CN116890120A - 水套及水套的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的问题是，提供一种水套，所述水套可以进一步提高发热部的冷却效率。为了解决上述问题，配置于发热部的外表面的壳体的内部的冷却液流道具有：多个主流道管部，配置于发热部的外表面附近，直线状地延伸并且沿着发热部的外表面排列；流入侧集合管部，将多个主流道管部的上游侧端部分别连接，使冷却液流入多个主流道管部；及，流出侧集合管部，将多个主流道管部的下游侧端部分别连接，使冷却液从多个主流道管部流出；并且，多个主流道管部在上游侧端部附近的内部分别具有涡流产生部，所述涡流产生部使冷却液的流动向主流道管部的周向偏向而产生涡流，涡流产生部具有沿着主流道管部的内壁面的周向配置并朝向主流道管部的径向的中心突出的多个突出部，并且多个突出部的前端相互隔开距离，在多个突出部的前端侧具有能够使冷却液沿着主流道管部的径向的中心流通的贯通流道部。

Description

水套及水套的制造方法

技术领域

本发明涉及一种水套及水套的制造方法。

背景技术

以往，已知一种水套，其设置于电动机的定子壳体的周面上(例如，参照专利文献1)。在该水套中，在往冷却液套去的冷却液流入口处，设置有紊流产生部件。紊流产生部件使朝向冷却液套流入的冷却液产生紊流，使冷却液大致均等地流入冷却液套，由此，提高冷却效率。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2002-119019号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在上述以往技术的水套中，宽幅状的冷却液套以沿着作为发热部的定子壳体的周向围绕的方式延伸。因此，上述以往技术的水套，即使利用紊流产生部件使流入冷却液套的冷却液产生紊流，在沿定子壳体的周向弯曲的冷却液套的流道内流动的过程中，紊流的效果也会减退。因此，从对冷却液套整体有效率地进行冷却的观点来看，尚有改善的空间。

本发明的目的在于，提供一种水套及水套的制造方法，所述水套可以进一步提高发热部的冷却效率。

[解决问题的技术手段]

(1)本发明的水套(例如，后述的水套1)，在配置于发热部(例如，后述的定子铁心101)的外表面的壳体(例如，后述的壳体2)的内部具有冷却液流道(例如，后述的冷却液流道3)，前述冷却液流道具有：多个主流道管部(例如，后述的主流道管部31)，配置于前述发热部的外表面附近，直线状地延伸并且沿着前述发热部的外表面排列；流入侧集合管部(例如，后述的流入侧集合管部32)，将前述多个主流道管部的上游侧端部(例如，后述的上游侧端部31a)分别连接，使冷却液流入前述多个主流道管部；及，流出侧集合管部(例如，后述的流出侧集合管部33)，将前述多个主流道管部的下游侧端部(例如，后述的下游侧端部31b)分别连接，使冷却液从前述多个主流道管部流出；并且，前述多个主流道管部在前述上游侧端部附近的内部分别具有涡流产生部(例如，后述的涡流产生部4)，所述涡流产生部使冷却液的流动向主流道管部的周向偏向而产生涡流，前述涡流产生部具有沿着前述主流道管部的内壁面(例如，后述的内壁面31c)的周向(例如，后述的D4方向)配置并朝向前述主流道管部的径向(例如，后述的D5方向)的中心突出的多个突出部(例如，后述的偏向板41)，并且前述多个突出部的前端(例如，后述的前端41a)相互隔开距离，在前述多个突出部的前端侧具有能够使前述冷却液沿着前述主流道管部的径向的中心流通的贯通流道部(例如，贯通流道部41e)。

(2)在上述(1)所述的水套中，可选地，前述多个突出部分别形成为从前述主流道管部的前述内壁面朝向前述前端而前方缩窄状。

(3)在上述(1)或(2)所述的水套中，可选地，前述涡流产生部在前述主流道管部的周向上相邻的前述突出部之间具有间隙流道部(例如，后述的间隙流道部41f)，所述间隙流道部沿着前述主流道管部的延伸方向连通前述涡流产生部的上游侧与下游侧，并且与前述贯通流道部连通。

(4)本发明的水套的制造方法是借由使用金属材料进行层叠造型而一体成形上述(1)～(3)中任一项所述的水套。

(发明的效果)

根据上述(1)，利用从主流道管部的内壁面朝向中心突出的涡流产生部的多个突出部，可以使主流道管部内分别产生涡流。由此，冷却液流道的热传递性提高，从而可以进一步提高发热部的冷却效率。另外，借由多个突出部的前端相互隔开距离，而在主流道管部的径向的中心形成能够使冷却液流通的贯通流道部。由此，冷却液能够在主流道管部内顺畅地流通，因此例如作用于壳体本身的外力等产生的应力不易集中于突出部。因此，可以提供一种耐久性高的高品质的水套。

根据上述(2)，由于突出部形成为朝向主流道管部内的中心而前方缩窄状，因此，可以降低通过涡流产生部时的冷却液的流道阻力。因此，冷却液能够在主流道管部内更顺畅地流通。

根据上述(3)，借由在主流道管部的周向上相邻的突出部之间具有与贯通流道部连通的间隙流道部，可以降低通过涡流产生部时的冷却液的流道阻力。因此，冷却液能够在主流道管部内更顺畅地流通。

根据上述(4)，可以使用三维(Three Dimensions,3D)打印机简单地制造一种可以进一步提高发热部的冷却效率的水套。借由主流道管部内的涡流产生部产生的涡流，造型后残留于冷却液流道内的金属材料的去除性也得以提高。

附图说明

图1是绘示具有本实施方式的水套的电动机的纵剖视图。

图2是仅绘示本实施方式的水套内的冷却水流道的立体图。

图3是将图1中的A部处的主流道管部内的涡流产生部局部断开来绘示的立体图。

图4是从主流道管部的上游侧观察主流道管部内的涡流产生部的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1绘示具有本实施方式的水套1的电动机100。图1中的箭头所示的D1方向是电动机100的轴向，D2方向表示电动机100的径向。

电动机100具有沿轴向延伸的大致圆筒状的定子铁心101、以及可旋转地支承于定子铁心101的轴孔101a的转子102。定子铁心101由铁系的金属材料形成，在多个插槽101b内收容有线圈103。

当电动机100驱动时，线圈103的热被传递至定子铁心101，而使定子铁心101发热。在本实施方式中，定子铁心101是发热部，是水套1的冷却对象。水套1经由定子铁心101而对线圈103进行冷却。

水套1配置于电动机100中定子铁心101的径向外侧。水套1具有：壳体2，配置于定子铁心101的外周；及，管状的冷却液流道3，设置于壳体2的内部，供用于冷却定子铁心101的冷却液流通。

壳体2由热传导性良好的铝系、铜系等的金属材料形成，具有遍及整周地包围定子铁心101的外周的形状。壳体2热连接于定子铁心101的外周面101c。本实施方式的壳体2与定子铁心101的外周面101c直接相接。但是，壳体2在与定子铁心101的外周面101c之间也可以经由例如含有金属微粒子的热传导介质等可传递热的材料而连接。

如图2所示，在壳体2的内部形成有供冷却液流通的冷却液流道3。冷却液流道3具有多个主流道管部31、至少一个流入侧集合管部32以及至少一个流出侧集合管部33。

主流道管部31配置于定子铁心101的外周面101c的附近。本实施方式的多个主流道管部31分别沿着定子铁心101的轴向直线状地延伸。但是，多个主流道管部31也可以设置为分别沿着定子铁心101的周向延伸。在壳体2的内部，以围绕定子铁心101的方式，在沿着定子铁心101的外周的D3方向上空开固定的间隔平行地排列有多个主流道管部31。本实施方式的主流道管部31分别构成为使冷却液从图1及图2的上方朝向下方，沿着定子铁心101的轴向流通。

流入侧集合管部32设置为沿着定子铁心101的外周的环状。流入侧集合管部32以与主流道管部31的内部分别连通的方式，将所有的主流道管部31的上游侧端部31a独立地进行了连接。如图2所示，在流入侧集合管部32连接有使冷却液流入冷却液流道3内的至少一个流入管321。流入侧集合管部32使从流入管321流入的冷却液分别流入所有的主流道管部31。

流出侧集合管部33与流入侧集合管部32同样，设置为沿着定子铁心101的外周的环状。流出侧集合管部33以与主流道管部31的内部分别连通的方式，将所有的主流道管部31的下游侧端部31b独立地进行了连接。如图2所示，在流出侧集合管部33连接有使冷却液流出至冷却液流道3外的至少一个流出管331。流出侧集合管部33使从所有的主流道管部31流入的冷却液从流出管331流出至外部。

在所有的主流道管部31的内部，分别设置有使在主流道管部31中流通的冷却液产生涡流的涡流产生部4。如图1及图2所示，涡流产生部4配置于主流道管部31的上游侧端部31a的附近的内部。借由将该涡流产生部4设置于各个主流道管部31，可以容易地使各个主流道管部31内产生涡流。因此，冷却液流道3的热传递性提高。由此，主流道管部31内的温度梯度大幅减少，作为发热部的定子铁心101的冷却效率进一步提高。

如图3及图4所示，本实施方式的涡流产生部4具有使冷却液的流动向主流道管部31的周向(图3及图4中的D4方向)偏向而产生涡流的叶片状的多个偏向板41。该偏向板41是以从主流道管部31的内壁面31c朝向主流道管部31的径向(图4中的D5方向)的中心突出的方式设置的突出部。本实施方式的涡流产生部4具有四块偏向板41，但偏向板41的数量并不限定于四块。

偏向板41沿着主流道管部31的周向，配置于主流道管部31的内壁面31c。详细而言，四块偏向板41沿着内壁面31c的周向，以各大致90°的间隔配置，并一体地设置于内壁面31c。四块偏向板41分别从内壁面31c朝向主流道管部31的径向的中心突出。

如图4所示，偏向板41形成为从连接基端41b的内壁面31c朝向前端41a而前方缩窄状。详细而言，偏向板41形成为与内壁面31c连接的基端41b比配置于主流道管部31的径向的中心侧的前端41a宽度宽的三角形形状或者扇形形状。偏向板41的两侧缘41c,41d随着从基端41b靠近前端41a而逐渐接近，并在前端41a一体化。由于与主流道管部31的内壁面31c连接的偏向板41的基端41b侧宽度宽，因此偏向板41被稳定地牢固安装于主流道管部31。

四块偏向板41的表面从基端41b到前端41a，分别向主流道管部31的周向的同一方向弯曲或倾斜。详细而言，相对于配置于主流道管部31的周向的其中一方(图4中的D41方向)侧的偏向板41的侧缘41c，配置于主流道管部31的周向的另一方(图4中的D42方向)侧的偏向板41的侧缘41d配置于主流道管部31的稍下游侧。由此，如图3中的箭头所示，四块偏向板41使主流道管部31的内部的冷却液的流动向主流道管部31的周向的同一方向偏向。

如图4所示，四块偏向板41的前端41a相互隔开距离，不接触。因此，涡流产生部4在四块偏向板41的前端41a侧具有能够使冷却液沿着主流道管部31的径向的中心流通的贯通流道部41e。贯通流道部41e在主流道管部31的内部，使涡流产生部4的上游侧与下游侧直线状地连通。

另外，如图4所示，在沿着主流道管部31的轴向观察涡流产生部4时，在主流道管部31的周向上相邻的偏向板41,41之间分别形成有间隙流道部41f。间隙流道部41f在主流道管部31的内部，使涡流产生部4的上游侧与下游侧沿着主流道管部31的延伸方向(图2及图3中的D1方向、图4中的相对于纸面垂直的方向)直线状地连通。各间隙流道部41f分别连通于贯通流道部41e。

从冷却液流道3的流入侧集合管部32流入主流道管部31的冷却液会与涡流产生部4的四块偏向板41碰撞。与偏向板41碰撞后的冷却液被偏向板41的表面引导，成为向主流道管部31的周向的同一方向(在本实施方式中为图4中的D42方向)回旋的涡流，并通过涡流产生部4。由于涡流产生部4配置于主流道管部31的上游侧端部31a的附近，因此流入主流道管部31的冷却液朝向流出侧集合管部33，一边维持着涡流的状态，一边在主流道管部31的全长上流通。

这样的水套1可以借由以下方式来制造，即，使用同一金属材料(粉体金属、金属丝等)，利用层叠造型法来进行壳体2、及在主流道管部31的内部具有涡流产生部4的冷却液流道3的层叠造型，由此来制造。根据该制造方法，可以使用3D打印机容易地将壳体2与在主流道管部31的内部具有涡流产生部4的冷却液流道3一体成形。作为金属材料，可以使用热传导性良好的铝系、铜系等的金属材料。

利用3D打印机进行的层叠造型法(Additive Manufacturing)例如在使用粉体金属作为金属材料的情况下，借由反复进行以下工序，沿着主流道管部31的长度方向即D1方向立体地进行水套1的层叠造型，所述工序是：借由对铺满在基板上的粉体金属照射作为热源的激光或电子束，而进行要造型的部分的熔融、凝固的工序；及，使基板移动而铺满新的粉体金属的工序。

根据以上所说明的本实施方式的水套1，起到以下的作用及效果。即，本实施方式是一种水套1，其在配置于作为发热部的定子铁心101的外周面的壳体2的内部具有冷却液流道3。冷却液流道3具有：多个主流道管部31，配置于定子铁心101的外周面附近，直线状地延伸并且沿着定子铁心101的外周面排列；流入侧集合管部32，将多个主流道管部31的上游侧端部31a分别连接，使冷却液流入；及，流出侧集合管部33，将多个主流道管部31的下游侧端部31b分别连接，使冷却液流出。多个主流道管部31在上游侧端部31a附近的内部分别具有涡流产生部4，所述涡流产生部4使冷却液的流动向主流道管部31的周向偏向而产生涡流。涡流产生部4具有由沿着主流道管部31的内壁面31c的周向配置并朝向主流道管部31的径向的中心突出的多个突出部构成的偏向板41，并且多个偏向板41的前端41a相互隔开距离，在多个偏向板41的前端41a侧具有能够使冷却液沿着主流道管部31的径向的中心流通的贯通流道部41e。

据此，通过了涡流产生部4的冷却液由于成为涡流的状态，因此在主流道管部31内，一边在靠近定子铁心101的一侧与远离定子铁心101的一侧交替地回旋一边流通。因此，冷却液可以在主流道管部31的全长上，与作为发热部的定子铁心101之间有效率地进行热交换。由于在主流道管部31内，靠近定子铁心101的一侧与远离定子铁心101的一侧的温度梯度大幅减少，因此冷却液流道3的热传递性提高，从而可以进一步提高作为发热部的定子铁心101的冷却效率。

另外，由于涡流产生部4在四块偏向板41的前端41a侧具有贯通流道部41e，因此通过涡流产生部4的冷却液的涡流的中心能够在贯通流道部41e中从上游侧朝向下游侧顺畅地流通。由于通过涡流产生部4时的冷却液的流道阻力降低，因此，例如即使在对壳体2本身施加了外力的情况下，应力也不易集中于偏向板41，偏向板41的耐久性提高。因此，可以提供耐久性高、高品质的水套1。

在本实施方式中，多个偏向板41分别形成为从主流道管部31的内壁面31c朝向前端41a而前方缩窄状。据此，通过涡流产生部4时的冷却液的流道阻力进一步降低。因此，冷却液能够在主流道管部31内更顺畅地流通。

在本实施方式中，涡流产生部4在主流道管部31的周向上相邻的偏向板41,41之间具有间隙流道部41f，所述间隙流道部41f沿着主流道管部31的延伸方向连通涡流产生部4的上游侧与下游侧，并且与贯通流道部41e连通。据此，通过涡流产生部4时的冷却液的流道阻力进一步降低。因此，冷却液能够在主流道管部31内更顺畅地流通。

本实施方式的水套1的制造方法是借由使用金属材料进行层叠造型而一体成形。据此，可以使用3D打印机简单地制造可以进一步提高定子铁心101的冷却效率的水套1。借由主流道管部31内的涡流产生部4产生的涡流，造型后残留于冷却液流道3内的金属材料的去除性也得以提高。

以上的实施方式所示的水套1在作为发热部的定子铁心101的外周面上仅设置有一组。但是，例如在定子铁心101在轴向上更细长的情况下，水套1也可以设置为沿着定子铁心101的轴向重叠两组以上。

以上的实施方式所示的水套1设置于发热部为定子铁心101的电动机100，但发热部并不限定于电动机100。水套1可以设置于需要利用冷却液进行冷却的各种发热部。

附图标记

1水套

2壳体

3冷却液流道

31主流道管部

31a上游侧端部

31b下游侧端部

31c内壁面

32流入侧集合管部

33流出侧集合管部

4涡流产生部

41偏向板(突出部)

41a前端

41e贯通流道部

41f间隙流道部

101定子铁心(发热部)

Claims (4)

1.一种水套，在配置于发热部的外表面的壳体的内部具有冷却液流道，

前述冷却液流道具有：

多个主流道管部，配置于前述发热部的外表面附近，直线状地延伸并且沿着前述发热部的外表面排列；

流入侧集合管部，将前述多个主流道管部的上游侧端部分别连接，使冷却液流入前述多个主流道管部；及，

流出侧集合管部，将前述多个主流道管部的下游侧端部分别连接，使冷却液从前述多个主流道管部流出；并且，

前述多个主流道管部在前述上游侧端部附近的内部分别具有涡流产生部，所述涡流产生部使冷却液的流动向主流道管部的周向偏向而产生涡流，

前述涡流产生部具有沿着前述主流道管部的内壁面的周向配置并朝向前述主流道管部的径向的中心突出的多个突出部，并且前述多个突出部的前端相互隔开距离，在前述多个突出部的前述前端侧具有能够使前述冷却液沿着前述主流道管部的径向的中心流通的贯通流道部。

2.根据权利要求1所述的水套，其中，前述多个突出部分别形成为从前述主流道管部的前述内壁面朝向前述前端而前方缩窄状。

3.根据权利要求1或2所述的水套，其中，前述涡流产生部在前述主流道管部的周向上相邻的前述突出部之间具有间隙流道部，所述间隙流道部沿着前述主流道管部的延伸方向连通前述涡流产生部的上游侧与下游侧，并且与前述贯通流道部连通。

4.一种水套的制造方法，借由使用金属材料进行层叠造型而一体成形权利要求1至3中任一项所述的水套。