ПРИБОР УПРАВЛЕНИЯ С КОРПУСОМ, СОСТОЯЩИМ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ИЗ ДВУХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к прибору управления с корпусом, состоящим по меньшей мере из двух корпусных деталей, и по меньшей мере с одной печатной платой со смонтированными на ней мощными схемными элементами, причем печатная плата по меньшей мере частично покрыта слоем теплопроводного материала. В таком известном из DE-Gbm 9200624.8 приборе управления печатная плата с помощью винтовых соединений жестко закреплена между двумя корпусными деталями, т. е. между крышкой, образующей верхнюю корпусную деталь, и донной частью, образующей нижнюю корпусную деталь. Крышка и донная часть изготовлены из материала, обладающего хорошей теплопроводностью. С целью обеспечить отвод тепла от расположенных на печатной плате мощных схемных элементов через корпусные детали печатная плата снабжена теплопроводным покрытием, например каширована медью или покрыта теплопроводным слоем. Однако мощные схемные элементы, прежде всего современные элементы, имеют настолько высокую рассеиваемую мощность, что с помощью обычного теплопроводного слоя и применявшихся до настоящего времени конструктивных решений эту мощность удавалось отводить наружу лишь с большим трудом. В приборах управления других конструкций нижняя сторона печатной платы с установленными на ней мощными схемными элементами полностью покрыта теплоотводящим слоем для отвода тепла. В результате на этой стороне печатной платы не могут быть смонтированы мощные схемные элементы, что приводит к увеличению площади под размещение этих элементов и тем самым к удорожанию прибора.

Задача изобретения заключается в создании прибора управления с улучшенным отводом тепла от мощных схемных элементов и менее дорогостоящего в изготовлении.

Эта задача решается с помощью предложенного прибора управления с корпусом, состоящим по меньшей мере из двух корпусных деталей, и по меньшей мере с одной печатной платой со смонтированными на ней мощными схемными элементами, причем печатная плата по меньшей мере частично покрыта слоем теплопроводного материала. Согласно изобретению печатная плата прилегает к одной из корпусных деталей в зоне ее фланцевого края, причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента к печатной плате в зоне отвода его тепла или равна ей, и между по меньшей мере одним охлаждаемым мощным схемным элементом и первой корпусной деталью предусмотрено вспомогательное механическое приспособление, представляющее собой пружинный элемент, благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали фланцевым краем к печатной плате в зоне отвода тепла по меньшей мере одного мощного схемного элемента.

Вспомогательное механическое приспособление в предпочтительной форме выполнения выполнено из пластмассы или в виде эластомерной полоски.

В одной из предпочтительных форм выполнения прибора печатная плата прилегает к одной из корпусных деталей в зоне ее фланцевого края, причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента к печатной плате в зоне отвода его тепла или равна ей, и печатная плата зажата между первой и второй корпусными деталями, а между печатной платой и по меньшей мере первой корпусной деталью предусмотрен опорный элемент, благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали в зоне ее фланцевого края к печатной плате.

В этом случае опорный элемент представляет собой удлиненный выступ на внутренней стороне первой корпусной детали, обращенный в направлении печатной платы, а на второй корпусной детали предусмотрена обращенная в сторону печатной платы контропора.

При этом предпочтительно, чтобы контропора была в виде удлиненного выступа на второй корпусной детали.

Предпочтительно также предусмотренный между печатной платой и первой корпусной деталью опорный элемент выполнить в виде пластмассовой детали чашечной формы.

В другой предпочтительной форме выполнения прибора печатная плата прилегает к одной из корпусных деталей в зоне ее фланцевого края, причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента к печатной плате в зоне отвода его тепла или равна ей, и между печатной платой и второй корпусной деталью и/или первой корпусной деталью предусмотрено вспомогательное приспособление, благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали в зоне ее фланцевого края к печатной плате.

В этом случае вспомогательное приспособление состоит из нижней части, которая расположена между печатной платой и второй корпусной деталью, и контропоры, которая находится между печатной платой и первой корпусной деталью, причем вспомогательное приспособление расположено по центру печатной платы.

Преимущество предлагаемого прибора управления в сравнении с известным уровнем техники состоит в том, что между печатной платой и служащей в качестве охлаждающего элемента поверхностью прилегания корпусной донной части существует лишь относительно небольшое переходное термическое сопротивление. Благодаря применению вспомогательных механических приспособлений простым и не связанным с большими затратами путем может быть создано прижимное усилие, поджимающее печатную плату к охлаждающему элементу. При необходимости между поверхностью прилегания корпусной донной части и нижней стороной печатной платы может быть нанесен теплопроводный клей, что позволит дополнительно оптимизировать теплопроводность. Прижимное усилие может быть создано с помощью простых конструктивных средств, что делает прибор очень дешевым в изготовлении. При этом ограничение на применение печатных плат какого-либо определенного типа отсутствует. Кроме того, схемные элементы можно достаточно просто монтировать на обеих сторонах печатной платы вплоть до зоны ее прилегания к соответствующей корпусной детали.

Другие преимущества и предпочтительные варианты выполнения изобретения более подробно описаны далее с ссылкой на прилагаемые чертежи, где на каждой из фиг. 1-5 схематично показаны соответствующие разрезы одной части прибора управления.

Электрический коммутатор или прибор управления имеет по меньшей мере одну печатную плату 10, на верхней стороне 11 которой смонтирована электронная схема, из которой показаны лишь некоторые электронные схемные элементы 14, выделяющие при работе тепло, называемое теплом потерь. На чертеже эти схемные элементы 14 показаны в виде элементов поверхностного монтажа. Печатная плата 10 соединена обычным образом (не показано) с колодкой штекерного разъема.

Прибор управления имеет далее корпус, состоящий по меньшей мере из двух корпусных деталей, которыми в рассматриваемом варианте являются крышка 18 и донная часть 26. Крышка 18, имеющая ваннообразную форму и образующая верхнюю корпусную деталь, закрывает верхнюю сторону 11 печатной платы 10. Вплоть до колодки штекерного разъема на стенках 21 крышки 18 имеется круговой, т.е. проходящий по всему периметру, фланцевый край 22. Печатная плата 10 может при этом доходить, как показано на фиг.1, почти до боковой стенки 21. Благодаря этому схемные элементы 14 могут быть расположены на печатной плате 10 вплоть до ее края. Однако компоненты схемы и токопроводящие дорожки можно и не размещать вблизи края печатной платы 10, благодаря чему этот последний может заходить под фланцевый край 22 крышки 18.

Круговой фланцевый край 22 имеет отогнутую и проходящую приблизительно перпендикулярно к нему кромку 23, которая выступает за торец печатной платы 10.

Нижняя сторона 25 печатной платы 10 заключена в указанную выше донную часть 26, которая также имеет ваннообразную форму и образует нижнюю корпусную деталь и боковые стенки 27 которой имеют круговой фланцевый край 28, прилегающий опосредованно или непосредственно к внешней зоне нижней стороны 25 печатной платы 10. В этой зоне, т.е. в зоне фланцевого края 28, на печатной плате 10 предпочтительно располагать также мощные схемные элементы 14, чтобы выделяемое ими тепло могло отводиться. На фиг.1 показано, что фланцевый край 28 примыкает к кромке 23 крышки 18 практически заподлицо, вследствие чего печатная плата 10 с помощью уплотнительного кольца 29 заключена между крышкой 18 и донной частью 26, т.е. между краем 22 крышки 18 и краем 28 донной части 26. Крышка 18 и донная часть 26 крепятся друг к другу, например, несколькими расположенными по углам корпуса винтами. Вместо указанного резьбового крепления для жесткого соединения корпусных деталей могут быть использованы склеивание, пайка, отбортовка, клепка, соединение с помощью фиксирующих элементов по типу пружинной защелки или другие методы соединения. Крышка 18 и донная часть 26 изготовлены при этом предпочтительно из материала с высокой теплопроводностью. Важным моментом при этом является то, что поверхность прилегания донной части 26, т.е. фланцевого края 28, к печатной плате 10 должна быть достаточно большой, чтобы на противоположной стороне печатной платы 10 можно было разместить по меньшей мере мощные схемные элементы 14, выделяющие максимальное количество тепла. Благодаря этому становится возможным непосредственный отвод тепла от мощного схемного элемента 14 сквозь печатную плату 10 к фланцевому краю 28 донной части 26 и тем самым наружу. Для обеспечения хорошей теплопроводности печатная плата 10 соединена контактным клеем, обладающим теплопроводными свойствами. С целью обеспечить при сборке прибора управления возможность присоединения печатной платы 10 к фланцевому краю 28 донной части 26, соответственно ее фиксации на ней указанный контактный клей обладает также адгезионными свойствами.

В случае, если печатная плата 10 прочно зажата между крышкой 18 и донной частью 26 с помощью не показанных винтовых соединений, между фланцевым краем 28 и нижней стороной 25 печатной платы 10 может образоваться клинообразная щель в результате размещения этих винтовых соединений только по краю. Эта клинообразная щель расширяется, начиная от внешнего конца фланцевого края 28, т.е. от кромки 23, в направлении к внутреннему пространству корпуса. Даже если при этом речь идет об образовании лишь минимальной щели, то по всей поверхности прилегания печатной платы 10 к фланцевому краю 28 создаются различные условия для отвода тепла, т.е. различное термическое сопротивление отводу тепла. Чем шире эта щель, тем хуже отвод тепла от мощных схемных элементов 14 к корпусным деталям 18 и 26. Эти различия в теплоотводе могут отрицательно сказаться на работоспособности мощных схемных элементов 14. Поэтому может возникнуть необходимость равномерно прижать печатную плату, т.е. опосредованно и мощные схемные элементы 14, к фланцевому краю 28 донной части 26. С этой целью с помощью дополнительных механических вспомогательных приспособлений создается прижимное усилие, действующее на мощные схемные элементы, соответственно на печатную плату 10. Однако при использовании таких механических вспомогательных приспособлений необходимо учитывать и оптимизацию связанных с этим затрат. На фиг.1 показано, что с помощью механического вспомогательного приспособления, выполненного в виде пружинного элемента 30, мощный схемный элемент 14 прижимается к печатной плате 10, а сама печатная плата 10 в свою очередь равномерно прижимается к фланцевому краю 28. Прижимное усилие, создаваемое пружинным элементом 30, действует при этом непосредственно на соответствующий схемный элемент 14 и обеспечивает тем самым равномерное поверхностное прилегание фланцевого края 28 к печатной плате 10. Пружинный элемент 30 с одной стороны прилегает, как упомянуто, к мощному схемному элементу 14, а с другой стороны упирается с внутренней стороны в крышку 18. Этот пружинный элемент 30 может быть, например, приклепан к внутренней стороне крышки 18. Для упрощения монтажа необходимо использовать по возможности лишь небольшое количество пружинных элементов 30 для поджатия мощного схемного элемента 14, т.е. в оптимальном случае лишь один такой пружинный элемент 30. Кроме того, для равномерного распределения прижимного усилия необходимо, чтобы пружинный элемент 30 прилегал к мощному схемному элементу 14 по его центру. Если отдельный мощный схемный элемент 14 необходимо прижимать отдельно, пружинный элемент 30 должен прилегать к схемному элементу 14 приблизительно по его центру. Если же на краю печатной платы 10 в линию один за другим расположено несколько мощных схемных элементов 14, то можно использовать один удлиненный секционированный пружинный элемент, который прилегает сверху к каждому мощному схемному элементу 14 приблизительно по центру каждого из них.

По своей конструкции прибор управления по фиг.2 в принципе аналогичен прибору по фиг.1. Однако в приборе на фиг.2 используется иное механическое вспомогательное приспособление для прижатия мощного схемного элемента 14. На фиг. 2 таким вспомогательным приспособлением служит упругая деталь из пластмассы. На фиг.2 эта деталь изображена в виде эластомерной полоски 31. Эта эластомерная полоска 31 может иметь круглое, прямоугольное или любое другое сечение, благодаря чему достигается равномерное прижимное усилие, приложенное к мощному схемному элементу 14. При этом эластомерная полоска 31 может быть приклеена к внутренней стороне крышки 18, в результате чего она после сборки прибора упирается в мощные схемные элементы 14 приблизительно по их центру.

В примере выполнения по фиг.3 печатная плата 10 прижимается с помощью желобка 35, выполненного в крышке 18 между боковой стенкой 21 и краем 22, и печатная плата 10 зажимается между крышкой 18 и донной частью 26. В примерах выполнения по фиг.3 и 4 печатная плата 10 прижимается к фланцевому краю 28 донной части 26 непосредственно без приложения прижимного усилия к мощным схемным элементам 14. С этой целью с другой, противоположной стенке 21, стороны мощного схемного элемента 14 предусмотрен дополнительный опорный элемент. Согласно фиг.3 этот опорный элемент 40 выполнен в виде механической подпорки. Первая часть этого опорного элемента 40, представляющая собой по существу удлиненный выступ 41 на внутренней стороне крышки 18, расположена между внутренней стороной этой крышки 18 и печатной платой 10, а вторая ее часть, являющаяся контропорой 42 и также представляющая собой по существу удлиненный выступ на донной части 26, расположена между внутренней стороной этой донной части 26 и нижней стороной печатной платы 10. Высота контропоры 42, являющейся второй частью опорного элемента 40, при этом должна быть равна высоте боковой стенки 27 донной части 26. То же самое относится и к удлиненному выступу 41, который является первой частью опорного элемента 40 и который по высоте должен быть равен высоте боковой стенки 21. Для достижения равномерного прижимного усилия несколько опорных элементов 40 в виде механических подпорок размещены равномерно на печатной плате 10. Однако эти механические подпорки следует располагать как можно ближе к фланцевому краю 28. Такую конструкцию наиболее предпочтительно применять в литых корпусных деталях, поскольку первую и вторую части опорных элементов, а именно, удлиненный выступ 41 и контропору 42, можно сразу изготавливать на крышке 18, соответственно на донной части 26 в процессе их литья.

Если же опорный элемент 40 снова необходимо выполнить в виде упругой пластмассовой детали, то ему можно придать, как показано на фиг. 4, форму колпачка, скобы или чашечную форму. При этом пластмассовая деталь 45 прижимает печатную плату 10 к фланцевому краю 28. Кроме того, эта пластмассовая деталь 45 прилегает по максимально большой площади к внутренней стенке крышки 18. Для фиксации пластмассовой детали 45 в печатной плате 10 предусмотрены отверстия 46.

В примере выполнения по фиг.5, соответственно 5а предусмотрено вспомогательное приспособление 50, расположенное между печатной платой 10 и крышкой 18, соответственно донной частью 26. При этом вспомогательное приспособление 50 не воздействует на мощные схемные элементы 14. Вспомогательное приспособление 50 состоит из нижней части 51, которая расположена между печатной платой 10 и донной частью 26, и контропоры 52, которая находится между печатной платой 10 и крышкой 18. Как показано на фиг.5а, вспомогательное приспособление 50 расположено практически по центру печатной платы 10, прилегая к ней. Вспомогательное приспособление 50 можно также выполнить только с одной стороны, т.е. в виде только нижней части 51 или контропоры 52. Вспомогательное приспособление может представлять собой дополнительно вставляемую деталь или же может быть выполнено на внутренней стороне донной части 26 или крышки 18. Такое вспомогательное приспособление 50 может быть закреплено винтами, зафиксировано на защелках или может просто прилегать по плоскости. Показанное на фиг.5 вспомогательное приспособление 50 может быть использовано как при выполнении прибора управления в соответствии с вариантами по фиг.1 и 2, так и при выполнении прибора управления согласно вариантам по фиг. 3 и 4. Кроме того, это вспомогательное приспособление 50 может применяться дополнительно к представленным в этих примерах выполнения приспособлениям или вместо них.

Изобретение относится к прибору управления корпусом. Технический результат - обеспечение отвода тепла от расположенных на печатной плате мощных схемных элементов через корпусные детали. В данном приборе печатная плата 10 прилегает к краю 28 донной части 26, образующей нижнюю корпусную деталь. В зоне прилегания печатной платы 10 к краю 28 расположены охлаждаемые мощные схемные элементы 14. С целью обеспечить равномерное прижатие печатной платы 10 по всей поверхности прилегания с помощью дополнительного вспомогательного приспособления создается прижимное усилие, действующее на мощный схемный элемент 14 или на печатную плату 10. При этом могут применяться поджимающие мощный схемный элемент 14 пружинные элементы 30 или эластомерная полоска. Далее предусмотрена возможность применения также составных опорных элементов, соответственно пластмассовых деталей, каждый (каждая) из которых воздействуют непосредственно на печатную плату 10. Благодаря этому обеспечивается хороший отвод тепла от мощного схемного элемента 14 через край 28 донной части 26. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Прибор управления с корпусом, состоящим по меньшей мере из двух корпусных деталей (18, 26) и по меньшей мере с одной печатной платой (10) со смонтированными на ней мощными схемными элементами (14), причем печатная плата (10) по меньшей мере частично покрыта слоем теплопроводного материала, отличающийся тем, что печатная плата (10) прилегает к одной из корпусных деталей (26) в зоне ее фланцевого края (28), причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента (14) к печатной плате (10) в зоне отвода его тепла или равна ей, и между по меньшей мере одним охлаждаемым мощным схемным элементом (14) и первой корпусной деталью (18) предусмотрено вспомогательное механическое приспособление, представляющее собой пружинный элемент, благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали (26) фланцевым краем (28) к печатной плате (10) в зоне отвода тепла по меньшей мере одного мощного схемного элемента (14). 2. Прибор управления по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательное механическое приспособление выполнено из пластмассы. 3. Прибор управления по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательное механическое приспособление представляет собой эластомерную полоску (31). 4. Прибор управления с корпусом, состоящим по меньшей мере из двух корпусных деталей (18, 26) и по меньшей мере с одной печатной платой (10) со смонтированными на ней мощными схемными элементами (14), причем печатная плата (10) по меньшей мере частично покрыта слоем теплопроводного материала, отличающийся тем, что печатная плата (10) прилегает к одной из корпусных деталей (26) в зоне ее фланцевого края (28), причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента (14) к печатной плате (10) в зоне отвода его тепла или равна ей, и печатная плата (10) зажата между первой и второй корпусными деталями (18, 26), а между печатной платой (10) и по меньшей мере первой корпусной деталью (18) предусмотрен опорный элемент (40), благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали (26) в зоне ее фланцевого края (28) к печатной плате (10). 5. Прибор управления по п. 4, отличающийся тем, что опорный элемент представляет собой удлиненный выступ (41) на внутренней стороне первой корпусной детали (18), обращенный в направлении печатной платы (10). 6. Прибор управления по п. 5, отличающийся тем, что на второй корпусной детали (26) предусмотрена обращенная в сторону печатной платы (10) контропора (42). 7. Прибор управления по п. 6, отличающийся тем, что контропора (42) представляет собой удлиненный выступ на второй корпусной детали (26). 8. Прибор управления по п. 4, отличающийся тем, что предусмотренный между печатной платой (10) и первой корпусной деталью (18) опорный элемент представляет собой пластмассовую деталь (45) чашечной формы. 9. Прибор управления с корпусом, состоящим по меньшей мере из двух корпусных деталей (18, 26) и по меньшей мере с одной печатной платой (10) со смонтированными на ней мощными схемными элементами (14), причем печатная плата (10) по меньшей мере частично покрыта слоем теплопроводного материала, отличающийся тем, что печатная плата (10) прилегает к одной из корпусных деталей (26) в зоне ее фланцевого края (28), причем площадь указанной зоны больше площади поверхности прилегания по меньшей мере одного охлаждаемого мощного схемного элемента (14) к печатной плате (10) в зоне отвода его тепла или равна ей, и между печатной платой (10) и второй корпусной деталью (26) и/или первой корпусной деталью (18) предусмотрено вспомогательное приспособление (50), благодаря чему обеспечивается опосредованно или непосредственно равномерное прилегание второй корпусной детали (26) в зоне ее фланцевого края (28) к печатной плате (10). 10. Прибор управления по п. 9, отличающийся тем, что вспомогательное приспособление (50) состоит из нижней части (51), которая расположена между печатной платой (10) и второй корпусной деталью (26), и контропоры (52), которая находится между печатной платой (10) и первой корпусной деталью (18). 11. Прибор управления по п. 9 или 10, отличающийся тем, что вспомогательное приспособление (50) расположено по центру печатной платы (10).