CN101722901A - 用于夹持机架盖的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于夹持机架盖的系统和方法。一种用于将具有第一表面的盖紧固到具有边缘的机架上的系统，所述边缘具有第二表面。所述系统包括夹持轨道和联接到所述轨道的紧固件。所述夹持轨道配置成形成环，所述环周向接合所述第一表面和所述第二表面且在被约束时产生与所述环大致共面的第一力。所述紧固件配置成约束所述轨道，所述轨道以及第一和第二表面配置成在所述轨道被约束时产生第二力，第二力具有大致垂直于所述环的分量。
Description
技术领域
本发明总体上涉及夹具，且更具体地涉及用于将盖夹持到功率电子舱机架的系统。
背景技术
近年来，技术的进步导致在机动车设计方面发生了根本性的变化。其中一种主要变化涉及机动车(尤其是代用燃料车辆)中的各种电气系统的复杂性以及功率使用。在此期间，机动车应用中的电力生成的要求显著增加。这种趋势已经存在数十年，但是在最近几年由于混合动力车辆、电动车辆、和基于燃料电池的车辆的出现而极大地加速。有时，除了其它功率源(例如，内燃机)之外，这种车辆通常使用电化学功率源(例如，蓄电池、超电容器和燃料电池)来给电动马达提供动力，所述电动马达驱动车轮。
在混合动力和燃料电池车辆中，功率电子舱(PEB)执行与功率转换和分配有关的许多必要功能。PEM外壳或机架通常设计成为容纳的部件提供环境保护和对进入和出去的电磁干扰(EMI)的屏蔽。PEB机架通常包括由不锈钢或铝制成的本体和盖，每个构件具有沿外部缘边的机加工密封凸缘，被预钻孔以容纳紧固螺栓。所述凸缘中的一个或两者通常具有凹槽，以支撑金属浸渍的导电硅酮O形环以在外壳的盖被螺栓封闭时形成环境密封件。EMI屏蔽通过由本体和盖的金属结构与接缝中的O形环的导电性结合形成的连续导电罩提供。由于需要强的和均匀分布的夹持压力来提供可靠密封件，通常需要密封凸缘的增强，以提供足够的刚度并防止受到隔开1”-2”的多个螺栓产生的大量压缩力而翘曲。因而，部件数和总体车辆重量随着有关的组装过程的复杂性增加。此外，与常规的不导电硅酮橡胶O形环相比，导电的EMI屏蔽O形环通常是镍填充的且增加附加的费用，同时没有贡献附加的环境保护。
因此，期望提供容易安装且不需要多个紧固件的用于将盖夹持到PEM机架的系统。此外，期望这种系统在不使用导电O形环的情况下提供沿PEB机架的接缝和角部的EMI屏蔽。另外，本发明的其它希望特征和特性将从随后的详细说明和所附权利要求结合附图以及前述技术领域和背景技术变得显而易见。
发明内容
提供一种用于将具有第一表面的盖紧固到具有边缘的机架上的系统，所述边缘具有第二表面。所述系统包括夹持轨道和联接到所述轨道的紧固件。所述夹持轨道配置成形成环，所述环周向接合所述第一表面和所述第二表面且在被约束时产生与所述环大致共面的第一力。所述紧固件配置成约束所述轨道，所述轨道以及第一和第二表面配置成在所述轨道被约束时产生第二力，第二力具有大致垂直于所述环的分量。
提供一种用于将具有第一表面的盖夹持到具有边缘的机架上的方法，所述边缘具有第二表面。所述方法包括以下步骤：将夹持轨道与所述第一表面和第二表面周向对齐；约束夹持环的周边以用第一力接合第一表面和第二表面，所述第一力与所述环大致共面；所述夹持环以及第一表面和第二表面配置成将第一力的至少一部分转换为大致垂直于所述环的第二力，所述第二力将所述盖夹持到所述边缘；和在周向约束位置固定所述夹持环。
附图说明
本发明将在下文结合以下附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，且
图1是图示一个实施例与机动车的各个子部件整体形成的方式的示例性机动车的示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的功率电子舱外壳的等角投影图；
图3-5是图示根据本发明的其它实施例的夹持轨道的截面示意图；
图6-7是根据本发明的其它实施例的夹持轨道的等角投影图；
图8是根据本发明的又一实施例的夹持轨道和角部支架的等角投影图；
图9-10是根据本发明的又一实施例的夹持轨道和紧固件的等角投影图；
图11是根据本发明的又一实施例的整体形成有杆致动紧固件的夹持轨道的等角投影图；
图12是根据本发明的又一实施例的夹持轨道角部结构的等角投影图；和
图13是根据本发明的又一实施例焊接的夹持轨道的等角投影图。
具体实施方式
图1根据本发明的一个实施例描绘了车辆10(例如机动车)。机动车10包括底盘12、车身14、四个车轮16、和电子控制系统(或电子控制单元(ECU))18。车身14设置在底盘12上并且基本上包围机动车10的其他部件。车身14和底盘12可共同地形成车架。车轮16每一个都在车身14的相应角部附近可旋转地联接到底盘12上。
机动车10可以是多种不同类型的机动车中的任一种，例如，轿车、货车、卡车、或运动型车辆(SUV)，并且可以是两轮驱动的(2WD)(即，后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动的(4WD)、或全轮驱动的(AWD)。机动车10还可结合有多种不同类型的发动机(或致动器)中的任一种或组合，例如，汽油或柴油燃料内燃机，“灵活燃料车辆”(FFV)发动机(即，使用汽油和酒精的混合物)，气体化合物(例如，氢气和/或天然气)燃料发动机、或燃料电池、燃烧/电动马达混合动力发动机、和电动马达。
在图1所描绘的示例性实施例中，机动车10是燃料电池车辆，并且还包括致动器组件(或动力系)20、蓄电池22、蓄电池电荷状态(SOC)系统24、功率电子舱(PEB)26、和散热器28。致动器组件20包括内燃机30和电动马达/发电机(或马达)系统(或组件)32。蓄电池22电联接到PEB26且在一个实施例中包括锂离子(Li离子)蓄电池，包括多个电池单元，如通常理解的那样。PEB26通常包括多个电子部件(包括用高电压操作的电子部件)，封装在壳体或机架中，所述壳体或机架提供保护不受环境损坏且屏蔽进来和出去的EMI。
图2示出了根据第一示例性实施例的容纳电子部件的示例性PEB机架120。这些部件可包括用于将燃料电池DC电压升压至较高电压的DC/DC变换器122、用于将AC功率输送给主电驱动马达的DC/AC逆变器124、用于将功率输送给压缩机的附加DC/AC逆变器126、用于升压燃料电池输出电压的作为升压变换器的一部分的一组升压电感器130、和容纳用于种种功能的支持电子器件的一个或更多电路板132。PEB机架120具有本体144，本体144包括矩形底面板146、互连在一起的四个侧面板148、和可拆卸顶面板或盖面板152。本体144通常由导电和抗腐蚀材料(例如在侧接缝和底接缝处焊接的轧制不锈钢板)制成，或者由模铸和被阳极氧化的铝合金制成。类似地，盖152也由压制片状金属或铸铝合金制成，且被制造成装配在本体144的顶部上。机架120的侧/顶/底面板中的任一个可具体配置成包括轮廓和/或开口(如端口153)，以接纳其中容纳的内部部件，和/或提供与车辆10其它部件互连的装置。虽然图2图示了PEB机架120作为矩形棱柱，但是应当理解的是，取决于应用的空间和尺寸约束以及要容纳的部件的类型和尺寸，可以使用其它形状。此外，虽然图2仅仅图示了用于盖面板的夹持，但是应当理解的是，也可以夹持任何未整体连接的侧和/或底面板。
参考图2，夹具160包括连续轨道164，轨道164相应地具有第一端172和第二端173，第一端172和第二端173由可调节紧固件156联接在一起以形成夹持环150。通过提供可控地调节第一端172和第二端173之间的距离的装置，紧固件156可用于使夹具160的周长准确地缩短或扩大至期望周长。在夹持之前，紧固件156可被松开以扩大夹具160的周长并利于盖152和侧壁148的夹持表面的对齐。当夹持时，轨道164一致地限制这些表面且围绕盖152和侧壁148施加约束力，所述约束力与夹持环150大致共面。如下文更详细地描述的那样，轨道164配置成与盖152和侧壁148接合且通过将共面力转换成夹持力而施加夹持压力到盖152和侧壁148，所述夹持力具有大致垂直于环150的分量。
图3图示了根据一个示例性实施例的在夹持之前的在侧壁148上对齐并靠近夹持轨道164的盖152的截面示意图。侧壁148的上缘边包括整体形成的边缘168，边缘具有被机加工以接合盖152的平坦机加工下表面200的表面198。凹槽192在边缘168中形成且沿其长度延伸，定尺寸为比凹槽192的宽度和深度稍大的密封件188设置在其中。可以使用的密封件的类型包括但不限于O形环、垫圈或可固化液体/凝胶。可选地，下表面200可配置成接收密封件，或者边缘表面198和下表面200都可以各设有凹槽以容纳密封件。
在夹持之前，盖152安置在密封件188的顶部上，从而在下表面200和边缘表面198之间形成间隙218。边缘168的下侧包括边缘斜面216，边缘斜面216从侧壁148向外延伸且以竖直边缘唇缘176终止。盖152的顶部外围表面具有以短的竖直盖唇缘190终止的缘边斜面214。轨道164配置成在被夹持时装配在缘边斜面214和边缘斜面216上，且包括中心部分208，中心部分208相应地将上部臂202和下部臂204联接在一起。每个臂可分别终止于向外弯曲的上部和下部前缘206和226，以利于在夹持之前将轨道164与边缘168和盖152对齐。虽然轨道164图示为具有成角度的对称的上部臂202和下部臂204，但是应当理解的是，臂可以关于角度和/或长度不对称。例如，如图4所示，盖缘边斜面214和边缘斜面216在长度和斜面角度方面彼此不同。类似地，轨道164的上部臂202和下部臂204与中心部分208在长度和角度方面不同。总体而言，轨道164在上部臂202的平面与盖缘边斜面214的平面不同且/或下部臂204的平面与边缘斜面216的平面不同时施加夹持力，所述夹持力将盖152夹持到边缘168。
图5图示了根据示例性实施例的处于封闭和夹持位置的盖152、边缘168和轨道164的截面示意图。轨道164已经由与环150大致共面且通过例如拧紧紧固件158(图2)以减少夹具160的周长产生的力(由箭头F1表示)移动到夹持位置。当周长减少时，F1增加且上部臂202和下部臂204被牵拉(向内朝环150的中心)到缘边斜面214和边缘斜面216上，使得轨道164与这些斜面一致地变形。在变形时，轨道164以类似弹簧的方式响应且产生包括大致垂直于环150平面的相对(夹持)分量F1和F2的力，所述力施加到缘边斜面214和边缘斜面216上，且将盖152压到边缘168上。夹持力F2和F3可以通过进一步拧紧紧固件158而增加，直到弹性力由于例如轨道164产生塑性变形而减小为止或者直到中心部分208邻接边缘唇缘176和/或盖唇缘190为止。当夹持压力增加时，密封件188与盖152和凹槽192一致地压缩以产生紧密的环境密封件。夹持力F2和F3可以通过适当调节紧固件158来控制，以保持窄的间隙218，从而避免下表面200和/或顶表面198的永久变形或疤痕。如本领域技术人员熟知的那样，可用夹持力能够由设计因素调节，所述设计因素包括但不限于缘边斜面214和边缘斜面216的角度和/或长度、上部轨道臂202和下部轨道臂204的角度和/或长度、轨道164的弹性常数、和施加的力F1。
轨道164沿其长度自始至终提供间隙218上的EMI屏蔽，包括机架角部周围，如下文更详细地描述的那样。这种屏蔽由包括轨道164的金属结构和形状的因素引起，且减少了来自于机架内部或外部的源的通过边缘168和盖152之间的EMI的量。轨道164的中心部分208可以配置成大致垂直于间隙218以提供改进的覆盖和这种EMI信号的更大的削弱。
图6示出了根据另一个示例性实施例的夹具240的等角投影图。夹具240配置用于矩形机架且相应地包括第一L形截面夹持轨道236和第二L形截面夹持轨道238，每个轨道具有根据本发明适合于夹持的截面几何形状，如图3中的轨道164所示的截面几何形状。第一衬背条230以平行的方式安装到第一轨道236，且沿其全长一致地穿过。第二衬背条232类似地平行于第二轨道238一致地安装。每个条230和232由轧制碳钢或不锈钢合金板制成，使用铆钉、点焊等附接到相应轨道。第一轨道236和第二轨道238分别使用第一紧固件246和第二紧固件248联接在一起以形成矩形环。紧固件246和248各配置成被拧紧或松开以调节夹具240跨越的周边距离。在夹持之前，紧固件246和248可被松开以扩大周边距离且利于夹具240安装和对齐到机架的边缘和盖上。在对齐之后，夹具240可通过拧紧紧固件246和/或248而被约束以产生夹持力。虽然夹具240显示为具有两个相对的角部紧固件，但是本领域技术人员将理解，取决于空间和/或其它总体设计考虑，夹具240可配置有单个角部紧固件或者两个以上的角部紧固件。
图7示出了根据一个示例性实施例的第一衬背条230和第二衬背条232与设置在夹具240角部处的紧固件246的相互作用。紧固件246包括具有固定头部250的t型螺栓262且可滑动地联接到联杆260。在一个实施例中，t型螺栓262被弯曲以更一致地适合于角部。联杆260可沿t型螺栓262以任一方向滑动且被限制在螺母组件254和头部250之间。螺母组件254被螺纹联接到t型螺栓262且在拧紧时促使第二联杆260朝头部250可控地移动。第一衬背条230在其端部处分开且形成一对环265，环265各可旋转地联接到头部250的端部，从而形成第一铰链269。第二衬背条232类似地分离以形成第二铰链271，第二铰链271可旋转地联接到第二联杆260的端部。紧固件246铰链联接到衬背条230和232允许夹具240在机架角部中更一致地调节和更均匀地施加压力。在夹持之前，螺母组件254可以被松开以允许头部250和联杆260分开，从而扩大夹具240。为了施加夹持压力，螺母组件254可被拧紧以促使头部250和联杆260朝彼此移动，从而约束夹具240。
图8是根据一个示例性实施例的配置成用于夹持机架角部的紧固组件298的等角投影图。第一夹持轨道300和第二夹持轨道302可表示制造用于矩形机架的夹具296的较长轨道部分的端部部段。第一轨道部段300和第二轨道部段302分别具有第一弯曲端部304和第二弯曲端部306，第一弯曲端部304和第二弯曲端部306定轮廓为与第一角部支架308和第二角部支架310一致地接合。可调节紧固件320相应地包括第一联杆322和第二联杆324，所述第一联杆322和第二联杆324分别沿螺纹杆312可滑动地接合第一角部支架308和第二角部支架310。螺纹联接到杆312的第一端321的螺母318可被旋转，以调节联杆和支架之间的距离，且通过其接合调节相应第一弯曲端部304和第二弯曲端部306之间的距离。在夹持之前，夹具296可通过松开螺母318被扩大，以利于与机架盖/边缘对齐。夹具296可使用螺母318被约束，以施加夹持压力，从而调节第一和第二支架308和310之间的距离，从而也调节第一弯曲端部304和第二弯曲端部306之间的距离。
图9是根据另一个示例性实施例的夹具组件270的等角投影图。夹具组件270配置用于矩形机架且相应地包括第一和第二轨道276和278，每个轨道形成具有两个直角弯曲部的不对称U形。轨道276和278通过第一可调节紧固件272和第二可调节紧固件274沿直轨道部分联接在一起。如前述实施例那样，紧固件272和274中的一个或两者可通过松开以对齐或拆卸或者通过拧紧以根据需要施加夹持力而调节夹具270的周长。在图10中示出了根据该实施例的示例性紧固件272的等角投影侧视图。紧固件272以与图7所示的紧固件246类似的方式配置，且包括螺纹杆280，螺纹杆280在第一端293联接到第一联杆282并可滑动地联接到第二联杆288和中空套筒284。第一联杆282可旋转地联接到第一衬背环290以形成第一铰链294，第二联杆288类似地可旋转地联接到第二衬背环292以形成第二铰链295。衬背环290和292每个分别以使用铆钉或焊接的熟知方式附接到轨道276和278的端部。螺母286可被旋转以使得套筒284沿杆280移动并调节第一和第二联杆282和288之间的距离。因而，紧固件272可被松开以扩大夹具270以利于与机架对齐或者从机架拆卸，或者可被拧紧以缩短夹具270的周长以便施加夹持压力。
图11是根据又一实施例的用于将相应第一夹持轨道362和第二夹持轨道364联接在一起从而形成夹具361的杆致动紧固件360的等角投影侧视图。紧固件360包括杆368，杆368具有配置有成角度前缘384的第一端380以利于由使用者致动。杆368具有由销366可旋转地铰接到第一基部378的第二端382。第一基部378使用铆钉、点焊等附接到第一轨道362。第二基部374具有向上弯曲的掣子(catch)372，且类似地使用铆钉、点焊等附接到第二轨道364。U形闩锁370骑跨杆368且具有第一和第二(未示出)带钩端部376和377，第一和第二带钩端部376和377分别经由杆368中的开口可旋转地联接杆368的任一侧。闩锁370包括环373，环373设置成在锁定位置时接合掣子372且在未接合时围绕杆368自由摆动。在夹持之前，通过在前缘384的下侧施加向上的力，杆368围绕销366顺时针(未示出)旋转至解锁位置。在解锁位置，闩锁370朝掣子372移动且与掣子372脱离，从而允许第一轨道362和第二轨道364的调节，以便允许夹具361与机架对齐或者从机架拆卸。紧固件360通过首先使得环373与掣子372接合，随后将杆368在第一基部378上旋转至锁定位置(如图所示)而进入锁定位置。当紧固件360处于锁定位置时，得到的夹具361的周长被固定且取决于第一轨道362和第二轨道364的长度以及紧固件360的位置和尺寸。因而，实现将得到期望夹持压力的期望周长将需要这些部件的精确位置和尺寸。
图12示出了根据一个示例性实施例的配置成与机架角部一致的夹持轨道350的等角投影侧视图。轨道350具有与图3中所示的轨道164类似的截面，且包括分别联接到中心部分338的上部臂340和下部臂342。上部臂340和下部臂342的部分在轨道350靠近机架角部的区域中被去除，从而相应地形成上部凹部332和下部凹部334、以及中心桥336。本领域技术人员将理解，凹部332和334的深度、宽度和/或形状可以变化，只要弯曲轨道350以适合于角部不会导致臂340和342或桥336的变形和/或结构损坏即可。轨道350的凹部可以在一定程度上减少角部的夹持压力。这种状况可以通过使得凹部332和334的宽度最小化和/或通过设计盖和边缘在角部区域具有更大的刚度而减轻。由于叠置在这些角部周围的盖/边缘接缝上的桥部分336的连续性，EMI屏蔽在机架角部保持连续。
图13示出了根据一个示例性实施例的具有由焊接件固定的周长的夹具390的等角投影图。夹具390配置用于矩形机架且包括单个夹持轨道394，夹持轨道394具有四个直角弯曲部，每个弯曲部配置有在图12中示出且在前文描述的角部凹部396。轨道394由可焊接材料(例如碳或不锈钢)制成且具有分别被预切削至与要夹持的机架相容的周长的第一端398和第二端400。在夹持之前，第一端398和第二端400可自由调节以使得轨道394与机架盖/边缘对齐。在对齐之后，第一端398和第二端400使用合适的装置被驱动到一起，以约束夹具390的周长且用焊接件392结合。在其它实施例中，第一端398和第二端400可被铆接、扣紧或卷曲结合在一起。当使用这些方法中的任一种结合时，夹具390的周长被固定且施加相应的夹持压力到机架盖/边缘。当被认为不必要通达机架内部以周期性维护其内容物时，可以使用以这种方式来固定轨道394。
虽然在前述具体实施方式中已经阐述了至少一个示范性实施例，但是应当理解的是，存在大量的变型。也应当理解，示范性实施例仅仅是示例，且不旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。相反，前述具体实施方式将提供本领域技术人员实施示范性实施例的便利途径。应当理解的是，可以对元件的功能和布置进行各种变化，而不偏离由所附权利要求书及其合法等价物所阐述的本发明的范围。
Claims (18)
1.一种用于将具有第一表面的盖紧固到具有边缘的机架上的系统，所述边缘具有第二表面，所述系统包括：
夹持轨道，所述夹持轨道配置成形成环，所述环周向接合所述第一表面和所述第二表面且在被约束时产生与所述环大致共面的第一力；和
联接到所述轨道的紧固件，所述紧固件配置成约束所述轨道，所述轨道以及第一和第二表面配置成在所述轨道被约束时产生第二力，第二力具有大致垂直于所述环的分量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧固件还包括联接到所述轨道的螺纹杆，所述螺纹杆配置成可调节地约束所述轨道。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧固件还包括可旋转地联接到所述轨道且具有闭合位置的杆，所述杆设置成在所述杆被致动到闭合位置时约束所述轨道。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧固件可旋转地联接到所述夹持轨道。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述夹持轨道联接到衬背条。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧固件联接到衬背条。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述夹持轨道还包括与第一表面接合的上部臂和与第二表面接合的下部臂。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述上部臂和所述下部臂具有不同的长度。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述边缘还包括角部，且所述轨道的上部臂和下部臂在靠近角部处设置有凹部。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轨道还包括角部支架，且其中所述紧固件联接到角部支架且配置成通过调节角部支架来约束所述轨道。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘和盖中的至少一个还包括凹槽，且还包括密封件，当盖夹持到边缘上时密封件与凹槽接合且密封机架。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘还包角部，所述紧固件配置成与角部一致。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述夹持轨道还配置成减少通过盖和边缘之间的电磁干扰。
14.一种用于将具有第一表面的盖夹持到具有边缘的车辆机架本体上的方法，所述边缘具有第二表面，所述方法包括以下步骤：
将夹持环与所述第一表面和第二表面周向对齐；
约束所述夹持环的周边以用第一力接合第一表面和第二表面，所述第一力与所述环大致共面；所述夹持环以及第一表面和第二表面配置成将第一力的至少一部分转换为大致垂直于所述环的第二力，所述第二力将所述盖夹持到所述边缘；和
在周向约束位置固定所述夹持环。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括步骤：在盖和边缘之间插入密封件。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述夹持环还包括第一端和第二端，且固定所述夹持环的步骤还包括通过将第一端和第二端焊接在一起而固定夹持环。
17.一种用于将盖夹持到车辆机架边缘的系统，所述盖具有位于第一平面中的第一表面，所述边缘具有位于第二平面中的第二表面，所述系统包括：
包围第一表面和第二表面的夹持轨道，所述夹持轨道包括：
第一臂，所述第一臂配置成接合第一表面且位于第三平面中；和
第二臂，所述第二臂配置成接合第二表面且位于第四平面中，当所述轨道被约束时所述轨道产生夹持力，所述夹持力将盖夹持到边缘上，所述第一平面和第二平面中的至少一个不同于第三平面和第四平面；和
联接到所述轨道的紧固件，所述紧固件配置成约束所述轨道。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述机架还包括角部，且所述第一臂和第二臂在靠近角部处设有凹部。
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