CN107454766A - 一种电子设备的防水透气结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子设备的防水透气结构，包括贯穿所述电子设备的孔，所述孔包括位于同一中心轴上的前段和后段，所述前段朝向电子设备外的一端内径大于与后段连通的一端的内径，所述前段设有固定装置，所述前段内内嵌一防水装置与所述固定装置可拆卸连接。本发明所提供的防水透气装置将电子设备的防水结构进行剥离，形成独立的防水装置，同时能够有效地对电子设备进行防水、防尘保护，且能够防止电磁波的干扰，适用于电子设备的声学装置、散热装置的防水透声透气。

Description

一种电子设备的防水透气结构

技术领域

本发明涉及电子设备的防水透气结构，包含手机，笔记本等电子产品，但不仅限于此类产品，可以延伸到各个种类的产品，包括耳机、仪表仪器、军工产品、特殊设备等。

背景技术

电子设备的声学装置正常工作时会产生声波，声波通过电子设备上相应的孔传到外界，孔与声学装置形成了电子设备连接外部的通道；同样地，电子设备的对流散热也需要相应的孔将热流传到外界，孔与散热装置形成了电子设备连接外部的通道。因此，水容易通过这种通道侵入至电子设备内部，严重时将对电子设备造成损害。而在军用电子设备领域，电子设备的使用环境更为严苛，发生水侵的情况更为频繁。因此，具备较好的防水效果对军用电子设备的可靠性具有重要意义。在现有技术中，通常的解决方案是在声学装置的声学端口覆盖防水透声膜。客观而言，该解决方案能够在一定程度上解决防水的问题，但也存在如下不足：

1、结构与电子设备耦合，因此当防水结构需要维修或更换时，必须对电子设备进行拆装，造成一定不便；尤其是当电子设备是诸如智能手表、手机等精密设备时，需要专业维修人员才能进行拆装，更增加了其维修成本。

2、结构单一。声学通道以及散热通道作为连接电子设备内部与外部的通道，也有可能受到干扰电磁波的侵入，而现有方案明显不具备防电磁波的功能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种电子设备的防水透气结构，包括贯穿所述电子设备的孔，所述孔包括位于同一中心轴上的前段和后段，所述前段朝向电子设备外的一端内径大于与后段连通的一端的内径，所述前段设有固定装置，所述前段内内嵌着一防水透气装置与所述固定装置可拆卸连接。

在一具体实施例中，所述防水透气装置包括：设于所述前段朝向电子设备外的一端内的第一支撑环，设于所述前段与后段连通的一端内的第二支撑环，设于第一、第二支撑环之间的支撑座，自支撑座呈平面放射状连接所述支撑座与第一支撑环的若干个第一支架，连接所述支撑座与第二支撑环的若干个第二支撑架，固定在支撑座端面、第一支撑环与第一支撑架上的第一网状膜。

优选的，还可以在所述第二支撑环上固定第二网状膜，起到冗余备份的效果。所述机壳与第一、第二网状膜共同构成一个封闭的防水透气腔体。

具体的，所述若干个第二支撑架自支撑座呈椎体均匀放射状排列连接所述第二支撑环。所述第二支撑环的外径大于所述后段的内径，小于所述前段与后段连通一端的内径。所述防水透气装置与固定装置通过螺纹或卡扣实现可拆卸连接。

优选的，所述支撑座、支撑架、支撑环采用金属材质制成。

优选的，所述第一支撑环内设有至少一个同圆心的支撑内环，第一、第二支撑环以及支撑内环为圆形环或多边形环。

优选的，所述第一网状膜表面涂覆有疏水性涂层。

优选的，所述第一、第二网状膜的微孔直径在0.1～10μm之间。

相较于现有技术，本发明提供的电子设备的防水透气装置具有以下有益效果：

一、防水透气装置与电子设备剥离，形成独立的防水透气装置，通过与固定装置可拆卸连接，因此拆装简便，容易进行维修或者更换。而且这将使防水透气装置中的网状膜的约束条件减少，可选用多种材料(比如金属、织物等)、不同目数和厚度的网状膜，以提高其防水能力。对同一个电子设备，可通过更改防水透气装置达到更改其防水能力的目的，形成防水性能的互换。

二、防电磁波干扰。根据使用需要，防水透气装置的支撑座、支撑环、支撑架可选金属材料。由于第一支撑环和第一支撑架构成的第一端面对孔的进入通道形成完全阻挡，根据电磁屏蔽理论可知，防水透气装置能够阻止一定频率范围的电磁波的干扰。并且通过在第一支撑环和支撑座之间增加同心支撑内环和增加第一支撑架的数量，可减少所述第一端面中相邻二个第一支撑架之间的间隙的大小，从而实现调整该装置的抗干扰频率范围。

三、具备良好的防水效果。参考I P防水等级，水的侵入可分为溅水和浸泡两种情形。水的侵入为溅水时：首先，由于第一网状膜涂覆了疏水涂层，能够有效地弹开溅水；其次，即便溅水的初始水压较大，导致溅水穿过第一网状膜，渗入防水腔体；但由于第一网状膜的作用，渗入水的水压已经非常低，无法再通过第二网状膜，将被容纳在防水透气腔体中；最后，一般而言，溅水的持续时间较为短暂，且水压变化，因此虽然防水透气腔体的容积有限，但能够渗入的水量较少，因而能够达到很好的防水效果。水的侵入为浸泡时：由于浸泡的水压稳定，而防水透气腔体容量有限，因此防水只能通过采用防水能力足够的网状膜实现。但是如果浸泡时间较短，且浸泡深度超过所述网状膜的防水能力不多，由于防水透气腔体的缓冲作用，能够对电子设备起到“瞬时过压”保护作用。在某些情形下，该“瞬时过压”保护作用具有一定的实际意义。同时，防水透气装置具备两层网状膜，当所述第一网状膜在水下遭到异物破坏时，仍有所述第二膜提供防水保护，起到冗余备份的效果。

四、防尘。一般而言，防水透气的网状膜的微孔直径在0.1～10μm之间，因此，能够有效地防止粉尘的侵入。

附图说明

图1示出了本发明的爆炸结构示意图。

图2示出了本发明一个实施例的剖面图。

图3示出了本发明防水透气装置的结构示意图。

图4出了本发明防水透气装置的第一支撑架的受力分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明，且所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1至3所示，本发明提出的电子设备的防水透气结构包括设置在电子设备的机壳1上的孔2、固定装置3、防水透气装置4。

机壳1为一般电子设备比如手机、平板电脑、笔记本电脑等的机壳。至少一个孔2设置于机壳1，连通电子设备内部与外界。

孔2分为前段和后段，前段靠近外界，后段靠近电子设备内部，前段和后段的中心轴重合。前段口大底小呈碗状，也就是说，前段朝向电子设备外的一端为口部，前段与后段连通的一端为底部；后段为圆柱状，后段的内径小于前段底部内径。

固定装置3设置于孔2的前段，为机壳的一部分，能够对防水透气装置4起到紧固作用，并且还可拆卸。具体实施时，固定装置3可为卡扣、螺纹等可拆装装置。

防水透气装置4包括支撑座41、第一支撑环422、第二支撑环424、第一支撑架431、第二支撑架433、第一网状膜442和第二网状膜444。第一支撑环422设于前段朝向电子设备外的一端内，第二支撑环424设于前段与后段连通的一端内，多个第一支撑架431在平面内呈均匀放射状排列且两端分别连接支撑座41与第一支撑环422，且与第一支撑环422位于同一个平面内形成轮毂状，支撑座41的端部、第一支撑环422、第一支撑架431构成防水透气装置的第一端面，多个第二支撑架433连接支撑座41与第二支撑环424，这些第二支撑架433自支撑座呈椎体均匀放射状排列连接第二支撑环，第二支撑环424构成防水透气装置的第二端面。第一网状膜固定在第一支撑环与第一支撑架上。支撑座41的横截面积大于第一、第二支撑架的横截面积。具体实施时，在不考虑防水透气装置4的防电磁波干扰特性下，支撑座41、第一、第二支撑架以及第一、第二支撑环的实施材料包括但不限于金属。

第二支撑环424外径大于孔2后段内径，小于孔2前段底部内径。具体实施时，第一支撑环422可设有同心的支撑内环，同心的支撑内环的外径小于第一支撑环422的内径，可减少第一端面中相邻二个第一支撑架之间的孔隙的大小，同时可提高防水透气装置4的结构强度；具体实施时，各支撑环包括但不限于圆形环，也可为方形环等其他多边形环结构；

第一网状膜442固定于第一端面，第二网状膜444固定于第二端面；第一、第二网状膜具备防水透声的功能，一般情况下的其微孔的孔径为0.1-10μm，其实施材料可采用金属、织物、化学合成材料等。机壳1与第一网状膜442、第二网状膜444共同构成一个封闭的防水腔体。这里所描述的实施例为本发明的一最优实施例，在其他实施例中，仅设置了第一网状膜，没有设置第二网状膜也属于本发明的保护范围。

具体地，该电子设备的防水透气装置应用于浸泡时，防水透气装置4会受到水压的作用。以下将对防水透气装置4提供一种简便的受力分析模型，并提供所述支撑座41、支撑环、支撑架在不同浸泡深度时符合其强度需要的结构参数，以供参考。

请同时参阅图1、图2和图4。防水透气装置4处于浸泡状态时，假设其为等压强体。支撑座41横截面积远大于单个第一或第二支撑架的横截面积，其结构强度远大于第一、第二支撑架的结构强度，无需对其进行受力分析；第一、第二支撑环依托于机壳1，也无需对其进行受力分析；根据防水透气装置4的结构特点及其等压强体的特性，可知第二支撑架433的受力情况好于第一支撑架431，故受力分析仅需对所述第一支撑架431进行。第一端面受力来源为水压，同一深度的水压是均匀分布且相等的；由于防水透气装置4用于便携设备，其直径一般不大于2cm，为简化计算，可认为第一支撑架431所受的水压是均匀分布且相等的。根据第一端面上第一支撑架431轮毂状的排列，可知第一支撑架431的受力情况均为一致。现任取一第一支撑架431，设其横截面为正方形，正方形边长为a，支撑架长度为L，设所处水深为h。根据第一支撑架431的受力情况，可认为其力学模型为承受均布载荷的简支梁。承受均布载荷的简支梁是材料力学中典型的案例，因此，在本专利中不再对第一支撑架431的受力进行分析，而是直接给出分析结果。第一支撑架431的破坏处为其中点位置，第一支撑架431中点位置的弯曲应力为：

其中，M_max为最大扭矩，

W为弯曲截面系数，

q为均布载荷，q＝ρgha；

综上，

具体地，根据不同的使用级别，安全系数S取不同值，分别为民用级安全系数取1.2，工业级安全系数取1.4，军用级安全系数取1.6，则有：

Sσ_max＜σ_材料

其中，σ_材料为所述第一支撑架431的材料的弯曲强度

具体地，根据如上的分析结果，当使用级别为军用级；所述第一支撑架431的材料为铝合金6061，即σ_材料为228Mpa；所述第一支撑架431的横截面为正方形，正方形边长a为0.2mm时；如表1所示，给出若干深度h下所述第一支撑架431的长度L可取的极限最大值。

表1参数表

序号	边长a(mm)	水深h(m)	最大长度L(mm)
				1	0.2	1	27.6
2	0.2	1.5	22.5
				3	0.2	2	19.5
4	0.2	2.5	17.4
				5	0.2	3	15.9
6	0.2	3.5	14.7
				7	0.2	4	13.8
8	0.2	4.5	13.0
				9	0.2	5	12.3
10	0.2	5.5	11.8

具体地，不同使用条件下所述第一支撑架431的结构参数L、a可根据不等式Sσ_max＜σ_材料进行强度校验。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子设备的防水透气结构，包括贯穿所述电子设备的孔，其特征在于，所述孔包括位于同一中心轴上的前段和后段，所述前段朝向电子设备外的一端内径大于与后段连通的一端的内径，所述前段设有固定装置，所述前段内内嵌着一防水透气装置与所述固定装置可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述防水透气装置包括：设于所述前段朝向电子设备外的一端内的第一支撑环，设于所述前段与后段连通的一端内的第二支撑环，设于第一、第二支撑环之间的支撑座，自支撑座呈平面放射状连接所述支撑座与第一支撑环的若干个第一支架，连接所述支撑座与第二支撑环的若干个第二支撑架，固定在支撑座端面、第一支撑环与第一支撑架上的第一网状膜。

3.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述第二支撑环上固定着第二网状膜，所述机壳与第一、第二网状膜共同构成一个封闭的防水透气腔体。

4.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述若干个第二支撑架自支撑座呈椎体均匀放射状排列连接所述第二支撑环。

5.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述第二支撑环的外径大于所述后段的内径，小于所述前段与后段连通一端的内径。

6.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述支撑座、支撑架、支撑环采用金属材质制成。

7.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述第一支撑环内设有至少一个同心的支撑内环，所述第一、第二支撑环以及支撑内环为圆形环或多边形环。

8.如权利要求2所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述第一网状膜表面涂覆有疏水性涂层。

9.如权利要求3所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述第一、第二网状膜的微孔直径在0.1~10μm之间。

10.如权利要求1所述的电子设备的防水透气结构，其特征在于，所述防水透气装置与固定装置通过螺纹或卡扣实现可拆卸连接。