CN108575074A - 用于机动车辆的电子设备 - Google Patents

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Abstract

用于机动车辆的电子设备。一种包括冷却设备(10)的电子组件(48、76)，包括：冷却板(12)，所述冷却板(12)在其顶面(14)上装配有多个销鳍(16)；第一印刷电路板(50)，所述第一印刷电路板(50)包括抵靠所述冷却板(12)的底面(22)支撑的至少一个发热区域(52)；每个销(16)包括鼓风装置(29)，所述鼓风装置(29)包括装配有叶片(32)的轮毂(30)，所述叶片(32)沿每个销(16)轴向布置，以便能够绕所述销(16)旋转，由此产生用于冷却所述销(16)的空气流。

Description

用于机动车辆的电子设备
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的电子设备，并且更具体地涉及一种用于印刷电路板的散热设备。
背景技术
机动车辆上的电子控制单元越来越多地包括诸如微控制器、信号处理部件或甚至电力开关的半导体部件。半导体器件产生的热量不断增加。通常已知的是提供具有冷却柱的散热器，所述冷却柱用于将热从电子部件传递到周围的空气。在技术文献中，散热器的冷却柱也被称为“针”或“销鳍(pin fin)”。更通常地，用于表示具有冷却柱的散热器的术语是“销鳍散热器”。销鳍散热器也能够应用于多部件设备(诸如，电源或电子控制单元)。
为了提高散热器的散热能力，已知使用通过自然对流或通过借助于鼓风机的强制对流的对流传热机制。
然而，这种解决方案由于多种原因并不完全令人满意。散热器通常不能够缩放，也就是说，由于其散热表面面积是固定的，所以其尺寸将散热限制到设定的最大值。另外，自然对流通常不能均匀地冷却散热器的所有销鳍。强制对流通常需要在散热器的所有销鳍之上复杂实施笨重的鼓风机。
结果，本发明的一个目的是提供一种具有改进的散热能力的销鳍散热器，所述销鳍散热器克服了上述问题。根据以下描述将显现本发明的其它目的和优点。
发明内容
一种包括冷却设备的电子组件，包括：冷却板，在所述冷却板的顶面上装配有多个销鳍；第一印刷电路板，该第一印刷电路板包括抵靠所述冷却板的底面支撑的至少一个发热区域；每个销包括鼓风装置，所述鼓风装置包括装配有叶片的轮毂，所述叶片沿每个销轴向布置以便能够绕销旋转，由此产生用于冷却销的空气流。
每个轮毂可以被安装成能够在销鳍上旋转。每个销鳍可以具有带有圆形基部的圆柱形整体形状。每个销鳍在其自由端处可以包括肩部，轮毂被邻接地安装在该肩部上。叶片可以由从轮毂延伸直到它们的自由端的直线杆形成。每个直线杆可以包括沿每个杆轴向延伸的鼓风叶片。
电子组件还可以包括由布置在第二印刷电路板上的电子控制电路控制的旋转驱动设备。第二印刷电路板可以在销鳍的自由端上方被布置成平坦水平面。电子控制电路可以被布置在第二印刷电路板的面向轮毂的面上。每个轮毂可以被旋转地安装在第二印刷电路板上。旋转驱动设备可以是电磁的。对于每个鼓风装置，电磁旋转驱动设备可以包括：三个线圈，所述三个线圈被布置在第二印刷电路板上，形成磁定子；以及两个永磁体，所述两个永磁铁被布置在轮毂上，形成磁转子。
附图说明
本发明的其它特征、目的和优点将在阅读下面的详细描述并参照借助于非限制性示例给出的附图显现，在附图中：
图1是根据本发明的包括多个销鳍的冷却设备的示意性立体图。
图2是用于图1的销鳍的鼓风装置的第一实施方式的示意性立体图。
图3是用于图1的销鳍的鼓风装置的第二实施方式的示意性立体图。
图4是根据本发明的电子组件的第一实施方式的示意图，该电子组件包括装配有图2的鼓风装置的、图1的冷却设备。
图5是印刷电路板的示意性立体图，在该印刷电路板上安装用于旋转地控制用于销鳍的鼓风装置的电子电路。
图6是图5的控制电路的线圈系统的示意性详细视图。
图7是装配有两个永磁体的、图2的鼓风装置的示意性立体图。
图8是在图5的印刷电路板上旋转安装的、图7的鼓风装置的示意性截面图。
图9是根据本发明的电子组件的第二实施方式的示意图，该电子组件包括图1的冷却设备，该冷却设备装配有由布置在图5的印刷电路板上的电子控制电路旋转控制的鼓风装置。
具体实施方式
为了便于说明并且以非限制性的方式，定义了包括纵轴L、横轴T和垂直轴V的正交坐标系。在垂直方向定义方位“低”、“高”、“顶”、“底”、“下”和“上”。
在图1中，设置用于发热电子部件的散热的冷却设备10包括冷却板12，该冷却板12被布置在由纵轴和横轴限定的水平面中。冷却板12在其顶面14上装配有多个销鳍16。
总体而言，冷却板12是矩形的。两个侧壁18、20被布置在冷却板12的两个相反端处，以便当冷却板12例如被定位在壳体底部上时能够保持所述冷却板12升高，并且因此不会挤压抵靠冷却板12的底面22支撑的电子部件。
销鳍16被布置成与冷却板12垂直，并在垂直轴的方向上从冷却板12突出。根据所示出的实施方式，销鳍16被布置成与冷却板12对齐的行。销鳍16也可以被定位成偏移的行。所示的销鳍16整体呈具有圆形基部的圆柱形。每个销鳍16在其自由端24处包括肩部26，该肩部26被设置用于接纳用于销16的鼓风装置的、抵靠肩部26邻接安装的轮毂。通过在销鳍16的自由端24的一小部分上限制形成销的圆柱体的圆形基部的直径来形成肩部26。与自由端24的该部分的直径(被称为次直径d2)相对，圆柱体的圆形基部的直径被称为主直径d1。
作为替代方案，销鳍16可以是具有矩形基部的圆柱形状。作为替代方案，销鳍16可以具有均匀的圆柱形状，也就是说，它们的自由端24无需包括形成肩部26的限制。在这种情况下，鼓风装置的轮毂可以被直接邻接地安装在销16的自由端24的顶面28上，或者也可以被安装成在销16的基部处能够绕销旋转(也就是说邻接在冷却板12的顶面14上)。
图2中示出了用于销鳍16的鼓风装置29的第一实施方式。鼓风装置29包括装配有叶片32的轮毂30。轮毂30是具有布置在水平面中的圆形基部的圆柱形整体形状。为了能够插入到诸如图1中所描述的销鳍16上，也就是说，为了邻接在销鳍16的肩部26上，轮毂30在其中心处在其底面上(在图3中可见)包括具有与销鳍16的自由端24的次直径d2互补的尺寸的盲孔34。
鼓风装置29的叶片32由从轮毂30的周界38垂直向下延伸的直线杆36形成。直线杆36被有规律地分布在轮毂30的周界38上。杆36沿着销鳍16的主直径d1理想地为六个或八个。
轮毂30具有大体上大于销鳍16的主直径d1的尺寸的直径，也就是说，具有使得直线杆36能够绕销鳍16旋转同时被布置为尽可能接近销鳍16以便产生用于冷却销16的空气流的直径。
在图3中示出了鼓风装置40的第二实施方式。除了通过图2描述的鼓风装置29的结构之外，所示的鼓风装置40还包括附接到直线杆36的叶片42。叶片42呈矩形桨44的形式，其一侧朝向直线杆36的自由端46垂直延伸直到轮毂30的上表面。鼓风装置40的该实施方式的结构与液压装置的叶轮的结构相当。
图4中示出了包括装配有图2的鼓风装置29的、图1的冷却设备10的电子组件48的第一实施方式。电子组件48还包括第一印刷电路板50，该第一印刷电路板50包括能够产生热的电子部件52。为了冷却的目的，电子部件52支撑在冷却板12的底面22上。更一般地说，本发明不是仅限于能够产生热的电子部件52的冷却，而是延伸到印刷电路板的能够产生热的所有区域，所述能够产生热的区域也能够通过导热膏抵靠冷却板12的底面22而支撑。
根据电子组件48的该第一实施方式，图1的冷却设备10的每个销鳍16装配有图2中描述的鼓风装置29。每个鼓风装置29的轮毂30被安装成能够在每个销鳍16上旋转，以便能够绕其上安装有该轮毂的销鳍16驱动叶片32。更确切地，每个销鳍16的自由端24的次直径d2的圆柱部分被插入到每个轮毂30的中央盲孔34中。因此，轮毂30被邻接地安装在由销鳍16的直径的限制形成的肩部26上。每个鼓风装置29的直线杆36沿着每个销鳍16从轮毂30的周界38垂直向下延伸直到它们自己的自由端46。直线杆36的自由端46实际上与冷却板12接触，使得它们实际上沿上面安装有鼓风装置29的销鳍16在垂直方向上的整个长度延伸。
与已知的现有技术相比，该实施方式具有多个优点。
当设备在使鼓风装置29的叶片32能够旋转的方向上经受空气流时，鼓风装置29在销鳍16周围产生空气流，由此增加其散热能力，而在没有鼓风装置29的情况下，空气流仅冷却销16接触的那部分。
应是这样的情况：在鼓风装置的叶片32通过空气流旋转的情况下，图3中所描述的鼓风装置40的第二实施方式(也就是说，装配有叶片42的鼓风装置40)将证明是更有效但更笨重的。
另外，如果鼓风装置29、40由诸如铝的导热材料制成，则将鼓风装置29、40添加到每个销鳍16上使得可以增加冷却设备10的散热表面面积，并因此提高冷却设备10的散热能力。还应该注意的是，在包括由铝制成的叶片42的鼓风装置40的情况下，鼓风装置40的有用的散热表面面积也增加，并且因此改善了电子组件48的散热。
图5中示出了包括用于旋转地控制鼓风装置29、40的电子电路56的第二印刷电路板54。第二印刷电路板54在单个面上包括微控制器58、基于场效应晶体管的电子开关60和磁线圈62。控制电路56是磁控制电路(诸如，磁定子)。微控制器58控制开关60，以允许或不允许电流在磁线圈62中流动。磁线圈62被分组为三个线圈62的组。根据实施方式，磁线圈62是印刷在第二印刷电路板54上的呈圆螺旋形状的图案。每组三个线圈62被设置用于控制磁转子。
在图5和图6中，三个螺旋64的中心被规则地布置成圆形，并且因此彼此间隔开大约120度的角度α。更确切地，三个螺旋的中心64被布置在如图6中虚线所示的虚圆66上，其半径大体上小于图2中描述的鼓风装置的轮毂的圆柱形基部的半径，使得三个线圈62能够电磁耦合到安装在鼓风装置29、40的轮毂30上的磁转子。
本领域技术人员应该认识到，其它类型的线圈62可以完全适用于控制磁转子。本领域技术人员还应该认识到，控制电路56可以在多层印刷电路板的多个面上被制造。
图7的鼓风装置66与图2所示的鼓风装置不同之处仅在于磁性元件68被安装在轮毂30上。更确切地，相反极性(北-南)的两个永磁体70、72(诸如，磁转子)被布置在轮毂30上，以便与电子控制电路56的线圈62相互作用。
在图8中，装配有图5中描述的电子控制电路56的第二印刷电路板54被附接到图7中描述的鼓风装置66。形成用于驱动鼓风装置66旋转的旋转驱动设备74。所述旋转驱动设备74包括第二印刷电路板54的电子控制电路56，该第二印刷电路板54的线圈62被电磁耦合到鼓风装置66的两个永磁体70、72。为了优化旋转驱动设备74的性能，装配有两个永磁体70、72的鼓风装置66被旋转安装在第二印刷电路板54上，使得两个永磁体70、72被布置成面向彼此且尽可能地接近电子控制电路56的三个线圈62的组。用于旋转固定鼓风装置66的旋转固定装置77将第二印刷电路板54在上面布置有三个线圈62的虚圆66的中心与鼓风装置66的轮毂30的旋转轴之间连接到鼓风装置66。
作为替代方案，鼓风装置29、40可以由非磁性设备(诸如，例如，机械设备)来旋转驱动。
在图9中示出了电子组件76的第二实施方式。该第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，安装成能够在销鳍16上旋转的鼓风装置66的每个轮毂30被装配有两个相反极性的永磁体70、72(诸如，在图7中所描述的)。根据该第二实施方式，每个鼓风装置66的轮毂30也被旋转安装在第二印刷电路板54上。因此，第二印刷电路板54在销鳍16上方被定位成平坦水平面，但是其不与销鳍16直接接触。具体地，根据图2和图3中描述的实施方式，轮毂30在其中心处在其底面上包括盲孔34，而不是通孔。
然而，该实施方式的替代方案可以在于：轮毂30在其中心处装配有通孔，并且销鳍16的自由端24在垂直方向上具有足够大的尺寸，为了其能够在垂直方向上延伸超出轮毂30。销鳍16因此可以用作第二印刷电路板54处的紧固销。
作为替代方案，图3中描述的也就是说包括叶片42的鼓风装置40也可以在其轮毂30上装配有永磁体70、72，并且因此也可以被安装在图9的实施方式的销鳍16上。除了增加销鳍16周围的空气流外，叶片42还可以使得驱动设备74可能存在故障的鼓风装置66能够通过利用附近的鼓风装置66产生的相邻的空气流，来继续绕上面安装所述鼓风装置的销16旋转。

Claims (12)

1.一种电子组件(48、76)，所述电子组件(48、76)包括：
冷却设备(10)，所述冷却设备(10)包括冷却板(12)，所述冷却板(12)在其顶面(14)上装配有多个销鳍(16)；
第一印刷电路板(50)，所述第一印刷电路板(50)包括抵靠所述冷却板(12)的底面(22)支撑的至少一个发热区域(52)；
其特征在于，每个销(16)包括鼓风装置(29)，所述鼓风装置(29)包括装配有叶片(32)的轮毂(30)，所述叶片(32)沿每个销(16)轴向布置，以便能够绕所述销(16)旋转，由此产生用于冷却所述销(16)的空气流。
2.根据前述权利要求所述的电子组件(48、76)，其特征在于，每个轮毂(30)被安装成能够在销鳍(16)上旋转。
3.根据权利要求2所述的电子组件(48、76)，其特征在于，每个销鳍(16)具有带有圆形基部的圆柱形整体形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子组件(48、76)，其特征在于，每个销鳍(16)在其自由端(24)处包括肩部(26)，所述轮毂(30)被邻接地安装在所述肩部(26)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子组件(48、76)，其特征在于，所述叶片(32)由直线杆(36)形成，所述直线杆(36)从所述轮毂(30)延伸直至所述直线杆(36)的自由端(46)。
6.根据权利要求5所述的电子组件(48、76)，其特征在于，每个直线杆(36)包括沿每个杆(36)轴向延伸的鼓风叶片(42)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子组件(48、76)，其特征在于，所述电子组件(48、76)包括由布置在第二印刷电路板(54)上的电子控制电路(56)控制的旋转驱动设备(74)。
8.根据权利要求7所述的电子组件(48、76)，其特征在于，所述第二印刷电路板(54)在所述销鳍(16)的自由端(24)上方被布置成平坦水平面。
9.根据权利要求8所述的电子组件(48、76)，其特征在于，所述电子控制电路(56)被布置在所述第二印刷电路板(54)的面向所述轮毂(30)的面上。
10.根据权利要求8或9所述的电子组件(48、76)，其特征在于，每个轮毂(30)被旋转安装在所述第二印刷电路板(54)上。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的电子组件(48、76)，其特征在于，所述旋转驱动设备(74)是电磁的。
12.根据权利要求11所述的电子组件(48、76)，其特征在于，对于每个鼓风装置(66)，电磁旋转驱动设备(74)包括：
三个线圈(62)，所述三个线圈(62)被布置在第二印刷电路板(54)上，形成磁定子；
两个永磁体(70、72)，所述两个永磁体(70、72)被布置在所述轮毂(30)上，形成磁转子。
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