CN111741656A - 高散热性控制器 - Google Patents

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蒋文波
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Abstract

本发明提供了一种高散热性控制器，它解决了控制电路板散热效率低等问题，其具有内腔的控制器壳体以及设置在控制器壳体内且具有控制电路的控制电路板，控制器壳体包括由散热材料制成的散热外壳，散热外壳周向外侧设有沿散热外壳轴向延伸的开口，开口内通过固定结构连接有能将开口封闭的散热底板，且控制电路板通过散热元器件直接安装设置在散热底板上且沿散热外壳内腔径向向内延伸，散热外壳远离开口的周向内侧和控制电路板之间设有电路板定位结构。本发明具有散热效果好，功率密度高等优点。

Description

高散热性控制器
技术领域
本发明属于电路板散热设备技术领域，具体涉及一种高散热性控制器。
背景技术
随着科学技术的发展，电子技术也随之发展。但对于电子设备来说，工作时都会产生一定的热量，从而使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性能就会下降。因此，对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。当PCB中有少数器件发热量较大时(少于3个)时，可在发热器件上加散热器或导热管，当温度还不能降下来时，可采用带风扇的散热器，以增强散热效果。但在实际的安装使用时，有些安装机构空腔内部无法布置较多的散热装置；除此之外，目前广泛应用的PCB板材是覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材，还有少量使用的纸基覆铜板材。这些基材虽然具有优良的电气性能和加工性能，但散热性差，作为高发热元件的散热途径，几乎不能指望由PCB本身树脂传导热量。
为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种具有散热装置的电路板[201821855867.5]，其包括基板，散热装置，电气元件，竖板和隔垫，所述竖板设置在基板上，电气元件设置在竖板上，所述散热装置包括主体和散热片，散热片设置在主体顶部，多块散热片间隔设置，主体具有多个容纳腔，每个容纳腔中设有两块竖板，两块竖板上的电气元件相对设置，两块竖板之间设有隔垫，电气元件与隔垫抵靠。
上述方案在一定程度上解决了散热机构安装的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如电路板上的热量无法及时通过热传导快速降温等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，散热效果好的高散热性控制器。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本高散热性控制器，具有内腔的控制器壳体以及设置在控制器壳体内且具有控制电路的控制电路板，控制器壳体包括由散热材料制成的散热外壳，散热外壳周向外侧设有沿散热外壳轴向延伸的开口，开口内通过固定结构设有能将开口封闭的散热底板，且控制电路板通过散热元器件直接安装设置在散热底板上且沿散热外壳内腔径向向内延伸，散热外壳远离开口的周向内侧和控制电路板之间设有电路板定位结构。通过散热元器件将控制电路板与散热底板直接连接，从而快速将热量传导到散热底板或散热外壳外侧。
在上述的高散热性控制器中，散热底板外端延伸至散热外壳的开口外侧并形成安装平面，且安装平面上依次设有若干安装盲孔。散热底板可通过安装盲孔安装到车架上，进一步提高散热效率。
在上述的高散热性控制器中，散热外壳横截面呈具有长侧边和端侧边的矩形结构，且散热外壳周向外侧具有若干沿散热外壳轴向延伸设置的散热筋，开口形成于散热外壳具有短侧边的一侧边缘。散热筋位于控制电路板一侧且与控制电路板相对，便于热量快速传递。
在上述的高散热性控制器中，固定结构包括滑动插接结构和/或螺纹连接结构，滑动插接结构具有设置在开口一侧的第一卡接凸条，开口另一侧设有与第一卡接凸条朝向不同的第二卡接凸条，且散热底板一侧具有与第一卡接凸条相卡接的第一卡接槽，另一侧具有与第二卡接凸条相卡接的第二卡接槽。固定结构方便散热底板安装到散热外壳上，滑动插接保证散热外壳的开口与散热底板连接稳定。
在上述的高散热性控制器中，第一卡接凸条由散热外壳具有短侧边的一侧边缘且位于开口一侧朝向开口另一侧弯曲而成，第一卡接槽轴向形成于散热底板内端一侧，散热底板靠近第一卡接槽的一侧位于散热外壳周向外侧且具有若干轴向延伸设置的底板散热筋。底板散热筋位于散热外壳底部，有利于靠近散热底板的电子元件的散热。
在上述的高散热性控制器中，第二卡接凸条由散热外壳具有短侧边且远离具有第一卡接凸条的一侧朝向散热外壳周向内侧径向弯折而成，且第一卡接凸条和第二卡接凸条错位设置，第二卡接槽轴向形成于散热底板远离具有第一卡接槽的一侧边缘。
在上述的高散热性控制器中，第一卡接槽和第二卡接槽分别呈L形或T形，且第一卡接凸条和第一卡接槽外形相适配，第二卡接凸条和第二卡接槽外形相适配。L形或T形使得第一卡接槽和第二卡接槽与第一卡接凸条和第二卡接凸条接合后不会脱落。
在上述的高散热性控制器中，电路板定位结构包括设置在散热外壳远离开口的周向内侧且沿散热外壳轴向延伸设置的电路板定位槽，且控制电路板一侧定位于散热底板上，另一端卡接设置在电路板定位槽内。控制电路板上端卡接在电路板定位槽内，保证控制电路板垂直于散热底板。
在上述的高散热性控制器中，散热外壳两端敞口，散热外壳至少一端设有能将敞口封闭的端盖，端盖内侧的内腔与控制电路板间填满或部分填充有散热介质，散热介质由环氧树脂材料或AB胶材料制成，且端盖上具有供与控制电路板相连的导线穿过的过线孔，控制电路板上设置有铜条，铜条的厚度为0.7mm～1.2mm。端盖将散热外壳两端封闭，起到保护和防尘作用，同时也将散热介质封闭在散热外壳内，配合控制电路板上的铜条以及散热外壳和散热底板，可由有效降低热量，从而提高本控制器的功率密度。
在上述的高散热性控制器中，散热外壳和散热底板均由铝合金型材制成，且散热底板和散热外壳相互拼合形成矩形筒状结构。当安装控制器壳体时，矩形筒状结构的散热底板和散热外壳有利于车架的贴合。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：通过将控制电路板与散热底板直接连接，充分利用了散热底板和散热外壳的散热功能，提高相对空间散热效率；固定结构方便散热底板安装到散热外壳上，滑动插接保证散热外壳的开口与散热底板连接稳定；散热外壳和散热底板内填充有环氧树脂材料或AB胶材料制成的散热介质，配合控制电路板上的铜条，有效提高控制器的功率密度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的另一个视角的结构示意图；
图3是本发明的散热底板的结构示意图；
图中，控制器壳体1、内腔11、散热外壳2、开口21、散热筋22、底板散热筋23、端盖3、过线孔31、固定结构4、第一卡接凸条41、第二卡接凸条42、第一卡接槽43、第二卡接槽44、散热底板5、安装平面51、安装盲孔52、电路板定位结构6、电路板定位槽61、控制电路板7、导线71、散热介质8、铜条9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-3所示，本高散热性控制器，具有内腔11的控制器壳体1以及设置在控制器壳体1内且具有控制电路的控制电路板7，控制器壳体1包括由散热材料制成的散热外壳2，散热外壳2周向外侧设有沿散热外壳2轴向延伸的开口21，开口21内通过固定结构4设有能将开口21封闭的散热底板5，且控制电路板7通过散热元器件直接安装设置在散热底板5上且沿散热外壳2的内腔11径向向内延伸，散热外壳2远离开口21的周向内侧和控制电路板7之间设有电路板定位结构6。散热底板5通过固定结构4与散热外壳2的开口21互相插接，其中控制电路板7垂直安装在散热底板5上且一侧与散热外壳2内侧贴合，从而快速地将热量传递到散热外壳2的散热筋22和底板散热筋23上，避免增加额外的散热装置，在有限的空间里提高控制电路板7的散热效果。目前市场上采用的散热器通常采用外壳散热，包括16*7.5*12cm或者21*10.5*5cm等较大的体积规格，需要较大的安装空间，无法充分适应其他车款。本控制器的散热外壳2采用小体积设计，如8.5*5.2*3cm，具有较好的安装适用性。控制器体积越小，其热传导速率越快，从而使得散热外壳2的冷端和热端的温差越小，对于控制器功率的影响越小。
深入地，采用30*14*7.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.635w/cm3，额定功率为2000w，温差为23℃；采用25*14*7.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.571w/cm3，额定功率为1500w，温差为22℃；采用22*12*7.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.606w/cm3，额定功率为1200w，温差为24℃；采用16*12*7.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.694w/cm3，额定功率为1000w，温差为24℃；采用21*10.5*5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.907w/cm3，额定功率为1000w，温差为17℃；采用18*10.5*5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.847w/cm3，额定功率为800w，温差为18℃；采用15*8.5*4.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.871w/cm3，额定功率为500w，温差为17℃；采用12*8.5*4.5cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为0.98w/cm3，额定功率为450w，温差为18℃；采用10*7*4cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为1.25w/cm3，额定功率为350w，温差为13℃；采用9*5.2*3cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为1.282w/cm3，额定功率为180w，温差为14℃；采用8.5*5.2*3cm规格的控制器壳体1时，其功率密度为1.282w/cm3，额定功率为180w，温差为14℃。根据对比，采用8.5*5.2*3cm规格的控制器壳体1，控制器的功率密度最高。
具体地，散热底板5外端延伸至散热外壳2的开口21外侧并形成安装平面51，且安装平面51上依次设有若干安装盲孔52。当安装控制器壳体1时，安装盲孔52通过螺栓螺纹连接到车架上，散热底板5的安装平面51与车架贴合。散热外壳2上设置的安装盲孔52，用于将散热外壳2贴合安装至车架上，利用车架辅助散热降低控制器的温度。
进一步地，散热外壳2横截面呈具有长侧边和端侧边的矩形结构，且散热外壳2周向外侧具有若干沿散热外壳2轴向延伸设置的散热筋22，开口21形成于散热外壳2具有短侧边的一侧边缘。散热筋22设置在靠近控制电路板7处，分别快速散热。
更进一步地，固定结构4包括滑动插接结构和/或螺纹连接结构，滑动插接结构具有设置在开口21一侧的第一卡接凸条41，开口21另一侧设有与第一卡接凸条41朝向不同的第二卡接凸条42，且散热底板5一侧具有与第一卡接凸条41相卡接的第一卡接槽43，另一侧具有与第二卡接凸条42相卡接的第二卡接槽44。滑动插接结构将开口21与散热底板5的侧面和上表面贴合安装，使得散热外壳2和散热底板5接合成整体。采用螺纹连接结构时，通过螺孔与螺钉或螺栓的配合将散热底板5与散热外壳2螺纹连接，其连接方式较为简单。
同时，第一卡接凸条41由散热外壳2具有短侧边的一侧边缘且位于开口21一侧朝向开口21另一侧弯曲而成，第一卡接槽43轴向形成于散热底板5内端一侧，散热底板5靠近第一卡接槽43的一侧位于散热外壳2周向外侧且具有若干轴向延伸设置的底板散热筋23。底板散热筋23位于散热底板5一侧，将热量从控制电路板7下端导出。
除此之外，第二卡接凸条42由散热外壳2具有短侧边且远离具有第一卡接凸条41的一侧朝向散热外壳2周向内侧径向弯折而成，且第一卡接凸条41和第二卡接凸条42错位设置，第二卡接槽44轴向形成于散热底板5远离具有第一卡接槽43的一侧边缘。第一卡接凸条41和第二卡接凸条42弯折设置，将散热底板5勾连在散热外壳2的开口21端面上。
深入地。第一卡接槽43和第二卡接槽44分别呈L形或T形，且第一卡接凸条41和第一卡接槽43外形相适配，第二卡接凸条42和第二卡接槽44外形相适配。插接完成后，散热底板5仅能在散热外壳2的轴向方向上移动。
可见地。电路板定位结构6包括设置在散热外壳2远离开口21的周向内侧且沿散热外壳2轴向延伸设置的电路板定位槽61，且控制电路板7一侧定位于散热底板5上，另一端卡接设置在电路板定位槽61内。电路板定位槽61将控制电路板7上端固定，避免了控制器壳体1振动时，控制电路板7错位，控制电路板7采用高电流的功率器件。
优选地，散热外壳2两端敞口，散热外壳2至少一端设有能将敞口封闭的端盖3，端盖3内侧的内腔11与控制电路板7间填满或部分填充有散热介质8，散热介质8由环氧树脂材料或AB胶材料制成，且端盖3上具有供与控制电路板7相连的导线71穿过的过线孔31，控制电路板7上设置有铜条9，铜条9的厚度为0.7mm～1.2mm。导线71穿过端盖3且过线孔31接合处封闭，内部的散热介质8也可将端盖3、散热外壳2、控制电路板7和散热底板5粘合为一体，端盖3设置在一端可避免加注散热介质8渗漏。采用厚度为1mm的铜条9可达到最佳导热效果的同时保证较大的电流承受量，配合散热介质8和控制器壳体1，可有效提高散热效率，从而提升控制器的功率密度。常规的控制器功率密度为0.69w/cm3或者0.91w/cm3，提高了散热能力后将功率密度上限也提升至7.81w/cm3，适用于电动车无刷直流电机的控制。
很明显，散热外壳2和散热底板5均由铝合金型材制成，且散热底板5和散热外壳2相互拼合形成矩形筒状结构。铝合金具有较好的导热性和抗腐蚀性，提高了控制器壳体1的使用寿命。其中散热底板5和/或散热外壳2与控制电路板7上的散热元器件相连，例如与MOS管相连。散热底板5和/或散热外壳2与外部直接接触，控制电路板7作为主要发热器件与通过MOS管与散热外壳2内壁或散热底板5贴合，减少其热传导途径，保证控制器整体温度较低。
综上所述，本实施例的原理在于：散热外壳2下端开有轴向延伸的开口21，其中固定结构4的第一卡接凸条41和第二卡接凸条42位于开口21两侧，散热底板5上设有与第一卡接凸条41和第二卡接凸条42匹配的第一卡接槽43和第二卡接槽44来保证散热底板5滑动连接在散热外壳2上。控制电路板7垂直连接在散热外壳2上且上端与散热外壳2上端内侧的电路板定位槽61卡接，控制电路板7的所产生的热量可分别从散热外壳2外侧的散热筋22和底板散热筋23导出，控制电路板7底部连接的散热底板5和铜条9也可进一步提高散热效率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了控制器壳体1、内腔11、散热外壳2、开口21、散热筋22、底板散热筋23、端盖3、过线孔31、固定结构4、第一卡接凸条41、第二卡接凸条42、第一卡接槽43、第二卡接槽44、散热底板5、安装平面51、安装盲孔52、电路板定位结构6、电路板定位槽61、控制电路板7、导线71、散热介质8、铜条9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种高散热性控制器，具有内腔(11)的控制器壳体(1)以及设置在控制器壳体(1)内且具有控制电路的控制电路板(7)，其特征在于，所述的控制器壳体(1)包括由散热材料制成的散热外壳(2)，所述的散热外壳(2)周向外侧设有沿散热外壳(2)轴向延伸的开口(21)，所述的开口(21)内通过固定结构(4)连接有能将开口(21)封闭的散热底板(5)，且所述的控制电路板(7)通过散热元器件直接安装设置在散热底板(5)上且沿散热外壳(2)的内腔(11)径向向内延伸，所述的散热外壳(2)远离开口(21)的周向内侧和控制电路板(7)之间设有电路板定位结构(6)。
2.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的散热底板(5)外端延伸至散热外壳(2)的开口(21)外侧并形成安装平面(51)，且所述的安装平面(51)上依次设有若干安装盲孔(52)。
3.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的散热外壳(2)横截面呈具有长侧边和端侧边的矩形结构，且所述的散热外壳(2)周向外侧具有若干沿散热外壳(2)轴向延伸设置的散热筋(22)，所述的开口(21)形成于散热外壳(2)具有短侧边的一侧边缘。
4.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的固定结构(4)包括滑动插接结构和/或螺纹连接结构，所述的滑动插接结构具有设置在开口(21)一侧的第一卡接凸条(41)，所述的开口(21)另一侧设有与第一卡接凸条(41)朝向不同的第二卡接凸条(42)，且所述的散热底板(5)一侧具有与第一卡接凸条(41)相卡接的第一卡接槽(43)，另一侧具有与第二卡接凸条(42)相卡接的第二卡接槽(44)。
5.根据权利要求4所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的第一卡接凸条(41)由散热外壳(2)具有短侧边的一侧边缘且位于开口(21)一侧朝向开口(21)另一侧弯曲而成，所述的第一卡接槽(43)轴向形成于散热底板(5)内端一侧，所述的散热底板(5)靠近第一卡接槽(43)的一侧位于散热外壳(2)周向外侧且具有若干轴向延伸设置的底板散热筋(23)。
6.根据权利要求4所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的第二卡接凸条(42)由散热外壳(2)具有短侧边且远离具有第一卡接凸条(41)的一侧朝向散热外壳(2)周向内侧径向弯折而成，且所述的第一卡接凸条(41)和第二卡接凸条(42)错位设置，所述的第二卡接槽(44)轴向形成于散热底板(5)远离具有第一卡接槽(43)的一侧边缘。
7.根据权利要求4或5或6所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的第一卡接槽(43)和第二卡接槽(44)分别呈L形或T形，且所述的第一卡接凸条(41)和第一卡接槽(43)外形相适配，所述的第二卡接凸条(42)和第二卡接槽(44)外形相适配。
8.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的电路板定位结构(6)包括设置在散热外壳(2)远离开口(21)的周向内侧且沿散热外壳(2)轴向延伸设置的电路板定位槽(61)，且所述的控制电路板(7)一侧定位于散热底板(5)上，另一端卡接设置在电路板定位槽(61)内。
9.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的散热外壳(2)两端敞口，所述的散热外壳(2)至少一端设有能将敞口封闭的端盖(3)，所述的端盖(3)内侧的内腔(11)与控制电路板(7)间填满或部分填充有散热介质(8)，所述的散热介质(8)由环氧树脂材料或AB胶材料制成，且所述的端盖(3)上具有供与控制电路板(7)相连的导线(71)穿过的过线孔(31)，所述的控制电路板(7)上设置有铜条(9)，所述的铜条(9)的厚度为0.7mm～1.2mm。
10.根据权利要求1所述的高散热性控制器，其特征在于，所述的散热外壳(2)和散热底板(5)均由铝合金型材制成，且所述的散热底板(5)和散热外壳(2)相互拼合形成矩形筒状结构。
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