CN111787726A - 降低或消除噪声与振动问题的模块与装设其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低或消除噪声与振动问题的模块与装设该模块的电子设备，电子设备(10)包括一外壳(2)；该外壳(2)包括一顶盖板(21)、一围壁(22)，以及一由该围壁(22)与该顶盖板(21)所定义的腔室；该顶盖板(21)的一部分被固定于该围壁(22)的一围壁上缘(23)上；该电子设备(10)还包括至少一支撑元件(65)，用于支撑该顶盖板(21)；该至少一支撑元件(65)设置于该腔室内，并且与该围壁(22)之间具有一距离。

Description

降低或消除噪声与振动问题的模块与装设其的电子设备
技术领域
本发明涉及一电子设备，特别是涉及一种运作时会产生噪声与振动的问题的电子设备。
背景技术
一般的电子设备与其零组件，在一段时间的使用后，容易产生噪声与振动的问题，也就是业界所说的NVH问题("Noise,Vibration,Harshness"，噪声、振动与声振粗糙度)的问题，举例而言，像是一车用的逆变器，若其外壳与该逆变器内部的某些元件的接合并不牢固，或是在接合处有不该存在的空隙，则该逆变器很有可能在一段时间的使用后，会产生噪声与振动的问题。
因此，需要一种解决方案来消除或是降低电子设备产生的噪声与振动的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉且效能良好的减振模块与一种装设该减振模块的电子设备，用以降低或是消除该电子设备于运作时所产生的噪声与振动的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电子设备，其包括一外壳；该外壳包括一顶盖板、一围壁，以及一由该围壁与该顶盖板所定义的腔室；该顶盖板的一部分被固定于该围壁的一围壁上缘上；该电子设备还包括至少一支撑元件，用于支撑该顶盖板；该至少一支撑元件设置于该腔室内，并且与该围壁之间具有一距离。
进一步地，该至少一支撑元件包括至少一凸出部，该至少一凸出部由一支撑板延伸出去，该支撑板固定于该围壁上。
进一步地，该支撑板可为一中层板，该中层板被接合固定在该围壁或该底板上，该中层板位于该顶盖板与一底板之间，该底板的一部分被固定于该围壁的一围壁下缘上，其中该中层板将该腔室区分为一上半腔室与一下半腔室。
进一步地，该支撑板可为一底板，该底板的一部分被固定于该围壁的一围壁下缘上。
进一步地，当该顶盖板的一部分被固定于该围壁上，且该顶盖板与该至少一支撑元件相互接触时，该顶盖板与该至少一支撑元件会对彼此施加一应力。
进一步地，该至少一凸出部包括一第一支撑端，该第一支撑端设置于该支撑板的该上表面的一支撑区域内，该支撑区域的边界与该围壁之间具有一距离，该距离为1/3的该支撑板的长度或是宽度。
进一步地，该电子设备还包括一辅助元件，用以将该至少一支撑元件固定在该顶盖板的一下表面。
进一步地，该辅助元件包括一黏合层，形成于该至少一凸出部的一第二支撑端与该顶盖板的该下表面之间，以将该至少一凸出部黏附固定在该顶盖板的该下表面，其中该第一支撑端与该第二支撑端之间的距离即为该至少一支撑元件的高度。
进一步地，该黏合层的材质柔软并且具有弹性，因此能吸收该顶盖板的至少一部分的振动。
进一步地，该黏合层的材质为一密封粘胶。
进一步地，该辅助元件包括一螺栓，该顶盖板的该下表面具有与该螺栓相对应的一螺栓槽，该螺栓槽的内壁的螺纹形状与该螺栓的外部螺纹形状相互配合。
进一步地，该至少一凸出部为一圆柱体。
进一步地，该至少一凸出部一体成形地形成在该支撑板上。
进一步地，该顶盖板的边缘被固定于该围壁的该围壁上缘上。
进一步地，该电子设备为一逆变器(Inverter)、一直流变压器(DC-to-DCConverter)，或是一车载充电器(Onboard charger)。
附图说明
图1是本发明的一电子设备的一实施例的一水平横切面示意图。
图2是本发明的减振模块的一实施例的纵切面示意图。
图3是本发明的减振模块的另一实施例的纵切面示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，对本发明的实质性特点剧和优势作进行详细说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
图1是本发明的一电子设备10的一实施例的俯视的水平横切面示意图。电子设备10包括一外壳2、一支撑板、一减振模块7，与多个电子元件。图2和图3是图1的A-A纵切面的放大示意图，分别显示减振模块7的不同实施例。在本实施例中，电子设备10为一车用的逆变器(Inverter)，然而在其它实施例中，电子设备10可为一直流变压器(DC-to-DCConverter)，或是一车载充电器(onboard charger)。
外壳2包括一顶盖板21、一围壁22，以及一底板24。进一步地，底板24可与围壁22正交，底板24的一部分(例如底板的边缘)与围壁22的一围壁下缘接合。围壁22与顶盖板21、底板24之间形成一个中空的腔室，以及该腔室上方的一腔室开口。例如，如图1所示，围壁22包括四个侧壁22，该四个侧壁22与顶盖板21、底板24之间形成一形状为长方体的该中空腔室。另外，随着被置入元件或模块的形状的改变，该腔室可以被设计成其他种形状，例如一圆柱状的腔室(未图示)，顶盖板21与底板24各自是一个圆片，而围壁22位于顶盖板21的外缘且正交于底板24，以形成形状为一空心圆柱的该腔室。在以上长方体或是圆柱状的腔室的实施例中，围壁22皆与底板24正交，而在另一实施例中(未图示)，围壁22不与顶盖板21、底板24正交，而是与底板24呈现一往外或向内倾斜5到15度的倾斜角，也就是说，该腔室开口的面积，会大于或小于底板24或该腔室的其余任一与底板24平行的水平横截面的面积，如此结构亦被视为在本发明的保护范围之内。
该腔室用以容纳该多个电子元件，该多个电子元件被安装于底板24上。在一较佳的实施例中，电子设备10还包括一中层板5，该多个电子元件中的一部分可先安装于中层板5的一上表面51和/或一下表面，而该腔室开口用于在电子设备10的元件组装过程中，让该些电子元件与中层板5，通过该腔室开口并依循一纵向方向91，被放入该腔室内，且将中层板5的边缘与围壁22接合固定。于本实施例中，顶盖板21、中层板5与底板24皆正交于围壁22。在结束该组装过程时，顶盖板21会依循一纵向方向91，被放在该腔室上，用以封闭该腔室开口，而顶盖板21的面积略大于或是等于该腔室开口的面积。在该腔室开口被顶盖板21封闭的状态下，顶盖板21与外壳2的其他部分的接合，仅位于围壁22的一围壁上缘23上。进一步地，顶盖板21的一部分，例如顶盖板21的边缘，被固定于围壁22的围壁上缘23上。
在一实施例中，顶盖板21、围壁22、中层板5与底板24各自的厚度分别为3毫米、5毫米、5毫米、5毫米，而顶盖板、围壁22、中层板5与底板24的材质可为以下材料之一：塑胶、铝、铜、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金。此外，顶盖板21、围壁22、中层板5与底板24可各自选用不同的材质。本发明不限于顶盖板21、围壁22、中层板5和/或底板24的各个部位的厚度或是材质方面的选择。
该多个电子元件可包含一印刷电路板模块(Printed Circuit Board，英文缩写为PCB)、一脉冲宽度调节(Pulse Width Modulation，英文缩写为PWM)控制器、一误差放大器、一振荡器、一短路保护电路、一输出晶体管等等。本发明不限于该多个电子元件所包含的电子元件的种类。
在一实施例中，装设有该些电子元件的中层板5的上表面51和/或该下表面，可具有一或多个深度很浅的凹槽和/或是相对应的高度很浅的凸出部，该些凹槽的内壁形状与该多个电子元件中一部分的电子元件的外部形状相匹配，以借此容纳和固定该些电子元件。
进一步地，中层板5包括至少一第一固定元件，用以将中层板5接合并固定在围壁22上。围壁22可还包括至少一第二固定元件，用以配合该至少一第一固定元件，将该中层板5固定在一围壁22上。在一实施例中，该至少一第一固定元件为一凸出固定部，形成于中层板5的边缘，而该至少一第二固定元件为位于围壁22的一凹槽或是一固定孔，该凹槽或该固定孔的内壁形状与该凸出固定部的外部形状相匹配，能让该凹槽或该固定孔容纳该凸出固定部，以借此将中层板5接合并固定在围壁22上。如此，中层板5位于顶盖板21和底板24之间，并且大致上平行于顶盖板21与底板24。
中层板5将该腔室区分为一上半腔室3a与一下半腔室，亦将围壁22区分为上半部围壁22a与下半部围壁。上半部围壁22a包括前述的围壁上缘23而不与底板24相接。上半部围壁22a的长度为h，例如80毫米。在该腔室开口被顶盖板21封闭的状态下，此长度h亦即是顶盖板21与中层板5之间的距离，而上半腔室3a成为一个具有深度为h的立体而中空的腔室；在一实施例中，上半腔室3a的深度h可以仅为该腔室的整体深度的1/4，亦即上半腔室3a是一个形状扁平的腔室，如图1所示。此外，由于顶盖板21与中层板5之间的上半腔室3a是一个中空的腔室，而在顶盖板21与外壳2之间，除了如前述所言的围壁上缘23之外，不存在有其它任何物件来支撑顶盖板21，如此一来，在电子设备10运作时，顶盖板21有可能会产生振动，例如顶盖板21依循纵向方向91，往上半腔室3a内或外的方向振动，如此则容易导致电子设备10产生噪声与振动的问题。前述的状况同样容易发生在当电子设备10不具有中层板5的情况下，也就是说，顶盖板21与底板24之间的该腔室没有被中层板5区分成上半腔室3a与下半腔室，而是一整个中空的腔室，如此，如前述所言的顶盖板21往该腔室内或外的方向振动的现象，亦很有可能发生。而本发明的减振模块7，即为用以改善或是消除上述所引发的噪声与振动的问题。
减振模块7设置于上述的该支撑板上，用于支撑顶盖板21，该支撑板可为中层板5或底板24。减振模块7包括至少一支撑元件65，设置于在该腔室内，并且与围壁22之间具有一距离。该至少一支撑元件65设置于该支撑板的一上表面51上，于一较佳实施例中(如图1至图3所示)，该支撑板为中层板5；而在另一实施例中(未图示)，该支撑板为底板24。该支撑板的边缘固定于围壁22上。该至少一支撑元件65的高度同等于该支撑板与顶盖板21之间的一距离；在图1到图3的实施例中，该至少一支撑元件65的高度同等于上半腔室3a的深度h。
进一步地，上表面51包括一支撑区域55，用以将该至少一支撑元件65设置于其上。更进一步地，支撑区域55位于上表面51的一中央区域(如图1所示的中央区域55)，支撑区域55的边界57与围壁22之间有一距离d。该距离d是该至少一支撑元件65的位置与围壁22之间的最小距离。进一步地，而该距离d的数值，可根据至少一支撑元件65的个数，和/或该支撑板的长度或/和宽度来决定，例如在一实施例中，距离d可为1/3的中层板5的长度或是宽度。设定该距离d的原因是由于顶盖板21的边缘已很好地被围壁上缘23所支撑，该至少一支撑元件65无须太靠近上半部围壁22a(换句话说，无须太靠近中层板5的边缘)。该至少一支撑元件65可具有多个支撑元件65，彼此间以等距离的方式间隔分布。
在一实施例中，该至少一支撑元件65包括至少一凸出部6a、6b，分别设置于该支撑板(例如图1的实施例的中层板5)的上表面51的支撑区域55内。在一实施例中，该至少一凸出部6a、6b由该支撑板延伸出去。进一步地，该至少一凸出部6a、6b可为一长方体或一圆柱体，而在其为一圆柱体的例子里，其正交于纵向方向91的一水平横截面的直径可为20毫米。该至少一凸出部6a、6b的高度同等于该支撑板与顶盖板21之间的该距离；在图1到图3的实施例中，该至少一凸出部6a、6b的高度同等于上半腔室3a的深度h。
进一步地，该至少一支撑元件65的该至少一凸出部6a、6b，包括有一第一支撑端与一第二支撑端，如图1所示的两个凸出部6a、6b，其各自具有一第一支撑端61a与一第二支撑端61b，该些凸出部6a、6b各自的第一支撑端61a被固定在该支撑板(中层板5)的上表面51的支撑区域55内，例如图1所示的，该些第一支撑端61a被固定在支撑区域55的边界57。在另一实施例中(未图示)，该些凸出部6a、6b各自的第一支撑端61a可被固定在支撑区域55内较远离边界57的一位置。而该些凸出部6a、6b各自的第二支撑端61b会在组装过程中被固定在顶盖板21的一下表面211(标示于图2与图3)。相对于顶盖板21和中层板5而言，该第一61a、第二支撑端61b的面积很小，而该二支撑端61a、61b彼此之间的距离即是该至少一凸出部6a、6b的高度。另外，为了解说方便，在图2与图3中仅显示凸出部6a、其第一支撑端61a与第二支撑端61b，而凸出部6b虽未被显示于图2与图3，然而其构造大致上与凸出部6a相同。
在一实施例中，在该至少一支撑元件65的该至少一凸出部6a、6b于制造后，须使用黏合剂或是一固定装置，将其装设于该支撑板上；而在另一实施例中，在该支撑板的制造过程中，该至少一支撑元件65的该至少一凸出部6a、6b被直接一体成形地形成在该支撑板上，无须使用任何黏合剂或是固定装置。在另一实施例中，该至少一凸出部6a、6b与该支撑板为一体成形的构造，且该至少一凸出部6a、6b为一中空的圆柱，其底部与该支撑板的上表面51接触的部分即为一环状的第一支撑端61a，如图1至图3所示。
当顶盖板21的一部分被固定于围壁22上，且顶盖板21与该至少一支撑元件65相互接触时，顶盖板21与该至少一支撑元件65会对彼此施加一应力，因此该至少一支撑元件65能很好地支撑顶盖板21。
如此一来，在电子设备10运作时，在承受常规的外界激励下，该至少一支撑元件65(例如该些凸出部6a、6b)能更好地支撑顶盖板21，因此能减少，甚至是完全消除顶盖板21的振动，也就是说，该至少一支撑元件65能有效地改善或是消除上述的电子设备10的噪声与振动的问题。
进一步地，减振模块7还包括一辅助元件8，用以将该至少一支撑元件65固定在该顶盖板21的下表面211，如此以减少或是消除可能发生的顶盖板21与该至少一支撑元件65之间的相对位移。于图2所示的实施例中，辅助元件8包括一黏合层(adhesive layer)82，依循纵向方向91，设置于该至少一凸出部6a、6b的该第二支撑端61b上，以将该至少一凸出部6a、6b的该第二支撑端61b黏附固定在顶盖板21的下表面211。
进一步地，黏合层82的材质柔软并且略具有弹性，因此能吸收顶盖板21的至少一部分的振动，并且减少或什至是消除可能发生的顶盖板21与该至少一支撑元件65之间的相对位移。在一实施例中，黏合层82的材质可为一密封粘胶，例如
Figure BDA0002111817610000071
7091TM或
Figure BDA0002111817610000072
5970TM(后者材质为矽酮密封胶)。另外，由于在该至少一凸出部6a、6b的该第二支撑端61b与顶盖板21的下表面211之间的黏合层82的厚度非常小，因此黏合层82的厚度可忽略不计。
图3显示在另一实施例中，辅助元件8可包括一螺栓85，顶盖板21的下表面211具有与螺栓85相对应的一螺栓槽88，螺栓槽88的内壁的螺纹形状与螺栓85的外部螺纹形状相互配合。
本发明的减振模块可被应用在现有的各种电子设备上，能大幅减少电子设备的噪声与振动的问题。根据一模态锤击试验(Modal Hammer Test)，我们设定没有安装本发明的减振模块的一现有电子设备为一对照组，而有安装所述减振模块的一电子设备为一实验组，来进行模态分析(modal analysis)，以测知本发明的减振模块降低或是消除电子设备于运作时所产生的噪声与振动的问题的功效。上述实验组与对照组各自的电子设备皆为一重量为7.3公斤的逆变器，该二台逆变器各自的顶盖板皆是500公克，材质为铝。相较于该对照组的顶盖板的第一模态频率(first modal frequency)仅为220赫兹(Hz)，该实验组的第一模态频率上升到达450赫兹，更接近于一目标频率500赫兹。该实验组的顶盖板的振动的速度幅度相较该对照组整整减少了40％，如此即表示本发明的减振模块能有效地降低或是消除电子设备于运作时所产生的噪声与振动的问题。
本发明的减振模块与电子设备具有数样优点，首先是减振模块的制造成本低廉，且安装简便，仅须被加装在电子设备内部的中层板或底板上，不会增加该电子设备整体所占的空间，亦无须大幅更改该电子设备的内部或外部结构，因此在电子设备的制程与元件组装的实施上都很简易，不会增加生产电子设备的周期时间成本；另外，所述减振模块的实施亦不会降低该电子设备的防水性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电子设备(10)，所述电子设备(10)包括外壳(2)；所述外壳(2)包括顶盖板(21)、围壁(22)，以及由所述围壁(22)与所述顶盖板(21)所定义的腔室；所述顶盖板(21)的一部分被固定于所述围壁(22)的围壁上缘(23)上；所述电子设备(10)的特征在于其包括至少一支撑元件(65)，用于支撑所述顶盖板(21)；所述至少一支撑元件(65)设置于所述腔室内，并且与所述围壁(22)之间具有距离。
2.根据权利要求1所述的电子设备(10)，其特征在于：所述至少一支撑元件(65)包括至少一凸出部(6a,6b)，所述至少一凸出部(6a,6b)由支撑板(5,24)延伸出去，所述支撑板(5,24)固定于所述围壁(22)上。
3.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述支撑板(5,24)为中层板(5)，所述中层板(5)被接合固定在所述围壁(22)或该底板(24)上，所述中层板(5)位于所述顶盖板(21)与底板(24)之间，所述底板(24)的一部分被固定于所述围壁(22)的围壁下缘上，其中所述中层板(5)将所述腔室区分为上半腔室(3a)与下半腔室。
4.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述支撑板(5,24)为底板(24)，所述底板(24)的一部分被固定于所述围壁(22)的围壁下缘上。
5.根据权利要求1所述的电子设备(10)，其特征在于：当所述顶盖板(21)的一部分被固定于所述围壁(22)上，且所述顶盖板(21)与所述至少一支撑元件(65)相互接触时，所述顶盖板(21)与所述至少一支撑元件(61)会对彼此施加应力。
6.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述至少一凸出部(6a,6b)包括第一支撑端(61a)，所述第一支撑端(61a)设置于所述支撑板(5,24)的该上表面(51)的支撑区域(55)内，所述支撑区域(55)的边界(57)与所述围壁(22)之间具有距离(d)，所述距离(d)为1/3的所述支撑板(5,24)的长度或是宽度。
7.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述电子设备(10)还包括辅助元件(8)，用以将所述至少一支撑元件(65)固定在所述顶盖板(21)的下表面(211)。
8.根据权利要求7所述的电子设备(10)，其特征在于：所述辅助元件(8)包括黏合层(82)，形成于所述至少一凸出部(6a,6b)的第二支撑端(61b)与所述顶盖板(21)的所述下表面(211)之间，以将所述至少一凸出部(6a,6b)黏附固定在所述顶盖板(21)的所述下表面(211)，其中该第一支撑端(61a)与所述第二支撑端(61b)之间的距离即为所述至少一支撑元件(65)的高度。
9.根据权利要求8所述的电子设备(10)，其特征在于：所述黏合层(82)的材质柔软并且具有弹性，因此能吸收所述顶盖板(21)的至少一部分的振动。
10.根据权利要求9所述的电子设备(10)，其特征在于：所述黏合层(82)的材质为密封粘胶。
11.根据权利要求7所述的电子设备(10)，其特征在于：所述辅助元件(8)包括螺栓(85)，所述顶盖板(21)的所述下表面(211)具有与所述螺栓(85)相对应的螺栓槽(88)，所述螺栓槽(88)的内壁的螺纹形状与所述螺栓(85)的外部螺纹形状相互配合。
12.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述至少一凸出部(6a,6b)为圆柱体。
13.根据权利要求2所述的电子设备(10)，其特征在于：所述至少一凸出部(6a,6b)一体成形地形成在所述支撑板(5,24)上。
14.根据权利要求1所述的电子设备(10)，其特征在于：所述顶盖板(21)的边缘被固定于所述围壁(22)的所述围壁上缘(23)上。
15.根据权利要求1所述的电子设备(10)，其特征在于：所述电子设备(10)为逆变器、直流变压器，或是车载充电器。
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