CN1662128A - 电子单元外壳 - Google Patents

Abstract

一个弹性密封件形成在被包括在垫圈中的金属板中面向盖的表面处，另一个弹性密封件形成在金属板中面向侧壁的表面处。在金属板处，密封件相对于被安装在密封沟槽中的另一个密封件设置得更靠内。当螺栓张紧时，密封件被压缩和变形，使得密封件将金属板压在内壁部分的暴露部分上以及另一个密封件将金属板压在盖上。

Description

电子单元外壳

技术领域

本发明涉及其中装有诸如能量变换装置的电子单元的电子单元外壳。

背景技术

诸如包括带有高热量输出值的能量模块的能量变换装置的电子单元通常被装在利用冷却装置冷却以提高散热效果的外壳中。日本未审定公开专利申请No.2003-69270披露了一种冷却外壳，该冷却外壳采用电磁波屏蔽结构以减少在能量变换装置中产生的电磁波泄漏和外部电磁波的进入。

在上述相关技术中的外壳中，电子单元被设置在利用冷却装置冷却的基座元件上，金属盖被螺栓固定在包围电子单元的侧壁的顶上。诸如O形密封圈的密封件被设置在盖和侧壁的张紧表面上，在这些张紧表面处密封件被相互紧固，从而该外壳是防水的。侧壁是利用具有由树脂和金属板构成的双层结构的元件形成的以减小外壳的重量和减小从可能温度很高的外部环境进入的热量。

侧壁由金属板构成以确保达到令人满意的冷却性能和电磁波屏蔽性能，构成侧壁的金属板在侧壁的张紧表面处局部暴露，并且露出的金属板与金属盖接触。因此，确保外壳中的电磁波屏蔽性能，同时，可以期待装在外壳内的电子单元被更有效地冷却。

但是，由于O形密封圈被设置在金属板的暴露部分和螺栓张紧部分之间，因此当螺栓被张紧时可使盖在O形密封圈处倾斜形成支点，从而导致盖和金属板暴露部分之间的不完全接触甚至由于盖和金属板暴露部分之间形成间隙而使得它们之间完全不能接触。在这样一种情况下，电磁波屏蔽性能和冷却性能将变差。

发明内容

根据本发明的第一方面的电子单元外壳包括：基座部分，电子单元设置在基座部分上，并且所述基座部分能够对电子单元进行冷却；垂直设置在基座部分上以包围电子单元的侧壁，所述侧壁采用包括金属内壁和绝热外层的多层结构；利用张紧夹具固定在侧壁的上端的盖，所述盖包括电磁波屏蔽材料，所述盖至少在与侧壁相对的表面处部分暴露；以及保持在盖和侧壁的上端之间的垫圈。金属内壁包括：在侧壁的上端处露出的暴露部分；以及垫圈包括环形金属板、第一弹性密封单元和第二弹性密封单元，第一弹性密封单元将金属板的一个表面压在暴露表面上并且当张紧夹具被张紧时密封形成在盖和金属板之间的间隙，第二弹性密封单元将金属板的另一个表面压向在盖处暴露的电磁波屏蔽材料，并且当张紧夹具被张紧时密封形成在金属板和侧壁的上端之间的间隙。

附图说明

图1是本发明的一个实施例所涉及的电子单元外壳的分解透视图；

图2示出了从前面看过去的电子单元外壳的一个截面；

图3A是垫圈的平面图；

图3B是沿着图3A中的A-A得到的垫圈的截面图；

图4A和图4B示出了当盖被螺栓接合在侧壁上时垫圈是如何变形的，其中图4A示出了在通过螺栓施加张紧转矩之前的垫圈，图4B示出了在施加张紧转矩时的垫圈；

图5A示出了第一比较例，图5B示出了第二比较例；

图6是垫圈的第一变型的截面图；

图7A和图7B示出了处于安装状态的第一变型所涉及的垫圈，其中图7A示出了螺栓被张紧之前的垫圈的截面形状，图7B示出了螺栓被张紧时的垫圈的截面形状；

图8A是垫圈的第二变型的平面图，图8B是沿着图8A中的B-B得到的截面图；

图9A和图9B示出了处于安装状态的第二变型所涉及的垫圈，其中图9A示出了螺栓被张紧之前的垫圈的截面形状，图9B示出了螺栓被张紧时的垫圈的截面形状；

图10示出了具有在盖处被模制在树脂中的电磁屏蔽材料的电子单元外壳的截面；以及

图11示出了具有三层结构侧壁的电子单元外壳的截面。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。图1是本发明的一个实施例所涉及的电子单元外壳1的分解透视图。在如图2中所示的从前面得到的电子单元外壳1的截面图中，电子单元2被装在电子单元外壳1中。如图1中所示，电子单元外壳1包括基座3、侧壁4和盖5。

如图2中所示，凸缘4a和4b形成在侧壁4的两端处，即，上端和下端，密封沟槽43(见图1)形成在凸缘4a的上表面处，后面将描述的密封件被安装在密封沟槽43中。当侧壁4与基座3接合时，利用螺栓8将凸缘4b固定在基座3上。另外，利用螺栓6使得盖5被固定在侧壁4处的凸缘4a上。应该注意的是，垫圈7被夹在凸缘4a和盖5之间。尽管未示出，密封件也被设置在凸缘4b和基座3之间以防水。

电子单元2被安装在基座3上。可作为用于电动汽车中的能量模块的电子单元2包括诸如能量模块2a、电容器2b和电路板2c的部件。电路板2c被支撑在基座3上竖直延伸的立柱(未示出)处。其中装有诸如IGBT或者MOSFET的能量变换半导体器件的能量模块具有高热输出值。

另外，电子单元外壳1通常被安装在诸如引擎舱的高温环境中。为此，利用冷却装置对基座3进行冷却并且利用诸如具有良好导热性和良好导电性的金属的材料形成基座3。例如，可在金属基座3中形成流动通道以通过将冷却液体供给到流动通道中对基座3进行冷却。例如，冷却液体可是水或者乙二醇水溶液。下面的描述基于基座3和盖5由金属构成的假设。

侧壁4具有由外壁部分41和内壁部分42构成的双层结构。外壁部分41由诸如具有低导热性的树脂的材料构成，而利用具有高导热性和高导电性的金属的材料形成内壁部分42。通过将金属内壁部分42与树脂外壁部分41模制在一起使得在该示例中的侧壁4被形成为一个整体单元。需要使用一种能够承受高温的树脂构成外壁部分41，这样一种树脂的示例包括PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PA(聚酰胺)和PPS(聚苯硫醚)。

内壁部分42可由铝、铜、黄铜或者钢构成并且由于构成内壁部分42的材料应该尽可能地薄和轻并且能够保证良好的机加工性能，因此最好使用铝。另外，具有良好的散热性能和电磁波屏蔽性能的铜也是一种可行的选择。内壁部分42的下端弯曲成L形并且在凸缘4b的下端表面处暴露或者与凸缘4b的下端表面相对，以与金属基座3接触。类似地，内壁部分42的上端弯曲成L形并且在凸缘4a的上端表面处暴露，从而使得内壁部分42通过金属垫圈7与盖5接触。

因此，利用诸如冷却电子单元外壳1的内表面的冷却水的冷却装置，在电子单元2处高效率地散热以防止温度升高。另外，电子单元外壳1具有电磁波屏蔽功能，从而可防止电子单元2所产生的电磁波泄漏到外壳外部以及外部的电磁波进入到外壳中。金属盖5包括电磁波屏蔽材料并且整体上用作电磁波屏蔽元件。

下面描述垫圈7。图3A是垫圈7的平面图，图3B是沿着A-A得到的截面图。垫圈7由矩形环状金属板20、设置在金属板20的上表面处的密封件21和设置在金属板20的下表面处的密封件22构成。密封件21和密封件22之间的间隙E基本上与在侧壁4的密封沟槽43与内壁部分42的露出部分42a(见图4A和4B)之间的距离相等。可使图1中的螺栓6插入的多个螺栓孔23形成在金属板20处并且位于比设置密封件21的区域更靠外的区域上。

在垫圈7处的金属板20是由铁、铝、铜等构成的金属片材，并且由诸如丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)的弹性材料构成的密封件21和22被粘接在金属板20的上表面和下表面上。应该注意的是，尽管所形成的密封件21为半圆形截面并且所形成的密封件22具有基本上为矩形的截面，但它们的形状不限于这些示例。

图4A和图4B示出了当盖5被螺栓6接合在侧壁4上时垫圈7是如何变形的，其中图4A示出了在通过螺栓6施加张紧转矩之前的垫圈7，图4B示出了在施加张紧转矩后的垫圈7。如图4A中所示，垫圈7被安置在凸缘4a上以使在金属板20的下表面处的密封件22被设置在密封沟槽43中。

在螺栓6被张紧之前，密封件21和22几乎没有任何的变形并且间隙形成在金属板20和凸缘4a之间以及形成在金属板20和盖5之间。应该注意的是，在金属板20处的密封件21是这样形成的，即，当垫圈7被设置在凸缘4a上时，使得密封件21的位置基本上与弯曲成L形的内壁部分42的暴露部分42a的位置对准。

当处于图4A中所示的状态的螺栓6转动和张紧时，盖5被下推并且盖5和凸缘4a之间的距离变小。此时，向下的作用力从密封件21被施加到金属板20上，如图4B中的箭头所示，并且向上的作用力从密封件22施加到金属板20上。因此，利用沿着相反方向施加的作用力使得被夹在密封件21和密封件22之间的金属板20变形。因此，相对于密封件21的位置更靠内的金属板20的下表面被压在内壁部分42的暴露部分42a上，而相对于密封件22的位置更靠外的金属板20的上表面被压在盖5的下表面上。

在图4B中所示的状态下，利用张紧的螺栓6使得密封件21和22弹性变形。这样，利用从密封件21施加的弹力使得金属板20中设置密封件21的矩形环状区域在整个区域上均匀地变形，并且该整个区域达到与内壁部分42的暴露部分42a的基本上均匀的金属与金属的接触。类似地，利用从密封件22施加的弹力使得金属板20中设置密封件22的矩形环状区域在整个区域上均匀地变形，并且该整个区域达到与盖5的下表面的基本上均匀的金属与金属的接触。另外，来自于密封件21和22的弹力增加达到金属与金属的接触的区域处的接触压力。

因此，保证金属板20和盖5之间以及金属板20和内壁部分42之间充分的金属与金属的接触，从而提高电子单元外壳1的电磁波屏蔽性能。另外，由于确保充分的金属与金属的接触，因此可使得盖5被高效冷却以改善电子模块2处的散热水平。另外，由于金属板20和盖5之间的间隙被密封件21密封并且金属板20和侧壁4的上端之间的间隙被密封件22密封，因此确保紧密密封。

图5A和图5B示出了比较例中利用标准密封件200形成的外壳中的盖5和侧壁4之间的关系，其中图5A示出了第一比较例，图5B示出了第二比较例。在图5A中所示的第一比较例中，当螺栓6被张紧时盖5在密封件200处倾斜形成支点，盖5处于倾斜状态。在该情况下，在盖5和内壁部分42的暴露部分42a之间形成间隙，从而，盖5不能被完全冷却导致在电子单元2处的散热量减小。另外，使得电磁波通过该间隙进入或者离开，电磁波屏蔽性能也变得较差。

在图5B中所示的第二比较例中，内壁部分42的暴露部分42a相对于密封件200设置得更靠外以确保暴露部分42a和盖5之间的更好接触。尽管盖5和暴露部分42a接触，但该结构可使得水通过构成外壁部分41的树脂材料和构成内壁部分42的金属板之间的界面层进入外壳以损害防水性能。

相反，该实施例所涉及的其中利用从被压在盖5和暴露部分42a上的密封件21和22施加的弹力使得金属板20变形的结构确保金属板20变形以便即使当盖5如图5A或者图5B中所示的略微倾斜时也能够与盖5的轮廓相符，这样，保持完全接触的状态。

尽管盖5和金属板20可由铁、铝、铜等构成，但金属板20的厚度可被设定为当螺栓6被张紧时能够使其均匀变形的数值。例如，盖5的厚度可被设定为1.0毫米，金属板的厚度可被设定为0.2毫米。在这种情况下，金属板20的刚度低于盖5的刚度以利用从密封件21和22施加的弹力达到诸如图4B中所示的变形。

(第一变型)

尽管上述实施例采用其中来自于螺栓6的张紧力使得在密封件21和22之间的金属板20变形的结构，但金属板120可被形成以如在图6中所示的垫圈7具有在密封件21和22之间的台阶。如图3B中所示，密封件21和22之间的距离E被设定为基本上等于在侧壁4处的密封沟槽43和内壁部分42的暴露部分42a之间的距离。

这样一个台阶的尺寸D1应该被设定为当螺栓6张紧时使得密封件21被压缩的数值以安置盖5和金属板120中与密封件22相互接触的部分，使得金属板120变形以进一步减小台阶的高度，最终如图7B中所示压缩密封件22。为此，如图6中所示，需要使得密封件21与金属板120的粘接表面低于密封件22与金属板120的粘接表面。另外，通过将关于密封件22的尺寸D2设定为大于密封沟槽43的深度可确保足够紧密的密封。

图7A和图7B示出了在螺栓张紧之前和之后的垫圈7的状态，其中图7A示出了螺栓被张紧之前的垫圈7的截面形状，图7B示出了螺栓被张紧后的垫圈7的截面形状。如图7B中所示，当螺栓6被张紧时，密封件21被压缩，并且此时从密封件21施加的弹力使得金属板120中设置密封件21的部分压在内壁部分42的暴露部分42a上。

当螺栓6被张紧时的作用力进一步增大时，金属板120在带台阶的区域上变形，从而压缩密封件22使其变形。因此，金属板120中设置密封件22的部分被压靠在盖5上，从而确保金属板120和内壁部分42之间以及金属板120和盖5之间的充分的金属与金属的接触。通过模制而在金属板120处的台阶实现特定的尺寸，与前面所述其中利用张紧力使得金属板20变形的结构相比，大的金属与金属的接触区域可被更容易地形成。

(第二变型)

图8A是垫圈7的第二变型的平面图，图8B是沿着图8A中的B-B得到的截面图。除了螺栓孔321以外，可使密封件322被插入穿过的多个孔323形成在垫圈7的金属板320处。金属板320和密封件322分别由与构成金属板20以及密封件21和22的材料类似的材料构成。

密封件322采用矩形环状并且被设置在金属板320的两个表面，即，前表面和后表面处。被设置在金属板320的前表面和后表面处的密封件322通过形成在金属板320中的孔323相互连接。设置在金属板320的上侧表面上的密封件322采用宽度为W1的矩形环状，其中采用宽度为W2并且高度为h2的矩形环状的突出的密封部分322a形成在宽度为W1的密封件322上。通过孔323与在上侧的密封件322相连的在下侧的密封件322构成宽度为W3的密封部分322b。这些密封部分322a和322b分别对应于图3中的密封件21和密封件22。

图9A和图9B示出了在螺栓被张紧之前和之后的第二变型所涉及的垫圈7的状态，其中图9A示出了螺栓被张紧之前的垫圈7的截面形状，图9B示出了螺栓被张紧后的垫圈7的截面形状。当处于图9A中所示的状态的螺栓6被张紧时，在该图中盖5将密封部分322a向下推，通过使得内侧(在该图中的右侧)沿着向下的方向位移而使得金属板320变形。当金属板320的内侧围绕密封部分322b向下位移形成支点时，作用力被施加在金属板320朝向盖5的外侧上。

当如图9B中所示螺栓6被完全张紧时，金属板320中设有密封部分322a的部分与内壁部分42的暴露部分42a接触并且利用密封部分322a的弹力使其被压在暴露部分42a上。另一方面，利用金属板320上的弹力和密封部分322a的弹力使得由字母F表示的金属板320的外部被压在盖5上。由于当金属板320形成时密封件322可一起形成，因此可利用减少数量的步骤制造在第二变型中的垫圈7以降低生产成本。

尽管在上述实施例中密封沟槽43形成在侧壁4中，但侧壁4可具有无沟槽平的密封表面。另外，通过在垫圈7处形成金属板20、120或者320，盖5和内壁部分42具有单一金属材料诸如铝，可防止当不同类型的金属相互接触时发生的腐蚀或者杂散电流腐蚀。应该注意的是，在上述实施例中，密封件21、22、322用作用于密封盖5和金属板20、120、320之间的间隙以及金属板20、120、320和侧壁4之间间隙的弹性密封单元或者弹性密封装置。

应该注意的是，尽管散热性能可能略微受损，可利用诸如模制在树脂中的金属网的电磁波屏蔽材料5a形成盖5。在这样一种结构中，电磁波屏蔽材料5a应该暴露在面对垫圈7的表面处以与金属板20、120、320形成金属与金属的接触。电磁波屏蔽材料5a可至少在对应于侧壁4的凸缘4a的部分处暴露。

侧壁4也可具有由外壁部分41、内壁部分42和最靠内的壁部41′构成的三层结构。最靠内的壁部41′设置在内壁部分42内并且由诸如具有与外壁部分41类似的低导热性树脂的材料构成。换言之，侧壁4可被形成为具有至少两层的多层结构。

根据上述实施例，在盖5和金属板20、120、320之间以及在金属板20、120、320和内壁部分42之间实现完全接触，并且盖5和内壁部分42被基座3冷却。因此，对于电子单元2实现更有效的散热并且提高电磁波屏蔽性能。

本发明不限于实施例中提供的示例，只要保持本发明的特征即可。

合并参考文献

下列优先权申请披露的内容在这里合并参考：

日本专利申请No.2000-157973

Claims (7)

1.一种电子单元外壳，包括：

基座部分，电子单元设置在基座部分上，并且所述基座部分能够对电子单元进行冷却；

直立设置在基座部分上以包围电子单元的侧壁，所述侧壁采用包括金属内壁和绝热外壁的多层结构；

利用变紧夹具固定在侧壁的上端的盖，所述盖包括电磁波屏蔽材料，所述盖至少在与侧壁相对的表面处部分暴露；以及

保持在盖和侧壁的上端之间的垫圈，其中：

金属内壁包括在侧壁的上端处露出的暴露部分；以及

垫圈包括环形金属板、第一弹性密封单元和第二弹性密封单元，第一弹性密封单元将金属板的一个表面压在暴露部分上并且当变紧夹具变紧时密封形成在盖和金属板之间的间隙，第二弹性密封单元将金属板的另一个表面压向在盖处暴露的电磁波屏蔽材料，并且当变紧夹具变紧时密封形成在金属板和侧壁的上端之间的间隙。

2.如权利要求1所述的电子单元外壳，其特征在于：

第一弹性密封单元和第二弹性密封单元形成在金属板处以使得第二弹性密封单元设置在变紧夹具的变紧部分和第一弹性密封单元之间。

3.如权利要求1或2所述的电子单元外壳，其特征在于：

环形金属板弯曲以形成带台阶的部分，所述带台阶的部分具有朝向侧壁的上端突出的环形的内部区域以及朝向盖突出的环形外部区域，第一弹性密封单元形成在金属板的内部区域上的面向盖的表面处，第二弹性密封单元形成在金属板的外部区域上的面向侧壁的上端的表面处。

4.如权利要求1所述的电子单元外壳，其特征在于：

从金属板的前表面贯通后表面的通孔形成在金属板中；以及

环形的第一弹性密封单元和第二弹性密封单元形成在金属板的前表面和后表面处并且通过通孔相互连接。

5.如权利要求4所述的电子单元外壳，其特征在于：

第一弹性密封单元包括将金属板的一个表面压向暴露部分并且当变紧夹具变紧时密封盖和金属板之间的间隙的第一突出部分，以及

第二弹性密封单元包括将金属板的另一个表面压向暴露在盖处的电磁波屏蔽材料并且当张紧夹具张紧时密封金属板和侧壁上端之间的间隙的第二突出部分。

6.如权利要求5所述的电子单元外壳，其特征在于：

第一突出部分和第二突出部分分别形成在第一弹性密封单元和第二弹性密封单元处以使得第二突出部分设置在变紧夹具的变紧部分和第一突出部分之间。

7.如权利要求1所述的电子单元外壳，其特征在于：

利用同一种金属材料形成盖、金属内壁和金属板。

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