CN102544844B - 部分填充混合物的电源单元和制造方法 - Google Patents

Abstract

部分填充混合物的电源单元和制造方法。该电源单元包括：至少一个可连接到电源电压的电源插头；至少一个用于输出低电压的输出引线；以及包括至少一个将电源电压转换成低电压用的电气零部件的电压转换单元。该电源单元包括由壳体基部元件和盖元件制成的壳体，其中电源插头被保持在壳体上。电压转换单元安装在电路承载件上，该电路承载件沿电源插头的插入方向配置在壳体基部元件中，使得电路承载件的待绝缘的限定的第一区域被收纳在由壳体基部元件的壁围成的填充有电绝缘的浇注混合物的浇注空间中，使得电路承载件的待绝缘的第一区域被浇注混合物覆盖，而电路承载件的其上配置有至少一个电气零部件的第二区域未被封装。

Description

部分填充混合物的电源单元和制造方法

技术领域

本发明涉及为用电设备供应低电压的电源单元，具体地涉及电源插销(plug pin)直接配置在装置中以便在使用时将电源单元保持在电源插座中的所谓的插入式电源单元。

本发明进一步涉及这种电源单元的制造方法。

背景技术

借助于电压转换器通过将电源电压转化成必要的低电压而为用电设备供应低电压的电源单元如今被广泛普及。对于例如给剃须刀或者脱毛器充电的某些应用，电源单元能够在浴室的潮湿的环境中安全地操作是有必要的。这里，必须遵守防护等级IPX4，或者甚至IPX7。

众所周知，根据DIN EN 60529标准[DIN EN 60529(VD E0470-1)：2000-09由壳体提供的防护级别(IP-代码)(IEC60529：1989+A1：1999)；德国版EN60529：1991+A1：2000.VDE出版社，柏林]，该所谓的IP代码(防护等级或者国际防护等级)涉及防止飞溅的水侵入(IPX4)和防止短暂浸水时水的侵入(IPX7)。

为了按照防护等级IPX7密封壳体，已知一方面将电源插头、输出引线和电源单元的所有的零部件配置在壳体中然后用电绝缘浇注树脂完全填充该壳体。这种完全填充的替代方案是通过超声波焊接缝合来密封壳体。然而，因为密闭性(tightness)依赖于焊缝的质量并且可能受到某些不能接受的波动的支配，所以超声波焊接替代方案不像完全填充一样处理可靠。

另一方面，完全地填充该插入式电源单元具有重量相对大和材料支出相对高的劣势，另外，由于所有的零部件被浇注树脂不可分离地封住，所以使得故障原因的检测非常困难。

此外，本申请的发明人认识到，用浇注树脂封装所有的零部件可能导致在电气零部件之间泄漏电流。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电源单元和相关的制造方法，使得一方面遵守适于在诸如浴室等潮湿场所中操作的防护等级，另一方面明显地降低制造成本和复杂性。

该目的通过如下电源单元实现：一种电源单元，其用于为用电设备供应低电压，所述电源单元包括：至少一个电源插头，其能够连接到电源电压；至少一个输出引线，其用于输出所述低电压；电压转换单元，其包括用于将所述电源电压转换成所述低电压的至少一个电气零部件；其中，所述电源单元包括由壳体基部元件和盖元件制成的壳体，并且所述至少一个电源插头以能够被插入电源插座的方式被保持在所述壳体基部元件中或者所述盖元件中，所述电压转换单元安装于电路承载件，所述电路承载件以如下方式沿所述电源插头的插入方向配置在所述壳体基部元件中：使得所述电路承载件的待绝缘的限定的第一区域被收纳在由所述壳体基部元件的壁围成的浇注空间中，并且，所述壳体基部元件的所述浇注空间填充有电绝缘的浇注混合物，使得所述电路承载件的待绝缘的所述第一区域被所述浇注混合物覆盖，而所述电路承载件的配置有所述至少一个电气零部件的第二区域未被封装。

本发明基于提供由壳体基部元件和盖元件制成的壳体的思想，其中至少一个电源插头以能够插入电源插座的方式被保持在壳体基部元件中或者盖元件中。根据本发明，电压转换单元安装在电路承载件，该电路承载件沿电源插头的插入方向配置在壳体基部元件中，使得电路承载件的待绝缘的限定的第一区域被收纳在由壳体基部元件的壁围成的浇注空间中。壳体基部元件的浇注空间填充有电绝缘的浇注混合物，使得电路承载件的待绝缘的第一区域被浇注混合物覆盖，而电路承载件的其上配置有至少一个电气零部件的第二区域未被封装。

此外，根据本发明的制造方法，首先用浇注混合物填充壳体基部元件直到期望的位置，然后插入电路承载件。

根据本发明的技术方案提供如下优点，一方面，与完全填充相比明显地需要较少的混合物，使得一方面减少了制造充电单元的周期时间，另一方面节省了材料成本并且减轻了重量。

另外，如果电压转换单元的电气零部件未被浇注树脂完全封装，那么因为这可以减少甚至完全避免泄漏电流所以已经显示出了优点。然而，不需要留下所有的零部件不被封装。在浇注空间内配置某些零部件和连接也是有利的。

此外，因为通过板只是部分地被封装这一事实大大方便了故障原因的检测，所以根据本发明的浇注类型在“检测性的设计”方面是有利的。最后，因为零部件不是不可分离地被浇注混合物封住，所以在其使用寿命结束后，即使回收处理本发明插入式电源单元也是方便的。

另一方面，根据本发明的壳体提供了安全密封，例如根据防护等级IPX7的安全密封，因此在潮湿场所或者户外也允许使用本发明的电源单元。

具体地，该有效的密封能够通过使壳体基部元件和盖元件之间的连接区域配置在浇注空间中获得，使得在完全安装状态下该连接区域被浇注混合物密封。这使得任何其他种类的焊接或者粘合变得多余，并且壳体零部件的这种非常稳固的连接允许安全实现89N或者更大的拉力。

例如能够通过在浇注混合物尚未硬化的时候接合的卡合连接来形成连接区域。同样地，另外的锚固孔可以设置在连接区域中，液态的浇注混合物穿过该锚固孔以便在硬化的状态下提供特别可靠的支撑。

由于在安装电路承载件之前将浇注混合物填充壳体基部元件中这一事实，所以能够得到特别简单的和限定的处理方式。不需要制作用于填充狭窄的缝隙的复杂的配置，并且通过将板插入到浇注混合物中能够有效地避免气泡。

下面说明本发明的有利的实施方式

根据本发明的有利的实施方式，通过在完全安装状态下配置在浇注混合物中从而被电绝缘的插头接触件实现了至少一个电源插头和/或输出引线与板的电连接。这些接触件能够例如通过弹性接触件形成，该弹性接触件通过被推动时的滑动而提供最佳的电接触。由于在安装电路承载件时浇注混合物尚未硬化，并且如果弹性接触件配置在浇注空间内，那么在所需的接触区域中通过推动弹性接触件能够将不期望的浇注混合物层从电源插销和/或输出引线上去除。所以，允许了可靠的接触。另一方面，在完全安装状态下，电源插头或输出引线以及相关连的弹性接触件通过浇注混合物被机械地彼此固定在电路承载件上，使得甚至强烈地拉伸运动和振动也不能够影响电接触的产生。

根据另一有利实施方式，保持件可以被设置用于输出引线的应变消除件(strain relief)，该保持件配置在浇注空间的内部，使得应变消除件也通过部分封装的硬化材料以不透液的方式被密封。

附图说明

为了更好地理解本发明，借助于附图中所示的实施方式更详细地说明本发明，在附图中类似的零部件具有类似的附图标记和类似的零部件名称。此外，来自所示的和所说明的不同实施方式的特征或者特征的组合可以表示独立的和本发明的技术方案或者根据本发明的技术方案。在附图中：

图1示出根据第一实施方式的电源单元的分解的局部剖切代表图；

图2示出根据第一实施方式的完全安装的电源单元的立体代表图；

图3示出图2的电源单元的局部剖切代表图；

图4示出图2的电源单元的剖切代表图；

图5示出图3的细节；

图6示出图4的细节；

图7示出图2的安装好的开关模式电源单元的俯视图；

图8示出根据另一有利实施方式的电源单元的立体图；

图9示出图8的电源单元的分解的局部剖切代表图；

图10示出具有板的壳体基部元件的部分开口的代表图；

图11示出安装盖元件之前的基部元件的代表图；

图12示出图8的完全安装的插入式电源单元的侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地说明本发明。图1中绘制出根据第一有利实施方式的本发明的电源单元100的分解图。根据本发明，用于为用电设备提供低电压的电源单元包括壳体基部元件102和盖元件104，两个元件插接在一起形成电源单元100的壳体。根据该实施方式，电源插头106配置在壳体基部元件102中。在所示的实施方式中，示出了符合欧洲国家标准的插入式电源单元100。然而，本领域技术人员能够理解，电源插头106也可以按照任何其它常用国家标准来实现。

电路承载件108，例如印刷电路板PCB，承载了将电源电压转换为必要的低电压的必要的零部件。为了连接电源插头106，电路承载件108包括在这种情况下实现为可插接的弹性接触件的第一接触件110。这些第一接触件110位于配置在电路承载件108上的电压转换单元(为了清楚图中未示出)的主侧。位于副侧的第二接触件112用于连接输出引线114。

根据本发明，为了安装的目的，填充内部安装有电源插头106的壳体基部元件102直到填充标记116。根据本发明，壳体基部元件102以这种方式限定了用浇注混合物填充的浇注空间118。这里，可以可视地标记填充高度，或者通过在量上控制浇注混合物来限定填充高度。

根据第一实施方式，电源插头106的引线、可与盖元件104接合的卡合突起120以及用于输出引线114的应变消除件124的保持件和孔122位于浇注空间的内部。

沿与电源插头106插入电源插座的插入方向大体平行走向的方向126插入浇注空间118中的印刷电路板108分成两个区域：待封装的第一区域128，该区域浸入浇注混合物中，并且在完全安装状态下该区域配置于壳体基部元件102的浇注空间118的内部；和第二区域130，在该区域上配置有至少一个电气零部件，并且留下该区域不封装。

根据本发明，在印刷电路板安装到壳体基部元件102中之前例如通过钎焊接触件来建立输出引线114和位于副侧的第二接触件112之间的连接。在第一工作步骤中，将应变消除件124固定在保持件122上。

如前所述，在沿方向126插入印刷电路板108之前，用浇注混合物填充壳体基部元件102直到标记116。这时，电源插头106被位于主侧的第一接触件110电接触。由于此时浇注混合物尚未硬化，所以可以将该浇注混合物移位到必要的各个地方。在最后的工作步骤中，此时将盖元件104滑到电路承载件108的上方，并且利用接合孔132将盖元件104固定在卡合突起120上。根据本发明，卡合连接120、132的整个连接区域均位于填充标记116的下面，即，位于浇注空间118内，并且液态的浇注混合物填充连接区域的所有间隙和孔缝。

可通过回火(tempering)步骤加速硬化，并且在完全硬化状态下，壳体基部元件102和盖元件104之间的连接以不透液且可靠的方式密封。此外，应变消除件124以可靠且密封的方式固定在壳体基部元件102中。最终，位于主侧的接触件110以及位于副侧的接触件112被浇注混合物保护，而留下电路承载件108的区域130不封装。

该配置允许以特别简单且经济的方式至少实现根据DINEN60520的防护等级IPX7。

由于通过卡合连接120、132使盖元件104机械固定并且在浇注树脂硬化之后通过材料接合使盖元件104连接到壳体基部元件102上这一事实，所以该配置不仅不透液而且在机械方面也非常稳固。如图2的立体图所示，整个连接区域134通过内部的浇注混合物由材料接合密封。因此，这些连接不能分开，即使使用者在握持部136抓住插入式电源单元，也能够达到例如89N或者更大的拉力而不会产生问题。

图3至图7示出图1和图2的插入式电源单元100的一些局部剖切的细节方面。如图3和图5中所示，应变消除件124被底切出凹槽(undercut)并且能够通过插入被安装到壳体基部元件102中。有益地，这在填充浇注混合物填之前执行，以封闭孔并防止浇注混合物从浇注空间118中流出。在完全安装状态下，应变消除件同时抵住壳体基部元件102和盖元件104被支撑，此外，通过浇注混合物将该应变消除件持久地固定。

图6示出壳体基部元件102和盖元件104之间的卡合连接的细节图。当然，也可以在这两个壳体元件之间设置不同构造的卡合连接，只要这些壳体元件能够通过尚未硬化的浇注混合物固定即可。

下面，将参照图1到图7再次详细说明用于生产根据第一实施方式的本发明的电源单元的完整的过程。

在第一步骤中，将必要的零部件和接触件安装在电路承载件108上。位于主侧的接触件110可以由可插接的弹性接触件形成，位于副侧的第二接触件112可以通过钎焊接触件形成。当然，也可以使用诸如压入式接触件或弯边接触件等任何其它的常用的连接技术。

例如通过注射成形工艺制造壳体基部元件102，并且在该注射成型工艺过程中使该壳体基部元件102设置有封装的电源插头106。当然，也可以根据其它已知工艺将电源插头106安装在壳体基部元件102上。此外，优选地，在另一个注射成形步骤中制造盖元件104。将与输出引线114连接的应变消除件124插入壳体基部元件102的相应的孔122中，其中作为底切凹槽形状的结果应变消除件124被机械固定在孔122的位置处。

现在，将可以实现为多股绞合线的输出引线114钎焊到第二接触件112上。当然，也可以在该处设置插头。根据本发明，现在用电绝缘浇注树脂填充壳体基部元件102直到填充高度位置116。在浇注树脂仍为液态时，现在沿方向126将电路承载件插入壳体基部元件102中，从而位于主侧的第一接触件110与电源插头106接触。

最后，同样沿方向126将盖元件104放在上方。由于卡合突起120位于填充高度位置之下，所以最终闭合的卡合连接也位于浇注空间118内。液态的浇注树脂将壳体基部元件102和盖元件104之间的闭合的卡合连接密封并固定。此外，通过填充的浇注树脂，也保护并密封了与应变消除件124的连接。

例如通过回火步骤可加速浇注树脂的硬化。在最终的安装状态下，盖元件104以及应变消除件124通过卡合连接固定，并且在浇注树脂硬化以后，该盖元件104以及应变消除件124通过材料接合同时与壳体基部元件相连，并且因此被完全地密封。这样，能够以特别简单和有效的方式实现机械稳固性和适于在潮湿场所操作的防护等级。

由于线路板仅部分地放置在浇注混合物中，所以位于区域130中的电气零部件不会被浇注混合物封装，并且能够在很大程度上避免泄漏电流。

下面将参照图8至图12更详细地说明根据本发明的第二有利实施方式的电源单元200。实质的生产步骤和基本原理与第一实施方式中的实质的生产步骤和基本原理对应，所以下文将集中在与第一实施方式的区别上。

电源插销206和输出引线215大体沿共同的纵向轴线延伸，该插入式电源单元200的电源插头大体为立体形状。这种特别窄的形状具有最大可能地节省空间的优点，并且有助于插入式电源单元的存放和输送。在下文中将更加详细说明的根据本发明的部分填充技术、尤其在该实施方式中提供了如下优点，即，壳体的两半部202和204的连接具有极高的负载能力，同时重量又尽可能地低。

如图9的分解图所示，插入式电源单元200的电源插销206没有配置在壳体基部元件202内，而是配置在与副侧引线相对的盖元件204上。对应于根据图1到图7的实施方式，本实施方式的壳体基部元件202被设计成限定浇注空间218。所绘制的点划线216表示填充高度位置。除了用于将电源电压转换成低电压的电压转换的必要的电气零部件以外，电路承载件208还包括用于插入电源插销206的弹性接触件210和用于接触输出引线214的弹性接触件212。

输出引线214配置在根据实施方式所示通过卡合连接固定在壳体基部元件202上的应变消除件224中。

与第一实施方式类似，在将输出引线214、215安装在壳体基部元件202上之后，同样填充浇注混合物大约直到线216处。在浇注混合物硬化之前，在接下来的工作步骤中沿方向226将电路承载件208插入壳体基部元件202中以使得弹性接触件212与输出引线214电连接。如图10的代表图所示，零部件225的大部分保留在填充位置216以上，因此在浇注空间218的外侧。然而在该实施方式中，位于副侧的引线214配置在浇注空间218的内侧。

最后的安装步骤包括为了在壳体基部元件202和盖元件204之间获得可靠的密封以及机械方面的非常稳固的连接而同样必须在浇注混合物硬化之前完成的滑上盖元件204。除了与图1到图7的实施方式对应的卡合连接之外，也可以在第二实施方式的盖元件上配置锚固孔233，仍为液态的浇注混合物穿过该锚因孔233，由此当硬化之后在壳体基部元件202和盖元件204之间形成机械稳固的锚固定。

此外，随着滑上盖元件204，弹性接触件210和电源插销206之间实现电接触。插入式电源单元的这一侧的必要的接触防护和绝缘强度通过电源插销被一体封装在盖元件中这一事实而得以确保。

握持部236使得使用者能够从插座上安全地取下插入式电源单元200。

具体地，与不是混合物填充而是例如借助于超声波焊接等的装置相比，该实施方式显示出了提高的机械稳固性。即使使用者为了从插座上取下插入式电源单元200而不顾所有通常推荐做法地拉输出引线215，借助壳体基部单元202内的应变消除件224的卡合连接通过浇注混合物被另外固定这一事实，也防止了由机械过应力引起的插入式电源单元的损坏。

虽然在两个实施方式中示出的输出引线是低电压引线，但是本领域技术人员能够理解，所有可选择类型的输出引线均可以配置在插入式电源单元的壳体中。例如，代替电缆，也可以设置USB(通用串行总线)连接器，特别地设置根据USB标准1.0、2.0或者3.0的USB插座。尤其对于给诸如移动电话等移动终端充电，这样的插入式电源单元普遍可用，同时机械稳固且安全。

Claims (15)

1.一种电源单元，其用于为用电设备供应低电压，所述电源单元包括：

至少一个电源插头(106，206)，其能够连接到电源电压；

至少一个输出引线(114，214)，其用于输出所述低电压；

电压转换单元，其包括用于将所述电源电压转换成所述低电压的至少一个电气零部件；

其中，所述电源单元(100，200)包括由壳体基部元件(102，202)和盖元件(104，204)制成的壳体，并且所述至少一个电源插头(106，206)以能够被插入电源插座的方式被保持在所述壳体基部元件(102)中或者所述盖元件(204)中，所述电源单元的特征在于，

所述电压转换单元安装于电路承载件(108，208)，所述电路承载件(108，208)以如下方式沿所述电源插头(106)的插入方向(126)配置在所述壳体基部元件(102，202)中：使得所述电路承载件(108、208)的待绝缘的限定的第一区域(128)被收纳在由所述壳体基部元件(102，202)的壁围成的浇注空间(118，218)中，

并且，所述壳体基部元件(102)的所述浇注空间(118，218)填充有电绝缘的浇注混合物，使得所述电路承载件(108)的待绝缘的所述第一区域(128)被所述浇注混合物覆盖，而所述电路承载件的配置有所述至少一个电气零部件的第二区域(130)未被封装。

2.根据权利要求1所述的电源单元，其特征在于，用于电接触所述至少一个电源插头(106)的至少一个第一接触件(110)配置在所述电路承载件(108)的所述第一区域(128)中。

3.根据权利要求2所述的电源单元，其特征在于，所述至少一个第一接触件(110)通过接插型连接与所述至少一个电源插头(106)连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电源单元，其特征在于，用于电接触所述至少一个输出引线(114)的第二接触件(112)配置在所述电路承载件(108)的所述第一区域(128)中。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电源单元，其特征在于，连接区域(134)在所述浇注空间(118)中配置在所述壳体基部元件(102)和所述盖元件(104)之间，使得在完全安装状态下所述连接区域被所述浇注混合物密封。

6.根据权利要求5所述的电源单元，其特征在于，卡合连接(120，132)设置在所述连接区域中。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的电源单元，其特征在于，用于收纳所述输出引线(114)用的应变消除件(124)的保持件(122)进一步在所述浇注空间(118)的区域中设置于所述壳体基部元件(102)。

8.一种用于制造电源单元的方法，所述电源单元用于为用电设备供应低电压，所述方法包括以下步骤：

提供壳体的壳体基部元件和盖元件；

在所述壳体基部元件中或者所述盖元件中配置至少一个电源插头，使得所述电源插头能够插入电源插座；

在电路承载件上安装电压转换单元；

将电绝缘的浇注混合物填充到由所述壳体基部元件的壁围成的浇注空间中；所述方法的特征在于，

以相对于所述电源插头的插入方向使所述电路承载件的待绝缘的限定的第一区域被收纳在所述浇注空间中的这样的定向将包括至少一个电气零部件的所述电路承载件安装到所述壳体基部元件中，使得所述电路承载件的待绝缘的所述第一区域被所述浇注混合物覆盖，而留下所述电路承载件的配置有所述至少一个电气零部件的第二区域不被封装；

通过安装所述盖元件使所述壳体闭合。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述电路承载件的所述第一区域中配置用于电接触所述至少一个电源插头的至少一个第一接触件，并且通过将所述电路承载件插入所述壳体基部元件中来实现所述接触。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述电路承载件的所述第一区域中配置用于电接触至少一个输出引线的至少一个第二接触件，并且在将所述电路承载件插入所述壳体基部元件之前使所述至少一个输出引线与所述第二接触件连接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过钎焊接合使所述至少一个第二接触件与所述至少一个输出引线连接。

12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述浇注空间中在所述壳体基部元件和所述盖元件之间配置连接区域，使得在完全安装状态下所述连接区域被所述浇注混合物密封。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述连接区域中设置有卡合连接。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在填充所述浇注混合物之后并且在所述浇注混合物完全硬化之前，使所述盖元件与所述壳体基部元件连接。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述浇注空间的区域中，在所述壳体基部元件上进一步设置用于收纳所述输出引线用的应变消除件的保持件，并且在填充所述浇注混合物之前安装所述应变消除件。