具有换热设备的电子系统的制作方法

具有换热设备的电子系统
1.本发明涉及一种具有换热设备的电子系统。此外，本发明还涉及一种行进器件，尤其机动车，在所述机动车中使用这种电子系统。
2.在通常的机动车中安装大量的传感器，所述传感器例如被安全功能、辅助功能或领航功能利用。针对这种传感器的示例是雷达传感器、激光雷达传感器、超声传感器或摄像头。
3.在环境温度高时，传感器在一些情况下必须调整其功能或者完全断开，以便保护其内部电子元件不受过热。由此可能导致的是，必须将安全功能、辅助功能或领航功能关闭。为了避免这一点，必须冷却传感器或者必须将所产生的热量通过适当的措施排出。
4.在此情况下，文献de 10 2017 216 241a1描述了一种激光雷达装置，其带有激光单元、接收单元和用于形成冷空气流的冷却设备。激光单元、接收单元和冷却设备围绕旋转轴线旋转式布置，从而通过激光雷达装置本身形成用于冷却旋转式部件的冷空气流。
5.电子部件通常布置在控制设备内部或普遍地布置在壳体内部。此外，所述电子部件可以设计为可活动的，以便例如能够补偿安装公差。例如能够在激光雷达传感器中将两个激光雷达头可活动地布置在传感器壳体中。在此情况下，电子部件也许不能被充分冷却。
6.在此背景下，文献de 195 20 938a1描述了一种用于构件与冷却体之间的热耦连的装置，在所述装置中，可热接触的表面的平面在平行度和标称距离方面有所差别。设置有两个适配的、保有间隙地蜿蜒状相互嵌合的换热机构。其中一个换热机构刚性地固定在冷却体上。另一个换热机构弹性载荷地面状地与构件的热接触表面相连。
7.文献us 5 787 976描述了一种用于热源与散热装置之间的热耦连的热耦合器。热耦合器包括第一基材和第二基材。所述第一基材具有第一表面。在所述第一表面上蚀刻大量的第一通道，以便构成大量第一肋片和第一基底。第一基底可以与热源形成热接触。第二基材具有第二表面，在所述第二表面中蚀刻大量的第二通道。第二通道构成多个第二肋片和第二基底。第二基底可以与散热装置形成热接触。第一和第二肋片在相互交错时提供了从热源至散热装置的导热路径。
8.在当前可供使用的激光雷达传感器中，热耦合器利用相互嵌合的肋片将热量从激光雷达头排出至壳体。在此借助热辐射实现换热。然而激光雷达头则仅允许在一个轴线上旋转。其弊端在于，需要额外的调整设备。只有在使用多个相互耦连的热耦合器的情况下，才能实现围绕两个轴线的运动。然而这带来高成本，并且要求相对较大的结构空间。
9.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在电子系统中的换热(或者说热传导)的改进方案。
10.该技术问题通过具有权利要求1的特征的系统解决。本发明的有利的设计方案是从属权利要求的技术方案。
11.根据本发明的第一方面，电子系统包括：
[0012]-壳体；
[0013]-布置在壳体中的电子部件；和
[0014]-用于将热量从电子部件传递至壳体的换热设备(或称为热传递装置)，其中，所述
换热设备具有至少一个柔性设计的管状元件，所述管状元件在第一端部上与电子部件相连，并且在第二端部上与壳体相连。
[0015]
根据本发明的技术方案允许对处于壳体内部的电子部件的高效冷却。所述电子系统即使在高温下也能以满效能工作。利用电子部件在用于换热的壳体上的柔性连接，电子部件能够在一定范围内被调整，而不会出现在冷却方面的受限。
[0016]
根据本发明的一个方面，电子部件可围绕至少一个轴线旋转或沿至少一个轴线移动。当然，为了电子部件的调整也可以设置多个自由度。在调整时，电子部件仅缓慢地且通常还仅在小范围内运动。例如，激光雷达传感器的传感器头在调整时仅在几个分钟内旋转几度、通常为1
°
至2
°
。这种类型的旋转可以被根据本发明的方案良好地补偿。由于在电子部件与壳体之间不存在刚性连接，因此不会出现因材料疲劳造成的问题。
[0017]
根据本发明的一个方面，柔性设计的管状元件是弹性软管。例如所述弹性软管可以是硅酮软管。硅酮见长于良好的热传导性，因此能够可靠地排出热量。
[0018]
根据本发明的一个方面，柔性设计的管状元件被导热介质填充。例如所述导热介质可以是导热胶或液体。通过使用导热材料作为填充物，显著提高了热传导。通常的导热胶具有较之空气导热性能高数百倍的导热性能。如果使用液体作为填充物，则管状元件可以设计为热管(或者说heatpipe(热管))。
[0019]
根据本发明的一个方面，导热介质是水、氨水或甲醇。所述液体可以是通常用于热管的物质，从而存在广泛的经验。在此使用甲醇的优点在于，甲醇适用于冰点以下范围。
[0020]
根据本发明的一个方面，导热介质是基于二氧化锌、铝、铜、石墨或银的膏体。通常使用在导热胶中的物质在价格和可实现的导热性能方面不同。导热胶的具体选择例如取决于导热胶的应用情况和持续工作温度范围。
[0021]
根据本发明的一个方面，导热介质与壳体和电子部件形成直接接触。这提供了向导热介质的良好的换热，而无需用于去除在壳体或电子部件的空穴、例如刻槽或沟槽的额外措施。否则就必须通过涂覆导热胶来消除这种空穴。为提高换热，可以在壳体上或在电子部件上设置由导热材料、例如铜板制成的额外的板。
[0022]
根据本发明的一个方面，电子部件是传感器头。通常，在传感器安装完成之后，需要对传感器头调整。利用根据本发明的技术方案允许具有多个自由度的调整，而不会导致在换热中的受限。
[0023]
特别有利地，根据本发明的电子系统应用于行进器件中，例如以激光雷达传感器或雷达传感器的形式。行进器件尤其可以是机动车，例如轿车、商用车或公交车。在此，利用根据本发明的技术方案允许补偿行进器件因载荷状态造成的安装公差或位置变化。
[0024]
本发明的其它特征由以下描述和所附权利要求结合附图得出。
[0025]
图1示意性示出具有根据现有技术的换热设备的电子系统；
[0026]
图2示意性示出具有一个柔性设计的管状元件的电子系统的实施方式；
[0027]
图3示出在电子部件旋转之后按照图2的电子系统；
[0028]
图4示出在电子部件移动之后按照图2的电子系统；
[0029]
图5示意性示出具有两个柔性设计的管状元件的电子系统的实施方式；并且
[0030]
图6示意性示出行进器件，在所述行进器件中使用根据本发明的电子系统。
[0031]
为了更好地理解本发明的原理，以下借助附图更详细地阐述本发明的实施方式。
应该理解的是，本发明不局限于该实施方式，而是还能够将所述技术特征进行组合或优化，只要不离开本发明的在权利要求中规定的保护范围即可。
[0032]
图1示意性示出具有根据现有技术的换热设备13的电子系统10的俯视图。电子系统10包括壳体11以及布置在该壳体11中的电子部件12。在所示的示例中，电子部件12是激光雷达传感器的传感器头。所述传感器头具有检测锥20。内部的电子元件22处于壳体11内，应保护所述电子元件免受高温。为将热量从电子部件12输送至壳体11，设置换热设备13。换热设备包括一系列相互嵌合的肋片21，所述肋片不具有直接连接，并且在所述肋片之间借助热辐射实现换热。在安装电子系统10之后，在一些情况下需要对电子部件12调整。例如必须在将激光雷达传感器安装在机动车中之后对传感器头定向或者说对准，由此使得检测锥20覆盖期望的范围。在机动车的载荷变化时，可能需要传感器头的重新定向。在图1所示的系统10中实现了围绕y轴线的旋转以及沿a轴线和z轴线的移动。尤其不能采取围绕a轴线和z轴线的旋转。
[0033]
图2示意性示出具有换热设备13的电子系统10的实施方式，该换热设备带有一个柔性设计的管状元件14。管状元件14在该实施方式中具有柔性的外罩，在所述外罩中存在导热介质17。管状元件14例如可以设计为软管、例如设计为硅酮软管。导热介质17可以是导热胶，例如是基于氧化锌、铜、石墨或银的膏体。作为补充，导热介质17也可以是液体，例如水、氨水或甲醇。管状元件14利用端部15通过可选的铜板19热连接在电子部件12上。当然，也可以使用其他导热材料进行热连接。同样地，导热介质17也可以与壳体11或电子部件12直接接触。电子部件12又是激光雷达传感器的传感器头。管状元件14的第二端部16在壳体11的散热装置18上热连接。在图2中示出呈散热片形式的散热装置18。也可以通过可选的铜板19实现在散热装置18上的热连接。柔性的管状元件14的使用允许电子部件12围绕所有三个轴线的旋转和电子部件12沿所有三个轴线的移动，只要不超过管状元件14的最大活动空间即可。为提高换热，可以使传感器头的内壁23的表面粗糙化。通过表面的粗糙化增大了内壁23的有效表面。此外，内壁23还可以为了提高换热而设置有红外吸收涂层。例如内部23可以设置有红外吸收色料、例如设置有碳黑涂层。
[0034]
图3示出在传感器头围绕z轴线旋转之后的根据图2的电子系统10。所示旋转在此大于正常运行中的预期。通过旋转略微改变了管状元件14的形状，而不会由此改变向散热装置18的换热。因此不变地实现传感器头的有效冷却。
[0035]
图4示出在传感器头沿y轴向移动之后的根据图2的电子系统10。所示移动在此大于正常运行中的预期。如已经在图3中所示，管状元件14的形状略微改变，而不会导致向散热装置18的换热的改变。因此不变地实现传感器头的有效冷却。
[0036]
图5示意性示出具有两个柔性设计的管状元件14的电子系统10的实施方式。系统10基本上与图2所示的系统10相同，然而电子部件12在此情况下利用两个柔性设计的管状元件14在壳体11上热连接。当然，也可以使用两个以上的管状元件14。此外，管状元件也可以连接在不同的散热装置18上，尤其壳体11的不同侧面上。同样地，管状元件14也可以耦连在电子部件12的不同侧面上。此外存在的可能性在于，不同的管状元件14设计不同，例如在所使用的导热介质17方面设计不同。
[0037]
图6示意性示出行进器件30，在所述行进器件中使用根据本发明的电子系统10。在该示例中，行进器件30是机动车，并且电子系统10是激光雷达传感器。除了激光雷达传感
器，机动车还可以具有其他环境传感装置13，例如摄像头或超声波传感器。机动车的其他部件是数据传输单元32以及一系列辅助系统33，示例性地示出其中一个辅助系统。借助于数据传输单元32可以例如建立与服务提供商的连接。为了存储数据存在存储器34。在机动车的不同部件之间的数据交换通过网络35进行。
[0038]
附图标记清单
[0039]
10
ꢀꢀꢀꢀ
电子系统
[0040]
11
ꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0041]
12
ꢀꢀꢀꢀ
电子部件
[0042]
13
ꢀꢀꢀꢀ
换热设备
[0043]
14
ꢀꢀꢀꢀ
柔性的管状元件
[0044]
15
ꢀꢀꢀꢀ
第一端部
[0045]
16
ꢀꢀꢀꢀ
第二端部
[0046]
17
ꢀꢀꢀꢀ
导热介质
[0047]
18
ꢀꢀꢀꢀ
散热装置
[0048]
19
ꢀꢀꢀꢀ
铜板
[0049]
20
ꢀꢀꢀꢀ
检测锥
[0050]
21
ꢀꢀꢀꢀ
肋片
[0051]
22
ꢀꢀꢀꢀ
内部的电子元件
[0052]
23
ꢀꢀꢀꢀ
内壁
[0053]
30
ꢀꢀꢀꢀ
行进器件
[0054]
31
ꢀꢀꢀꢀ
环境传感装置
[0055]
32
ꢀꢀꢀꢀ
数据传输单元
[0056]
33
ꢀꢀꢀꢀ
辅助系统
[0057]
34
ꢀꢀꢀꢀ
存储器
[0058]
35
ꢀꢀꢀꢀ
网络