CN107302144B - 可插拔电气模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可插拔电气模块，包括印刷电路板；外壳，用于将所述印刷电路板封装在其内，所述外壳包括至少一个外壳通孔；防脱螺钉，包括螺钉头部和螺钉杆部，所述防脱螺钉穿过外壳通孔；金属接片，其焊接在印刷电路板上，并且包括防脱螺钉可从中穿过的接片通孔，在可插拔电气模块的组装构造中，该通孔与所述外壳通孔同轴。防脱螺钉的螺钉杆部至少包括第一螺纹段和第二螺纹段。所述防脱螺钉用于将可插拔电气模块紧固到机箱。当可插拔电气模块紧固到机箱时，第一螺纹段穿过接片通孔，并且第二螺纹段将金属接片紧密地压靠在机箱上，从而形成接触电阻尽可能小的可靠电气连接。

Description

可插拔电气模块

技术领域

本发明涉及一种可插拔电气模块。具体地，本发明涉及一种能够以简单的方式实现可靠的大电流放电接地的可插拔电气模块。

背景技术

电气系统经常采用模块化设计以增加灵活性。属于同一模块的电子元件通常安装在同一印刷电路板(PCB板)上，该PCB板进而被封装在外壳中以组成电气模块。为了减轻电气模块的制造成本和重量，在很多情况下，电气模块的外壳是由塑料材料制成的。由于塑料材料的绝缘特性，对于将被部署在电气系统中的电气模块，可靠的大电流放电接地需要专门地进行设计。通常地，大电流放电接地是通过从电气模块连接到机箱或机架的接地线缆实现的。

为了便于安装和检修，很多电气模块被设计为是可插拔的，即它能够以简单的方式插入并紧固在机箱中，并且以简单的方式松开并从机箱中拔出。对于可插拔电气模块，使用接地线缆接地是繁琐的，并且极大地降低了插拔操作的便利性。同时，易于出现因为忘记连接接地线缆而使电气模块未能接地的情况。为了避免使用线缆，现有的设计使用了一个或多个金属弹片，并且通过弹片的弹性变形实现可插拔电气模块与机箱之间的接地接触。由于电气模块的外壳和机箱在制造中的制造公差，同时由于组装时的组装公差和组装后的材料弹性变形，实现外壳与机箱之间的接触所需要的弹片变形量是难以控制的。这导致通过金属弹片实现的接地是不可靠的，经常出现接地电阻过大的情况，因而不能满足大电流放电接地的需要，严重时甚至没有接地。如果这种情况发生，则相当大的放电电流可能从PCB板上的电子元件流过，使得电子元件的寿命缩短，严重时甚至可使电子元件烧毁。

综上所述，现有的可插拔电气模块存在多种缺点，不能可靠地实现可插拔电气模块的大电流放电接地。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可插拔电气模块，其能够以简单的结构实现可靠的大电流放电接地。

所述目的是通过根据本发明的一个实施例的可插拔电气模块实现的，其包括印刷电路板；外壳，用于将所述印刷电路板封装在其内，所述外壳包括至少一个外壳通孔；防脱螺钉，包括螺钉头部和螺钉杆部，所述防脱螺钉穿过所述外壳通孔；金属接片，其固定在印刷电路板上，并且包括防脱螺钉可从中穿过的接片通孔，在可插拔电气模块的组装构造中，该接片通孔与所述外壳通孔同轴。防脱螺钉的螺钉杆部至少包括第一螺纹段和第二螺纹段，第二螺纹段的直径大于第一螺纹段，并且比第一螺纹段更靠近螺钉头部。所述防脱螺钉用于将可插拔电气模块紧固到机箱。当可插拔电气模块被紧固到机箱时，第一螺纹段穿过所述接片通孔，并且第二螺纹段将金属接片紧密地压靠在机箱上，从而在印刷电路板与机箱之间形成接触电阻尽可能小的可靠电气连接。

在一个优选的实施例中，所述防脱螺钉的螺钉杆部还包括位于第二螺纹段与螺钉头部之间的第三杆段，该第三杆段的直径小于所述第二螺纹段的直径。此外，第三杆段可以带有螺纹或者不带螺纹。

在一个优选的实施例中，所述外壳通孔包括沿外壳通孔的纵向方向布置的多个通孔段，其中至少一个通孔段是沿从所述螺钉头部离开的方向渐缩的截顶锥形通孔段，该锥形通孔段的前端的内径大于第一螺纹段的直径，但小于第二螺纹段的直径，所述锥形通孔段的后端的内径大于第二螺纹段的直径。当第二螺纹段被旋拧通过该锥形通孔段时，第二螺纹段的螺纹刻划锥形通孔段的内壁，并迫使锥形通孔段膨胀，起到类似自攻螺钉的作用。当第二螺纹段完全越过锥形通孔段后，在弹性的作用下，锥形通孔段的内壁又回复到初始位置，并约束第二螺纹段使其不能后退，进而防止防脱螺钉从外壳中掉落。在进一步优选的实施例中，所述通孔段的数量是4个。

在一个可选的实施例中，所述可插拔电气模块还包括弹性垫圈。该弹性垫圈的内径大于第一螺纹段的直径，但小于第二螺纹段的直径。在可插拔电气模块被紧固到机箱时，所述第二螺纹段将推压弹性垫圈，该弹性垫圈进而将金属接片的一部分紧密地压靠在机箱的外表面上。通过弹性垫圈的变形能力，电气模块和机箱在制造和组装过程中堆叠的公差可以得到解决，从而在任何情况下确保电气模块与机箱之间存在可靠的大电流放电接地连接。在进一步优选的实施例中，所述弹性垫圈是橡胶O型圈。更加优选地，橡胶O型圈包括内径相同但外径不同的两个部分，其中两个部分中外径较小的一个位于橡胶O型圈的后部，并能够嵌合在外壳通孔中。这种嵌合作用可防止橡胶O型圈从外壳通孔脱落。

在一个可选的实施例中，所述可插拔电气模块还包括用于辅助防脱螺钉的弹簧，该弹簧嵌套在防脱螺钉的第二螺纹段与螺钉头部之间。在可插拔电气模块被紧固到机箱之后，该弹簧可被压缩并向后推压防脱螺钉，从而保证防脱螺钉的第一螺纹段与机箱的螺纹孔之间的紧密咬合，防止防脱螺钉从该螺纹孔松脱。

在一个可选的实施例中，所述可插拔电气模块还包括嵌套在防脱螺钉的第二螺纹段与螺钉头部之间的彩色识别环。如果设置有弹簧，则彩色识别环位于弹簧与防脱螺钉的螺钉头部之间。彩色识别环的纵向长度被特别地设计，使得在可插拔电气模块被紧固到机箱之后，如果还能看到彩色识别环，则说明金属接片还未紧密地压靠机箱的外表面，相反，如果彩色识别环已被完全推入所述外壳通孔而不能在外部看到，则说明金属接片已经紧密地压靠机箱的外表面。这使得能够以简单直观的方式确认电气模块与机箱之间是否形成了可靠的大电流放电接地连接。

附图说明

在下文中，本发明以举例的方式并参照附图进行更详细的说明，其中

图1是根据本发明一个实施例的有金属接片的PCB板的示意图。

图2是根据本发明一个实施例的可插拔电气模块组装后的示意图。

图3a是根据本发明一个实施例的可插拔电气模块的剖视图。

图3b-c是根据本发明一个实施例的外壳的通孔和防脱螺钉的详细剖视图。

图4是根据本发明一个实施例的可插拔电气模块在机箱上安装的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

除非另作定义，本文使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内普通技术人员所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同物，而不排除其他元件或者物件。另外，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“前部”、“前端”以及类似的词语表示更远离螺钉头部的部分和端部。相应地，“后部”、“后端”以及类似的词语表示更靠近螺钉头部的部分和端部。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变，并且仅是为了描述方便而非对本发明的限制。

图1-4示出了本发明的可插拔电气模块的一个实施例。

在该实施例中，可插拔电气模块100包括PCB板110、外壳120、金属接片130和防脱螺钉140。

如图1所示，金属接片130的一部分焊接在PCB板110之上。通过焊接，金属接片130与PCB板110的接地层形成良好的导电连接。金属接片130包括从所述焊接部分以大致90度角向前折弯的第一折弯部分131。进一步地，金属接片130还包括从第一折弯部分131的前端以大致90度角向右折弯的第二折弯部分132。第二折弯部分132包括接片通孔133，该接片通孔在上下方向上大致处于第二折弯部分的中间。优选地，所述接片通孔133是圆形的。但是，它的形状也可以是任何其他合适的形状。

外壳120由可嵌合在一起的第一外壳半部120a和第二外壳半部120b组成。为了减轻可插拔电气模块100的总体重量和制造成本，所述外壳120优选地由塑料材料制成。如图2所示，所述两个外壳半部的每一个在后端包括两个沿上下方向突出的突出部分。下面具体针对第一外壳半部120a的上部的突出部分121进行说明。应注意的是，所述突出部分121的结构也可同样适用于第一外壳半部120a的下突出部分以及第二外壳半部120b的两个突出部分。突出部分121的前端表面122是平坦的。在可插拔电气模块100的组装状态中，PCB板110封装在所述两个外壳半部内。金属接片130的第一折弯部分131被夹持在分别属于两个外壳半部的两个突出部分之间，而第二折弯部分132伸出两个突出部分之外，并且可大致停靠在前端表面122上。

所述突出部分121包括沿前后方向的外壳通孔123。所述外壳通孔123的纵向(即前后方向)轴线大致位于沿左右方向平分所述突出部分121的竖直平面上，并且与所述接片通孔133的纵向轴线大致重合。优选地，所述外壳通孔123包括沿纵向方向布置的多个通孔段。在图3a-c所示的特定实施例中，所述外壳通孔123包括4个通孔段，从前端到后端分别是123a、123b、123c和123d。通孔段123c是内径从后向前渐缩的截顶锥形通孔段，并且所述通孔段123d的内径大于锥形通孔段123c在后端处的内径，而通孔段123b的内径大于锥形通孔段123c在前端处的内径。

此外，根据本发明，可插拔电气模块100还包括防脱螺钉140。如图3b所示，防脱螺钉140包括螺钉头部141和螺钉杆部142。螺钉杆部142可包括沿纵向方向布置的三个部分，从前端到后端分别是第一螺纹段142a、第二螺纹段142b，以及第三杆段142c，其中，所述第一螺纹段142a和第二螺纹段142b均带有螺纹，而第三杆段142c可以带有螺纹，也可以不带螺纹。第二螺纹段142b的直径大于第一螺纹段142a和第三杆段142c。与外壳通孔123相比，第二螺纹段142b的直径小于通孔段123a、123b和123d的内径，并且也小于锥形通孔段123c在后端处的内径，但大于锥形通孔段123c在前端处的内径。第一螺纹段142a的直径小于锥形通孔段123c在前端处的内径，并且也小于接片通孔133的直径。第三杆段142c的直径小于锥形通孔段123c在前端处的内径。所述螺钉头部141的前端直径大于第二螺纹段142b的直径，并且也大于锥形通孔段123c在后端处的内径，但小于通孔段123d的内径。所述螺钉头部141的后端还包括便于该螺钉的旋拧操作的一字型或十字型沟槽。此外，当第二螺纹段142b的前端表面与外壳的突出部分121的前端表面122平齐时，该第二螺纹段142b的后端表面与锥形通孔段123c完全脱离接触，同时螺母头部还未与锥形通孔段123c的后端接触。

可选地，可插拔电气模块100还包括弹性垫圈。在图3c所示的具体实施例中，所述弹性垫圈是橡胶O型圈150，但是，所述弹性垫圈的形状和材料也可以是适合于在本发明中应用的任何其他的形状和材料。优选地，所述橡胶O型圈150由在前端的第一部分150a和在后端的第二部分150b组成。两个部分的内径是相同的，并且该内径大于第一螺纹段142a的直径，但小于第二螺纹段142b的直径。第二部分150b的外径的尺寸确定为使得该第二部分150b能够嵌合在通孔段123b内。第一部分150a的外径大于第二部分150b的外径，但小于通孔段123a的内径。

可选地，可插拔电气模块100还包括弹簧160。如图3c所示，弹簧160嵌套在防脱螺钉140的螺钉杆部142的第三杆段142c上，并且位于通孔段123d内。弹簧160的内径大于第二螺纹段142b的直径，但小于螺钉头部141的前端直径。此外，弹簧160的外径大于锥形通孔段123c在后端处的内径，但小于通孔段123d的内径。

可选地，可插拔电气模块100还包括彩色识别环170。如图3c所示，彩色识别环170嵌套在防脱螺钉140的螺钉杆部142的第三杆段142c上。如果提供有弹簧160，则彩色识别环170位于弹簧160与防脱螺钉140的螺钉头部141之间。彩色识别环170的内径大于第二螺纹段142b的直径，但小于螺钉头部141的前端直径。此外，彩色识别环170的外径大于弹簧160的外径，但小于通孔段123d的内径。

根据本发明的一个实施例，提供了组装可插拔电气模块100的方法。除其他外，所述方法包括以下步骤：首先，将金属接片130固定在PCB板110上，所述固定方式优选地是焊接，使得金属接片130与PCB板110的接地层形成良好的导电连接。接着，嵌合第一外壳半部120a和第二外壳半部120b，以将PCB板110封装在嵌合后的外壳120中，并且使得接片通孔133与外壳通孔123大致同轴。然后，将防脱螺钉140插入外壳通孔123中。当第二螺纹段142b的前端外侧抵靠锥形通孔段123c的内径时，可使用诸如螺丝刀的工具向前推压旋拧防脱螺钉140，使得第二螺纹段142b的螺纹刻划锥形通孔段123c的内壁，并迫使锥形通孔段123c膨胀。在这里，第二螺纹段142b起到类似自攻螺钉的作用。当第二螺纹段142b向前螺旋行进并完全越过锥形通孔段123c后，在弹性的作用下，锥形通孔段123c的内壁又回复到初始位置，并约束第二螺纹段142b使其不能后退，进而防止防脱螺钉140从外壳120中掉落。

如图4所示，在可插拔电气模块100组装好之后，可以将该电气模块插入机箱中。该机箱上已经形成有可与防脱螺钉140的第一螺纹段142a配合的螺纹孔。通过将第一螺纹段142a穿过接片通孔133旋拧到所述螺纹孔中，可插拔电气模块100被紧固到所述机箱，同时第二螺纹段142b的前端表面向前推压金属接片130的第二折弯部分132，使得该第二折弯部分132紧密地压靠在机箱的外表面上，从而使机箱与金属接片130之间的接触电阻尽可能的小，形成可靠的大电流放电接地连接。这样，根据本发明的可插拔电气模块100可以在被紧固到机箱上的同时形成可靠的大电流放电接地连接，省去了单独安装接地线缆的繁琐步骤，节省了电气模块的插拔操作所需要的时间，并且消除了因忘记安装接地线缆而导致PCB板没有被接地的危险。

可选地，在插入防脱螺钉140之前，可将弹性垫圈放入通孔段123a中。在该弹性垫圈是橡胶O型圈150的优选实施例中，还可以将橡胶O型圈150的第二部分150b插入通孔段123b中。这样，在可插拔电气模块100被紧固到机箱时，防脱螺钉140的第二螺纹段142b将推压弹性垫圈，该弹性垫圈进而将金属接片130的第二折弯部分132紧密地压靠在机箱的外表面上。通过弹性垫圈的变形能力，电气模块和机箱在制造和组装过程中堆叠的公差可以得到解决，从而在任何情况下确保电气模块与机箱之间存在可靠的大电流放电接地连接。

可选地，在防脱螺钉140插入外壳120的通孔123之前，可将弹簧160和/或彩色识别环170嵌套在防脱螺钉140的螺钉杆部142上。在可插拔电气模块100被紧固到机箱之后，如图3b所示，弹簧160可向后推压防脱螺钉140，从而保证防脱螺钉140的第一螺纹段142a与机箱的螺纹孔之间的紧密咬合，防止防脱螺钉140从该螺纹孔松脱。彩色识别环170可用于以简单直观的方式确认电气模块与机箱之间是否形成了可靠的接地连接。其原理是，在可插拔电气模块100被紧固到机箱之后，如果还能看到彩色识别环170，则说明金属接片130还未紧密地压靠机箱的外表面，相反，如果彩色识别环170已被完全推入通孔段123d而不能在外部看到，则说明金属接片130已经紧密地压靠机箱的外表面。

应当理解的是，上面描述的和在附图中示出的结构仅是本发明的示例，其可通过表现出用于获得所需最终结果的相同或相似功能的其他结构代替。另外，应当理解的是，上面描述的和附图所示的实施例应被视为仅组成本发明的非限制性示例，并且它可在专利权利要求的范围内以多种方式进行修改。

Claims (9)

1.一种可插拔电气模块，包括：

印刷电路板；

外壳，用于将所述印刷电路板封装在其内，所述外壳包括至少一个外壳通孔；

防脱螺钉，包括螺钉头部和螺钉杆部，所述防脱螺钉穿过所述外壳中的通孔；

金属接片，其固定在印刷电路板上，并且包括防脱螺钉从中穿过的接片通孔，在所述可插拔电气模块的组装构造中，该接片通孔与所述外壳通孔同轴；

其特征在于，

所述防脱螺钉的螺钉杆部至少包括第一螺纹段和第二螺纹段，所述第二螺纹段的直径大于第一螺纹段，并且比所述第一螺纹段更靠近所述螺钉头部，并且

所述外壳通孔包括沿该外壳通孔的纵向方向布置的多个通孔段，其中至少一个通孔段是沿从所述螺钉头部离开的方向渐缩的截顶锥形通孔段，所述截顶锥形通孔段的前端的内径大于所述第一螺纹段的直径，但小于所述第二螺纹段的直径，所述截顶锥形通孔段的后端的内径大于所述第二螺纹段的直径。

2.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，所述防脱螺钉的螺钉杆部还包括位于所述第二螺纹段与螺钉头部之间的第三杆段，所述第三杆段的直径小于所述第二螺纹段的直径。

3.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，所述通孔段的数量是4个。

4.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，还包括弹性垫圈，所述弹性垫圈的内径大于所述第一螺纹段的直径，但小于所述第二螺纹段的直径。

5.根据权利要求4所述的可插拔电气模块，其特征在于，所述弹性垫圈是橡胶O型圈。

6.根据权利要求5所述的可插拔电气模块，其特征在于，所述橡胶O型圈包括内径相同但外径不同的两个部分，其中，所述两个部分中外径较小的一个位于橡胶O型圈的后部，并嵌合在所述外壳通孔中。

7.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，还包括用于辅助所述防脱螺钉的弹簧，该弹簧嵌套在所述防脱螺钉的第二螺纹段与螺钉头部之间，并且在所述可插拔电气模块紧固到机箱时被压缩。

8.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，还包括嵌套在所述防脱螺钉的第二螺纹段与螺钉头部之间的彩色识别环。

9.根据权利要求1所述的可插拔电气模块，其特征在于，所述防脱螺钉用于将所述可插拔电气模块紧固到机箱，当所述可插拔电气模块紧固到机箱时，所述第一螺纹段穿过所述接片通孔，并且所述第二螺纹段将所述金属接片紧密地压靠在机箱上。