专利名称：采用正温度系数材料的用来内装通信与电子设备的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来内装通信与电子设备的外壳，它采用一加热元件，该加热元件含一种正温度系数材料。该外壳特别适用于通信设备尤其是蜂窝电话系统的小区基站的户外安装。
在内装一电气配件或通信设备的外壳内维持一适当的工作温度很重要。这种设备常须维持在一最低工作温度或该温度之上。例如，某些电子设备在0℃之下将不工作。另外，由于这种设备计划使用于例如一蜂窝电话系统的小区基站的缘故，可能不得不将这种设备安装在户外，户外的环境温度可能常会降到0℃以下或降到这种设备的其他最低工作温度以下。
对于安装在户外的设备来说，传统的作法是将加热器置于外壳内，以保持设备足够温暖。但是，传统的加热器会造成相当大的困难。一种困难涉及使一可能是必须的冷环境下的设备无法工作，例如当为进行保养或维修而检查设备时，或当断电时。在这些情况下，可能必须在重新起动之前将设备加热至最低工作温度，但如果这么做，则可能不得不手动操作加热器。另一种困难的出现是因为设备本身可能有发热元件，或它可能受到来自户外照射到配件上的太阳光的加热。众所周知，传统的加热器有产生火灾的危险。业已将太阳防护罩(solarshields)罩在这些装置上，以防止受太阳照射而使温度升高，但是这些防护罩可能反过来抑制热量从系统中散失出去。已在外壳内置有自动恒温控制装置，并且从外部调节它们，即在努力控制外壳内的温度的过程中从外部调节，但是，按这种方式调节温度产生不稳定的性能，而且这种调节也不可靠，并且产生较高的故障率。采用传统加热器的另一个困难是，目前可买到的加热器衬垫(heater pads)是由不能在较窄电压范围内工作的材料构成的，限制了这种装置的应用。例如，这些系统对于位于需要高工作电压(例如，＞110V)的欧洲或世界其他地区的小区基站来说不能工作。
与户外安装通信设备日益增长的应用有关的户外环境所产生的挑战，已对电气外壳单元自身提出了改革方案。例如，在序列号为09/008,726的美国专利申请中描述了一种带有散热片的新外壳设计，题为“Heat Dissipation Structure for an Electrical Assembly”的该申请由Aakalu等人于1998年1月1日提出，并且已受让给本发明的受让人，该申请在此引入以作参考。另见由Zimmerman等人提出题为“Multi-layered Polymer Structure For Fabricating Housings ForCommunications And Electrical Products”的序列号为08/976,708的美国专利申请和题为“Dual Network Housing Device And ImprovedMethod For Enclosing Networks”的序列号为08/976,713的美国专利申请，以及授予Gaudet的题为“Protective Enclosure”的美国专利US3,900,700，其中前两者均为1997年11月24日提出并且已经受让给Lucent Technologies。以上刚刚引证的三个专利在此引入以作参考。这些装置具有改进的散热特征和阻燃材料。但是更为有利的是提供一种改进的壳体，它能避免使用传统的加热元件和它们所涉及的缺点。
申请人已发现一种用来内装户外电子与通信设备的改进外壳，该外壳包括其内部设置有一加热元件的外壳，其中该加热元件包含一种有正温度系数(PTC)的材料，用以在电流流过它时借助该材料的内电阻来产生热，其中该PTC材料接至一用来产生电流的电源上。优选的是，该壳体的构成是使其能包围一蜂窝电话小区基站的电路，且在该电路的相邻区域有选择地置放含一个或一个以上PTC材料板的多个加热元件。采用PTC材料，提供一种有自调节加热能力的外壳，其与电压参数无关，由此使其能用在各种地理位置。
为了更好地理解本发明，以下结合附图描述一典型实施例，在这些附图中
图1是本发明外壳一个实施例的示意图，其中设置有两个正温度系数加热器；
图2是用于本发明外壳中的PTC加热元件一个实施例的侧剖视图；图3是一小区基站中一电路板的平面透视图，该基站内装在本发明的外壳中，在该外壳中有选择地设置多个正温度系数加热元件，而以敞开的位置表示该外壳。
应当理解，这些附图用来说明本发明的概念，并非按比例制图。
本发明的申请人业已发现，可以用一种正温度系数材料构成用来内装电子与通信设备的改进外壳。图1表示本发明外壳的示意图。外壳装置8有一外部结构或外壁10，用来内装上述设备。入口门(accessdoor)12用来得以进入该装置的内部，而且多个散热片14固定在该装置一外壁上。其上设有电路的电子子单元20、22内装在该外壳之内。含正温度系数(PTC)热敏电阻或电阻材料的加热元件30、40位于与电路相邻的外壳内。
每个PTC加热元件都可以包括一个或一个以上的PTC热敏电阻或电阻材料板，它们设置于一对电极之间。正温度系数(PTC)加热器包括固态半导体，并且通常用于消费产品如头发吹风机、衣物烘干机、空间加热器、汽车反射镜(automobile mirrors)等等。PTC加热器包括一陶瓷或聚合物PTC电阻或热敏电阻材料，该材料位于与象电极这样的电流发生源相接触的位置。当一电流流过该PTC材料时，该PTC材料借助其所产生的内电阻产生热。例如，一些正温度系数加热器在以下文献中有述授予Tadokoro题为“PositiveTemperature Coefficient Thermistor Heater and PositiveTemperature Coefficient Thermistor Heater Device Using the Same”的美国专利US5,658,479，它于1997年8月19日公开；授予Lokar等人题为“PTC Heater Assembly and A Method of Manufacturing theHeater Assembly”的美国专利US4,972,067，它于1989年6月21日公开，这两篇文献在此引入作为参考。
图2表示一加热元件30的基本结构，它比图1更详细。加热元件可以包括PTC材料板32，这些板32由绝缘材料36分开，不过也可以采用单独一块PTC材料板。PTC材料设置于一对电极34a、34b之间，用来产生电流。这些电极接至一电源(图中未表示)。可以用DC电来激励PTC加热器，此外壳可以用于在AC或DC电下工作的电话设备。
工作时，当通过激励电极34a、34b使一电流流过PTC板32时，因PTC材料的内电阻而产生热。温度升高的速度或散热常数(＊)(即在一特定时间周期内环境温度变化1℃所散失的热量)将取决于所选PTC材料的类型、其电特性、所产生的电流和环境温度。PTC材料的电阻可以以一指数或接近指数的速度增大，直至达到一预定温度为止，在此点处该材料传导可忽略不计的电流，从而不再生热。这样，PTC装置自动稳定(autostabilizing)和自调节(self-regulating)，亦即它自动稳定在一预定温度上。有利的是，一对PTC装置可以相互并联连接，共用一接至电源的导电端，用来使生热性能相对于外加电源最佳。
如本领域所公知的那样，可以为PTC材料、电极或绝缘材料选择各种成分的材料。例如，PTC材料可以包括钛酸钡或用丝网印刷在一聚酯膜上的碳糊状物。电极可以包括铝，而绝缘材料可以包括聚酰亚胺或二氧化硅。根据所需维持的预定工作温度，可以将不同的掺杂剂或掺杂剂浓度扩散到或嵌入PTC板中，对掺杂剂的选择可以由生产PTC材料和加热元件领域的那些技术人员来确定。根据将要置放外壳的预期局部环境温度来调整PTC加热元件的产热性能。一旦确定了期望的工作温度和条件，就可以从Texas Instruments,Inc.、Panasonic Corp.、Hartford Eichenauer,E.I.duPont de Nemours andCo.、或DBK Techniterm of Germany买到PTC加热元件。对于一蜂窝电话基站来说，可以采用长度约为8英寸、宽度约为1英寸的PTC加热元件。
如图3所示，一个或一个以上PTC加热元件30、40、50可以安装在支架38、48上，并且固定到一电子或通信系统的印刷电路板24上。而且，除了安装在印刷电路板24上，或者不安装在印刷电路板24上，PTC加热元件可以固定到外壳装置的壁10上或门12以内。如图所示，有利的是，选择一个或一个以上含不同温度系数材料的加热元件并将它们置于外壳内部，以提供分布式加热和受控加热。例如，在一蜂窝电话基站的情况下，可以将置于高功率RF放大器附近的加热元件选为包括一种材料，这种材料在正常的工作条件期间不会散热，而置于电路组附近的单个加热元件或多个加热元件在环境温度为0℃左右或0℃以下时应散热。可以将加热元件制成易弯曲的，从而可提高它们在外壳内的安装性能。
当在预热阶段激励该装置时，即当加热该装置以使其工作时，所有的加热元件应优选为散热。可以将PTC加热元件构成在达到一最小阈值温度时自动激励，从而无需外部激励。对于蜂窝电话基站来说，加热器的输出应不受输入电压的影响。这样，可以采用相同的加热器组件，而不考虑每个特定小区基站工作的AC电压，因而，可以在各种地理位置使用相同类型的外壳装置。电路元件及其生热特性众所周知，从而使本领域的普通技术人员可以有选择地置放PTC元件。小区基站电路亦在以下文献中有述，即转让本发明受让人LucentTechnologies,Inc.的授予Vella-Coleiro题为“Receive Filter UsingFrequency Translation for or in Cellular Telephony Base Station”的美国专利US5,613,234，它于1997年3月18日公开，这篇文献在此引入以作参考。
不仅根据该装置的电路，还根据壳体的结构来有选择地置放PTC元件。例如，可以使用如序号为09/008,726的美国专利申请中所述的那种壳体，该专利申请在此引入；亦即该壳体可以有一排固定到外壳一外壁上的导热片和一位于导热片上的开孔盖(perforated cover)。可以将PTC元件有选择地置于该外壳壁上，如置于导热片远端的壁上。
采用PTC加热元件可提供诸如不再需要外部恒温控制装置之类的优点。可以令加热器一直工作着，而不必从外部激励它们或对它们去激以避免冷却问题。与带有恒温控制装置的传统装置相比，含PTC加热元件的本发明外壳具有更好的可靠性，并可实现对温度的无源控制(passive control)。安全性有所增强；由于加热器自调节性的结果，减小了发生火灾危险的可能性。加热器的输出可以不受输入电压的影响，以提供一种可以用在更多不同地理位置的更万用的装置。
应当理解，本文所述的实施例仅用来举例，而在不脱离本发明实质与范围的情况下，本领域的普通技术人员可以作出变换与修改。所有这些变换与修改都应包括在所附权利要求书的范围之内。
权利要求
1．一种用来内装有一最低工作温度的电子或通信设备的改进外壳，其中改进之处包括在该外壳内设置至少一个加热器，该加热器包括至少一块正温度系数(PTC)材料板，该板接至一用来产生流过PTC材料电流的电源。
2．如权利要求1的装置，其中PTC材料包括热敏电阻或电阻材料。
3．如权利要求1的装置，其中至少一个加热器包括设置于一对电极之间的一或一块以上的PTC材料板。
4．如权利要求3的装置，还包括多个PTC加热器，它们被有选择地设置在与该设备相邻的装置中。
5．如权利要求4的装置，其中该设备包括至少一个印刷电路板，而且多个PTC加热器被有选择地安装在该印刷电路板上。
6．如权利要求4的装置，其中多个PTC加热器被有选择地安装到外壳的一个或一个以上内壁上。
7．一种蜂窝电话基站，包括权利要求1的改进装置。
8．一种蜂窝电话基站，包括权利要求6的改进装置。
9．一种用来内装一电气组件并且将该组件加热至一最低工作温度或该温度之上的改进结构，该组件包含在一种类型的外壳内，这种类型的外壳包括一排平行平面导热片，被固定到该外壳一外壁上；当安装该外壳时这些导热片与一垂直轴平行对齐，以在相邻各对导热片之间限定多个垂直通道；这些导热片上形成有多个对齐的刻痕(notche)，以限定多个水平通道；且在这些导热片上有一开孔盖，该开孔盖与这些导热片间隔开，其中改进之处包括一设置于外壳内部的加热器，其包括至少一个PTC热敏电阻或电阻材料板，该板接至一电源，其中一旦激励电源，所产生流过PTC材料的电流就使该材料的温度和该设备周围的环境温度升高至最低工作温度或该温度之上。
10．如权利要求9的改进装置，还包括有选择地设置于外壳内部的多个PTC加热器，其中每个加热器包括置于一对电极之间的一或一块以上的PTC材料板。
11．一种蜂窝电话基站，包括权利要求10的改进装置。
12．一种用来使一户外安装的电子或通信配件维持在一最低工作温度或该温度之上的改进方法，该方法包括将多个PTC加热器固定在该配件一外壳内部的步骤。
全文摘要
一种用来内装通信与电子设备的改进外壳，包括一用正温度系数材料制造的加热元件。该外壳尤其可用来内装户外蜂窝电话系统的通信设备和小区基站；它有与电压参数无关的自调节能力，由此使其能用于各种地理位置。在一优选实施例中，采用多个PTC加热元件，并且邻近多个电路区域有选择地置放它们。可以用DC电源激励PTC加热器，而且该外壳可以用于用AC或DC电源工作的电话设备。
文档编号H05B3/14GK1238606SQ9910496
公开日1999年12月15日 申请日期1999年4月8日 优先权日1998年4月9日
发明者南达库玛·G·阿卡鲁, 丹尼尔·普拉匝, 汉·Q·特格 申请人:朗迅科技公司