具有交叉?zhèn)鳠嵋砥膭恿岢恋闹谱鞣椒?br>【專利摘要】一種動力熱沉具有固定部分，該固定部分具有第一導熱表面和第二導熱表面，以在第一導熱表面與第二導熱表面之間傳導熱量。為了冷卻發(fā)熱裝置，固定部分可安裝至發(fā)熱部件并且具有從該固定部分延伸的第一多個翼片。動力熱沉還具有與固定部分可旋轉地聯(lián)接的旋轉結構。旋轉結構被構造成將從第二導熱表面接收的熱量傳遞至與旋轉結構熱連通的儲熱物。旋轉結構具有可移動的吸熱表面，該吸熱表面具有朝向第一多個翼片延伸的第二多個翼片。第一多個翼片的至少一部分優(yōu)選地與第二多個翼片的至少一部分交叉。
【專利說明】具有交叉?zhèn)鳠嵋砥膭恿岢?br>[0001 ]優(yōu)先權
[0002]本申請要求2013年8月21日提交的美國臨時專利申請61/868，362的優(yōu)先權，其全部內容通過引用并入本文，美國臨時專利申請61/868，362的名稱為“具有同心交叉?zhèn)鳠嵋砥膭恿岢痢?，發(fā)明人為Lino A.Gonzalez和Steven J.Stoddardo
技術領域
[0003]本申請總體上涉及旋轉式吸熱和散熱裝置，并且更具體地，本發(fā)明涉及用于與電子元件一起使用的動力熱沉。
【背景技術】
[0004]在工作時，電路和電氣裝置產(chǎn)生廢熱。為了正常工作，電路和電氣裝置的溫度通常必須在某些限度內。為此，通常使用物理安裝在電氣裝置附近或安裝在電氣裝置上的熱沉來控制電氣裝置的溫度。
[0005]被稱為“動力熱沉”(KHS)的一種相對新型的熱沉組件具有蓄熱體(the rma Imass)，該蓄熱體具有一體式的引流結構，該引流結構相對于安裝在熱電子裝置上或安裝在熱電子裝置附近的固定基部旋轉。動力熱沉能夠比固定熱沉提供更好的冷卻。
【發(fā)明內容】
[0006]對于發(fā)明人的認識而言，已經(jīng)發(fā)展了動力熱沉的固定部件和旋轉部分的各種拓撲結構。然而，發(fā)明人認識到，這種拓撲結構之間的界面通常需要精確公差的表面特征(通常為微米尺度)，以獲得期望的熱吸收和消散性能。這種要求通常需要不能適應于標準制造設備的精確制造技術。然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了允許公差極限增大的技術，其有助于與標準制造設備一起使用。
[0007]根據(jù)說明性實施例，動力熱沉具有固定部分，所述固定部分具有第一導熱表面和第二導熱表面，以在第一導熱表面與第二導熱表面之間傳導熱量。為了冷卻發(fā)熱裝置，固定部分可安裝至發(fā)熱部件并且具有從該固定部分延伸的第一多個翼片。動力熱沉還具有與固定部分可旋轉地聯(lián)接的旋轉結構。該旋轉結構被構造成將從第二導熱表面接收的熱量傳遞至與旋轉結構熱連通的儲熱物。旋轉結構具有可移動的吸熱表面，該吸熱表面具有朝向第一多個翼片延伸的第二多個翼片。第一多個翼片的至少一部分優(yōu)選地與第二多個翼片的至少一部分交叉。
[0008]固定基部和/或旋轉結構可包括用于改進徑向間隙的熱傳遞特性的結構特征。該結構例如可破壞由于旋轉結構的穩(wěn)定旋轉將形成的不期望的完全展開流(f u 11 ydeveloped flow)的形成，或者形成以該裝置的操作速度的局部輔助流動以用于相同目的。該特征可為位于由交叉翼片形成的通道的壁、頂部或底部內的突出部、凹部、間隙或其組入口 ο
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種消散來自電子裝置的熱量的方法提供了具有第一導熱表面和第二導熱表面的固定結構。所述固定結構在第一導熱表面處熱聯(lián)接至電子裝置，以接收來自電子裝置的熱量，并且將從第一導熱表面接收的熱量傳導至第二導熱表面。第二導熱表面包括第一多個翼片。該方法還使旋轉結構旋轉，旋轉結構具有面向第二導熱表面的吸熱表面。吸熱表面具有與第一多個翼片交叉的第二多個翼片。該旋轉用于大致至少部分地將來自第二導熱表面的熱量傳遞至與旋轉結構連通的儲熱物。
【附圖說明】
[0010]通過參照下文結合附圖給出的詳細描述，將更容易理解實施例的前述特征，附圖中:
[0011]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有交叉?zhèn)鳠嵋砥膭恿岢恋臋M截面視圖。
[0012]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的動力熱沉的交叉翼片的平面圖。
[0013]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的動力熱沉的消散熱量的操作。
[0014]圖4示意性地示出了交叉翼片的幾何特征。
[0015]圖5示出了現(xiàn)有技術的動力熱沉。
[0016]圖6A至圖6G說明性地示出了根據(jù)本發(fā)明的各種可替換實施例的具有交叉翼片的動力熱沉的橫截面視圖。
[0017]圖7A說明性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有交叉翼片的動力熱沉的橫截面視圖，該交叉翼片具有循環(huán)端口。
[0018]圖7B說明性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有直翼片的動力熱沉的旋轉結構。
[0019]圖8A至圖8D說明性地示出了圖7B中的動力熱沉的具有交叉翼片和循環(huán)端口的各種實施例的部分。
[0020]圖9A示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的動力熱沉。
[0021]圖9B示意性地示出了圖9A中的動力熱沉的具有位于旋轉結構中的圓形循環(huán)端口的部分。
[0022]圖9C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一說明性實施例的具有固定翼片的動力熱沉。
[0023]圖1OA示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有交叉翼片的動力熱沉。
[0024]圖1OB示意性地示出了圖1OA中的具有電動馬達組件的動力熱沉。
[0025]圖1lA示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有交叉翼片的動力熱沉的橫截面視圖。
[0026]圖1lB示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的交叉翼片，該交叉翼片具有改進了徑向間隙的傳熱特性的特征。
[0027]圖1lC示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一說明性實施例的交叉翼片，該交叉翼片具有改進了徑向間隙的傳熱特性的其它特征。
[0028]圖12示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的在交叉翼片內的示例性流體流動。
[0029]圖13示出了操作根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的動力熱沉的過程。
【具體實施方式】
[0030]在說明性實施例中，動力熱沉在其固定部分與旋轉部件之間具有交叉翼片，以產(chǎn)生徑向熱傳遞一一另外或替代地，產(chǎn)生軸向熱傳遞。發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種動力熱沉不需要主要依賴軸向熱傳遞的現(xiàn)有技術動力熱沉的精確且復雜的公差。具體地，雖然交叉翼片引入比單個軸向表面更多的臨界表面，但交叉翼片允許更大的間隙。有利地，這些更大的間隙更易于控制，這是因為通常徑向流出比軸向流出更可控。因此，在多個這樣的實施例中，標準的制造設備和技術可生產(chǎn)更有效的動力熱沉。此外，通過該創(chuàng)新，固定部分和旋轉部分可在不增加總設備占用空間(footprint)的情況下更有效地傳遞廢熱。因此，實施說明性實施例的動力熱沉與具有相同占用空間的現(xiàn)有技術動力熱沉相比可消散更多廢熱。
[0031]交叉翼片也可形成迷宮型密封，其防止灰塵進入固定部分與旋轉部分之間的區(qū)域。這在保護內部部件(例如，馬達或主軸)不受灰塵污染方面特別有效。
[0032]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有交叉翼片102的動力熱沉100。具體地，動力熱沉100包括具有基部結構106的固定部分104，該固定部分具有第一導熱表面108和第二導熱表面110。第一導熱表面108被構造成固定地安裝至發(fā)熱部件112(例如，電氣裝置、微處理器、芯片等)。第二導熱表面110形成一組固定翼片114，該固定翼片形成交叉翼片102的一部分。
[0033]動力熱沉100還包括旋轉結構116，該旋轉結構通過軸117而與固定部分104可旋轉地聯(lián)接，以大致在一個平面內旋轉。旋轉結構116包括旋轉基部118和引流結構120 (例如，其它翼片或葉片)。旋轉基部118具有吸熱表面122，該吸熱表面形成一組旋轉翼片124，該旋轉翼片與第一組翼片114 一起形成交叉翼片102。固定翼片114和旋轉翼片124可相對于旋轉結構116的旋轉軸線同心。其它實施例不需要固定翼片114與旋轉翼片124同心。然而，為了簡化的目的，這個討論中的大部分內容涉及同心翼片，盡管各種原理可應用于非同心翼片。固定部分104和旋轉結構116可由相同或不同的導熱材料制成。例如，結構104和116可由銅、鋁、銀、鎳、鐵、鋅及其組合物形成。
[0034]因此，交叉翼片例如以附圖中所示的方式由重疊的固定翼片114和旋轉翼片124形成。所列出的另一方式，由于翼片114、124彼此縱向重疊，從而翼片114、124被認為是交叉的，這允許翼片114、124在其徑向相鄰表面之間不可忽略地傳遞熱量。
[0035]同心交叉的翼片緩和了操作期間的錯位。例如，固定部分104與旋轉結構116之間的錯位導致改變了其對應交叉翼片102之間的徑向間隙310(未示出，見圖3)。例如，固定翼片114a可被定位成更接近于靠近其一個面的第一旋轉翼片124a，而遠離靠近其另一個面的第二旋轉翼片124b。因此這種偏移減小了與第一翼片124a的局部熱阻，同時對應地增大了與第二翼片124b的局部熱阻。徑向間隙310可介于大約10微米至100微米之間，并且更具體地介于大約25微米至50微米之間。在優(yōu)選的實施例中，徑向間隙可以高達介于大約100微米至200微米，并且更優(yōu)選地，介于大約125微米至150微米。
[0036]圖2示意性地示出了圖1中的動力熱沉100的同心交叉翼片102的平面圖。一組固定翼片114從基部結構106的第二導熱表面110同心地延伸。以對應的方式，一組旋轉翼片從旋轉基部118的吸熱表面122同心地延伸。當然，為了交叉，這組固定翼片114的半徑與這組旋轉翼片124的半徑不同。
[0037]圖3示意性地示出了圖1中的動力熱沉100的操作。在操作期間，除了其它方面之夕卜，引流結構120在由發(fā)熱部件112產(chǎn)生熱量的同時將熱量302消散至儲熱物304(例如，動力熱沉100周圍的空氣)。為此，來自發(fā)熱部件112的熱量跨過基部結構106擴散(見箭頭306)至同心的翼片114。然后，來自一組固定翼片114的熱量跨過徑向間隙δ310主要被傳遞308至相鄰旋轉翼片124的對應重疊表面。熱量從一組旋轉翼片124擴散至旋轉結構116的其它部分，包括旋轉基部118和引流結構120，由此被排出至儲熱物304。
[0038]圖4示意性地示出了交叉翼片102的一些幾何特征。在說明性實施例中，每個翼片114或124的幾何特征為具有長度L 402、寬度W 404以及與相鄰的翼片的距離D 405。交叉翼片102也可被視為形成每個相鄰翼片之間的徑向間隙δ310(有效地形成通道)、位于基部結構106與旋轉結構116之間的軸向間隙h 406、限定第一組翼片114和第二組翼片124的重疊部分的高度H 408以及表示由翼片102形成的通道的數(shù)量N。因此，來自發(fā)熱部件112的熱量橫跨基部結構106擴散至長度L 402和寬度W 404的第一組翼片114。
[0039]圖2和圖4示出了可使用標準設備和技術制造的放大部件和結構。
[0040]圖2將動力熱沉100的固定部分104和旋轉結構116的相關部分示出為分離的未組裝部件。固定翼片114和旋轉翼片124可被制造為基于對應翼片的寬度W 404和徑向間隙δ310的結構(見圖4)。該結構例如可用銑床、車床或鉆床制造。該機器可具有尺寸為距離D405或更小的刀架，該距離相當于W+2S。例如，立式車床可形成一系列凹槽，每個凹槽均為
1.1mm寬且間隔1mm。凹槽對應于距離D 405并且間隔對應于翼片114、124的寬度W 404。為此，刀頭可具有高達1.1mm尺寸并具有徑向間隙310的至少一半的公差。翼片114、124可被制造為具有其它寬度W 404或距離D 405，諸如介于Imm至3mm之間。當然，其它標準制造技術諸如蝕刻、沖壓、鑄造和鍛造可用于制造該裝置。
[0041]在其它實施例中，翼片可通過例如釬焊、銅焊、熔焊和粘接(諸如使用膠合物、水泥和粘合劑)而被制造并附接至固定部分104和旋轉結構116的基部區(qū)域。
[0042]相反，具有平行或成角度熱傳遞表面的動力熱沉總體上被制造為限定軸向間隙的尺寸。圖5示出了本領域已知的這樣一種類型的現(xiàn)有技術動力熱沉。固定基部結構502被安裝至發(fā)熱部件504。具有葉輪508的旋轉結構506聯(lián)接至固定基部結構502以跨過軸向間隙510形成橫跨裝置的相當大的占用空間的平行表面。與類似大小的熱量解決方案相比，制造具有這種精度的平行表面通常增加了這類動力熱沉的成本。
[0043]回到參考圖4，各個實施例可具有與表面面積成正比且與表面之間的間隙厚度成反比的增大的有效導熱率(Q/AT)敝。當與平行的或成角度的表面的導熱率相比時，該增大的有效導熱率可被表示為(Q/AT)敝=H/W。例如，其兩個表面具有⑴被交叉成使得H/W=3并且(ii)徑向間隙δ310 = 45微米的同心翼片的動力熱沉可具有?10W/C的導熱率。為了具有類似的導熱率，具有平行表面的動力熱沉可具有軸向間隔開15微米的間隙510，其比徑向間隔δ(310)小三倍。當然，也可產(chǎn)生其它導熱率。
[0044]為此，固定翼片114和旋轉翼片124所具有的高度402與寬度W404的比(H/W)至少為2，更優(yōu)選地至少為3，甚至更優(yōu)選地在3至6的范圍內。在其它實施例中，固定翼片114和旋轉翼片124所具有的長度L 408與距離D 405的比(L/D)可至少為2，更優(yōu)選地至少為3，甚至更優(yōu)選地在3至6的范圍內。在再其它優(yōu)選實施例中，翼片114、124之間的在徑向方向410上的重疊面積至少大于在軸向方向412上的兩倍，更優(yōu)選地為至少3倍，甚至更優(yōu)選地在3倍至6倍的范圍內。
[0045]交叉翼片102可適應各種幾何尺寸，包括不同的高度、厚度和錐角。圖6A至圖6G示意性地示出了根據(jù)各個實施例的具有同心交叉翼片102的動力熱沉100。
[0046]在圖6A中，動力熱沉100包括具有三角形橫截面區(qū)域的同心交叉錐形翼片602。錐形翼片602可具有介于大約10度至60度之間的內角604。錐形翼片602由于具有更有效的熱傳遞區(qū)域而允許更高的熱傳遞密度。
[0047]在圖6B中，同心交叉錐形翼片602具有梯形橫截面區(qū)域。
[0048]在圖6C中，第二導熱表面110或吸熱表面12可包括表面特征604，諸如凹槽，以使流體在交叉翼片的不同級之間從裝置的內徑向部分更容易地流動至外徑向部分。
[0049]動力熱沉100可構造有徑向和軸向間隙(310，406)，該間隙沿著徑向方向410變化。這種變化可補償外徑向位置處的較大流出和較強剪切損失。在一個實施例中，例如，徑向間隙δ310和軸向間隙h 406從內徑向位置到外徑向位置可增大。
[0050]在圖6D中，固定部分104具有錐形表面608，錐形表面608具有角度612，并且旋轉結構116具有錐形表面614，錐形表面614具有角度610。角度610、612可介于大約I度至30度之間并且可相同。同心交叉翼片102從錐形表面608、614延伸。
[0051 ]在圖6E中，具有同心交叉翼片的動力熱沉100從相對或分散的錐形表面608、614延伸。因此，同心交叉翼片102的長度L 402可沿著徑向方向410變化，導致裝置的內部區(qū)域中的徑向間隙310大于外部區(qū)域。
[0052]在圖6F中，同心交叉翼片102可具有復雜的形狀616，該形狀具有更有效的熱傳遞表面區(qū)域。例如，每個交叉翼片102可包括從其延伸的一組輔助翼片618。輔助翼片618可沿著長度L 402改變每個交叉翼片102的寬度W 404。一些實施例使輔助翼片618的部分交叉。
[0053]在圖6G中，翼片114、124可具有變化的寬度W 404或變化的高度H 402。如示出的，旋轉翼片124之間的高度H 402和寬度W 404不同于固定翼片114之間的高度和寬度。因此，翼片之間的間隔可在不同的徑向位置變化。例如，裝置中央附近的徑向位置處的徑向間隙S310可小于周緣附近的徑向位置處的徑向間隙δ310。徑向間隙δ在不同徑向位置處的變化可基于線性函數(shù)、多項式函數(shù)或指數(shù)函數(shù)。
[0054]圖7Α示意性地示出了具有同心交叉翼片102和循環(huán)端口702的動力熱沉100的另一實施例。端口 702允許流體從引流結構120流動到交叉翼片102中，并且反之亦然。循環(huán)端口702可位于旋轉結構116中，特別地位于流動引導結構120之間的旋轉基部118處。循環(huán)端口702可為圓形的、弧形的或成角度的。
[0055]圖7Β示意性地示出了根據(jù)說明性實施例的動力熱沉的引流結構120。在這個實例中，旋轉結構116包括一組一百八十個翼片作為引流結構120的一部分，這些翼片包括布置在彼此之間的九十個長直翼片704和九十個短直翼片704。這組長翼片704可橫跨旋轉基部118的相當大的部分，例如，橫跨直徑的百分之五十以上。在一個實施例中，例如，旋轉結構116具有8.89cm的外徑以及1.27cm的高度，以提供1050cm2的表面積。當與僅具有長翼片的可比較占用空間的動力熱沉相比(例如，具有5 9 c m2的表面積)時，旋轉結構116的表面積為約百分之22或更大。這里，旋轉結構116包括旋轉交叉翼片124，雖然未示出。當然，可使用其它直翼片和葉輪。
[0056]圖8A至圖8D示意性地示出了圖7B中的動力熱沉100的具有交叉翼片102和循環(huán)端口 702的各個實施例的部分。特別地，圖8A示出了旋轉結構116的具有圓形循環(huán)端口 702的一部分的頂視圖。循環(huán)端口 702被示出為與交叉翼片102關聯(lián)。循環(huán)端口702布置在引流結構120之間的旋轉基部118中。循環(huán)端口 702可布置在一組翼片(諸如旋轉翼片124和固定翼片114)上方。循環(huán)端口 702a可布置在固定和旋轉的交叉翼片114、124之間的徑向間隙δ310上方。
[0057]圖8Β示出了旋轉結構116的具有循環(huán)端口702的一部分的頂視圖，該循環(huán)端口穿過一對交叉翼片102延伸。循環(huán)端口 702被示出為布置在引流結構120之間的細長條。循環(huán)端口702可位于不同徑向位置處。當然，循環(huán)端口 702可具有在旋轉結構116中徑向延伸的其它長度。
[0058]圖8C示意性地示出了圖8Β中的在旋轉翼片124中具有間斷部802的旋轉結構116。循環(huán)端口 702可布置在間斷部802處。間斷部802可沿著相同的徑向方向(如所示的)或沿著不同的徑向位置布置。間斷部802的寬度也可在不同的間斷部802處變化。旋轉翼片124在間斷部802處也可為錐形的或圓形的。
[0059]圖8D示意性地示出了圖8Β中的在固定翼片114中具有間斷部802的旋轉結構116。循環(huán)端口 702可布置在間斷部802處。另一組循環(huán)端口 702b布置在固定翼片114和旋轉翼片124的間斷部802處。間斷部802可沿著相同徑向方向(如示出的)或沿著不同徑向方向布置。間斷部的寬度也可在不同間斷部之間變化。固定翼片114在間斷部802處也可為錐形的或圓形的。
[0060]圖9A和圖9C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的具有交叉翼片102和輔助固定翼片902的動力熱沉100。在2013年4月26日提交的題為“具有固定翼片的動力熱沉”的美國臨時專利申請N0.61/816，450以及2014年3月17日提交的國際專利申請PCT/US 14/30162(其要求前述臨時專利申請的優(yōu)先權)中描述了輔助固定翼片902的實例，這兩個申請均通過引用以其整體并入本文。輔助固定翼片902從基部結構106延伸并且提供用于排熱的額外表面區(qū)域。輔助固定翼片902位于引流結構120與周圍的儲熱物304之間的路徑904中(見圖9C)。在這個實施例中，引流結構120包括一組四十二個彎曲長方形翼片，這些翼片橫跨動力熱沉100的占用空間的約86%。這組輔助固定翼片902包括二百個直徑向翼片，這些翼片橫跨動力熱沉100的占用空間的約百分之12。
[0061 ]在實施例中，動力熱沉的占用空間例如可具有8.89cm的總外徑。這組引流結構120具有7.62cm的徑向長度，具有43cm2的表面積。具有1.016cm長度和形成0.5mm寬通道的
0.5mm橫截面面積的另外一組輔助固定翼片902可將表面積增大28cm2。當然，可使用其它尺寸和翼片數(shù)量。
[0062]圖9B示意性地示出了圖9A中的動力熱沉100的在旋轉結構116中具有圓形循環(huán)端口 702、702a的部分的頂視圖。循環(huán)端口 702、702a被示出為與交叉翼片102關聯(lián)。
[0063]圖1OA示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有交叉翼片102的動力熱沉100。具體地，動力熱沉100包括位于旋轉結構116與固定部分104之間的軸向軸承1002?？墒褂枚喾N類型的軸承，包括滾子推力軸承、襯套、滾動元件軸承、流體軸承和空氣軸承等。軸向軸承1002適于維持旋轉結構116與固定部分104之間的軸向間隙h 406。在可替換的實施例中，軸向軸承1002可位于動力熱沉100的外徑向部分中。
[0064]動力熱沉100可包括位于旋轉結構116與固定部分104之間的徑向軸承1004，以維持徑向間隙S310并將兩個結構104、116對準。旋轉結構116可包括軸部分1006，該軸部分被構造成與徑向軸承1004連通。軸部分1006可一體形成為旋轉結構116的一部分，同時徑向軸承1004附接至固定部分104。
[0065]圖1OB示出了具有電動馬達組件1008的另一熱沉實施例。在這個實施例中，旋轉結構116通過馬達組件1008旋轉地聯(lián)接至固定部分104，該馬達組件包括馬達固定部件和馬達旋轉部件。馬達固定部件可包括定子1010(8卩，電繞組和電樞)并且可選地包括殼體。馬達旋轉部件可包括轉子軸和附接在其上的部件，例如包括永磁體1012(在一些實施例中)。馬達固定部件優(yōu)選地固定地聯(lián)接至固定部分104，并且由此可被認為是固定構件的一部分。馬達旋轉部件可固定地聯(lián)接或通過齒輪聯(lián)接至旋轉結構116。馬達固定部件和馬達旋轉部件優(yōu)選地總體上同心地位于旋轉結構116與固定部分104之間。
[0066]可使用任何數(shù)量不同的馬達構造。例如，動力熱沉可包括控制器1014以通過調節(jié)向電繞組提供的電流或電壓而調節(jié)旋轉結構116的轉速。在說明性實施例中，電繞組是馬達固定部件的一部分。然而，對于本領域技術人員應該顯而易見的是，可使用不同的馬達拓撲結構，包括具有作為馬達旋轉部件的一部分的電繞組的設計?？刂破?014可包括控制電路、驅動電路和對應的信號處理電路?？刂破?014可安裝在固定部分104內或安裝在該固定部分上?？刂齐娐房杀粯嬙斐商峁┟}沖寬度調制、頻率、相位、轉矩和/或幅度控制。
[0067]動力熱沉還可包括傳感器1016以向控制器1014提供反饋信號。該反饋信號可基于速度或溫度。速度可包括旋轉部分116和/或馬達的旋轉速度。溫度可為發(fā)熱部件112、固定部分104、旋轉結構116、徑向間隙310和/或馬達1008的溫度。除了其它方面之外，傳感器1016可為電容型傳感器、熱電偶和/或紅外檢測器，并且可輸出未縮放的或偏移的且僅與溫度值有關的電信號。本領域技術人員應該認識到的是，不同的控制器和控制方案可用于基于溫度、旋轉速度和間隙來調節(jié)散熱裝置。對于本領域技術人員應該認識到的是，馬達固定部件的一部分(例如，電繞組)可位于與旋轉軸線同心的各個位置中。例如，除了馬達組件1008鄰近于旋轉軸線或位于旋轉軸線附近之外，馬達固定部件(具有電繞組)可遠離轉子軸線。類似地，考慮到馬達固定部件的部分(例如，電繞組)可位于旋轉結構116的頂部上或位于固定部分104內。
[0068]可使用各種基于直流電和交流電的馬達?；谥绷麟?DC)的馬達可包括有刷直流馬達、永磁體馬達、無刷直流馬達、開關磁阻馬達、無芯直流馬達、通用馬達?；诮涣麟?AC)的馬達的實例可包括單相同步馬達、多相同步馬達、交流感應馬達和步進馬達。馬達組件可包括一體式馬達控制器，諸如伺服馬達。馬達可基于脈沖寬度調制方案或直流電控制而操作。
[0069]該實施例可使用傳統(tǒng)的主軸馬達(例如，流體動力主軸馬達)。在2013年6月6日提交的題為“具有可控熱間隙的動力熱沉”的美國專利申請N0.13/911，677中描述了主軸馬達諸如流體動力軸承主軸馬達，其全部內容通過引用并入本文。
[0070]在其它實施例中，交叉翼片102可包括拓撲結構以改進跨過徑向間隙δ310的熱傳遞特性。為此，圖1lB示意性地示出了根據(jù)實施例的交叉翼片102，該交叉翼片具有改進徑向間隙310的熱傳遞特性的特征。例如，該結構可破壞將由于旋轉結構116的旋轉所形成的不期望的完全展開流的形成，或者形成以裝置的操作速度的局部輔助流動以用于相同目的。該圖示出了交叉翼片102沿著圖1lA中的中央平面A的一部分的詳細橫截面視圖，其包括固定翼片114和旋轉翼片124。
[0071]旋轉翼片124包括從翼片壁1104延伸的至少一個突出結構1102。該突出結構1102延伸到徑向間隙310中以產(chǎn)生不連續(xù)的流體流動，其破壞可由于旋轉翼片124相對于固定翼片114的移動而形成的不期望的完全展開流。例如，由于移動的剪切力和流體的粘性，庫艾特流動可形成在徑向間隙310中。對于大約50微米的徑向間隙310而言，突出結構1102可延伸到徑向間隙W310)的寬度的百分之五十中。突出結構1102可成形為弧形(見圖11B)。當然，也可使用其它形狀，包括圓形、正方形、長方形和三角形形狀。
[0072]旋轉翼片124在翼片的每側上可包括多個突出結構1102。例如，該圖示出了位于多個級(例如，第一級1102a和第二級1102b)中的一組突出結構1102。突出結構1102可以是如翼片1102c所示成角度的或如翼片1102d所示豎直的。
[0073]突出結構1102可位于旋轉翼片124的兩側上，以破壞兩個相鄰徑向間隙310中的庫艾特流動的形成。
[0074]可替換地或此外，突出部1102和交叉翼片102可包括凹部1106以改進徑向間隙310的熱傳遞特性。
[0075]圖1lC示意性地示出了根據(jù)另一實施例的具有改進徑向間隙310的熱傳遞特性的其它特征的交叉翼片102。翼片114、124包括凹部1106，以隨著流體沿著旋轉翼片124的壁1104流動到凹部1106中形成渦旋。凹部1106引導流體在與徑向間隙310中的流體流動總體上垂直的方向上流動。這種流動在匯合點處與沿著壁1104流動的流體結合，以形成破壞庫艾特流動形成的渦旋。凹部1106可成形為弧形(見圖11C)。當然，也可使用其它形狀，包括圓形、正方形、長方形和三角形形狀。
[0076]圖12示意性地示出了根據(jù)實施例的交叉翼片102內的示例性流體流動。流體在裝置100的中心附近的循環(huán)端口 702處進入徑向間隙310a并且向外流動。旋轉翼片124的移動的剪切力引起流體在徑向間隙310內移動。隨著旋轉翼片124的間斷部802經(jīng)過流體，該流動分流，其中一部分繼續(xù)沿著徑向間隙310流動，而另一部分流動通過間斷部802。這種分流可破壞完全展開的不期望流體(例如庫艾特流動)的形成。流體還流動通過交叉翼片102之間的間隙h 406。隨著流體在徑向間隙310中的流動，來自固定翼片114的熱量可被傳遞至旋轉翼片124。
[0077]可基于旋轉速度和徑向間隙δ310的尺寸而選擇間隙和拓撲圖特征。
[0078]圖13示出了操作根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的動力熱沉100的過程。總體上，通過將動力熱沉100固定至發(fā)熱部件112(步驟1302)而使該過程開始，該發(fā)熱部件例如可以為電子裝置或印刷電路板的封裝。本領域中已知的各種類型的固定和安裝機構可用于這些目的。除了其它方面之外，這些機構可包括螺釘、夾子(例如ζ形夾、別針)、推銷、帶螺紋的螺母柱、膠合物、導熱膠帶和熱環(huán)氧樹脂。
[0079]當靜止時，旋轉結構115通過軸117而座置在固定部分104上且被軸承1002(機械地或流體動力地)保持。旋轉結構116包括與固定部分的固定翼片114交叉的旋轉翼片124，以在翼片114、124之間形成徑向間隙310 (例如，約50微米)。
[0080]為了開始冷卻，控制器1014對馬達組件1008供能(步驟1304)，引起馬達1008的旋轉部分與旋轉結構116—起旋轉。例如，電力可來自于DC電壓Vdc (例如，12V、5V等)、AC電壓Vac或者脈沖寬度調制電壓。隨著旋轉結構116旋轉，徑向間隙310中的流體開始移動，例如如圖12所示。旋轉結構116或固定部分104上的拓撲圖特征破壞不期望的完全展開流(例如，庫艾特流動)的形成或者產(chǎn)生局部輔助流動以用于相同目的。拓撲圖特征從而增強徑向間隙310的熱傳遞特性，以允許熱量從固定翼片114更容易地傳遞至旋轉翼片124。
[0081 ]當旋轉時，引流結構120 (例如，葉輪)也旋轉，引起引流結構120之間的通道中的流體移動。隨著流體移動，來自引流結構129的熱量被排出至移動流體并驅散到儲熱物304中。具體地，從發(fā)熱部件112吸取熱量，并跨過基部結構106將該熱量擴散至其固定翼片114。接下來，熱量跨過徑向間隙310而傳遞至旋轉翼片124，然后跨過旋轉基部118而傳遞至引流結構 120。
[0082]在方框1306處，控制器1014確定是否繼續(xù)冷卻發(fā)熱部件112。這可基于應用于動力熱沉的控制信號或電力。而且，控制器1014可基于來源于傳感器1016的(例如，在發(fā)熱部件112或動力熱沉的各個部件處)的溫度改變馬達的旋轉速度或向其輸出的電力。如果繼續(xù)冷卻，則過程循環(huán)回到步驟1304以繼續(xù)為動力熱沉供能，當確定不再繼續(xù)冷卻(例如，被冷卻的部件斷開供能)時，則該過程在步驟1308結束，在步驟1308中，動力熱沉斷開供能。為此，控制器1014可減少馬達的電力或者移除動力熱沉100的電力。
[0083]上文描述的本發(fā)明的實施例旨在僅是示例性的；各種變化和修改對于本領域技術人員是顯而易見的。所有這些變化和修改旨在落在本發(fā)明的任何所附權利要求限定的范圍內。例如，突出部和凹部可位于固定翼片上以同樣破壞庫艾特流動的形成。
【主權項】
1.一種動力熱沉，包括: 固定部分，所述固定部分具有第一導熱表面和第二導熱表面，以在所述第一導熱表面與所述第二導熱表面之間傳導熱量，所述固定部分能夠安裝至發(fā)熱部件，所述第二導熱表面具有第一多個翼片，所述第一多個翼片從所述第二導熱表面延伸；以及 旋轉結構，所述旋轉結構與所述固定部分以可旋轉方式聯(lián)接，所述旋轉結構被構造成將從所述第二導熱表面所接收的熱量傳遞至與所述旋轉結構熱連通的儲熱物， 所述旋轉結構具有可移動吸熱表面，所述可移動吸熱表面具有朝著所述第一多個翼片延伸的第二多個翼片，所述第一多個翼片中的至少一部分與所述第二多個翼片中的至少一部分相交叉。2.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片中的一部分具有至少為2的高度與寬度比。3.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第二多個翼片中的一部分具有至少為2的高度與寬度比。4.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，一組所述第一多個翼片與一組所述第二多個翼片形成徑向間隙，所述徑向間隙介于大約25微米至200微米之間。5.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所交叉的翼片被構造成在徑向方向上具有比在軸向方向上大至少兩倍的重疊表面積。6.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述固定部分和所述旋轉部分具有彼此面對的表面，所述彼此面對的表面之間形成至少25微米的軸向間隙。7.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片和所述第二多個翼片中的一部分具有相同的橫截面區(qū)域。8.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片和所述第二多個翼片的一部分具有三角形橫截面區(qū)域。9.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片包括具有第一厚度的第一固定翼片和具有第二厚度的第二固定翼片，所述第一厚度與所述第二厚度不同。10.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片包括具有第一高度的第一固定翼片和具有第二高度的第二固定翼片，所述第一高度與所述第二高度不同。11.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第二多個翼片包括具有第一厚度的第一旋轉翼片和具有第二厚度的第二旋轉翼片，所述第一厚度與所述第二厚度不同。12.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第二多個翼片包括具有第一高度的第一旋轉翼片和具有第二高度的第二旋轉翼片，所述第一高度與所述第二高度不同。13.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述徑向間隙包括位于第一徑向位置處的第一徑向間隙和位于第二徑向位置處的第二徑向間隙，所述第一徑向間隙與所述第二徑向間隙不同。14.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第一多個翼片同心地布置。15.根據(jù)權利要求1所述的動力熱沉，其中，所述第二多個翼片同心地布置。16.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述固定部分和所述旋轉結構包括多種導熱材料。17.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述固定部分和所述旋轉結構包括導熱材料，所述導熱材料包括銅、鋁、銀、鎳、鐵、鋅及其組合物中的至少一種。18.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述旋轉結構相對于所述固定部分以足以易于將熱量從所述固定部分傳遞至所述旋轉結構的速率以可旋轉的方式移動。19.一種從電子裝置散熱的方法，所述方法包括: 提供具有第一導熱表面和第二導熱表面的固定結構，所述固定結構在所述第一導熱表面處熱聯(lián)接至所述電子裝置，以接收來自所述電子裝置的熱量，所述固定結構將從所述第一導熱表面所接收的熱量傳導至所述第二導熱表面，其中，所述第二導熱表面包括第一多個翼片；以及 使得旋轉結構進行旋轉，所述旋轉結構具有面向所述第二導熱表面的吸熱表面，所述吸熱表面包括與所述第一多個翼片相交叉的第二多個翼片，所述旋轉用于大致至少部分地將來自所述第二導熱表面的熱量傳遞至與所述旋轉結構相連通的儲熱物。20.根據(jù)權利要求19所述的方法，還包括: 對所述固定結構與所述旋轉結構之間的電動馬達供電，所述電動馬達具有:(i)固定部分，所述固定部分固定地附接至所述固定結構；以及(ii)旋轉部分，所述旋轉部分固定地附接至所述旋轉結構，其中，所述供電用于使得所述旋轉結構進行旋轉。21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，所述固定部分和所述旋轉結構形成徑向間隙，所述方法還包括: 在所述第二多個翼片與所述第一多個翼片之間的所述徑向間隙中產(chǎn)生不連續(xù)的流體流動，所述不連續(xù)的流體流動促使流體在所述徑向間隙內流動。22.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中，所述第一多個翼片和所述第二多個翼片同心地布置。
【文檔編號】F28F3/02GK105849495SQ201480057452
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年8月21日
【發(fā)明人】利諾·A·岡薩雷斯, 史蒂文·J·斯托達德
【申請人】酷奇普科技股份有限公司