專利名稱：冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻發(fā)熱電部件的冷卻裝置。本發(fā)明還涉及一種包括這樣的冷卻設(shè)備的電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
對用于冷卻發(fā)熱電部件如LED或者IC的主動冷卻裝置的需要隨著這些部件變得更廣泛地使用于各種應(yīng)用中而增加。
主動冷卻裝置的示例包括都通過強(qiáng)制對流來增強(qiáng)傳熱的風(fēng)扇、螺旋槳或者合成射流。在US 6 123 145中公開了一種合成射流，其中在壁中的膜移動以同時移動容器中的體積從而經(jīng)過洞從室噴射渦流。因此生成的合成射流撞擊受熱表面以冷卻它。
常規(guī)主動冷卻裝置普遍受污垢和有限壽命影響，它們產(chǎn)生可聽噪聲、成本高、笨重并且需要額外空間和功率，這在例如用于對這些問題特別高要求的照明時成問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的冷卻裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于冷卻發(fā)熱電部件的冷卻裝置，該裝置包括: 熱放散元件，具有適于熱連接到發(fā)熱電部件的裝配表面并且具有排熱表面；罩，布置成覆蓋排熱表面并且形成實質(zhì)上閉合隔間；開口，通入隔間；環(huán)形構(gòu)件，與開口同軸對準(zhǔn)；以及致動器，連接到環(huán)形構(gòu)件并且布置成從/向開口往復(fù)移動環(huán)形構(gòu)件，從而環(huán)形構(gòu)件生成經(jīng)過開口引向罩以外的射流。
射流引起從排熱表面的強(qiáng)制熱對流，因此增強(qiáng)熱放散元件的對流冷卻。該裝置實現(xiàn)零凈質(zhì)量傳送而又在窄罩中生成強(qiáng)制對流的非零動量傳送。向外射流的一個優(yōu)點在于它在從別處吸入新鮮空氣之時噴出熱空氣?？諝庖莆簧蓽u流發(fā)散并且隨著環(huán)形構(gòu)件受致動器激勵從/向開口往復(fù)移動而出現(xiàn)渦流發(fā)散，其中環(huán)形構(gòu)件的橫截面在與運動方向正交的平面中。。
“熱放散設(shè)備”在這里是放散由發(fā)熱電部件生成的熱的設(shè)備。這樣的設(shè)備可以是熱放散器和/或散熱器或者電路板、比如金屬芯印刷電路板MCPCB?！爸聞悠鳌痹谶@里是連接到環(huán)形構(gòu)件并且激勵它的往復(fù)移動的設(shè)備。
在未公開的歐洲專利申請07122623. 7中描述了一種包括被致動的管形構(gòu)件的主動冷卻設(shè)備。然而，這一管形構(gòu)件適于主要向物體生成向內(nèi)合成射流，并且進(jìn)一步基于待冷卻的物體布置于罩以內(nèi)這樣的認(rèn)識。這樣的裝置由于罩而尺寸相對大，因而在裝配時需要相對大的空間。例如，LED或者IC沒有罩，因此提出對冷卻裝置的附加需求。本發(fā)明是基于即使在環(huán)形構(gòu)件與熱放散器或者罩壁之間的距離小但仍然生成向外射流這樣的認(rèn)識。雖然保持該裝置尺寸小(這在許多應(yīng)用如普通照明應(yīng)用中為優(yōu)選或者甚至為必需)，但是向外射流增強(qiáng)對流。另外，環(huán)形構(gòu)件的表面作用以泵送空氣，并且由于這一表面與洞相比可以相對大，所以泵送作用變得更強(qiáng)大。
開口根據(jù)應(yīng)用可以布置于罩的壁中或者取而代之布置于熱放散元件中。
另外，罩可以包括至少一個附加開口以增加向罩中的向內(nèi)流入、因此增強(qiáng)罩內(nèi)的流并且加強(qiáng)排熱表面的冷卻。各開口影響空氣移位、因此影響冷卻裝置的冷卻效果。
在一個實施例中，致動器可以集成于罩中，這使冷卻裝置更緊湊。在這一情況下， 開口可以形成于致動器中，這使該裝置甚至更緊湊。
致動器可以優(yōu)選為揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器包括磁體、線圈和膜。環(huán)形構(gòu)件可以連接到揚(yáng)聲器的線圈，并且線圈可以由膜進(jìn)行懸置和導(dǎo)引。有可能僅通過向揚(yáng)聲器添加移動質(zhì)量來調(diào)諧它的諧振頻率。因此，通過調(diào)節(jié)環(huán)形構(gòu)件的質(zhì)量來允許調(diào)諧揚(yáng)聲器的諧振頻率。環(huán)形構(gòu)件的附加質(zhì)量允許揚(yáng)聲器的諧振頻率可以是亞聲速或者低速的。在低頻操作意味著更低可聽噪聲以及更長壽命。因此無需復(fù)雜和昂貴的降噪。揚(yáng)聲器的另一優(yōu)點在于可以通過用適度偏移對揚(yáng)聲器(錐體)進(jìn)行泵送來增強(qiáng)渦流發(fā)散(和合成射流形成)。另外，環(huán)形構(gòu)件的導(dǎo)引可以集成于揚(yáng)聲器中，該導(dǎo)引對于減少播放并且因此減少泄漏是重要的。
其它類型的致動器例如包括曲柄連接桿機(jī)制、活塞或者膜泵。
開口可以形成于揚(yáng)聲器磁體中，這使該裝置緊湊，并且因此無需對揚(yáng)聲器的進(jìn)行大的構(gòu)造修改。
另外，冷卻裝置可以包括經(jīng)過開口延伸的管形構(gòu)件，該管形構(gòu)件具有連接到環(huán)形構(gòu)件的布置于罩以內(nèi)的第一開放端和布置于罩以外的第二開放端。環(huán)形構(gòu)件因此可以在管形構(gòu)件上形成法蘭。因而，通過調(diào)節(jié)環(huán)形和管形構(gòu)件的質(zhì)量來允許調(diào)諧揚(yáng)聲器的諧振頻率。 另外，移動空氣質(zhì)量與管形構(gòu)件的長度和法蘭的厚度近似成比例。管形構(gòu)件的法蘭以及膜的表面泵送空氣，并且由于這一表面相對大，所以泵送作用變得更強(qiáng)大。
揚(yáng)聲器線圈和揚(yáng)聲器膜可以布置于隔間以內(nèi)，由此膜將罩的內(nèi)部劃分成各自具有至少一個開口的兩個子隔間。從第一子隔間通入的至少一個開口還可以連接到從第二子隔間通入的至少一個開口。這可以是有利的，因為利用該裝置的雙作用泵效果，冷卻裝置變得緊湊和更加有效。另外，從第一子隔間通入的至少一個開口可以經(jīng)由λ管連接到從第二子隔間通入的至少一個開口，其中λ為致動器生成的波長。管因此將揚(yáng)聲器膜的后側(cè)連接到膜的相對側(cè)。在必須閉合揚(yáng)聲器后側(cè)的情況下，管將充當(dāng)唯一附加開口。
在環(huán)形構(gòu)件與相對表面之間的距離可以適于允許射流向罩以內(nèi)發(fā)展。這樣的內(nèi)部射流有利于將射流引向發(fā)熱電部件的熱點，比如LED和/或熱放散器的排熱表面。該裝置因此通過合成射流撞擊來實現(xiàn)高效冷卻。在一個實施例中，在環(huán)形構(gòu)件與相對表面之間的距離可以是環(huán)形構(gòu)件的開口直徑的至少2倍以允許內(nèi)部射流發(fā)展、但是優(yōu)選為開口直徑的最大10倍。
還可以有利地在包括電部件的電氣設(shè)備中包括根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置。其它目的、特征和優(yōu)點將從下文具體公開內(nèi)容、根據(jù)所附從屬權(quán)利要求以及根據(jù)附圖中顯現(xiàn)。


下文將參照其中相同標(biāo)號將用于相似元件的示例附圖具體描述本發(fā)明的實施例。 所有圖為示意性而未按比例繪制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的冷卻裝置的分解透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的示例冷卻裝置的橫截面圖。
具體實施例方式將參照圖1中的示例冷卻裝置10描述本發(fā)明，其中LED 1熱連接到將通過所謂的強(qiáng)制對流來冷卻的熱放散元件2的裝配表面3這一側(cè)。罩5在熱放散元件2的排熱表面4 這一側(cè)上圍繞該裝置，因此形成實質(zhì)上封閉隔間。這里為揚(yáng)聲器的致動器布置于在罩5的壁中集成的罩5以內(nèi)，該揚(yáng)聲器包括線圈6、膜7和磁體8。在所示示例中，揚(yáng)聲器與熱放散器2的排熱表面4這一側(cè)相反地布置。另外，開口 13通入隔間，并且在所示示例中，它形成于揚(yáng)聲器的磁體8中。環(huán)形構(gòu)件11與開口 13同軸對準(zhǔn)并且連接到這里為揚(yáng)聲器線圈6的致動器。揚(yáng)聲器構(gòu)件7進(jìn)一步懸置揚(yáng)聲器線圈6。在這一示例中，環(huán)形構(gòu)件11還配備有管 9，該管被布置成經(jīng)過揚(yáng)聲器磁體8中的開口 13和罩5延伸。管的第一開放端布置于罩5 以內(nèi)，而第二開放端布置于罩5以外。環(huán)形構(gòu)件11因此在管9上形成可能的錐形法蘭。
罩5的周界還可以包括一個或者多個附加開口，并且在所示示例中，它可以包括沿著罩5的周界的三個等距開口 12a_c。
管9在這里由質(zhì)量小而熱膨脹比環(huán)境更少或者相等的耐溫材料(例如Alsint陶瓷、薄鋁或者填充的耐熱聚合物)制成，該填充物的存在是為了減少熱膨脹系數(shù)(CTE)。
可以布置成滿足和超過射流形成標(biāo)準(zhǔn)的揚(yáng)聲器的典型示例為PHILIPS/NXP 2403-254-22002。可以在 Ryan Holman 等人的"Formation Criterion for synthetic jets”(AIAA Journal，43，2110-2116，2005)中發(fā)現(xiàn)用于圓孔的射流形成標(biāo)準(zhǔn)。
各開口可以朝罩的內(nèi)部變細(xì)以便增強(qiáng)內(nèi)部射流。另外，各孔的邊緣優(yōu)選為銳化以有利于渦流發(fā)散。通過向各孔的表面提供呈現(xiàn)為螺旋形的槽或者通過提供伸入罩中的洞這一形式的孔，可以進(jìn)一步增加射流的湍流或者有利于渦流發(fā)散。
管9的法蘭被布置成由揚(yáng)聲器線圈6移動。因此，這里由管9的孔和環(huán)形構(gòu)件11 限定的開口 13形成受激勵的開口 13。在操作期間，揚(yáng)聲器的往復(fù)移動造成管9的法蘭11 的平移運動，該平移運動在罩5內(nèi)造成空氣移位。因此，通過朝罩5以外以射流的形式經(jīng)過開口 13主動地通入受熱空氣(即借助強(qiáng)制對流)從發(fā)熱元件2散熱。可以經(jīng)由罩中的附加開口 12a-c生成附加流。管9的法蘭的表面以及隔膜7經(jīng)過受激勵的開口 13泵送形成此流的空氣以及射流。
在圖2中示意地示出了作為雙作用泵來工作的冷卻裝置20的另一示例。揚(yáng)聲器膜7劃分該裝置的隔間，從而子隔間21、22形成于膜7的各側(cè)上。在罩5的周界中的開口 12a-c通向揚(yáng)聲器膜7的一側(cè)上的第一子隔間21，而第二子隔間22在揚(yáng)聲器的后側(cè)形成于揚(yáng)聲器膜7的相對側(cè)上。
在有從兩個子隔間21、22通入的開口的條件下，該裝置可以作為雙作用泵來工作。在所示示例中，開口 23因此布置于罩5的壁中并且通向第二子隔間22。來自第二子隔間22的開口 23進(jìn)一步附接到長度為η λ的ηλ管24，其中η為自然數(shù)而λ為揚(yáng)聲器生成的波的波長。ηλ管24的第二端經(jīng)由罩的周界中的附加開口之一 12c附接到第一子隔間 21。使用雙作用泵性質(zhì)，經(jīng)過罩5中的開口 12a-c生成流入和流出罩5的附加脈沖流。此流可以更多地冷卻熱放散元件2的排熱表面4。取而代之，管可以是(η+1/2) λ管(長度未按比例繪制)。對于(η+1/2) λ管，經(jīng)過管24中的開口 12c的氣流箭頭改變方向。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到本發(fā)明并不限于優(yōu)選實施例。例如可以泵送除了空氣之外的氣體(流體)。開口可以具有任何形狀如圓形、方形或者斜三角形，并且附加開口的數(shù)目靈活。另外，致動器可以布置于罩以外，但是仍然與環(huán)形構(gòu)件連接以實現(xiàn)它的往復(fù)移動，這可以有利于致動器的更低操作溫度而無需將磁體穿孔?？卓梢岳绮贾糜谏崞鞯闹芙缰卸皇钦种谢蛘呦驌P(yáng)聲器線圈附接的管中或者甚至揚(yáng)聲器膜中。開口可以與熱放散器平行布置，這可以允許更多長度可供內(nèi)部射流發(fā)展?；蛘?，該裝置可以包括由相同致動器激勵的多個環(huán)形構(gòu)件。
這樣和其它的明顯修改必須視為在如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意上文提到的實施例舉例說明而不是限制本發(fā)明并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計多個替代實施例而不脫離所附權(quán)利要求書的范圍。在權(quán)利要求書中，置于括號之間的任何標(biāo)號不應(yīng)理解為限制權(quán)利要求。詞語“包括”并不排除存在除了權(quán)利要求中列舉的元件或者步驟之外的元件或者步驟。在元件之前的詞語“一個/ 一種”并不排除存在多個這樣的單元。 另外，單個單元可以執(zhí)行權(quán)利要求中記載的多個裝置的功能。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻發(fā)熱電部件⑴的冷卻裝置(10 ；20)，包括-熱放散元件(2)，具有適于熱連接到所述發(fā)熱電部件(1)的裝配表面(3)并且具有排熱表面(4)；-罩(5)，布置成覆蓋所述排熱表面(4)并且形成實質(zhì)上閉合隔間； -開口(13)，通入所述隔間； -環(huán)形構(gòu)件(11)，與所述開口同軸對準(zhǔn)；以及-致動器，連接到所述環(huán)形構(gòu)件(11)并且布置成從/向所述開口(13)往復(fù)移動所述環(huán)形構(gòu)件(11)，從而所述環(huán)形構(gòu)件(11)生成經(jīng)過所述開口(13)引向所述罩(5)以外的射流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置(10；20)，其中所述開口(13)布置于所述罩(5)中。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10;20)，其中所述罩(5)包括用于在所述罩(5)以內(nèi)生成流的至少一個附加開口(12a-12c)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10;20)，其中所述致動器集成于所述罩 (5)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻裝置(10;20)，其中所述開口(13)形成于所述致動器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻裝置(10；20)，其中所述致動器為揚(yáng)聲器，所述揚(yáng)聲器包括磁體⑶、線圈(6)和膜(7)，其中所述環(huán)形構(gòu)件(11)連接到所述揚(yáng)聲器的所述線圈(6)， 并且所述線圈(6)由所述膜(7)懸置和導(dǎo)引。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻裝置(10；20)，其中所述開口(13)形成于所述磁體(8)中。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10；20)，還包括-管形構(gòu)件(9)，經(jīng)過所述開口(13)延伸，所述管形構(gòu)件(9)具有連接到所述環(huán)形構(gòu)件 (11)的布置于所述罩以內(nèi)的第一開放端，和布置于所述罩以外的第二開放端，所述環(huán)形構(gòu)件(11)在所述管形構(gòu)件(9)上形成法蘭。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一權(quán)利要求所述的冷卻裝置(20)，其中所述線圈(6)和所述膜(7)布置于所述隔間以內(nèi)，其中所述膜(7)將所述罩的內(nèi)部劃分成第一子隔間(21) 和第二子隔間(22)，各子隔間具有至少一個開口(12c，23)，并且其中從所述第一子隔間 (21)通入的所述開口中的至少一個開口連接到從所述第二子隔間(22)通入的所述開口中的至少一個開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻裝置(20)，其中從所述第一子隔間(21)通入的所述開口(12a-c)中的至少一個開口經(jīng)由λ管(24)連接到從所述第二子隔間(22)通入的所述開口(23)中的至少一個開口，其中λ為所述致動器生成的波長。
11.根據(jù)任一權(quán)利要求所述的冷卻裝置，其中所述環(huán)形構(gòu)件的諧振頻率為亞音速的。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10;20)，其中在所述環(huán)形構(gòu)件(11)與相對表面之間的距離適于允許射流向所述罩(5)以內(nèi)發(fā)展。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10；20)，其中在所述環(huán)形構(gòu)件(11)與所述相對表面之間的距離為所述環(huán)形構(gòu)件(11)的開口直徑的至少2倍并且優(yōu)選為開口直徑的最大10倍。
14.一種電氣設(shè)備，包括至少一個發(fā)熱電部件(1)，所述發(fā)熱電部件(1)附接到根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10 ；20)。
15.一種照明設(shè)備，包括至少一個發(fā)光元件(1)，所述發(fā)光元件(1)附接到根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一權(quán)利要求所述的冷卻裝置(10 ；20)。
全文摘要
公開了一種用于冷卻發(fā)熱電部件的冷卻裝置，該裝置包括熱放散元件(2)，該熱放散元件具有適于熱連接到發(fā)熱電部件(1)的裝配表面(3)并且具有排熱表面(4)。該裝置還包括罩(5)，布置成覆蓋排熱表面(4)并且形成實質(zhì)上閉合隔間；開口(13)，通入隔間；環(huán)形構(gòu)件(11)，與開口同軸對準(zhǔn)；以及致動器，連接到環(huán)形構(gòu)件(11)并且布置成移動環(huán)形構(gòu)件(11)從/向開口(13)進(jìn)行往復(fù)運動。環(huán)形構(gòu)件(11)因此生成經(jīng)過開口(13)引向罩(5)以外的射流。
文檔編號H01L23/467GK102187457SQ200980141135
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者L·范德特姆佩爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司