CN107529327B - 微驱动主动散热装置及具有该散热装置的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微驱动主动散热装置及具有该散热装置的电子设备，属于小型电子产品散热技术领域。所述微驱动主动散热装置包括微泵，微泵上设置有第一出水口和第一进水口，第一出水口到第一进水口之间依次连接有换热器和散热管路，微泵包括液压腔，液压腔从下至上依次包括第一段、第二段和第三段，均为圆柱状且所述第一段、第二段和第三段的直径依次减小；第三段设置有上膜片，上膜片的上方设置有上活塞，上活塞位于一水腔内，水腔为圆柱状，第一进水口和第一出水口位于水腔上；第一段设置有下膜片，下膜片的下方设置有压电陶瓷。本发明能够实现小型电子产品的主动散热，可以很好的将CPU产生的热量迅速散发出去，提高小型电子产品的性能。
Description
技术领域
本发明涉及小型电子产品散热技术领域，特别是指一种微驱动主动散热装置及具有该散热装置的电子设备。
背景技术
现在大部分的小型电子产品都采用石墨散热的方案，基本原理都相同，不同的厂家会为自家产品设计做一些调整。CPU发热量大，石墨散热片在这些芯片的封装层上面，散热片的另一面在机身内会贴附在中间的金属板上面。金属板的另一面一般也会有一块石墨散热片，对应连接手机背盖。屏幕的后面以及CPU的热量都会通过中间的金属层相互传递，由于石墨散热片较优秀的散热能力，加上出色的厚度和可塑性，最终使得热量能够均匀分布之余并且通过空气的流动进行散热，也能在狭小的手机空间里面生存。但是CPU的主频越来越高，执行的任务越来越繁杂，这种方法越来越达不到散热要求。
另外，目前还存在以下几种散热方法：(1)冰巢方案，实际上是在石墨散热方案上进行改良，采用具有独家专利的冰巢散热***。这个***是在芯片和石墨之间添加一种类液态的金属材料，平常是固态，待芯片发热加大的时候，其便会吸收热量变成液态，提高热传递效率。这种改良的方案并没有达到预期的散热效果。(2)微型热管方案，这种散热方案使用扁平热管，具有热量扩散能力，减小散热面的热流密度，降低芯片散热路径的热阻，这种方案来源于电脑和笔记本的散热技术。用于小型电子产品里面，需要将热管微型化，只有实现了热管微型化之后才能用于小型电子产品散热。局限于超薄小型电子产品发展这种方法很难应用。
发明内容
本发明提供一种微驱动主动散热装置及具有该散热装置的电子设备，其能够实现小型电子产品的主动散热，可以很好的将CPU产生的热量迅速散发出去，提高小型电子产品的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，本发明提供一种微驱动主动散热装置，包括微泵，所述微泵上设置有第一出水口和第一进水口，所述第一出水口到第一进水口之间依次连接有换热器和散热管路，其中：
所述微泵包括液压腔，所述液压腔从下至上依次包括第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段均为圆柱状且所述第一段、第二段和第三段的直径依次减小；
所述第三段设置有上膜片，所述上膜片的上方设置有上活塞，所述上活塞位于一水腔内，所述水腔为圆柱状，所述第一进水口和第一出水口位于所述水腔上；
所述第一段设置有下膜片，所述下膜片的下方设置有压电陶瓷。
进一步的，所述换热器包括微通道，所述微通道的下方设置有下接板，所述下接板上设置有用于将CPU的热量传递给微通道的传热铜块，所述微通道的一端设置有第二进水口，所述微通道的另一端设置有第二出水口，所述微通道的上方设置有与所述下接板固定连接的上压板。
进一步的，所述压电陶瓷为堆叠压电陶瓷。
进一步的，所述上膜片的厚度小于所述下膜片的厚度，所述上膜片为橡胶膜，所述下膜片为铜片。
进一步的，所述上膜片厚度为0.05mm～0.25mm，所述下膜片厚度为0.4mm～0.6mm。
进一步的，所述上活塞包括活塞本体和设置在所述活塞本体下方且与所述上膜片接触的连杆，所述活塞本体和连杆均为圆柱状，且所述活塞本体的直径大于所述连杆的直径。
进一步的，所述水腔的直径等于所述第一段的直径。
进一步的，所述散热管路为蛇形管，所述散热管路中添加有含有金属微粒的水，所述第一进水口和第一出水口均采用整体开合式的单向阀门。
另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括上述的微驱动主动散热装置，所述换热器紧贴在所述电子设备的CPU表面，所述散热管路紧贴在所述电子设备的外壳内侧的散热石墨层上。
进一步的，所述换热器通过导热硅胶粘结在CPU的表面。
本发明具有以下有益效果：
本发明的微驱动主动散热装置及具有该散热装置的电子设备，微驱动主动散热装置包括微泵，微泵上设置有第一出水口和第一进水口，第一出水口到第一进水口之间依次连接有换热器和散热管路，微泵包括液压腔，液压腔从下至上依次包括第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段均为圆柱状且所述第一段、第二段和第三段的直径依次减小，微泵采用这种等体积变面积形成放大腔体的方式，将位移增大，利用压电陶瓷的高频振动位移，推动下膜片进行振动，下膜片振动经过液压腔进而带动上膜片的振动，由于液压腔的三段式设计，在高频振动下会有较大的动态振动放大倍数，从而实现上活塞较大位移的往复运动，将循环管路中的液体循环起来，通过液体的流动将电子设备CPU的热量不断散发出去。本发明能够实现小型电子产品的主动散热，可以很好的将CPU产生的热量迅速散发出去，提高小型电子产品的性能。
附图说明
图1为本发明的微驱动主动散热装置的微泵的截面图；
图2为本发明的微驱动主动散热装置的装配示意图；
图3为本发明的微驱动主动散热装置的换热器的结构示意图；
图4为本发明的微驱动主动散热装置的换热器的***图；
图5为图4所示的换热器的微通道的示意图；
图6为图1所示的微泵的压电陶瓷的示意图；
图7为图1所示的微泵的第一进水口和第一出水口的阀门示意图；
图8为本发明的微驱动主动散热装置的***幅频响应曲线及动态建模仿真图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种微驱动主动散热装置，如图1～图8所示，包括微泵1，微泵1上设置有第一出水口2和第一进水口3，第一出水口2到第一进水口3之间依次连接有换热器4和散热管路5，其中：
微泵1包括液压腔6，液压腔6从下至上依次包括第一段6-1、第二段6-2和第三段6-3，第一段6-1、第二段6-2和第三段6-3均为圆柱状且第一段6-1、第二段6-2和第三段6-3的直径依次减小；
第三段6-3设置有上膜片7，上膜片7的上方设置有上活塞8，上活塞8位于一水腔9内，水腔9为圆柱状，第一进水口3和第一出水口2位于水腔9上；
第一段6-1设置有下膜片10，下膜片10的下方设置有压电陶瓷11。
本发明的微驱动主动散热装置，包括微泵，微泵上设置有第一出水口和第一进水口，第一出水口到第一进水口之间依次连接有换热器和散热管路，微泵包括液压腔，液压腔从下至上依次包括第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段均为圆柱状且所述第一段、第二段和第三段的直径依次减小，微泵采用这种等体积变面积形成放大腔体的方式，将位移增大，利用压电陶瓷的高频振动位移，推动下膜片进行振动，下膜片振动经过液压腔进而带动上膜片的振动，由于液压腔的三段式设计，在高频振动下会有较大的动态振动放大倍数，从而实现上活塞较大位移的往复运动，将循环管路中的液体循环起来，通过液体的流动将电子设备CPU的热量不断散发出去。本发明能够实现小型电子产品的主动散热，可以很好的将CPU产生的热量迅速散发出去，提高小型电子产品的性能。
本发明运用压电陶瓷作为动力源，体积小，输出力大，耗能小，噪音小。整个***布局灵活，无噪声，整体体积小，不会占用电子设备很大的空间。本发明的双腔体减小了液体由大面积到小面积的冲击。本发明中液压腔三段的直径比例优选为：第一段：第二段：第三段＝6:3:1，具体地，优选为：第一段直径3mm左右，第二段直径1.5mm左右，第三段直径0.5mm左右。
本发明中的微泵优选设置于电路板的侧面，由电路板上电压振荡电路控制，具体的电路控制结构市面上已有成熟的电路，不属于本发明的创新点，此处不再赘述。
进一步的，如图3～图5所示，换热器4包括微通道12，微通道12的下方设置有下接板13，下接板13上设置有用于将CPU的热量传递给微通道12的传热铜块14，微通道12的一端设置有第二进水口15，微通道12的另一端设置有第二出水口16，微通道12的上方设置有与下接板13固定连接的上压板17。换热器用于紧贴于电子设备的CPU表面，以铜为材料，运用微通道技术，增加换热效率。
优选的，如图6所示，压电陶瓷11为堆叠压电陶瓷。堆叠压电陶瓷的上部设置有凸起。图6表示出了驱动信号与堆叠压电陶瓷的接线方式。堆叠压电陶瓷，具有较大的输出位移，本发明的堆叠压电陶瓷最大位移可到10um，频率可到40KHz。
为了获得较大的输出位移，上膜片7的厚度小于下膜片10的厚度，上膜片7优选为橡胶膜，下膜片10优选为铜片。
进一步的，上膜片7厚度为0.05mm～0.25mm，优选为0.1mm，下膜片10厚度为0.4mm～0.6mm，优选为0.5mm。
本发明中，上活塞8包括活塞本体和设置在活塞本体下方且与上膜片7接触的连杆，活塞本体和连杆均为圆柱状，且活塞本体的直径大于连杆的直径。
为了输出最大化，水腔9的直径等于第一段6-1的直径。
优选的，散热管路5为蛇形管，散热管路5中添加有含有金属微粒的水，如图7所示，第一进水口3和第一出水口2均采用整体开合式的单向阀门，第一进水口3和第一出水口2反向对称。散热管路弯曲且用于贴于散热石墨层上，能够快速将热量散发出去。蛇形管结构简单、造价低，操作管理也方便；且蛇形管内可承受高压，较适合用在需要传热面积不大的设备内作换热构件。散热管路中添加有含有金属微粒的水，以增加水的传热性能。第一进水口和第一出水口均采用整体开合式的单向阀门，可以实现高频开合。
另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括上述的微驱动主动散热装置，换热器4紧贴在电子设备的CPU表面，散热管路紧贴在所述电子设备的外壳内侧的散热石墨层上。电子设备可以是手机，也可以是其他小型电子产品，本发明均适用。
本发明由三大部分构成:基于压电陶瓷的逆压电效应和微位移放大机构的微泵；在微通道技术下构建连接CPU与散热石墨层的循环微通道管路；微流体控制技术控制微泵的工作，使微通道管路中液体流量稳定。三个部分组成一个循环散热***，把CPU产生的热量带到石墨层散热。
本发明在小型电子产品散热中运用了主动散热的方式，通过液体的流动把CPU的热量不断散发出去。微通道内的液体经过CPU时，会与CPU产生热交换，而且微通道的效率远远大于空气散热，CPU大部分的热量会被液体带走，液体的流动到接触石墨层区时，同样会将自身带有的大量的热传递到石墨层上，石墨层再散热到电子设备(如手机)外部。这样的一个循环过程使得电子设备大部分的热量不断散发出去。
进一步的，换热器4通过导热硅胶粘结在CPU的表面。导热硅胶热传导系数比空气高，可以使热量更高效地从CPU转移到散热石墨层上。
本发明的内容可以通过以下的仿真结果进一步进行说明：
如图8所示，为***幅频响应曲线及动态建模仿真图。图中纵坐标是放大倍数，横坐标是输入频率与固有频率的比值。根据理论推导，***理论的放大倍数与输入频率/固有频率的关系如图8中的实线所示，小的三角形点是在该点仿真得到的放大倍数，仿真值与理论值相差不大，两者相互验证。本发明的压电陶瓷输出可以根据电压的不同，输出频率可以调节，从理论中得到当输出频率是6.9kHz时，有最大放大倍数60.5，达到放大***的固有频率，这时放大***有最大位移输出。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种微驱动主动散热装置，其特征在于，包括微泵，所述微泵上设置有第一出水口和第一进水口，所述第一出水口到第一进水口之间依次连接有换热器和散热管路，其中：
所述微泵包括液压腔，所述液压腔从下至上依次包括第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段均为圆柱状且所述第一段、第二段和第三段的直径依次减小；
所述第三段设置有上膜片，所述上膜片的上方设置有上活塞，所述上活塞位于一水腔内，所述水腔为圆柱状，所述水腔的直径等于所述第一段的直径，所述第一进水口和第一出水口位于所述水腔上；
所述第一段设置有下膜片，所述下膜片的下方设置有压电陶瓷；
所述换热器包括微通道，所述微通道的下方设置有下接板，所述下接板上设置有用于将CPU的热量传递给微通道的传热铜块，所述微通道的一端设置有第二进水口，所述微通道的另一端设置有第二出水口，所述微通道的上方设置有与所述下接板固定连接的上压板。
2.根据权利要求1所述的微驱动主动散热装置，其特征在于，所述压电陶瓷为堆叠压电陶瓷。
3.根据权利要求1所述的微驱动主动散热装置，其特征在于，所述上膜片的厚度小于所述下膜片的厚度，所述上膜片为橡胶膜，所述下膜片为铜片。
4.根据权利要求3所述的微驱动主动散热装置，其特征在于，所述上膜片厚度为0.05mm～0.25mm，所述下膜片厚度为0.4mm～0.6mm。
5.根据权利要求1所述的微驱动主动散热装置，其特征在于，所述上活塞包括活塞本体和设置在所述活塞本体下方且与所述上膜片接触的连杆，所述活塞本体和连杆均为圆柱状，且所述活塞本体的直径大于所述连杆的直径。
6.根据权利要求1所述的微驱动主动散热装置，其特征在于，所述散热管路为蛇形管，所述散热管路中添加有含有金属微粒的水，所述第一进水口和第一出水口均采用整体开合式的单向阀门。
7.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的微驱动主动散热装置，所述换热器紧贴在所述电子设备的CPU表面，所述散热管路紧贴在所述电子设备的外壳内侧的散热石墨层上。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述换热器通过导热硅胶粘结在CPU的表面。
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| 基于液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真;俞军涛;焦宗夏;吴帅;;机械工程学报(第02期);第2节以及附图1-3 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107529327A (zh) | 2017-12-29 |
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