CN202995532U - 具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，所述裝置包括外壳的上表面和相对的底表面，它们之间限定了装置厚度，所述上表面具有嵌入其中的键盘子组件，其中穿过所述装置厚度的第一截面主要由大致呈分层布置的所述键盘子组件、电动流体(EHD)流体推动器和所述外壳组成；其中，所述EHD流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。所述EHD流体推动器用于冷却所述电子装置堆栈的各个部件。

Description

具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置

相关申请的交叉参考 

本申请涉及：(i)2011年4月22日提交的美国专利临时申请No.61/478,312，(ii)2011年5月11日提交的美国专利申请No.13/105,343，和(iii)2011年12月2日提交的美国专利申请No.13/310,676。 

技术领域

本申请涉及热量管理，更具体地涉及作为用于散热的热量管理方案的一部分的冷却装置，其产生离子和电场以推动流体流(如空气流)。 

背景技术

使用流体的离子运动的原理构造的装置在文献中具有不同的称谓：离子风机、电风机、电晕风泵、电-流体-力学(EFD)装置、电动流体(EHD)推进器和EHD气泵。该技术的某些方面也已被开发用于称为静电空气清洁器或静电除尘器的装置中。 

当作为热量管理方案的一部分使用时，离子流体推进器可提高冷却效率，降低振动、减少能耗、减低电子设备温度和/或噪音的发生。这些特性可以减少整个使用期费用、设备尺寸或体积，以及在某些情况下，可以改善***性能或用户的使用感受。 

由于电子设备的设计者趋向于越来越小的形状因子，例如在超薄式手持式装置(如智能电话和平板电脑)中，部件和子***的封装密度造成在热量管理方面的极大挑战。在某些情况下，可能需要主动散热策略以便将废热排放到周围环境。在某些情况下，可以无需越过通风边界的物质传递，但是，可能需要或要求在设备内进行传热来减少热点。 

离子流流体推进器给出了具吸引力的热量管理方案的技术部件。所希望的方案在于允许离子流体推进器整合在薄的和/或密集式封装的电子设备中，通常要整合在提供小至2-3mm间隙的处于临界尺寸的体积中。具体地说，所希望的方案在于允许密集封装高电压的、产生离子流的EHD部件与电子组件，要不然它 们会对静电放电和/或电磁干扰敏感。在某些情况下，所希望的方案在于能控制或减轻某些强场区和/或放电的臭氧副产品。 

实用新型内容

已经发现，通过在电子装置元件堆栈(device stack)中使用EHD流体推动器，可以减小电子装置的尺寸和增大封装密度。在按照本实用新型的一些实施方案中，电子装置包括外壳的上表面和相对的底表面，它们之间限定了装置厚度。所述上表面具有嵌入其中的键盘子组件，其中穿过所述装置厚度的第一截面主要由大致呈分层布置的的所述键盘子组件、电动流体(EHD)流体推动器和所述外壳组成。所述EHD流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。 

在一些实施例中，所述电子装置被构造为以下装置之一或多种：膝上型电脑、笔记本电脑或上网本电脑。在某些情况下，所述装置厚度小于约10毫米。在某些情况下，所述EHD流体推动器的厚度占所述装置厚度不到约4毫米。 

在一些实施例中，所述集电极电极的数量是至少两个，其中第一集电极电极形成所述外壳或所述键盘子组件的暴露内表面或在所述外壳或所述键盘子组件的暴露内表面上形成。在一些情况下，排除所述键盘子组件和所述外壳的厚度，穿过所述第一截面的整个所述装置厚度基本上由所述EHD流体推动器限定，所述EHD流体推动器的厚度小于约4毫米。 

在一些实施例中，所述电子装置还包括在流动路径中设置的热传递路径，所述热传递路径由位于所述外壳内的一个或多个热源至热传递表面构成，所述EHD流体推动器在获得能量时沿着所述流动路径推动产生流体流。 

在一些实施例中，所述外壳基本上密封所述电子装置，以致于由所述EHD流体推动器推动产生的流体流基本上包含在所述外壳之内并在其中再循环。在一些实施例中，所述外壳允许至少一些流体流通过在所述外壳内的内部体积和外部之间的边界。在一些情况下，所述外壳包括所述边界的一个或多个通风部分，基本上全部的由所述EHD流体推动器推动的流体流通过所述通风部分来进入和排出。在一些情况下，所述外壳包括所述边界的一个或多个通风部分，至少一部分由所述EHD流体推动器推动的流体流通过所述通风部分被传送到所述键盘子组 件。 

在一些实施例中，在外壳内的电路板和所述外壳的内表面中之一或两者的至少一部分涂覆对臭氧具有催化作用或反应活性的材料。 

在一些实施例中，所述电子装置还包括在流动路径中设置的热传递路径，所述热传递路径由所述外壳内的热源至热传递表面构成，所述EHD流体推动器操作时沿着所述流动路径推动产生流体流。在一些情况下，所述热传递路径包括热管和散热器中之一或两者。在一些情况下，所述热传递路径的至少一部分涂覆对臭氧具有催化作用或反应活性的材料。 

在按照本实用新型的一些实施方案中，电子装置包括相对的外壳顶表面部分和底表面部分，它们之间限定了装置厚度。穿过所述装置厚度的第二截面主要由大致呈分层布置的所述外壳的顶表面部分、电动流体(EHD)流体推动器、一或多个电子装置子组件、和所述外壳的底表面部分组成。所述电子装置子组件中至少一个包括嵌入在所述顶表面部分中的键盘子组件。所述EHD流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。 

在一些实施例中，所述电子装置被构造为以下装置之一或多种：膝上型电脑、笔记本电脑或上网本电脑。在一些实施例中，所述装置厚度小于约10毫米。在一些实施例中，所述EHD流体推动器的厚度占所述装置厚度不到约4毫米。 

在一些实施例中，所述集电极电极的数量是至少两个，其中第一集电极电极形成所述外壳或所述电子装置子组件之一的暴露内表面或在所述外壳或所述电子装置子组件之一的暴露内表面上形成。 

在一些实施例中，所述外壳基本上密封所述电子装置，以致于由所述EHD流体推动器推动产生的流体流基本上包含在所述外壳之内。在一些实施例中，所述外壳允许至少一些流体流通过在所述外壳内的内部体积和外部之间的边界。在一些实施例中，所述EHD流体推动器占据了总装置厚度的大部分。在一些实施例中，排除所述外壳的顶表面部分和底表面部分以及嵌在所述第二截面中的所述键盘子组件的任何***部分的厚度，所述装置厚度基本上由所述EHD流体推动器组成。 

本文所述的若干EHD流体/空气推进器的设计和技术有助于电子装置中的主 动式热量管理，其中所述电子装置的薄度或工业设计排除或限制了诸如风扇、鼓风机等等的机械式空气推进器的可行性。本文所述的若干EHD流体/空气推进器的设计和技术允许密集封装高电压的、产生离子流的EHD部件与电子组件，并且能在某些情况下控制或减轻某些强场区和/或放电的臭氧副产品，此外，还可以减小电子装置的尺寸和增大封装密度。 

根据本实用新型的一个方面，提供了一种具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，包括：外壳的上表面和相对的底表面，它们之间限定了装置厚度，所述上表面具有嵌入其中的键盘子组件，其中穿过所述装置厚度的第一截面由呈分层布置的所述键盘子组件、电动流体流体推动器和所述外壳组成；其中，所述电动流体流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。 

在一些实施例中，所述装置厚度小于10毫米。 

在一些实施例中，所述电动流体流体推动器的厚度占所述装置厚度不到4毫米。 

在一些实施例中，排除所述键盘子组件和所述外壳的厚度，穿过所述第一截面的整个所述装置厚度由所述电动流体流体推动器限定，所述电动流体流体推动器的厚度小于4毫米。 

在一些实施例中，所述外壳密封所述电子装置，以致于由所述电动流体流体推动器推动产生的流体流包含在所述外壳之内并在其中再循环。 

在一些实施例中，所述外壳包括所述边界的一个或多个通风部分，全部由所述电动流体流体推动器推动的流体流通过所述通风部分来进入和排出。 

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，包括：相对的外壳顶表面部分和底表面部分，它们之间限定了装置厚度，其中穿过所述装置厚度的第二截面由呈分层布置的所述外壳的顶表面部分、电动流体流体推动器、一或多个电子装置子组件、和所述外壳的底表面部分组成；其中所述电子装置子组件中至少一个包括嵌入在所述顶表面部分中的键盘子组件；和其中，所述电动流体流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一 个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。 

在一些实施例中，所述装置厚度小于10毫米。 

在一些实施例中，所述电动流体流体推动器的厚度占所述装置厚度不到4毫米。 

在一些实施例中，所述外壳密封所述电子装置，以致于由所述电动流体流体推动器推动产生的流体流包含在所述外壳之内。 

在一些实施例中，排除所述外壳的顶表面部分和底表面部分以及嵌在所述第二截面中的所述键盘子组件的任何***部分的厚度，所述装置厚度由所述电动流体流体推动器组成。 

参照此处的描述、附图和附上的权利要求，能更好地理解这些和其它实施方案。 

附图说明

通过参照附图，本领域的技术人员可更好地理解本实用新型及其众多的目的、特征和优点。附图并不是按比例绘制的，其着重点反而是要示出所述实施例的结构和制造原理。 

图1是在电晕放电型装置中电动流体(EHD)流体流的某些基本原理的示意图。 

图2是一个示范性高压电源配置，其中发射极电极和集电极电极获得能量从而推动产生流体流。 

图3A是示范性膝上型便携式计算机装置的透视图，根据本实用新型的一些实施方案的EHD流体推动器安容纳在低轮廓总装置厚度(例如小于约10毫米)中。图3B和3C(平面图，大致上对应于图3A所示的膝上型装置的基部)分别示出各组件之间的位置关系和通风气流。图3C的内部视图表示EHD空气推动器的示范性定位，而图3B的顶面视图表示键盘(及其下层的电子组件)至少部分地覆盖EHD空气推动器。 

图4A是低轮廓装置的配置的示范性截面图，其中EHD空气推动器的静电操作表面形成装置外壳的各个暴露表面或者在装置外壳的各个暴露表面上形成。在一些实施例中，图4A基本上对应于图3B和3C所示的截面图。图4B是部分内视图，示出图4A所示的EHD空气推动器的空气流可渗透的静电操作表面。 

图5A和5B表示另一个示范性低轮廓装置的配置的截面图。在一些实施例 中，图5A和5B对应于一些变型，其中电路板型电子组件是包含所述EHD空气推动器的装置堆栈的一部分。 

图5C和5D的截面图大致对应于图5A所示的示范性EHD空气推动器设计的静电操作表面。图5C表示部分内部截面图，其中EHD空气推动器整合在膝上型消费电子装置的本体部分。图5D表示另一个截面图，示出的装置配置中EHD空气推动器是包含电路板型电子组件的装置堆栈的一部分。 

图6表示另一个示范性电动流体(EHD)流体推动器配置，其中发射极和集电极电极获得能量后推动产生流体流。配备了线型集电极电极，如以前一样，在通道壁电介质材料中形成浅沟槽，用于减少静电放电电弧。 

图7表示图6所示的EHD流体推动器配置的一个变型，其中在通道壁电介质材料中既形成浅沟槽又形成窄坡台。沿着窄坡台的电荷积累提供了电场调整，有助于减少静电放电电弧。 

在不同附图中所用的相同参考符号表示相类似或相同的部件。 

具体实施方式

正如将会理解的那样，本文所述的许多设计和技术特别适用于密集封装式装置和现代消费性电子产品典型的小形状因子的热量管理挑战。事实上，本文所述的若干EHD流体/空气推进器的设计和技术有助于电子装置中的主动式热量管理，其中所述电子装置的薄度或工业设计排除或限制了诸如风扇、鼓风机等等的机械式空气推进器的可行性。在一些实施例中，所述EHD流体/空气推进器可以完全整合在操作***中，诸如膝上型电脑、笔记本电脑或上网本电脑等等。在其它的实施例中，所述EHD流体/空气推进器可以采用子组件或外壳的形式，其适于为所述***提供EHD推动流体流。 

在一般情况下，可以为给定的EHD装置的发射极电极和/或集电极电极设想各种不同的尺寸、几何形状和其它设计的变型。为了说明起见，本文专注于若干示范性实施例和若干表面轮廓和与其它组件的位置相互关系。例如，在本文的大量叙述中，大致平的集电极电极被形成为外壳的内表面或者在电磁干扰(EMI)屏蔽或印刷电路板(PCB)的外露表面上形成，以及被布置为靠近电晕放电型发射极线的平行表面，所述发射线移离相应的集电极的前缘部分。尽管如此，其它实施例可以采用其它静电操作几何结构、表面配置或其它离子生成技术，在本文提供的叙述范围内仍可以被理解。 

在本申请中，本文所示和所述的实施例的若干方面可称为电动流体流体加速器装置，也可称为“EHD装置”、“EHD流体加速器”、“EHD流体推动器”等等。为了说明的目的，一些实施例会相对于特定的EHD装置结构来叙述，其中在发射极处或靠近发射极的电晕放电产生离子，所述离子在有电场的情况下被加速，从而推动流体流动。虽然电晕放电型装置提供有用的叙述内容，但可以理解(基于本说明书)，还可以采用其它的离子生成技术。例如，在一些实施方案中，诸如无声放电、交流放电、电介质势垒放电(DBD)等等的技术，可用于产生离子，所述离子依次在有电场的情况下被加速以及推动流体流。 

使用热传递表面(其在一些实施例中采用散热片的形式)，由电子装置(例如微处理器、图形单元等等)和/或其它元件散发的热可以传到EHD推动的流体流，并通过通风边界从外壳排出。通常，当热量管理***整合入工作环境时，可设置导热路径(通常实现为热管或使用其它技术)，将热量从散发(或产生)之处转移到在所述外壳内的一个位置(或多个位置)，其中的由一个EHD装置(或多个EHD装置)推动的气流会流过热传递表面。 

为了说明，会相对于不同的示范性实施例描述散热片。然而，根据本说明书可以理解，在一些实施例中，无需设置传统的散热片阵列，EHD推动的流体可在暴露的内表面上流动，不论是否靠近或远离热量产生装置(诸如处理器、存储器、RF部分、光电子或照明源)，都可以提供足够的热量传递。在每种情况下，在热传递表面上提供对臭氧具有催化作用或反应活性的表面/材料是可取的。通常，热传递表面、电场调整表面和集电极的主要离子收集表面表现出不同的设计挑战，相对于一些实施例，它们可使用不同结构或通过不同的表面处理来提供。然而，在一些实施例中，单一结构既可用静电工作(例如调整电场或收集离子)，又可以将热传到EHD推动的流体流。 

需要注意的是，在一些不通风的实施例中，EHD推动流体流可在外壳之内循环，藉此从外露的表面可放射性地或对流地传热到周围环境。这样，可以排除或至少可以减少在外壳的外表面上的热点，即使在没有大量气流通过通风边界的情况下也如是。当然，在一些实施例中，使用EHD推动流体流既可管理局部的热点，又可藉由强制对流传热而将热量排到会流过通风边界的气流。 

一般的电动流体(EHD)流体加速

本领域很熟悉电动流体(EHD)流体流的基本原理，在这方面，Jewell-Larsen 等人的题为“Modeling ofcorona-induced electrohydrodynamic flow with COMSOLmultiphysics”(在“Proceedings of the ESA Annual Meeting on Electrostatics 2008”中)(以下简称“Jewell-Larsen Modeling article”)的文章提供了有用的概述。同样，Krichtafovitch等人于1999年10月14提出的题为“Electrostatic Fluid Accelerator”的美国专利6,504,308叙述了可用于若干EHD装置的若干电极和高压电源结构。美国专利6,504,308,连同“Jewell-Larsen Modeling article”的章节“第I部分(导言)、第II部分(背景)和第III部分(数值建模)”在此纳入作为参考，以便可参照它们所有的启示。 

参照图1所示，图中简要地描述了EHD原理，包括在第一电极10(常被称为“电晕电极”、“电晕放电电极”、“发射极电极”或只是“发射极”)和第二电极12之间施加高强度电场。在发射极放电区11附近的流体分子，例如周围的空气分子，在离子化后形成向第二电极12加速的离子16流14，并与中性流体分子17碰撞。在碰撞期间，动量从离子16流14传递到中性流体分子17，导致流体分子17沿箭头13所示的所希望的流体流动方向朝第二电极12相应地移动。第二电极12有各种不同的称谓，如“加速电极”、“吸引电极”、“目标电极”或“集电极”。虽然离子16流14被第二电极12吸引，通常被第二电极12中和，但是传递到中性流体分子17动量携带它们仍继续以一定的速度经过第二电极12。由EHD原理产生的流体运动也有各种不同称谓，如“电”、“电晕”或“离子”风，被定义为由高压放电电极10附近的离子运动所导致的气体运动。 

本文所述的EHD流体推动器设计可以包含一个或多个电晕放电型发射极电极。在一般情况下，所述电晕放电电极包括一个部分(或多个部分)，其显示出小的半径曲率和可以采取线、杆、刃或点的形式。电晕放电电极还可有其它的形状，例如，电晕放电电极可采用的形状为刺铁丝、宽金属条以及具有尖利和薄部分的锯齿形板或非锯齿形板，在施加高电压时，所述尖利和薄部分有助于离子在具有小曲率半径的电极部分上生成。一般情况下，电晕放电电极可用各种材料制作。例如，在一些实施方案中，可以使用如在2003年12月2日提交的、题为“电晕放电电极及其操作方法(Corona Discharge Electrode and Method of Operating theSame)”且授予作为发明人的克里奇托夫维奇(Krichtafovitch)等人的美国专利US7157704中描述的组合物。在此结合美国专利7,157,704，目的仅限于作为叙述可用于若干电晕放电型实施例的一些发射极电极的材料。一般来说，高压电源可在电晕放电极和集电极之间产生电场。 

此处所描述的EHD流体推进器设计包括位于一个或多个电晕放电电极下游的离子收集表面。通常，EHD流体推进器部分的离子收集表面包括在所述电晕放电电极下游延伸的基本上平的集电极电极的表面。在某些情况下，集电极可以作为热传递表面而具有双功能。在某些情况下，可以提供可渗透流体的离子收集表面。 

本文所述的EHD流体推进器设计一般包括单个细长的线型、电晕放电型发射极电极，虽然(或者更普遍地)也可以采用多个发射极电极和其它发射极的几何结构。在一般情况下，电晕放电型发射电极包括一个部分(或多个部分)，其显示出小的半径曲率和可以采取线、杆、刃或点的形式。电晕放电电极还可有其它的形状，例如，电晕放电电极可采用的形状为刺铁丝、宽金属条以及具有尖利和薄部分的锯齿形板或非锯齿形板，在施加高电压时，所述尖利和薄部分有助于离子在具有小曲率半径的电极部分上生成。 

一般情况下，电晕放电电极可用各种材料制作。例如，在一些实施方案中，电晕放电型发射极电极由具有铑(Rh)涂层的镀钯镍(PdNi)的钨(W)线形成。在一些实施方案中，可以使用如在2003年12月2日提交的、题为“电晕放电电极及其操作方法(Corona Discharge Electrode and Method of Operating the Same)”且授予作为发明人的克里奇托夫维奇(Krichtafovitch)等人的美国专利US7157704中描述的组合物。在此结合美国专利7,157,704，目的仅限于作为叙述可用于若干电晕放电型实施例的一些发射极电极的材料。一般来说，高压电源可在电晕放电极和集电极之间产生电场。 

此处所描述的EHD流体推进器设计包括位于一个或多个电晕放电电极下游的离子收集表面。通常，EHD流体推进器部分的离子收集表面包括在所述电晕放电电极下游延伸的基本上平的集电极电极的表面。在追求最小化流动通道高度的小形状因子设计中，集电极电极表面可以被定位为抵靠所述流动通道，或者可以部分地限定流动通道的相对的壁。在某些情况下，集电极可以作为热传递表面而具有双功能。在某些情况下，可以提供可渗透流体的离子收集表面。在某些情况下，线型或杆型的集电极电极可以被引入流动通道中，以取代或者另外附加到沿着通道壁紧靠的电极表面上。 

在一般情况下，集电极的表面可用任何合适的导电材料来制作，诸如铝或铜。另外，如Krichtafovitch的美国专利6,919,698所述的集电极(文中称为“加速”电极)可用高电阻材料体制成，迅速传导电晕电流，但其结果是沿着所述高电阻材 料体的电流路径的电压下降，使得表面电势下降，从而抑制或限制火花放电的发生。上述的较高电阻材料的例子包括碳填充塑料、硅、镓砷化镓、磷化铟、氮化硼、碳化硅、硒化镉。在此结合美国专利6,919,698，目的限于叙述可用于若干实施例的一些集电极的材料。请注意，在本文所述的一些实施例中，可对高电阻材料表面进行修整或涂层(与整体高电阻成对照)。 

在采用线型或杆型集电极电极的实施例中，多个平行的集电极电极表面可以做成金属线，或由切割或蚀刻的金属制成，或做成一些其它的方式。在某些情况下，甚至导电的电介质也是可以接受的。通常，这种线型或杆型集电极电极的表面材料是导电的，但不需要是特别良好的导体。事实上，与上述引入的‘698专利的描述一致，集电极电极可以由具有相当高电阻的材料制成或涂有相当高电阻的材料。通常，集电极电极表面应耐离子轰击和臭氧。例如金(Au)和铂(Pt)族金属的贵重金属表面一般是适合的，镍和不锈钢也适用。芯材料可以与表面相同，但也可以不同。每个线型或杆型集电极股线可以相当粗(至少与发射极电极相比)，在50微米至200微米之间，因此材料强度不会显得很关键。在集电极电极的截面较小时，可以选择钨(W)、钛(Ti)、钼和/或它们的合金。至于其它的集电极几何结构，光滑的表面是可取的。 

在采用线型集电极电极(其具有精细的线型截面并对其采用摩擦接合的原位清洗/修整保护)的实施方案中，较可取的是机械坚固的机加工电极，该种电极具有高强度的电极芯材料(如钛、钢、钨、钽、钼、镍和含有这些金属的合金)，在其上覆盖一或多层硬的电化学坚固的钯(Pd)、其它铂(Pt)族金属、钯镍(PdNi)的层。在某些情况下，在集电极电极设计中也可以采用发射极电极材料和冶金(见上文)处理，以承受摩擦清洗/修整和/或抗电晕侵蚀。 

EHD空气推动器设计

图2(以示意图形式)示出一个示范性配置，其中高压电源190耦接在发射极电极191和集电极电极192之间以便产生电场，并在某些情况下产生离子，以便在大体下游方向上推动产生流体流199。在图中，发射极电极191耦接到电源190的正高压端子(示范性的值为+3.5KV，实际设计可选用任何电源、电压、波形)，集电极电极192则耦接局部接地。电源190的相宜设计的叙述可参见先前结合的美国专利6,508,308。鉴于发射极191和集电极192的前沿表面之间包含相当大的电压差和很短的距离(也许1mm或以下)，所以产生了强电场，向流体中的正 电荷离子(或粒子)施加了净下游推动力。场力线(大体)示出合成电场的空间方面，而所示的场力线的间距可表示电场强度。 

正如本领域的普通技术人员所理解，可使用电晕放电原理于强电场中在极靠近所述电晕放电式发射极的表面处产生离子。因此，在根据图2的电晕放电型实施例中，发射极191附近的流体分子(诸如周围的空气分子)被离子化，由此产生的正电荷离子会在电场中向着集电极192加速，在该过程中与中性流体分子碰撞。作为碰撞的结果，动量从离子转移到中性流体分子，导致流体分子沿净下游方向相应地移动。带正电的离子则被吸引到集电极192被中和，所述中和的流体分子以撞击的速度通过集电极192(如流体流199所示)。通过电晕放电原理产生的流体运动有各种称谓，如“电”风、“电晕”风或“离子”风，大体被限定为从高压放电电极附近的离子运动所导致的气体运动。 

尽管叙述的重点为电晕放电型发射极的配置，但本领域的普通技术人员将会明白可以通过其它技术来产生离子，诸如无声放电、交流放电、电介质势垒放电(DBD)等等，所述离子一旦产生之后，就如本文所述，可依次在有电场的情况下被加速，以便推动流体流。为了避免疑惑，所有实施例中的发射极不一定是电晕放电型。同样为了避免疑惑，相对于特定实施例叙述的电源电压的大小、极性和波形(如果有的话)只纯粹起说明作用，有可能不同于其它实施例。 

用在发射极电极191附近和上游设置的若干表面来调整先前描述的电场和/或阻碍离子向上游移动，可进一步理解本文所述的若干实施例。例如，相对于图2所示，可设置电介质表面193，其上易于积累正电荷(诸如从电晕放电型发射极191或其它地方产生的离子)。由于电介质表面193不提供到接地的吸引路径，所以易于积累净正电荷，并在稍后起静电作用而排斥相同的电荷。作为结果，电介质表面193通过静电作用而形成离子向上游移动的势垒。上游的电介质表面193倾向于静电屏蔽任何其它的通往接地的吸引路径，从而可主要在朝向集电极192的下游方向上调整前述的电场。任选地，在一些实施例中，可在电介质表面193较远的上游设置一条或多条接地的导电路径194，以便捕捉仍然会向上游移动的离子。在一些通风装置的实施例中，所述的接地的导电路径194可设置在进风口的附近。 

根据前面的叙述可以发现，由于在商业上要求的形状因子和设计之内热量管理方案可用的厚度非常有限，静电操作表面(诸如集电极电极或电场调整电荷收集表面)形成为暴露表面，或者在暴露表面上形成，这有助于节省珍贵的几毫米 的厚度，否则所述几毫米厚度就会浪费在较传统的设计中，在传统设计中，电极可封装在EHD空气推动器的子组件的壁内。 

一般的低轮廓便携式计算机装置

图3A是示范性膝上型便携式计算机装置700的透视图，根据本实用新型一些实施方案，将EHD流体推进器容纳在总厚度为d(例如小于约10毫米)的本体部分701A中。在图3A中，示范性流入流702和流出流703被EHD空气推进器710推动而流过所述便携式计算机装置，所述EHD空气推进器710是根据本实用新型的一些发明概念来设计和封装在有限的内部空间之内。在一些实施例中，可用的内部体积和/或组件只可允许总厚度d为5-10毫米或以下的EHD空气推进710。当然，所示的用于流入流、流出流和和热传递表面720的位置纯作为示范，更大体地说，通风边界可由部件的内部布置、特定装置结构的热挑战和/或工业设计的因素来限定。 

图3B和3C所示为(顶视图)气流的拓扑结构以及EHD空气推动器710相对于示范性设计的布置，在所述示范性设计中，各个电子组件，例如键盘组件740和处理器(例如CPU、GPU等)730的电路板和/或射频(RF)部分(例如WiFi、WiMax、3G/4G语音/数据，GPS等等)的定位朝向本体部分701A的上缘，并且设有若干边缘定位式的通风边界(例如进气口751和出气口752)。在图3B和3C中，为清晰起见省略了显示部分701B。在图3C中，键盘组件740和本体部分701A的上表面也被省略以露出示范性内部布局和示范性内部空气流，所述内部空气流由EHD空气推动器710推动(即强制的或抽风的)流过电路板730和/或热传递表面720上面。热管(或散热器)721提供了一条热传递路径，其自电路板730上的选定热源(例如CPU731和图形单元732)至热传递表面720，而由EHD空气推动器710抽出的流过电路板730之上的空气流提供了额外的冷却。 

上面描述的膝上型消费电子装置的实施例只起说明作用。实际上，根据本说明书，本领域的普通技术人员将会明白使用实用新型的发明概念的这些和其它装置，其中包括变型和/或改型，它们适用于特定形状因素、电子组件类型和布置、散热问题和/或与特定设计有关的工业设计因素。鉴于上述情况，现将转到适合于整合入所示消费电子装置的有限厚度之内的EHD空气推动器的设计。 

膝上型装置实施例

大体参照回图3A、3B和3C以及其中显示的示范性膝上型便携式计算机装置700(和本体部分701A)，现在通过图4A和4B来说明(以截面图方式)用于一些EHD空气推动器的结构配置，该设计的静电操作部分形成装置外壳之内的表面，或者在装置外壳之内的表面上形成。在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为外壳本身的暴露内表面，或者在所述暴露内表面上形成。在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为EMI屏蔽的暴露表面，或是在所述暴露表面上形成，其中所述EMI屏蔽覆盖电子组件，诸如键盘组件或电路板。在每一种情况下，通过将静电操作部分形成为所述表面，或在所述表面上形成，就可使EHD流体/空气推动器被容纳在非常有限的内部空间之内。 

例如，在图4A所示的便携式计算机装置700中，本体部分701A的总厚度d可小于约10毫米，其中键盘组件740占据了一部分可用的垂直部分。回顾图3C的平面布置图，在图4A所示的截面中，大体上整个内部垂直部分可容纳EHD空气推动器710。另一方面，图5A和5B所示的类似的但更紧凑的垂直部分可容纳EHD空气推动器710、印刷电路板(PCB)安装的集成电路、分立器件、连接器等等，它们占用了大部分可用的内部空间。正如前述，PCB安装的集成电路的例子包括：中央处理器(CPU)、图形处理单元(GPU)、通信处理器和收发器、存储器等等，它们往往产生相当大部分的装置热负荷，在一些实施例中，它们可通过非常紧密地靠近热源(或热耦合的散热片/散热器)的EHD流体/空气推动器来冷却。 

首先转向图4A的截面图，一对大体平面的集电极电极792形成为基部701A的相对的内表面，或者在基部701A的相对的内表面上形成。更具体地说，较下的第一集电极电极792实施例在外壳709的暴露内表面的一部分上形成，或形成为所述暴露内表面的一部分。正如前述，在一些实施例中，导电(如金属)带或条可粘贴在大体不导电的外壳或其表面的内表面上，并耦接到地以限定第一集电极实施例。在一般情况下，导电带或条可裁剪成集电极电极792要求的形状和长度。此外，覆盖接地的导电(如金属)层或区域的非导电(例如电介质)层可以被蚀刻或选择性地被移除，以便暴露出具有集电极792要求的形状和长度的表面。在某些情况下，接地导电层或区域可以是外壳709，或者可与所述外壳709成一体。 

较上的第二集电极792实施例同样可在EMI屏蔽708的一部分上形成或者形成为所述EMI屏蔽的一部分，所述EMI屏蔽使EHD空气推动器710与键盘组件740隔离。导电(如金属)带或条可粘贴在EMI屏蔽708的不导电的暴露表面 上，并耦接到地以便限定第二集电极实施例。正如前述，导电带或条可裁剪成集电极792要求的形状和长度。此外，覆盖EMI屏蔽708的接地导电(如金属)内层或区域的非导电(例如电介质)层可以被蚀刻或选择性地被移除，以便暴露出具有集电极792要求的形状和长度的表面。 

集电极电极792和发射极电极791耦接在高压电源(没有明确地示出，但已大体相对于图2作出说明)的端子之间以便产生电场(以及在诸如所示的电晕放电型的实施例中产生离子)，所述电场在大体下游方向推动气流。例如，在某些实施例中，发射极电极791可以耦接在电源的正高压端(示范性的值为+3.5KV，实际设计可选用任何电源、电压、波形)，集电极792则耦接局部接地。EHD空气推动器710的操作大体如同参照图2所述的一样。 

如同集电极电极一样，相应的较上和较下的电介质表面793实施例可设置在EMI屏蔽708或外壳709的外露表面的一部分上，或设置成所述外露表面的一部分。所述电介质表面是静电操作的，有助于EHD流体推动器中的电场调整，同时还阻碍离子向上游移动。具体地说，在EHD流体推动器710的操作期间，电介质表面793积累电荷(诸如从电晕放电型发射极电极791或其它地方产生的离子)。结果，电介质表面793通过静电而作用成离子向上游移动的势垒。上游的电介质表面793还倾向于静电屏蔽任何另外的通往接地的吸引路径，例如可作为键盘组件740、电池767、外壳709本身或其它并没明确示出的电子元件的一部分。以此方式，电介质表面793可主要在朝向集电极电极792的下游方向调整由EHD空气推动器710构建的电场。 

需要注意的是，在图4A的视图中，空气的通风流入流702是通过通孔被抽入键盘组件740内。图4B所示为较上的电介质表面793的通孔796的局部底面视图(从EHD空气推动器710的内部看)。虽然图中示出一系列示范性圆形通孔，但本领域的普通技术人员将会明白，可以通过较上的电介质表面793设置任何通孔(和其图案)以便有助于通风流入流702。还会明白的是，在电介质表面793上的所述静电操作电荷积累为离子移动提供了势垒，阻碍所述离子从EHD空气推动器710通过所示的通孔进入键盘组件740。 

在某些实施例中，可以设置额外的离子移动势垒。例如，在图4A的视图中，可引入额外的离子排斥势垒795，其可形成为电介质网格、格栅、筛或其它的空气可渗透的帘幕，并跨过EHD推动流的上游截面的大部分面积。正如前述，势垒795积累电荷(诸如从电晕放电型发射极791产生的正离子)，并作用成离子向 上游移动的势垒。在所示的配置中，设置接地导电路径794来捕捉仍然会向上游移动通过所述势垒795的离子。 

在一些实施例中，可以提供子组件结构(在图4S中没有具体画出)(例如，用于将发射极电极791和集电极电极792的位置相互固定)。在一些实施例中，一个或多个所示的电介质表面可以聚酰亚胺薄膜或带制作，诸如由E.I.du Pont deNemours and Company以KAPTON商标行销的薄膜或带，贴在EHD子组件、EMI屏蔽和/或外壳的外骨架(exoskeletal)结构的相应部分上。 

在图4A的实施例中，正如前述，由于在商业上要求的形状因子和设计之内热量管理方案可用的厚度非常有限，静电操作表面(诸如集电极电极或电场调整电荷收集表面)形成为暴露表面，或者在暴露表面上形成，这有助于节省珍贵的几毫米的厚度，否则所述几毫米厚度就会浪费在较传统的设计中，在传统设计中，电极可封装在EHD空气推动器的子组件的壁内。在这点上，图5A和5B所示为刚刚叙述的设计的变型，其中(i)键盘组件740，(ii)EHD空气推动器910和(iii)双面印刷电路板(PCB)761(与其贴附的集成电路[多处理器762，存储器763]，分立器件765和连接器766)全部被容纳在装置堆栈和至少部分地以外壳909为界的体积之内。 

虽然可用的内部体积和公差通常取决于实施方式和设计，但根据附图和本说明书就可明白，便携式计算机装置可接受总厚度d为厚度d_EHD=4毫米或以下的EHD空气推动器(参见EHD空气推动器910)。在一些实施例(诸如图5A所示的实施例)中，散热片920制成特定大小以便适配在所提供的有限厚度之内。在一些实施例(诸如图5B所示的实施例)中，气流通路可容纳较大的散热片920。在每一种情况下，限定集电极电极792和/或电介质表面793的静电操作表面形成为上述表面，或者在上述表面上形成，就能够将EHD空气推动器910包含在诸如图5A和5B所示的非常有限的内部空间之内。 

如前所述，尽管为简化说明而省略，外骨架结构(例如部分的子组件外壳)可使集电极电极792和发射极电极791相对于彼此作相对位置固定。在该种情况下，电介质表面793(诸如聚酰亚胺薄膜或带)可覆盖在所述外骨架结构的一部分上并顺应地在上游方向延伸，它们设置在EMI屏蔽908的暴露表面的一部分上，或作为所述暴露表面的一部分。 

图5C和5D显示例如上文描述的EHD空气推进器设计(参考图3及后面各图)与膝上型消费电子装置900A-B的外壳909的整合。在某些情况下，EHD空 气推进器的至少一个静电操作部分形成为所述外壳本身的内表面，或形成在所述内表面上。在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为覆盖诸如键盘组件或电路板等电子组件的EMI屏蔽的表面，或在所述表面上形成。这种设计在美国专利申请No.2011/0292560中有更详细的描述，该专利申请的发明名称为“用于薄、低轮廓或高纵横比的电子装置的电动流体流体推动技术(ELECTROHYDRODYNAMIC FLUID MOVER TECHNIQUES FOR THIN,LOW-PROFILE OR HIGH-ASPECT-RATIO ELECTRONIC DEVICES)”，发明人为厄尔-拉森、豪纳(Honer)、高曼(Goldman)和施伯特(Schwiebert)。在任何情况下，诸如上文描述的EHD空气推进器设计可以容纳在膝上型消费电子装置1300的非常有限的内部空间中，或者容纳在一体型或平板型计算机装置、智能手机、媒体播放器、阅读器等等类似的有限内部空间中。 

接着转到如图5C和5D所示的示范性膝上型消费电子设备的本体部分900A的截面图，总厚度d可以小于约10毫米，其中键盘组件740占据了一部分可用的垂直部分。图5C所示的截面图允许大体整个内部垂直部分可容纳EHD空气推动器910。图5C所示的EHD流体推动器实施例使用替代的集电极几何结构。更具体地说，图5C显示多个线或杆型集电极电极592的剖面视图，所述线或杆布置成阵列，跨过流动通道的横向长度。在图中，有六个基本上平行的集电极电极892，它们被定位为呈现基本上凹陷的集电极电极几何结构，用于收集来自发射极电极191的离子流，其中每个集电极电极具有纵向长度并且所有集电极电极一起布置成跨过由上层至下层电介质表面193形成的流动通道。 

图5D所示的类似的但更紧凑的垂直部分可容纳厚度d_EHD为4毫米或以下的EHD空气推进器1310。所述EHD空气推进器以及印刷电路板(PCB)安装的集成电路、分立器件、连接器等等占用了大部分可用的内部空间。PCB安装的集成电路的例子包括：中央处理器(CPU)、图形处理单元(GPU)、通信处理器和收发器、存储器等等(例如参见双面印刷电路板761上的元件762、763、765和766)，它们往往产生相当大部分的装置热负荷，在一些实施例中，它们可通过非常紧密地靠近热源(或热耦合散热片/散热器)的EHD流体/空气推进器来冷却。虽然图示的集电极电极892是线性阵列，但也可以采用其它几何形状，如图5C所示的凹陷几何结构。 

图6示出一种EHD空气推动器的实施例，其中使用阵列化集电极电极几何结构。更具体地说，图6显示多个线或杆型集电极电极892的剖面视图，所述线 或杆布置成阵列，跨过流动通道的横向长度。在图中，有六个基本上平行的集电极电极892，它们被定位为收集来自发射极电极191的离子流，其中每个集电极电极具有纵向长度并且所有集电极电极一起布置成跨过由上层至下层电介质表面193形成的流动通道。虽然图示的集电极电极892是线性阵列，但也可以采用其它几何形状，如图5C所示的凹陷几何结构。 

如前所述，发射极电极和集电极电极(此处是191、892)获得能量后沿大致下游方向199推动产生流体流。为了避免遮蔽电极几何结构，省略了电源电压与各个集电极电极实例的连接，虽然本领域技术人员可以明白：集电极电极892的纵向长度允许上述连接穿过电介质侧壁(在剖视图中没有专门画出)。基于对其它实施方案的上述说明，完全可理解图6所示变型的设计和操作。 

通常，根据图6和图7所示的收集极几何结构会配置出一种EHD空气推进器实施例，其中电介质的顶部和底部壁表面193与之前图示的位于壁上的收集极实例的实际情况相比，其间隔距离更紧密。具体来说，由于先前所示的实施例是缩小的(垂直方向)，越来越多的离子流(来自发射极电极191)撞击在集电极电极192的前沿牛鼻表面，为配合缩小的设计，所述集电极电极具有较小的牛鼻半径，也即对于离子流来说，其撞击的表面积越来越小。因此，若多个集电极电极892跨过流动通道的大部分高度，可以为离子收集提供更大的积累表面积。在某些情况下，根据图6和图7所示的收集极几何结构有助于做出可提供4毫米或以下的通道高度d_EHD的设计。在某些情况下，发射极和集电极电极(191，892)可以使用具有类似组分的线(例如涂有PdNi的W线)来形成，虽然集电极电极线的直径为50微米至200微米，通常超过发射极电极线的直径至少两(2)倍。因此，在一些实施例中，为优化极其精细的发射极线配置而使用芯材料和表面材料可能是不必要的和昂贵的。 

通常，集电极电极892的表面材料是导电的，但不必是特别良好的导体。事实上，与上述提及的’698专利的描述一样，集电极电极892可以用相当高电阻的材料制成或涂有相当高电阻的材料层。通常，集电极电极892的表面应耐离子轰击和抗臭氧。例如金(Au)和铂(Pt)族金属等贵重金属表面通常是适合的，镍和不锈钢也适用。如前所述，在一些实施例中，可以采用不同组分的芯材料。每个集电极电极892可以比较粗(至少与发射极电极相比)，在50微米至200微米之间，因此对于集电极电极线来说，因含有钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)的芯所提供的额外强度变得不那么重要。 

其它实施例

虽然业已参照示范性实施例对本文所述的EHD装置的技术和实施方式作出了叙述，但本领域的技术人员会明白，可以在不背离所附权利要求的保护范围下，进行各种不同的改变以及用等同物来替换其中的部件。此外，在不偏离其实质范围下，可对本实用新型的教导进行许多修改，以适应特定的情况或材料。因此，本文所揭示的具体实施例、实施方式和技术、若干设想用于实现所述实施例、实施方式和技术的较佳方式，不是为了要限制所附权利要求的保护范围。 

Claims (23)

1.一种具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，包括：

外壳的上表面和相对的底表面，它们之间限定了装置厚度，所述上表面具有嵌入其中的键盘子组件，其中穿过所述装置厚度的第一截面由呈分层布置的所述键盘子组件、电动流体流体推动器和所述外壳组成；

其中，所述电动流体流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。

2.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，所述电子装置被构造为以下装置之一或多种：膝上型电脑、笔记本电脑或上网本电脑。

3.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述装置厚度小于10毫米。

4.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述电动流体流体推动器的厚度占所述装置厚度不到4毫米。

5.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述集电极电极的数量是至少两个，其中第一集电极电极形成所述外壳或所述键盘子组件的暴露内表面或在所述外壳或所述键盘子组件的暴露内表面上形成。

6.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

排除所述键盘子组件和所述外壳的厚度，穿过所述第一截面的整个所述装置厚度由所述电动流体流体推动器限定，所述电动流体流体推动器的厚度小于4毫米。

7.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，还包括： 

在流动路径中设置的热传递路径，所述热传递路径由位于所述外壳内的一个或多个热源至热传递表面构成，所述电动流体流体推动器在获得能量时沿着所述流动路径推动产生流体流。

8.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳密封所述电子装置，以致于由所述电动流体流体推动器推动产生的流体流包含在所述外壳之内并在其中再循环。

9.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳允许至少一些流体流通过在所述外壳内的内部体积和外部之间的边界。

10.根据权利要求9所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳包括所述边界的一个或多个通风部分，全部由所述电动流体流体推动器推动的流体流通过所述通风部分来进入和排出。

11.根据权利要求9所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳包括所述边界的一个或多个通风部分，至少一部分由所述电动流体流体推动器推动的流体流通过所述通风部分被传送到所述键盘子组件。

12.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

在外壳内的电路板和所述外壳的内表面中之一或两者的至少一部分涂覆对臭氧具有催化作用或反应活性的材料。

13.根据权利要求1所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

还包括在流动路径中设置的热传递路径，所述热传递路径由所述外壳内的热源至热传递表面构成，所述电动流体流体推动器操作时沿着所述流动路径推动产生流体流。

14.根据权利要求13所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述热传递路径包括热管和散热器中之一或两者。 

15.根据权利要求13所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于

所述热传递路径的至少一部分涂覆对臭氧具有催化作用或反应活性的材料。

16.一种具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，包括：

相对的外壳顶表面部分和底表面部分，它们之间限定了装置厚度，其中穿过所述装置厚度的第二截面由呈分层布置的所述外壳的顶表面部分、电动流体流体推动器、一或多个电子装置子组件、和所述外壳的底表面部分组成；

其中所述电子装置子组件中至少一个包括嵌入在所述顶表面部分中的键盘子组件；和

其中，所述电动流体流体推动器被构造为所述电子装置的热量管理***的一部分，包括至少一个发射极电极和一个或多个集电极电极，所述发射极电极位于所述一个或多个集电极电极附近，当获得能量时使离子加速朝向所述一个或多个集电极电极，从而在电子装置内推动产生流体流。

17.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，所述电子装置被构造为以下装置之一或多种：膝上型电脑、笔记本电脑或上网本电脑。

18.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述装置厚度小于10毫米。

19.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述电动流体流体推动器的厚度占所述装置厚度不到4毫米。

20.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述集电极电极的数量是至少两个，其中第一集电极电极形成所述外壳或所述电子装置子组件之一的暴露内表面或在所述外壳或所述电子装置子组件之一的暴露内表面上形成。

21.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳密封所述电子装置，以致于由所述电动流体流体推动器推动产生的流体流包含在所述外壳之内。 

22.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

所述外壳允许至少一些流体流通过在所述外壳内的内部体积和外部之间的边界。

23.根据权利要求16所述的具有电子组件和电动流体流体推动器的电子装置，特征在于，

排除所述外壳的顶表面部分和底表面部分以及嵌在所述第二截面中的所述键盘子组件的任何***部分的厚度，所述装置厚度由所述电动流体流体推动器组成。 

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