CN101978171A - 压电风扇及使用压电风扇的空冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种当使多个叶片在散热装置的多个散热片之间弯曲位移时能抑制叶片的扭转，且耐久性、可靠性较高的压电风扇。压电风扇(10)具备藉由施加电压而弯曲振动的压电振动器(16)、及与压电振动器连结或形成为一体的多个并排的叶片(12a～12c)，各叶片以能向与散热装置(1)的散热片的侧面平行的方向弯曲位移的方式插入至各散热片(2a～2d)之间。在叶片(12a～12c)的长度方向上的自由端部，设有使叶片相互连结的连结部(15)。当利用压电振动器来激振叶片从而排出散热片之间的热气时，藉由连结部(15)来抑制各叶片的扭转。

Description

压电风扇及使用压电风扇的空冷装置

技术领域

本发明涉及一种通过使压电振动器弯曲振动，来使与其连结的叶片(blade)大幅弯曲位移，从而排出散热装置(heat sink)的散热片之间的热气的压电风扇。

背景技术

近年来，作为可携式的电子设备，随着小型化及零件的高密度安装化，电子设备内部所产生的热的散热处理成为问题。作为使此类电子设备高效空冷的装置，提出了使用压电风扇的空冷装置。

专利文献1中揭示了如下的散热器：将多个可动片安装于旋转轴上，在发热体的发热部所用的隔着间隔并排设置的多个散热片之间插入各个可动片，且使旋转轴连续旋转或在既定角度范围内摆动，藉此将冷气送入散热片之间，同时排出散热片之间的热气。

专利文献2中揭示了如下的压电风扇：其具有包含压电元件的出风振动器，且排气口与吸气口设于同一面。该压电风扇中，以夹住出风振动器两侧的方式，设有自壳体(case)主体的开口部向内侧延伸的一对隔离壁，且各个隔离壁与壳体主体两侧部之间的开口形成为吸气口，而被两个隔离壁所夹着的开口形成为排气口。

专利文献1中所述的散热器具有藉由各可动片将位于散热片附近的热气强制性地排放至外部的功能，故而散热效果优良。然而，考虑到电子设备的小型化要求，若直接使用专利文献1中所述的旋转叶片方式的散热器，则无法满足该要求。故而，考虑使用例如专利文献2中所述的小型且较轻的压电风扇，来取代专利文献1的构造。当使用压电风扇时，其出风能力依赖于出风振动器中的压电元件的位移量，但压电元件的位移量并不如专利文献1中的可动片的动作幅度大。故而，为了尽量高效地使电子设备内部冷却，希望两个隔离壁间的间隔尽量接近出风板(叶片)的宽度，即尽量减小隔离壁与叶片之间的间隙。

压电风扇中，由于使叶片弯曲位移而产生空气流，故而，必须采用容易变形的可挠性叶片。另一方面，就高效冷却而言，希望尽量减小叶片与两侧隔离壁(散热片)之间的间隙尺寸。这是因为，藉由直接“除去”散热片表面的热边界层，可得到促进散热片的散热的效果，而且藉由减少经过散热片与叶片之间的间隙而流入至叶片背侧的空气，可得到增加流向风扇前方的空气流的效果。然而，若采用上述措施，必定会堵塞空气容易流动之场所，故而会使作用于叶片上的空气阻力大幅增加。

图10中表示在散热片50之间动作的叶片51的状况。如实线所示，叶片51理想的是向与散热片50的侧面平行的方向位移，但若叶片51与散热片50间的间隙较小，叶片51会一面尽量减小空气阻力一面动作，故而如虚线所示，成为叶片51扭转使其与散热片50间的间隙扩大的姿势。图10中表示叶片51的左侧边缘向上方扭转、而右侧边缘向下方扭转的情形，但根据叶片51的左右侧边缘的空气阻力的不同，有时亦会向反方向扭转。视情况，有时扭转会藉由弹簧刚性而恢复，作出向本次的相反侧扭转的扭转振动那样的复杂动作。实际上，当叶片为细长形时，可观察到藉由该扭转变形使叶片前端与散热片相接触。当发生扭转振动那样的预料之外的振动时，会影响压电风扇的耐久性及可靠性，叶片与散热片相接触不仅会导致产生噪音，而且亦会因损伤、磨耗等而引起特性变化。

专利文献1：日本专利实开平02-127796号公报

专利文献2：日本专利特开2002-339900号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种当使多个叶片在散热装置的多个散热片之间弯曲位移时能抑制叶片的扭转，且耐久性、可靠性较高的压电风扇。

为达到上述目的，本发明的压电风扇自具有隔着间隔并排设置的多个散热片的散热装置排出所述散热片之间的热气，其特征在于，具备藉由施加电压而弯曲振动的压电振动器、及藉由该压电振动器激振且与所述压电振动器连结或形成为一体的多个并排的叶片，在自所述叶片的长度方向上的中间部至自由端部为止的区域内，设有将所述叶片相互连结的连结部。

将叶片连结在压电振动器上，藉由向压电振动器施加交流电压，使叶片谐振振动。藉由使叶片在散热片之间振动，从而能更换散热片之间的空气，且能高效地散热。当欲利用压电风扇更换散热片之间的空气时，因平行地设置有多个散热片，故而，对于压电风扇，较好的是并排地形成多个叶片，且将这些叶片插入至各散热片之间。此时，这些叶片通过自相邻叶片的长度方向上的中间部至自由端部为止的区域内所设置的连结部而相互连结，藉此，能抑制各叶片单体的扭转，故而能避免叶片与散热片相接触，且能获得耐久性、可靠性较高的压电风扇。而且，因能尽量减小叶片与散热片之间的间隙尺寸，故而，能带走散热片附近的热气，从而能高效地进行冷却。

本发明的压电振动器藉由施加交流电压而弯曲振动，但可采用多种结构。例如，可藉由在叶片的一端侧主面贴合单片的压电元件，从而由叶片及压电元件构成单层压电型压电振动器。而且，亦可将向相反方向伸缩的2个压电元件粘接到叶片的两面，从而构成双层压电型压电振动器。还可以不使用叶片，而藉由使压电元件与金属板粘接来构成压电振动器。压电振动器伴随弯曲振动而产生的振幅本身非常小，但因安装于压电振动器上的叶片谐振，故会使压电振动器的振幅增大若干倍。叶片可以是金属板，亦可以是树脂板。只要以能藉由压电振动器的振动使叶片进行一次谐振的方式，来适当地设定叶片的厚度、长度、杨氏模数等即可。

压电振动器与叶片的关系可以是将多个叶片并排地连结到一个压电振动器上，亦可并排地配置多个在一个压电振动器上连结有一个叶片的压电风扇。还可将多个叶片与基板部设为一体，将压电元件贴合到该基板部，从而构成压电振动器。连结部可以是与叶片形成为一体的构造，也可以形成为不同的构件。例如当连结部的刚性比叶片更高时，能进一步有效地抑制扭转振动。而且，当使用比重大于叶片的材料来构成连结部时，会在叶片的前端部形成重锤，从而具有重锤产生的惯性力矩变大、且使叶片的位移量增大的效果。

也可以以能使叶片向与散热片的侧面平行的方向弯曲位移的方式，将叶片插入至各散热片之间，且使叶片的长度方向上的自由端部向散热装置的外部突出，藉由连结部将向散热装置的外部突出的叶片的长度方向上的自由端部相互连结。叶片通常在可获得最大振幅的一次振动模式下谐振。此时，叶片前端部分的振幅会达到最大，速度也很大，故而，叶片前端部分受到最大的空气阻力作用。因受到该空气阻力、且离开固定端，故而使叶片前端部极其容易发生扭转或扭转振动。因此，藉由在叶片的自由端部的前端部将叶片连结，从而对抑制扭转或扭转振动极其有效。

也可以在散热装置的散热片的长度方向上的中间部形成槽部，将叶片的连结部以可自由位移的方式插入至槽部。此时，例如在叶片的中间部等形成于散热片上的槽部的位置连结，故而，连结部不会突出至散热片的外侧，因此能节省空间。再者，此时，必须设置中间部带有槽部的散热装置，但例如就使用Z型夹具进行安装的散热装置而言，因预先形成有供夹具插入的槽部，故而可利用该槽部来配置连结部。

如上所述，根据本发明，因在自叶片的长度方向上的中间部至自由端部为止的区域内设有将多个叶片相互连结的连结部，故而，当叶片在散热片之间振动时，能防止叶片扭转，从而能避免叶片与散热片相接触。进而，因能尽量减小叶片与散热片之间的间隙尺寸，故而能高效地进行冷却。

附图说明

图1是使用本发明所涉及的压电风扇的空冷装置的实施方式1的立体图。

图2是图1所示的压电风扇的立体图。

图3是图1所示之压电风扇的分解立体图。

图4是具有图1所示的空冷装置的电子设备的剖视图。

图5是沿图4的V-V线的剖视图。

图6是本发明所涉及的压电风扇的实施方式2的分解立体图。

图7是使用本发明所涉及的压电风扇的空冷装置的实施方式3的立体图。

图8是使用本发明所涉及的压电风扇的空冷装置的实施方式4的立体图。

图9(a)～(c)是表示本发明所涉及的压电风扇的多种形态的图。

图10是表示压电风扇的叶片在散热片之间动作的状况的图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的理想实施方式进行说明。

[实施方式1]

图1～图5是表示将本发明所涉及的压电风扇的实施方式1用作为散热装置1的空冷装置的示例。散热装置1具有隔着间隔并排设置的多个(此处为4个)散热片2a～2d。散热装置1如图4及图5所示，以热结合的状态安装于装在电路基板3上的发热元件(CPU等)4的上表面。故而，发热元件4产生的热被传递至散热装置1，从而使各散热片2a～2d间的空气变热。

本实施方式的压电风扇10如图2及图3所示，具有不锈钢板等弹簧弹性较大的金属板11。在金属板11的长度方向上的一端侧，形成有在宽度方向上连续的基板部11a，与该基板部11a一体地形成有相互平行延伸的长度相同、宽度相同的多个(此处为3个)带板状的叶片12a～12c。在金属板11的基板部11a的上下表面贴合有压电元件13a、13b，从而，由基板部11a及压电元件13a、13b构成双层压电型压电振动器16。基板部11a及压电元件13a、13b的一个边缘部(叶片12a～12c的延伸方向的相反侧的边缘部)由支承体14固定保持。在叶片12a～12c的自由端部，设有将这些叶片12a～12c相互连结的连结构件15。叶片12a～12c以使各叶片的位移方向与散热片2a～2d的侧面平行的方式插入至各散热片2a～2d之间。支承体14固定于位于散热装置1附近的壳体等固定构件5上。叶片12a～12c沿长度方向贯通散热片2a～2d，连结构件15设于自散热片2a～2d突出的叶片12a～12c的前端部。连结构件15用于使各叶片的位移同步、且抑制叶片的扭转，故而，可采用与金属板11相同的材料，亦可由树脂等其它材质形成。为了有效地消除各叶片所产生的扭转，希望连结构件15的刚性大于叶片12a～12c。而且，为了使连结构件15作为重锤而发挥作用，连结构件15亦可由比重大于叶片12a～12c的材料来形成。此时，藉由连结构件15使叶片12a～12c的谐振频率下降，且使振幅增大。

藉由向压电元件13a、13b的上下电极与作为中间电极的金属板11之间施加交流电压，使压电振动器16沿叶片12a～12c的长度方向以振幅V1(参照图4)弯曲振动。藉由该振动，叶片12a～12c谐振，且叶片12a～12c的自由端以大于压电振动器16的振幅V2(参照图4)而振动。叶片12a～12c平行于散热片2a～2d的侧面位移，故而，散热片2a～2d附近的热气被叶片12a～12c带走，且该热气沿叶片12a～12c的长度方向排出。再者，图1～图3中，金属板11的正面和背面分别贴合有一个压电元件13a、13b，但亦可在各面贴合用于单独驱动叶片的多个压电元件。

就高效冷却方面而言，希望尽量减小叶片12a～12c与散热片2a～2d间的间隙，但另一方面，因作用于叶片上的空气阻力，容易使叶片扭转。本实施方式中，各叶片12a～12c的自由端藉由连结构件15而相互连结，故而，能抑制各叶片的扭转。关于该动作，参照图5进行说明。如图5所示，理想的是，叶片12a～12c以与散热片2a～2d的侧面正交的姿势平行移动，但若叶片与散热片之间的间隙较小，则叶片会一面尽量减小所受的空气阻力一面动作，故而各个叶片12a～12c受到扭转方向上的力。尤其是，速度及振幅最大的自由端的扭转变得最大。然而，叶片12a～12c的自由端藉由连结构件15相互连结，故而，叶片12a～12c的扭转被连结构件15抑制，从而能维持与散热片2a～2d的侧面大致正交的姿势而平行移动。故而，即便叶片12a～12c与散热片2a～2d间的间隙设定得较小，亦能避免叶片12a～12c与散热片2a～2d相接触、或发生扭转振动之类的不良状况。

例如，在设定散热片的长度L＝30mm、叶片的宽度D＝4mm、叶片的厚度为100μm、散热片与叶片之间的间隙为0.3mm的条件下，当以50～100Hz来驱动叶片时，叶片与散热片不会相接触，能稳定地驱动叶片。

[实施方式2]

图6表示本发明所涉及的压电风扇的实施方式2。本实施方式中，对于与实施方式1相同的部分使用相同的标号，且省略重复说明。本实施方式的压电风扇10a在叶片12a～12c的长度方向上的自由端部，形成有与叶片12a～12c形成为一体的连结部15a。与基板部11a一体地形成有向叶片延伸方向相反的一侧延伸的、且未贴合压电元件13a、13b的延伸部11b。该延伸部11b由未图示的支承体保持。此时，基板部11a、叶片12a～12c及连结部15a由1片金属板形成，故而，可构成零件数较少且低价的压电风扇10a。而且，压电元件13a、13b的端部不受支承体的限制，故而压电元件13a、13b能更自由地位移。

[实施方式3]

图7中表示将本发明所涉及的压电风扇用作为散热装置1a的空冷装置的实施方式3。本实施方式中，对于与实施方式1相同的部分使用相同的标号，且省略重复说明。本实施方式的压电风扇10b中，叶片12a～12c的长度方向上的中间部藉由连结部17相互连结，且在与连结部17相对应的散热装置1a的散热片2b、2c的长度方向上的中间部形成有槽部2e、2f。故而，当叶片12a～12c沿厚度方向位移时，连结部17能在槽部2e、2f中上下自由地移动，且能防止这些叶片12a～12c与散热片2b、2c相接触。

本实施方式中，叶片12a～12c的自由端部并不相互连结，而是位于散热装置1a的内部。故而，叶片12a～12c不会较长地突出至散热装置1a的外部，故能实现小型化。本实施方式的连结部17与叶片12a～12c形成为一体，但亦可由其它构件进行连结。再者，由槽部2e、2f隔开的散热片2b、2c在压电振动器16侧的边缘部形成有R面2g、2h，以使叶片12a～12c位移时不会与连结部17相接触。

该实施方式中，仅在散热装置1a之中央的2个散热片2b、2c上形成有槽部2e、2f，但亦可在两侧的散热片2a、2d上同样地形成槽部，而成为沿宽度方向连续的槽部。此时，可在该槽部内插入公知的Z型夹具来将散热装置1a安装到电路基板等上。而且，图2或图6所示的压电风扇10、10a亦可适用于上述散热装置1a。即，亦可将形成于叶片自由端部的连结构件或连结部插入至形成于散热片中间部的槽部。

[实施方式4]

图8中表示将本发明所涉及的压电风扇用作为散热装置1a的空冷装置的实施方式4。本实施方式中，对于与实施方式1相同的部分使用相同的标号，且省略重复说明。本实施方式的压电风扇10c中，藉由连结部17来连结叶片12a～12c的长度方向上的中间部，且长度方向上的自由端部也藉由连结部18连结。将长度方向上的中间部连结的连结部17与实施方式2的相同，以可自由位移的方式插入至形成于散热装置1a的散热片2b、2c的中间部的槽部2e、2f，将长度方向上的自由端部连结的连结部18向散热装置1a的外部突出。此时，因将叶片12a～12c在长度方向上的2处相互连结，故而，能进一步有效地抑制扭转。

图9中表示本发明所涉及的压电风扇的多种形态。图9(a)中所示的压电风扇20将1个压电振动器21的一端侧连结于支承体22，在压电振动器21的另一端部并排地固定有多个叶片23a～23c，且由连结构件24将这些叶片23a～23c的自由端部相互连结。此处，虽未图示，但各叶片23a～23c是插入至散热装置的散热片之间。压电振动器21藉由施加交流电压而向箭头方向弯曲振动，可以是双层压电型振动器，也可以是单层压电型振动器。

图9(b)中所示的压电风扇30将多个矩形的压电振动器31a～31c的长度方向上的一端部并排地连结于支承体32，将叶片33a～33c分别固定于各压电振动器31a～31之长度方向上的另一端部上，且利用连结构件34将叶片33a～33c的自由端部相互连结。再者，亦可使叶片33a～33c的基端侧沿长度方向延伸，且在该延伸部的一面或两面贴合压电元件，藉此构成单层压电型或双层压电型振动器。

图9(c)中所示的压电风扇40经由3个U字形压电振动器41～43而支承叶片45a～45c。各压电振动器41～43具有第1振动器41a～43a及第2振动器41b～43b，且经由间隔件41c～43c将第1振动器41a～43a与第2振动器41b～43b的长度方向上的一端部相互连结，从而形成U字形构造，且将叶片45a～45c连结于第1振动器41a～43a的长度方向上的另一端部，而将第2振动器41b～43b的长度方向上的另一端部并排地连结于支承体44且由其支承。叶片45a～45c的自由端部藉由连结构件46相互连结。第1振动器41a～43a与第2振动器41b～43b的具有相同振动特性的振动器，彼此向相反的方向弯曲位移。例如，当第1振动器41a～43a向上凸起地弯曲位移时，第2振动器41b～43b则向下凸起地弯曲位移。故而，在叶片45a～45c上发生振幅为各振动器的2倍的振动，与此相应，叶片45a～45c之振幅亦增大，故而能大幅地增加风量。

标号说明

1、1a         散热装置

2a～2d        散热片

2e、2f        槽部

10            压电风扇

11            金属板

11a           基板部

12a～12c      叶片

13a、13b      压电元件

14            支承体

15            连结构件

15a、17、18   连结部

16            压电振动器

Claims (8)

1.一种压电风扇，自具有隔着间隔并排设置的多个散热片的散热装置排出所述散热片之间的热气，其特征在于，

具备藉由施加电压而弯曲振动的压电振动器、及藉由该压电振动器激振且与所述压电振动器连结或形成为一体的多个并排的叶片，

在自所述叶片的长度方向上的中间部至自由端部为止的区域内，设有将所述叶片相互连结的连结部。

2.如权利要求1所述的压电风扇，其特征在于，

在与所述多个叶片的长度方向上的自由端部相反侧的端部，一体地形成有将这些叶片沿宽度方向连结的基板部；

藉由在所述基板部的正面和背面中的至少一面贴合压电元件，构成所述压电振动器。

3.如权利要求1或2所述的压电风扇，其特征在于，

所述连结部的刚性高于所述叶片。

4.如权利要求1至3的任一项所述的压电风扇，其特征在于，

所述连结部由比重大于所述叶片的材料构成。

5.如权利要求1或2所述的压电风扇，其特征在于，

所述连结部与所述叶片形成为一体。

6.如权利要求1至5的任一项所述的压电风扇，其特征在于，

所述叶片以能向与所述散热片的侧面平行的方向弯曲位移的方式插入至各散热片之间，

所述叶片的长度方向上的自由端部向所述散热装置的外部突出，

所述连结部将向所述散热装置外部突出的叶片的长度方向上的自由端部相互连结。

7.如权利要求1至6的任一项所述的压电风扇，其特征在于，

在所述散热装置的所述散热片的长度方向上的中间部形成有槽部，

所述连结部以能自由位移的方式插入至所述槽部。

8.一种空冷装置，其特征在于，

由权利要求1至7的任一项所述的压电风扇、及所述散热装置组合而成。

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