CN102859466B - 用于手持移动计算设备的电－流体动力学冷却 - Google Patents

用于手持移动计算设备的电－流体动力学冷却 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例涉及用于手持移动计算设备的被动冷却系统。手持移动计算设备中可包括电—流体动力学通风机(EAM)，该EAM包括入口和出口。该入口和出口分别被包括在该手持移动计算设备的至少一个表面侧。在本发明的实施例中，EAM通过响应于施加于电极的电场使入口附近的电极周围的带电粒子向出口附近的第二电极加速来产生空气流。该空气流将是被吸入EAM入口的空气(即计算设备外部的空气)和被排出EAM出口的空气(即排出计算设备的空气)的结果。

Description

用于手持移动计算设备的电－流体动力学冷却
领域
本发明的实施例一般关于计算设备，更具体地关于手持移动计算设备所使用的被动冷却系统。
背景技术
计算系统和设备包括发热的部件(例如处理器)。典型地，部件功率越大，发热越多。计算设备包括机械风扇，以提供空气流将这些部件发出的热转移到系统之外，并将较冷空气转移到系统中。虽然机械风扇提供了简单且有效的冷却解决方案，但系统必须容纳风扇的尺寸和形状因数，这导致系统外壳的体积增加。
诸如智能电话和平板计算机之类的手持移动计算设备被设计成具有符合预期用户形状因数的减小体积。此外，手持设备典型地具有由用户手握持的一体成型外壳(相比于例如膝上型计算机，其典型地具有用于显示器和键盘的分离外壳)，且因此具有基于用户舒适度的温度限制。移动设备部件的功能当前受限于这些外壳温度限制。
因此，手持设备典型地利用被动冷却解决方案——风扇是不希望有的，因为风扇除了增大系统外壳体积之外，还会产生不想要的效果(诸如风扇噪声)且向设备中引入活动零件。随着期望从移动设备获得的处理能力愈来愈多，需要有效的被动冷却解决方案，以允许利用能力更强大的部件同时保持预期的用户形状因数。
附图说明
以下描述包括通过本发明的实施例的实现的示例给出的说明而对附图的讨论。这些附图应当作为示例而非限制来理解。如本文所使用，对一个或多个“实施例”的引用应被理解为描述本发明的至少一个实现中包括的特定特征、结构或特性。因此，本文中出现的诸如“在一个实施例中”或“在替代实施例中”之类的短语描述本发明的多个实施例和实现，但不一定指示同一实施例。然而，它们也不一定相互排斥。
图1包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。
图2包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。
图3包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。
图4包括本发明的实施例的前视框图和侧视框图。
下文是某些细节和实现的描述，包括描述下述实施例中的某些或全部的附图描述，以及讨论本文中给出的发明概念的其它可能实施例或实现。以下给出了本发明的实施例的概述，随后是参照附图的更详细描述。
具体描述
本发明的实施例涉及用于手持移动计算设备的被动冷却系统。手持移动计算设备中可包括电—流体动力学通风机(EAM)，该EAM包括入口和出口。该入口和出口分别被包括在该手持移动计算设备的至少一个表面侧。
本发明的实施例所采用的EAM还包括第一和第二电极以及电离装置，该第一和第二电极分别在EAM的入口和出口附近。在一些实施例中，入口附近的第一电极包括电离装置(例如电晕电极)。应理解，EAM可使用在第一高电位电极处产生的小电晕放电来电离空气分子或微粒(或可通过其它手段在第一电极附近被电离)。然后通过电场使经电离的空气分子或微粒向第二电极加速。离子与周围空气分子的分子碰撞产生周围空气向第二电极的净运动。该净运动可产生批量空气流，该批量空气流进而可为手持移动电子设备提供冷却。这些EAM也可称为“离子风产生器”，而且早先已用于现场冷却解决方案和空气过滤系统。
因此，在本发明的实施例中，EAM通过响应于施加于第一和第二电极的电场使第一电极周围的电离/带电粒子向第二电极加速来产生空气流。该空气流将是被吸入EAM入口的空气(即计算设备外部的空气)和排出EAM出口的空气(即排出计算设备的空气)的结果。所述空气流可替代地被描述为“批量空气移动”，该批量空气移动横跨手持移动电子设备或在该手持移动电子设备内流动。
图1包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。在本实施例中，手持移动计算设备100中包括EAM。应理解，短语“手持移动计算设备”可描述智能电话、个人数字助理(PDA)、平板计算机(例如具有触摸屏界面的一体式平板计算机)或任何类似设备。在本实施例中，设备100包括触摸屏界面192。
如上所述，期望的用户形状因数使诸如机械风扇之类的主动系统冷却解决方案不合乎需要。图1的EAM在计算设备100的外壳的内部部分内提供批量空气移动——即，在本实施例中，设备100外部的空气进入该系统的外壳，且外壳内部的空气从该系统排出。因此，图1的EAM与提供现场冷却的解决方案(即利用设备内的空气在特定计算部件上提供空气移动的解决方案)显然不同。
图1的EAM包括入口110(被包括在设备100的表面侧115中)和出口120(被包括在表面侧125中)。在本实施例中，EAM还包括位于入口110处或入口110附近的电极对130。EAM还利用电离装置，该电离装置使电极对130周围的粒子带电。所述粒子可包括(例如)空气分子或灰尘微粒。如上所述，所述电离装置可被包括在电极对130中，或可以是单独的装置(例如采用二极管激光器的电离装置)。
通过对电极对施加电场，使电极对130周围的带电粒子向出口120加速。这些带电粒子碰撞电极对之间的中性空气粒子并将动量转移至所述中性空气粒子，从而导致入口110至出口120之间的批量空气移动，如空气流190所示。在本发明的其它实施例中，设备100还可包括聚焦电极(例如电极140)和其它装置(例如流量管)，以确保空气流190如所示那样被导向(不论设备100的取向如何)。
因此，设备100通过如上所述由EAM所产生的空气流190被动地冷却。在本实施例中，空气流190直接通过计算部件151、152和153。所述计算部件可以是发热的和/或容易因为热而性能下降的任何部件，包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)以及存储器存储器件。
在本实施例中，入口110和出口120分别被包括在相对的表面侧115和125中(每一侧毗邻后表面侧191)。应理解，在替代实施例中，所述入口和出口可被包括在设备100的非相对表面侧中，且仍产生空气流以提供如上所述的批量空气移动。此外，图1的EAM可与散热器、吸热装置、直接附连热交换器、或远程热交换器组合使用，以针对该设备优化平台冷却性能。
图2包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。在本示例中，移动手持计算设备200包括与远程热交换器250组合工作的EAM。所述远程热交换器可以是如笔记本设计中使用的常规的远程热交换器(即具有将发热部件连接至热交换器的热管或高导热散热器)。远程热交换器250还可包括吸热结构，诸如用于将设备200的部件产生的热转移(即分散)至所述吸热结构的肋片、沟道、散热片或其它结构表面。
应理解，由于使用者的手可能持握在远程热交换器250(特别是吸热装置)的位置处或附近，远程热交换器250(特别是吸热装置)的操作温度会引起设备200的使用者的不舒适。
为了冷却远程热交换器250，设备200包括用于在远程热交换器附近提供被动冷却的EAM。图2的EAM包括热交换器250附近的入口210(被包括在设备200的后表面侧215中，该后表面侧215与显示器292相对)和出口220(被包括在表面侧225中)。在本实施例中，EAM还包括电极对230，以及用于对电极对230周围的粒子充电的电离装置。在一些实施例中，设备200可包括聚焦电极(例如电极240)，用于确保空气流290如所示那样被导向。
通过对电极对施加电场，使电极对230周围的带电粒子向出口220加速。与图1中所示的示例实施例相反，入口210和出口220分别被包括在设备200的毗邻表面侧中。因此，应理解，与图1的实施例相比，本实施例可利用较小的距离，因为电极对230与聚焦电极240之间的阻抗(即距离)比图1的电极之间的阻抗小。带电粒子碰撞中性空气粒子并将动能转移至中性空气粒子，从而导致批量空气移动以冷却远程热交换器250，如空气流290所示。
图3包括本发明的实施例的后视框图和侧视框图。在本实施例中，手持移动计算设备300中包括EAM。所述EAM包括多个入口和单个出口。应理解，在替代实施例中，可利用任意数量的入口和出口(即至少各一个)来提供被动冷却。
在本实施例中，设备300的外壳或边框的一部分被从系统的余下部分密封出来，从而形成导管。具有任何构造的EAM被安装在该导管内，以创建强制对流冷却环境。该系统的发热部件可被热连接至该导管的壁，以实现系统冷却。该导管可以和EAM自身一样短，或可以更长(例如长达系统的整个长度)。
在本实施例中，设备300包括第一入口310(被包括在设备300的表面侧315中)、第二入口330(被包括在表面侧335中)以及出口320(被包括在表面侧325中)。在本实施例中，EAM还包括位于第一入口310处或附近的电极对340、位于出口320处或附近的聚焦电极350、以及位于第二入口330处或附近的第二电极对(未示出)。如上所述，第一和第二电极对周围的带电粒子碰撞并将动能转移至所有三个电极之间的中性空气粒子，从而导致如空气流399所示的批量空气移动。
设备300还包括壁390，该壁390将该设备的计算部件与EAM和所得的空气流399分开。通过使设备300的计算部件与EAM的入口和出口分开，来保护所述部件免受与空气流399无关的外部元素影响，该外部元素可能经由入口和出口进入该设备(例如进水)。
在一个实施例中，壁390包括散热材料(例如金属薄片)，并向设备300提供进一步的被动冷却。因此，计算部件361、362和363可被热连接至壁390，以将热从每个部件转移至所述壁。空气流399通过设备300并越过壁390以向设备提供进一步的被动冷却。
图4包括本发明的实施例的前视框图和侧视框图。在本实施例中，移动手持计算设备400包括EAM，该EAM包括多个入口和出口。应理解，替代实施例可包括单个入口/出口，且仍提供以下描述的功能。
在本实施例中，设备400包括触摸屏界面405。因此，可能需要将界面表面冷却至适合用户交互的温度。低姿态EAM入口或出口可位于触摸屏界面405的边缘处。EAM可横跨触摸屏表面吹气，或横跨触摸屏表面吸气。在任一情况下，触摸屏表面附近的增加的空气速度将增强从该表面的对流散热。可在该屏幕的一个或多个边缘上使用EAM，且可彼此平行或相反地吹气/吸气，或可处于90度角。
在本实施例中，设备400的EAM包括位于显示表面405附近的入口410和420。EAM还包括相应的出口415和425。在本实施例中，如上所述，利用位于入口/出口处或附近的电极和电离设备来产生空气流450和460。因此，设备400的EAM产生空气流450和460，以吸取触摸屏显示表面405的边缘附近的空气，从而为该设备的输入装置提供被动冷却。如所示，因为气流450和460经由入口410和420将空气吸入设备400中，并经由出口415和425将空气排出该设备，所以所产生的批量空气移动流过设备外壳，类似于如上所述的替代实施例。
应理解，本发明的实施例可利用各种宽度和厚度的一个或多个EAM(具有1mm那么薄的厚度的有效EAM是可行的)。此外，本发明的实施例还可在发热部件上采用一个或多个电—流体动力学现场冷却器，以用于增加的冷却。附加的EAM和电流体动力学现场冷却器可共享共同的电源/电压源、可被独立驱动、或其中的任何组合。
在替代实施例中，EAM可与多孔外壳材料或任何功能上的等价物配对，多孔外壳材料包括但不限于多孔塑料、多孔金属、织物(包括疏水性薄膜)。应理解，这些实施例可利用EAM入口/出口的分布特征，从而有助于保持手持移动计算设备的形状因子、外观和感觉。
在本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的多个位置中的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定指的是同一实施例。而且，特定特征、结构、或特性可按照任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。此外，应理解，所提供的附图是为了向本领域普通技术人员作说明的目的，且附图不一定按比例绘制。应理解，附图的各个区域、层以及结构的大小和尺寸可变化。
在上述详细描述中，已参照本发明的特定示例性实施例描述了本发明的方法和装置。然而，显然，可对这些实施例作出各种修改和改变，而不背离本发明的更宽泛精神和范围。因此，本说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (18)

1.一种用于手持移动计算设备的电－流体动力学冷却的装置，包括：
手持移动计算设备；以及
被包括在所述手持移动计算设备中的电－流体动力学通风机(EAM)，所述EAM包括
第一电极，
第二电极，
入口，以及
出口，其中所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的至少一个表面侧，并且其中所述第一电极和所述第二电极分别在所述EAM的所述入口和所述出口附近；
所述EAM通过响应于施加至所述第一和第二电极的电场使所述第一电极周围的带电空气分子和带电微粒中的至少一个向所述第二电极加速，来产生空气流，所述空气流由被吸入所述EAM的入口的空气和被排出所述EAM的出口的空气产生。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的相对表面侧。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的毗邻表面侧。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口毗邻所述手持移动计算设备的显示器，所述空气流沿所述移动计算设备的显示器流动。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气流流过所述移动计算设备的内部导管。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述内部导管部分地由壁形成，所述壁将计算部件与所述空气流隔开。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，将计算部件与所述空气流隔开的所述壁包括导热材料，所述手持移动计算设备的至少一个计算部件耦合至所述壁的内侧，所述空气流沿所述壁的外侧流动。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括被包括在所述手持移动计算设备中的热交换器，其中所述EAM的出口耦合至所述热交换器。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述EAM的第一电极包括电晕放电电极，用于使所述第一电极周围的所述空气分子和微粒中的至少一个电离。
10.一种用于手持移动计算设备的电－流体动力学冷却的方法，包括：
在被包括在手持移动计算设备中的电－流体动力学通风机(EAM)的第一和第二电极之间施加电场，所施加的电场将所述第一电极周围的带电空气分子和带电微粒中的至少一个向所述第二电极吸引以产生空气流，所述空气流由被吸入所述EAM的入口的空气和被排出所述EAM的出口的空气产生；
其中所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的至少一个表面侧，并且其中所述第一电极和所述第二电极分别在所述EAM的所述入口和所述出口附近。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的相对表面侧。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述EAM的入口和出口分别被包括在所述手持移动计算设备的毗邻表面侧。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述EAM的入口毗邻所述手持移动计算设备的显示器，所述空气流沿所述移动计算设备的显示器流动。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述空气流流过所述移动计算设备的内部导管。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述内部导管部分地由壁形成，所述壁将计算部件与所述空气流隔开。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，将计算部件与所述空气流隔开的所述壁包括导热材料，所述手持移动计算设备的至少一个计算部件耦合至所述壁的内侧，所述空气流横跨所述壁的外侧流动。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述EAM的出口耦合至被包括在所述手持移动计算设备中的热交换器。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述EAM的第一电极包括电晕电极，用于使所述第一电极周围的所述空气分子和微粒中的至少一个电离。
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