CN103369916B - 散热模块 - Google Patents

Abstract

本发明为一种散热模块，设置于电子装置内，该散热模块包括：至少一振动元件，包括作用部及自由端部；支架，与至少一振动元件的作用部连接；以及驱动单元，与支架连接，并带动支架动作；其中，驱动单元驱动支架动作，使支架带动振动元件的作用部移动，使振动元件因为共振而在其自由端部产生位移量，从而于振动元件的自由端部产生气流以对电子装置内部进行散热。

Description

散热模块

技术领域

本发明涉及一种散热模块，尤指一种利用共振效应产生气流的散热模块。

背景技术

由于现今许多电子装置已朝向轻薄化、可携式及高效能的趋势发展，电子装置于其有限的内部空间中必须配置各种高功率或高积集度的电子元件，因此当电子装置运行时其电子元件产生的热量若无法有效地移除，则将使的电子装置容易产生不稳定现象，影响产品可靠度，所以散热及温度管控已成为目前电子装置的重要课题之一。

一般使用于电子装置内部的散热方式可分为主动式散热及被动式散热。主动式散热通常将轴流式风扇或鼓风式风扇设置于电子装置内部，藉此可以产生较大的风量以带走电子装置内部所产生的热能，以达成散热的功效。然而轴流式风扇及鼓风式风扇在运行时会产生较大的噪音，且其体积较大不易薄型化及小型化，再则轴流式风扇及鼓风式风扇的使用寿命较短，故传统的轴流式风扇及鼓风式风扇并不适用于轻薄化及可携式的电子装置中实现散热。

此外，被动式散热通常将热管及/或散热鳍片设置于电子装置内部，藉此将电子装置内部的电子元件所产生的热量转移到电子装置的外壳，再通过外壳与外界空气进行热交换以达到散热的目的。然而，利用被动式散热方式的散热效率较主动式散热方式差，且若要提升散热效率则需另外选用具有高导热系数的散热材质作为热管及散热鳍片，因此不只成本会增加且其材质的选用亦受到相当的限制。

另外，于现有技术中，有许多散热方式可通过压电致动器来驱动叶片振动，进而产生气流流动，其分别简述如下：

（1）如图1及图2所示，其中图1为美国专利公告号US7061161的代表图；而图2为美国专利公告号US7358649的代表图，其中揭露一种小型的空气泵（Smallpiezoelectricairpumpswithunobstructedairflow）。其中美国专利公告号US735864主张美国专利公告号US7061161为优先权，而其主要原理均为将一T型叶片的一端与一致动元件连接，并通过致动元件动作直接使T型叶片的另一端产生来回振动，以产生一气流以对电子元件进行散热。

（2）如图3所示，其为美国专利公告号US7742299的代表图，其中揭露适用于电子装置的压电风扇（Piezofansforcoolinganelectronicdevice）。主要原理是将至少一压电风扇设置于PCB电路板的底面，藉此当压电风扇动作时，进而对PCB电路板进行散热。

（3）如图4所示，其为美国专利公开号US201100140695的代表图，其中揭露一种致动风扇装置及其所适用的散热装置（Piezoelectricfandeviceandcoolingapparatususingthepiezoelectricfandevice）。主要原理为通过一叶片及一致动器组成一压电风扇，并将压电风扇固定设置于一支撑架上，后续在通过一电源供应器提供一电压经由支撑架至致动器，使得致动器因接受该电压而动作并带动叶片振动，并产生一气流，以进行散热。

（4）如图5所示，其为美国专利公开号US20110150669的代表图，其中揭露非扇叶的风扇（Non-propellerfan）。主要是将弹性元件的两端固定，再利用电磁感应驱动弹性元件振动而产生固定方向的气流流动。

（5）如图6所示，其为美国专利公告号US7793709的代表图，其中揭露一种气流产生装置及电子装置（Jetgeneratingdeviceandelectronicapparatus）。主要利用壳体内具有一分隔板，将壳体分割为上腔体及下腔体，而音圈马达设置于壳体内部，且部份贴附于分隔板上，当音圈马达驱动时，亦会带动该分隔板动作，进而使壳体内的上下腔体的体积变化，而造成气流从喷嘴喷出。

然而，于上述现有技术中，仅能针对单一方向的热源进行散热，意即散热方向会容易受到限制，且更无法达到轻薄化的目的。因此，如何发展一种散热模块，以改善上述现有技术缺陷，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散热模块，以解决现有的散热模块具有无法缩减体积与薄型化、噪音过大、使用寿命较短及使用材质易被限制等缺陷。

为达上述目的，本发明的一较广义实施形式为提供一种散热模块，包括：至少一振动元件，包括作用部及自由端部；支架，与至少一振动元件的作用部连接；以及驱动单元，与支架连接，并带动支架动作；其中，驱动单元以振动频率驱动支架动作，使支架带动振动元件的作用部移动使振动元件因为共振而在其自由端部产生一位移量，从而于振动元件的自由端部产生气流。

为达上述目的，本案的另一较广义实施形式为提供一种散热模块，包括：至少一振动元件，包括作用部及自由端部；以及驱动单元，与至少一振动元件连接，并带动至少一振动元件动作；其中，驱动单元以振动频率驱动振动元件动作，使振动元件因为共振而在其自由端部产生位移量，以于振动元件的自由端部产生气流。

为达上述目的，本发明的又一较广义实施形式为提供一种散热模块，设置于电子装置内，该散热模块包括：至少一振动元件，包括作用部及自由端部；以及驱动单元，与至少一振动元件连接，并带动至少一振动元件动作；其中，驱动单元以振动频率驱动振动元件动作，使振动元件因为共振而在其自由端部产生位移量，从而于振动元件的自由端部产生一气流以对电子装置内部进行散热。

本发明的散热模块，其通过振动元件具有作用部及自由端部，通过驱动单元动作时产生振动，使振动元件的作用部产生上下来回振动，进而造成自由端部因共振效应亦产生较大振幅的振动，藉此以产生一气流以对电子装置内的热源进行散热，再者，通过使用振动元件可大幅缩减散热模块的体积与厚度，以使得电子装置内部可提升空间使用率外，更可使电子装置符合轻薄化的需求。

附图说明

图1：为美国专利公告号US7061161的代表图。

图2：为美国专利公告号US7358649的代表图。

图3：为美国专利公告号US7742299的代表图。

图4：为美国专利公开号US201100140695的代表图。

图5：为美国专利公开号US20110150669的代表图。

图6：为美国专利公告号US7793709的代表图。

图7：为本发明第一较佳实施例的散热模块的结构示意图。

图8：为图7所示的散热模块的振动元件、支架及驱动单元间的连接关系图。

图9：为图7所示散热模块的另一变化例的散热模块的结构示意图。

图10：为图7及图8所示散热模块的动作示意图。

图11：为本发明第二较佳实施例的散热模块的结构示意图。

图12：为图11所示散热模块的另一变化例的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

散热模块：1

振动元件：10、20

作用部：101、201

自由端部：102、202

支架：11、21

连接臂：110

第一表面：111

第二表面：112

侧边缘：110a

中央区域：110b

驱动单元：12、22

驱动部：121

基板：13、23

第一区域：202a

第二区域：202b

调整元件：203

配重片：2031

穿孔：2032

振动频率：F

自然频率：f

第一自然频率：f1

第二自然频率：f2

第一频率：F1

第二频率：F2

位移量：H、T

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上用于说明，而非用以限制本发明。

请参阅图7及图8，其中图7为本发明第一较佳实施例的散热模块的结构示意图；及图8为图7所示的散热模块的振动元件、支架及驱动单元间的连接关系图。本发明的散热模块1可设置于轻薄化且可携式的电子装置（未图标）内，例如但不限于平板电脑、电子书，且可作为一气流产生装置(airflowgenerationdevice)以实现对该电子装置内部的散热。本发明的散热模块1包括至少一振动元件10、支架11、驱动单元12以及基板13，其中振动元件10为但不限为一可挠性薄膜，例如PET材质，且包括作用部101及自由端部102，支架11与所述至少一振动元件10的作用部101连接，驱动单元12设置于基板13上，并与支架11连接，以带动支架11动作。其中，驱动单元12构造为以一振动频率F驱动支架11动作，使支架11带动与其连接的振动元件10的作用部101移动，且该振动频率F与振动元件10的一自然频率f相对应，使振动元件10因为共振而在的其自由端部102产生一位移量，以于该振动元件10的自由端部102产生一气流以对电子装置内部进行散热。于本实施例中，支架11包含连接臂110、一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111与第二表面112相对。振动元件10设置于连接臂110的一侧边缘110a，且设置于第一表面111上，其中振动元件10可以利用黏着的方式固设于支架11，但不以此为限。驱动单元12设置于连接臂110的一中央区域110b，且与第二表面112连接，其中驱动单元12的驱动部121可以利用黏着或贴附等方式与支架11连接。当然，于一些实施例中，振动元件10的作用部亦可以黏着或贴附等方式直接连接于驱动单元12的驱动部121上（如图9所示），但不以此为限。于本实施例中，驱动单元12可为一音圈马达或一压电致动器，但不以此为限。由于音圈马达及压电致动器的动作原理已属现有技术，于此不再赘述。

于本实施例中，振动元件10可为但不限于一扇形结构。振动元件10的作用部101固设于支架11的连接臂110的一侧边缘110a且连接于第一表面111上，其可通过驱动单元12使支架11产生振动，进而带动振动元件10的作用部101移动。于一些实施例中，振动元件10为具有自然频率f范围为10～200Hz的可挠性薄膜，且其以轻薄材料所制成，例如PET材质，但不以此为限。以图7及图8所示散热模块为例，本实施例的散热模块1的振动元件10的数目为2个，并分别对称设置于支架11的连接臂110的两相对侧边缘110a，藉此可同时对两个区域的特定热源进行散热。当然，于一些实施例中，振动元件10的数量并不限为2个，例如1个或3个等，且可依实际需求任施变化，更可依据电子装置内的发热电子元件（未图标）数目与位置以及电子装置的机壳的进出风口位置而调整设置，以提升电子装置内部的散热效率。举例而言，当振动元件10的数量为单一个时，散热模块1所产生的气流方向可朝向单一方向吹向特定热源，且其振动元件10可使用较大尺寸者，如此便可产生较大的气流流量以利散热。

请参阅图7、图8及图10，其中图10为图7及图8所示散热模块的动作示意图。当驱动单元12接收一驱动信号而启动后，其驱动部121会使得支架11产生上下振动并产生一位移量T，使得连接于支架11的振动元件10的作用部101也随着支架11的振动而产生上下振动。由于振动元件10具有一自然频率f，因此当驱动单元12的振动频率F与振动元件10的自然频率f相对应时，振动元件10会产生共振效应，并带动振动元件10的自由端部102上下振动及产生位移量H，其中位移量H大于位移量T。因此通过驱动单元12带动，可使振动元件10的作用部101仅需振动产生微小的位移量T，便可造成振动元件10的自由端部102产生较大的位移量H，如此一来，便能于振动元件10的自由端部102处产生气流，并藉此可带走电子装置内的热源所产生的热能，以达到散热的目的。再者，本发明散热模块1通过振动元件10取代现有技术的轴流风扇或是散热鳍片来达到对电子装置内部散热的目的，由于振动元件10体积相对较小且薄，故可进一步缩减散热模块1的体积与厚度，更能达到使电子装置达到轻薄化的需求。

当然，散热模块1的振动元件的型态并不限于上述实施例所述的扇形结构。图11为本发明第二较佳实施例的散热模块的结构示意图。如图11所示，本发明的散热模块2包含振动元件20、支架21、驱动单元22及基板23，其中驱动单元22及基板23的结构及设置方式与第一实施例所示相似，于此不再赘述。然而，本实施例的振动元件20可为一圆盘结构，其包含作用部201及自由端部202，其中振动元件20的作用部201连接于支架21上，且驱动单元22连接于支架21的中央区域。当驱动单元22接收一驱动信号而启动后，会使得支架21产生上下振动，使得连接于支架21的振动元件20的作用部201也随着支架21的振动而产生上下振动。由于振动元件20具有一自然频率f，因此当驱动单元22的振动频率F与振动元件20的自然频率f相对应时，振动元件20会产生共振效应，并带动振动元件20的自由端部202上下振动及产生位移量。因此通过驱动单元22带动，可使振动元件20的作用部201仅需振动产生微小的位移量，便可造成振动元件20的自由端部202产生较大的位移量，如此一来，便能于振动元件20的自由端部202处产生气流，并藉此可带走电子装置内的热源所产生的热能，以达到散热的目的。于本实施例中，由于振动元件20为圆盘结构，故可于圆形的自由端部202处产生一全周式气流，通过该全周式气流可使扁平式的电子装置达到更好的散热效果，以提升散热效率。于一些实施例中，本发明的散热模块2的振动元件20亦可采用一环形结构，其结构及原理与前揭实施例相似，于此不再赘述。

于一些实施例中，本发明的散热模块2亦可通过改变其振动元件20的结构型态，例如于振动元件20的表面以增加或减少重量的方式来调整振动元件20本身的重量，进而改变振动元件20本身的多个振动模态及其自然频率。请参阅图12，其为图11所示散热模块的另一变化例的结构示意图。如图11及图12所示，振动元件20还包括一或多个调整元件203，其中该调整元件203构造为改变振动元件20本身具有的多个不同的振动模态及其自然频率。本发明的散热模块2可利用同时交替地转换驱动单元22的输入电压的频率，使得振动元件20于其不同区域得以相应地且交替地产生共振。于本实施例中，调整元件203可为多个配重片2031，且多个配重片2031设置于振动元件20的自由端部202上，以应用于增加振动元件20的重量。举例而言，两配重片2031可设置于振动元件20的自由端部202的两相对的第一区域202a上，藉此增加振动元件20的重量。配重片2031可为但不限于一圆弧条状结构，且配重片2031的边缘弧度与振动元件20的自由端部202的弧度相配合，并沿着自由端部202的边缘贴附或黏着固定于振动元件20的表面上。于另一些实施例中，多个调整元件203更可为多个穿孔2032或一凹陷部（未图示），其形成于振动元件20的表面上，用以减少振动元件20的重量，使得振动元件20本身的自然频率随的对应改变。

根据本发明的构想，当对本发明的散热模块2的驱动单元22施加一输入电压并且交替地转换该输入电压的频率时，驱动单元22的振动频率也随着输入电压的频率而改变，而具有多个调整元件203的振动元件20可依据驱动单元22的振动频率而改变其振动模态，亦即产生共振的区域。举例说明，设有配重片2031及穿孔2032等调整元件203的振动元件20具有多个不同的自然频率，例如第一自然频率f1、第二自然频率f2。当驱动单元22的输入电压的频率为第一频率F1且与振动元件20的第一自然频率f1相对应时，振动元件20的自由端部202于设置有配重片2031的第一区域202a会因共振效应而产生较自由端部2202未设置有配重片2031的第二区域202b较大振幅的上下振动，因此可使散热模块2产生较大的气流从第一区域202a向外流出。若当驱动单元22的输入电压的频率转换成第二频率F2且与第二自然频率f2相对应时，振动元件20的自由端部202于未设置有配重片2031的第二区域202b会因共振效应而产生较自由端部2202设置有配重片2031的第一区域202a较大振幅的上下振动，因此可使散热模块2产生较大的气流从第二区域202b向外流出。如此一来，通过变更驱动单元22的输入电压的频率，可使得振动元件20具有不同的振动模态而在不同的共振频率上作切换，换言之，使振动元件20的自由端部202可分成不同区域产生共振，如此便可变更气流的流动方向，进而在电子装置的散热系统中产生不同的散热方式。

综上所述，本发明的散热模块通过振动元件具有一作用部及一自由端部，且作用部通过一支架与一驱动单元连接，通过驱动单元动作时产生振动，使振动元件的作用部产生上下来回振动，进而造成振动元件因为共振而在其自由端部产生大幅度地振动，藉此以产生一气流而对电子装置内的热源所产生的热量进行散热。再者，通过使用振动元件可大幅缩减散热模块的体积与厚度，以使得电子装置内部可提升空间使用率外，更可使电子装置符合轻薄化的需求。此外，更可依据电子装置内的热源数目及位置以及电子装置的壳体的进出风口而改变振动元件的设置位置及数量，以直接对电子装置内热源进行散热，进而提升散热效率。

本发明可由熟悉本领域技术的人员进行任意修改，然而皆不脱离所附权利要求书所欲保护的范围。

Claims (13)

1.一种散热模块，包括：

至少一振动元件，包括一作用部及一自由端部；

一支架，与所述至少一振动元件的该作用部连接；以及

一驱动单元，与该支架连接，并带动该支架动作；

其中，该驱动单元以一振动频率驱动该支架动作，使该支架带动所述振动元件的作用部移动，使所述振动元件因为共振而在其自由端部产生一位移量，从而于所述振动元件的自由端部产生一气流。

2.如权利要求1所述的散热模块，其中该驱动单元的该振动频率与所述振动元件的自然频率相对应。

3.如权利要求2所述的散热模块，其中所述振动元件的自然频率范围为10～200Hz之间。

4.如权利要求1所述的散热模块，其中所述振动元件为可挠性薄膜。

5.如权利要求4所述的散热模块，其中该可挠性薄膜由PET材质所制成。

6.如权利要求1所述的散热模块，其中该散热模块还包括一基板，且该驱动单元设置于该基板上。

7.如权利要求1所述的散热模块，其中该支架包括一连接臂、一第一表面以及一第二表面，该第一表面相对于该第二表面，所述振动元件的作用部连接于该连接臂且设置于该第一表面上，且该驱动单元连接于该第二表面上。

8.如权利要求1所述的散热模块，其中该驱动单元为一音圈马达或一压电致动器。

9.如权利要求1所述的散热模块，其中所述振动元件为扇形结构、圆盘结构或环形结构。

10.如权利要求1所述的散热模块，其中所述振动元件还包括至少一调整元件，所述调整元件设置于该振动元件的表面上，以增加或减少所述振动元件的重量的方式，而改变所述振动元件产生一个以上的自然频率。

11.如权利要求10所述的散热模块，其中该调整元件为一个以上配重片，以增加该振动元件的重量。

12.如权利要求10所述的散热模块，其中该调整元件为一个以上穿孔或是一凹陷部形成于该振动元件的表面上，以减少该振动元件的重量。

13.如权利要求10所述的散热模块，其中所述振动元件根据该驱动单元的一输入电压的频率变换，而产生不同的振动模态，以改变该气流的流动方向。