CN107393891A - 一种主动散热机构及智能穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动散热机构及智能穿戴设备。该主动散热机构包括：一个热电制冷器；连接于所述热电制冷器的热端的散热器；以及导热件，所述导热件被配置为用于将多个发热元器件产生的热量传导至一个所述热电制冷器的冷端。本发明的一个技术效果是散热设计能够节省电子设备的内部使用空间，满足电子设备的小型化需求。

Description

一种主动散热机构及智能穿戴设备
技术领域
本发明涉及电子元器件散热技术领域，更具体地，本发明涉及一种主动散热机构及智能穿戴设备。
背景技术
随着电子消费品产品功能的日益强大，所需要的CPU、GPU、HPU等电子元器件的功率不断提高，导致元器件的温度提高，进而导致整个电子设备的局部温度升高，从而影响客户的使用体验。
温度升高会导致电子元器件的可靠性降低甚至失效。资料表明，电子设备的失效有55％是由温度过高引起的，并且著名的“10℃法则”支撑：半导体器件温度每升高10℃，其可靠性就会降低50％。
传统的电子设备散热通常采用导热材料将电子元器件产生的热量导至产品表面，并且利用空气对流或材料本身的辐射散热方式将热量释放到就近的周围空气中。这种散热方式的效率低，远远不能满足现有电子设备的散热需求。
专利CN201520219900介绍了一种基于热电制冷原理的芯片散热器，热电材料和散热件直接安装于发热元器件上，使用陶瓷散热片与热电材料的热端连接以进行散热，具有一定的先进性。但是，对于日益小型化、轻量化的电子设备，其内设有多个发热元器件，在每个发热元器件上均安装有一个热电材料和散热件，占用空间大，不能满足产品的小型化设计要求。
尤其是在智能穿戴设备中，设有高密度集成芯片组，安装空间小；芯片的功率大，发热量大。若采用传统散热方式效率低，不能满足散热需求。若采用热电制冷芯片散热器，在每个芯片上均安装一个热电材料和散热件，由于高密度集成、安装空间小，导致无法安装实现。
因此，有必要对现有电子设备尤其是智能穿戴设备中电子元器件的散热结构进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种主动散热机构及智能穿戴设备的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种主动散热机构。该主动散热机构包括：一个热电制冷器；连接于所述热电制冷器的热端的散热器；以及导热件，所述导热件被配置为用于将多个发热元器件产生的热量传导至一个所述热电制冷器的冷端。
可选地，所述高导热材料包括石墨材料、石墨烯材料或者高导热金属材料中的一种或多种。
可选地，所述柔性体为带状结构或者线状结构。
可选地，所述高导热石墨烯材料的导热系数大于800W/(m·K)。
可选地，所述导热件仅包括所述柔性体；或者，所述导热件还包括包裹于所述柔性体上的绝热材料。
可选地，所述绝热材料的导热系数低于0.1W/(m·K)，所述绝热材料包括绝热玻璃纤维、绝热石棉、绝热塑料中的一种或者多种。
可选地，所述导热件的数量为多个，每个所述导热件的一端连接于所述热电制冷器的冷端、另一端连接于发热元器件的表面。
可选地，所述导热件的两端与所述热电制冷器的冷端、发热元器件表面之间均设有导热硅胶；所述散热器的端面平整，并且通过导热硅胶与所述热电制冷器的热端连接。
根据本发明的第二方面，提供了一种智能穿戴设备。该智能穿戴设备包括壳体、主板以及上述主动散热机构，所述主板安装于所述壳体内，所述主板具有多个芯片，所述导热件被配置为用于将多个所述芯片产生的热量传导至一个所述热电制冷器的冷端，所述热端的热量被释放至所述壳体外。
可选地，所述热电制冷器安装于所述主板上，所述热电制冷器的冷端位于所述壳体内，所述热电制冷器的热端位于所述壳体外。
本发明的发明人发现，传统的产品散热通常采用导热材料将发热元器件产生的热量传导至产品表面，再利用空气对流或材料本身的辐射散热方式将热量释放到就近的周围空气中，散热效率低。基于热电制冷原理的芯片散热器，使用陶瓷散热片与热电材料的热端连接以进行散热，热电材料直接安装于电子元器件上。在具有多个发热元器件的电子设备中，在每个发热元器件上均安装一个热电材料和散热件，占用空间大，不能满足产品的小型化设计要求。
因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
在本发明提供的主动散热机构及智能穿戴设备中，通过一个热电制冷器配合散热器将多个发热元器件产生的热量导出。每个发热元器件均通过一个或者多个导热件将产生的热量传导至热电制冷器的冷端。
不必在每个发热元器件上均安装热电制冷器和散热器，占用空间小，能够满足电子设备的小型化设计需求。
尤其是在智能穿戴设备中，其内设有芯片组，每个芯片均通过一个或者多个导热件将产生的热量传导至热电制冷器的冷端。能够节省智能穿戴设备内部使用空间，为智能穿戴设备的设计提供灵活性。
热电制冷器通电后，在冷端和热端之间产生温度差从而实现热量传导作用，为主动散热方式，散热效率高。提高了电子元器件的稳定性和可靠性。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明一种实施例中提供的主动散热机构的示意图；
图2是图1中A-A方向的剖视图；
图3是本发明一种实施例中提供的主动散热机构的安装示意图。
其中，1：发热元器件；2：柔性件；3：绝热材料；4：热电制冷器；40：冷端；41：热端；5：散热器；6：主板；7：电池。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种主动散热机构，该主动散热机构能够实现电子元器件的散热，特别是能够应用于具有高密度集成芯片组的智能穿戴设备、VR、AR、MR智能眼镜、智能手机或游戏机或者其他电子设备的散热。参考图1，该主动散热机构包括一个热电制冷器4、散热器5以及导热件。所述热电制冷器4是一种以半导体为基础的电子元件。通过在所述热电制冷器4的两端加载直流电压，所述热电制冷器4的一端变冷、另一端变热。被制冷一端的热量被传递至热端41。所述热电制冷器4的具体结构可采用现有技术，在此不作赘述。
所述热电制冷器4的热端41与所述散热器5连接，从而释放掉从所述热电制冷器4的冷端40传递过来的热量和器件运行过程中产生的焦耳热。
所述导热件用于将多个发热元器件1产生的热量传导至一个所述热电制冷器4的冷端40。所述导热件实现热量由温度较高的发热元器件1向温度较低的热电制冷器4冷端40传递。
具体地，所述导热件的数量可以为一个或多个。每个发热元器件1与所述热电制冷器4的冷端40之间均设置有至少一个所述导热件。所述导热件的一端连接于所述热电制冷器4的冷端40、另一端连接于发热元器件1的表面。这样，多个发热元器件1产生的热量能被所述导热件传导至所述热电制冷器4的冷端40。
进一步地，所述导热件的两端与所述热电制冷器4的冷端40、发热元器件1的表面之间均可以设有导热硅胶。所述导热硅胶位于所述导热件与所述热电制冷器4、发热元器件1的连接界面，能更有效地将多个发热元器件1产生的热量传导至所述热电制冷器4的冷端40。
所述热电制冷器4通电并主动将冷端40的热量传递至热端41。由于所述热电制冷器4的热端41与所述散热器5连接，所述热端41的热量能被释放出去。该主动散热机构为主动散热方式，散热效率高。提高了电子元器件的稳定性和可靠性。
所述导热件将多个发热元器件1产生的热量传导至一个所述热电制冷器4的冷端40。不必在每个发热元器件1上均安装热电制冷器4和散热器5，占用空间小。因而该主动散热机构能够满足电子设备的小型化设计需求。
所述导热件具有热传导作用，能将多个发热元器件1产生的热量传导至一个所述热电制冷器4的冷端40。所述导热件的具体结构可以有多种。
所述高导热材料包括石墨材料、石墨烯材料或者高导热金属材料中的一种或多种。
一个实施例中，所述导热件可由石墨制成。例如，所述导热件可以是石墨片材或者石墨线材等。
一个优选的实施例中，参考图1，所述导热件可以包括由高导热石墨烯材料制成的柔性体2。所述柔性体2由高导热石墨烯材料制成，能快速有效地将多个发热元器件1产生的热量传导至一个所述热电制冷器4的冷端40。
所述柔性体2能够任意弯曲变形，以便于将所述热电制冷器4与发热元器件1连接。由于所述热电制冷器4与发热元器件1之间的位置关系并不唯一确定，在需要所述导热件将所述热电制冷器4与发热元器件1连接在一起时，所述柔性体2在弯曲变形后才能将两者连接。所述柔性体2具有一定挠性，在使所述柔性体2弯曲变形的作用力失去之后，所述柔性体2自身不能恢复原来形状，防止了所述导热体的两端脱离于所述热电制冷器4的冷端40和发热元器件1的表面。
该实施例中，所述柔性体2可以为带状结构。例如，所述柔性体2可为片状。所述柔性体2也可以为线性结构。
该实施例中，所述高导热石墨烯材料的导热系数大于800W/(m·K)。热传导性能优、效率高。
该实施例中，参考图1、图2，所述导热件还可以包括包裹在所述柔性体2上的绝热材料3。所述绝热材料3包裹所述柔性体2的外壁，能够防止热量从相对较高温度的柔性体2向其他结构件传导，保证热量传导方向的准确。
所述绝热材料3的导热系数较低设置，以起到绝热作用。优选地，所述绝热材料3的导热系数低于0.1W/(m·K)。
所述绝热材料3的材料可以有多种。可选地，所述绝热材料3包括绝热玻璃纤维、绝热石棉、绝热塑料中的一种或者多种。
另外，在所述柔性体2上也可以不包裹有绝热材料3，所述导热件仅包括所述柔性体2。
所述散热器5的具体结构可以有多种，只要其能够实现将释放所述热电制冷器4的热端41的热量即可。优选地，所述散热器5包括散热片、液体导热器、散热风扇中的一种或者多种。例如，在所述热电制冷器4的热端41上可连接有散热片，在所述散热片的旁侧还可以设有散热风扇。
为实现更优的导热作用，优选地，参考图1，所述散热器5的端面平整，并且所述散热器5的平整端面通过导热硅胶与所述热电制冷器4的热端41连接。所述导热硅胶位于所述散热器5与所述热端41的连接界面，起导热作用。
本发明还提供了一种智能穿戴设备，该智能穿戴设备可以是虚拟现实设备、增强现实设备、混合现实设备、智能手表或者其他智能穿戴设备。参考图1至图3，所述智能穿戴设备包括壳体、主板6以及本发明提供的主动散热机构。所述壳体围有容纳腔。所述主板6安装于所述壳体内。多个发热元器件1为所述主板6的芯片组。所述芯片组包括多个芯片。例如，所述芯片组可以包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(GraphicsProcessing Unit，图形处理器)等。所述导热件用于将多个所述芯片产生的热量传导至一个所述热电制冷器4的冷端40。所述热电制冷器4的热端41的热量被释放至所述壳体的外部。
优选地，所述主动散热机构的数量为一组或者多组。每组所述主动散热机构中均包括一个所述热电制冷器4、多个所述芯片和所述导热件。
所述热电制冷器4的热端41的热量需被释放至所述壳体的外部，其释放方式可以有多种。
可选地，所述热电制冷器4安装于所述主板6上。所述热电制冷器4的冷端40位于所述壳体内，所述热电制冷器4的热端41位于所述壳体外。如此，能够将所述热端41的热量能被释放至所述外壳的外部。
可选地，所述热电制冷器4的热端41也可以位于所述壳体内。所述散热器5将所述热端41的热量释放至所述壳体的外部。例如，所述散热器5可以包括散热片，所述散热片的一端与所述热电制冷器4的热端41连接、另一端穿出所述壳体，能将所述热端41的热量释放至所述壳体的外部。
此外，所述壳体可密封设置，能避免水分、灰尘等杂质进入所述壳体内。所述主板6还可以与电池7电连接，为所述芯片组和所述热电制冷器4供电。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种主动散热机构，其特征在于，包括：
一个热电制冷器(4)；
连接于所述热电制冷器(4)的热端(41)的散热器(5)；以及
导热件，所述导热件被配置为用于将多个发热元器件产生的热量传导至一个所述热电制冷器(4)的冷端(40)。
2.根据权利要求1所述的主动散热机构，其特征在于，所述导热件包括由高导热材料制成的柔性体(2),所述高导热材料包括石墨材料、石墨烯材料或者高导热金属材料中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的主动散热机构，其特征在于，所述柔性体(2)为带状结构或者线状结构。
4.根据权利要求2所述的主动散热机构，其特征在于，所述高导热石墨烯材料的导热系数大于800W/(m·K)。
5.根据权利要求2所述的主动散热机构，其特征在于，所述导热件仅包括所述柔性体(2)；或者，
所述导热件还包括包裹于所述柔性体(2)上的绝热材料(3)。
6.根据权利要求5所述的主动散热机构，其特征在于，所述绝热材料(3)的导热系数低于0.1W/(m·K)，所述绝热材料(3)包括绝热玻璃纤维、绝热石棉、绝热塑料中的一种或者多种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的主动散热机构，其特征在于，所述导热件的数量为多个，每个所述导热件的一端连接于所述热电制冷器(4)的冷端(40)、另一端连接于发热元器件的表面。
8.根据权利要求7所述的主动散热机构，其特征在于，所述导热件的两端与所述热电制冷器(4)的冷端(40)、发热元器件表面之间均设有导热硅胶；
所述散热器(5)的端面平整，并且通过导热硅胶与所述热电制冷器(4)的热端(41)连接。
9.一种智能穿戴设备，其特征在于，包括壳体、主板(6)以及根据权利要求1-8中任一项所述的主动散热机构，所述主板(6)安装于所述壳体内，所述主板(6)具有多个芯片，所述导热件被配置为用于将多个所述芯片产生的热量传导至一个所述热电制冷器(4)的冷端(40)，所述热端(41)的热量被释放至所述壳体外。
10.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述热电制冷器(4)安装于所述主板(6)上，所述热电制冷器(4)的冷端(40)位于所述壳体内，所述热电制冷器(4)的热端(41)位于所述壳体外。
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