CN108630640B - 具有温度梯度的一体式散热器 - Google Patents
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Abstract
一种具有温度梯度的一体式散热器，设置于高温器件与低温器件之间，包括一体固定的第一散热单元与第二散热单元，所述第一散热单元用于使所述高温器件保持于第一温度区间，所述第二散热单元用于使所述低温器件保持于第二温度区间，所述第一散热单元的热传导路径与所述第二散热单元的热传导路径相互隔离，所述第一散热单元与所述第二散热单元之间物理相连而热隔断。本发明提供的具有温度梯度的一体式散热器以一体式结构实现梯度式的分区散热，同时满足低温器件与高温器件的散热需要，节约装配程序并利于器件的排布设计。
Description
技术领域
本发明属于散热技术领域，具体地来说，是一种具有温度梯度的一体式散热器。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，机器人的功能日益强大，满足各种复杂的应用需求。随之而来的问题是，机器人的内部构造日益复杂，发热部件越来越多。迅速增加的发热量造成机器人内部的环境温度居高不下，严重影响机器人的正常工作。
其中，驱动器是热量最为集中的部位之一。驱动器用于对机器人实现伺服驱动与控制，内部装有大量的电子电气器件，发热量极大，却又对工作温度环境十分敏感。
一般地，作为热源的电子电气器件包括逻辑器件与功率器件。逻辑器件用于实现逻辑运算与控制，工作温度区间较低，属于难以承受高温的低温器件；功率器件包括IGBT、MOSFET等类型，工作温度区间较高，属于可耐受高温的高温器件。由于低温器件与高温器件的环境温度相差甚远，现有技术一般需要对之进行分别散热，散热器件众多，装配时十分繁琐。且空间环境与器件位置分布均受到严重的制约，而散热效果不彰。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有温度梯度的一体式散热器，以一体式结构实现梯度式的分区散热，同时满足低温器件与高温器件的散热需要，节约装配程序并利于器件的排布设计。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种具有温度梯度的一体式散热器，设置于高温器件与低温器件之间，包括一体固定的第一散热单元与第二散热单元，所述第一散热单元用于使所述高温器件保持于第一温度区间，所述第二散热单元用于使所述低温器件保持于第二温度区间，所述第一散热单元的热传导路径与所述第二散热单元的热传导路径相互隔离，所述第一散热单元与所述第二散热单元之间物理相连而热隔断。
作为上述技术方案的改进，所述第一散热单元包括一体连接的散热基座与第一散热片，所述第一散热片远离所述低温器件的一侧表面与所述高温器件保持贴合，所述第一散热单元的温度梯度自所述散热基座指向所述第一散热片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一散热片与所述第二散热单元保持隔断，所述散热基座位于所述第一散热片远离所述第二散热单元的一侧。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一散热片与所述第二散热单元之间具有隔热气隙。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一散热单元与所述第二散热单元之间具有连接部，所述连接部与所述第一散热片之间热隔断。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二散热单元包括第二散热片，所述第二散热片远离所述高温器件的一侧表面与所述低温器件保持贴合，所述第二散热片接近所述高温器件的一侧表面具有辅助散热通道，所述辅助散热通道与所述第一散热单元之间热隔断。
作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助散热通道包括复数个散热鳍片，所述复数个散热鳍片设置于所述第二散热片接近所述高温器件的一侧表面，相邻的散热鳍片之间形成散热流道，所述散热流道的冷却流体流动方向与所述第一散热单元的温度梯度垂直。
作为上述技术方案的进一步改进，所述复数个散热流道相互平行，所述辅助散热通道一端设置散热风扇。
作为上述技术方案的进一步改进，所述散热鳍片的高度与其所作用的低温器件的发热量正相关。
作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助散热通道与所述第一散热单元之间具有隔热气隙。
本发明的有益效果是：
通过第一散热单元与第二散热单元组成的一体式散热器，对高温器件与低温器件形成物理隔离，并由第一散热单元对高温器件进行散热，第二散热单元对低温器件进行散热，第一散热单元与第二散热单元之间保持热隔断，从而实现高温器件与低温器件的热隔断，以同一散热器结构实现梯度式的分区散热，同时满足低温器件与高温器件的散热需要，以一次装配方式节约装配程序，并利于器件的排布设计。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的具有温度梯度的一体式散热器的前视轴测示意图；
图2是本发明实施例1提供的具有温度梯度的一体式散热器的应用示意图；
图3是本发明实施例1提供的具有温度梯度的一体式散热器的后视轴测示意图；
图4是本发明实施例1提供的具有温度梯度的一体式散热器的主视示意图。
主要元件符号说明：
1000-具有温度梯度的一体式散热器，0100-第一散热单元，0110-散热基座，0120-第一散热片，0200-第二散热单元，0210-第二散热片，0211-散热凸台，0212-导流开口，0220-辅助散热通道，0221-散热鳍片，0222-散热流道，0223-散热风扇，0300-连接部，0400-第一隔热气隙，0500-第二隔热气隙，0600-第三隔热气隙，2000-高温器件，3000-低温器件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对具有温度梯度的一体式散热器进行更全面的描述。附图中给出了具有温度梯度的一体式散热器的优选实施例。但是，具有温度梯度的一体式散热器可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对具有温度梯度的一体式散热器的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在具有温度梯度的一体式散热器的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请结合参阅图1～2，本实施例公开一种具有温度梯度的一体式散热器(以下简称“一体式散热器”)1000，设置于高温器件2000与低温器件3000之间，以热隔离方式实现于一体结构上的分区散热，形成温差恒定、温度梯度稳定的不同温度分区，满足高温器件2000与低温器件3000的散热要求。
一体式散热器1000包括一体固定的第一散热单元0100与第二散热单元0200，第一散热单元0100与第二散热单元0200之间物理相连而热隔断。换言之，第一散热单元0100与第二散热单元0200物理结构上保持一体，以实现一次安装，无需多个散热器；第一散热单元0100与第二散热单元0200之间热隔断，使二者之间基本不发生热交换，以保证第一散热单元0100与第二散热单元0200各自的温度环境稳定，避免因热交流而造成低温器件3000的热损坏。
第一散热单元0100用于使高温器件2000保持于第一温度区间，仅对高温器件2000施以吸热散热作用；第二散热单元0200用于使低温器件3000保持于第二温度区间，仅对低温器件3000施以吸热散热作用。
其中，第一温度区间为高温器件2000的工作温度区间，第二温度区间为低温器件3000的工作温度区间，分属高温器件2000与低温器件3000的固有属性。一般地，可由高温器件2000与低温器件3000的说明书获取。
第一散热单元0100的热传导路径与第二散热单元0200的热传导路径相互隔离，各自保持独立完整。亦即，第一散热单元0100的热散失与第二散热单元0200的热散失相互独立，不发生热交换。换言之，第一散热单元0100的温度梯度与第二散热单元0200的温度梯度互不相交，且方向不同。
第一散热单元0100的冷却作用实现方式众多，包括金属传导、流体冷却等方式。示范性地，第一散热单元0100包括一体连接的散热基座0110与第一散热片0120，第一散热片0120远离低温器件3000的一侧表面与高温器件2000保持贴合，保证较佳的散热效果。
示范性地，第一散热片0120为金属片，如铜片、铝片等类型。补充说明，第一散热片0120用于吸收高温器件2000的热量。可以理解，第一散热片0120仅于一侧设有热源器件，另一侧与低温器件3000斜向相对，形成单侧集中式散热结构，保证较佳的热隔断作用。
第一散热单元0100的温度梯度自散热基座0110指向第一散热片0120，使第一散热单元0100的热量自第一散热片0120定向流动至散热基座0110。进而，散热基座0110与散热终端连接，实现高温器件2000的热量的最终散失。
请结合参阅图3～4，示范性地，第一散热片0120与第二散热单元0200保持隔断，散热基座0110位于第一散热片0120远离第二散热单元0200的一侧。例如，散热基座0110用于实现对外安装，第一散热片0120与第二散热单元0200保持相对而互不连接，二者之间具有第一隔热气隙0400。第一隔热气隙0400的作用至少在于，隔断第一散热片0120与第二散热单元0200之间的热传导。示范性地，第一隔绝气隙的成分可为空气。空气的比热容远大于第一散热片0120(金属)的比热容，吸热效果远逊，热传导作用不显著而基本保持温度不变，有效地隔断热传导。
第二散热单元0200的冷却作用实现方式众多，包括金属传导、流体冷却等方式。示范性地，第二散热单元0200包括第二散热片0210，第二散热片0210远离高温器件2000的一侧表面与低温器件3000保持贴合，保证较佳的散热效果。可以理解，第二散热片0210仅于一侧设有热源器件，另一侧与高温器件2000斜向相对，形成单侧集中式散热结构，保证较佳的热隔断作用。
示范性地，第二散热片0210为金属片，如铜片、铝片等类型。补充说明，第二散热片0210用于吸收低温器件3000的热量。示范性地，第二散热片0210接近低温器件3000的一侧表面具有散热凸台0211，散热凸台0211用于与低温器件3000贴合作用，进一步增强第二散热片0210与电路板的表面起伏的适应性，增强散热作用。示范性地，第二散热片0210还具有贯通其前后壁面的导流开口0212，进一步增强热量交换作用，增加散热效果。
第二散热片0210接近高温器件2000的一侧表面具有辅助散热通道0220，进一步增强散热效果，以符合第二温度区间的要求。其中，辅助散热通道0220与第一散热单元0100之间热隔断，保证二者之间不发生热交换。辅助散热通道0220的主要形式在于，以流体冷却作用实现散热降温。示范性地，导流开口0212与辅助散热通道0220保持连通，使辅助散热通道0220直面低温器件3000，增强辅助散热通道0220的散热作用。
示范性地，辅助散热通道0220与第一散热单元0100(例如是第一散热片0120)保持相对而互不连接，二者之间具有第二隔热气隙0500。第二隔热气隙0500的作用至少在于，隔断辅助散热通道0220与第一散热单元0100(例如是第一散热片0120)之间的热传导。示范性地，第二隔绝气隙的成分可为空气。
示范性地，辅助散热通道0220以风冷形式实现。辅助散热通道0220包括复数个散热鳍片0221，复数个散热鳍片0221设置于第二散热片0210接近高温器件2000的一侧表面。相邻的散热鳍片0221之间形成散热流道0222，散热流道0222的冷却流体流动方向与第一散热单元0100的温度梯度垂直，以保证冷却流体与第一散热单元0100不发生热接触，避免造成热破坏。示范性地，散热流道0222形成三面包围、一面开口的流道结构。
示范性地，复数个散热流道0222相互平行，辅助散热通道0220一端设置散热风扇0223。在散热风扇0223的作用下，散热流道0222内形成定向流体的冷却风。且冷却风始终保持散热流道0222内部，不会发生侧向散逸，有效地隔绝辅助散热通道0220与第一散热单元0100之间的热交换。示范性地，散热风扇0223转速可调，通过调速实现对温度的精确控制，适应不同的应用环境。
示范性地，散热鳍片0221的高度与其所作用的低温器件3000的发热量正相关。具体地，在发热量较大的区域(如CPU处)，散热鳍片0221的高度较高，以增加作用面积而增强散热效果；在发热量较小的区域(如电容等元件或PCB的空区域)，散热鳍片0221的高度较小，以节约材料。更重要地，不同高度的散热鳍片0221形成不同的散热效果，进一步加大温差，形成温度梯度作用。
在前述结构下，沿散热流道0222的延伸方向，散热流道0222呈现起伏形状，于不同作用部位具有不同的散热作用面积。例如，散热流道0222形成倒T型结构，倒T型的底边与第二散热片0210保持连接，倒T型的底边延伸方向与散热流道0222的冷却流体流动方向一致。
如前所述，第一散热单元0100的热传导线(或温度梯度)保持稳定，即由第一散热片0120流向散热基座0110；而第二散热单元0200的热传导线(或温度梯度)亦保持稳定，即沿散热流道0222的延伸方向。在上述结构下，第一散热单元0100的热传导线与第二散热单元0200的热传导线既不相交亦不一致，使二者之间不发生热流动交汇，第一散热单元0100与第二散热单元0200内部分别形成独立而稳定的温度梯度区，二者之间的温差保持基本恒定，即分别稳定于第一温度区间与第二温度区间，保证梯度式的分区散热结构。
示范性地，第一散热片0120的厚度大于第二散热片0210的厚度，从而增强对高温器件2000的热隔断作用。具体而言，高温器件2000发热量较大，以第一散热片0120的较大厚度避免第一散热片0120升温过快，使第一散热片0120的对侧温度不致过高，防止对低温器件3000造成热损害。
示范性地，第一散热单元0100与第二散热单元0200之间具有连接部0300。连接部0300的作用至少在于，实现第一散热单元0100与第二散热单元0200的一体式固定。其中，连接部0300与第一散热单元0100之间热隔断，直接阻断第二散热单元0200与作为高温器件2000直接散热部的第一散热片0120的热交换，避免热破坏。
示范性地，连接部0300一端与第二散热片0210连接，另一端与散热基座0110连接。同时，连接部0300与第一散热片0120之间具有第三隔热气隙0600。第三隔热气隙0600的作用至少在于，隔断连接部0300与第一散热片0120之间的热传导。示范性地，第二隔绝气隙的成分可为空气。
示范性地，连接部0300与第二散热片0210、散热基座0110之间形成多点连接(或由有限点形成的小端面连接)，以压缩连接部0300与后二者之间的作用面积，避免可能的热传导。例如，连接部0300由多个细长连接条组成，既保证连接强度，亦减少接触面积，保证一体式散热器1000的内部温度梯度之恒定。
示范性地，连接部0300由绝热材料(例如绝热塑料)制成，彻底隔绝第一散热单元0100与第二散热单元0200之间的热传导。示范性地，散热基座0110、第一散热片0120、第二散热片0210、辅助散热通道0220与连接部0300可一体成型。另一种示范，第一散热单元0100、第二散热单元0200与连接部0300可由装配固定。
在这里示出和描述的所有示例中，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，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
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定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，设置于高温器件与低温器件之间，包括一体固定的第一散热单元与第二散热单元，所述第一散热单元用于使所述高温器件保持于第一温度区间，所述第二散热单元用于使所述低温器件保持于第二温度区间，所述第一散热单元的热传导路径与所述第二散热单元的热传导路径相互隔离，所述第一散热单元与所述第二散热单元之间物理相连而热隔断；所述第二散热单元包括第二散热片，所述第二散热片远离所述高温器件的一侧表面与所述低温器件保持贴合，所述第二散热片接近所述高温器件的一侧表面具有辅助散热通道，所述辅助散热通道与所述第一散热单元之间热隔断；所述第一散热单元包括一体连接的散热基座与第一散热片，所述第一散热片远离所述低温器件的一侧表面与所述高温器件保持贴合，所述第一散热单元的温度梯度自所述散热基座指向所述第一散热片。
2.根据权利要求1所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述第一散热片与所述第二散热单元保持隔断，所述散热基座位于所述第一散热片远离所述第二散热单元的一侧。
3.根据权利要求1所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述第一散热片与所述第二散热单元之间具有隔热气隙。
4.根据权利要求1所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述第一散热单元与所述第二散热单元之间具有连接部，所述连接部与所述第一散热片之间热隔断。
5.根据权利要求1所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述辅助散热通道包括复数个散热鳍片，所述复数个散热鳍片设置于所述第二散热片接近所述高温器件的一侧表面，相邻的散热鳍片之间形成散热流道，所述散热流道的冷却流体流动方向与所述第一散热单元的温度梯度垂直。
6.根据权利要求5所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述复数个散热流道相互平行，所述辅助散热通道一端设置散热风扇。
7.根据权利要求5所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述散热鳍片的高度与其所作用的低温器件的发热量正相关。
8.根据权利要求1所述的具有温度梯度的一体式散热器，其特征在于，所述辅助散热通道与所述第一散热单元之间具有隔热气隙。
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