CN110412542B - 激光雷达及其散热装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光雷达及其散热装置。本申请中的激光雷达的散热装置设置于激光雷达的顶盖和激光雷达的探测装置之间，并且散热装置相对于探测装置固定设置；散热装置包括中心具有开孔的基板和散热扰流部，散热扰流部设置在基板与顶盖相对的第一侧面上，用于在散热装置随所述探测装置相对于所述顶盖旋转时，带动空气循环流过散热扰流部、顶盖、基板中心的开孔以及探测装置的顶部。

Description

激光雷达及其散热装置

技术领域

本申请涉及测距领域，特别涉及一种激光雷达及其散热装置。

背景技术

激光雷达的探测装置内部布置有各类电子元器件，针对电子元器件散热的设计，通常可以将热量传导到探测装置本体，但是由于探测装置本体和激光雷达的外壳没有直接接触，因而探测装置和激光雷达的外壳之间的换热只能依赖于空气对流，这导致探测装置和雷达外壳之间的热阻偏大，为了降低该环节的热阻，需要优化探测装置和雷达外壳之间的换热。

发明内容

本申请的目的在于提供一种激光雷达及其散热装置，可在激光雷达内部的探测装置和顶盖之间形成空气的循环流动，增大对流换热系数，有效降低激光雷达内部探测装置产生的热量。

第一方面，本申请的实施例公开了一种激光雷达的散热装置，所述散热装置设置于激光雷达的顶盖和激光雷达的探测装置之间，并且所述散热装置相对于所述探测装置固定设置；

所述散热装置包括中心具有开孔的基板和散热扰流部，其中，

所述散热扰流部设置在所述基板与所述顶盖相对的第一侧面上，用于在所述散热装置随所述探测装置相对于所述顶盖旋转时，带动空气循环流过所述散热扰流部、所述顶盖、所述基板中心的开孔以及所述探测装置的顶部。

在上述第一方面的一种可能的实现中，，所述散热扰流部包括至少一个第一环状散热片和至少一个螺旋状的螺旋扰流片；

所述至少一个第一环状散热片垂直设置于所述基板的所述第一侧面上；

所述至少一个螺旋状的扰流片设置于所述至少一个第一环状散热片的侧壁上，并且，所述扰流片的螺旋上升方向与所述探测装置的转动方向相同。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述散热扰流部包括至少两个第一环状散热片，所述至少两个环状散热片同心设置，且每个所述环状散热片的外侧壁上设置有至少两个所述扰流片。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述顶盖包括顶盖主体和至少一个第二环状散热片，所述至少一个第二环状散热片设置在所述顶盖主体与所述散热装置相对的底面上，所述至少一个第二环状散热片与所述至少一个第一环状散热片以预定间隔同心设置。

在上述第一方面的一种可能的实现中，在所述顶盖主体的所述底面上设置有至少两个第二环状散热片，所述第二环状散热片与所述顶盖的所述底面垂直，并且，所述至少两个所述第二环状散热片与所述至少一个第一环状散热片交错设置。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第二环状散热片的侧壁上开有多个与所述基板垂直的通孔。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一环状散热片的侧壁上开有多个与所述基板垂直的通孔。

在上述第一方面的一种可能的实现中，散热装置还包括导热部，所述导热部与所述基板和所述探测装置连接。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述导热部包括至少一个金属凸台，所述至少一个金属凸台分别与所述基板的第二侧面和所述探测装置的顶部连接；所述基板的第二侧面为所述基板与所述探测装置相对的面。

第二方面，本申请的实施例公开了一种激光雷达，包括顶盖、探测装置、主轴和如第一方面所述的散热装置；

所述主轴位于所述散热装置的基板的下方，所述散热装置能够随所述探测装置绕所述主轴转动。

附图说明

图1至3根据本发明的一些实施例，公开了表示激光雷达的内部结构的立体图；

图4根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中的激光雷达的散热装置的立体图；

图5根据本发明的一些实施例，公开了用于图1至3中的激光雷达的一种顶盖的立体图；

图6根据本发明的一些实施例，公开了用于图1至3中的激光雷达的另一种顶盖的立体图；

图7根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中的激光雷达的导热凸台和探测装置的立体图；

图8根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中激光雷达内部散热装置的空气自循环路径的示意图；

图9根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中激光雷达的散热装置的横向温度分布云图；

图10根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中激光雷达的散热装置的纵向温度分布云图；

图11根据本发明的一些实施例，公开了图1至3中激光雷达的散热装置及其附近的纵向空气压力分布云图。

具体实施方式

本申请的说明性实施例包括但不限于一种激光雷达及其散热装置。

本申请将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用所描述方面的部分来实践一些可替代实施例。出于解释的目的，为提供对说明性实施例的透彻理解，对具体的数字、材料和配置进行阐述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实现替代的实施例。在其他情况下，为了不对说明性实施例造成混淆，省略或简化了一些公知的特征。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。

图1至3示出了根据本申请实施例的一种激光雷达的内部结构的立体图。如图1～图3所示，激光雷达100包括顶盖101、散热装置102、导热凸台1024、探测装置104、雷达外壳105、主轴106、轴承107以及雷达底座108。其中，雷达外壳105的下端与雷达底座108装配连接，雷达外壳105的上端与顶盖101装配连接，顶盖101、雷达外壳105和雷达底座108共同构成包含探测装置104、散热装置102等结构在内的密闭的工作空间。在该工作空间内，主轴106相对于底座108垂直设置，与主轴106相配合的轴承107装配在主轴106的两端，探测装置104外部与轴承107配合连接，可在电机(未示出)的带动下绕着主轴106转动。探测装置104内部设置有多个用于执行雷达工作任务的光电元器件(未示出)。散热装置102相对于探测装置104固定设置，能够在电机(未示出)驱动探测装置104旋转的情况下，随探测装置104绕主轴106旋转。

图4示出了可用于图1至3中所示的激光雷达的散热装置102，图7示出了散热装置102中的导热凸台1024与探测装置104的结构示意图。下面参考图4和图7对散热装置102的结构进行详细说明。

如图4和图7所示，散热装置102包括中心具有通孔的基板1021、底部翅片1022、螺旋扰流片1023、以及导热凸台1024。如图4所示，底部翅片1022为环状散热片，垂直并且同心设置于基板1021的上表面。可以理解，虽然图4中仅示出了2个同心设置的底部翅片1022，但是，在其他实施例中，可以根据具体需要设置其他数量的底部翅片1022，并且底部翅片1022不一定是与主体底部的内侧面垂直设置，而是例如，可以向某一方向倾斜此外，底部翅片1022的上可以设置通孔(未示出)，用于进一步增大底部翅片1022的表面积，从而增加底部翅片1022与顶盖101的顶部翅片1012之间的换热面积。需要理解的是，底部翅片1022上的通孔的形状、大小均可以根据实际情况进行调整，在此不做限制。此外，也可以将底部翅片1022的侧表面制造成为凹凸不平的表面结构，以增大散热装置102的底部翅片1022的换热面积。

如图4所示，每个底部翅片1022的外侧壁上设置有螺旋扰流片1023，各螺旋扰流片1023的螺旋上升方向均相同，并且与探测装置104的旋转方向保持一致。具体地，每个螺旋扰流片1023倾斜连接于其所在的底部翅片1022的外侧表面，即每个螺旋扰流片1023的一端靠近其所在的底部翅片1022的外侧表面的上部，另一端靠近其所在的其所在的底部翅片1022的外侧表面的下部。

螺旋扰流片1023的结构线为螺旋结构，在探测装置104转速一定的情况下，通过对螺旋扰流片1023的螺旋线的倾斜角和螺旋扰流片1023的数量进行合理设计，能够增大雷达内部空气循环量，进而提升散热装置102与顶盖101之间的换热系数，加快激光雷达100工作过程中的散热速度。故可以理解，螺旋扰流片1023的数量不限于图4中所示的数量，并且，螺旋扰流片1023的形状也可以与图中所示的不同，例如，螺旋扰流片1023的宽度，随着螺旋上升的方向逐渐增大，故螺旋扰流片1023的形状和数量可根据实际需要进行调整，在此不做限制。

如图7所示，导热凸台1024采用金属或其他导热性能良好的材料制作，用于实现探测装置104与散热装置102的散热装置的基板1021之间的连接，从而确保探测装置104内部光电元器件产生的热量能够通过导热凸台1024快速传导至散热装置102。具体地，导热凸台1024的下表面与探测装置104的顶部连接，导热凸台1024的上表面与基板1021的下表面连接，导热凸台1024之间间隔设置，相邻的导热凸台1024之间的间隔为预设距离，该间隔可以作为促进散热装置102附近的空气实现自循环的流通路径(图示箭头为导热凸台1024附近空气流动方向的示意)。需要理解的是，在各实施例中，导热凸台1024的具体数量、形状、尺寸、材质以及相邻导热凸台之间的间隔距离均可以根据实际需求进行设计和调整，而在此不对其进行限制。此外，可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他导热结构将探测装置104的热量传导至散热装置的基板，不限于凸台结构。

需要理解的是，上述散热装置的基板1021、底部翅片1022、螺旋扰流片1023以及导热凸台1024可以全部采用相同的材料制造，例如，导热性能良好的金属，也可以使用不同的材料制造。此外，上述基板1021、底部翅片1022和螺旋扰流片1023可以采用焊接、螺栓连接等方式进行连接。另一方面，基板1021、底部翅片1022和螺旋扰流片1023也可以采用铸造、粉末冶金等成型方法作为整体制造，从而更加有利于热量在不同部分之间传导。

图5示出了可用于图1至3所示的激光雷达的顶盖101的立体图。如图5所示，顶盖101包括顶盖主体1011和顶部翅片1012，其中，顶部翅片1012为环状散热片，顶部翅片1012同心设置在顶盖主体1011底部的内侧面上，并与顶盖主体1011底部的内侧面垂直。其中，顶部翅片1012的数量、尺寸以及相邻两个顶部翅片1012之间的距离可以根据实际需要进行调整，并且顶部翅片1012被设计为与上述散热装置102的底部翅片1022相配合。

也就是说，当激光雷达100装配完成之后，上述多个环形的顶部翅片1012和散热装置102的多个环形的底部翅片1022在激光雷达内呈交错排列，相邻的顶部翅片1012与底部翅片1022之间的距离等于预设距离，例如，翅片厚度大于1mm，翅片间距大于0.5mm。在激光雷达处于工作状态时，散热装置102随探测装置104一同转动，底部翅片1022相对于顶部翅片1012旋转，底部翅片1022外侧表面的螺旋扰流片1023搅动位于顶部翅片1012和底部翅片1022之间的空气，并在该区域形成上下压差，在该上下压差与离心作用及基板1021中心通孔的共同作用下使散热装置附近的空气形成有效的自循环流通，促进热量通过底部翅片1022和顶部翅片1012之间的热交换迅速从散热装置102向上传导至顶盖101。

类似的，上述顶盖101的顶盖主体1011和顶部翅片1012可以全部采用相同的材料制造，也可以部分地使用不同的材料制造。此外，上述顶盖主体1011和顶部翅片1012可以采用焊接、螺栓连接等方式进行连接，也可以采用铸造、粉末冶金等成型方法作为整体制造，用于提高热量在不同部分之间传导的效率。

进一步地，如图6所示，顶盖101的顶部翅片1012上可以设置通孔1013，从而增加顶部翅片1012与散热装置102的底部翅片1022之间的换热，有利于热量由散热装置102向顶盖101传导。需要理解的是，在各实施例中，顶部翅片1012上的通孔的形状、大小均可以根据实际情况进行调整，在此不做限制。此外，也可以将顶部翅片1012的侧表面制造成为凹凸不平的表面结构，以增大顶盖101的顶部翅片1012的换热面积。

此外，可以理解，顶部翅片1012不一定是与主体底部的内侧面垂直设置，而是例如，可以向某一方向倾斜。

现结合图8说明上述激光雷达的散热原理。在激光雷达的工作过程中，顶盖101、主轴106、雷达外壳105以及雷达底座108固定，电机驱动探测装置104绕主轴106旋转，散热装置102在探测装置104的带动下随探测装置104绕主轴106旋转。当探测装置104旋转时(俯视逆时针方向)，设置于散热装置102的底部翅片1022上的螺旋扰流片1023搅动顶盖101的顶部翅片1012与底部翅片1022之间的区域中的空气，使得该区域下部形成负压，上部形成正压，上下部的空气压差以及旋转产生的离心作用使得空气具有自循环的动力，即空气沿顶盖101和散热装置102之间的缝隙向外扩散的驱动力，由于散热装置102的基板1021中心具有通孔，由螺旋扰流片1023搅动的空气从顶部翅片1012与底部翅片1022之间的区域进入通孔，并由通孔向下逸出，流动到探测装置104的顶部，从而形成有效的空气自循环流通(图中箭头所示为空气自循环流通方向)。

由于探测装置104内部的光电元器件产生的热量经由导热凸台1024传导至散热装置102的基板1021的导热路径上的热阻较小，而上述空气的自循环流通能有效的提升对流换热系数，减小探测装置104到顶盖101之间的热阻，故从探测装置104、至散热装置102以及顶盖101的整个自循环流通路径的热阻均被减小，从而提高了整个激光雷达的散热效率。进一步地，根据本申请公开的技术方案，设置在顶盖101的顶部翅片1012以及散热装置102的底部翅片1022上的通孔能够有效增大散热装置102与顶盖101之间的换热面积，进一步强化传热效果。

图9、图10是根据本申请的一些实施例，示出了上述激光雷达100的散热装置内部的温度分布状态，图11是根据本申请的一些实施例，示出了上述激光雷达100的散热装置内部的空气压力分布状态，在图9-11中，颜色相对越深的地方，表明温度或者压力越高。如图9-11所示，在本申请公开的激光雷达100的工作过程中，螺旋扰流片1023的旋转带动空气运动形成压差，使空气有自循环的动力，同时基板1201中心区域有开孔，能够形成空气自循环的贯通流道。因而激光雷达100内部的空气在激光雷达100工作的过程中能够形成自循环流通，其中空气自循环强度(流量、流速)取决于探测装置104的转速以及螺旋扰流片1023的结构。形成空气自循环后，散热装置102周围的空气有径向的移动，大幅度强化了冷空气和热空气的交互，空气会依次掠过冷的顶部翅片1012和热的底部翅片1022，这有效的提高了对流换热系数，底部翅片1022和顶部翅片1012之间的热阻减小。

在形成空气自循环回路的基础上，在顶部翅片1012和底部翅片1022上开设通孔能够进一步增翅片的散热面积并加强通孔区域的空气流动，因而翅片开槽带来的换热面积提升可以带来更加有效的散热效果提升。相反，对于没有形成空气自循环的翅片式换热结构而言，处于热源附近的空气会被加热到一定温度，形成相对稳定的速度分布，达到稳态以后翅片周围的空气温度均较高，冷热空气之间没有充分的交互。在没有空气自循环的情况下，在顶部翅片1012和底部翅片1022上开设通孔虽然能够增翅片的散热面积，但是由于旋转结构的通孔内部的空气流动性不强，开设通孔对边界层面积的提升十分有限，强化换热效果不明显。

在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。

需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (9)

1.一种激光雷达的散热装置，其特征在于，所述散热装置设置于激光雷达的顶盖和激光雷达的探测装置之间，并且所述散热装置相对于所述探测装置固定设置；

所述散热装置包括中心具有开孔的基板和散热扰流部；

所述散热扰流部包括至少一个第一环状散热片和至少一个螺旋状的螺旋扰流片；

在所述基板与所述探测装置之间具有导热部，所述导热部具有空气流通通道，允许所述基板与所述探测装置之间空气流通；

所述顶盖包括顶盖主体和至少两个第二环状散热片，所述至少两个第二环状散热片与所述至少一个第一环状散热片相配合，使得在所述散热装置随所述探测装置相对于所述顶盖旋转时，带动空气循环流过所述散热扰流部、所述顶盖、所述基板中心的开孔以及所述探测装置的顶部。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，

所述至少一个第一环状散热片垂直设置于所述基板的第一侧面上；

所述至少一个螺旋状的扰流片设置于所述至少一个第一环状散热片的侧壁上，并且，所述扰流片的螺旋上升方向与所述探测装置的转动方向相同。

3.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述散热扰流部包括至少两个第一环状散热片，所述至少两个环状散热片同心设置，且每个所述环状散热片的外侧壁上设置有至少两个所述扰流片。

4.如权利要求2或3所述的散热装置，其特征在于，所述至少两个第二环状散热片设置在所述顶盖主体与所述散热装置相对的面上，所述至少两个第二环状散热片与所述至少一个第一环状散热片以预定间隔同心设置。

5.如权利要求4所述的散热装置，其特征在于，所述至少两个第二环状散热片设置在所述顶盖主体的底面上，所述第二环状散热片与所述顶盖的面垂直，并且，所述至少两个所述第二环状散热片与所述至少一个第一环状散热片交错设置。

6.如权利要求4或5所述的散热装置，其特征在于，所述第二环状散热片的侧壁上开有多个与所述基板垂直的通孔。

7.如权利要求2至6中任一项所述的散热装置，其特征在于，所述第一环状散热片的侧壁上开有多个与所述基板垂直的通孔。

8.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热部包括多个金属凸台，所述多个金属凸台分别与所述基板的第二侧面和所述探测装置的顶部连接；所述基板的第二侧面为所述基板与所述探测装置相对的面。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括顶盖、探测装置、主轴和如权利要求1至8中任一项所述的散热装置；

所述主轴位于所述散热装置的基板的下方，所述散热装置能够随所述探测装置绕所述主轴转动。

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