CN110471044A - 散热器和激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种散热器，包括：壳体；导热件，所述导热件的一端伸入所述壳体中以从所述壳体吸收热量，另一端伸出所述壳体外以散发热量；翅片，位于所述壳体中并将热量从所述壳体传递到所述导热件；和散热部，设置在所述导热件的伸出所述壳体外的所述另一端处。本公开的实施例的整个传热过程热阻远小于现有方案中空气强制对流的情况，可以实现旋转结构和定子之间的高效换热。
Description
技术领域
本公开涉及散热技术领域，尤其涉及一种可用于激光雷达的散热器以及包括该散热器的激光雷达。
背景技术
对于旋转结构而言，旋转部分(或者说转子部分)与固定部分(或者说定子部分)之间存在散热需求，一般需要将转子部分的热量散热至固定部分处，而固定部分和转子部分没有直接接触，故目前二者的热交换只能依靠空气对流，虽然也可以通过增大换热面积以及使用翅片结构来小幅度强化对流换热效果，但总的来说提升有限，对于需要大幅散热的器件而言，降低固定部分和转子部分的热阻通常能起到非常好的散热优化效果。
热阻(thermal resistance)的定义为：当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)，即：
上式中，T1为物体一端的温度、T2为物体另一端的温度以及P为发热源的功率。
现有解决方案依然以增加换热面积和使用翅片结构为主。
增加换热面积和使用翅片结构对换热能力的改善非常有限，且收益随散热结构完成度的提升逐渐降低，以转速600rpm为例，使用非常极端的交错翅片结构(翅片的间隙很小，排列合适)也只能将热阻降低至0.75℃/W，对于散热需求比较高的应用场景而言，该热阻依然较大。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
公开内容
有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本公开提出一种散热器，包括：壳体；导热件，所述导热件的一端伸入所述壳体中以从所述壳体吸收热量，另一端伸出所述壳体外以散发热量；翅片，位于所述壳体中并将热量从所述壳体传递到所述导热件；和散热部，设置在所述导热件的伸出所述壳体外的所述另一端处。
根据本公开的一个方面，所述壳体可相对于所述导热件旋转，所述多组翅片包括安装在所述壳体上的第一组翅片和安装在所述导热件上的第二组翅片，所述第一组翅片和第二组翅片交错并间隔布置。
根据本公开的一个方面，在所述导热件与所述壳体之间填充有导热油。根据本公开的一个方面。
根据本公开的一个方面，所述导热件为热管，所述热管包括位于所述壳体内的蒸发段和位于所述壳体外的冷凝段；和/或
所述壳体包括位于其顶部的开口和覆盖所述开口的封盖，所述导热件穿过所述封盖。
根据本公开的一个方面，在所述第一组翅片与所述第二组翅片之间填充有导热油；和/或
所述第一组翅片和第二组翅片沿着水平方向延伸，在所述壳体的底部上的投影至少部分重叠。
根据本公开的一个方面，其中所述散热器是用于激光雷达的散热器。
本公开还涉及一种激光雷达，包括：如上所述的散热器；和转子，所述转子与所述散热器的壳体成整体或者连接在一起。
根据本公开的一个方面，其中所述转子上具有用于容纳所述散热器的壳体的凹槽，所述凹槽的径向尺寸小于所述散热器的壳体的尺寸。
根据本公开的一个方面，其中所述散热器的壳体具有凸缘，所述凸缘上具有孔，所述转子在与所述孔相对应的位置处具有螺纹孔，所述散热器通过穿过所述凸缘的孔和所述螺纹孔的螺杆连接到所述转子。
本公开还涉及一种使用如上所述的散热器对激光雷达进行散热的方法。
本公开的实施例中，通过散热器壳体-翅片-导热件-散热部的传热路径，能够进行高效的散热。
另外，通过在第一组翅片与第二组翅片之间填充导热油的结合，实现了旋转结构和定子之间的高效换热，降低了热阻。在翅片中心设置热管，使用热管从下端至上端导热，换热效率较高。
另外，在本公开的激光雷达中，激光雷达的转子与散热器的壳体是一体结构或紧密接触，因此二者之间导热热阻较小，利于传热。同时，热管通过竖直放置，良好状态下运行的热管有着高于所有已知金属的导热率，热管上端和下端热阻极小。
综上所述，本公开的实施例的整个传热过程热阻远小于现有方案中空气强制对流的情况，可以实现旋转结构和定子之间的高效换热。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了一种散热结构；
图2示出了图1散热结构中的顶盖的立体图；
图3示出了图1散热结构中的散热托盘的立体图；
图4示出了根据本公开一个实施例的一种散热器的剖视图；
图5示出了根据本公开一个实施例的散热器；和
图6示出了根据本公开一个优选实施例的转子的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
发明人知晓的一种散热结构如图1中的散热结构11所示，其中为了清楚起见，没有示出激光雷达下方的转子部分。转子部分位于散热结构11的下方，激光雷达的旋转结构内设置的部件，比如激光发射装置是主要的热量产生的部件。散热结构11主要包括散热托盘13和覆盖在散热托盘上方的顶盖12。如图2和图3所示，散热托盘13和顶盖12在相对的表面上均具有竖直方向的翼片，两组翼片沿着竖直方向相互叠加且交错设置。在工作过程中，转子部分的热量传输至散热托盘13，通过沿着竖直方向交错设置的翼片以及空气作为导热介质，散热托盘13将热量传输至顶盖12，再从顶盖12散热至外部空气。图2示出了顶盖12的立体图，图3示出了散热托盘13的立体图。
第一实施例
图4示出了根据本公开一个实施例的一种散热器20。下面参考图4详细描述。
如图4所示，根据本实施例的散热器20包括壳体21、导热件22、翅片(23，24)和散热部25。其中，壳体21例如用于容纳散热器20的部分内部结构。根据一个优选实施例，当把散热器20应用于激光雷达的散热时，壳体21可以固定连接到激光雷达的转子(主要的热量生成部分或者聚集部分)，或者是与激光雷达的转子构成一个整体部分，从而可以协助激光雷达的转子的热量扩散。后文将详细描述。
导热件22的一端(如图4中导热件22的下端)伸入壳体21中，以从所述壳体21吸收热量，另一端(如图4中导热件22的上端)伸出所述壳体21外，以散发热量。为了有效地将热量从壳体21传递到导热件22上，在壳体21中设置多组翅片，通过翅片，将热量从所述壳体21传递到所述导热件22上。
散热部25设置在所述导热件22的伸出壳体21外的一端处，从而将导热件22的热量向外散发。散热部25是固定结构件，例如是激光雷达的顶盖。当散热器20用于激光雷达时，壳体21可以与激光雷达的转子连接在一起，或者与激光雷达的转子构成整体部分。
下面参考图4描述散热器20的工作过程，其中以散热器20用于对激光雷达进行散热为例进行说明。
散热器20的壳体21连接到激光雷达的转子或者与激光雷达的转子成整体，例如与转子一起进行旋转。在激光雷达工作过程中，激光雷达内部会产生大量的热量，尤其是在转子上。为了保证激光雷达的光电部件正常工作，需要将产生的热量及时排出，避免温度过高。转子的热量被传导到散热器20的壳体21上。壳体21与导热件22之间设置有翅片23和24，通过设置翅片，有效增强了热传导的面积，提高了导热效率，从而将热量快速地传导到导热件22上。导热件22一端位于壳体21中，接收通过翅片传导的热量；导热件的另一端伸出壳体21外，并且连接到散热部25，从而将热量传导到散热部25，用于向外界进行散热。通过以上过程，激光雷达的转子处的热量被有效地散发到周围环境中。需要说明的是，散热部25的材质可以为金属，比如铝合金，以便更好地散热。
本领域技术人员能够理解，除了用于对激光雷达进行散热，本公开的散热器20也可以用于为其他类型的装置提供散热，这些都在本公开的保护范围内。
根据本公开的一个优选实施例，为了加强导热效果，在所述导热件22与所述壳体21之间填充有导热油，从而强化导热件22和壳体21之间的换热，显著降低导热件22和壳体21之间的热阻。另外为了方便添加导热油，所述壳体21在其顶部处设置有加油口。从而当导热油被消耗后，可以通过加油口添加导热油。本领域技术人员理解，导热油的导热率远大于空气，通过填充导热油，能够极大地提高换热效率。本领域技术人员理解，本公开的保护范围不限于导热油，也可以使用其他导热介质。
散热器20的壳体21连接到激光雷达的转子或者与激光雷达的转子成整体，例如与转子一起进行旋转，则壳体21可相对于所述导热件22旋转。也就是说，在散热过程中，壳体21可随着激光雷达的转子转动，而导热件22以及其上安装的散热部25保持静止。所述多组翅片例如包括安装在所述壳体21上的第一组翅片24和安装在所述导热件22上的第二组翅片23，第一组翅片24和第二组翅片23交错并间隔布置。图4示出了第一组翅片24和第二组翅片23的一种优选的布置方式，其中二者沿着水平方向延伸，在所述壳体21的底部上的投影至少部分重叠，即二者在水平方向上交错重叠。可选的，在所述第一组翅片24与所述第二组翅片23之间填充有导热油，从而强化导热件22和壳体21之间的换热，显著降低导热件22和壳体21之间的热阻。本领域技术人员理解，也可以使得二者沿着竖直方向延伸，在竖直方向上交错重叠(例如类似于图2和图3所示的交错重叠方式)，这也在本公开的保护范围内。水平方向上交错重叠可以带来一些优势，例如，第一组翅片24与第二组翅片23在水平周向上是交错的，在第二组翅片23相对于壳体21旋转时，导热介质(例如导热油)集中在周向(若导热油不是很充足，导热油还会偏下部一些)上，而盖子设置于顶部，因而不会发生漏油的问题。而如果使得第一组翅片24与第二组翅片23在竖直方向上交错的话，在产生相对运动时，导热介质(例如导热油)可能会沿着第一组翅片24与第二组翅片23的周向扩散流出，可能导致内部导热油泄露的问题。
在散热器20工作过程中，第一组翅片24与第二组翅片23之间产生相对运动，搅动了位于其间的导热油，从而非常有利于热量迅速地从壳体21传递到导热件22。
根据本公开的一个优选实施例，导热件22为热管，热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段位于所述壳体21内，冷凝段位于壳体21外。如图4所示，热管沿着竖直方向布置，上端与散热部25连接，下端与第二组翅片23连接，用于将热量从下端传递到上端。热管是一种具有高导热性能的传热元件，具有蒸发段及冷凝段，蒸发段(加热段)在下(热管下端)，冷凝段(冷却段)在上(热管上端)，在密闭的管内，管内充入适量工作液体，在热管的下端加热，工作液体吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下,上升到热管上端，并向外界放出热量，凝结为液体。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。本领域技术人员也可以构思使用其他类型的导热件，利用采用导热性能良好的金属制成的导热件，诸如铜制成的导热件。需要说明的是，可以采用水作为导热件22的工作液体。在具体实施中，该导热件22内部可以被抽真空，处于负压状态，可以为19KPa，工作液体的汽化温度为60°。
第一组翅片24设置在导热件22(热管)下端的外侧，优选的，与其他部分(例如外壳21、第二组翅片23等)没有直接接触，从而扩大热管下端的换热面积，增强换热效果。当然，本领域技术人员也可以构思，将第一组翅片24(或第二组翅片)与其他部分相接触，通过直接接触来强化热传导效果，这些都在本公开的保护范围内。
另外，壳体21包括位于其顶部的开口和覆盖所述开口的封盖26，导热件22穿过所述封盖26，一端位于壳体21内，另一端位于壳体21外部。
图5示出了散热器20的剖视图，更清楚地显示出其内部的结构。
根据本公开的优选实施例，散热路径例如包括：壳体→第一组翅片→导热油→第二组翅片→热管下端→热管上端→散热部。
以上是根据本公开第一实施例的散热器20的具体结构。
第二实施例
本公开的第二实施例涉及一种激光雷达，包括如上所述的散热器20以及转子，其中转子与散热器20的壳体21成整体或者连接在一起。
本领域技术人员容易理解，散热器20的壳体21可以是激光雷达的转子的一部分。这里不再赘述。下面主要描述如何将散热器20的壳体21连接到激光雷达的转子。
图6示出了根据本公开一个优选实施例的转子30的示意图。如图6所示转子30包括转子主体31，转子主体31中设置有转轴32，在激光雷达工作过程中，转子主体31环绕转轴32进行旋转。
转子主体31上具有凹槽33，用于容纳所述散热器20的壳体21。凹槽33的形状对应于散热器20的壳体21的形状，可以是圆形，也可以是长方形或者矩形的，也可以是其他的规则或者不规则形状。为了将散热器20的壳体21固定到转子主体31上，可以使得所述凹槽33的径向尺寸(即图6中水平方向的尺寸)小于所述散热器20的壳体21的尺寸，从而通过二者之间的过盈配合，将散热器20牢固地固定在转子主体31的凹槽33内，并随着转子主体31的转动而转动。在加工制造时，可以将散热器20的壳体21的直径生产的比转子主体31中的预留安装散热器20的凹槽33的孔径更大一些，然后将转子主体31进行加热，通过热胀冷缩，凹槽33的孔径增大，足以容纳散热器20的壳体21，此时将散热器20装配到凹槽33中。转子主体31冷却后，凹槽33的尺寸减小，从而将散热器20紧紧地锁定在凹槽33内。
另外优选的，散热器20安装时，使得热管沿着竖直方向竖直放置。这是由于良好状态下运行的热管有着高于所有已知金属的导热率，热管上端和下端热阻极小。
凹槽33的竖直方向的尺寸不必做特别的限定，可以根据激光雷达的外观的要求或者散热的要求来决定。例如为了获得较好的散热效果，可以使得凹槽33的竖直方向的尺寸与壳体21的竖直方向的尺寸大致相同，使得散热部25基本暴露在外，以进行充分的散热。
或者优选地，为了将散热器20固定在转子30上，也可以考虑为所述散热器20的壳体21设置凸缘(未示出)，在凸缘上形成孔，同时在转子30的在与所述孔相对应的位置处加工螺纹孔，利用螺杆或者螺钉，穿过凸缘上的孔以及转子30上的螺纹孔，将散热器20的壳体21压紧在转子30上。
本公开的实施例还涉及一种使用如上所述的散热器20对激光雷达进行散热的方法。
本公开的实施例中，通过散热器壳体-翅片-导热件-散热部的传热路径，能够进行高效的散热。
另外，通过在第一组翅片与第二组翅片之间填充导热油的结合，实现了旋转结构和定子之间的高效换热，降低了热阻。在翅片中心设置热管，使用热管从下端至上端导热，换热效率较高。
另外，在本公开的激光雷达中，激光雷达的转子与散热器的壳体是一体结构或紧密接触，因此二者之间导热热阻较小，利于传热。同时，热管通过竖直放置，良好状态下运行的热管有着高于所有已知金属的导热率，热管上端和下端热阻极小。
综上所述，本公开的实施例的整个传热过程热阻远小于现有方案中空气强制对流的情况，可以实现旋转结构和定子之间的高效换热。
本公开实施例中的方案不仅适用于以上实施例中提及的机械式激光雷达，也适用于其它类型的激光雷达，如振镜扫描式激光雷达、转镜扫描式激光雷达、或者纯固态激光雷达包括Flash激光雷达和相控阵激光雷达等，本公开对所适用的激光雷达的类型并不做任何限制。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种散热器，包括：
壳体；
导热件，所述导热件的一端伸入所述壳体中以从所述壳体吸收热量，另一端伸出所述壳体外以散发热量；
翅片，位于所述壳体中并将热量从所述壳体传递到所述导热件；和
散热部，设置在所述导热件的伸出所述壳体外的所述另一端处。
2.如权利要求1所述的散热器，其中所述壳体可相对于所述导热件旋转，所述翅片包括安装在所述壳体上的第一组翅片和安装在所述导热件上的第二组翅片，所述第一组翅片和第二组翅片交错并间隔布置。
3.如权利要求1或2所述的散热器，其中在所述导热件与所述壳体之间填充有导热油。
4.如权利要求1或2所述的散热器，其中所述导热件为热管，所述热管包括位于所述壳体内的蒸发段和位于所述壳体外的冷凝段；和/或
所述壳体包括位于其顶部的开口和覆盖所述开口的封盖，所述导热件穿过所述封盖。
5.如权利要求2所述的散热器，其中在所述第一组翅片与所述第二组翅片之间填充有导热油；和/或
所述第一组翅片和第二组翅片沿着水平方向延伸，并在所述壳体的底部上的投影至少部分重叠。
6.如权利要求2所述的散热器，其中所述第一组翅片和第二组翅片沿着竖直方向延伸，并在竖直方向上交错。
7.一种激光雷达，包括：
如权利要求1-6中任一项所述的散热器；和
转子，所述转子与所述散热器的壳体成整体或者连接在一起。
8.如权利要求7所述的激光雷达，其中所述转子上具有用于容纳所述散热器的壳体的凹槽，所述凹槽的径向尺寸小于所述散热器的壳体的尺寸。
9.如权利要求7所述的激光雷达，其中所述散热器的壳体具有凸缘，所述凸缘上具有孔，所述转子在与所述孔相对应的位置处具有螺纹孔，所述散热器通过穿过所述凸缘的孔和所述螺纹孔的螺杆连接到所述转子。
10.一种使用如权利要求1-6中任一项所述的散热器对激光雷达进行散热的方法。
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