CN113031273B - 一种头戴显示设备及其散热机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种散热机构，包括开设于壳体底部的进风口、开设于壳体顶部的出风口、设置于壳体内并用于安装PCBA的安装板、设置于安装板顶部并用于发散PCBA的热量的散热器，以及设置于散热器顶部、用于通过气流对其进行强制对流散热的风扇，且风扇的抽风口通过散热器与进风口连通，风扇的排风口与出风口连通。如此，利用开设在壳体底部的进风口与开设在壳体顶部的出风口，在壳体内形成了沿垂向分布的几乎竖直的空气流道，能够使冷空气在壳体内快速流动、快速完成热量在壳体内外的交换，精简了空气流道，提高了空气流速，同时能够将热量及时散发至外界，防止热量在壳体内蓄积，且避免壳体体积增大。本发明还公开一种头戴显示设备，其有益效果如上。

Description

一种头戴显示设备及其散热机构
技术领域
本发明涉及可穿戴设备技术领域，特别涉及一种散热机构。本发明还涉及一种头戴显示设备。
背景技术
随着虚拟现实、增强现实技术的发展，越来越多的头戴显示设备已得到广泛使用。
目前，头戴显示设备大多数采用被动散热的方式，其解决散热的思路基本都是将PCBA、电池模组等发热元件的热量传递至壳体上，然后通过壳体和外界空气进行热交换，进而把热量散发到空气中去。
然而，一方面由于用户在使用头戴显示设备时会经常触摸壳体，壳体的温度过高时会对皮肤会产生热烫等不舒适感，导致产品佩戴体验不佳；另一方面，由于常规壳体有密封性要求，发热元件在壳体内产生的热量容易蓄积，无法快速散发至外界，导致散热效率不佳，且壳体与空气的自然换热效率不高，若要提高换热效率，则必须额外增大壳体的散热面积，导致体积变大。另外，部分头戴显示设备虽然在壳体内使用风冷散热方式，但其空气流道复杂，在壳体内会经过多次弯折、转向，导致空气流速慢，散热效率遭到削弱。
因此，如何将热量及时散发至外界，防止热量在壳体内蓄积，且避免壳体体积增大，同时精简空气流道，提高空气流速，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种散热机构，能够将热量及时散发至外界，防止热量在壳体内蓄积，且避免壳体体积增大，同时精简空气流道，提高空气流速。本发明的另一目的是提供一种头戴显示设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种散热机构，包括开设于壳体底部的进风口、开设于所述壳体顶部的出风口、设置于所述壳体内并用于安装发热元件的安装板、设置于所述安装板顶部并用于发散所述发热元件的热量的散热器，以及设置于所述散热器顶部、通过气流对所述散热器进行散热的风扇，且所述风扇的抽风口通过所述散热器与所述进风口连通，所述风扇的排风口与所述出风口连通。
优选地，所述壳体包括前壳与后壳，且所述进风口为所述前壳与所述后壳之间的底部连接缝隙，所述出风口为所述前壳与所述后壳之间的顶部连接缝隙。
优选地，所述发热元件包括PCBA和电池模组，所述PCBA安装于所述安装板的前表面；所述安装板的背面开设有用于安装电池模组的安装槽，且所述风扇的抽风口朝向所述安装板的背部。
优选地，还包括贴附于所述发热元件表面并用于吸收其热量的吸热板，且所述吸热板与所述散热器相连。
优选地，还包括连接于所述吸热板与所述散热器之间、用于将所述吸热板所吸收的热量传递至所述散热器的导热管。
优选地，所述安装板的顶端端面开设有用于使所述导热管从其前表面延伸至其背面、使气流从其前表面流动至其背面的通风过孔。
优选地，所述抽风口开设于所述风扇的背面，且所述排风口开设于所述风扇的前表面；所述散热器贴附于所述风扇背面且覆盖所述抽风口。
优选地，所述风扇在所述壳体内设置有多个，且各所述风扇安装于所述安装板的顶部上方且沿所述安装板的中轴线对称分布，所述风扇的前表面倾斜向下。
优选地，各所述风扇倾斜安装于所述安装板的顶部，以使各所述风扇的前表面与所述壳体的顶壁抵接。
本发明还提供一种头戴显示设备，包括壳体和设置于所述壳体内的散热机构，其中，所述散热机构具体为上述任一项所述的散热机构。
本发明所提供的散热机构，主要包括进风口、出风口、安装板、散热器和风扇。其中，进风口开设在壳体的底部位置，而出风口开设在壳体的顶部位置，两者在壳体上几乎正对，主要用于使外界冷空气通过进风口进入壳体内部，以及使内部热空气通过出风口排出至外界，并在壳体内形成沿垂向分布的几乎竖直的空气流道。安装板设置在壳体内，主要用于安装PCBA等发热元件。散热器设置在安装板的顶部位置，主要用于吸收PCBA等发热元件的热量，并将其发散，防止热量蓄积。风扇设置在散热器的顶部，其上设置有抽风口和排风口，其中，抽风口通过散热器后与壳体底部的进风口连通，而排风口直接与壳体顶部的出风口连通，主要用于将外界冷空气从进风口处抽入，在壳体内沿垂向分布的空气流道流动，并在进入抽风口之前率先经过散热器，通过冷空气气流对散热器的散热表面进行强制对流散热，再将吸收了散热器所发散的热量的热空气从排风口处直接经出风口排出至外界，如此实现对PCBA等发热元件的风冷散热。因此，本发明所提供的散热机构，通过散热器对PCBA等发热元件的热量进行发散，再通过风扇从进风口处将外界冷空气抽入到壳体内对散热器进行快速散热，最后通过风扇将吸热后的热空气从出风口处排出至外界，能够将热量及时散发至外界，防止热量在壳体内蓄积，并且由于无需利用壳体的表面积进行散热，因此无需额外增大壳体的表面积，进而避免壳体的体积增大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的分解结构示意图。
图2为图1的整体结构示意图。
图3为图2的剖视图。
图4为进风口在壳体上的开设位置示意图。
图5为图3中所示A圈的放大示意图。
图6为图2的局部结构示意图。
图7为图6的另一视角示意图。
图8为图6的侧视图。
其中，图1—图8中：
PCBA—a，电池模组—b；
壳体—1，进风口—2，出风口—3，安装板—4，散热器—5，风扇—6，吸热板—7，导热管—8；
前壳—11，后壳—12，安装槽—41，通风过孔—42，抽风口—61，排风口—62。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1、图2、图3，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的分解结构示意图，图2为图1的整体结构示意图，图3为图2的剖视图。，
在本发明所提供的一种具体实施方式中，散热机构主要包括进风口2、出风口3、安装板4、散热器5和风扇6。
其中，进风口2开设在壳体1的底部位置，而出风口3开设在壳体1的顶部位置，两者在壳体1上几乎正对，主要用于使外界冷空气通过进风口2 进入壳体1内部，以及使内部热空气通过出风口3排出至外界，并在壳体1 内形成沿垂向分布的几乎竖直的空气流道。
安装板4设置在壳体1内，主要用于安装PCBAa、电池模组b等发热元件。散热器5设置在安装板4的顶部位置，主要用于吸收PCBA a等发热元件的热量，并将其发散，防止热量蓄积。
风扇6设置在散热器5的顶部，其上设置有抽风口61和排风口62，其中，抽风口61通过散热器5后与壳体1底部的进风口2连通，而排风口62直接与壳体1顶部的出风口3连通，主要用于将外界冷空气从进风口2处抽入，在壳体1内沿垂向分布的空气流道流动，并在进入抽风口61之前率先经过散热器5，通过冷空气气流对散热器5的散热表面进行强制对流散热，再将吸收了散热器5所发散的热量的热空气从排风口62处直接经出风口3排出至外界，如此实现对PCBA a等发热元件的风冷散热。
因此，本实施例所提供的散热机构，通过散热器5对PCBA a等发热元件的热量进行发散，再通过风扇6从进风口2处将外界冷空气抽入到壳体1内对散热器5进行快速散热，最后通过风扇6将吸热后的热空气从出风口3处排出至外界，能够将热量及时散发至外界，防止热量在壳体1内蓄积，并且由于无需利用壳体1的表面积进行散热，因此无需额外增大壳体1的表面积，进而避免壳体1的体积增大。
同时，本实施例利用开设在壳体1底部的进风口2与开设在壳体1顶部的出风口3，在壳体1内形成了沿垂向分布的几乎竖直的空气流道，能够使冷空气在壳体1内快速流动、快速完成热量在壳体1内外的交换，因此能够精简空气流道，提高空气流速。
如图4、图5所示，图4为进风口2在壳体1上的开设位置示意图，图5 为图3中所示A圈的放大示意图。在关于进风口2与出风口3的一种优选实施例中，进风口2具体开设在壳体1的底壁处，而出风口3具体开设在壳体1 的顶壁处，两者几乎呈互相正对的位置关系，如此设置，当外界冷空气从壳体1底部的进风口2处进入后，即可垂直上升至壳体1顶部的出风口3处，并在流动过程中经过散热器5和风扇6。
进一步的，考虑到壳体1一般为分体式结构，主要包括前壳11与后壳12，两者可互相扣合，方便进行拆装，为此，在本实施例中，进风口2具体为前壳11与后壳12之间的底部连接缝隙，同时，出风口3具体为前壳11与后壳 12之间的顶部连接缝隙。其中，各部位的连接缝隙的具体尺寸参数可根据实际情况进行调整。
如图6、图7、图8所示，图6为图2的局部结构示意图，图7为图6的另一视角示意图，图8为图6的侧视图。
在关于安装板4的一种优选实施例中，该安装板4主要包括板体和安装槽41。其中，板体为安装板4的主体结构，大体呈矩形形状，并且可通过卡接结构或紧固件等可拆卸地安装在壳体1内。PCBA a具体设置在安装板4的前表面上，比如可通过硅脂等胶黏剂实现PCBAa在安装板4上的粘贴安装。
安装槽41开设在板体的背面，主要用于安装电池模组b。由于头戴显示设备在运行时，PCBA a与电池模组b均为发热量较大的发热元件，为此，本实施例中，不仅将风扇6安装在安装板4的顶部，还将风扇6的抽风口61朝向安装板4的背部。如此设置，当外界冷空气从壳体1底部的进风口2进入到壳体1内部时，其中一股气流能够自然地沿着安装板4的表面垂直流动，并对PCBAa上的芯片等电子元器件进行散热，而另一股气流则在抽风口61 的抽吸力作用下，沿着安装板4的背面垂直流动，并对电池模组b进行散热。当然，由于风扇6的抽风口61朝向安装板4的背部，并且并非直接朝向安装槽41，而是与安装槽41的表面呈一定倾角，因此还能够利用抽风口61的抽吸力作用，使得外界冷空气再抽出一股对壳体1内部深处的光机组件等发热元件进行散热。
进一步的，安装板4具体为铜板、铝合金板等金属板，均为热的良导体，从而可利用其与PCBA a及电池模组b的紧贴吸收两者的热量，并作为均温件通过热辐射方式向外发散热量，以在外界冷空气进入到壳体1内时也同时为安装板4进行散热。同时，该安装板4的两侧侧边还可延伸至与壳体1的侧壁相连，从而将安装板4所吸收的PCBA a及电池模组b热量传递至壳体1 上，利用壳体1与外界冷空气的温差进行散热，进而实现被动散热。
此外，为提高安装板4对PCBA a及电池模组b的热量吸收效率，本实施例还在安装板4的前表面及背面上均涂覆设置有硅脂等吸热粘性材料，一方面实现PCBA a及电池模组b在安装板4上的稳定安装，另一方面加快安装板 4的吸热效率。
为提高散热器5对PCBA a的热量发散效率，本实施例在PCBAa上的芯片等电子元器件的表面上贴附设置有吸热板7。具体的，该吸热板7可为铜板、铝合金板等热的良导体，并且具有较大表面积，紧贴在PCBA a的表面上，可高效吸收PCBAa的热量。
进一步的，为使吸热板7能够快速将吸收的热量传递至散热器5处，本实施例还在吸热板7上连接了导热管8。具体的，该导热管8的一端可紧贴连接在吸热板7的表面上，另一端延伸至散热器5处。一般的，导热管8可为铜管、铝合金管等热的良导体。并且，为方便导热管8的末端将热量传递至整个散热器5上，本实施例还在导热管8的末端设置有吸热板7，并将该吸热板7紧贴在散热器5的底面上，从而利用该吸热板7提高传热面积。
不仅如此，考虑到风扇6设置在安装板4的顶部，并且其抽风口61朝向安装板4的背部，而散热器5又设置在风扇6的抽风口61处，因此，为方便导热管8的末端与散热器5相连，本实施例还在安装板4的顶端端面上开设有通风过孔42，以通过该通风过孔42将安装板4的前表面空间与安装板4的背面空间连通。如此设置，一方面可使导热管8从通风过孔42中延伸至安装板4的背面，从而方便地与散热器5的底面相连；另一方面，还可使沿着安装板4前表面流动的冷空气在吸收了PCBA a的热量后，通过通风过孔42流动到安装板4的背面，并顺利地进入到散热器5和风扇6的抽风口61中，从而防止吸收了PCBA a的热量之后的空气在壳体1内蓄积。
在关于风扇6的一种优选实施例中，风扇6可单独设置一个，也可以设置多个，比如2～4个等，当然，考虑到生产成本和体积优化问题，优选为同时设置2个风扇6。相应的，散热器5也同时设置2个，分别安装在对应风扇 6的抽风口61处。同理，导热管8和通风过孔42也同时设置2个，其中，两个导热管8的一端均连接在吸热板7的表面上，而两个导热管8的另一端分别通过其中一个通风过孔42后，连接到各自对应的散热器5的底面上。
同时，考虑到PCBA a、电池模组b和安装板4均具有一定长度，为提高对于PCBAa和电池模组b的散热均衡性，本实施例中，2个通风过孔42在安装板4的顶端端面上沿其长度方向(横向)分布在其两侧，相应的，2个风扇6也安装于安装板4的顶部且沿横向分布(即风扇的前表面朝下)。如此设置，在两个风扇6的同时运行下，外界冷空气将在壳体1内分为多股同时进入到两个散热器5中进行换热，并且冷空气的流动路径基板覆盖PCBA a 及电池模组b的整个表面，避免散热不均现象的产生。
此外，为使风扇6内的流道能够顺应壳体1内几乎竖直的流道，在实施例中，风扇6整体呈扁平状，从而避免占用过多高度空间，并且抽风口61具体开设在风扇6的背面(底面)，而排风口62具体开设在风扇6的前表面(顶面)。相应的，散热器5即安装在风扇6的背面，并且覆盖在抽风口61上。具体的，散热器5也可通过硅脂等吸热粘性材料粘贴在风扇6的背面上。
进一步的，考虑到出风口3开设在前壳11与后壳12的顶部连接缝隙中，而风扇6的排风口62为了与出风口3对齐，排风口62具体可开设在风扇6 的前表面的前端位置处(而非抽风口61的背面中心位置)，并形成矩形口状，以与呈狭长缝隙状的出风口3对应。并且，考虑到风扇6的抽风口61与排风口62并非同轴设置，且排风口62偏离风扇6的前表面中心，为降低风阻，避免影响气流流速，本实施例将风扇6上与排风口62连接的前端侧壁设置为弧形板，从而使得热空气在风扇6内流转时，能够自然地顺着该弧形板流动到排风口62处。
另外，考虑到风扇6设置在安装板4的顶部位置，整体位于后壳12的顶部区域，为避免风扇6的存在占用过多的后壳12顶部空间，防止后壳12的体积变大，在本实施例中，各个风扇6均倾斜设置在安装板4的顶部，比如倾斜10°～30°等，并且由弯曲延伸的导热管8的末端进行支撑，如此设置，一方面可保证各个风扇6的抽风口61能够顺利正对着安装板4的背部，另一方面可使各个风扇6的前表面与后壳12的顶壁抵接。
进一步的，各个风扇6的前表面的具体形状可与后壳12的顶壁形状相匹配，一般的，后壳12的顶壁形状为弧形面，而风扇6的前表面也为相同形状的弧形面，从而使得风扇6的前表面能够紧贴在后壳12的顶壁上，提高压紧力和安装稳定性。
在关于散热器5的一种优选实施例中，考虑到散热器5粘贴在风扇6的背面上，并覆盖在抽风口61处，而外界冷空气受到抽风口61的抽吸力在壳体1内流动时，将沿周向上的多个方向同时涌入到呈圆形(或矩形)的抽风口61内，为保证冷空气在流动过程中能够顺利通过散热器5中的各个缝隙进入到抽风口61内，在本实施例中，散热器5包括多组散热鳍片。具体的，各组散热鳍片可分别沿着周向方向上的不同径向方向进行排列，比如可排列成圆形或矩形等，每组散热鳍片均包括多片平行分布的鳍片，从而使得相邻两片鳍片间的缝隙方向相同，进而在冷空气通过时，不同方向涌入的冷空气能够顺着对应排列方向分布的各组散热鳍片中的间隙进行流动，因此能够尽量降低冷空气在流动时的风阻，避免影响风速。
本实施例还提供一种头戴显示设备，主要包括壳体1和设置在壳体1内的散热机构，其中，该散热机构的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种散热机构，其特征在于，包括开设于壳体(1)底部的进风口(2)、开设于所述壳体(1)顶部的出风口(3)、设置于所述壳体(1)内并用于安装发热元件的安装板(4)、设置于所述安装板(4)顶部并用于发散所述发热元件的热量的散热器(5)，以及设置于所述散热器(5)顶部、通过气流对所述散热器(5)进行散热的风扇(6)，且所述风扇(6)的抽风口(61)通过所述散热器(5)与所述进风口(2)连通，所述风扇(6)的排风口(62)与所述出风口(3)连通；
所述发热元件包括PCBA(a)和电池模组(b)，所述PCBA(a)安装于所述安装板(4)的前表面；所述安装板(4)的背面开设有用于安装所述电池模组(b)的安装槽(41)，且所述风扇(6)的抽风口(61)朝向所述安装板(4)的背部，以使外界冷空气从所述进风口(2)进入到所述壳体(1)内部时，其中一股气流沿着所述安装板(4)的表面垂直流动，并对PCBA(a)上的电子元器件进行散热，以及另一股气流在所述抽风口(61)的抽吸力作用下，沿着所述安装板(4)的背面垂直流动，并对电池模组(b)进行散热；
所述风扇(6)的抽风口(61)与所述安装槽(41)的表面呈一定倾角，以利用所述抽风口(61)的抽吸力作用使得外界冷空气再抽出一股气流对所述壳体(1)内部深处的发热元件进行散热；
还包括贴附于所述发热元件表面并用于吸收其热量的吸热板(7)，且所述吸热板(7)与所述散热器(5)相连；
还包括连接于所述吸热板(7)与所述散热器(5)之间、用于将所述吸热板(7)所吸收的热量传递至所述散热器(5)的导热管(8)；
所述安装板(4)的顶端端面开设有通风过孔(42)，用于使所述导热管(8)的末端从所述安装板(4)的前表面延伸至其背面并与所述散热器(5)相连，以及使吸收了所述PCBA(a)热量的气流从所述安装板(4)的前表面流动至其背面并进入到所述抽风口(61)中。
2.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，所述壳体(1)包括前壳(11)与后壳(12)，且所述进风口(2)为所述前壳(11)与所述后壳(12)之间的底部连接缝隙，所述出风口(3)为所述前壳(11)与所述后壳(12)之间的顶部连接缝隙。
3.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，所述抽风口(61)开设于所述风扇(6)的背面，且所述排风口(62)开设于所述风扇(6)的前表面；所述散热器(5)贴附于所述风扇(6)背面且覆盖所述抽风口(61)。
4.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，所述风扇(6)在所述壳体(1)内设置有多个，且各所述风扇(6)安装于所述安装板(4)的顶部上方且沿所述安装板的中轴线对称分布，所述风扇(6)的前表面倾斜向下。
5.根据权利要求4所述的散热机构，其特征在于，各所述风扇(6)倾斜安装于所述安装板(4)的顶部，以使各所述风扇(6)的前表面与所述壳体(1)的顶壁抵接。
6.一种头戴显示设备，包括壳体(1)和设置于所述壳体(1)内的散热机构，其特征在于，所述散热机构具体为权利要求1-5任一项所述的散热机构。
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