CN113661568A - 用于封闭和开放设备的基于mems的冷却系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种包括主动冷却系统的系统。主动冷却系统包括与流体连通并被配置为使用振动运动引导流体朝向一个或多个发热结构的表面的冷却元件。热量从发热结构传递到流体。系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过温度低于发热结构的表面的结构的路径。该结构从流体中吸收热量。该结构在系统内并且远离主动冷却系统。

Description

用于封闭和开放设备的基于MEMS的冷却系统

对其他申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月16日提交的题为“MEMS BASED COOLING SYSTEM FORCLOSED DEVICES”的美国临时专利申请第63/079,448号和于2019年12月17日提交的题为“AIRFLOW CONTROL SYSTEM IN PIEZOCESVIC DEVICES”的美国临时专利申请第62/949,383号的优先权，出于所有目的，两者均通过引用并入本文。

背景技术

随着计算设备在速度和计算能力上的提高，计算设备产生的热量也会增加。已经提出了各种机制来解决热量的产生。主动设备(例如风扇)可用于驱动空气通过大型计算设备(例如笔记本计算机或台式计算机)。被动冷却设备(例如散热器)可用于较小的移动计算设备，例如智能手机、虚拟现实设备和平板计算机。然而，这种主动和被动设备可能无法充分冷却移动设备(例如智能手机)和更大的设备(例如笔记本计算机和台式计算机)。因此，需要用于计算设备的额外冷却解决方案。

附图说明

在以下详细描述和附图中公开了本发明的各种实施例。

图1A-1E描绘了包括中心锚定的冷却元件的主动冷却系统的实施例。

图2A-2B描绘了可用于包括中心锚定的冷却元件的主动冷却系统中的冷却元件的实施例。

图3A-3B描绘了可用于包括中心锚定的冷却元件的主动冷却系统中的冷却元件的实施例。

图4A-4C是描绘主动冷却系统的实施例的图表。

图5A-5E描绘了形成在瓦片中的主动冷却系统的实施例。

图6A-6B描绘了在设备中使用的主动冷却系统的实施例。

图7A-7B描绘了在设备中使用的主动冷却系统的实施例。

图8描绘了如在智能手机中使用的主动冷却系统的实施例。

图9A-9B描绘了如在封闭智能手机中使用的主动冷却系统的实施例。

图10A-10D描绘了具有和不具有冷却系统的智能手机的实施例和性能。

图11A-11C描绘了具有和不具有冷却系统的笔记本计算机的实施例的性能。

图12A-12D描绘了具有和不具有冷却系统的笔记本计算机的实施例的性能。

具体实施方式

本发明可以以多种方式实施，包括作为过程；仪器；系统；物质的组成；包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，例如被配置为执行存储在联接到处理器的存储器上和/或由其提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实施方式或本发明可以采用的任何其他形式可以称为技术。通常，在本发明的范围内可以改变所公开过程的步骤的顺序。除非另有说明，被描述为被配置为执行任务的诸如处理器或存储器之类的部件可以被实现为被临时配置为在给定时间执行任务的通用部件或被制造为执行任务的特定部件。如本文所用，术语“处理器”是指一个或多个设备、电路和/或处理核心，其被配置为处理数据，例如计算机程序指令。

下面提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述以及说明本发明原理的附图。结合这些实施例描述了本发明，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明包括许多替代、修改和等同物。在以下描述中阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。这些细节是为了举例的目的而提供的，并且本发明可以根据权利要求书来实践，而无需这些特定细节中的一些或全部。为清楚起见，与本发明相关的技术领域中已知的技术材料并未详细描述，以免不必要地混淆本发明。

随着半导体器件变得越来越强大，操作过程中产生的热量也越来越大。例如，诸如智能手机、平板计算机、笔记本计算机和虚拟现实设备等移动设备的处理器可以以高时钟速度运行，但会产生大量热量。由于产生的热量，处理器可能仅在相对较短的时间内全速运行。在此时间到期后，将发生节流(例如，处理器时钟速度减慢)。虽然节流可以减少热量的产生，但它也会对处理器速度产生不利影响，并且从而影响使用处理器的设备的性能。随着技术向5G及以后发展，这个问题预计会加剧。

较大的设备，如笔记本计算机或台式计算机，包括具有旋转叶片的电风扇。风扇可响应内部部件温度升高而通电。风扇驱动空气通过较大的设备来冷却内部部件。然而，这种风扇对于诸如智能手机的移动设备或诸如平板计算机的较薄的设备来说通常太大。由于存在于部件表面的空气边界层，风扇也可能具有有限的功效，为穿过需要冷却的热表面的气流提供有限的空气速度，并且可能产生过量的噪音。被动冷却解决方案可能包括诸如散热器和热管或均热板的部件以将热量传递到热交换器。尽管散热器在一定程度上减轻了热点处的温度升高，但可能无法充分解决当前和未来设备中产生的热量。类似地，热管或均热板可能提供的热量不足以去除产生的过多热量。

计算设备的不同配置进一步使热管理复杂化。例如，诸如笔记本计算机的计算设备经常对外部环境开放，而诸如智能手机的其他计算设备通常对外部环境封闭。因此，用于开放设备(例如风扇)的主动热管理解决方案可能不适用于封闭设备。将加热流体从计算设备内部驱动到外部环境的风扇对于诸如智能手机的封闭计算设备来说可能太大并且可能提供有限的流体流动。此外，即使风扇可以并入封闭计算设备中，封闭计算设备也没有用于加热流体的出口。因此，由这种开放设备机制提供的热管理可能具有有限的功效。即使对于开放计算设备，入口和/或出口的位置也可以针对不同设备进行不同配置。例如，笔记本计算机中用于风扇驱动的流体流的出口可能需要远离用户的手或位于加热流体的流出物中的其他结构。这样的配置不仅防止了用户的不适，而且还允许风扇提供所需的冷却。具有不同配置的另一移动设备可能需要不同地配置入口和/或出口，可能降低此类热管理系统的功效并且可能阻止使用此类热管理系统。因此，需要用于改进计算设备中的冷却的机制。

描述了一种包括主动冷却系统的系统。主动冷却系统包括与流体连通并被配置为使用振动运动引导流体朝向一个或多个发热结构的表面的冷却元件。热量从发热结构传递到流体。该系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过温度低于发热结构的表面的结构的路径。该结构从流体中吸收热量。该结构在系统内并且远离主动冷却系统。

在一些实施例中，该系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过该结构的路径并返回到主动冷却系统。因此，系统可以是封闭系统。该系统可包括至少一个允许与外部环境流体连通的通风口。因此，该系统可以是开放系统。在这样的实施例中，系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过该结构的路径并通过一个或多个通风口离开系统到外部环境。例如，系统可以包括入口和出口。流体可以通过入口进入，行进到主动冷却系统并被驱向发热结构的表面。流体因此沿着从一个或多个发热结构的表面经过结构并通过出口的路径。

主动冷却系统的冷却元件可以包括第一侧和第二侧。第一侧在一个或多个发热结构的远侧并且与流体连通。第二侧靠近一个或多个发热结构。冷却元件被配置成使用振动运动将流体从第一侧引导到第二侧，使得流体被朝向一个或多个发热结构的表面驱动。在一些实施例中，主动冷却系统还包括支撑结构并且冷却元件选自中央锚定的冷却元件和边缘锚定的冷却元件。中央锚定的冷却元件具有中央区域和周边。中央锚定的冷却元件在中央区域由支撑结构支撑。周边的至少一部分没有被钉扎。边缘锚定的冷却元件具有中心部分和边缘。边缘锚定的冷却元件在边缘处由支撑结构支撑并且其中具有至少一个孔。主动冷却系统还可包括其中具有一个或多个孔口的孔口板。孔口板设置在冷却元件和一个或多个发热结构的表面之间。致动冷却元件以驱动流体通过一个或多个孔口。流体从一个或多个孔口流向一个或多个发热结构的表面。在一些实施例中，主动冷却系统具有不超过两毫米的厚度。

一个或多个发热结构可具有特征功率与时间曲线。曲线可能在第一时间具有特征节流点。一个或多个发热结构具有一条或多条主动冷却功率与时间曲线。这些主动冷却曲线可能在第二时间具有主动冷却节流点。第一时间比第二时间少。

在一些实施例中，系统包括多个冷却单元。每个冷却单元包括与流体连通的冷却元件。冷却元件还被配置为使用振动运动引导流体朝向一个或多个发热结构的表面以从一个或多个发热结构提取热量。该系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过系统内的结构的路径，其温度低于一个或多个发热结构的表面并且远离主动冷却系统。该结构从流体中吸收热量。在一些实施例中，该系统被配置为使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过该结构的路径并返回到主动冷却系统。在一些实施例中，该系统包括至少一个允许与外部环境流体连通的通风口。在这样的实施例中，该系统被配置成使得流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过结构的路径，并通过至少一个通风口离开该系统到外部环境。

在一些实施例中，冷却元件包括第一侧和第二侧。第一侧在一个或多个发热结构的远侧并且与流体连通。第二侧靠近一个或多个发热结构。冷却元件被配置成使用振动运动将流体从第一侧引导到第二侧，使得流体朝向至少一个发热结构的表面行进。冷却元件可以选自中央锚定的冷却元件和边缘钉扎的冷却元件。在一些实施例中，主动冷却系统包括其中具有一个或多个孔口的孔口板。孔口板设置在冷却元件和一个或多个发热结构的表面之间。致动冷却元件以驱动流体通过一个或多个孔口。流体从一个或多个孔口流向一个或多个发热结构的表面。在一些实施例中，主动冷却系统具有不超过两毫米的厚度。

一个或多个发热结构可具有特征功率与时间曲线。曲线可能在第一时间具有特征节流点。一个或多个发热结构具有一条或多条主动冷却功率与时间曲线。这些主动冷却曲线可能在第二时间具有主动冷却节流点。第一时间比第二时间少。

还描述了一种方法。该方法包括驱动主动冷却系统的冷却元件以引起某一频率的振动运动。该冷却元件与流体连通且配置成使用振动运动引导流体朝向一个或多个发热结构的表面以从一个或多个发热结构提取热量。该方法还包括引导流体沿着从一个或多个发热结构的表面经过温度低于发热结构的表面的结构的路径。该结构在系统内，远离主动冷却系统并从流体吸收热量。在一些实施例中，流体被引导以沿着从一个或多个发热结构的表面经过部件的路径并返回到主动冷却系统。在一些实施例中，流体被引导以沿着从至少一个发热结构的表面经过部件的路径并且通过至少一个通风口离开系统到外部环境。

图1A-1E是描绘可与发热结构102一起使用并且包括中心锚定的冷却元件120的主动冷却系统100的示例性实施例的图表。为了清楚起见，仅示出了某些部件。图1A-1E不是按比例绘制的。尽管示出为对称，但冷却系统100不一定是对称的。

冷却系统100包括其中具有通风口112的顶板110、冷却元件120、其中具有孔口132的孔口板130、支撑结构(或“锚固件”)160以及形成于其中的腔室140和150(统称为腔室140/150)。冷却元件120在其中心区域由锚固件160支撑。冷却元件120的靠近并包括冷却元件周边的部分(例如尖端121)的区域在被致动时振动。在一些实施例中，冷却元件120的尖端121包括离锚固件160最远的周边的一部分并且在致动冷却元件120期间经历最大的偏转。为了清楚起见，图1A中仅标记了冷却元件120的一个尖端121。

图1A描绘了处于中间位置的冷却系统100。因此，冷却元件120被示为基本平坦的。对于同相操作，冷却元件120被驱动以在图1B和1C所示的位置之间振动。这种振动运动以高速和/或流速将流体(例如空气)吸入通风口112，通过腔室140和150并排出孔口132。例如，流体撞击发热结构102的速度可以是至少每秒三十米。在一些实施例中，流体由冷却元件120以每秒至少四十五米的速度朝向发热结构102驱动。在一些实施例中，流体被冷却元件120以至少每秒六十米的速度朝向发热结构102驱动。在一些实施例中，其他速度也是可能的。冷却系统100还被配置成使得很少或没有流体通过冷却元件120的振动运动通过孔口132被抽回腔室140/150。

发热结构102需要由冷却系统100冷却。在一些实施例中，发热结构102产生热量。例如，发热结构可以是集成电路。在一些实施例中，发热结构102需要被冷却但本身不产生热量。发热结构102可以传导热量(例如来自附近产生热量的物体)。例如，发热结构102可以是散热器或均热板。因此，发热结构102可以包括一个或多个半导体部件，其包括单独的集成电路部件，例如处理器、一个或多个其他集成电路和/或一个或多个芯片封装；一个或多个传感器；一个或多个光学设备；一节或多节电池；电子设备的一个或多个其他部件，例如计算设备；散热器；热管；需要冷却的一个或多个其他电子部件和/或一个或多个其他设备。

希望在其中使用冷却系统100的设备也可能具有放置冷却系统的有限空间。例如，冷却系统100可以用在计算设备中。此类计算设备可包括但不限于智能手机、平板计算机、笔记本计算机、平板计算机、二合一笔记本计算机、手持游戏系统、数码相机、虚拟现实耳机、增强现实耳机、混合现实耳机和其他很薄的设备。冷却系统100可以是能够驻留在移动计算设备和/或在至少一维上具有有限空间的其他设备内的微机电系统(MEMS)冷却系统。例如，冷却系统100的总高度(从发热结构102的顶部到顶板110的顶部)可以小于2毫米。在一些实施例中，冷却系统100的总高度不超过1.5毫米。在一些实施例中，该总高度不超过1.1毫米。在一些实施例中，总高度不超过一毫米。在一些实施例中，总高度不超过两百五十微米。类似地，孔口板130的底部和发热结构102的顶部之间的距离y可以很小。在一些实施例中，y为至少两百微米且不超过一毫米。在一些实施例中，y为至少两百微米且不超过三百微米。因此，冷却系统100是可用的计算设备和/或在至少一维上具有有限空间的其他设备。然而，没有什么可以阻止将冷却系统100用于对空间和/或除冷却之外的目的具有较少限制的设备中。尽管示出了一个冷却系统100(例如一个冷却单元)，但是可以结合发热结构102使用多个冷却系统100。例如，可以利用一维或二维阵列的冷却单元。

冷却系统100与用于冷却发热结构102的流体连通。流体可以是气体或液体。例如，流体可以是空气。在一些实施例中，流体包括来自冷却系统100所在的设备外部的流体(例如，通过设备中的外部通风口提供)。在一些实施例中，流体在冷却系统所在的设备内(例如在封闭设备中)循环。

冷却元件120可以被认为将主动冷却系统100的内部分成顶部腔室140和底部腔室150。顶部腔室140由冷却元件120、侧面和顶板110形成。底部腔室150通过孔口板130、侧面、冷却元件120和锚固件160形成。顶部腔室140和底部腔室150在冷却元件120的周边连接并且一起形成腔室140/150(例如冷却系统100的内部腔室)。

顶部腔室140的尺寸和配置可以是单元(冷却系统100)尺寸、冷却元件120运动和操作频率的函数。顶部腔室140具有高度h1。可选择顶部腔室140的高度以提供足够的压力以将流体驱动至底部腔室140并以期望的流速和/或速度通过孔口132。顶部腔室140也足够高以致冷却元件120在致动时不接触顶板140。在一些实施例中，顶部腔室140的高度为至少五十微米且不超过五百微米。在一些实施例中，顶部腔室140具有至少两百且不超过三百微米的高度。

底部腔室150具有高度h2。在一些实施例中，底部腔室150的高度足以容纳冷却元件120的运动。因此，在正常操作期间，冷却元件120的任何部分都不接触孔口板130。底部腔室150通常小于顶部腔室140并且可以帮助减少流体回流到孔口132中。在一些实施例中，底部腔室150的高度是冷却元件120的最大偏转加上至少五微米并且不超过十微米。在一些实施例中，冷却元件120的偏转(例如尖端121的偏转)具有至少十微米且不超过一百微米的幅度。在一些这样的实施例中，冷却元件120的偏转幅度为至少十微米且不超过六十微米。然而，冷却元件120的偏转幅度取决于诸如通过冷却系统100的期望流速和冷却系统100的配置之类的因素。因此，底部腔室150的高度通常取决于通过冷却系统100的其他部件的流速。

顶板110包括通风口112，流体可以通过该通风口112被吸入冷却系统100。顶部通风口112可以具有基于腔室140中期望的声压选择的尺寸。例如，在一些实施例中，通气孔112的宽度w至少为五百微米且不超过一千微米。在一些实施例中，通风口112的宽度为至少两百五十微米且不超过两千微米。在所示实施例中，通风口112是顶板110中位于中心的孔。在其他实施例中，通风口112可以位于别处。例如，通风口112可以更靠近顶板110的边缘之一。通风口112可以具有圆形、矩形或其他形状的覆盖区。尽管示出了单个通风口112，但可以使用多个通风口。例如，通风口可以朝向顶部腔室140的边缘偏移或位于顶部腔室140的一个或多个侧面上。虽然顶板110被示出为基本上平坦的，但是在一些实施例中可以提供沟槽和/或其他结构在顶板110中以修改顶部腔室140和/或顶板110上方区域的配置。

锚固件(支撑结构)160在冷却元件120的中央部分支撑冷却元件120。因此，冷却元件120的周边的至少一部分没有被钉扎并且自由振动。在一些实施例中，锚定件160沿着冷却元件120的中心轴线(例如，垂直于图1A-1E中的页面)延伸。在这样的实施例中，振动的冷却元件120的部分(例如包括尖端121)以悬臂方式移动。因此，冷却元件120的部分可以以类似于蝴蝶的翅膀(即同相)和/或类似于跷跷板(即异相)的方式移动。因此，以悬臂方式振动的冷却元件120的部分在一些实施例中是同相的，而在其他实施例中是异相的。在一些实施例中，锚固件160不沿冷却元件120的轴线延伸。在这样的实施例中，冷却元件120的周边的所有部分都可以自由振动(例如类似于水母)。在所示实施例中，锚固件160从冷却元件120的底部支撑冷却元件120。在其他实施例中，锚固件160可以以另一种方式支撑冷却元件120。例如，锚固件160可以从顶部支撑冷却元件120(例如冷却元件120悬挂在锚固件160上)。在一些实施例中，锚固件160的宽度a为至少0.5毫米且不超过4毫米。在一些实施例中，锚固件160的宽度为至少2毫米且不超过2.5毫米。锚固件160可占据冷却元件120的至少百分之十且不超过百分之五十。

冷却元件120具有远离发热结构102的第一侧和靠近发热结构102的第二侧。在图1A-1E中所示的实施例中，冷却元件120的第一侧是冷却元件120的顶部(更靠近顶板110)并且第二侧是冷却元件120的底部(更靠近孔口板130)。致动冷却元件120以进行如图1A-1E中所示的振动运动。冷却元件120的振动运动将流体从冷却元件120的远离发热结构102的第一侧(例如从顶部腔室140)驱动到靠近发热结构102的冷却元件120的第二侧(例如到底部腔室150)。冷却元件120的振动运动也将流体通过通风口112吸入顶部腔室140；迫使流体从顶部腔室140流向底部腔室150；并且通过孔口板130的孔口132驱动来自底部腔室140的流体。

冷却元件120的长度L取决于冷却元件120希望振动的频率。在一些实施例中，冷却元件120的长度为至少四毫米且不超过十毫米。在一些这样的实施例中，冷却元件120的长度为至少六毫米且不超过八毫米。冷却元件120的深度(例如，垂直于图1A-1E所示的平面)可以从L的四分之一到L的两倍变化。例如，冷却元件120可以具有与长度相同的深度。冷却元件120的厚度t可基于冷却元件120的配置和/或冷却元件120期望被致动的频率而变化。在一些实施例中，对于长度为八毫米并以至少二十千赫兹且不超过二十五千赫兹的频率驱动的冷却元件120，冷却元件厚度为至少两百微米且不超过三百五十微米。腔室140/150的长度C接近冷却元件120的长度L。例如，在一些实施例中，冷却元件120的边缘和腔室140/50的壁之间的距离d为至少一百微米且不超过五百微米。在一些实施例中，d为至少两百微米且不超过三百微米。

冷却元件120可以以处于或接近用于顶部腔室140中的流体的压力波的声共振的共振频率和用于冷却元件120的结构共振的共振频率两者的频率被驱动。冷却元件120的经历振动运动的部分在冷却元件120的共振(“结构共振”)处或附近被驱动。冷却元件120的经历振动的这部分在一些实施例中可以是悬臂部分。结构共振的振动频率称为结构共振频率。在驱动冷却元件112中使用结构共振频率降低了冷却系统100的功耗。冷却元件120和顶部腔室140也可以被配置为使得该结构共振频率对应于被驱动通过顶部腔室140的流体中的压力波的共振(顶部腔室140的声共振)。这种压力波的频率称为声共振频率。在声共振时，压力节点出现在通风口112附近并且压力腹点出现在冷却系统100的周边附近(例如，靠近冷却元件120的尖端121并且靠近顶部腔室140和底部腔室150之间的连接)。这两个区域之间的距离是C/2。因此，C/2=nλ/4，其中λ是流体的声波波长，n是奇数(例如n=1、3、5等)。对于最低阶模式，C=λ/2。因为在一些实施例中腔室140的长度(例如C)接近冷却元件120的长度，也近似事实的是，L/2=nλ/4，其中λ是用于流体的声波波长且n是奇数。因此，冷却元件120被驱动的频率ν处于或接近冷却元件120的结构共振频率。频率ν也处于或接近至少顶部腔室140的声共振频率。顶部腔室140的声共振频率相比冷却元件120的结构共振频率随着诸如温度和尺寸的参数通常变化不大。因此，在一些实施例中，冷却元件120可以以(或接近)结构共振频率而非声共振频率被驱动。

孔口板130在其中具有孔口132。尽管示出了特定数量和分布的孔口132，但可以使用其他数量和/或其他分布。单个孔口板130用于单个冷却系统100。在其他实施例中，多个冷却系统100可以共享一个孔口板。例如，可以以期望的配置一起提供多个单元100。在这样的实施例中，单元100可以具有相同的尺寸和配置或一个或多个不同的尺寸和/或配置。孔口132被示为具有垂直于发热结构102的表面定向的轴线。在其他实施例中，一个或多个孔口132的轴线可以成另一角度。例如，轴线的角度可以选自基本为零的度数和非零的锐角。孔口132还具有基本上平行于孔口板130的表面的法线的侧壁。在一些情况下，孔口可以具有与孔口板130的表面的法线成非零角度的侧壁。例如，孔口132可以是锥形成形。此外，虽然孔口位置130被示为基本上平坦的，但在一些实施例中，可以在孔口板130中提供沟槽和/或其他结构以修改底部腔室150的配置和/或孔口板130与发热结构102之间的区域。

孔口132的尺寸、分布和位置被选择以控制被驱动到发热结构102的表面的流体的流速。孔口132的位置和配置可以被配置为增加/最大化来自底部腔室150通过孔口132到达喷射通道(孔口板130的底部和发热结构102的顶部之间的区域)的流体流。还可以选择孔口132的位置和配置以减少/最小化从喷射通道通过孔口132的吸入流(例如回流)。例如，孔口的位置需要离尖端121足够远，将通过孔口132将流体拉入底部腔室150的冷却元件120(尖端121远离孔口板13移动)的上冲程中的吸力减小。还期望孔口的位置足够靠近尖端121，使得冷却元件120的上冲程中的吸力也允许来自顶部腔室140的更高压力以将流体从顶部腔室140推入底部腔室150。在一些实施例中，从顶部腔室140进入底部腔室150的流速与在上冲程中从喷射通道通过孔口132的流速的比(“净流量比”)大于2:1。在一些实施例中，净流量比为至少85:15。在一些实施例中，净流量比为至少90:10。为了提供所需的压力、流速、吸力和净流量比，需要孔口132与尖端121的距离至少为r1，并且与冷却元件120的尖端121的距离不超过r2。在一些实施例中，r1至少为一百微米(例如r1 ≥ 100 μm)并且r2不超过一毫米(例如r2 ≤ 1000 μm)。在一些实施例中，孔口132距冷却元件120的尖端121至少两百微米(例如r1 ≥ 200 μm)。在一些这样的实施例中，孔口132距冷却元件120的尖端121至少三百微米(例如r1 ≥ 300 μm)。在一些实施例中，孔口132具有至少一百微米且不超过五百微米的宽度。在一些实施例中，孔口132具有至少两百微米且不超过三百微米的宽度。在一些实施例中，孔口间距s为至少一百微米且不超过一毫米。在一些这样的实施例中，孔口间距为至少四百微米且不超过六百微米。在一些实施例中，还期望孔口132占据孔口板130的面积的特定部分。例如，孔口132可覆盖孔口板130的覆盖区的至少百分之五且不超过百分之十五以实现通过孔口132的流体的期望流速。在一些实施例中，孔口132覆盖孔口板130的覆盖区的至少百分之八并且不超过百分之十二。

在一些实施例中，使用压电致动冷却元件120。因此，冷却元件120可以是压电冷却元件。冷却元件120可由安装在冷却元件120上或集成到冷却元件120中的压电驱动。在一些实施例中，冷却元件120以另一种方式被驱动，包括但不限于在冷却系统100中的另一结构上提供压电。冷却元件120和类似的冷却元件在下文中被称为压电冷却元件，尽管可以使用除压电之外的机构来驱动冷却元件。在一些实施例中，冷却元件120包括基底上的压电层。基底可以是不锈钢、镍合金和/或哈氏合金基底。在一些实施例中，压电层包括在基底上形成为薄膜的多个子层。在其他实施例中，压电层可以是固定到基底的主体层(bulk layer)。这种压电冷却元件120还包括用于激活压电元件的电极。在一些实施例中，基底用作电极。在其他实施例中，可以在基底和压电层之间提供底部电极。压电冷却元件中可以包括其他层，包括但不限于种子层、覆盖层、钝化层或其他层。因此，可以使用压电来致动冷却元件120。

在一些实施例中，冷却系统100包括烟囱(未示出)或其他管道。这种管道为加热的流体提供流动离开发热结构102的路径。在一些实施例中，管道将流体返回到顶板110的远离发热结构102的一侧。在一些实施例中，管道可以替代引导流体在平行于发热结构102的方向上从发热结构102离开或垂直于发热结构102但在相反方向上(例如朝向页面底部)。对于在冷却系统100中使用设备外部的流体的设备，管道可以将加热的流体引导至通风口。在这样的实施例中，可以从入口通风口提供额外的流体。在设备被封闭的实施例中，管道可以提供返回到靠近通风口112且远离发热结构102的区域的迂回路径。这样的路径允许流体在被重新使用以冷却发热结构102之前消散热量。在其他实施例中，管道可以被省略或以另一种方式配置。因此，允许流体从发热结构102带走热量。

冷却系统100的操作在图1A-1E的背景中被描述。尽管在特定压力、间隙尺寸和流动时间的背景中进行了描述，但是冷却系统100的操作不依赖于本文的解释。图1B-1C描绘了冷却系统100的同相操作。参考图1B，冷却元件120已被致动，使得其尖端121远离顶板110移动。因此，图1B可以被认为描绘了冷却元件120的下冲程的结束。由于冷却元件120的振动运动，底部腔室150的间隙152的尺寸减小并且被示出为间隙152B。相反，顶部腔室140的间隙142的尺寸增加并且显示为间隙142B。在下冲程期间，当冷却元件120处于中间位置时，在周边产生较低(例如，最小)压力。随着下冲程的继续，底部腔室150的尺寸减小且顶部腔室140的尺寸增加，如图1B所示。因此，流体在与孔口板130的表面和/或发热结构102的顶面处于或接近垂直的方向上被驱出孔口132。流体以高速被从孔口132驱向发热结构102，例如超过每秒35米。在一些实施例中，流体然后沿着发热结构102的表面并朝向发热结构102的周边行进，其中压力低于孔口132附近的压力。同样在下冲程中，顶部腔室140的尺寸增加并且较低的压力存在于顶部腔室140中。结果，流体通过通风口112被吸入顶部腔室140。流体进入通风口112、通过孔口132并沿着发热结构102的表面的运动由图1B中未标记的箭头所示。

冷却元件120也被致动，使得顶部121远离发热结构102并朝向顶板110移动。因此，可以认为图1C描绘了冷却元件120的上冲程的结束。由于冷却元件120的运动，间隙142的尺寸减小并且被示出为间隙142C。间隙152的尺寸增加并显示为间隙152C。在上冲程期间，当冷却元件120处于中间位置时，在周边产生更高(例如最大)压力。随着上冲程继续，底部腔室150的尺寸增加且顶部腔室140的尺寸减小，如图1C所示。因此，流体从顶部腔室140(例如腔室140/150的周边)被驱动到底部腔室150。因此，当冷却元件120的尖端121向上移动时，顶部腔室140用作用于使进入的流体加速并被驱动朝向底部腔室150的喷嘴。流体进入底部腔室150的运动由图1C中未标记的箭头示出。冷却元件120和孔口132的位置和配置被选择为减少吸力，并因此减少在上冲程期间从喷射通道(在发热结构102和孔口板130之间)到孔口132中的流体回流。因此，冷却系统100能够将流体从顶部腔室140驱动到底部腔室150，而没有过多的加热流体从喷射通道进入底部腔室10的回流。

重复图1B和1C所示位置之间的运动。因此，冷却元件120经历图1A-1C所示的振动运动，将流体从顶板110的远侧通过通风口112吸入顶部腔室140；将流体从顶部腔室140传递到底部腔室150；并且推动流体通过孔口132并朝向发热结构102。如上所述，冷却元件120被驱动来以冷却元件120的结构共振频率或接近其振动。此外，冷却元件120的结构共振频率被配置成与腔室140/150的声共振对齐。结构和声共振频率通常选择在超声波范围内。例如，冷却元件120的振动运动的频率可以从15kHz到30kHz。在一些实施例中，冷却元件120以至少20kHz且不超过30kHz的频率/频率振动。冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之十以内。在一些实施例中，冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之五以内。在一些实施例中。在一些实施例中，冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之三以内。因此，可以提高效率和流速。然而，可以使用其他频率。

被驱向发热结构102的流体可以基本上垂直于(垂直于)发热结构102的顶部表面移动。在一些实施例中，流体运动可以具有相对于发热结构102的顶部表面的法线的非零锐角。在任一情况下，流体可以在发热结构102处的流体边界层中变薄和/或形成孔。因此，可以改善来自发热结构102的热传递。流体偏转离开发热结构102，沿着发热结构102的表面行进。在一些实施例中，流体在基本上平行于发热结构102的顶部的方向上移动。因此，来自发热结构102的热量可以被流体提取。流体可以在冷却系统100的边缘处离开孔口板130和发热结构102之间的区域。在冷却系统100的边缘处的烟囱或其他管道(未示出)允许流体从发热结构102带走。在其他实施例中，加热的流体可以以另一种方式从发热结构102进一步传递。流体可以交换从发热结构102传递到另一结构或周围环境的热量。因此，顶板110的远侧处的流体可以保持相对冷，从而允许额外的热量提取。在一些实施例中，流体循环，在冷却后返回顶板110的远侧。在其他实施例中，加热的流体在冷却元件110的远侧被带走并被新流体替换。结果，发热结构102可以被冷却。

图1D-1E描绘了包括中心锚定的冷却元件120的主动冷却系统100的实施例，其中冷却元件被异相驱动。更具体地，在锚固件160的相对侧(并且因此在由锚固件160支撑的冷却元件120的中心区域的相对侧)上的冷却元件120的部分被异相振动。在一些实施例中，在锚固件160的相对侧上的冷却元件120的部分被以180度或接近180度异相驱动。因此，冷却元件120的一部分朝向顶板110振动，而冷却元件120的另一部分朝向孔口板130/发热结构102振动。冷却元件120的一部分朝向顶板110的运动(上冲程)将顶部腔体140中的流体驱动到锚固件160一侧上的底部腔体150。冷却元件120的一部分朝向孔口板130的运动驱动流体通过孔口132并朝向发热结构102。因此，以高速(例如，相对于同相操作描述的速度)行进的流体被交替地驱动离开锚固件160的相对侧上的孔口132。流体的运动由图1D和1E中未标记的箭头示出。

重复图1D和1E所示位置之间的运动。因此，冷却元件120经历图1A、1D和1E所示的振动运动，交替地将流体从顶板110的远侧通过通风口112吸入冷却元件120的每一侧的顶部腔室140中；将流体从顶部腔室140的每一侧传递到底部腔室150的对应侧；并且推动流体通过锚固件160的每一侧上的孔口132并朝向发热结构102。如上所述，冷却元件120被驱动来以冷却元件120的结构共振频率或接近其振动。此外，冷却元件120的结构共振频率被配置为与腔室140/150的声共振对齐。结构和声共振频率通常选择在超声波范围内。例如，冷却元件120的振动运动可以处于针对同相振动所描述的频率。冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之十以内。在一些实施例中，冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之五以内。在一些实施例中，冷却元件120的结构共振频率在冷却系统100的声共振频率的百分之三以内。因此，可以提高效率和流速。然而，可以使用其他频率。

被驱向发热结构102以进行异相振动的流体可以以类似于上述同相操作的方式基本上垂直(垂直)于发热结构102的顶面移动。类似地，冷却系统100的边缘处的烟囱或其他管道(未示出)允许流体从发热结构102带走。在其他实施例中，加热的流体可以以另一种方式从发热结构102进一步传递。流体可以交换从发热结构102传递到另一结构或周围环境的热量。因此，顶板110的远侧处的流体可以保持相对冷，从而允许额外的热量提取。在一些实施例中，流体循环，在冷却后返回顶板110的远侧。在其他实施例中，加热的流体在冷却元件110的远侧被带走并被新流体替换。结果，发热结构102可以被冷却。

使用为同相振动或异相振动而致动的冷却系统100，通过通风口112吸入并通过孔口132驱动的流体可以有效地从发热结构102消散热量。因为流体以足够速度(例如，至少每秒三十米)撞击发热结构并且在一些实施例中基本上垂直于发热结构，发热结构处的流体的边界层可以变薄和/或部分去除。因此，改善了发热结构102和移动流体之间的热传递。由于发热结构被更有效地冷却，相应的集成电路可以以更高的速度和/或功率运行更长的时间。例如，如果发热结构对应于高速处理器，则这样的处理器可能在节流之前运行更长的时间。因此，可以提高利用冷却系统100的设备的性能。此外，冷却系统100可以是MEMS设备。因此，冷却系统100可适用于其中有限空间可用的较小和/或移动设备，例如智能手机、其他移动电话、虚拟现实耳机、平板计算机、二合一计算机、可穿戴设备和手持游戏。这样的设备的性能因此可以得到改进。因为冷却元件120可能以15kHz或更高的频率振动，所以用户可能听不到与冷却元件的致动相关联的任何噪音。如果以或接近结构和/或声共振频率驱动，则运行冷却系统中使用的功率可能会显著降低。冷却元件120在振动期间不与顶板110或孔口板130物理接触。因此，可以更容易地保持冷却元件120的共振。更具体地，冷却元件120和其他结构之间的物理接触扰乱了冷却元件120的共振条件。扰乱这些条件可以驱动冷却元件120脱离共振。因此，将需要使用额外的功率来维持冷却元件120的致动。此外，由冷却元件120驱动的流体的流动可能减少。如上所述，通过使用压差和流体流动可以避免这些问题。可以通过有限的附加功率实现改进的、安静的冷却的好处。此外，冷却元件120的异相振动允许冷却元件100的质心位置保持更稳定。尽管扭矩施加在冷却元件120上，但是由于质心的运动而产生的力被减小或消除。结果，可以减少由于冷却元件120的运动引起的振动。此外，冷却系统100的效率可以通过对冷却元件120的两侧使用异相振动运动来提高。因此，可以提高结合冷却系统100的设备的性能。此外，冷却系统100可用于需要高流体流量和/或速度的其他应用中(例如，具有或不具有发热结构102)。

图2A-2B描绘了类似于主动冷却系统例如冷却系统100的冷却系统200A和200B的实施例的平面图。图2A和2B不是按比例绘制的。为简单起见，仅分别示出了冷却元件220A和220B的部分以及锚固件260A和260B。冷却元件220A和220B类似于冷却元件120。因此，用于冷却元件220A和/或220B的尺寸和/或材料可以类似于用于冷却元件120的尺寸和/或材料。锚固件(支撑结构)260A和260B类似于锚固件160并由虚线表示。

对于冷却元件220A和220B，锚固件260A和260B位于中心并且分别沿着冷却元件220A和220B的中心轴线延伸。因此，被致动以振动的悬臂部分位于锚固件260A和260B的右侧和左侧。在一些实施例中，一个或多个冷却元件220A和/或220B是连续结构，其两个部分被致动(例如，锚固件260A和260B外部的悬臂部分)。在一些实施例中，一个或多个冷却元件220A和/或220B包括单独的悬臂部分，每个悬臂部分分别附接到锚固件260A和260B并被致动。冷却元件220A和220B的悬臂部分因此可以被配置为以类似于蝴蝶的翅膀(同相)或跷跷板(异相)的方式振动。在图2A和2B中，L是冷却元件的长度，类似于图1A-1E中所描绘的。同样在图2A和2B中，指示了冷却元件220A和220B的深度P。

在图2A-2B中也用虚线表示压电体223。压电体223用于致动冷却元件220A和220B。在一些实施例中，压电体223可以位于另一个区域和/或具有不同的配置。尽管在压电体的背景中进行了描述，但是可以利用用于致动冷却元件260A和260B的另一种机制。这样的其他机构可以在压电体223的位置处或者可以位于别处。在冷却元件260A中，压电体223可以固定到悬臂部分或可以集成到冷却元件220A中。此外，虽然压电体223在图2A和2B中被示为具有特定形状和尺寸，可以使用其他配置。

在图2A中所示的实施例中，锚固件260A延伸冷却元件220A的整个深度。因此，冷却元件260A的周边的一部分被钉扎。冷却元件260A的周边的未钉扎的部分是承受振动运动的悬臂部分的一部分。在其他实施例中，锚固件不需要延伸中心轴线的整个长度。在这样的实施例中，冷却元件的整个周边没有钉扎。然而，这种冷却元件仍然具有被配置为以本文所述的方式振动的悬臂部分。例如，在图2B中，锚固件260B没有延伸到冷却元件220B的周边。因此，冷却元件220B的周边没有钉扎。然而，锚固件260B仍然沿着冷却元件220B的中心轴线延伸。冷却元件220B仍被致动，使得悬臂部分振动(例如类似于蝴蝶的翅膀)。

虽然冷却元件220A被描绘为矩形，但是冷却元件可以具有另一种形状。在一些实施例中，冷却元件220A的角部可以是圆形的。图2B的冷却元件220B具有圆形悬臂部分。其他形状也是可能的。在图2B中所示的实施例中，锚固件260B是中空的并且包括孔263。在一些实施例中，冷却元件220B在锚固件260B的区域中具有一个或多个孔。在一些实施例中，冷却元件220B包括多个部分，使得一个或多个孔存在于锚固件260B的区域中。结果，流体可被吸入通过冷却元件220B和通过锚固件260B。因此，可以使用冷却元件220B代替顶板，例如顶板110。在这样的实施例中，冷却元件220B中的孔和孔263可以以与通风口112类似的方式起作用。此外，尽管冷却元件200A和200B被描绘为被支撑在中心区域中，在一些实施例中，冷却元件220A和/或220B的一个悬臂部分可以被省略。在这样的实施例中，冷却元件220A和/或220B可以被认为在一个边缘处或附近被支撑或锚定，而至少相对边缘的至少一部分自由地经受振动运动。在一些这样的实施例中，冷却元件220A和/或220B可以包括经历振动运动的单个悬臂部分。

图3A-3B描绘了类似于主动冷却系统例如冷却系统100的冷却系统300A和300B的实施例的平面图。图3A和3B不是按比例绘制的。为简单起见，仅分别示出了冷却元件320A和320B以及锚固件360A和360B。冷却元件320A和320B类似于冷却元件120。因此，用于冷却元件320A和/或320B的尺寸和/或材料可以类似于用于冷却元件120的尺寸和/或材料。锚固件360A和360B类似于锚固件160并且是用虚线表示。

对于冷却元件320A和320B，锚固件360A和360B分别限于分别冷却元件320A和320B的中心区域。因此，围绕锚固件360A和360B的区域经历振动运动。冷却元件320A和320B因此可以被配置为以类似于水母或类似于雨伞的打开/关闭的方式振动。在一些实施例中，冷却元件320A和320B的整个周边同相振动(例如，全部一起向上或向下移动)。在其他实施例中，冷却元件320A和320B的周边部分异相振动。在图3A和3B中，L是冷却元件的长度(例如直径)，类似于图1A-1E中所描绘的。尽管冷却元件320A和320B被描绘为圆形，但是冷却元件可以具有另一种形状。此外，可以使用压电体(图3A-3B中未示出)和/或其他机构来驱动冷却元件320A和320B的振动运动。

在图3B中所示的实施例中，锚固件360B是中空的并且具有孔363。在一些实施例中，冷却元件320B在锚固件360B的区域中具有一个或多个孔。在一些实施例中，冷却元件320B包括多个部分，使得一个或多个孔存在于锚固件360B的区域中。结果，流体可被吸入通过冷却元件320B并通过锚固件360B。流体可通过孔363离开。因此，可使用冷却元件320B代替顶板，例如顶板110。在此类实施例中，冷却元件320B中的孔和孔363可以以类似于通风口112的方式起作用。

冷却系统例如冷却系统100可以利用一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似的冷却元件。这种冷却系统也可以共享冷却系统100的好处。使用一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似冷却元件的冷却系统可以更有效地以高速将流体朝向发热结构驱动。因此，改善了发热结构和移动流体之间的热传递。因为发热结构被更有效地冷却，相应的设备可以表现出改进的操作，例如以更高的速度和/或功率运行更长的时间。采用一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似冷却元件的冷却系统可适用于其中有限空间可用的较小和/或移动设备。这样的设备的性能因此可以得到改进。因为一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似的冷却元件可能以15kHz或更高的频率振动，所以用户可能听不到与冷却元件的致动相关联的任何噪音。如果以一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似的冷却元件的声和/或结构共振频率或接近其被驱动，则在操作冷却系统中使用的功率可以显著降低。一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似的冷却元件在使用期间可以不与板物理接触，从而允许更容易地保持共振。可以通过有限的附加功率实现改进的、安静的冷却的好处。因此，可以提高结合一个或多个冷却元件220A,220B,320A,320B和/或类似的冷却元件的设备的性能。

在一些实施例中，冷却元件可以锚定在一个或多个边缘处而不是其中心。例如，图4A-4C描绘了冷却系统400的实施例，其中冷却元件的边缘被锚定。

图4A-4C是描绘可与发热结构402一起使用的主动冷却系统400的示例性实施例的图表。为清楚起见，仅示出了某些部件，并且图4A-4C不是按比例绘制的。冷却系统400与发热结构402结合使用。虽然示出为对称，但冷却系统400不必是对称的。

冷却系统400包括冷却元件410和420。冷却系统400还包括其中具有孔口432的孔口板430、顶部腔室440和底部腔室450，其可以类似于其中具有孔口132的孔口板130、顶部腔室140和底部腔室150。还示出了用于引导流体的可选的烟囱460。

冷却元件410具有远离发热结构402的第一侧和靠近发热结构402的第二侧。冷却元件410的第一侧是冷却元件410的顶部并且第二侧是冷却元件410的底部。冷却元件410在其中还具有被动通风口412。在所示实施例中，被动通风口412是冷却元件410中位于中心的孔。在其他实施例中，被动通风口412可以位于别处。例如，被动通风口412可以更靠近冷却元件410的边缘之一。被动通风口412可以具有圆形、矩形或其他形状的覆盖区。尽管示出了一个被动通风口412，但是可以使用多个被动通风口。

冷却元件420在冷却元件410和发热结构402之间。在所示实施例中，冷却元件420也在冷却元件410和孔口板430之间。冷却元件410和420被间隙442分开并且形成顶部腔室440。底部腔室450形成在冷却元件420和孔口板430之间。冷却元件420在其中还具有主动通风口422。在所示实施例中，主动通风口422是远离冷却元件420的中心区域定位的孔。在其他实施例中，主动通风口422可以位于别处。例如，主动通风口可以位于冷却元件420的中央。尽管示出了两个主动通风口422，但是可以存在另一数量(例如，一个、三个等)。在一些实施例中，主动通风口422被定位成使得主动通风口422不与被动通风口412对齐。主动通风口422可具有圆形、矩形或其他形状的覆盖区。在一些实施例中，可以使用不包括通风口的单个冷却元件410或420代替两个冷却元件。

在一些实施例中，冷却系统400包括烟囱460。烟囱460为加热的流体提供返回路径以从发热结构402流出。在一些实施例中，烟囱460将流体返回到冷却元件410的远离发热结构402的一侧。在所示实施例中，烟囱460将加热的流体基本上垂直于发热结构402并朝向冷却元件410的远离发热结构402的一侧引导。在其他实施例中，烟囱460可以被省略或以另一种方式配置。例如，烟囱可替代地在平行于发热结构402或垂直于发热结构402但与所示方向相反的方向上(例如朝向页面底部)引导流体远离发热结构402。如果在阵列中提供多个冷却系统400，则每个冷却系统400可以包括烟囱，只有边缘处的冷却系统400可以包括烟囱，可以在边缘或阵列中的其他位置处提供其他管道以提供用于加热的流体流动的路径和/或可以使用其他机制来允许加热的流体从靠近发热结构402的区域移除。

图4A描绘了处于中间位置的冷却系统400。因此，冷却元件410和420被示为基本平坦的。在操作中，压电冷却元件410和420被致动以在图4B和4C中所示的位置之间振动。因此，压电冷却元件410和420是压电致动器。冷却系统400的操作在图4B和4C的背景中描述。参考图4B，压电冷却元件410已被致动以远离(变形为凸出)发热结构402，而压电冷却元件420已被致动以移向(变形为凹入)发热结构402。此配置被称为吸入布置。由于压电冷却元件410和420的振动运动，间隙442的尺寸增加并显示为间隙442A。例如，在一些实施例中，间隙442在中间位置(图4A)具有至少十且不超过二十微米的高度。在吸入布置(图4B)中，间隙442A可以具有至少二十并且不超过三十微米的高度。因此，顶部腔室440的体积增加，而底部腔室450的体积减小。在吸入布置中，被动通风口412的流动阻力(被动吸入流动阻力)低。因此，被动通风口412处的压力低。相反，主动通风口422的流动阻力(主动吸入流动阻力)高。因此，主动通风口422处的压力高。由于低被动吸入流动阻力，流体通过被动通风口412被吸入顶部腔室440。这由图4B中的箭头示出。然而，由于高被动吸入流动阻力，流体不会流出(或流出到有限程度)主动通风口422。然而，主动通风口422在该配置中并未物理关闭。例如，主动通风口422在吸入布置中不与孔口板430接触。

图4C描绘了排出布置。压电冷却元件410已被致动以朝向(变形为凹形)发热结构402移动，而压电冷却元件420已被致动以远离(变形为凸形)发热结构402移动。由于压电冷却元件410和420的振动运动，间隙442的尺寸减小并且显示为间隙442B。例如，在一些实施例中，间隙442在中间位置(图4A)具有至少10微米且不超过20微米的高度。间隙442B在排出布置(图4C)中具有至少5微米且不超过10微米的高度。因此，顶部腔室440的体积减小，而底部腔室450的体积增加。在排出布置中，被动通风口412的流动阻力(被动排出流动阻力)高。因此，被动通风口412处的压力高。相反，主动通风口422的流动阻力(主动排出流动阻力)低。因此，主动通风口422处的压力低。由于低主动排出流动阻力，流体从顶部腔室440通过主动通风口422被排出到底部腔室450并通过孔口432。这由图4C中的箭头示出。然而，由于高被动排出流动阻力，流体不会流出(或流出到有限程度)被动通风口412。因此，在排出布置中，被动通风口412被认为是关闭的，而主动通风口422被认为是打开的。然而，被动通风口412在该配置中并未物理关闭。例如，被动通风口412不与排出布置中的冷却元件420接触。间隙442B的长度不为零。

虚拟阀可以被认为是在主动通风口422和被动通风口412处或附近形成的。虚拟阀在关闭时具有高但不是无限的流动阻力。因此，虚拟阀不会在物理上阻塞流动，而是使用高流动阻力或高压力来节流或阻止流动。虚拟阀在打开时具有明显较低的流动阻力或压力，允许流动。在一些实施例中，虚拟阀的关闭和打开之间的流动阻力或压力之比为至少三且不超过十。因此，主动通风口422及其虚拟阀(“主动虚拟阀”)在吸入布置中被认为是关闭的，因为流动阻力足够高以致很少或没有流体流过吸入布置中的主动通风口422。被动通风口412及其虚拟阀(“被动虚拟阀”)在吸入布置中被认为是打开的，因为压力或流动阻力足够低以允许流体通过被动通风口412被吸入顶部腔室440。相反，主动通风口422和主动虚拟阀在排出布置中被认为是打开的，因为压力或流动阻力足够低以允许流体流过主动通风口422并被驱出孔口432。被动通风口412和被动虚拟阀在排出布置中被认为是关闭的，因为压力或流动阻力足够高以致在排出布置中很少或没有流体被吸入被动通风口412。

由于冷却元件410和420的振动运动(以及间隙442A/442B从图4B到图4C的伴随减小)，流体被吸入顶部腔室440并通过孔口432。流体的运动由穿过孔口432的箭头示出。当流体远离孔口板420行进时，其可以扩散，对于图4C中的一些孔口432，如虚线和箭头所示。流体从发热结构402偏转并且沿着发热结构402和孔口板430之间的通道行进。

可以重复图4B和4C中所示位置之间的运动。因此，压电冷却元件410和420振动，将流体从冷却元件410的远侧通过被动通风口412吸入顶部腔室440，通过主动通风口422从腔室440出来并且推动流体通过孔口432并朝向发热结构402。在一些实施例中，冷却元件410和/或420的振动频率/(多个)频率类似于冷却元件120的振动频率/(多个)频率。此外，在一些实施例中，一个或多个压电冷却元件410和/或420可以以或接近共振频率被驱动。一个或多个压电冷却元件410和420的共振频率也可能需要接近。在一些实施例中，一个或多个压电冷却元件410和420的共振频率期望在一百赫兹以内。在一些实施例中，反馈用于维持一个或多个压电冷却元件410和/或420处于或接近共振。在一些实施例中，冷却元件410和/或420的共振频率与一个或多个腔室440和/或450的声共振频率紧密匹配。在一些实施例中，流体撞击发热结构402的速度在本文针对冷却系统100描述的范围内。

如图4C所示，被驱向发热结构402的流体可以基本上垂直 (垂直)于发热结构402的顶面移动。在其他实施例中，流体运动可以相对于发热结构402的顶面的法线具有非零锐角。在任一情况下，流体可以在发热结构402处的流体边界层中变薄和/或形成孔。在一种情况下，边界层由图4C中的发热结构402的顶部表面处的弯曲虚线指示。结果，可以改进来自发热结构402的热传递。流体偏转离开发热结构402，沿发热结构402的表面行进。在一些实施例中，流体在基本上平行于发热结构402的顶部的方向上移动。因此，来自发热结构402的热量可以被流体提取。流体可以在冷却系统400的边缘处离开孔口板430和发热结构402之间的区域。在所示实施例中，在冷却系统400的边缘处的烟囱460允许流体从发热结构402带走。在其他实施例中，加热的流体可以以另一种方式从发热结构402进一步传递。流体可以返回到冷却元件410的远侧，在那里流体可以交换从发热结构402传递到另一结构或周围环境的热量。然后流体可以循环通过冷却系统400以提取额外的热量。在其他实施例中，加热的流体在冷却元件410的远侧被带走并被新流体替换。结果，发热结构402可以被冷却。

被动通风口412(被动虚拟阀)和主动通风口422(主动虚拟阀)的打开和关闭以将流体吸入腔室450并通过孔口432排出流体基于流动阻力的动态变化。在一些实施例中，主动吸入流动阻力与主动排出流动阻力的比率至少为三。在一些这样的实施例中，主动吸入流动阻力与主动排出流动阻力的比率不超过十。在一些实施例中，被动排出流动阻力与被动吸入流动阻力的比率至少为三。在一些这样的实施例中，被动排出流动阻力与被动吸入流动阻力的比率不超过十。因此，可以打开和关闭对应于通风口410和/或420的虚拟阀。可以认为这些压力比是由于间隙442/442A/442B的尺寸变化(例如，在一些实施例中为5至30微米)。在一些实施例中，打开和关闭之间的压力差为0.1个大气压到0.2个大气压。例如，吸入布置中的被动通风口412处的压力可以比排出设备中的被动通风口412处的压力小至少0.1个大气压且不超过0.2个大气压。类似地，排出布置中的主动通风口422处的压力可以比吸入布置中的主动通风口422处的压力小至少0.1个大气压且不超过0.2个大气压。

使用冷却系统400，流体可以通过被动通风口412(在吸入布置中)被吸入并且被驱动通过主动通风口422和孔口432(在排出布置中)。因此，流体可以以类似于由冷却系统100驱动的流体的方式有效地从发热结构402散热。因此，可以提高利用冷却系统400的设备的性能。此外，冷却系统400可以是MEMS设备。因此，冷却系统400可以很小，具有不超过五百微米的总高度。因此，冷却系统400可适用于其中有限空间可用的移动设备，例如智能手机、其他移动电话、虚拟现实耳机、平板计算机、二合一计算机、可穿戴设备和手持游戏。主动冷却系统400也可以用在其他计算设备中。因为一个或多个压电冷却元件410和/或420可以以超声波频率振动，所以用户可能听不到与致动冷却元件相关的任何噪音。如果以一个或多个第一和第二压电冷却元件的共振频率或接近共振频率被驱动，则可以显著降低在操作冷却系统中使用的功率。

图5A-5E描绘了主动冷却系统500的一个实施例，其包括配置为瓦片或阵列的多个冷却单元。图5A描绘了俯视图，而图5B-5E描绘了侧视图。图5A-5E不是按比例绘制的。冷却系统500包括四个冷却单元501A、501B、501C和501D(统称为501)，它们类似于本文所述的一个或多个冷却系统。更具体地，冷却单元501类似于冷却系统100。在一些实施例中，一个或多个冷却单元501可以类似于冷却系统400和/或另一冷却系统。尽管示出了2x2配置的四个冷却单元501，但在一些实施例中，可以采用另一数量和/或另一配置的冷却单元501。在所示的实施例中，冷却单元501包括具有孔512的共享顶板510、冷却元件520、包括孔口532的共享孔口板530、顶部腔室540、底部腔室550和类似于具有孔112的顶板110的锚固件(支撑结构)560、冷却元件120、具有孔口132的孔口板130、顶部腔室140、底部腔室150和锚固件160。在一些实施例中，冷却单元501可以制造在一起并分开，例如通过切穿顶板510和孔口板530。冷却元件520被异相驱动(即以类似于跷跷板的方式)。此外，如可在图5B-5C和图5D-5E中所示，一个单元中的冷却元件520与一个或多个相邻单元中的一个或多个冷却元件520异相驱动。在图5B-5C中，异相驱动一行中的冷却元件520。因此，单元501A中的冷却元件520与单元501B中的冷却元件520异相。类似地，单元501C中的冷却元件520与单元501D中的冷却元件520异相。在图5D-5E中，一列中的冷却元件520被异相驱动。因此，单元501A中的冷却元件520与单元501C中的冷却元件520异相。类似地，单元501B中的冷却元件520与单元501D中的冷却元件520异相。通过异相驱动冷却元件520，可以减少冷却系统500中的振动。

冷却系统500的冷却单元501以与一个或多个冷却系统100,400和/或类似的冷却系统类似的方式起作用。因此，冷却系统500可以共享本文所述的益处。因为附近电池中的冷却元件被异相驱动，所以可以减少冷却系统500中的振动。因为使用了多个冷却单元501，所以冷却系统500可以享有增强的冷却能力。此外，多个单独的冷却单元501和/或冷却系统500可以以各种方式组合以获得冷却单元的期望覆盖区。

图6A和6B描绘了在封闭设备610A和开放设备610B中使用的冷却系统600A和600B。参考图6A，主动冷却系统600A使用在封闭设备610A中。因此，流体(例如空气)保留在设备内。封闭设备610可以是移动设备，诸如智能手机、平板计算机、笔记本计算机、虚拟现实设备和/或其他设备。主动冷却系统600A包括一个或多个冷却单元601、瓦片(由多个冷却单元601形成)和/或类似于本文所述的冷却单元、冷却系统和它们的部件的设备。然而，为了清楚起见，未示出一些这样的结构。

一个或多个冷却单元601类似于本文描述的冷却单元501、冷却系统100和/或400以及它们的部件。因此，冷却单元601可以包括被驱动以经受例如在其中的一个或多个腔室的结构和/或声共振频率的振动运动的一个或多个冷却元件、孔口板和其他结构。然而，为了清楚起见，未示出一些这样的结构。一个或多个冷却单元601还使用振动运动以本文所述的速度驱动流体。此外，冷却单元601以及，在一些实施例中，主动冷却系统600A和/或600B具有低轮廓。例如，冷却单元601和/或主动冷却系统600A和/或600B的总厚度可以不超过三毫米。在一些实施例中，一个或多个冷却单元601和/或主动冷却系统600A和/或600B的总厚度可以不超过两毫米。

发热结构602可以是集成电路(例如芯片封装)和/或位于基底670上的其他结构。发热结构602是热源并且可以类似于发热结构102和/或402或散热器。尽管描述为单个部件，但在一些实施例中，多个部件可存在于发热结构602中并由冷却系统600A冷却。例如，除了作为热源的一个或多个部件之外，发热结构602还可以包括散热器、均热板、多个集成电路和/或用于消散和/或减少热量的其他机构。基底670可以是印刷电路板或其他结构。还示出了部件664、666和667，它们可以是集成电路或其他部件。未示出用于安装部件664、666和667的机构。尽管未示出，但可以采用内部和/或外部温度传感器以及包括但不限于散热器的其他部件。还示出了封闭设备610A的盖子604。

冷却系统600A附接到发热结构602附近。例如，冷却系统600A可以附接到发热结构602附近的框架。在一些实施例中，散热器、均热板或其他用于消散和/或减少热量的机构可以插入在部件662和冷却系统600之间。孔口板和部件662、相应的散热器和/或其他发热结构之间的喷射通道可以被保持以允许流体流动。图6A中的流体流动由未标记的箭头描绘。

冷却系统600A以类似于本文中所描述的冷却系统的方式操作。如可由图6A中的箭头所见，邻近部件667的较冷的流体(例如空气)朝向冷却系统600A吸入。冷却系统600A将流体从其远侧驱动到近侧。因此，流体被驱动朝向发热结构602并撞击在发热结构602上。来自发热结构602的热量被传递到流体。流体离开发热结构602附近的区域，从发热结构602带走热量。流体被驱动通过封闭设备610A到达设备610A的距离足够远的区域，使得热量可以沿着流体流动的路径传递到一个或多个结构并由其消散。换句话说，流体沿着路径，使得离开冷却系统600A的流体经过设备610A内的具有低于发热部件602的表面的一个或多个温度的结构。在一些实施方案中，一个或多个这些结构具有低于通过一个或多个结构的流体的温度。因此，在设备610A中的一个或多个这样的结构可以从携带来自发热结构602的热量的流体吸收一些热量。在一些实施例中，在返回冷却系统600A之前，流体被驱动到远离冷却系统600A的区域。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或配置的一个或多个低温结构，使得从发热结构602传递的热量的至少百分之九十从流体中去除。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或配置的一个或多个低温结构，使得从发热结构602传递的热量的至少百分之八十从流体中去除。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或配置的一个或多个低温结构，使得在发热结构602的稳态操作下，从发热结构602传递的热量的至少百分之五十从流体中去除。在一些实施例中，从发热结构602传递的热量的其他部分从流体中去除。在一些实施例中，设备610A包括导管、基底670和/或壳体604中的凹槽或用于引导流体流动的其他特征。在一些实施例中，流体的路径可以包括热沉或用于散热的其他机构。例如，盖子604可用于散热。

例如，在设备610A中，离开发热结构602的区域的流体被驱动经过部件664和666并且沿着基底670的一部分。流体还被示出为在沿着部件666和664返回之前沿着盖子604和围绕部件667行进。流体然后可以重新进入冷却单元601并被重新使用。虽然没有明确地显示在图6A中，一些流体可以在部件664和666之间以及部件666和666之间流动。此外，在一些实施例中，流体不需要流动到相对端(例如经过部件667)以根据需要被冷却。因为盖子604和/或部件664、666和667中的一个或多个比发热结构602冷并且比从发热结构602携带热量的流体冷，流体中的热量可以被一个或多个部件604、664、666和667吸收。在一些实施例中，传递到部件604、664、666和667中的一个或多个的热量的部分如上所述。因此，返回到冷却单元601的流体比离开发热结构602区域的流体更冷。冷却单元601驱动较冷的流体流向发热结构602。因为流体在穿过设备610A时已被冷却，流体可以从发热结构602吸收热量。

主动冷却系统600A可以提供一个或多个冷却系统100、400和/或500的好处。因此，冷却系统600可更有效地和安静地以较低功率冷却发热结构602。因此，可以改进发热结构602的性能。可以采用额外的冷却系统(未示出)和/或可以增加冷却系统600A的尺寸，例如通过添加更多的单元来冷却设备的额外部分，例如部件664和/或667。因为主动冷却系统600A在封闭设备610A内循环加热的流体，来自发热结构602的热量可以在可以更好地散热的各种结构中消散。因此，可以改进封闭设备610A的性能。

此外，主动冷却系统600A还可用于减轻与设备610A的盖子604上的热点相关的问题。在不使用主动冷却系统600A的传统设备中，热点通常由于辐射和/或自由对流而在盖子的后部、集成电路或散热器的正上方(对应于发热结构602的正上方的盖子604的部分)中形成。为了降低这些热点处的温度，传统设备通常会增加散热器和后盖之间的距离(例如增加发热结构602和盖子604之间的距离)，在散热器/集成芯片区域上方放置孔(例如放置盖子604上的孔在发热结构602上方)并尝试使用风扇系统将空气吸入这些孔中，或在靠近散热器/集成电路的后盖上放置传导胶带(例如将传导胶带放置在靠近发热结构602的盖子的区域604中)以将热量从热点传导走以将热量从热点传导走。然而，在传统系统中增加后盖和散热器/集成电路之间的距离的能力可能有限。通常在散热器/集成电路的区域中存在高流动阻力。因此，风扇在该区域中产生足够流动以减轻热点的能力可能有限。此外，风扇可能无法在例如智能手机的设备中使用。类似地，传导胶带的使用仅提供了有限的能力来将热量消散在整个盖子上。相比之下，当主动冷却系统600A开启时，流向主动冷却系统600A的较冷流体(例如空气)不仅可用于冷却发热结构602，还可自然冷却主动冷却系统600A附近的盖子604区域。例如，在一些实施例中，主动冷却系统600A的入口附近的区域可以比离开发热结构602附近的区域的流体中的温度至少低二十摄氏度以用于设备610的稳态操作。在一些实施例中，主动冷却系统600A的入口附近的区域可以比离开发热结构602附近的区域的流体中的温度至少低三十摄氏度以用于设备610的稳态操作。在一些实施例中，主动冷却系统600A的入口附近的区域可以比离开发热结构602附近的区域的流体中的温度低多达三十五摄氏度以用于设备610的稳态操作。出于类似的原因，当系统600A开启并用于冷却发热结构602时，壳体604接近(例如直接对齐)主动冷却系统600A的入口(例如类似于通风口112和/或422的通风口)的外表面温度降低至少五摄氏度。在一些实施例中，当系统600A开启并用于冷却发热结构602时，靠近主动冷却系统600A的入口的壳体604的外表面温度降低至少十摄氏度。其他(例如更大的)降低在一些实施例中是可能的。因此，可以减少或消除盖子604上的热点区域。

图6B描绘了在开放设备610B中使用的冷却系统600B。因此，流体(例如空气)进入、行进穿过和离开设备。冷却系统600B和开放设备610B分别类似于冷却系统600A和封闭设备610A。开放设备610可以是移动设备，诸如智能手机、平板计算机、笔记本计算机、虚拟现实设备、和/或其它计算设备。主动冷却系统600B包括一个或多个冷却单元601，其类似于本文所述的冷却单元501和601、冷却系统100和/或400以及它们的部件。因此，冷却单元601可以包括被驱动以经受例如以结构和/或声共振频率的振动运动的一个或多个冷却元件、孔口板和其他结构。然而，为了清楚起见，未示出一些这样的结构。

设备610B类似于设备610A。因此，类似的结构具有类似的标记。设备610B包括位于基底670、盖子604上的发热结构602，以及设备610A的分别类似于发热结构602、基底670、盖子604和附加部件664、666和667的附加部件664、666和667。未示出用于安装部件664、666和667的机构。尽管未示出，但可以采用内部和/或外部温度传感器以及其他部件。冷却系统600B附接到发热结构602附近。例如，冷却系统600B可以附接到发热结构602附近的框架。孔口板和发热结构602之间的喷射通道，对应于散热器和/或其他发热结构可以保持以允许流体流动。图6B中的流体流动由未标记的箭头描绘。通风口690和692允许设备610的内部和外部环境之间的流体连通。在所示的实施例中，通风口690作为入口690运行并且通风口692作为出口692运行。

冷却系统600B的一个或多个冷却单元601以类似于本文描述的冷却系统的方式操作。如图6B中箭头所示，冷却系统600B附近的较冷流体(例如空气)被朝向一个或多个冷却单元601吸入。特别地，来自入口690的流体朝向一个或多个冷却单元601行进。一个或多个冷却单元601从远侧驱动流体从发热结构602的一侧到靠近发热结构602的一侧。因此，流体被驱向并接触发热结构602。热量被传递到流体。流体沿着发热结构602流动并离开发热结构602附近的区域，从发热结构602带走热量。因此，从发热结构602携带热量的流体可以从设备610B排出且新流体从外部环境通过入口690吸入以冷却发热结构602。此外，由于流体被引导至远离一个或多个冷却单元601的出口692，因此热量可以以类似于上文针对冷却系统600A所述的方式沿着路径传递到一个或多个结构并由其消散。例如，由于结构604、664、666和667的温度可能低于发热结构602和/或低于携带来自发热结构602的热量的流体，热量可传递至盖子604和/或一个或多个部件664、666和667。因此，流体在离开设备610B之前可以至少稍微冷却(即可以将热量传递到一个或多个结构604、664、666和/或667)。

在一些实施例中，流体通过足够数量或配置的一个或多个低温结构和/或足够的距离，使得从流体中去除从发热结构602传递的热量的至少百分之九十。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或配置的一个或多个低温结构和/或足够的距离，使得从流体中去除从发热结构602传递的热量的至少百分之八十。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或配置的一个或多个低温结构和/或足够的距离，使得在发热结构602的稳态操作下从流体中去除从发热结构602传递的热量的至少百分之五十。在其他实施例中可以消散其他量的热量。在一些实施例中，设备610B包括管道、基底670和/或壳体604中的凹槽或用于引导流体流动的其它特征。在一些实施例中，流体的路径可以包括热沉或用于散热的其他机构。例如，盖子604可用于散热。因此，可以有效地从设备610B去除热量。

主动冷却系统600B可以共享主动冷却系统100、400、500和/或600A的好处。此外，因为可以使用来自设备610B外部的冷流体来冷却发热结构602，所以可以改进热管理。因此，可以进一步改进发热结构602的性能。可以采用额外的冷却系统(未示出)和/或可以增加冷却系统600B的尺寸，例如通过添加更多的单元来冷却设备的额外部分，例如部件664和/或667。此外，流体可以被驱动到足够远的出口692，使得流体在离开设备610B之前至少稍微冷却。因此，出口692和设备610B中的其他结构可以放置在需要的地方。因此，设备610B的配置可以更加灵活。因为离开装置610B的流体可能比通风口692靠近发热结构602放置时更冷，所以可以减轻或避免由于流过出口692的流体引起的对用户造成的不适或伤害。此外，盖子604上的热点可以降低温度或消除。

类似地，图7A-7B分别描绘了在封闭设备710A和开放设备710B中使用的主动冷却系统700A和700B。冷却系统700A和700B各自包括一个或多个冷却单元、瓦片和/或类似于本文所述的冷却单元、冷却系统和它们的部件的设备。例如，冷却系统700A和700B类似于主动冷却系统100、400、500、600A和/或600B中的一个或多个。然而，为了清楚起见，未示出一些这样的结构。特别地，包括冷却单元701的冷却系统700A和封闭设备710A类似于主动冷却系统600A、一个或多个冷却单元601和设备610A。主动冷却系统700B、冷却单元701和开放装置710B类似于冷却系统600A、一个或多个冷却单元601和开放设备610B。主动冷却系统700A和700B各自明确地包括多个冷却单元701，在每幅图中仅标记了其中一个。

发热结构760包括驻留在基底770和散热器764上的部件762(例如芯片封装)。虽然被描述为单个部件，但是在一些实施例中，多个部件可以存在于部件762中。散热器764从部件762消散热量并由冷却系统700A冷却。因此，在设备710A中，散热器764明确地插入在由冷却系统700A驱动的流体和产生热量的部件762之间。基底770可以是印刷电路板。散热器764位于冷却系统700A和部件762之间。还示出了部件765、766和767，它们可以是集成电路或其他部件。未示出用于安装部件765、766和767的机构。还示出了封闭装置710A的盖子780。冷却系统700A附接到部件762附近。例如，冷却系统700A可以附接到部件762附近的框架。因此存在孔口板和散热器764之间的喷射通道。图7A中的流体流动由未标记的箭头表示。

冷却系统700A以类似于本文描述的冷却系统、特别是系统600A的方式运行。如可由图7A中的箭头所见，来自部件766和767之间的较冷流体(例如空气)被朝向冷却系统700A吸入。冷却系统700A驱动流体从其远侧到近侧并沿着散热器764。因此，热量从散热器764传递到流体并沿着散热器764承载。此外，散热器764包括其中的孔。被加热的流体离开靠近散热器764边缘的区域，从部件762和散热器764带走热量。装置710A被配置成使得流体穿过装置710A行进到装置710A的足够远的区域，从而可以传递热量沿着流体流动路径且被一个或多个结构消散。换句话说，流体沿着这样的路径，使得离开散热器764附近区域的流体经过一个或多个温度低于散热器764的表面的一个或多个结构。在一些实施例中，这些结构具有一个或多个温度低于通过一个或多个结构的流体。因此，装置710A中的一个或多个这种结构可以从携带来自散热器764的热量的流体吸收一些热量。在一些实施例中，流体在返回冷却系统700A之前被驱动到远离冷却系统700A的系统710A的区域。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或构造的一个或多个低温结构，从而从流体中去除从部件762传递的热量的至少百分之九十。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或构造的一个或多个低温结构，使得从流体中去除从部件762传递的热量的至少百分之八十。在一些实施例中，流体通过足够数量和/或构造的一个或多个低温结构，从而在部件762的稳态操作下从流体中去除从部件762传递的热量的至少百分之五十。在一些实施例中，从流体中去除从发热结构760传递的热量的其他部分。在一些实施例中，装置710A包括导管、基底770和/或壳体780中的凹槽或用于引导流体流动的其他特征。在一些实施例中，流体的路径可以包括热沉或用于散热的其他机构。例如，盖子780和/或其他结构可用于散热。

主动冷却系统700A可以提供一个或多个冷却系统100、400、500、600A和/或600B的好处。因此，冷却系统700A可更有效地和安静地以低功率冷却发热结构760。因此，可以改进部件762的性能。可以采用附加的冷却系统(未示出)和/或可以增加冷却系统700A的尺寸，例如通过添加更多的单元来冷却设备的附加部分，例如部件765、766和/或767。因为主动冷却系统700A在封闭设备710A内循环加热的流体，来自发热结构660的热量可以在可以更好地散热的各种结构之间传播。因此，可以改进封闭设备710A的性能。此外，壳体780上的热点可降低温度或消除。

图7B描绘了在开放设备710B中使用的冷却系统700B。因此，流体(例如空气)进入、行进穿过和离开设备。冷却系统700B和开放设备710B分别类似于冷却系统700A和封闭设备710A。开放设备710B可以是诸如智能手机、平板计算机、笔记本计算机、虚拟现实设备和/或其他计算设备的移动设备。主动冷却系统700B包括多个冷却单元701，其类似于冷却单元501、601和701、冷却系统100和/或400以及它们在本文中描述的部件。因此，冷却单元701可以包括被驱动以经受例如以结构和/或声共振频率的振动运动的一个或多个冷却元件、孔口板和其他结构。然而，为了清楚起见，未示出一些这样的结构。

设备710B类似于设备710A。因此，类似的结构具有类似的标记。设备710B包括基底670上的发热结构660，其明确地包括与部件762分离的散热器764。还示出了附加部件765、766和767以及盖子780，其类似于图7A中所示的那些。尽管未示出，但可以采用内部和/或外部温度传感器以及其他部件。冷却系统700B附接到发热结构760附近。例如，冷却系统700B可以附接到靠近发热结构760的框架。可以保持孔口板和散热器764之间的喷射通道以允许流体流动。图6B中的流体流动由未标记的箭头描绘。通风口790和792允许设备610B的内部和外部环境之间的流体连通。在所示的实施例中，通风口790作为入口790运行，通风口792作为出口792运行。

冷却系统700B的冷却单元701以类似于本文描述的冷却系统的方式操作。如可由图7B中的箭头所见，来自入口790的较冷流体(例如空气)被朝向冷却单元701吸入。冷却单元701将流体从散热器764的远侧驱动到散热器764的近侧。因此，流体被朝向并沿着散热器764的表面驱动。热量被传递到流体。流体离开散热器764附近的区域，带走热量。由于设备710B的构造，流体被导向出口792。因此，携带来自发热结构760的热量的流体可从设备710B排出，并且来自外部环境的新流体通过入口790吸入以冷却发热结构760。因为流体被引导到远离冷却单元701的出口792，热量可以以类似于上文针对冷却系统700A描述的方式沿着路径传递到一个或多个结构并由其消散。例如，由于结构704、765、766和767可以具有比散热器764低的温度和/或比携带来自发热结构760的热量的流体低的温度，热量可以传递到盖子704和/或一个或多个部件765、766和767。因此，在离开装置710B之前，流体可以被至少稍微冷却(即可以将热量传递到一个或多个结构704、765、766和/或767)。在一些实施例中，流体通过足够数量或构造的一个或多个低温结构和/或足够的距离，从而从流体中去除从本文所述的发热结构760传递的热量的部分。因此，可以从设备710B有效地去除热量。

主动冷却系统700B可以共享主动冷却系统100、400、500、 600A、600B、和/或700A的好处。此外，因为可以使用来自设备710B外部的冷流体来冷却发热结构760，所以可以改进热管理。因此，可以进一步提高发热结构760的性能。可以采用额外的冷却系统(未示出)和/或可以增加冷却系统700B的尺寸，例如通过添加更多的单元来冷却设备的额外部分，例如部件765和/或767。此外，流体可以被驱动到足够远的出口792，使得流体在离开设备710B之前至少稍微冷却。因此，出口792以及在设备610B的其他结构可以被放置在需要的地方。因此，设备710B的配置可以更加灵活。因为离开设备710B的流体可能比如果通风口792靠近发热结构760放置的情况更冷，可以减轻或避免由于流体流过出口792而对用户造成的不适或伤害。此外，壳体780上的热点可以降低温度或消除。

图8描绘了智能手机810中使用的冷却系统800。冷却系统800包括一个或多个冷却单元、瓦片和/或类似于本文所述的冷却单元、冷却系统和它们的部件的设备。然而，为清楚起见，未示出此类结构。在所示的实施例中，智能手机810是闭合的。因此，用于冷却智能手机810中的发热结构的流体(即空气)保留在智能手机810内。智能手机还包括外壳820和中框840。在其他实施例中，智能手机810可以包括入口和/出口通风口以允许与外部环境流体连通。在一些实施例中，多个主动冷却系统800可以部署在智能手机810中。为了清楚起见，智能手机810的顶部的一部分已经被移除。

在操作中，主动冷却系统800驱动流体朝向下面的一个或多个发热结构，例如一个或多个处理器。如从图8中未标记箭头的方向可以看出，加热的流体沿着智能手机810行进，经过电池。当加热的流体穿过智能手机810时，热量被传递到具有较低温度的一个或多个其他结构。例如，热量可以传递到外壳820和/或中框840。智能手机810被配置为允许这种流体流动。例如，可以在中间框架840和/或外壳820中提供凹槽或通道820(其中仅标记一个)以引导流体流动。类似地，空间832为流体提供离开主动冷却系统800附近的区域的路径。因此，提供了用于流体流过设备810中的一个或多个吸热结构的路径。在智能手机810远离冷却系统800的区域(所示实施例中智能手机810的相对端)，冷却流体开始其返回冷却系统800的路径。因此，流体在智能手机810内循环。

因此，冷却系统800可用于冷却智能手机810。这种冷却可能更有效并且能够从发热结构传递更大量的热量。此外，因为冷却系统800很薄，所以冷却系统800可以集成到智能手机800中，而厚度很少变化或没有变化。因此可以提高智能手机800的性能。此外，外壳820上的热点可以降低温度或消除。

图9A-9B描绘了利用冷却系统900和冷却系统900的智能手机910。冷却系统900包括类似于本文描述的冷却单元/冷却系统的四个冷却单元901。还示出了用于控制冷却单元901、柔性连接器904和相关联的电子设备906周围的流体流动的可选管道903。在所示的实施例中，智能手机910是闭合的。因此，用于冷却智能手机910中的发热结构的流体(即空气)保留在智能手机910内。智能手机910包括具有盖玻璃922和后盖924的壳体920。智能手机910还包括相机模块912、主板914、处理器960和形成发热结构的散热器962、其他电子部件916、电池918和中框940。

如图9A中可看见的，冷却系统900将冷却流体(未标记的实心箭头)驱动到发热结构上。在该实施例中，发热结构包括热联接到主板914上的处理器960的散热器962。在该实施例中，冷却系统900联接到中框940。在一些实施例中，冷却系统900可以连接到不同的部件。由冷却系统900驱动的流体被朝向处理器960和散热器962驱动，接触散热器962并沿着散热器962流动，并且提取由处理器960产生的热量。加热的流体(未标记的虚线箭头)沿着中框940和电池918行进。后盖924可被用来散热。例如，流体中的热量可以对流到后盖924并消散出去。类似地，热量也可以传递到中框940并消散。热量可以传递到后盖924和中框940，因为这些结构的温度低于加热流体的温度。在中框940中在中框940的侧面靠近电池918的凹槽941(以虚线示出)和在后盖924中凹槽944(以虚线示出)可以用来控制流体的流动。在一些实施例中，凹槽的深度可以在0.2毫米到0.4毫米(例如，标称0.3毫米)的数量级。因此，当流体沿着中框940和后盖924流动时，流体冷却。这由未标记的较长虚线箭头表示。经过电池918，较冷的流体沿盖玻璃922返回，在那里它继续冷却。流体可以在中框940和盖玻璃922之间的空间中和/或在中框940中凹槽942中(用虚线示出)被引导。在一些实施例中，空间和/或凹槽942的深度可以为0.2毫米到0.4毫米(例如标称0.3毫米)的数量级。冷却的流体返回冷却系统900，在那里它可以再次用于冷却处理器和/或其他部件。

因此，冷却系统900可用于冷却智能手机900。智能手机900的配置，例如凹槽和结构在其中的放置，还可有助于引导流体流动并从流体吸收热量。这种冷却可能更有效并且能够从发热结构传递更大量的热量。此外，因为冷却系统900很薄，所以冷却系统900可以集成到智能手机900中，而厚度很少变化或没有变化。因此可以提高智能手机900的性能。此外，盖子922上的热点可降低温度或消除。

图10A-10D描绘了具有和不具有如本文所述的冷却系统的智能手机的实施例和性能。更具体地说，图10A描绘了仅使用均热板(vapor chamber)冷却的智能手机1000A。因此，没有使用主动冷却系统。因此，智能手机1000A内的流体流动最小。图10B描绘了包括如本文所述的主动冷却系统1001B的封闭智能手机1000B的实施例。因此，用于冷却图10B中描绘的智能手机的流体(例如空气)保留在智能手机中。智能手机1000B被配置为使得流体沿着从冷却系统1001B附近的一个或多个发热结构的表面经过具有比发热结构的表面低的一个或多个温度的一个或多个结构的路径。一个或多个结构从流体吸收热量。然后流体返回冷却系统1001B。流体的路径可以通过线1002B看到，其中仅标记了两条线。

图10C描绘了包括如本文所述的冷却系统1001C的通风智能手机1000C的实施例。通风智能手机1000C还包括入口1003C和出口1004C。因此，对于图10C中描绘的智能手机1000C，冷却系统可以使用来自智能手机1000C外部的冷却空气来冷却发热结构和从智能手机排出的加热流体。智能手机1000C被配置为使得较冷的流体经由入口1003C进入并且被主动冷却系统1001C驱动朝向发热结构，如前所述。流体从发热结构提取热量，并沿着从靠近冷却系统1001C的一个或多个发热结构的表面经过一个或多个温度低于发热结构的表面的一个或多个结构的路径。一个或多个结构从流体吸收热量。流体经由出口1004C被引导出通风智能手机1000C。流体的路径可以通过线1002C看到，其中仅标记了三个。

图10D是包括曲线1010、1020和1030的曲线图，所述曲线1010、1020和1030分别表示图10A、10B和10C的分别智能手机1000A、1000B和1000C中的处理器可用的功率。图10D仅用于说明目的，且并不旨在对应于特定设备。如图10D中可看见，针对智能手机1000A(没有本文描述的主动冷却系统)的曲线1010由于处理器的加热而使用较低的功率。此外，处理器在点1012处更快地且以更低的功率开始节流。曲线1020指示使用本文描述的冷却系统1001B的封闭智能手机1000B的处理器可以利用(和耗散)更高的功率。此外，与曲线1010相比，点1022处的节流发生得更晚并且功率更高。曲线1030指示使用本文描述的冷却系统的用于通风智能手机1000C的处理器可以利用甚至更高的功率并且可以更长时间地抵抗节流。因此，可以提高性能。此外，如上所述，由于冷却系统的尺寸，使用冷却系统的智能手机的厚度可能保持不变。此外，智能手机1000B和1000C的盖子上的热点可以降低温度或消除。

本文描述的冷却系统可以与其他设备一起使用并实现类似的性能改进。例如，图11A-11C比较了没有如本文所述的主动冷却的笔记本计算机1100A(图11A中所示)和具有本文所述的主动冷却系统的笔记本计算机的实施例(例如通风笔记本计算机1100B)的性能。更具体地说，图11A描绘了不利用本文描述的冷却系统的笔记本计算机1100A。尽管笔记本计算机1100A包括通风口，但是由线1102A所指示的流体流动是最小的。图11B描绘了包括如本文所述的冷却系统1102B的开放(即通风)笔记本计算机1100B的实施例。因此，对于笔记本计算机1100B，来自笔记本计算机外部的冷却空气经由入口1103B进入，被导向冷却系统1001B并且可以被冷却系统用于冷却发热结构。加热的流体被导向出口1104B。因此，加热的流体是从笔记本计算机1100B排出的。流体流动由线1102B示出，其中仅标记了三个。图11C是包括曲线1110、1120和1130的曲线图，所述曲线1110、1120和1130分别指示笔记本计算机1100A、封闭笔记本计算机(图11A-11C中未示出)和通风笔记本计算机1100B的实施例中的处理器可用的功率。如图11D中可看见，不使用本文描述的冷却系统的笔记本计算机的曲线1110由于处理器发热而使用较低功率。曲线1120指示使用本文描述的冷却系统的封闭笔记本计算机的处理器可以利用(和耗散)更高的功率。曲线1130指示用于使用本文描述的冷却系统的通风笔记本计算机的处理器可以利用甚至更高的功率并且可以更长时间地抵抗节流。因此，可以提高性能。此外，如上所述，由于冷却系统的尺寸，使用该冷却系统的笔记本计算机的厚度可以保持不变。此外，笔记本1100B的盖子上的热点可以降低温度或消除。

类似地，图12A-12D描绘了具有和不具有如本文所述的冷却系统的虚拟现实设备的实施例和性能。更具体地说，图12A描绘了不利用如本文所述的主动冷却的虚拟现实设备1200A。因此，虚拟现实设备1200A内的流体流动是最小的。图12B描绘了包括如本文所述的主动冷却系统1201B的封闭虚拟现实设备1200B的实施例。因此，用于冷却图12B中描绘的虚拟现实设备1200B的流体(例如空气)保留在虚拟现实设备中。虚拟现实设备1200B被配置为使得流体沿着从靠近冷却系统1201B的一个或多个发热结构的表面经过一个或多个温度低于发热结构的表面的一个或多个结构的路径。一个或多个结构从流体吸收热量。然后流体返回冷却系统1201B。流体的路径可以通过线1202B看到，其中仅标记了两条线。

图12C描绘了包括如本文所述的冷却系统1201C的通风虚拟现实设备1200C的实施例。通风虚拟现实设备1200C还包括入口1203C和出口1204C。因此，对于图12C中描绘的虚拟现实设备1200C，来自虚拟现实设备1200C外部的冷却空气可以被冷却系统用于冷却发热结构和从虚拟现实设备排出的加热流体。通风虚拟现实设备1200C被配置为使得较冷的流体经由入口1203C进入并且被主动冷却系统1201C驱动朝向发热结构，如前所述。流体从发热结构提取热量，并沿着从一个或多个发热结构表面靠近冷却系统1201C经过一个或多个温度低于发热结构的表面的一个或多个结构的路径。一个或多个结构从流体吸收热量。流体经由出口1204C被引导出通风虚拟现实设备1200C。流体的路径可以通过线1202C看到，其中仅标记了两条线。

图12D是包括分别指示虚拟现实设备1200A、1200B和1200C可用功率的曲线1210、1220和1230的曲线图。图12D仅用于说明目的，且并不旨在对应于特定设备。如图12D中可看见，针对虚拟现实设备1200A(没有本文描述的主动冷却系统)的曲线1210由于处理器发热而使用较低功率。此外，处理器更快地在点1212处开始节流。曲线1220表示使用本文描述的冷却系统1201B的封闭虚拟现实设备1200B的处理器可以利用(和耗散)更高的功率。此外，点1222处的节流比曲线1210的节流晚发生。曲线1230表明用于通风虚拟现实设备1200C的处理器使用本文描述的冷却系统可以利用甚至更高的功率并且可以抵抗节流更久。因此，可以提高性能。此外，如上所述，由于冷却系统的尺寸，使用冷却系统的虚拟现实设备的厚度可以保持不变。此外，虚拟现实设备1200A、1200B和1200C的盖子上的热点可以降低温度或消除。

虽然为了清楚理解的目的已经对前述实施例进行了一些详细的描述，但是本发明不限于所提供的细节。存在许多实施本发明的替代方式。所公开的实施例是说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

主动冷却系统，其包括冷却元件，该冷却元件与流体连通且被配置为使用振动运动引导流体朝向至少一个发热结构的表面以从所述至少一个发热结构提取热量；

其中，所述系统被配置为使得所述流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过温度比所述至少一个发热结构的表面更低的结构的路径，所述结构从所述流体吸收热量，所述结构在所述系统内并且远离所述主动冷却系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为使得所述流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述结构的路径并返回到所述主动冷却系统。

3. 根据权利要求1所述的系统，还包括：

至少一个通风口，其允许与外部环境流体连通；且

其中系统被配置成使得所述流体沿着从至少一个发热结构的表面经过所述结构的路径并通过所述至少一个通风口离开所述系统到所述外部环境。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却元件包括第一侧和第二侧，所述第一侧在所述至少一个发热结构的远侧并且与所述流体连通，所述第二侧在所述至少一个发热结构的近侧，所述冷却元件被配置成使用所述振动运动以引导流体从所述第一侧到所述第二侧，使得所述流体朝向所述至少一个发热结构的表面行进。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述主动冷却系统还包括支撑结构，并且其中所述冷却元件选自中心锚定的冷却元件和边缘锚定的冷却元件，所述中心锚定的冷却元件具有中心区域和周边，所述中心锚定的冷却元件在所述中心区域处由所述支撑结构支撑，所述周边的至少一部分未被钉扎，所述边缘锚定的冷却元件具有中心部分和边缘，所述边缘锚定的冷却元件在所述边缘处由所述支撑结构支撑并在其中具有至少一个孔。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括盖子，并且所述主动冷却系统包括入口，所述主动冷却系统被配置为将靠近所述入口的所述盖子的区域的外表面温度降低至少五摄氏度。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主动冷却系统具有不超过两毫米的厚度。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发热结构具有在第一时间具有特征节流点的特征功率对时间曲线，所述至少一个发热结构具有在第二时间具有主动冷却节流点主动冷却功率对时间曲线，所述第一时间小于所述第二时间。

9.一种系统，其包括：

主动冷却系统，其包括多个冷却单元，所述多个冷却单元中的每个都包括冷却元件，其与流体连通并且被配置为使用振动运动引导所述流体朝向至少一个发热结构的表面以提取来自所述至少一个发热结构的热量；

其中，所述系统被配置为使得所述流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述系统内的结构的路径，所述结构从所述流体吸收热量，所述结构在所述系统内且远离所述主动冷却系统。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统被配置为使得所述流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述结构的路径并返回到所述主动冷却系统。

11. 根据权利要求9所述的系统，还包括：

至少一个通风口，允许与外部环境流体连通；且

其中，所述系统被配置成使得流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述结构的路径并通过所述至少一个通风口离开所述系统到所述外部环境。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述冷却元件包括第一侧和第二侧，所述第一侧在所述至少一个发热结构的远侧并且与所述流体连通，所述第二侧在所述至少一个发热结构的近侧，所述冷却元件被配置成使用所述振动运动以引导所述流体从所述第一侧到所述第二侧，使得所述流体朝向所述至少一个发热结构的表面行进。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个冷却单元还包括支撑结构并且其中所述冷却元件选自中心锚定的冷却元件和边缘锚定的冷却元件，所述中心锚定的冷却元件具有中心区域和周边，所述中心锚定的冷却元件在中心区域处由所述支撑结构支撑，所述周边的至少一部分未被钉扎，所述边缘锚定的冷却元件具有中心部分和边缘，所述边缘锚定的冷却元件在边缘处由所述支撑结构支撑并在其中具有至少一个孔。

14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统包括盖子，并且其中所述多个冷却单元中的每个还包括入口，所述主动冷却系统被配置为将靠近所述入口的所述盖子的区域的外表面温度降低至少五摄氏度。

15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述主动冷却系统具有不超过两毫米的厚度。

16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个发热结构具有在第一时间具有特征节流点的特征功率对时间曲线，所述至少一个发热结构具有在第二时间具有主动冷却节流点的主动冷却功率对时间曲线，所述第一时间小于所述第二时间。

17. 一种方法，其包括：

驱动主动冷却系统的冷却元件以一定频率引起振动运动，所述冷却元件与流体连通并被配置为使用所述振动运动引导流体朝向所述至少一个发热结构的表面以提取来自所述至少一个发热结构的热量；和

引导所述流体以沿着从所述至少一个发热结构的表面的路径经过，其中所述系统被配置为使得所述流体沿着从所述至少一个发热结构的表面经过温度低于所述至少一个发热结构的表面的结构的路径，所述结构从所述流体吸收热量，所述结构在所述系统内且远离所述主动冷却系统。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述引导还包括：

引导所述流体以沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述部件的路径并返回到所述主动冷却系统。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述引导还包括：

引导所述流体以沿着从所述至少一个发热结构的表面经过所述部件的路径且通过至少一个通风口离开所述系统到外部环境。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个发热结构具有在第一时间具有特征节流点的特征功率对时间曲线，所述至少一个发热结构具有在第二时间具有主动冷却节流点的主动冷却功率对时间曲线，所述第一时间小于所述第二时间。

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