CN114527807A - 用于硬件装置的热控制器、热控制系统以及热控制方法 - Google Patents

用于硬件装置的热控制器、热控制系统以及热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于硬件装置的热控制器、热控制系统以及热控制方法，具体而言本公开的实施例大体上涉及硬件装置中的热控制及管理。热控制系统包括热节点、热桥以及热控制器。热节点配置成接收在装置中生成的热。热控制器配置成响应于热控制器的环境温度大于第一阈值温度，引起从热节点到第一散热器的传热，并且防止从热节点到第二散热器的传热。热控制器还配置成响应于热控制器的环境温度大于第二阈值温度，引起从热节点到第二散热器的传热，并且防止从热节点到第一散热器的传热。

Description

用于硬件装置的热控制器、热控制系统以及热控制方法
技术领域
本公开的实施例大体上涉及装置中的热管理，并且更特别地涉及用于热敏装置中的有效热控制的热控制器、热控制系统以及方法。
背景技术
包括机械构件、热构件和/或电构件的硬件装置如今已变得普遍。日常例程中的几乎每一个任务都涉及一种类型的硬件装置或其它类型的硬件装置。这样的装置的性能局限于指定的温度范围，以便进行有效并且顺利的操作。然而，往往长的操作小时数或极端工作条件导致对这样的装置构成严重威胁的具有挑战性的情形。例如，当具有若干热敏构件的电子装置接近规定的极限或在规定的极限之外被操作时，装置可以显示出在性能方面的劣化。有时，这样的在性能方面的劣化可能最后导致如下的情形：可能使装置的一个或多个能力作出妥协或甚至完全地禁用。
发明内容
大体上，本文中所提供的本公开的实施例配置成用于硬件装置中的热控制和热管理。在审查下文中的附图和详述时，用于装置的热安全性并且用于防止热损伤的其它实施方式将对本领域技术人员明显可见或将变得明显可见。旨在所有这样的额外的实施方式都被包括在本描述内、本公开的范围内，并且被下文中的权利要求保护。
根据一些示例性的实施例，在本文中提供了一种热控制系统。在示例性的实施例中，热控制包括热节点、热桥以及热控制器。热节点配置成接收在装置中生成的热。热桥与热节点热耦合。在一些示例性的实施例中，热控制器配置成响应于热控制器的环境温度大于第一阈值温度，通过热桥与第一散热器的热耦合而引起从热节点到第一散热器的传热，并且通过热桥与第二散热器的热解耦而防止从热节点到第二散热器的传热。在一些示例性的实施例中，热控制器还配置成响应于热控制器的环境温度大于第二阈值温度，通过热桥与第二散热器的热耦合而引起从热节点到第二散热器的传热，并且通过热桥与第一散热器的热解耦而防止从热节点到第一散热器的传热。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热桥包括第一臂和第二臂。在一些示例性的实施例中，第一臂的第一端和第二臂的第二端中的每个与热节点热耦合。在一些示例性的实施例中，第一臂的第三端可与第一散热器热耦合，并且，第二臂的第四端可与第二散热器热耦合。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热控制器包括热敏可变形主体。在热控制系统的一些示例性的实施例中，热敏可变形主体包括聚丁烯或聚乙烯中的一种或多种。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热敏可变形主体朝向热桥的第一臂的第一端位于热桥的第一臂与热桥的第二臂之间。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于热敏可变形主体的环境温度大于第一阈值温度，热敏可变形主体配置成膨胀，以致于第一臂的第二端与第一散热器热耦合，以经由热桥的第一臂来从热节点传热到第一散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于热敏可变形主体的环境温度大于第一阈值温度，热敏可变形主体进一步配置成膨胀，以致于第二臂的第四端从第二散热器热解耦，以防止经由热桥的第二臂来从热节点传热到第二散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于热敏可变形主体的环境温度小于第二阈值温度，热敏可变形主体配置成收缩，以致于第二臂的第四端与第二散热器热耦合，以经由热桥的第二臂来从热节点传热到第二散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于热敏可变形主体的环境温度小于第二阈值温度，热敏可变形主体进一步配置成收缩，以致于第一臂的第二端从第一散热器热解耦，以防止经由热桥的第一臂来从热节点传热到第一散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热控制器包括：热传感器，其配置成感测热控制器的环境温度；和致动机构，其配置成响应于所感测的环境温度而对热桥进行致动。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，致动机构包括朝向热桥的第一臂的第一端定位于热桥的第一臂与热桥的第二臂之间的伺服马达。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于由热传感器感测的环境温度大于第一阈值温度，致动机构配置成使热桥的第一臂伸出，以致于第一臂的第一端与第一散热器热耦合，以经由热桥的第一臂来从热节点传热到第一散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于由热传感器感测的环境温度大于第一阈值温度，致动机构进一步配置成使热桥的第二臂伸出，以致于第二臂的第二端与第二散热器热解耦，以防止经由热桥的第二臂来从热节点传热到第二散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于由热传感器感测的环境温度小于第二阈值温度，致动机构配置成使热桥的第二臂缩回，以致于第二臂的第一端与第二散热器热耦合，以经由热桥的第二臂来从热节点传热到第二散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，响应于由热传感器感测的环境温度小于第二阈值温度，致动机构配置成使热桥的第一臂缩回，以致于第一臂的第二端从第一散热器热解耦，以防止经由热桥的第一臂来从热节点传热到第一散热器。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热桥包括铜、银、氧化铍或砷化硼中的至少一种。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热节点配置成从与装置相关联的一个或多个功耗装备接收在装置中生成的热。
另外或备选地，在热控制系统的一些实施例中，热桥是Y状的。在一些示例性的实施例中，热桥包括与热节点热耦合的第一臂、可与第一散热器热耦合的第二臂以及可与第二散热器热耦合的第三臂。在一些示例性的实施例中，第一臂、第二臂以及第三臂从热桥上的共同节点突出。
在一些示例性的实施例中，提供了一种热控制装置。在一些示例性的实施方式中，热控制装置包括具有第一臂、第二臂以及第三臂的热桥。在一些示例性的实施例中，热桥的第一臂可与热源热耦合，热桥的第二臂可与第一散热器热耦合，并且，第三臂可与第二散热器热耦合，在一些示例性的实施例中，热控制装置还包括热敏可变形主体，热敏可变形主体配置成引起热耦合，以便经由热桥来在热源与第一散热器之间传热，并且，引起热解耦，以防止经由热桥来在热源与第二散热器之间传热。
在一些示例性的实施例中，提供了一种热控制装置。热控制装置包括热桥和热敏可变形主体。在一些示例性的实施例中，热桥可与热源、第一散热器以及第二散热器热耦合。热敏可变形主体配置成响应于热敏可变形主体的环境温度大于第一阈值温度，引起经由热桥来通过热桥与第一散热器的热耦合而从热源传热到第一散热器，并且通过热桥与第二散热器的热解耦而防止从热源传热到第二散热器。在一些示例性的实施例中，热敏可变形主体还配置成响应于热控制器的环境温度大于第二阈值温度，通过热桥与第二散热器的热耦合而引起从热源传热到第二散热器，并且通过热桥与第一散热器的热解耦而防止从热源传热到第一散热器。
附图说明
因而，已概括地描述本公开的实施例，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1图示根据本公开的示例性的实施例的示例性的热控制系统的框图；
图2A图示根据本公开的示例性的实施例的在装置中体现的示例性的热控制系统；
图2B图示根据本公开的示例性的实施例的处于冷条件的热控制系统的工作示例；
图2C图示根据本公开的示例性的实施例的处于热条件的热控制系统的工作示例；
图3图示根据本公开的示例性的实施例的机电热控制器；
图4图示根据本公开的示例性的实施例的提供从装置向外进行的放热的热控制系统的工作示例；以及
图5图示描绘根据本公开的示例性的实施例的用于装置中的热控制的过程的示例性的操作的流程图。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图而更全面地描述本公开的实施例，在附图中，示出本公开的一些实施例，而并非所有实施例。实际上，本公开的实施例可以按许多不同形式体现，并且不应当被解释为限于本文中所阐明的实施例，更确切地说，提供这些实施例，以便本公开将满足适用的法律要求。相同编号通篇指相同元件。
硬件装置以各种形式和组成出现，这些形式和组成中的大部分包括机械、热或电部件/构件中的一个或多个。在操作期间，这些部件/构件在装置中产热。由于装置最近小型化，因而部件/构件的热足迹(footprint)进一步扩大，并且，在装置中产热的速率超出装置的冷却的速率。例如，在典型的手持装置中，存在消耗功率以实行一个或多个操作的各种电子构件，诸如，IC、放大器。这些构件产热，该热要求适当排出，以确保装置的性能劣化和安全操作。类似地，在冷条件下，极端温度下降能够停止装置的一个或多个构件的操作。在一个非限制性示例中，一个这样的温度敏感性构件是电池，其性能随着温度改变而急剧地劣化。这是因为，电池的额定容量一般基于室温(例如，处于25℃)。在高于标准操作范围的温度下，电池可能肿胀并且甚至烧坏，因而对装置和装置的使用者的安全性构成严重威胁。当电池在低于标准操作温度范围的温度下被操作时，电池的容量下降至低于额定容量。这对装置的使用者体验造成影响。使用辅助加热元件由于两个主要原因而进一步使问题恶化。第一，这样的加热元件消耗大功率，因而为装置留下很小的电池容量。第二，这样的解决方案仅仅解决一部分的问题，这些解决方案对由于高温操作而出现的问题无任何用处。
类似地，在另一个非限制性示例中，集成电路(IC)也是温度敏感性构件，其性能由于操作温度而受影响。特别地，在这些IC内部生成的自热被约束于装置内并且使其性能劣化。另外，被多个相邻的热生成构件环绕的IC可能受到热耦合效应。所有这些转而都基本上对电路的频率、dc以及时间响应造成影响。
本文中所描述的一些实施例提供针对硬件装置的高效热控制及管理。本文中所描述的一些实施例不要求额外的加热元件，因而确保高效率。一些实施例提供对于硬件装置中的有效热管理的基于精度的热控制。一些实施例利用热控制器来控制热桥，以与一个或多个热源和一个或多个散热器耦合和解耦，因而表现出如“热开关”那样的性质。一些实施例利用热控制器的环境温度来对热桥进行致动，以便引起和/或防止源与散热设备之间的传热。一些实施例通过利用在温度升高时膨胀并且随着温度降低而收缩的热敏可变形主体而提供对于装置中的热管理的防失效的解决方案。一些实施例利用热敏可变形主体的膨胀和收缩来对热桥进行致动。
在一些实施例中，热桥是双叉“Y”状导热桥。在这一点上，热桥的一个臂可以与装置中的热源直接地耦合或经由热节点来耦合。热桥的其它两个臂(每个叉)可以可沿着一个或多个尺寸伸出和缩回。两个叉中的每个可与相应的散热器热耦合。在一些实施例中，一个散热器可以排热到装置的壳体，以便从装置向外散热。在一些实施例中，其它散热器可以排热到装置内部的一个或多个热敏构件。
一些实施例涉及一种布置，其中，当热控制器的环境温度超出装置的操作温度范围的上限时，从装置中的一个或多个热源传热到装置外，以保护装置以免于过热和/或防止性能劣化，而当热控制器的环境温度小于装置的操作温度范围的下限时，从一个或多个热源传热到装置内部的一个或多个热敏构件，以防止性能劣化。
这样的实施例提供有效的热控制和免于对装置及其各种构件的热损伤的保护。而且，由于装置中的大部分构件的性能随着温度改变而恶化，因而本文中所描述的实施例提供用以即使当装置的环境温度改变时，也保持期望的性能水平的有效解决方案。实施所提出的解决方案的装置因而将显示出在其总体功能性方面的改进，并且因而将成为改进的硬件装置。
在一些实施例中，可以修改或进一步扩增上文的操作中的一些。此外，在一些实施例中，可以包括额外的任选操作。可以按任何顺序并且按任何组合执行对于上文的操作的修改、扩增或添加。
得益于在前文的描述和相关联的附图中提出的教导的本公开所属领域技术人员将想到本文中所阐明的本公开的许多修改及其它实施例。因此，将理解，实施例不限于所公开的具体实施例，并且，修改及其它实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管 前文的描述及相关联的附图在元件和/或功能的某些示例性的组合的情境下描述示例性的实施例，但应当意识到，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以通过备选实施例提供元件和/或功能的不同组合。在这一点上，例如，还如可以在所附权利要求中的一些中阐明的那样预期与在上文中明确地描述的那些元件和/或功能组合不同的元件和/或功能组合。尽管在本文中采用具体术语，但这些术语仅在通用和描述的意义上使用，而不出于限制的目的。
定义
术语“硬件装置”指配置使用一个或多个构件的任何装置。在一些示例性的实施例中，硬件装置可以是具有热、机械或电部件/构件中的一个或组合的机器。
术语“热节点”指从硬件装置中的一个或多个热源和/或载热体接收热的节点。在电子装置的非限制性的示例性情境下，热节点可以从诸如处理器、控制器、PMU、功率放大器等等之类的构件接收热或从连接到这样的构件的热导管接收热。
术语“热桥”指充当热源或载热体与散热器之间的传热路径的导热元件。在一些示例性的实施例中，热桥可以可沿着一个或多个尺寸移动。
术语“热控制器”指控制热桥以引起和/或防止硬件装置中的传热的设备或构件。热控制器可以使用电子元件、非电子元件以及机械元件中的一个或组合来实现。热控制器具有对温度变化的高敏感性，并且，如果温度处于操作范围或工作范围之外，则热控制器积极行动。
术语“热力源”或“热源”指如下的一个或多个元件：与硬件装置中的一个或多个其它元件相比，处于更高的热力学势。热力源可以产生自热或可以从另一个产热元件接收热。
术语“散热装置”或“散热器”指充当热耗散器或热吸收器的一个或多个元件。在一些示例性的实施例中，散热器可以是将由电子或机械构件生成的热传到诸如金属、空气或液体冷却剂之类的介质的被动换热器。
术语“热敏构件”指硬件装置的在结构上、在组成上或在功能上对热敏感的任何构件。例如，热敏构件可以是用于装置的如下的电池，其组成和性能由于操作温度的改变而受影响。在一些示例性的实施例中，热敏构件可以是在结构上和/或在组成上对热敏感的化学化合物、混合物或合金。
术语“可热耦合”指结构的与另一个结构耦合以引起传热的能力。
图1图示根据本公开的示例性的实施例的示例性的热控制系统的框图。热控制系统10包括一个或多个热源20、一个或多个散热器30、一个或多个热桥40以及热控制器50。在一些示例性的实施例中，热控制系统10可以包括比图1中所示出的情况更少或更多的构件。热控制系统10可以配置成提供热控制，以便引起和/或防止硬件装置中的传热。因此，在本公开的一些示例性的实施例中，热控制系统10可以体现为硬件装置或体现为用于硬件装置的模块化构件。
一个或多个热源20 可以是硬件装置中的热源或对应于硬件装置中的热源。例如，在电子装置的示例性的情境下，热源可以是一个或多个产热元件。产热元件可以是诸如功率放大器、控制器、CPU等等之类的功耗元件或诸如变压器、电池等等之类的能源。一个或多个热源20可以是在装置(一个或多个热源20可以是该装置的部分)中生成的热的主要来源。由一个或多个热源20生成的热要求适当排出，以便将装置的总体热特性维持于可容许的极限内。在一些示例性的实施例中，一个或多个热源20可能不产生“自热”，而是可以从位于装置的内部或外部的另一个产热元件接收热。这样的被动热源的示例可以包括热导管、冷板或与热发生器热耦合的构件。在一些示例性的实施例中，因而，一个或多个热源20可以具有热回路中的热节点或与热回路中的热节点相关联，其中，热节点接收在装置中生成的热。在这一点上，除非另外指定，否则术语热节点和一个或多个热源可以可互换地使用，并且可以使用相同参考标号(例如，热节点20或一个或多个热源20)来表示。
一个或多个散热器30可以对应于如下的部位、区域或构件：其中，热能够被排出，以调节硬件装置的温度。在一些示例性的实施例中，一个或多个散热器30可以对应于在与热机械装置和系统一起使用的电子装置和辐射器中使用的被动换热器。在一些示例性的实施例中，一个或多个散热器30可以对应于要求加热以便适当运作的位于装置内部的构件。在这一点上，在一些示例性的实施例中，一个或多个散热器30可以包括为装置提供电功率的电池或电池单元。在一些示例性的实施例中，一个或多个散热器30可以对应于装置的壳体。
一个或多个热桥40可以充当一个或多个热源20与一个或多个散热器30之间的传热路径。在这一点上，一个或多个热桥40包括一个或多个高导热性元件，诸如，铜、银、氧化铍或砷化硼。在一些示例性的实施例中，一个或多个热桥40可以包括多金属器件(双金属器件、三金属器件、四金属器件等等)。热桥40可以在形状上是多叉的，以充当多个热源与多个散热器之间的传热路径。在操作中，一个或多个热桥40的耦合和解耦可以被控制，以引起期望的(一个或多个)热源与期望的(一个或多个)散热器之间的传热。因而，(一个或多个)热桥40可以可与(一个或多个)热源20和(一个或多个)散热器30热耦合。
热控制器50控制一个或多个热桥40与一个或多个热源20和/或一个或多个散热器30的耦合和解耦。这样的耦合和解耦控制可以由热控制器50响应于热控制器50的环境温度而执行。在一些示例性的实施例中，热控制器50可以使用如下的热敏可变形主体来实现：在超过期望温度的情况下明显地膨胀，并且，在低于另一个期望温度的情况下明显地收缩。稍后参考图2A-2C而提供这样的实施例的详述。在一些示例性的实施例中，期望温度可以根据硬件装置的一个或多个构件的标准操作范围而设定。
为了对热桥40进行致动，热敏可变形主体可以放置于如下的位置中：从该位置起，由于热膨胀/收缩而导致的热敏可变形主体的移动能够转化成热桥40的移动。在这样的布置中，在热控制器的环境温度超出装置的标准操作温度范围的上限时，热敏可变形主体超过第一极限而膨胀，以使热桥40的一个臂伸出，以与一个或多个散热器30中的第一散热器耦合，以致于装置内部的热流减少，并且改为被指引至排热到合适部位的第一散热器。类似地，在热控制器的环境温度下降至小于电子构件的标准操作温度范围的下限时，热敏可变形主体超过第二极限而收缩，以使热桥40的另一个臂缩回，以与一个或多个散热器30中的第二散热器耦合，以致于热流被调节成位于装置内，以给装置的一个或多个构件提供加热效应。
在一些示例性的实施例中，热控制器50可以使用包括温度传感器和电子控制器致动机构的机电布置来实现。稍后参考图3而提供这样的实施例的详述。在一些示例性的实施例中，温度传感器可以提供对热控制器的环境的绝对温度的测量。备选地，在一些实施例中，温度传感器可以提供热控制器50的环境的温度相对于装置的外部环境的温度的差分(differential)测量值。在任一种情况下，致动机构的电子控制器都响应于来自温度传感器的温度测量值而以与在上文中参考热敏可变形主体而描述的一个方式类似的方式控制一个或多个热桥40的移动。
本文中所图示的热控制系统的示例性的实施例提供对于硬件装置中的热管理和热控制的有效解决方案。例如，可以使用本文中所描述的示例性的热控制系统来保护诸如电池之类的热敏构件(其性能随着其温度改变而迅速地劣化)以免于潜在的热损伤和操作失效。而且，这样的热敏构件的总体能力和寿命增强，由此提供用于在操作条件可以包含处于这样的热敏构件的标准操作范围之外的区域的环境中实施这样的热敏构件的途径。因而，本文中所描述的示例性的实施例提供装备有本文中所描述的示范性的热控制系统的装置的可操作性、性能以及寿命的改进。这些改进和若干其它改进将通过随后描述的示例性的实施例的详述而变得明显。
图2A图示根据本公开的示例性的实施例的在装置中体现的示例性的热控制系统。具体地，图2A图示具有使用热敏可变形主体110来实现的热控制器的热控制系统的实施例。在此实施例中，热控制系统体现为电子装置100的部分。电子装置100的壳体102包封热源104、热敏构件106、热桥108以及热敏可变形主体110。壳体102可以包括金属部分或完全包封件。壳体102 可能是装置100的外主体，或可能不是装置100的外主体。热源104可以是产热元件，诸如，消耗电功率以便进行操作的电子构件。在一些示例性的实施例中，热源104可以是功率放大器、CPU、集成电路等等中的一个或多个。热源104在操作期间产热，这要求适当排出，以调节电子装置100的温度，并且防止对诸如热敏构件106之类的其它构件的损伤。
热敏构件106可以是如下的任何构件：如果装置100的温度(也被称为装置100的环境温度)处于构件106的操作温度范围之外，则构件的结构、组成或性能受影响。热敏构件106的一个这样的示例可以是电池，诸如，锂离子电池。这样的电池在电子小配件(诸如，移动式手持装置)中广泛地使用。对于这样的手持装置，电池容量是确定装置能够一直工作的持续时间的关键因素。以往，对于这样的装置，添加新的功能性已推动对于更大的电池容量的需求。对于这样的电池，将额定电池容量保持于温度极端值是期望的，以在所有天气条件下都支持对电子装置的无缝操作。对于如电池那样的这样的热敏构件的有效热管理，期望的是，即使在装置100被操作的环境的温度处于工作范围外时，这样的构件的温度也维持于工作范围内。
在一些示例性的实施例中，热敏构件106可以是电路系统的电子构件。这样的电子构件的一些非限制性示例可以包括SMT铝电容器、钽陶瓷电容器、晶体、振荡器、熔断器等等。由于对热的高敏感性的原因，如果包括这些构件的装置的温度未被调节成处于由最敏感的构件和最不敏感的构件限定的工作范围内，则这些电子构件可能停止操作或异常地操作。
当装置100在温度接近或低于构件106的工作范围的下限的环境中被操作时，装置100可以被视为在冷条件下被操作。这在图2B中描绘，图2B图示根据本公开的示例性的实施例的处于冷条件的热控制系统的工作示例。在一些示例性的实施例中，当装置100在冷条件下被操作时，热敏构件106可以被供热，以防止构件106的性能的恶化。
当装置100在温度接近或高于构件106的工作范围的上限的环境中被操作时，装置可以被视为在热条件下被操作。这在图2C中描绘，图2C图示根据本公开的示例性的实施例的处于热条件的热控制系统的工作示例。在一些示例性的实施例中，当装置100在热条件下被操作时，构件106可以要求抽热，以防止对构件106的损伤。到热敏构件106的传热或自热敏构件106起的传热可以经由一个或多个桥(诸如，热桥108)而使用热敏可变形主体110来控制。
在图2A中所示出的示例性的实施例中，热桥108可以是具有三个臂的Y状桥。尽管图2A示出装置100中的单个热桥，但在本公开的范围内，可以预期，如可能要求的那样，可能存在用以提供源与散热设备之间的传热的更多数量的这样的桥。热桥108包括共同地从第三臂108C突出的第一臂108A和第二臂108B。第三臂108C可以通过任何合适技术而热闩锁(latch)到热源104。例如，第三臂108C可以铆接、焊接或紧固到热源104，以提供热桥108与热源104之间的直接接触。在一些示例性的实施例中，第三臂108C可以使用第三臂108C与热源104之间的合适介质来闩锁到热源104的表面或热板。这样的间接闩锁机制可以有益于热桥108和/或热源104的维修和例行维护。在任一种情况下，第三臂108C与热源104的闩锁都提供用于从热源104散热的有效传热路径。在一些示例性的实施例中，第三臂108C可以充当配置成接收在装置100中生成的热的热节点，并且，在这样的示例性的实施例中，仅第一臂108A和第二臂108B可以被认为是热桥108的部分。
在一些示例性的实施例中，热桥108的第一臂108A可以从第三臂108C朝向装置100的壳体102的表面伸出，以致于第一臂108A的近端连接到第三臂108C，而第一臂108A的远端可以形成可与装置100的壳体102热耦合的表面。以镜像方式，热桥108的第二臂108B可以从第三臂108C朝向热敏构件106伸出，以致于第二臂108B的近端连接到第三臂108C，而第二臂108B的远端可以形成可与装置100的热敏构件106热耦合的表面。
使用热敏可变形主体110来实现的热控制器可以定位于热桥108的第一臂108A与第二臂108B之间，以致于热敏可变形主体110的膨胀/收缩转化成第一臂108A和/或第二臂108B的移动。在一些示例性的实施例中，由于热膨胀和收缩而可能限定热敏可变形主体110的三种大小。在室温下，例如，在大约25℃下，热敏可变形主体110可以具有由表面110A限定的形状。以粗线示出的表面110A的轮廓可以对应于热敏可变形主体110的平均位置。当热敏可变形主体110的环境温度从室温降低时，热敏可变形主体110开始收缩。在由于环境温度下降而导致热敏可变形主体110收缩的过程期间，热敏可变形主体110可以达到由表面110B限定的形状并且甚至进一步从该形状缩小。以离散虚线示出的表面110B的轮廓可以对应于热敏可变形主体110的第一极端位置。当热敏可变形主体110的环境温度升高时，热敏可变形主体110开始膨胀。在热敏可变形主体110由于环境温度上升而膨胀的过程期间，热敏可变形主体110可以达到由表面110C限定的形状并且甚至越过该形状。以细虚线示出的表面110C的轮廓可以对应于热敏可变形主体的第二极端位置。在下文中，记号110A、110B以及110C也可以用于相应地指热敏可变形主体110的平均位置、第一极端位置以及第二极端位置。
对于热敏可变形主体110的材料及其大小的选择取决于热敏可变形主体110的热膨胀系数和热敏构件106的工作温度范围的极限。在一些示例性的实施例中，当热敏可变形主体110的形状是球形、圆形或近圆形时，热敏可变形主体110可以是各向同性的，以便由于热膨胀/收缩而导致的热敏可变形主体110的大小的改变在所有方向上都是均匀的。在热敏可变形主体110为平面的示例性的实施例中，热敏可变形主体110可以是各向异性的，以便由于热膨胀/收缩而导致的热敏可变形主体110的大小的改变在所有方向上都是不均匀的。在这样的实施例中，热敏可变形主体110可以按这样的方式设计：由于热膨胀/收缩而导致的沿着与热桥108的移动方向平行的方向的大小的改变基本上超过由于热膨胀/收缩而导致的沿任何其它方向的大小的改变。在一些示例性的实施例中，热敏可变形主体110包括聚丁烯或聚乙烯中的一种或多种。
热敏可变形主体的最终尺寸(Df)可以依据热敏可变形主体110的初始尺寸(D0)和温度改变(ΔT)而表达为：
Df = D0(1+ nαΔT)
其中，α是热敏可变形主体110的热膨胀系数，并且，n对应于笛卡尔坐标中的维度(对于长度，n = 1，对于面积，n = 2，对于体积，n = 3)。热敏可变形主体110可以具有高的热膨胀系数，以便即使对于微小温度改变，也可明显地感知尺寸的改变，以便对热桥108进行致动。在一些非限制性的示例性实施例中，热敏可变形主体110可以具有超过100x10−6 K−1的热膨胀系数。
能够使用对热敏构件106的工作温度范围的认知来设计热敏可变形主体110，以致于热敏可变形主体110的平均位置110A中的尺寸对应于热敏构件106的工作温度范围内的温度，热敏可变形主体110的第一极端位置110B中的尺寸对应于低于或接近热敏构件106的工作温度范围的下限的温度，并且，热敏可变形主体110的第二极端位置110C中的尺寸对应于接近或大于热敏构件106的工作温度范围的上限的温度。以此方式，热敏可变形主体110关于热敏构件106的极限而膨胀和收缩。
参考图2A中所图示的示例性的实施例，当热敏构件106的环境温度处于工作范围内时，热敏可变形主体110位于平均位置110A处或基本上位于平均位置110A附近。在此位置中，可能不要求热源104与热敏构件106之间的换热。照此，热桥108的第二臂108B从热敏构件106热解耦，并且，热桥108的第一臂可能与壳体102耦合或可能不与壳体102耦合。即，在室温下，如果由热源104产生的热的速率超出装置100的自冷却的速率，则热桥的第一臂108A可以设计成与壳体102接触，以将来自热源104的热通过壳体102排出到装置100外。然而，如果在室温下，由热源104产生的热的速率小于或等于装置100的自冷却的速率，则热桥的第一臂108A可以设计成不与壳体102接触。
当热敏可变形主体110的环境温度低于热敏构件106的下限时，热敏可变形主体110 收缩，以致于热敏可变形主体110位于第一极端位置110B处或基本上位于第一极端位置110B附近。这在图2B中图示，其中，第一极端位置110B示出为连续线。在此位置处，期望的是，供热到热敏构件106，以将热敏构件106的温度维持于工作范围内。使用外部热源或辅助热源可能要求额外的功率，这可能进一步减少可利用的电池容量。因此，来自热源104的热可以改为被利用来对热敏构件106进行加热。因而，在图2B中所图示的示例性的实施例中，当热敏可变形主体110到达第一极端位置110B时，热桥108的第二臂108B朝向位于近端附近的热敏可变形主体110缩回。这引起第二臂108B与热敏构件106热耦合，以提供热源104与热敏构件106之间的传热路径。热敏可变形主体110的收缩还引起热桥108的第一臂108A缩回并且被拖动得更靠近位于近端附近的热敏可变形主体110。这引起第一臂108与壳体102热解耦，因而防止从热源104到壳体102的任何传热。
当热敏可变形主体110的环境温度高于热敏构件106的上限时，热敏可变形主体110膨胀，以致于热敏可变形主体110位于第二极端位置110C处或基本上位于第二极端位置110C附近。这在图2C中图示，其中，第二极端位置110C示出为连续线。在此位置处，期望的是，从装置100除热，以调节装置100的温度，以防止对热敏构件106的热致损伤并且将热敏构件106的温度维持于工作范围内。在一些示例性的实施例中，热敏构件106可以具有良好的自冷却特性(即，由于结构因素、材料因素或设计因素的原因，热敏构件106能够自行冷却。照此，使用额外的散热设备可能是不期望的，并且，仅从装置100向外传热可以足以确保安全操作。如图2C中所图示的，热敏可变形主体110的膨胀对第一臂108A施力。这引起第一臂108A朝向壳体102伸出，以致于当热敏可变形主体110位于第二极端位置110C处或基本上位于第二极端位置110C附近时，第一臂108A在远端处与壳体102热耦合，以提供热源104与壳体102之间的传热路径。
在一些示例性的实施例中，当期望高精度热控制时，图1的热控制器50可以使用机电布置来实现，接着参考图3而提供该机电布置的详述。
图3图示根据本公开的示例性的实施例的机电热控制器。参考图1和图2A-2C而描述图3。对于一些热敏构件106，可以期望的是，热桥108的致动非常精确地发生。在这样的情况下，热控制器50使用具有对温度改变的良好响应的设置来实现。这样的设置还提供针对不同的热敏构件106而配置热控制器50的能力。
参考图3，机电热控制器50包括用于感测热控制器50的环境温度的传感器模块和用于控制热桥108的致动的致动机构。传感器模块可以使用合适的温度传感器52来实现。致动机构可以包括运动驱动器，诸如，马达54、运动传输系统56以及控制器58。控制器58可以响应于由温度传感器52测量的温度而控制马达54的操作。马达54以这样的方式与运动传输系统56旋转地耦合：马达54的转子的旋转转化成第一轴56A和第二轴56B的直线运动。在这一点上，运动传输系统56可以使用齿轮、拨盘和/或联动装置的合适组件(诸如，在齿条及小齿轮致动器中使用的组件)来实现。在一些示例性的实施例中，马达54可以是具有沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转的能力的伺服马达。控制器58可以体现为包括存储器和一个或多个处理器的中央处理单元(CPU)、体现为一个或多个微控制器单元(MCU)、体现为各种硬件处理器件(诸如，协处理器、微处理器或包括集成电路(诸如，例如ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、硬件加速器、专用计算机芯片等等)的各种其它处理电路系统)中的一个或多个。
第一轴56A和第二轴56B可以相对于马达54伸出以及缩回。如图3中所示出的，第一轴56A可朝向以及远离热桥108的第一臂108A移动，而第二轴可朝向以及远离热桥108的第二臂108B移动。而且，运动传输系统56可以具有限定为如下的位置的平均位置：在该位置处，视情况而定，相应的轴维持与对应的散热器(壳体102或热敏构件106)解耦的第一臂108A或第二臂108B。类似地，运动传输系统56可以具有限定为如下的位置的第一极端位置：在该位置处，第一轴维持与壳体102解耦的第一臂108A，而第二轴56B维持与热敏构件106耦合的第二臂108B。如图3中所图示的，在运动传输系统56的第一极端位置处，第一轴56A和第二轴以连续线示出。运动传输系统56可以具有限定为如下的位置的第二极端位置：在该位置处，第一轴维持与壳体102耦合的第一臂108A，而第二轴56B维持与热敏构件106解耦的第二臂108B。如图3中所图示的，在运动传输系统56的第二极端位置处，第一轴56A和第二轴以虚线示出。
在一些示例性的实施例中，温度传感器52向控制器58提供热控制器50的环境温度的测量值。在一些示例性的实施例中，温度传感器52可以提供环境温度的绝对测量值。在一些示例性的实施例中，温度传感器52可以提供热控制器50的环境温度(即，相对于装置100的环境温度)的差分测量值。在一些示例性的实施例中，温度传感器52可以提供热敏构件106的环境温度的测量值。在任一种情况下，控制器58都可以响应于所接收的温度测量值而控制马达54，以沿着期望方向以所运算的量旋转，以便第一臂108A和/或第二臂108B合适地移动，以与壳体102或热敏元件106热耦合或解耦。
当如由温度传感器52感测的温度处于热敏构件106的工作范围内时，第一轴56A和第二轴56B位于与运动传输系统56的平均位置对应的位置处或基本上位于该位置附近。在此位置处，可能不要求热源104与热敏构件106之间的换热。照此，热桥108的第二臂108B从热敏构件106热解耦，并且，热桥108的第一臂可能与壳体102耦合或可能不与壳体102耦合。即，在室温下，如果由热源104产生的热的速率超出装置100的自冷却的速率，则热桥的第一臂108A可以设计成与壳体102接触，以将来自热源104的热通过壳体102排出到装置100外。然而，如果在室温下，由热源104产生的热的速率小于或等于装置100的自冷却的速率，则热桥108的第一臂108A可以设计成不与壳体102接触。
当如由温度传感器52感测的温度低于热敏构件106的下限时，控制器58以模仿热敏可变形主体110的收缩的方式驱动马达54。即，控制器58以这样的方式驱动马达54：第一轴56A和第二轴56B朝向马达54被拖动。这引起热桥108的第二臂108B朝向位于近端附近的热控制器50缩回，由此使第二臂108B与热敏构件106热耦合，以提供热源104与热敏构件106之间的传热路径。第一轴56A和第二轴56B朝向马达54的移动还引起热桥108的第一臂108A缩回并且被拖动得更靠近位于近端附近的热控制器50。这引起第一臂108与壳体102热解耦，因而防止从热源104到壳体102的任何传热。
当如由温度传感器52感测的温度高于热敏构件106的上限时，控制器58以模仿热敏可变形主体110的膨胀的方式驱动马达54。即，控制器58以这样的方式驱动马达54：第一轴56A和第二轴56B相应地朝向第一臂108A和第二臂108B被拖动远离马达54。这引起热桥108的第二臂108B远离位于近端附近的热控制器50而伸出，由此使第二臂108B与热敏构件106热解耦。第一轴56A和第二轴56B远离马达54的移动还引起热桥108的第一臂108A朝向壳体102伸出，这转而引起第一臂108与壳体102热耦合，以提供热源104与壳体102之间的传热路径。
以此方式，热控制系统的示例性的实施例提供对于硬件装置的基于精度的热控制。尽管图3图示响应于温度传感器52而操作的控制器58，但在本公开的范围内，可以预期，热敏可变形主体110也可以代替温度传感器52而用于刺激控制器58的操作。例如，热敏可变形主体110的膨胀和收缩可以用于驱动指示与热敏构件106的工作温度范围的上限和下限对应的逻辑级的一个或多个开关。控制器58可以与一个或多个开关通过接口接合，以控制马达54的操作，并且由此引起第一臂108A和/或第二臂108B的耦合和/或解耦。
图4图示根据本公开的示例性的实施例的提供从装置向外进行的放热的热控制系统的工作示例。图4示出对于参考图2A-2C而描述的热控制系统的增强。因此，为了简洁起见，省略类似元件的描述。在一些示例性的实施例中，热敏构件106可能不具有良好的自冷却特性(即，由于各种原因(诸如，设计约束)而可能不可利用充分冷却机制)。照此，当装置100在热条件下被操作时，可以期望的是，除了热源104之外，还从热敏构件106向外抽热，以调节热敏构件106的温度。当热敏构件106在操作期间产热时，可能出现类似情形。在这样的实施例中，热敏构件106可以充当热源。
为了解决前面提到的要求，装置100可以另外包括用于热敏构件106的热桥402。热桥402可以可移动，以致于热桥402相应地基于热敏可变形主体110的热膨胀和收缩而与壳体102热耦合和解耦。在一些示例性的实施例中，支撑结构404可以使热敏可变形主体110与热桥402接合，以使热桥402移动。支撑结构404可以包括具有良好的拉伸强度的绝缘材料，以便防止热敏可变形主体110与热敏构件106之间的任何传热。当热敏可变形主体110的环境温度高于热敏构件106的工作范围的上限时，热敏可变形主体110以与参考图2A和图2C而描述的方式类似的方式膨胀。热敏可变形主体110的膨胀引起热敏可变形主体110位于在图4中示出为连续线的第二极端位置110C处或基本上位于第二极端位置110C附近。在此位置处，期望从热源104 以及热敏构件106除热。第一臂108A与壳体102的热耦合以与参考图2C而讨论的方式类似的方式发生，以从热源104传热到壳体102。而且，如图4中所图示的，热敏可变形主体110的膨胀在支撑结构404上推动，这转而使热桥402朝向壳体102移动。这引起热桥402在远端处与壳体102热耦合，以提供热敏构件106与壳体102之间的传热路径。因而，由热敏构件106生成的热被排出到壳体102，并且，热敏构件106的温度被维持于工作范围内。
图5图示描绘根据本公开的示例性的实施例的用于装置中的热控制的过程500的示例性的操作的流程图。过程500可以由与参考图3而讨论的一个热控制系统或热控制装置类似的热控制系统或热控制装置实施。过程500包括在502由温度传感器52感测热控制器50的环境温度。温度传感器52可以提供热控制器的环境温度的绝对或差分测量值。在一些示例性的实施例中，温度传感器52可以提供热敏构件106的环境温度的测量值。
过程500包括在504由控制器58检查所感测的环境温度是否大于第一温度阈值(阈值1)。例如，第一温度阈值可以对应于热敏构件106的工作范围的上限。如果在504进行的检查的结果为肯定的(是)，则过程的控制转到步骤506。在506，过程500包括引起从热节点到第一散热器的传热，并且防止从热节点到第二散热器的传热。热节点可以对应于接收在装置(诸如，装置100)中生成的热的节点。在一些示例性的实施例中，热节点可以是热源104。在一些示例性的实施例中，热节点可以热闩锁到热源104。第一散热器可以是从装置向外散热或载热的散热器。在一些示例性的实施例中，第一散热器可以对应于图2A中所图示的装置100的壳体102。第二散热器可以是散热到装置中的一个或多个热敏构件的散热器。例如，第二散热器可以对应于图2A中所图示的装置100的热敏构件106。
在一些示例性的实施例中，为了引起从热节点到第一散热器的传热，控制器58引起热桥108的第一臂108A朝向装置100的壳体102伸出。这引起第一臂108A与壳体102热耦合，由此提供用于从热源104 传热到壳体102的传热路径。在一些示例性的实施例中，为了防止从热节点到第二散热器的传热，控制器58引起热桥108的第二臂108B远离热敏构件106而伸出，以致于第二臂108B与热敏构件106热解耦，以切断热源104与热敏构件106之间的任何传热路径。因而，防止传热到热敏构件106。
然而，如果在504进行的检查的结果为否定的(否)，则过程500继续前进到步骤508。在508进行的过程500包括检查所感测的温度是否小于第二温度阈值(阈值2)。例如，第二温度阈值可以对应于热敏构件106的工作范围的下限。如果在508进行的检查的结果为否定的(否)，则过程的控制返回到步骤502，并且，重复过程500。然而，如果在步骤508进行的检查的结果为肯定的(是)，则控制转到步骤510。在510，过程500包括引起从热节点到第二散热器的传热，并且防止从热节点到第一散热器的传热。
在一些示例性的实施例中，为了引起从热节点到第二散热器的传热，控制器58引起热桥108的第二臂108B朝向装置100的热敏构件106缩回。这引起第二臂108B与热敏构件106热耦合，由此提供用于从热源104传热到热敏构件106的传热路径。在一些示例性的实施例中，为了防止从热节点到第一散热器的传热，控制器58引起热桥108的第一臂108A远离壳体102而缩回，以致于第一臂108A与壳体102热解耦，以切断热源104与壳体102之间的任何传热路径。因而，防止传热到壳体102。
以此方式，热控制过程500的示例性的实施例提供用于将装置的温度调节成留在期望的工作范围内的有效并且精确的热控制及管理。热控制过程500还提供对于由于对装置的一个或多个构件的潜在的热损伤而出现的问题的有效解决方案，并且确保至少不会由于装置的环境温度的改变而对构件的性能作出妥协。
将理解，流程图的每个框和在上文中在图5中图示的流程图中的框的组合可以由诸如硬件、固件、电路系统和/或其它合适装置之类的各种器件实施。例如，上述的规程中的一个或多个可以由计算机程序指令体现。在这一点上，体现上述的规程的计算机程序指令可以由采用本发明的实施例的设备的存储器装置存储并且由热控制系统/装置的处理器执行。因此，流程图的框支持用于执行指定的功能的手段的组合和用于执行指定的功能/操作的操作的组合。还将理解，流程图的一个或多个框和流程图中的框的组合能够由专用硬件实施。本主题的实施例和本文中所描述的操作能够使用类似的布置、机构、组件和/或电子电路系统(包括本说明书中所公开的结构及其结构等同物)来实施或以它们中的一个或多个的组合实施。
虽然本说明书包含许多具体实施方式细节，但这些不应当被解释为对任何公开内容的范围或可能要求保护的内容的限制，而更确切地说，被解释为对特定于特定的公开内容的特定的实施例的特征的描述。在本文中在单独的实施例的情境下描述的某些特征也能够在单个实施例中以组合实施。相反地，在单个实施例的情境下描述的各种特征也能够在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以在上文中被描述为以某些组合起作用并且甚至起初如此要求保护，但在一些情况下，来自要求保护的组合的一个或多个特征能够从组合删除，并且，要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
类似地，虽然结构和操作在附图中以特定的方式和顺序描绘，但这不应当被理解为要求这样的操作按所示出的特定顺序或按相继顺序执行或执行所有所图示的操作以实现理想结果，或结构应当仅以本文中所描述的方式工作。在公开内容的范围内，在不脱离目标的情况下，各种修改和变更可以是可能的。此外，上述的实施例中的各种系统构件的分离不应当被理解为在所有实施例中都要求这样的分离，并且，应当理解，所描述的系统能够大体上集成在一起或进一步分段。
因而，已描述本主题的特定实施例。其它实施例处于下文中的权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中所叙述的动作能够按不同顺序执行并且仍然实现理想结果。另外，附图中所描绘的过程不一定要求相继顺序或所示出的特定顺序来实现理想结果。

Claims (10)

1.一种热控制系统(10)，包括：
热节点(20、108C)，其配置成接收在装置中生成的热；
热桥(40、108)，其与所述热节点热耦合；以及
热控制器(50)，其配置成：
响应于所述热控制器的环境温度大于第一阈值温度：
通过所述热桥与第一散热器的热耦合而引起从所述热节点到所述第一散热器(30)的传热；并且，
通过所述热桥与第二散热器的热解耦而防止从所述热节点到所述第二散热器(30)的传热；并且，
响应于所述热控制器的所述环境温度大于第二阈值温度：
通过所述热桥与所述第二散热器的热耦合而引起从所述热节点到所述第二散热器的传热；并且，
通过所述热桥与所述第一散热器的热解耦而防止从所述热节点到所述第一散热器的传热。
2.根据权利要求1所述的热控制系统，
其中，所述热桥包括第一臂(108A)和第二臂(108B)，
其中，所述第一臂的第一端和所述第二臂的第二端中的每个与所述热节点热耦合，并且，
其中，所述第一臂的第三端可与所述第一散热器热耦合，并且，所述第二臂的第四端可与所述第二散热器热耦合。
3.根据权利要求2所述的热控制系统，其中，所述热控制器包括热敏可变形主体(110)。
4.根据权利要求3所述的热控制系统，其中，所述热敏可变形主体包括聚丁烯或聚乙烯中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的热控制系统，其中，所述热敏可变形主体朝向所述热桥的所述第一臂的所述第一端位于所述热桥的所述第一臂与所述热桥的所述第二臂之间。
6.根据权利要求5所述的热控制系统，其中，响应于所述热敏可变形主体的所述环境温度大于所述第一阈值温度，所述热敏可变形主体配置成膨胀，以致于所述第一臂的所述第二端与所述第一散热器热耦合，以经由所述热桥的所述第一臂来从所述热节点传热到所述第一散热器。
7.根据权利要求6所述的热控制系统，其中，响应于所述热敏可变形主体的所述环境温度大于所述第一阈值温度，所述热敏可变形主体进一步配置成膨胀，以致于所述第二臂的所述第四端从所述第二散热器热解耦，以防止经由所述热桥的所述第二臂来从所述热节点传热到所述第二散热器。
8.根据权利要求5所述的热控制系统，其中，响应于所述热敏可变形主体的所述环境温度小于所述第二阈值温度，所述热敏可变形主体配置成收缩，以致于所述第二臂的所述第四端与所述第二散热器热耦合，以经由所述热桥的所述第二臂来从所述热节点传热到所述第二散热器。
9.根据权利要求8所述的热控制系统，其中，响应于所述热敏可变形主体的所述环境温度小于所述第二阈值温度，所述热敏可变形主体进一步配置成收缩，以致于所述第一臂的所述第二端从所述第一散热器热解耦，以防止经由所述热桥的所述第一臂来从所述热节点传热到所述第一散热器。
10.根据权利要求2所述的热控制系统，其中，所述热控制器包括：
热传感器(52)，其配置成感测所述热控制器的所述环境温度；以及
致动机构，其配置成响应于所述所感测的环境温度而对所述热桥进行致动。
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