CN116113193B - 一种双金属片式自适应温度热管理结构 - Google Patents

一种双金属片式自适应温度热管理结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双金属片式自适应温度热管理结构，该热管理结构包括器件外壳、保温金属板、至少一个双金属片支撑结构以及绝热筒；保温金属板与器件外壳平行设置；保温金属板在朝向器件外壳的一侧表面设置有与绝热筒位置对应的凹槽；绝热筒能够伸缩地连接于器件外壳与保温金属板之间，并在内部形成空气夹层；至少一个双金属片支撑结构均位于绝热筒的空气夹层内；每个双金属片支撑结构均由两端部铰接在一起的上双金属片和下双金属片构成；上双金属片与下双金属片均由叠置的双层金属片构成，并沿从保温金属板朝向器件外壳的方向排列。上述热管理结构通过自适应式结构来实现保温、散热一体化。

Description

一种双金属片式自适应温度热管理结构
技术领域
本发明涉及热管理技术领域，具体涉及一种双金属片式自适应温度热管理结构。
背景技术
对于电子器件的散热是必要的，但是对于特殊电子器件而言，当环境温度变化特殊时，即外部环境温度过高时，单纯的阻热措施是无法保证电子器件的安全，需要根据环境的温度条件做出相应的策略结构，因为电子器件还有散热需求。散热与保温是相对的，散热就是使电子元器件产生的热量转移或者耗散掉，以防止器件集热，影响性能，甚至高温损坏。对于器件的散热主要是放置于通风位置，或增加金属式翅片等增加散热面积，达到散热效果。保温则是利用一些保温材料包裹主要器件，以保证器件的温度恒温或者隔绝外部的高温或者低温环境影响。
目前所设计的结构只能实现保温或者散热单一的功能而已，不能满足于散热与保温一体化结构。如现在快速发展的无人机技术，当无人机器人在正常的环境中运行时，其核心器件是需要散热的，加强散热有利于提高稳定性，但是在特殊的高温环境中时则是需要对器件进行一定的隔热保护，以保证器件的正常运行，防止热损坏。所以需要对环境温度的改变做出相应的策略，以此保护好机器器件在极端且变化的环境中正常运行。现有的一些保温结构中，设计的仅仅是使用保温材料包裹需要保温的器件，优化保温材料、结构等实现更长久的隔热措施等，以及最高效的空气夹层阻热及真空夹层阻热技术等，对于阻热性能而言效果显著，但是功能单一。完全保温的方案在需要向外部散热时是无法实现的，甚至容易产生集热爆炸危险。目前设计可控制式空气夹层式阻热保温、恒温等结构方式可多种多样，例如利用驱动电机驱动式，此方式可以有效快捷的实现主动控制，但是对于其实现功能时需要额外的辅助机构，电路设计以及相应的控制感应单元等，综合结构复杂化，也需要提供能量进行驱动。电机式驱动不仅占用体积，还耗费一些机器上微量的电池能量，实现控制电路冗余等。
因此，需要解决现有器件阻热结构功能单一、空气夹层厚度不可调控、无法自适应环境温度变化实现散热或阻热功能的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双金属片式自适应温度热管理结构，该热管理结构通过自适应式结构来实现保温、散热一体化，解决了现有器件阻热结构功能单一、空气夹层厚度不可调控、无法自适应环境温度变化实现散热和阻热功能的一体化问题。
本发明采用以下具体技术方案：
一种双金属片式自适应温度热管理结构，该热管理结构包括器件外壳、保温金属板、至少一个双金属片支撑结构以及绝热筒；
所述保温金属板与所述器件外壳平行设置；
所述保温金属板在朝向所述器件外壳的一侧表面设置有与所述绝热筒位置对应的凹槽；
所述绝热筒能够伸缩地连接于所述器件外壳与所述保温金属板之间，并在内部形成空气夹层；
所述至少一个双金属片支撑结构均位于所述绝热筒的空气夹层内；每个双金属片支撑结构均由两端部铰接在一起的上双金属片和下双金属片构成；所述上双金属片与所述下双金属片均由叠置的双层金属片构成，并沿从所述保温金属板朝向所述器件外壳的方向排列；
当仅具有一个所述双金属片支撑结构时，所述上双金属片的中部固定连接于所述保温金属板，所述下双金属片的中部通过所述绝热筒的底部固定连接于所述器件外壳；
当具有至少两个所述双金属片支撑结构时，所述双金属片支撑结构之间沿从所述保温金属板朝向所述器件外壳的方向依次排列，相邻的两个所述双金属片支撑结构之间通过相邻接的所述上双金属片与所述下双金属片固定连接在一起，所述保温金属板与最接近的上双金属片的中部固定连接，所述器件外壳与最接近的下双金属片的中部固定连接；
自适应温度热管理结构具有散热状态和隔热状态；当外部环境温度处于常温时，所述双金属片支撑结构中的所述上双金属片与所述下双金属片处于完全贴合状态，所述绝热筒和所述双金属片支撑结构均容置于所述凹槽内，所述器件外壳直接通过所述保温金属板进行导热，此时，自适应温度热管理结构处于散热状态；当外部环境温度高于所述双金属片支撑结构的形变温度时，所述上双金属片与所述下双金属片发生变形并在中部形成间隙，所述绝热筒伸展在所述器件外壳与所述保温金属板之间形成空气夹层，增大热阻，此时，自适应温度热管理结构处于隔热状态。
更进一步地，所述双层金属片由两种不同膨胀率的金属片分上、下层组合制成。
更进一步地，所述双层金属片可由记忆合金金属片和常规金属片制成，也可由其它不同膨胀率材料制成。
更进一步地，所述双层金属片的两端部均设置有铰接孔。
更进一步地，所述双层金属片均由两个半双金属片固定连接构成；
每个所述半双金属片的一端部设置有铰接孔，另一端部设置有用于穿装螺柱的通孔。
更进一步地，所述绝热筒设计为可堆叠式结构。
更进一步地，所述保温金属板为铝板。
更进一步地，所述绝热筒的底部通过所述下双金属片固定压合于所述器件外壳，顶部边缘与所述保温金属板粘合。
有益效果：
本发明的双金属片式自适应温度热管理结构在器件外壳与保温金属板之间连接有能够伸缩的绝热筒；绝热筒内至少有一个双金属片支撑结构支承于器件外壳与保温金属板之间，双金属片支撑结构形变使器件外壳与保温金属板之间形成可控厚度的空气夹层；热管理结构通过双金属片支撑结构随环境温度自适应形变实现器件外壳与保温金属板的分离、贴合，当上双金属片与下双金属片处于完全贴合状态时，器件外壳直接通过保温金属板进行导热，此时，自适应温度热管理结构处于散热状态；当上双金属片与下双金属片发生变形分离时在中部形成间隙，在器件外壳与保温金属板之间形成空气夹层，此时，自适应温度热管理结构处于隔热状态；因此，通过双金属片支撑结构和绝热筒改变器件与外部环境之间的热阻、以及空气夹层厚度的自适应控制，使得保温金属板与器件外壳贴合时可实现散热功能且在分离时实现阻热保温功能，有效地通过自适应式结构来实现保温、散热一体化，并且结构简单、利用环境温度的变化进行驱动、无需额外能源，解决了现有器件阻热结构功能单一、空气夹层厚度不可调控、无法自适应环境温度变化实现散热和阻热功能的一体化问题。
附图说明
图1为本发明双金属片式自适应温度热管理结构的结构示意图；
图2为本发明双金属片式自适应温度热管理结构处于隔热保温时的原理结构示意图；
图3为本发明双金属片式自适应温度热管理结构处于散热时的结构示意图；
图4为本发明双金属片式自适应温度热管理结构具有空气夹层时的原理结构示意图；
图5为本发明双金属片式自适应温度热管理结构具有较大空气夹层时的原理结构示意图；
图6为图1中双金属片支撑结构的立体结构示意图；
图7为图6中单个半双金属片的立体结构示意图；
图8为图6中双金属片支撑结构处于常温贴合时的结构示意图；
图9为图6中双金属片支撑结构处于高温形变时的结构示意图。
其中，1-器件外壳，2-保温金属板，3-下双金属片，4-上双金属片，5-绝热筒，6-半双金属片，6-1-铜片，6-2-铁片
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种双金属片式自适应温度热管理结构，如图1和图2结构所示，该热管理结构包括器件外壳1、保温金属板2、至少一个双金属片支撑结构以及绝热筒5；
保温金属板2与器件外壳1平行设置；如图1和图2结构所示，当器件外壳1水平放置时，保温金属板2也同样水平放置；保温金属板2可以为铝板；
保温金属板2在朝向器件外壳1的一侧表面设置有与绝热筒5位置对应的凹槽；凹槽用于容置绝热筒5和至少一个双金属片支撑结构；
绝热筒5能够伸缩地连接于器件外壳1与保温金属板2之间，并在内部形成空气夹层；绝热筒5设计为可堆叠式结构；
至少一个双金属片支撑结构均位于绝热筒5的空气夹层内；双金属片支撑结构可以设置有一个，也可以设置有两个、三个或者更多个；图4中的热管理结构在器件外壳1与保温金属板2之间仅设置有一个双金属片支撑结构；而图5中的热管理结构在器件外壳1与保温金属板2之间仅设置有三个层叠的双金属片支撑结构；
每个双金属片支撑结构均由两端部铰接在一起的上双金属片4和下双金属片3构成；如图6结构所示，上双金属片4与下双金属片3对称设置，上双金属片4的一端与下双金属片3的一端铰接，上双金属片4的另一端与下双金属片3的另一端铰接；上双金属片4与下双金属片3均由叠置的双层金属片构成，并沿从保温金属板2朝向器件外壳1的方向排列；双层金属片由两种不同膨胀率的金属片分上、下层组合制成，如：双层金属片可由铜片6-1和铁片6-2制成，双层金属片也可以由记忆合金金属片和常规金属片制成，也可以由其它不同膨胀率材料制成；双层金属片的两端部均设置有铰接孔；如图6和图7结构所示，双层金属片均由两个半双金属片6固定连接构成；每个半双金属片6的一端部设置有铰接孔，另一端部设置有用于穿装螺柱的通孔；
如图2和图4结构所示，当仅具有一个双金属片支撑结构时，上双金属片4的中部固定连接于保温金属板2，下双金属片3的中部通过绝热筒5的底部固定连接于器件外壳1；上双金属片4可以通过螺柱固定连接于保温金属板2，下双金属片3通过螺柱固定连接于器件外壳1；
如图5结构所示，当具有至少两个双金属片支撑结构时，双金属片支撑结构之间沿从保温金属板2朝向器件外壳1的方向依次排列，相邻的两个双金属片支撑结构之间通过相邻接的上双金属片4与下双金属片3固定连接在一起，保温金属板2与最接近的上双金属片4的中部固定连接，器件外壳1与最接近的下双金属片3的中部固定连接；如图5所示，三个双金属片支撑结构叠置于保温金属板与器件外壳1之间，包括顶部的双金属片支撑结构、中间的双金属片支撑结构以及底部的双金属片支撑结构；顶部的双金属片支撑结构的上双金属片4与保温金属板2固定连接，顶部的双金属片支撑结构的下双金属片3与中间的双金属片支撑结构的上双金属片4固定连接；中间的双金属片支撑结构的下双金属片3与底部的双金属片支撑结构的上双金属片4固定连接；底部的双金属片支撑结构的下双金属片3与器件外壳1固定连接；当具有两个或多个双金属片支撑结构时，连接结构与图5中三个双金属片支撑结构的连接结构类似；
绝热筒5的顶部边缘与保温金属板2之间可以通过粘合连接，绝热筒5的底部通过下双金属片3和螺柱固定压合于器件外壳1。
自适应温度热管理结构具有散热状态和隔热状态，并且能够根据环境温度在散热状态和隔热状态之间切换；如图3和图8结构所示，当外部环境温度处于常温时，双金属片支撑结构中的上双金属片4与下双金属片3处于完全贴合状态，绝热筒5和双金属片支撑结构均容置于凹槽内，器件外壳1直接通过保温金属板2进行导热，此时，自适应温度热管理结构处于散热状态；如图4和图9结构所示，当外部环境温度高于双金属片支撑结构的形变温度时，上双金属片4与下双金属片3发生变形并在中部形成间隙，绝热筒5伸展在器件外壳1与保温金属板2之间形成空气夹层，增大热阻，此时，自适应温度热管理结构处于隔热状态。
上述双金属片式自适应温度热管理结构在器件外壳1与保温金属板2之间连接有能够伸缩的绝热筒5，绝热筒5内至少有一个双金属片支撑结构支承于器件外壳1与保温金属板2之间，双金属片支撑结构在温度变化时由于两种金属材料具有不同膨胀率，导致变形不一致而发生弯曲；该热管理结构利用双金属片支撑结构随环境温度变化而变形实现保温金属板2位移，从而在器件外壳1与保温金属板2之间形成可控厚度的空气夹层，增大热阻，且能根据环境温度值的大小双金属片的变形程度不同而实现器件外壳1与保温金属板之间的空气夹层间隔距离不同；热管理结构通过双金属片支撑结构随环境温度自适应形变实现器件外壳1与保温金属板2的分离、贴合，从而改变器件与外部环境之间的热阻、以及空气夹层厚度的自适应控制，使得保温金属板2与器件外壳1贴合时可实现散热功能且在分离时实现阻热保温功能，有效地通过自适应式结构来实现保温、散热一体化，并且结构简单、利用环境温度的变化进行驱动、无需额外能源，解决了现有器件阻热结构功能单一、空气夹层厚度不可调控、无法自适应环境温度变化实现散热和阻热功能的一体化问题。
上述热管理结构可以安装于机器人内核心集成电子器件的外部，实现集成电子器件的热管理保护。选用双金属片的开始形变温度为80℃，此温度设定为对电子器件具有威胁的上限温度，超过此温度视为外部环境温度过高，需要阻热保护。因此，双金属片支撑结构的最大形变温度设为60℃左右，以最大程度的保护好电子器件。假设达到最大的形变温度时，单个双层金属片的位移是2mm，双金属片支撑结构可形变的位移是4mm，以此位移可支撑器件外壳1与保温金属板之间形成4mm的空气夹层，此时处于阻热状态。器件外壳1与保温金属板之间由贴合到间隔10mm时其热阻由8.436×10-6m2·K/W变化到了0.375m2·K/W，变化了44437.5倍。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双金属片式自适应温度热管理结构，其特征在于，包括器件外壳、保温金属板、至少一个双金属片支撑结构以及绝热筒；
所述保温金属板与所述器件外壳平行设置；
所述保温金属板在朝向所述器件外壳的一侧表面设置有与所述绝热筒位置对应的凹槽；
所述绝热筒能够伸缩地连接于所述器件外壳与所述保温金属板之间，并在内部形成空气夹层；
所述至少一个双金属片支撑结构均位于所述绝热筒的空气夹层内；每个双金属片支撑结构均由两端部铰接在一起的上双金属片和下双金属片构成；所述上双金属片与所述下双金属片均由叠置的双层金属片构成，并沿从所述保温金属板朝向所述器件外壳的方向排列；
当仅具有一个所述双金属片支撑结构时，所述上双金属片的中部固定连接于所述保温金属板，所述下双金属片的中部通过所述绝热筒的底部固定连接于所述器件外壳；
当具有至少两个所述双金属片支撑结构时，所述双金属片支撑结构之间沿从所述保温金属板朝向所述器件外壳的方向依次排列，相邻的两个所述双金属片支撑结构之间通过相邻接的所述上双金属片与所述下双金属片固定连接在一起，所述保温金属板与最接近的上双金属片的中部固定连接，所述器件外壳与最接近的下双金属片的中部固定连接；
自适应温度热管理结构具有散热状态和隔热状态；当外部环境温度处于常温时，所述双金属片支撑结构中的所述上双金属片与所述下双金属片处于完全贴合状态，所述绝热筒和所述双金属片支撑结构均容置于所述凹槽内，所述器件外壳直接通过所述保温金属板进行导热，此时，自适应温度热管理结构处于散热状态；当外部环境温度高于所述双金属片支撑结构的形变温度时，所述上双金属片与所述下双金属片发生变形并在中部形成间隙，所述绝热筒伸展在所述器件外壳与所述保温金属板之间形成空气夹层，增大热阻，此时，自适应温度热管理结构处于隔热状态；
所述双层金属片由两种不同膨胀率的金属片分上、下层组合制成。
2.如权利要求1所述的热管理结构，其特征在于，所述双层金属片由铜片和铁片制成。
3.如权利要求1所述的热管理结构，其特征在于，所述双层金属片由记忆合金金属片和常规金属片制成。
4.如权利要求1所述的热管理结构，其特征在于，所述双层金属片的两端部均设置有铰接孔。
5.如权利要求4所述的热管理结构，其特征在于，所述双层金属片均由两个半双金属片固定连接构成；
每个所述半双金属片的一端部设置有铰接孔，另一端部设置有用于穿设螺钉的通孔。
6.如权利要求1-5任一项所述的热管理结构，其特征在于，所述绝热筒采用可堆叠式结构。
7.如权利要求1-5任一项所述的热管理结构，其特征在于，所述保温金属板为铝板。
8.如权利要求1-5任一项所述的热管理结构，其特征在于，所述绝热筒的底部通过所述下双金属片固定压合于所述器件外壳，顶部边缘与所述保温金属板粘合。
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