CN220691823U - 一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，包括散热器基板，散热器基板设置在发热源中心的正下方，散热器基板的上表面设置若干道槽，每一道槽中均嵌入热管，散热器基板的下方设置若干散热器翅片，散热器翅片的轴向和热管的轴向为正交关系，在若干散热器翅片的上风口设置并列的第一风机和第二风机。本实用新型使用了并列双风道的散热结构对无线电能传输单元进行散热优化处理，能够有效地提高散热器的散热翅片的利用率；采用正交式组合热管的方式，将无线电能传输单元发热核心位置的热量利用热管轴向的高热导率传递到散热器基板的远端，提高散热效率，并且节省散热的成本。

Description

一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置

技术领域

本实用新型设计无线电能传输领域，具体涉及一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置。

背景技术

为了解决有线电能传输存在的问题，科学家和研究者在不断探索新的电能传输方式。在无线电能的几种传输方式中，感应式无线电能传输(Inductive Power Transfer，IPT)是利用松耦合变压器的原理，其发射端在高频交流电的激励下产生交变的磁场，在电磁感应原理的作用下，接收端线圈感应出与发射端同频率的交流电。IPT的工作频率在几KHz到几MHz之间，最大传输效率可达96％。IPT在几厘米到十几厘米距离上有非常出色的电能传输性能，其占据了无线电能传输在中短距离的重要位置，它在未来无线电能传输技术商业化应用上具有非凡的潜力。

目前，研究者对无线电能传输单元热分析优化的研究都是采用被动散热的方式对发热元件的布局进行调整，而没有采用主动散热的方式进行散热方案优化。无线电能传输单元发热热耗引起的温度上升是影响系统可靠运行的重要因素。感应式无线电能传输单元的磁芯、线圈和铝屏蔽板损耗是导致系统温升的重要因素，对这部分热量如果不采取散热方案进行优化，热量的积累会影响IPT传输系统的传递效率以及系统的安全运行；并且由于发热核心位置的热阻和热传递路径的约束，对这部分区域需要优化散热结构，改善系统的散热效果。

发明内容

本实用新型为解决无线电能传输单元在使用过程中发热严重，散热不及时则会影响IPT传输系统的传递效率以及系统的安全运行，提供一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置。

一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，包括散热器基板，散热器基板设置在发热源中心的正下方，散热器基板的上表面设置若干道槽，每一道槽中均嵌入热管，散热器基板的下方设置若干散热器翅片，散热器翅片的轴向和热管的轴向为正交关系，在若干散热器翅片的上风口设置并列的第一风机和第二风机。

在散热器基板上面设有平行的九道槽。

九根热管按如下方式分布：

以散热器基板中心为原点，在与散热器翅片轴向正交的方向建立x轴，九根热管分别与x轴的距离为-215mm、-190mm、-165mm、-140mm、0mm，140mm、165mm、190mm、215mm。

热管采用长度为650mm，半径为5mm的D型热管。

第一风机和第二风机的中心位置正对着发热源中心正下方的散热器翅片，第一风机和第二风机与散热器翅片的距离为325mm。

散热器基板采用长度和宽度均为650mm，厚度为8mm的散热器基板。

散热器翅片采用长度为650mm，厚度为4mm，高度为82mm的散热器翅片。

散热器基板通过导热硅脂与发热源的铝屏蔽板连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型使用了并列双风道的散热结构对无线电能传输单元进行散热优化处理，能够有效地提高散热器的散热翅片的利用率；利用热管的高热导率，将无线电能传输单元发热“核心”位置的热量传递至远端的翅片上，大大的改善了发热“核心”位置因为热阻大而不易被散热的情况，并且提高了散热器远端翅片的利用率，根据轴向高热导率的热管技术，本实用新型根据圆盘式线圈、星型磁芯结构的无线电能传输单元热损耗的分布特点，采用正交式组合热管的方式，将无线电能传输单元发热核心位置的热量利用热管轴向的高热导率传递到散热器基板的远端，提高散热效率，并且节省散热的成本。

进一步，热管的布局特点是有一根热管和X轴方向的磁芯有效接触面积最大，其他热管以这根热管为对称中心等距排列，使散热器的使用面积达到最大，让散热的效果更好。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为本实用新型的无线电能传输单元的并列风冷式正交组合热管散热装置示意图；

图2为本实用新型无线电能传输单元组合热管散热原理图；

图3为本实用新型无线电能传输单元“D型”热管嵌入示意图；

图4为无线电能传输单元并列双风道结构示意图；

图5为不采用热管的无线电能传输单元双风道温度分布仿真图；

图6为本实用新型采用热管的无线电能传输单元并列式组合热管温度分布仿真图；

图7为本实用新型采用热管的无线电能传输单元并列式组合热管的速度矢量图。

图中：1、铝屏蔽板；2、热管；3、散热器翅片；4、风道方向；5、第一风机；6、第二风机；7、磁芯；8、线圈；9、散热器基板；10、热管平面；11、热管蒸发端；12、热管冷凝端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图2所示，无线电能传输单元组合热管散热原理，首先传输单元发射端热源的热量通过纵向热传导的方式传递到热管平面10上，热管平面10将热量以热传导的方式传递给热管蒸发端11，热管2内部的液态工质吸热热量发生相变从液态变为气态。然后工质在内部依靠毛细循环流动至热管冷凝端12后在冷端的工质再次发生相变，从气态变为液态。毛细管在相变过程中放热，热量通过纵向热传导传递给远端散热器基板9上，散热器基板9再将热量传递给散热器翅片3，通过空气对流的方式将热量从翅片上带走。最后液态工质通过毛细管道再回流至蒸发段，循环往复的流体循环实现热量在径向的高热导率传递。工质在相变过程中伴随着大量的吸热和放热，热管2的轴向热导率特别高。

如图1所示，作为本实用新型的一个实施例，一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置包括散热器基板9，散热器基板9设置在发热源的正下方，散热器基板9的上面平行开出九道槽，在每一道槽中均嵌入热管2，散热器基板9的下方设置若干散热器翅片3，散热器翅片3的轴向和热管2的轴向为正交关系若干散热器翅片3的上风口设置并列的第一风机5和第二风机6，两个风机中心位置正对着发热源中心正下方的散热器翅片3，第一风机5和第二风机6均距离散热器翅片3的距离是325mm。双风机的正对迎风面能够吹到线圈和磁芯正对下方的翅片，因为这个区域发热相对比较严重，这样的布局能够改善散热效果。

如图3所示，热管2采用长度为650mm，半径为5mm的“D型”的热管，“D型”热管的作用是将发热单元的热量在散热器的基板上平铺开来，扩大散热器的使用面积，提高散热器翅片的利用率。根据无线电能传输单元热损耗的分布特点，将热管2平行嵌入在散热器基板9上，以散热器基板9中心为原点，且与翅片正交的方向建立x轴，九根热管2分别与x轴的距离为-215mm、-190mm、-165mm、-140mm、0mm，140mm、165mm、190mm、215mm。

散热器基板9是边长650mm的正方形，厚度为8mm的基板；散热器翅片3是4mm厚，高度为82m，散热器翅片3作用是提高散热器基板的散热面积。

如图1所示，无线电能传输单元发射端的并列风冷式正交组合热管散热装置的发热源包括线圈8、磁芯7和铝屏蔽板1，三者从上到下是紧密连接，铝屏蔽板1通过导热硅脂跟散热器基板9连接，线圈8、磁芯7和铝屏蔽板1之间通过热传导的方式将热量传递给散热器基板9。铝屏蔽板1是直径为650mm，厚度为2mm的圆盘式铝板。

散热装置利用热管2在轴向上高热导率的特点将发热器件核心处热量带至散热器基板9的远端，热量再通过散热器基板9传递给散热器翅片3，提高对散热器翅片3的利用率。上风口的第一风机5和第二风机6吹出的冷风流经散热器翅片3上，风机吹出风的方向如风道方向4，通过对流散热的方式将散热器翅片3上的热量带走。

如图4所示，一种无线电能传输单元双风道结构，是没有加正交组合热管。

以环境温度为40℃的工况仿真分析，在使用相同的并联双风道的散热风道结构下。如图5所示，是不采用热管的无线电能传输单元双风道温度分布仿真图，不使用正交组合热管的并列双风道装置，无线电能传输单元的最高温度是60.0796℃；如图6所示，是采用热管的无线电能传输单元并列式组合热管温度分布仿真图，使用并列风冷式正交组合热管散热装置的无线电能传输单元的最高温度是51.5088℃，相比于不使用正交组合的散热装置，温度降低了约9℃。

如图7所示，是采用热管的无线电能传输单元并列式组合热管的速度矢量，双风道流经散热器的翅片完成对无线电能传输单元的散热。

现有的无线充电装置都是采用自然散热的方式，也有用液冷方式散热，但是这些散热方式对无线电能传输单元的散热效果并不理想，特别是对散热器的翅片并没有有效地利用，风冷式正交组合热管散热能够有效的克服这一问题，并且节省散热的成本。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，包括散热器基板(9)，散热器基板(9)设置在发热源中心的正下方，散热器基板(9)的上表面设置若干道槽，每一道槽中均嵌入热管(2)，散热器基板(9)的下方设置若干散热器翅片(3)，散热器翅片(3)的轴向和热管(2)的轴向为正交关系，在若干散热器翅片(3)的上风口设置并列的第一风机(5)和第二风机(6)。

2.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，在散热器基板(9)上面设有平行的九道槽。

3.根据权利要求2所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，九根热管(2)按如下方式分布：

以散热器基板(9)中心为原点，在与散热器翅片(3)轴向正交的方向建立x轴，九根热管(2)分别与x轴的距离为-215mm、-190mm、-165mm、-140mm、0mm，140mm、165mm、190mm、215mm。

4.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，热管(2)采用长度为650mm，半径为5mm的D型热管。

5.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，第一风机(5)和第二风机(6)的中心位置正对着发热源中心正下方的散热器翅片(3)，第一风机(5)和第二风机(6)与散热器翅片(3)的距离为325mm。

6.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，散热器基板(9)采用长度和宽度均为650mm，厚度为8mm的散热器基板。

7.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，散热器翅片(3)采用长度为650mm，厚度为4mm，高度为82mm的散热器翅片。

8.根据权利要求1所述的一种无线电能传输单元并列风冷式正交组合热管散热装置，其特征在于，散热器基板(9)通过导热硅脂与发热源的铝屏蔽板(1)连接。