DE112013003187T5

DE112013003187T5 - Wärmemanagement in optischen und elektronischen Vorrichtungen

Info

Publication number: DE112013003187T5
Application number: DE112013003187.6T
Authority: DE
Inventors: Sharma Rajdeep; Stanton Earl Weaver, Jr.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US20140002990A1; KR102102006B1; CN104520641A; JP6219384B2; WO2014004056A1; JP2015528183A; CN104520641B; KR20150034740A; WO2014004056A8; US9194575B2

Abstract

Es ist ein Wärmemanagementsystem für elektronische Vorrichtungen geschaffen. Das Wärmemanagementsystem enthält mehrere Synthesestrahlen, die in einer gestapelten Anordnung vorgesehen und durch jeweilige Abstandshalter innerhalb der gestapelten Anordnung voneinander getrennt sind. Der Stapel von Synthesestrahlen kann verwendet werden, um einen Luftstrom in dem Wärmemanagementsystem zu unterstützen, um so in einer Implementierung eine Luftströmung über einer Wärmesenke zu ermöglichen.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft allgemein Wärmemanagement und Wärmeübertragung und insbesondere Wärmemanagement in optischen und elektronischen Vorrichtungen.
Hocheffiziente Beleuchtungssysteme werden laufend entwickelt, um mit herkömmlichen Bereichsbeleuchtungsquellen, wie z. B. Glühlampen oder Leuchtstofflampen, in Konkurrenz zu treten. Während lichtemittierende Dioden (LEDs) herkömmlicherweise in Signalgebungsanwendungen angewendet wurden, haben Fortschritte in der LED-Technologie das Interesse an der Verwendung einer derartigen Technologie in allgemeinen Beleuchtungsanwendungen befeuert. LEDs und organische LEDs sind Festkörper-Halbleiterbauelemente, die elektrische Energie in Licht umwandeln. Während LEDs anorganische Halbleiterschichten implementieren, die elektrische Energie in Licht umwandeln, implementieren organische LEDs (OLEDs) organische Halbleiterschichten, um elektrische Energie in Licht umzuwandeln. Signifikante Entwicklungen wurden bei der Bereitstellung von allgemeine Bereichsbeleuchtung implementierenden LEDs und OLEDs gemacht.
Ein möglicher Nachteil bei LED-Anwendungen besteht darin, dass während der Nutzung ein erheblicher Anteil der Elektrizität in den LEDs in Wärme statt in Licht umgewandelt wird. Wenn die Wärme aus einem LED-Beleuchtungssystem nicht effektiv abgeführt wird, arbeiten die LEDs bei hohen Temperaturen, die den Wirkungsgrad verringern und die Zuverlässigkeit des LED-Beleuchtungssystems reduzieren. Um die LEDs in allgemeinen Beleuchtungsanwendungen zu nutzen, in welchen eine gewünschte Helligkeit erforderlich ist, können Wärmemanagementsysteme zum aktiven Kühlen der LEDs in Betracht gezogen werden. Die Bereitstellung eines LED-basierten allgemeinen Beleuchtungssystems, das kompakt, leicht, effizient, zuverlässig und für allgemeine Beleuchtungsanwendungen hell genug ist, stellt eine Herausforderung dar. Obwohl die Einbeziehung eines Wärmemanagementsystems zum Steuern der von den LEDs erzeugten Wärme nützlich sein kann, bringt das Wärmemanagementsystem selbst eine Anzahl von zusätzlichen Designherausforderungen mit sich.
KURZBESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform wird eine Synthesestrahl-Stapelanordnung bereitgestellt. Die Synthesestrahl-Stapelanordnung weist eine Halterkomponente und mehrere Synthesestrahl-Membranen auf, die in der Halterkomponente in einer gestapelten Anordnung angeordnet sind. Jede Synthesestrahl-Membrane weist eine verformbaren Scheibe und ein an der verformbaren Scheibe angebrachtes piezoelektrisches Element. Die Synthesestrahl-Stapelanordnung weist auch mehrere Abstandshalter auf, die innerhalb der Halterkomponente in der gestapelten Anordnung angeordnet sind. Jeder Abstandshalter ist zwischen einem Paar der Synthesestrahl-Membranen positioniert. Jeder Abstandshalter weist wenigstens eine Öffnung auf, durch die Luft strömt, wenn die mehreren Synthesestrahl-Membranen betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt. Die elektronische Vorrichtung weist eine oder mehrere Wärme erzeugende elektrische Komponenten und ein Wärmemanagementsystem auf. Das Wärmemanagementsystem weist eine Wärmesenke in Wärmeübertragungsverbindung mit der einen oder den mehreren Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten und eine Stapelanordnung auf. Die Stapelanordnung weist mehrere Synthesestrahl-Membranen und mehrere Abstandshalter auf. Jedes Paar der Synthesestrahl-Membranen ist durch einen Abstandshalter getrennt. Jeder Abstandshalter weist eine Öffnung auf, durch die während eines Betriebs der Synthesestrahl-Membranen Luft ausgestoßen wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung weist wenigstens eine Lichtquelle, elektronische Schaltungen, die zum Betreiben von entweder der Lichtquelle und/oder mehreren Synthesestrahl-Membranen eingerichtet sind, und ein Wärmemanagementsystem auf. Das Wärmemanagementsystem weist eine Wärmesenke in Wärmeübertragungsverbindung mit wenigstens der wenigstens einen Lichtquelle, eine Halterkomponente, die zum Halten der mehreren Synthesestrahl-Membranen in einer gestapelten Anordnung eingerichtet ist, wobei die mehreren Synthesestrahl-Membranen in der gestapelten Anordnung innerhalb der Halterkomponente angeordnet sind, und mehrere Abstandshalter auf. Ein jeweiliger Abstandshalter ist zwischen jedem Paar von Synthesestrahl-Membranen angeordnet. Jeder Abstandshalter weist eine Öffnung auf, durch die Luft zu der Wärmesenke strömt, wenn die Synthesestrahl-Membranen betrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, wobei in welchen:
1 ein Blockdiagramm eines Beleuchtungssystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Beleuchtungssystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 eine Explosionsansicht des Beleuchtungssystems von 2 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 eine weitere Explosionsansicht des Beleuchtungssystems von 2 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 einen Teil eines Wärmemanagementsystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
6 eine Ansicht eines zusätzlichen Beleuchtungssystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7 eine Explosions- und Schnittansicht der Basis des Beleuchtungssystems von 6 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
8 eine Explosionsansicht von Komponenten eines Synthesestrahls gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
9 eine Seitenansicht einer Membrane eines Synthesestrahls gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
10 eine Draufsicht auf eine Membrane eines Synthesestrahls gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
11 eine axialsymmetrische Schichtenansicht einer Ausführungsform einer Membrane eines Synthesestrahls gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
12 eine Schnittansicht eines Stapels von Synthesestrahlen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
13 eine perspektivische Ansicht eines Stapels von Synthesestrahlen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein LED-basierte Bereichsbeleuchtungssysteme oder andere elektronische und/oder optische Vorrichtungen, die ein Wärmemanagement (z. B. Kühlung oder andere Arten von Wärmeübertragung) nutzen oder davon profitieren würden. Beispielsweise wird in einer Implementierung ein Beleuchtungssystem mit Treiberelektronik, LED-Lichtquelle(n) und einem aktiven Kühlsystem (d. h. einem Wärmemanagementsystem) bereitgestellt, welches Synthesestrahlen enthält, die in dem System in einer Weise angeordnet und befestigt sind, die die Betätigung der Synthesestrahlen und den Luftstrom durch diese optimiert, um dadurch ein effizienteres Beleuchtungssystem bereitzustellen. Das Wärmesystem enthält Synthesestrahlen, die zum Bereitstellen eines Luftstroms in das und aus dem Beleuchtungssystem verwendet werden, um dadurch das Beleuchtungssystem im Betrieb zu kühlen.
In einer Ausführungsform nutzt ein Beleuchtungssystem einen herkömmlichen Einschraubsockel (z. B. Edison-Sockel), der mit dem elektrischen Netz verbunden wird. Der elektrische Strom wird dem Wärmemanagementsystem und der Lichtquelle in geeigneter Weise durch dieselbe Treiberelektronikeinheit zugeführt. In bestimmten Ausführungsformen sind Synthesestrahl-Vorrichtungen vorgesehen, um in Verbindung mit einem Kühlkörper mit mehreren Rippen und Luftöffnungen zu arbeiten, um die LEDs sowohl aktiv als auch passiv zu kühlen. In einer derartigen Ausführungsform sind die Synthesestrahlen in einer Stapelanordnung angeordnet und so eingerichtet, dass sie einen Luftstrom über die Rippen einer Kühlkörpers liefern. Wie es beschrieben wird, werden die Synthesestrahl-Vorrichtungen bei einem Leistungspegel betrieben, der ausreicht, um eine angemessene Kühlung während einer Beleuchtung der LEDs bereitzustellen.
Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, veranschaulicht ein Blockdiagramm ein Beispiel eines zu kühlenden elektrischen Systems in der Form eines Beleuchtungssystems 10. In einer Ausführungsform kann das Beleuchtungssystem 10 eine hocheffiziente Festkörper-Abwärtsleuchte oder eine andere Form einer Allzweckbeleuchtung sein. Im Allgemeinen enthält das Beleuchtungssystem 10 eine Lichtquelle 12, ein Wärmemanagementsystem 14 und Treiberelektronik 16, die zur Ansteuerung sowohl der Lichtquelle 12 als auch des Wärmemanagementsystems 14 eingerichtet ist. Wie nachstehend weiter erläutert, enthält die Lichtquelle 12 eine Anzahl von LEDs, die zur Erzielung einer für eine allgemeine Bereichsbeleuchtung geeigneten Abwärtslichtbeleuchtung eingerichtet sind. In einer Ausführungsform kann die Lichtquelle 12 in der Lage sein, wenigstens angenähert 1500 Lumen mit 75 lm/W, CRI > 80, CCT = 2700–3200K, 50.000 Stunden Lebensdauer bei 100°C LED-Sperrschichttemperatur zu erzeugen. Ferner kann die Lichtquelle 12 eine Farberfassung und -rückmeldung enthalten sowie anschnittgesteuert sein.
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, ist das Wärmemanagementsystem 14 dafür eingerichtet, die Wärme erzeugende Elektronik (wie z. B. die LEDs in diesem Beispiel) im Betrieb zu kühlen. In einer Ausführungsform enthält das Wärmemanagementsystem 14 Synthesestrahl-Vorrichtungen 18, Wärmesenken (Kühlkörper) 20 und Luftöffnungen (z. B. Lüftungsschlitze oder -löcher 22), um die gewünschte Kühlung und den Luftaustausch für das Beleuchtungssystem 10 zu schaffen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, sind die Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 in einer gestapelten Anordnung angeordnet und befestigt, die die gewünschte Luftstrommenge zur Kühlung bereitstellt.
Die Treiberelektronik 16 enthält eine LED-Stromversorgung 24 und eine Synthesestrahl-Stromversorgung 26. Gemäß einer Ausführungsform weisen die LED-Stromversorgung 24 und die Synthesestrahl-Stromversorgung 26 jeweils eine Anzahl von Chips und integrierten Schaltungen auf, die sich auf derselben Systemplatine, wie z. B. einer gedruckten Leiterplatte (PCB) befinden, wobei die Systemplatine für die Treiberelektronik 16 dafür eingerichtet ist, die Lichtquelle 12 sowie das Wärmemanagement 17 anzusteuern. Durch Verwendung derselben Systemplatine sowohl für die LED-Stromversorgung 24 als auch für die Synthesestrahl-Stromversorgung 26 kann die Größe des Beleuchtungssystems 10 reduziert oder minimiert werden. In einer alternativen Ausführungsform können die LED-Stromversorgung 24 und die Synthesestrahl-Stromversorgung 26 jeweils auf unabhängige Platinen verteilt sein.
Indem nun auf die 2–4 Bezug genommen wird, stellt 2 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines Beleuchtungssystems 10 (hier als Lampe dargestellt) dar, die ein Wärmemanagementsystem, wie hierin erläutert, enthält. Ferner stellen 3 und 4 perspektivische Explosionsansichten des Beleuchtungssystems 10 gemäß Darstellung in 2 dar. Unter Verweis auf die Figuren sind in dem dargestellten Beispiel elektrische Stifte oder Kontakte 50 dargestellt, welche zum Verbinden des Beleuchtungssystems 10 mit einer stromversorgten Fassung oder Buchse verwendet werden können oder um anderweitig das Beleuchtungssystem mit einer Elektrizitätsquelle zu verbinden. Eine Lampenelektronik 54 ist ebenfalls vorgesehen, die im Betriebszustand den Betrieb der Lichtelemente, z. B. der LEDs 56, führen oder anderweitig steuern kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Lampenelektronik auch den Betrieb des Wärmemanagementsystems 14 führen oder anderweitig steuern, obwohl in dem dargestellten Beispiel eine gesonderte Wärmemanagementelektronik 58 (z. B. Synthesestrahl-Treiberelektronik) zur Steuerung des Betriebs des Wärmemanagementsystems vorgesehen ist.
In dem dargestellten Beispiel enthält das Wärmemanagementsystem 14 einen Stapel 14 oder eine Anordnung von Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 wie es nachstehend detaillierter erläutert wird. Zusätzlich enthält das Wärmemanagementsystem 14 einen Kühlkörper (eine Wärmesenke) 20, welcher mehrere Kühlrippen 62 (4) enthalten kann. In dem dargestellten Beispiel steuert die Treiberelektronik 58 den Betrieb der in dem Stapel 60 angeordneten oder eingebauten Synthesestrahl-Vorrichtungen 18.
Das dargestellte Beleuchtungssystem 10 enthält auch verschiedene Gehäusestrukturen 66, die die entsprechende Lampen- und Wärmemanagementelektronik 54, 58, das Wärmemanagementsystem 14 und die Lichtquelle 12 und zugeordnete Beleuchtungsstrukturen oder Optiken 72 beherbergen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Gehäusestruktur 66 reflektierende Oberflächen enthalten, die helfen, von der Lichtquelle 12 erzeugtes Licht zu richten. Zusätzlich können die Gehäusestrukturen 66 ein Substrat oder eine Platine 68 unterstützen oder umschließen, auf welchen die Licht erzeugenden Komponenten (z. B. LEDs 56) vorgesehen sind. In dem dargestellten Beispiel enthält die Platine 68 Lüftungsschlitze 22, die den Durchtritt von Luft zu und von dem Wärmemanagementsystem 14 und der direkten Umgebung ermöglichen. Wie man erkennt, kann in anderen Ausführungsformen die Lüftung an unterschiedlichen Stellen (wie z. B. in einer oder mehreren Komponenten der Gehäusestruktur) und/oder in unterschiedlichen Formen oder Gestalten (wie z. B. in Form von Löchern oder anderen Durchlässen im Gegensatz zu Schlitzen) vorgesehen sein.
In dem dargestellten Beispiel enthält die Platine 68, auf welcher die LEDs eingebaut sind, eine Elektronik 76 auf der den lichtemittierenden Abschnitten der LEDs 56 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte. Die dieser LED-Elektronik 76 während des Betriebs zugeordnete Wärme kann beispielsweise mittels eines wärmeleitenden Kompressionskissens 78 zu dem Kühlkörper 20 geleitet werden. Unter Verweis auf 5 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des Stapels 80 der Synthesestrahlen 18 in Verbindung mit dem Kühlkörper 20 dargestellt, wovon ein Teil für eine bessere Sicht auf den Stapel 60 weggeschnitten ist. In Betrieb kann Wärme aus dem Betrieb der LEDs 56 zu dem Kühlkörper 20 geleitet werden. Die Synthesestrahlen 18 können dann zum Leiten von Luft um die Rippen 62 des Kühlkörpers 20 verwendet werden, um dadurch die zu dem Kühlkörper 20 geleitete Wärme in die direkte Umgebung abzuführen.
Obwohl die 2–5 ein Beispiel einer Ausführungsform eines Beleuchtungssystems 10 darstellen, stellen 6 und 7 ein Beispiel einer zusätzlichen Ausführungsform dar, wobei 6 eine teilweise aufgeschnittene Explosionsansicht des Beleuchtungssystems 10 darstellt und 7 eine aufgeschnittene Explosionsansicht der Basis der Beleuchtungsvorrichtung, einschließlich der Elektronik und Teile des Wärmemanagementsystems, darstellt.
In diesem Beispiel enthält das Beleuchtungssystem 10 einen herkömmlichen Einschraubsockel (Edison-Sockel) 86, der mit einer herkömmlichen Fassung verbunden werden kann, die an das elektrische Stromnetz angeschlossen ist. Ein Reflektor 88 bildet einen Teil der Gehäusestruktur für das Beleuchtungssystem 10 und ist an das System 10 so angepasst, dass er von den LEDs 56 erzeugtes Licht reflektiert und richtet. In dem dargestellten Beispiel ist ein Satz von Wärmesenkenkühlrippen 62 um den Reflektor 88 herum angeordnet und ermöglicht die Abführung durch die LED-Elektronik erzeugter Wärme an die Außenumgebung.
In einer Implementierung sind die Kühlrippen 62 thermisch mit einem Käfig 90 verbunden, der ebenfalls einen Teil der Gehäusestruktur für das Beleuchtungssystem 10 bildet sowie als ein Teil der Wärmesenke des Wärmemanagementsystems 14 dient. Der Käfig 90 umgibt in dem dargestellten Beispiel die Leistungs- oder Treiberelektronik 16 für die LEDs 56 sowie für die Synthesestrahl-Vorrichtungen 18. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind sowohl die gesamte für die Zuführung von Strom für die LEDs 56 eingerichtete Elektronik als auch die Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 auf einer einzigen gedruckten Leiterplatte enthalten. Somit teilen sich gemäß der dargestellten Implementierung die Lichtquelle und die aktiven Komponenten des Wärmemanagementsystems dieselbe Eingangsleistung. In anderen Ausführungsformen können die entsprechende Leistungs- und Treiberelektronik für diese Systeme auf unterschiedlichen Platinen oder Strukturen angeordnet sein.
Der Käfig 90 kann verschiedene Lüftungsschlitze oder -löcher 22 enthalten, durch welche Luft zur Unterstützung bei der Kühlung des dargestellten Beleuchtungssystems 10 strömt. In dem dargestellten Beispiel nimmt der Käfig 90 auch einen Stapel 60 der Synthesestrahl-Vorrichtungen 18, wie hierin erläutert, auf. Die Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 ermöglichen den Strom von Luft in den und aus dem Käfig 90 und tragen dadurch zum Kühlen der Wärme erzeugenden Komponenten des Beleuchtungssystems 10 bei. Wie man erkennt, kann eine Vielfalt von Befestigungsmechanismen enthalten sein, um die Komponenten des Beleuchtungssystems 10 in den verschiedenen dargestellten Gehäusestrukturen zu sichern, so dass das Beleuchtungssystem 10 eine einzige Einheit ist, sobald es für den Gebrauch zusammengebaut ist.
Bezüglich der Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 des vorstehend beschriebenen Wärmemanagementsystems 14 sind in bestimmten Ausführungsformen die Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 nahe an den Rippen 62 eines Kühlkörpers) einer Wärmesenke 20 angeordnet. In einer derartigen Anordnung bewirkt jede Synthesestrahl-Vorrichtung 18, wenn sie betrieben wird, den Strom von Luft über die Stirnplatte und zwischen den Rippen 62, um eine Kühlung der LEDs 56 zu erzielen. In Bezug auf diese Synthesestrahlen und gemäß 8 enthält jede Synthesestrahl-Vorrichtung 18 typischerweise eine oder mehrere Membranen 100, welche zur Ansteuerung durch die Synthesestrahl-Stromversorgung 26 eingerichtet sind, so dass sich die Membrane 100 in einem hohlen Rahmen oder Abstandshalter 102 rasch hin und her bewegt (d. h., in Bezug auf den Rahmen 102 aufwärts und abwärts), um einen Luftstrahl durch eine Öffnung in den Rahmen 102 hindurch zu erzeugen, welcher durch die Spalte zwischen den Rippen 62 des Kühlkörpers 20 geführt werden kann. In einer Ausführungsform besteht der Abstandshalter aus einem elastomeren Material, und die Wand des Abstandshalters 102 ist angenähert 0,25 mm dick. In bestimmten Implementierungen kann der Abstandshalter 102 auch einen Durchlass oder Zwischenraum zur Durchführung eines oder mehrerer Drähte 112 oder flexibler Schaltkreise enthalten, um damit die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Strukturen der Membrane 100 und der externen Treiberschaltung zu ermöglichen.
Unter Verweis auf 9–11 besteht in einer Implementierung die Membrane 100 aus einer Metallscheibe 110, (wie z. B. einer Platte aus Stahl oder rostfreiem Stahl), die an einem piezoelektrischen Material 114 (wie z. B. PZT-5A(Bleizirkonattitanat)-Material) angebracht ist. In einem Beispiel kann das piezoelektrische Material 114 an der Scheibe 110 unter Verwendung von Epoxid oder anderen geeigneten Kleberzusammensetzungen angebracht sein. Wie in 11 dargestellt, ist eine axialsymmetrische Ansicht (z. B. in Bezug auf eine Symmetrieachse 116) eines Querschnittes durch eine Ausführungsform einer derartigen Membrane 100 dargestellt. In diesem Beispiel ist das piezoelektrische Material 114 auf einer rostfreien Stahlscheibe 110 montiert, die auf einer Oberfläche so geätzt ist, dass sie einen Radius (R₁) in Bezug auf die Symmetrieachse 116 hat, der dem Radius des piezoelektrischen Materials 114 entspricht. Der Rest der Scheibe 110 ist jedoch nicht geätzt und hat einen anderen Radius (R₂) in Bezug auf die Symmetrieachse 116. In anderen Ausführungsformen kann die Scheibe 110 keine geätzte Oberfläche haben und kann somit nur einen einzigen Radius (R₂) in Bezug auf die Symmetrieachse 116 haben. In bestimmten Implementierungen beträgt der entsprechende Durchmesser der Membrane 100 ca. 25 mm oder weniger, was es ermöglicht, dass ein unter Verwendung der Membrane 100 erzeugter Synthesestrahl in einen herkömmlichen Lichtsockel (z. B. einen Edison-Sockel) passt. Zusätzlich haben das piezoelektrische Element 114 und die Scheibe 110 eine entsprechende Dicke t₁, t₂ und t₃, die eine Bestimmung von Betriebseigenschaften der Membrane 100 unterstützen. Wie man erkennt, kann in Implementierungen, in welchen die Scheibe 110 nicht geätzt ist, nur eine einzige Dicke in Verbindung mit der Scheibe 110 (z. B. t₃ in dem dargestellten Beispiel) vorhanden sein.
Im Rahmen eines Beispiels beträgt in einer Implementierung der Radius des piezoelektrischen Materials 114 (R₁) (und der geätzten Oberfläche der Scheibe 110, falls vorhanden) ca. 6,75 mm, und der Radius (R₂) des Scheibenmaterials 110 (oder des nicht geätzte Abschnitts des Scheibenmaterials, falls zutreffend) beträgt ca. 7,5 mm. In diesem Beispiel kann das piezoelektrische Material 114 eine Dicke (t₁) von ca. 0,1 mm haben, während die Scheibe 110 eine kombinierte Dicke von ca. 0,75 mm (t₂) und 0,075 mm (t₃), falls geätzt, oder eine Gesamtdicke von ca. 0,075 mm haben kann, wenn die Scheibe 110 nicht geätzt ist. In einer derartigen Implementierung würde das Verhältnis der Dicke zum Durchmesser im geklemmten Zustand (wie nachstehend erläutert) angenähert 0,075 mm/15 mm oder ca. 0,005 betragen.
Ebenso beträgt in einer weiteren Implementierung der Radius (R₁) des piezoelektrischen Materials 114 (und der geätzten Oberfläche der Scheibe 110, falls vorhanden) ca. 9 mm, und der Radius (R₂) des Scheibenmaterials 110 (oder des nicht geätzten Abschnitts des Scheibenmaterials, falls zutreffend) beträgt ca. 10 mm. In diesem Beispiel kann das piezoelektrische Material 114 eine Dicke (t₁) von ca. 0,1 mm haben, während die Scheibe 110 kombinierte Dicken von ca. 0,16 mm (t₂) und 0,16 mm (t₃), falls geätzt, oder eine Gesamtdicke von ca. 0,16 mm haben kann, wenn die Scheibe 110 nicht geätzt ist. In einer derartigen Implementierung würde das Verhältnis der Dicke zum Durchmesser im geklemmten Zustand (wie nachstehend erläutert) angenähert 0,016 mm/20 mm oder ca. 0,008 betragen.
In einer weiteren Implementierung beträgt der Radius (R₁) des piezoelektrischen Materials 114 (und der geätzten Oberfläche der Scheibe 110, falls vorhanden) ca. 9 mm, und der Radius (R₂) des Scheibenmaterials 110 (oder des nicht geätzten Abschnitts des Scheibenmaterials, falls zutreffend) beträgt ca. 10 mm. In diesem Beispiel kann das piezoelektrische Material 114 eine Dicke (t₁) von ca. 0,05 mm haben, während die Scheibe 110 kombinierte Dicken von ca. 0,15 mm (t₂) und 0,15 mm (t₃) falls geätzt oder eine Gesamtdicke von ca. 0,15 mm haben kann, wenn die Scheibe 110 nicht geätzt ist. In einer derartigen Implementierung würde das Verhältnis der Dicke zum Durchmesser im geklemmten Zustand (wie nachstehend erläutert) angenähert 0,015 mm/20 mm oder ca. 0,0075 betragen.
Eingedenk der vorstehenden Beispiele werden in Betrieb durch Drähte 112 oder andere leitende Strukturen (z. B. flexible Schaltungen) gelieferte elektrische Steuersignale an das piezoelektrische Material 114 angelegt, welches sich in Reaktion darauf verformt oder anderweitig eine mechanische Belastung auf die angebrachte Scheibe 110 ausübt, was eine Durchbiegung der Scheibe 110 in Bezug auf den Rahmen (d. h. Abstandshalter 102) bewirkt. Die Durchbiegung der Scheibe 110 bewirkt wiederum, dass sich das Volumen eines anderweitig definierten Zwischenraums verändert und dadurch eine Luftbewegung in den und aus dem definierten Zwischenraum bewirkt.
Beispielsweise kann gemäß nochmaligem Bezug auf 8 in einer Ausführungsform eine Synthesestrahlanordnung 18 zwei Membranen 100 enthalten, die durch einen eine Öffnung 104 aufweisenden Rahmen (d. h., einen Abstandshalter) 102 auf Abstand gehalten werden. Der synchronisierte Betrieb der Membranen 100 (d. h., die Durchbiegung der Scheiben 110) drückt Luft aus dem durch die Membranen 100 und den Abstandshalter 102 definierten inneren Zwischenraum durch die Öffnung 104. Die durch die Öffnung 104 gedrückte Luft kann auf einen Teil eines Kühlkörpers 200, wie z. B. eine Kühlrippe 62, gerichtet sein, um zu dem Kühlkörper 20 geleitete Wärme abzuführen. In bestimmten Ausführungsformen können sie eine Höhe von ca. 0,55 mm bis ca. 0,75 mm und eine Breite von ca. 0,55 mm bis ca. 0,75 mm haben.
Wie vorstehend erwähnt, sind in bestimmten Ausführungsformen die hierin beschriebenen Synthesestrahl-Vorrichtungen 18 als ein Stapel 60 ausgebildet oder zusammengebaut, um somit eine effiziente Kühlung als Teil eines Wärmemanagementsystems 14 zu erzielen. Als ein Beispiel, und zurückkehrend auf 12 und 13, können mehrere Synthesestrahlen oder piezoelektrische Aktuatoren als ein Stapel angeordnet oder zusammengebaut sein, um den Luftfluss und die Wärmeabführung von einer elektrischen Vorrichtung zu verbessern. In manchen Ausführungsformen kann eine mechanische Klemmvorrichtung 120 zur Einrichtung der Synthesestrahlen verwendet werden. Die Klemmvorrichtung 120 kann einen Halter 122 enthalten, in dem die durch die Abstandshalter 102 auf Abstand gehaltenen Membranen 100 angeordnet sind, um einen Stapel 60 der Synthesestrahlen 18 zu bilden. Die Klemmvorrichtung 120 ermöglicht eine Flexibilität in der Anzahl von Membranen 100 und Abstandshaltern 102 (d. h. Synthesestrahlen 18), die in dem Stapel verwendet werden, und den Positionen und/oder Ausrichtungen der Öffnungen 104 in Bezug auf den Kühlkörper 20 und/oder die Lüftungsschlitze oder -löcher 22. In dem dargestellten Beispiel enthält der Halter 122 beabstandete Pfosten 130, die zu Aussparungen, die in einem/einer oder beiden von den Abstandshaltern 102 oder Membranen 100 vorgesehen sind, komplementär sind, so dass die Aussparungen in dem Abstandshalter 102 und/oder den Membranen 100 beim Zusammenbau des Stapels 60 mit den zugehörigen Pfosten 120 in Eingriff gebracht werden können.
In dem dargestellten Beispiel werden die Membranen 100 und Abstandshalter 102 in dem Halter 122 durch eine oder mehrere Klemmplatten 124 gehalten, die wiederum durch Zähne oder andere Eingriffseinrichtungen 126 des Halters 122, wie z. B. auf dem dargestellten Pfosten 130 des Halters 122, in Stellung gehalten werden. In einer Ausführungsform sind die Klemmplatten flache Metallplatten, die jeweils eine Dicke von ca. 250 um haben. In dem dargestellten Beispiel ist ein zusammendrückbarer Ring 128 (wie z. B. ein O-Ring aus Silikon) zwischen zwei Klemmplatten 124 positioniert, und die Kombination aus der Größe des zusammendrückbaren Ringes 128, der Härte des zusammendrückbaren Rings 128 und der Platzierung der Eingriffseinrichtungen 126, mit welchen die Klemmplatten 124 in Eingriff stehen, bestimmen den auf die gestapelten Membranen 100 und die Abstandshalter 102 (d. h., die Synthesestrahlen) aufgebrachten Klemmdruck. Obwohl das vorliegende Beispiel ein Paar von Klemmplatten 124 mit einem dazwischen angeordneten O-Ring darstellt, kann in anderen Ausführungsformen nur eine einzige Klemmplatte 124 verwendet werden, wie z. B. in einer Ausführungsform, in welcher der O-Ring direkt auf der obersten Membrane 100 aufliegt und nur eine einzige Klemmplatte 124 den O-Ring, die Membranen 100 und die Abstandshalter 102 in der Stapelanordnung sichert.
In einer Ausführungsform kann der Stapel 60 der Synthesestrahlen so zusammengebaut und positioniert sein, dass die Öffnungen 104, durch welche Luft strömt, wenn die Synthesestrahlen arbeiten, in Richtung auf den Kühlkörper 20 dergestalt gerichtet ist, dass diese über Kühlrippen 62 des Kühlkörpers 20 strömt. In einer Implementierung wird der gestapelte Satz von Membranen 100 phasengleich oder in einer anderweitig koordinierten Weise dergestalt betrieben, dass die Bewegung jeder Membrane 100 mit der Bewegung der benachbarten Membranen 100 so synchronisiert ist, dass Luft durch die entsprechenden Öffnungen 104, welche die Membranen 100 trennen, ausgestoßen wird, wenn sich zwei Membranen jeweils nach innen in den durch einen gegebenen Abstandshalter definierten Zwischenraum hinein biegen.
D. h., die Durchbiegung einer jeweiligen Membrane kann mit der Membrane über und der Membrane unter der jeweiligen Membrane dergestalt synchronisiert sein, dass, wenn sich die jeweiligen Membrane und die Membrane darunter aufeinander zu biegen, Luft durch die Öffnung 104 in dem Abstandshalter 102, der diese zwei Membranen trennt, herausgedrückt wird. Umgekehrt wird, wenn sich die jeweiligen Membrane und die Membrane darüber aufeinander zu biegen, Luft durch die Öffnung 104 in dem Abstandshalter 102, der diese zwei Membranen trennt, herausgedrückt. Auf diese Weise kann Luft aus dem Stapel 60 der Synthesestrahlen in einer im Wesentlichen kontinuierlichen Weise während des Betriebs herausgedrückt werden.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart, zu offenbaren und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung, einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Vorrichtungen und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren, in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für Fachleute ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.

Claims

Synthesestrahl-Stapelanordnung, die aufweist: eine Halterkomponente; mehrere Synthesestrahl-Membranen, die in der Halterkomponente in einer gestapelten Anordnung angeordnet sind, wobei jede Synthesestrahl-Membrane aufweist: eine verformbare Scheibe; und ein an der verformbaren Scheibe angebrachtes piezoelektrisches Element; mehrere Abstandshalter, die in der Halterkomponente in der gestapelten Anordnung angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter zwischen einem Paar der Synthesestrahl-Membranen positioniert ist und wobei jeder Abstandshalter wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die Luft strömt, wenn die mehreren Synthesestrahl-Membranen betrieben werden.
Synthesestrahl-Stapelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Halterkomponente mehrere Pfosten aufweist, die zur Unterstützung einer Platzierung der Synthesestrahl-Membranen und Abstandshalter in der gestapelten Anordnung eingerichtet sind.
Synthesestrahl-Stapelanordnung nach Anspruch 2, wobei eine oder beide von den Synthesestrahl-Membranen oder Abstandshaltern zum Eingriff mit dem einen oder mehreren der Pfosten eingerichtete Aussparungen aufweisen.
Synthesestrahl-Stapelanordnung nach Anspruch 1, die aufweist: einen Klemmmechanismus, der zur Sicherung der Synthesestrahl-Membranen und Abstandshalter in der Stapelanordnung innerhalb der Halterkomponente eingerichtet ist.
Synthesestrahl-Stapelanordnung nach Anspruch 4, wobei der Klemmmechanismus aufweist: wenigstens eine Klemmplatte, die zum Eingriff mit einer oder mehreren Eingriffseinrichtungen an der Halterkomponente bemessen ist; und einen zusammendrückbaren Ring, der eingerichtet ist, um zwischen wenigstens einer Klemmplatte und der Stapelanordnung von Synthesestrahl-Membranen und Abstandshaltern gesichert zu sein.
Synthesestrahl-Stapelanordnung nach Anspruch 1, wobei jede Synthesestrahl-Membrane einen Durchmesser von weniger als 25 mm aufweist.
Elektronische Vorrichtung, die aufweist: eine oder mehrere Wärme erzeugende elektrische Komponenten; und ein Wärmemanagementsystem, das aufweist: eine Wärmesenke in Wärmeübertragungsverbindung mit der einen oder den mehreren Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten; eine Stapelanordnung, die aufweist: mehrere Synthesestrahl-Membranen; und mehrere Abstandshalter, wobei jedes Paar von Synthesestrahl-Membranen durch einen Abstandshalter getrennt ist und wobei jeder Abstandshalter eine Öffnung aufweist, durch die Luft während eines Betriebs der Synthesestrahl-Membranen ausgestoßen wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Stapelanordnung ferner eine Halterkomponente aufweist, in der die mehreren Synthesestrahl-Membranen und die mehreren Abstandshalter positioniert sind.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, die aufweist: wenigstens eine Klemmplatte, die zum Eingriff mit einer oder mehreren Eingriffseinrichtungen der Halterkomponente eingerichtet ist; und einen zusammendrückbaren Ring, der zwischen wenigstens einer Klemmplatte und der Stapelanordnung positioniert ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die eine oder mehreren Wärme erzeugenden Komponenten eine Lichtquelle aufweist bzw. aufweisen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Wärmesenke eine oder mehrere Kühlrippen aufweist und wobei die entsprechenden Öffnungen des einen oder der mehreren Abstandshalter positioniert sind, um Luft zu veranlassen, über die eine oder die mehreren Kühlrippen zu strömen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Wärmemanagementsystem einen oder mehrere Lüftungsschlitze oder -löcher aufweist, durch die sich Luft bewegt, wenn die mehreren Synthesestrahl-Membranen arbeiten.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, die eine Wärmeschnittstellenstruktur aufweist, die zwischen der einen oder den mehreren Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten und der Wärmesenke positioniert ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Synthesestrahl-Membrane einen Durchmesser von weniger als 25 mm aufweist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Stapelanordnung in einem Einschraubsockel der elektronischen Vorrichtung positioniert ist.
Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist: wenigstens eine Lichtquelle; elektronische Schaltungen, die zum Betreiben von entweder der Lichtquelle und mehreren Synthesestrahl-Membranen oder beiden eingerichtet sind; und ein Wärmemanagementsystem, das aufweist: eine Wärmesenke in Wärmeübertragungsverbindung wenigstens mit der wenigstens einen Lichtquelle; eine Halterkomponente, die zum Halten der mehreren Synthesestrahl-Membranen in einer gestapelten Anordnung eingerichtet ist; wobei die mehreren Synthesestrahl-Membranen in der gestapelten Anordnung innerhalb der Halterkomponente positioniert sind; und mehrere Abstandshalter, wobei ein jeweiliger Abstandshalter zwischen jedem Paar von Synthesestrahl-Membranen angeordnet ist und wobei jeder Abstandshalter eine Öffnung aufweist, durch die Luft zu der Wärmesenke hin strömt, wenn die Synthesestrahl-Membranen betrieben werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, die einen Einschraubsockel aufweist, der zur Sicherung der Beleuchtungsvorrichtung in einer Fassung eingerichtet ist, wobei die Halterkomponente in den Einschraubsockel passt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, die aufweist: wenigstens eine Klemmplatte, die zum Eingriff mit einer oder mehreren Eingriffseinrichtungen der Halterkomponente eingerichtet ist; und einen zusammendrückbaren Ring, der eingerichtet ist, um zwischen wenigstens einer Klemmplatte und der gestapelten Anordnung von Synthesestrahl-Membranen und Abstandshaltern gesichert zu sein.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Wärmesenke eine oder mehrere Kühlrippen aufweist und wobei die entsprechenden Öffnungen des einen oder der mehreren Abstandshalter positioniert sind, um Luft zu veranlassen, über die eine oder die mehreren Kühlrippen zu strömen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, die einen oder mehrere Lüftungsschlitze oder -löcher aufweist, durch die Luft sich bewegt, wenn die mehreren Synthesestrahl-Membranen arbeiten.