JP5697759B2 - ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス用電気流体力学冷却 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、概してコンピューティングデバイスに関連し、より具体的には、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに利用されるパッシブ冷却システムに関連する。

コンピューティングシステム及びデバイスは、熱を発生する構成要素（例えばプロセッサ）を含む。典型的には、構成要素が強力であるほど、構成要素はより多くの熱を発生する。コンピューティングシステムは、これらの構成要素によって発生した熱をシステムの外に移動させるとともにより冷たい空気をシステム内に移動させるために空気流を提供する機械的ファンを含む。機械的ファンはシンプル且つ効果的な冷却をする解決方法を提供するが、システムは、ファンのサイズ及びフォームファクタを収容しなければならず、これはシステムシャシーの増大した体積をもたらす。

スマートフォン及びタブレットコンピュータ等のハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスは、期待されるユーザフォームファクタに応じるために減少した体積を有するように設計される。さらに、ハンドヘルドデバイスは典型的には、（例えば、ディスプレイ及びキーボードのための別々のシャシーを典型的に有するラップトップコンピュータと反対に）ユーザの手で持たれる単一のボディの（ユニボディ）シャシーを有し、したがって、ユーザ快適さレベルに基づいた温度限度を有する。モバイルデバイス構成要素の能力は、これらのシャシー温度限度によって現在制限される。

したがって、ハンドヘルドデバイスは典型的にはパッシブ冷却解決方法を利用する−システムシャシー体積を増加させることに加えて、ファンノイズ等望ましくない影響を及ぼすとともにデバイスに可動部品を導入するので、ファンは好ましくない。ますます多くの処理能力がモバイルデバイスに期待されるので、効果的なパッシブ冷却解決方法が、期待されるユーザフォームファクタを維持しながらより強力な構成要素が利用されることを可能にするために、必要とされる。

以下の説明は、本発明の実施形態の例として与えられる図を有する図面の説明を含む。図面は、例として理解されるべきであって、限定するものとして理解されるべきではない。本明細書に使用されるように、１つ又は複数の「実施形態」への言及は、本発明の少なくとも１つの実施に含まれる特定の特徴、構造、又は性質を記載するものとして理解されるべきである。したがって、本明細書に表れる「位置実施形態では」又は「代替実施形態では」等の表現は、本発明の様々な実施形態及び実施例を記載し、必ずしも全て同じ実施形態を言及するものではない。しかし、それらはまた必ずしも相互に排他的ではない。

図１は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。 図２は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。 図３は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。 図４は、本発明の実施形態の正面及び側面ブロック図を含む。

特定の詳細及び実施例の説明が以下に続き、以下に記載される幾つか又は全ての実施形態を描き得る図面の説明を含み、並びに本明細書に示している発明概念の他の潜在的な実施形態又は実施例を説明する。本発明の実施形態の概要が以下に提供され、図面を参照してより詳細な説明が後に続く。

本発明の実施形態は、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス用パッシブ冷却システムに向けられる。電気流体力学送風機（ＥＡＭ）は、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに含まれることができ、ＥＡＭは入口及び出口を含む。入口及び出口は、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの少なくとも１つの表面側にそれぞれ含まれる。

本発明の実施形態に用いられるＥＡＭはさらに、それぞれＥＡＭの入口及び出口それぞれの近くにある、第１及び第２の電極、並びにイオン化装置を含む。幾つかの実施形態では、入口近くの第１の電極はイオン化装置（例えばコロナ電極）を含む。ＥＡＭは、空気分子又は微粒子をイオン化するために第１の高電位電極で作られた小さいコロナ放電を使用し得る（又は他の手段によって第１の電極の近くでイオン化され得る）ことが理解される。イオン化された空気分子又は微粒子は次に電界によって第２の電極に向かって加速される。イオンの周囲の空気分子との分子衝突は、第２の電極に向かう周囲の空気の正味の運動を引き起こす。この正味の運動は、さらにハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスのための冷却を提供し得る、大きな空気流を作り出し得る。これらのＥＡＭはまた「イオン風発生器」とも呼ばれ、従来局所冷却解決方法及び空気ろ過システムに使用されている。

したがって、本発明の実施形態では、ＥＡＭは、第１及び第２の電極に印加された電界に応じて第１の電極を取り囲むイオン化／荷電粒子を第２の電極に向かって加速することによって空気流を作り出す。空気流は、ＥＡＭの入口に吸い込まれた空気（すなわち、コンピューティングデバイスの外部の空気）及びＥＡＭの出口から放出される空気（すなわち、コンピューティングデバイスから離れて放出される空気）から生じる。この空気流は代替的には、ハンドヘルドモバイル電子デバイスを横切って又はハンドヘルドモバイル電子デバイス内を流れる「大きい空気運動」とも呼ばれ得る。

図１は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。この実施形態では、ＥＡＭは、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス１００の中に含まれる。「ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス」は、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータ（例えば、タッチスクリーンインターフェースを持つユニボディタブレットコンピュータ）、又は任意の同様のデバイスを表し得ることが理解されるべきである。この実施形態では、デバイス１００はタッチスクリーンインターフェース１９２を含む。

上述のように、期待されるユーザフォームファクタは、機械的ファン等アクティブなシステム冷却解決方法を望ましくないものとする。図１のＥＡＭは、コンピューティングデバイス１００のシャシーの内部の部分の中に大きい空気運動を提供する−すなわち、この実施形態では、デバイス１００の外の空気がシステムのシャシーに入り、シャシーの内部の空気がシステムから放出される。したがって、図１のＥＡＭは、局所冷却を提供する解決方法−すなわち、デバイス内の空気を利用して特定のコンピューティング構成要素を横切る空気運動を提供するための解決方法と区別できる。

図１のＥＡＭは、入口１１０（デバイス１００の表面側１１５に含まれる）及び出口１２０（表面側１２５に含まれる）を含む。この実施形態では、ＥＡＭは、入口１１０に又は入口１１０の近くに配置された、電極ペア１３０をさらに含む。ＥＡＭは、電極ペア１３０を囲む粒子を帯電させるイオン化装置をさらに利用する。前述の粒子は、例えば、空気分子又はダスト微粒子を含み得る。上述のように、前述のイオン化装置は、電極ペア１３０に含まれ得る、又は別個の装置（例えば、ダイオードレーザを利用するイオン化装置）であり得る。

電界を電極ペアにかけることによって、電極１３０を囲む荷電粒子は出口１２０に向かって加速される。荷電粒子は、電極ペア間で中性の空気粒子に衝突するとともに中性の空気粒子に運動量を伝達し、したがって、空気流１９０で示されるように入口１１０と出口１２０の間の大きい空気運動をもたらす。本発明の他の実施形態では、デバイス１００はさらに、空気流１９０がデバイス１００の向きにかかわらず図示されたように向けられることを確実にするために、集束電極（例えば、電極１４０）及び他の手段（例えば、流管）を含み得る。

したがって、デバイス１００は、上述のようにＥＡＭによって発生した空気流１９０によってパッシブに冷却される。この実施形態では、空気流１９０は、コンピューティング構成要素１５１、１５２及び１５３のすぐ上を通過する。前述のコンピューティング構成要素は、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、及びメモリ記憶デバイスを含む、熱を生み出す及び／又は熱による性能低下の影響を受けやすい任意の構成要素であり得る。

この実施形態では、入口１１０及び出口１２０は、対向する表面側１１５及び１２５それぞれに（各側部は後面側１９１に隣接する）含まれる。代替実施形態では、前述の入口及び出口はデバイス１００の対向しない表面側に含まれ得るとともにやはり上述のように大きい空気運動を生み出すように空気流を生み出し得ることが理解されるべきである。さらに、図１のＥＡＭは、デバイスのためのプラットフォーム冷却性能を最適化するために、ヒートスプレッダ、ヒートシンク、直接取付熱交換器、又はリモート熱交換器と組み合わせて使用され得る。

図２は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。この例では、モバイルハンドヘルドコンピューティングデバイス２００は、リモート熱交換器２５０と組み合わせて働くＥＡＭを含む。前述のリモート熱交換器は、ノートブックの設計に使用されるような（すなわち、熱生成構成要素を熱交換器に接続するヒートパイプ又は高伝導スプレッダを持つ）従来のリモート熱交換器であり得る。リモート熱交換器２５０はまた、リブ、チャンネル、フィン、又はデバイス２００の構成要素によって発生した熱をヒートシンク構造に伝達する（すなわち、放散する）ための他のテクスチャリング面等、ヒートシンク構造を含み得る。

デバイスは場合により熱交換器の場所で又はその場所の近くでユーザの手で持たれ得るので、リモート熱交換器２５０（特にヒートシンク）の動作温度がデバイス２００のユーザに不快感を生じさせ得ることが理解されるべきである。

リモート熱交換器２５０を冷却するために、デバイス２００はリモート熱交換器の近くでパッシブ冷却を提供するためのＥＡＭを含む。図２のＥＡＭは、熱交換器２５０の近くに入口２１０（ディスプレイ２９２の反対の、デバイス２００の後部表面側２１５に含まれる）及び出口２２０（表面側２２５に含まれる）を含む。この実施形態では、ＥＡＭは、電極ペア２３０、及び電極ペア２３０を囲む粒子を帯電させる任意のイオン化手段をさらに含む。幾つかの実施形態では、デバイス２００は、空気流２９０が図示されたように向けられることを確実にするために、集束電極（例えば、電極２４０）を含み得る。

電界を電極ペアにかけることによって、電極２３０を囲む荷電粒子は出口２２０に向かって加速される。図１に示された例示の実施形態とは対照的に、入口２１０及び出口２２０はそれぞれデバイス２００の隣接する表面側に含まれる。したがって、電極ペア２３０と集束電極２４０との間に図１の電極より小さいインピーダンス（すなわち、距離）があるように、図１のものに比べてより小さい距離がこの実施形態で利用され得ることが理解されるべきである。荷電粒子は、中性の空気粒子に衝突するとともに中性の空気粒子に運動量を伝達し、したがって、空気流２９０で示されるようにリモート熱交換器２５０を冷却するための大きい空気運動をもたらす。

図３は、本発明の実施形態の後面及び側面ブロック図を含む。この実施形態では、ＥＡＭは、ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス３００に含まれる。前述のＥＡＭは、複数の入口及び１つの出口を有する。代替実施形態では、任意の数の入口及び出口（すなわち、それぞれの少なくとも１つ）がパッシブ冷却を提供するために利用され得ることが理解されるべきである。

この実施形態では、デバイス３００のシャシー又はベゼルの一部がシステムの残りの部分から密封され、ダクトを形成する。任意の構造のＥＡＭが強制対流冷却環境を作るためにダクト内に設置される。システムの熱生成構成要素は、システムの冷却を行うためにダクトの壁に熱的に接続され得る。ダクトは、ＥＡＭそれ自体のように短くなり得る、又は長くなり得る（例えば、システムの全長まで）。

この実施形態では、デバイス３００は、第１の入口３１０（デバイス３００の表面側３１５に含まれる）、第２の入口３３０（表面側３３５に含まれる）及び出口３２０（表面側３２５に含まれる）を含む。この実施形態では、ＥＡＭはさらに、第１の入口３１０に又は第１の入口３１０の近くに配置された、電極ペア３４０、出口３２０に又は出口３２０の近くに配置された、収束電極３５０、及び、第２の入口３３０に又は第２の入口３３０の近くに配置された、第２の電極ペア（図示せず）をさらに含む。上述のように、第１及び第２の電極ペアを囲んでいる荷電粒子は、全ての３つの電極の間の中性の空気粒子に衝突するとともに運動量を伝達し、したがって、空気流３９９で示されるような大きい空気運動をもたらす。

デバイス３００はさらに、デバイスのコンピューティング構成要素をＥＡＭ及び結果として生じる空気流３９９から分離する壁３９０を含む。コンピューティング構成要素をＥＡＭの入口及び出口から分離することによって、前述の構成要素は、（例えば、水の浸入等）デバイスに入口又は出口を経由して入り得る空気流３９９に関連しない外部要素から保護される。

１つの実施形態では、壁３９０は、熱拡散材料（例えば、シートメタル）を有し、更なるパッシブ冷却をデバイス３００に提供する。したがって、コンピューティング構成要素３６１、３６２及び３６３は、熱を各構成要素から前述の壁に伝達するように、壁３９０に熱的に接続され得る。空気流３９９は、デバイスにさらなるパッシブ冷却を提供するように、デバイス３００を通るとともに壁３９０の上を通過する。

図４は、本発明の実施形態の正面及び側面ブロック図を含む。この実施形態では、モバイルハンドヘルドコンピューティングデバイス４００は、複数の入口及び出口を有するＥＡＭを含む。代替実施形態は、１つの入口／出口を有し得るとともにそれでも下記の機能性を提供し得ることが理解されるべきである。

この実施形態では、デバイス４００は、タッチスクリーンインターフェース４０５を含む。したがって、ユーザインタラクションに適した温度にインターフェース表面を冷却することが望ましくなり得る。薄型のＥＡＭ入口及び出口が、タッチスクリーンインターフェース４０５の端部に配置され得る。ＥＡＭは、タッチスクリーン表面を横切って空気を吹き得る又はタッチスクリーン表面を横切って空気を吸い得る。いずれにしても、タッチスクリーンの表面近くの増加した空気の速度は、表面から対流放散を増進する。ＥＡＭは、スクリーンの１つ又は複数の端部に使用され得る、及び互いに平行に又は互いに対向して吹く／吸い得る、又は９０度の角度になり得る。

この実施形態では、デバイス４００のＥＡＭは、ディスプレイ表面４０５の近くに配置された入口４１０及び４２０を含む。ＥＡＭはさらに、対応する出口４１５及び４２５を含む。この実施形態では、入口／出口に又は入口／出口の近くに配置された電極及びイオン化装置が、空気流４５０及び４６０を作り出すために上述のように用いられる。したがって、デバイス４００のＥＡＭは、タッチスクリーンディスプレイ表面４０５の端部の近く空気を引き寄せるために空気流４５０及び４６０を生じさせ、したがって、デバイスの入力手段のためのパッシブ冷却を提供する。図示されたように、空気流４５０及び４６０が空気をデバイス４００に入口４１０及び４２０を経由して引き込むとともに空気をデバイス４００から出口４１５及び４２５を経由して放出するので、生成された大きな空気運動は、上述の代替実施形態と同様に、デバイスのシャシーを通って流れる。

本発明の実施形態は、様々な幅及び厚さの（１ｍｍと同じくらい薄い厚さを持つ有効なＥＡＭが実現可能である）１つ又は複数のＥＡＭを利用し得ることが理解されるべきである。さらに、本発明の実施形態はまた、追加冷却のために熱発生構成要素に１つ又は複数の電気流体力学スポットクーラーを用い得る。追加的なＥＡＭ及び電気流体力学スポットクーラーは、共通の電力／電圧源を共有することができ、独立して駆動され得る、又はそれらの任意の組合せであり得る。

代替実施形態では、ＥＡＭは、限定されるものではないが、多孔質プラスチック、多孔質金属、織物（疎水性膜を含む）、又は任意の機能的な均等物を含む、多孔質シャシー材料と組み合わせられ得る。これらの実施形態は、ＥＡＭの入口／出口の分散された性質を活用し得るとともに、ンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスのフォームファクタ、ルックアンドフィールを維持するのに役立つ。

本明細書を通して「１つの実施形態」または「ある実施形態」という記載は、実施形態に関連付けて説明している特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な場所に「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」という記載が現れても、必ずしも全てが同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態に任意の適切な方法により組み合わされ得る。加えて、提供された図面は、当業者への説明目的のためのものであり、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが認識される。図面の様々な領域、積み重ね、構造はサイズ及び寸法が変化し得ることが理解されるべきである。

前述の詳細な説明では、本発明の方法及び装置が特定の例示的な実施形態を参照して記載されている。しかし、様々な修正又は変更が本発明のより広い精神及び範囲から離れることなしに成され得ることが明らかである。本明細書及び図面はしたがって、限定的というよりむしろ例示と見なされるべきである。

Claims (10)

1. タッチスクリーンインタフェースを含むハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイス；及び
   前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに含まれた電気流体力学送風機（ＥＡＭ）であって、
   第１の電極と、
   第２の電極と、
   入口と、
   出口と、を含み、前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口の少なくとも一方は、前記タッチスクリーンインタフェースの対向する端部に配置されるとともに、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの少なくとも１つの表面側に含まれる、
   ＥＡＭ；を有し、
   前記ＥＡＭは、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加された電界に応じて、前記第１の電極を囲む荷電空気分子又は荷電粒子の少なくとも一方を前記第２の電極に向けて加速することによって、前記タッチスクリーンインタフェースの表面を冷却するように前記タッチスクリーンインタフェースの表面を横切る空気流を作り出し、前記空気流は、前記ＥＡＭの前記入口に引き込まれる空気及び前記ＥＡＭの出口から放出される空気から作り出される、
   装置。
2. 前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口はそれぞれ、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの反対の表面側に含まれる、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口はそれぞれ、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの隣接する表面側に含まれる、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに含まれた熱交換器をさらに有し、前記ＥＡＭの出口は前記熱交換器に結合される、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記ＥＡＭの前記第１の電極は、前記第１の電極を囲む空気分子及び粒子の少なくとも一方をイオン化させるコロナ放電電極を有する、
   請求項１に記載の装置。
6. タッチスクリーンインタフェースを含むハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに含まれる電気流体力学送風機（ＥＡＭ）の第１の電極と第２の電極との間に電界を印加するステップであって、前記電界の印加は前記第１の電極を囲む荷電空気分子及び荷電粒子の少なくとも一方を前記第２の電極に向かって、前記タッチスクリーンインタフェースの表面を冷却するように前記タッチスクリーンインタフェースの表面を横切る空気流を作り出すように引き込み、前記空気流は前記ＥＡＭの入口に引き込まれる空気及び前記ＥＡＭの出口から放出される空気から作り出される、ステップを有し；
   前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口の少なくとも一方は、前記タッチスクリーンインタフェースの対向する端部に配置されるとともに、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの少なくとも１つの表面側に含まれる、
   方法。
7. 前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口はそれぞれ、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの反対の表面側に含まれる、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記ＥＡＭの前記入口及び前記出口はそれぞれ、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスの隣接する表面側に含まれる、
   請求項６に記載の方法。
9. 前記ＥＡＭの出口は、前記ハンドヘルドモバイルコンピューティングデバイスに含まれた熱交換器に結合される、
   請求項６に記載の方法。
10. 前記ＥＡＭの前記第１の電極は、前記第１の電極を囲む空気分子及び粒子の少なくとも一方をイオン化させるコロナ電極を有する、
    請求項６に記載の方法。

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