TW201027023A - Cooling arrangement - Google Patents

Description

201027023 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於冷卻一熱量產生電氣組件之冷卻 配置。本發明進一步係關於一種包括此一冷卻裝置之—電 氣裝置。 【先前技術】 用於冷卻熱量產生電氣組件（諸如LED或1C)之主動冷# 配置之需求隨著在各種應用中更加廣泛使用此等組件而増 加。 主動冷卻配置之實例包括風扇、螺旋槳或合成噴流，其 等均經由強制對流而提高熱量傳送。在US 6 123 145中揭 示一合成噴流，其中在壁中之一隔膜移動以同時移動在一 容器内之容量，因此自腔室穿過孔喷出漩渦。因此產生的 該合成喷流衝擊一加熱表面以冷卻該加熱表面。 通常，慣用主動冷卻配置經受污垢及有限壽命，其等製 造可聽見的雜訊，且為昂貴、沉重並需要額外空間及電 力，當涉及到（舉例而言）照明（其關於此等問題尤其要求嚴 袼）時此為一問題。 【發明内容】 ;上文本發明之一目的為提供一改良的冷卻配置 根據本發明之一態樣，提供有用於冷卻一熱量產生電 、件之#部配置，其包括具有經調適以熱連接至該熱 產生電I组件之-安裝表面及—排熱表面之—熱量擴散 件、經配置以罩蓋該排熱表面並形成—基本上封閉的隔 143128.doc 201027023 之一封圍；導引至該隔室之一開口；與該開口同軸對齊的 一環形構件；及連接至該環形構件並經配置以移動該環形 構件往復遠離/朝向該開口使得該環形構件產生經導引穿 過該開口朝向該封圍外側之一噴流之—致動器。 該噴流導致來自該排熱表面之強制熱對流，因此提高該 熱量擴散元件之對流冷卻。該配置可有零淨質量傳送，但 在一窄封圍中產生用於強制對流之非零動量傳送。一向外 喷流之一優勢為當自別處吸入新鮮空氣時其吹涼熱空氣。 由空氣移位產生旋渦分離，且因為該環形構件由該致動器 致動而移動往復遠離/朝向該開口發生旋渦分離，同時該 環形構件之橫截面在垂直於該移動方向之一平面内。 此處 熱里擴散裝置」為擴散由一熱量產生電氣組件 產生的熱量之一裝置。此一裝置可為一熱擴散片及/或一 散熱器、或一電路板（諸如一金屬基印刷電路板， MCPCB)。此處一「致動器」為連接至該環形構件並致動 該環形構件之該往復移動之一裝置。 在未公開歐洲專利申請案07122623.7中描述包括一致動 管狀構件之一主動冷卻裝置。然而，此管狀構件係經調適 以主要產生朝向物體之向内合成喷流，且進一步基於待〆 卻之物體係經配置在一封圍内之認識。歸因於該封圍，此 一配置在尺寸上相對大並相應地當安裝時需要—相對大介 間。舉例而言，LED或1C不具有一封圍，且因此將額外= 求置於一冷卻配置上。本發明係基於即使介於該環形構件 與該熱擴散片或封圍壁之間之距離為小，仍產生向外嘴直 143128.doc 201027023 之認識。雖然該配置在尺寸上保持小（此在諸如一般照明 應用之很多應用中為較佳或甚至為必要），但該（等）向外喷 流提高對流。此外，該環形構件之該表面用以抽吸空氣， 且由於此表面相較於該孔可為相對大，該抽吸動作變得更 加有力。 該開口可係經配置在該封圍之該壁内或另一選擇為相依 於應用而經配置在該熱量擴散元件内。 此外，該封圍可包括至少-額外開口以增加進入該封圍 之向内流，因此推動該封圍内側之該流並肖㈣排熱表面 之冷卻。每一開口影響該空氣移位及因此該冷卻配置之冷 卻效果。 在一實施例中，該致動器可係經整合入該封圍内，此使 該冷卻配置更加緊湊。在此情況下，該開σ可储形成於 該致動器内，此使該配置甚至更加緊湊。 該致動器較佳可為一揚聲器，該揚聲器包括一磁體、一 線圈及n環形構件可連接至該揚聲器之該線圏，卫 該線圈可由該膜懸浮並導引。可能僅藉由增加移動質量至 :揚聲器而調整該揚聲器之諧振頻率。因此，藉由調整該 環形構件之該質量容許調整該揚聲器之該諧振頻率。該瑪 形構件之該額外質量容許該揚聲器之該諧振頻率可為次音 =或低。在—低頻操作意味著低可聽、見雜訊以及更長: 因此，無需複雜且昂t的雜訊減少。使用揚聲器之另 一優勢為旋涡分離（及合成噴流形成）可由使用適中偏移抽 吸揚聲器(錐體)而推動。此外，該環形構件之導引係經整 143128.doc 201027023 合入一揚聲器内， 要。 該導引對於減少遊隙及因此滲漏為 重 致動器之其他類型包含（舉例而言）一曲柄連杆機構、— 柱塞或一膜泵。 該開口可係經形成於該揚聲器磁體内，此使該配置緊 凑’且因此無需對該揚聲器進行構造上的大修改。 此外該冷郃配置可包括延伸穿過該開口之-管狀構 件，=管狀構件具有配置在該封圍内側並連接至該環形構 第開啟端部，及配置在該封圍外側之一第二開啟 端部。因此該環形構件可在該管狀構件上形成一㈣。相 應地，藉由調整該環形及管狀構件之該質量容許調整該揚 聲器之該譜振頻率。此外，該移動空氣質量與該管狀構件 長度及該凸緣厚度近似成比例。該管狀構件之該凸緣之該 表面及該膜抽吸空痛 及二軋，且由於此表面為相對大，該抽吸動 作變得更加有力。 該揚聲器線圏及該揚聲器膜可係經配置在該隔室内側， 藉此該膜將該封圍内側分為二個子隔室，每一子隔室具有 至少-開口。自該第一子隔室導引之該等開口之至少一者 可進一步連接至自該第二子隔室導引之該等開口之至少一 者、此可為有利’因為採用該配置之雙動作抽吸效果使該 冷卻配置變得緊湊且更加有效。此外，自該第一子隔室導 引之該專開口之至少_去 ·5Γ π丄 * 者ΊΓ.及由一 λ官（其中λ為由該致動 器產生之波長）連接至自該第二子隔室導引之該等開口之 至少一者。因此該管連接該揚聲器膜背側至該膜之相對 143128.doc 201027023 ’该管將僅作為該額外開 側。假使必須封閉該揚聲器背側 σ 〇 介於該環形構件盥一相斟矣 ^相對表面之間之該距離可係經調適 以容許-噴流朝向該封圍内側擴展。此一内部喷流對於導 引-喷流朝向該熱量產生電I组件（諸如—LED)之熱點及/ 或該熱擴散片之該排熱表面為有利。因此該配置可藉由合 成噴流衝擊而有效冷卻。在—實施例中，介於該環形構件 與該㈣表面之間之該距離可為該環形構件之該開口直徑 之至少2倍以容許擴展該内部噴流，但較佳為該開口直徑 之最大10倍。 此外’根據本發明之該冷卻配置可有利地為包括在包含 電氣組件之—電氣I置内。透過下文詳細揭示内容，並透 過附屬獨立請求項以及圖式將顯現其他目的、特徵及優 勢。 【實施方式】 在下文中，將參考隨附、例示圖式詳細描述本發明之若 干實施例，其中相同參考數字將用於類似元件。所有圖式 為示意性且並未按比例。 在圖1中將參考該例示性冷卻配置10描述本發明，其中 一 LED 1係熱連接至待由所謂的強制對流冷卻之該熱量擴 散7G件2之該安裝表面3側。—封圍5在該熱量擴散元件2之 該排熱表面4側上包圍該配置，因此形成一基本上封閉的 Pwi至。一致動器（此處為一揚聲器）係經配置在該封圍5内 側，並整合入該封圍5之壁内，該揚聲器包括一線圈6、一 143128.doc 201027023 膜7及一磁體8。在該繪示實例中，該揚聲器係經配置在相 對该熱擴散片2之該排熱表面4側上。此外，一開口丨3通向 該隔室且在該繪不實例中，該開口 13係經形成於該揚聲器 之该磁體8内。一環形構件i丨係與該開口丨3同軸對齊並連 接至該致動器（此處為該揚聲器線圈6)。該揚聲器線圈6進 一步係罪s亥揚聲器膜7懸浮。在此實例中，此外，該環形 構件11係經裝配有經配置以延伸穿過在該揚聲器磁體8内 之該開口 13及該封圍5之一管9。該管之該第一開啟端部係 經配置在該封圍5内側且該第二開啟部分係經配置在該封 圍5外側◊因此該環形構件u在該管9上形成一可能錐形凸 緣。 該封圍5之圓周可進一步包括一個或若干額外開口，且 在該繪示實例中，其包括沿著該封圍5之該圓周之三個等 距開口 12a-c。 此處，該管9由具有低質量及比周圍環境低或相等熱膨 φ 脹率之一耐溫材料（例如Alsint陶瓷、薄鋁或填充耐熱聚合 物）製成，該填充存在以減少熱膨脹係數（CTE)。 可經配置以滿足及超過該噴流形成標準之一揚聲器之— 典型實例為 PHILIPS/NXP 2403-254-22002。可在 2〇〇5 年 AIAA J0urnai 第 43 卷，第 211〇_2116 頁，Ryan Η〇ΐι^η 等人 發表之「Formation Criterion for synthetic jets」中找到對 於圓孔之喷流形成標準。 為了推動該内部喷流’每一開口可經錐形化朝向該封圍 内部。此外，每一孔之該等邊緣較佳為鋒利的以提升漩渦 143128.doc 201027023 分離。藉由為每一孔之該表面提供經成形如螺旋線之槽戍 藉由具有以突出進入該封圍之一孔形式之一孔， 進 步 增加該喷流之渦流或提升漩渦之分離。 該管9之該凸緣係經配置以由該揚聲器線圈6移動。因 此，該開口 13(此處由該管9之内徑及環形構件u界定）形成 一致動開口 13»在操作期間，該揚聲器之往復移動引起該 管9之該凸緣11之一平移移動，該平移移動引起在該封圍$ 内之一空氣移位。因此，藉由主動導引該經加熱空氣以朝 向該封圍5外側之一喷流形式穿過該開口 13，即經由強制 對流而自熱量擴散元件2消散熱量。可經由在該封圍内之 該等額外開口 12a-c產生額外流。該管9之該凸緣之該表面 以及該膜7抽吸形成此流以及穿過該致動開口丨3之該喷流 之空氣。 在圖2中示意性地顯示作為一雙動作泵之一冷卻配置2 〇 之另一實例。該揚聲器膜7分離該配置之該隔室使得在該 膜7之每一側上形成一子隔室21、22。在該封圍5之圓周中 之該等開口 12a-c導引至在該揚聲器膜7之一側上之該第一 子隔室21，而在該揚聲器背側處之該揚聲器膜7之該相對 側上形成一第二子隔室22。 若有自兩個子隔室21、22導引之開口，則該配置可作為 一雙動作泵工作。因此在該繪示實例中，一開口 23係經配 置在該封圍5之壁内並導引至該第二子隔室22。來自該第 一子隔室22之該開口 23係經進一步附接至具有“長度之一 ηλ管24，其中n為一自然數且λ為由該揚聲器產生的該等波 143128.doc -10- 201027023 之波長。該ηλ管24之該第二端部係經由在該封圍之圓周内 之該等額外開口 12c之一者附接至該第一子隔室21。使用 該等雙動作泵屬性，產生穿過在該封圍5内之該等開口 12a-c進及出該封圍5之一額外脈動流。此流可更加冷卻該 熱量擴散元件2之該排熱表面4。另一選擇為，該管可為一 (η+/4)λ g (長度未成比例）<> 對於一（n+1、)人管，穿過在管μ 中之該開口 12c之該空氣流箭頭改變方向。 熟習此項技術者應瞭解本發明不限於該等較佳實施例。 舉例而言，可抽吸除了空氣之其他氣體（流體）。該等開口 可具有任何形狀，諸如圓形、正方形或傾斜的，且額外開 數目為可變通。此外，該致動器可係經配置在該封圍外 側，但仍與該環形構件連接以實現該環形構件之往復移 動此可促進該致動器之較低操作溫度而無需穿孔於該磁 體。該等孔可係（舉例而言）經配置在該散熱器之圓周内而 非在該封圍内，或配置在附接至該揚聲器線圈之一管中， ❿《甚至配置在該揚聲H膜巾。該開口可係經配置平行於該 熱擴散片，此可容許更多長度可用於擴展-内部噴流。或 X配置可匕括夕於—個由相同致動器致動的環形構 必須考慮此等及其他明顯修改在本發明之範圍内，因； 本發明由料㈣請求心義。纽意料上述實施例t 明但不限制本發明’且熟習此項技術者將可設計很多替子 實施例而不背離該等附屬請求項之範圍。在該等請求习 中’放置在括孤㈣任何參考符號不應被解譯為限於該寄 143128.doc 201027023 求項。用語「包括」不排除存在除了在該請求瑁ώ $ ?列出的 元件或步驟之其他元件或步驟。在一元侔 「 、 之用語 一」或「一個」不排除存在複數個此等元件。 ° :元件可執行在該等請求項中列舉的若干構二二: 【圖式簡單說明】 冷卻配置之一分解透 圖1係根據本發明之一實施例之 視圖。 實施例之_ 例示性冷卻配置之 ❿ 圖2係根據本發明之另 一橫截面圖。 【主要元件符號說明】 1 LED 2 熱量擴散元件 3 安裝表面 4 排熱表面 5 封圍 6 線圈 7 膜 8 磁體 9 管 10 冷卻配置 11 環形構件 12a 開口 12b 開口 ❹ 143128.doc -12· 201027023

12c 開口 13 開口 20 冷卻配置 21 子隔室 22 子隔室 23 開口 24 λ管 143128.doc •13

Claims (1)

1. 201027023 七、申請專利範圍： 1. 一種用於冷卻一熱量產生電氣組件Ο)之冷卻配置（1〇 ; 20)，其包括： 一熱量擴散元件（2) ’該熱量擴散元件（2)具有經調適 以熱連接至該熱量產生電氣組件（丨）之一安裝表面（3)及 一排熱表面（4); 經配置以罩蓋該排熱表面（4)並形成一基本上封閉的隔 室之一封圍（5); 導引至該隔室中之一開口（13); 與該開口同軸對齊的一環形構件（11);及 連接至該環形構件（11)並經配置以移動該環形構件（U) 在復遠離/朝向該開口（13)之一致動器，使得該環形構件 (11)產生經導引穿過該開口（13)朝向該封圍外側之— 喷流。

   2·如請求们之冷卻配置（1〇; 2〇)，其中該開口 〇3)係經配 置在該封圍（5)内。 3.如則述凊求項中任一項之冷卻配置（1〇 ; 2〇)，其中該封 圍（5)包括用於在該封圍（5)内側產生諸流之至少一額外 開口 （12a-c)。 4.如印求項1或2之冷卻配置（1〇 ; 2〇)，其中該致動器係經 整合入該封圍（5)内。 5·如請求項4之冷卻配置（1〇; 20)，其中該開口（13)係形成 於該致動器内。 6.如請求項5之冷卻配置〇〇; 2〇)，其中該致動器為一揚聲 143128.doc 201027023 器^該揚聲器包括—磁體（8)、—線圈⑹及一膜⑺，其 中》亥環形構件（11)係連接至該揚聲器之該線圈⑹，且該 線圈（6)由該膜（7)懸浮及導引。 7.如請求項6之冷卻配置〇〇; 2〇)，其中該開口（13)係形成 於該磁體（8)内。 8·如請求項1或2之冷卻配置（1〇; 2〇)，其進一步包括： 延伸穿過该開口（η)之一管狀構件⑼，該管狀構件⑼ 具有配置在該封圍内並連接至該環形構件（丨丨）之一第一 開啟端部，及配置在該封圍外側之一第二開啟端部，該 環形構件⑴）在該管狀構件⑼上形成—凸緣。 9.如明求項6之冷卻配置（2〇),其中該線圈及該膜门）係 經配置在該隔室内側，藉此該膜（7)把該封圍内側分為一 第子隔至（21)及一第二子隔室（22),每一子隔室具有 至少一開口（1以、23)，且其中自該第一子隔室（21)導引 之該等開口之至少一者係連接至自該第二子隔室（22)導 引之該等開口之至少一者。 10·如請求項9之冷卻配置（20)，其中自該第—子隔室（21)導 引之該等開口（12a_c)之至少一者經由一九管（24)連接至自 該第二子隔室（22)導引之該等開口（23)之至少一者，其 中λ為由該致動器產生之波長。 11. 如請求項1或2之冷卻配置，其中該環形構件之諧振頻率 為次音速。 12. 如請求項1或2之冷卻配置（10 ; 20)，其中該環形構件（11) 與一相對表面之間之距離係經調適以容許—噴流朝向該 143128.doc -2- 201027023 封圍（5)内側擴展。 13. 如請求項1或2之冷卻配置〇〇; 2〇)，其中該環形構件⑼ 與一相對表面之間之該距離係該環形構件（U)之該開口 直徑之至少2倍且較佳為該開口直徑之最大丨〇倍。 14. 一種電氣裝置，其包括附接至如前述請求項中任一項之 一冷卻配置（10 ; 20)之至少一熱量產生電氣組件（1)。 15. —種照明裝置’其包括附接至如請求項1至η中任一項 之一冷卻配置（10 ; 20)之至少一發光元件（1)。

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