TW201340853A - 散熱模組 - Google Patents

Abstract

本案為一種散熱模組，設置於電子裝置內，該散熱模組包括：至少一振動元件，包括作用部及自由端部；支架，與至少一振動元件之作用部連接；以及驅動單元，與支架連接，並帶動支架作動；其中，驅動單元係驅動支架作動，使支架帶動振動元件之作用部移動，使振動元件因為共振而在其自由端部產生位移量，俾於振動元件之自由端部產生氣流以對電子裝置內部進行散熱。

Description

散熱模組

本案係關於一種散熱模組，尤指一種利用共振效應產生氣流之散熱模組。

由於現今許多電子裝置已朝向輕薄化、可攜式及高效能的趨勢發展，電子裝置於其有限的內部空間中必須配置各種高功率或高積集度之電子元件，因此當電子裝置運作時其電子元件產生的熱量若無法有效地移除，則將使的電子裝置容易產生不穩定現象，影響產品可靠度，所以散熱及溫度管控已成為目前電子裝置的重要課題之一。

一般使用於電子裝置內部的散熱方式可分為主動式散熱及被動式散熱。主動式散熱通常將軸流式風扇或鼓風式風扇設置於電子裝置內部，藉此可以產生較大的風量以帶走電子裝置內部所產生的熱能，以達成散熱之功效。然而軸流式風扇及鼓風式風扇在運作時會產生較大的噪音，且其體積較大不易薄型化及小型化，再則軸流式風扇及鼓風式風扇的使用壽命較短，故傳統的軸流式風扇及鼓風式風扇並不適用於輕薄化及可攜式之電子裝置中實現散熱。

此外，被動式散熱通常將熱管及/或散熱鰭片設置於電子裝置內部，藉此將電子裝置內部之電子元件所產生之熱量轉移到電子裝置之外殼，再藉由外殼與外界空氣進行熱交換以達到散熱之目的。然而，利用被動式散熱方式的散熱效率較主動式散熱方式差，且若要提昇散熱效率則需另外選用具有高導熱係數之散熱材質作為熱管及散熱鰭片，因此不只成本會增加且其材質的選用亦受到相當的限制。

另外，於習用技術中，有許多散熱方式可透過壓電致動器來驅動葉片振動，進而產生氣流流動，其分別簡述如下：

（1）如第1圖及第2圖所示，其中第1圖為美國專利公告號US 7061161之代表圖；而第2圖為美國專利公告號US 7358649之代表圖，其中揭露一種小型的空氣泵浦（Small piezoelectric air pumps with unobstructed airflow）。其中美國專利公告號US 735864係主張美國專利公告號US 7061161為優先權，而其主要原理均為係將一T型葉片之一端與一致動元件連接，並藉由致動元件作動直接使T型葉片之另一端產生來回振動，以產生一氣流以對電子元件進行散熱。

（2）如第3圖所示，其係為美國專利公告號US 7742299之代表圖，其中揭露適用於電子裝置的壓電風扇（Piezo fans for cooling an electronic device）。主要原理係將至少一壓電風扇設置於PCB電路板之底面，藉此當壓電風扇作動時，進而對PCB電路板進行散熱。

（3）如第4圖所示，其係為美國專利公開號US 201100140695之代表圖，其中揭露一種致動風扇裝置及其所適用之散熱裝置（Piezoelectric fan device and cooling apparatus using the piezoelectric fan device）。主要原理為藉由一葉片及一致動器組成一壓電風扇，並將壓電風扇固定設置於一支撐架上，後續在透過一電源供應器提供一電壓經由支撐架至致動器，使得致動器因接受該電壓而作動並帶動葉片振動，並產生一氣流，以進行散熱。

（4）如第5圖所示，其係為美國專利公開號 US 20110150669之代表圖，其中揭露非扇葉之風扇（Non-propeller fan）。主要係將彈性元件之兩端固定，再利用電磁感應驅動彈性元件振動而產生固定方向之氣流流動。

（5）如第6圖所示，其係為美國專利公告號 US 7793709之代表圖，其中揭露一種氣流產生裝置及電子裝置（Jet generating device and electronic apparatus）。主要係利用殼體內具有一分隔板，將殼體分割為上腔體及下腔體，而音圈馬達設置於殼體內部，且部份貼附於分隔板上，當音圈馬達驅動時，亦會帶動該分隔板作動，進而使殼體內的上下腔體之體積變化，而造成氣流從噴嘴噴出。

然而，於上述習用技術中，僅能針對單一方向的熱源進行散熱，意即散熱方向會容易受到限制，且更無法達到輕薄化之目的。因此，如何發展一種散熱模組，以改善上述習用技術缺失，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種散熱模組，其係藉由振動元件具有作用部及自由端部，且作用部透過支架與驅動單元連接，藉由驅動單元作動時產生振動，使振動元件之作用部產生上下來回振動，進而造成自由端部因共振效應亦產生較大振幅之振動，藉此以產生一氣流以對電子裝置內的熱源進行散熱，俾解決習用技術具有無法縮減體積與薄型化、噪音過大、使用壽命較短及使用材質易被限制等缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種散熱模組，設置於電子裝置內，該散熱模組包括：至少一振動元件，包括作用部及自由端部；支架，與至少一振動元件之作用部連接；以及驅動單元，與支架連接，並帶動支架作動；其中，驅動單元係以振動頻率驅動支架作動，使支架帶動振動元件之作用部移動使振動元件因為共振而在其自由端部產生一位移量，俾於振動元件之自由端部產生氣流以對電子裝置內部進行散熱。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種散熱模組，設置於電子裝置內，該散熱模組包括：至少一振動元件，包括作用部及自由端部；以及驅動單元，與至少一振動元件連接，並帶動至少一振動元件作動；其中，驅動單元係以振動頻率驅動振動元件作動，使振動元件因為共振而在其自由端部產生位移量，俾於振動元件之自由端部產生一氣流以對電子裝置內部進行散熱。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第7圖及第8圖，其中第7圖係為本案第一較佳實施例之散熱模組之結構示意圖；及第8圖係顯示第7圖所示之散熱模組之振動元件、支架及驅動單元間之連接關係圖。本案之散熱模組1可設置於輕薄化且可攜式之電子裝置（未圖示）內，例如但不限於平板電腦、電子書，且可做為一氣流產生裝置(airflow generation device)以實現對該電子裝置內部之散熱。本案之散熱模組1包括至少一振動元件10、支架11、驅動單元12以及基板13，其中振動元件10係為但不限為一可撓性薄膜，例如PET材質，且包括作用部101及自由端部102，支架11係與該至少一振動元件10之作用部101連接，驅動單元12係設置於基板13上，並與支架11連接，以帶動支架11作動。其中，驅動單元12係架構於以一振動頻率F驅動支架11作動，使支架11帶動與其連接的振動元件10之作用部101移動，且該振動頻率F係與振動元件10之一自然頻率f相對應，使振動元件10因為共振而在之其自由端部102產生一位移量，俾於該振動元件10之自由端部102產生一氣流以對電子裝置內部進行散熱。於本實施例中，支架11包含連接臂110、一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111與第二表面112相對。振動元件10係設置於連接臂110之一側邊緣110a，且設置於第一表面111上，其中振動元件10可以利用黏著之方式固設於支架11，但不以此為限。驅動單元12係設置於連接臂110之一中央區域110b，且與第二表面112連接，其中驅動單元12之驅動部121可以利用黏著或貼附等方式與支架11連接。當然，於一些實施例中，振動元件10之作用部亦可以黏著或貼附等方式直接連接於驅動單元12之驅動部121上（如第9圖所示），但不以此為限。於本實施例中，驅動單元12可為一音圈馬達或一壓電致動器，但不以此為限。由於音圈馬達及壓電致動器之作動原理已屬現有技術，於此不再贅述。

於本實施例中，振動元件10可為但不限於一扇形結構。振動元件10之作用部101係固設於支架11之連接臂110之一側邊緣110a且連接於第一表面111上，其可藉由驅動單元12使支架11產生振動，進而帶動振動元件10的作用部101移動。於一些實施例中，振動元件10為具有自然頻率f範圍為10~200Hz的可撓性薄膜，且其係以輕薄材料所製成，例如PET材質，但不以此為限。以第7圖及第8圖所示散熱模組為例，本實施例之散熱模組1之振動元件10的數目為2個，並分別對稱設置於支架11之連接臂110之兩相對側邊緣110a，藉此可同時對兩個區域的特定熱源進行散熱。當然，於一些實施例中，振動元件10之數量並不限為2個，例如1個或3個等，且可依實際需求任施變化，更可依據電子裝置內的發熱電子元件（未圖示）數目與位置以及電子裝置之機殼的進出風口位置而調整設置，以提昇電子裝置內部的散熱效率。舉例而言，當振動元件10之數量為單一個時，散熱模組1所產生之氣流方向可朝向單一方向吹向特定熱源，且其振動元件10可使用較大尺寸者，如此便可產生較大之氣流流量以利散熱。

請參閱第7圖、第8圖及第10圖，其中第10圖係為第7圖及第8圖所示散熱模組之作動示意圖。當驅動單元12接收一驅動訊號而啟動後，其驅動部121會使得支架11產生上下振動並產生一位移量T，使得連接於支架11之振動元件10的作用部101也隨著支架11的振動而產生上下振動。由於振動元件10具有一自然頻率f，因此當驅動單元12之振動頻率F與振動元件10之自然頻率f相對應時，振動元件10會產生共振效應，並帶動振動元件10之自由端部102上下振動及產生位移量H，其中位移量H大於位移量T。因此藉由驅動單元12帶動，可使振動元件10的作用部101僅需振動產生微小的位移量T，便可造成振動元件10的自由端部102產生較大的位移量H，如此一來，便能於振動元件10之自由端部102處產生氣流，並藉此可帶走電子裝置內之熱源所產生之熱能，以達到散熱之目的。再者，本案散熱模組1係藉由振動元件10取代習用技術之軸流風扇或是散熱鰭片來達到對電子裝置內部散熱之目的，由於振動元件10體積相對較小且薄，故可進一步縮減散熱模組1之體積與厚度，更能達到使電子裝置達到輕薄化之需求。

當然，散熱模組1之振動元件之型態並不限於上述實施例所述之扇形結構。第11圖係為本案第二較佳實施例之散熱模組之結構示意圖。如第11圖所示，本案之散熱模組2包含振動元件20、支架21、驅動單元22及基板23，其中驅動單元22及基板23之結構及設置方式係與第一實施例所示相似，於此不再贅述。惟本實施例之振動元件20係可為一圓盤結構，其包含作用部201及自由端部202，其中振動元件20之作用部201係連接於支架21上，且驅動單元22係連接於支架21之中央區域。當驅動單元22接收一驅動訊號而啟動後，會使得支架21產生上下振動，使得連接於支架21之振動元件20的作用部201也隨著支架21的振動而產生上下振動。由於振動元件20具有一自然頻率f，因此當驅動單元22之振動頻率F與振動元件20之自然頻率f相對應時，振動元件20會產生共振效應，並帶動振動元件20之自由端部202上下振動及產生位移量。因此藉由驅動單元22帶動，可使振動元件20的作用部201僅需振動產生微小的位移量，便可造成振動元件20的自由端部202產生較大的位移量，如此一來，便能於振動元件20之自由端部202處產生氣流，並藉此可帶走電子裝置內之熱源所產生之熱能，以達到散熱之目的。於本實施例中，由於振動元件20為圓盤結構，故可於圓形的自由端部202處產生一全周式氣流，藉由該全周式氣流可使扁平式的電子裝置達到更好的散熱效果，以提昇散熱效率。於一些實施例中，本案之散熱模組2之振動元件20亦可採用一環形結構，其結構及原理與前揭實施例相似，於此不再贅述。

於一些實施例中，本案之散熱模組2亦可藉由改變其振動元件20的結構型態，例如於振動元件20的表面以增加或減少重量之方式來調整振動元件20本身之重量，進而改變振動元件20本身的複數個振動模態及其自然頻率。請參閱第12圖，其係為第11圖所示散熱模組之另一變化例之結構示意圖。如第11圖及第12圖所示，振動元件20更包括一或複數個調整元件203，其中該調整元件203係架構於改變振動元件20本身具有的複數個不同的振動模態及其自然頻率。本案之散熱模組2可利用同時交替地轉換驅動單元22的輸入電壓的頻率，使得振動元件20於其不同區域得以因應地且交替地產生共振。於本實施例中，調整元件203可為複數個配重片2031，且複數個配重片2031係設置於振動元件20之自由端部202上，以應用於增加振動元件20之重量。舉例而言，兩配重片2031可設置於振動元件20之自由端部202之兩相對的第一區域202a上，藉此增加振動元件20的重量。配重片2031可為但不限於一圓弧條狀結構，且配重片2031之邊緣弧度係與振動元件20之自由端部202的弧度相配合，並沿著自由端部202的邊緣貼附或黏著固定於振動元件20的表面上。於另一些實施例中，複數個調整元件203更可為複數個穿孔2032或一凹陷部（未圖示），其係形成於振動元件20之表面上，用以減少振動元件20之重量，使得振動元件20本身的自然頻率隨之對應改變。

根據本案之構想，當對本案之散熱模組2之驅動單元22施加一輸入電壓並且交替地轉換該輸入電壓的頻率時，驅動單元22的振動頻率也隨著輸入電壓的頻率而改變，而具有複數個調整元件203的振動元件20可依據驅動單元22的振動頻率而改變其振動模態，亦即產生共振的區域。舉例說明，設有配重片2031及穿孔2032等調整元件203的振動元件20具有複數個不同之自然頻率，例如第一自然頻率f1、第二自然頻率f2。當驅動單元22之輸入電壓的頻率為第一頻率F1且與振動元件20之第一自然頻率f1相對應時，振動元件20之自由端部202於設置有配重片2031之第一區域202a會因共振效應而產生較自由端部2202未設置有配重片2031之第二區域202b較大振幅之上下振動，因此可使散熱模組2產生較大之氣流從第一區域202a向外流出。若當驅動單元22之輸入電壓的頻率轉換成第二頻率F2且與第二自然頻率f2相對應時，振動元件20之自由端部202於未設置有配重片2031之第二區域202b會因共振效應而產生較自由端部2202設置有配重片2031之第一區域202a較大振幅之上下振動，因此可使散熱模組2產生較大之氣流從第二區域202b向外流出。如此一來，藉由變更驅動單元22的輸入電壓的頻率，可使得振動元件20具有不同之振動模態而在不同的共振頻率上作切換，換言之，使振動元件20的自由端部202可分成不同區域產生共振，如此便可變更氣流的流動方向，進而在電子裝置之散熱系統中產生不同之散熱方式。

綜上所述，本案之散熱模組係藉由振動元件具有一作用部及一自由端部，且作用部透過一支架與一驅動單元連接，藉由驅動單元作動時產生振動，使振動元件之作用部產生上下來回振動，進而造成振動元件因為共振而在其自由端部產生大幅度地振動，藉此以產生一氣流而對電子裝置內的熱源所產生的熱量進行散熱。再者，藉由使用振動元件可大幅縮減散熱模組之體積與厚度，以使得電子裝置內部可提昇空間使用率之外，更可使電子裝置符合輕薄化之需求。此外，更可依據電子裝置內的熱源數目及位置以及電子裝置之殼體的進出風口而改變振動元件之設置位置及數量，以直接對電子裝置內熱源進行散熱，進而提昇散熱效率。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．散熱模組

10、20．．．振動元件

101、201．．．作用部

102、202．．．自由端部

11、21．．．支架

110．．．連接臂

111．．．第一表面

112．．．第二表面

110a．．．側邊緣

110b．．．中央區域

12、22．．．驅動單元

121．．．驅動部

13、23．．．基板

202a．．．第一區域

202b．．．第二區域

203．．．調整元件

2031．．．配重片

2032．．．穿孔

F．．．振動頻率

f．．．自然頻率

f1．．．第一自然頻率

f2．．．第二自然頻率

F1．．．第一頻率

F2．．．第二頻率

H、T．．．位移量

第1圖：係為美國專利公告號US 7061161之代表圖。

第2圖：為美國專利公告號US 7358649之代表圖。

第3圖：為美國專利公告號US 7742299之代表圖。

第4圖：係為美國專利公開號US 201100140695之代表圖。

第5圖：係為美國專利公開號 US 20110150669之代表圖。

第6圖：係為美國專利公告號 US 7793709之代表圖。

第7圖：係為本案第一較佳實施例之散熱模組之結構示意圖。

第8圖：係顯示第7圖所示之散熱模組之振動元件、支架及驅動單元間之連接關係圖。

第9圖：係為第7圖所示散熱模組之另一變化例之散熱模組之結構示意圖。

第10圖：係為第7圖及第8圖所示散熱模組之作動示意圖。

第11圖：係為本案第二較佳實施例之散熱模組之結構示意圖。

第12圖：係為第11圖所示散熱模組之另一變化例之結構示意圖。

1．．．散熱模組

10．．．振動元件

101．．．作用部

102．．．自由端部

11．．．支架

12．．．驅動單元

13．．．基板

Claims (14)

1. 一種散熱模組，設置於一電子裝置內，該散熱模組包括：
     至少一振動元件，包括一作用部及一自由端部；
     ㄧ支架，與該至少一振動元件之該作用部連接；以及
     一驅動單元，與該支架連接，並帶動該支架作動；
     其中，該驅動單元係以一振動頻率驅動該支架作動，使該支架帶動該振動元件之該作用部移動，使該振動元件因為共振而在其該自由端部產生一位移量，俾於該振動元件之該自由端部產生一氣流以對該電子裝置內部進行散熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該驅動單元之該振動頻率係與該振動元件之一自然頻率相對應。
3. 如申請專利範圍第2項所述之散熱模組，其中該振動元件之該自然頻率範圍為10～200Hz之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該振動元件係為一可撓性膜薄。
5. 如申請專利範圍第4項所述之散熱模組，其中該可撓性薄膜係由PET材質所製成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其更包括一基板，且該驅動單元係設置於該基板上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該支架包括一連接臂、一第一表面以及一第二表面，該第一表面相對於該第二表面，該振動元件之該作用部係連接於該連接臂且設置於該第一表面上，且該驅動單元係連接於該第二表面上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該驅動單元為一音圈馬達或一壓電致動器其中之一。
9. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該振動元件係為一扇形結構、一圓盤結構或一環形結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該振動元件更包括至少一調整元件，其係設置於該振動元件之表面上，以增加或減少該振動元件之重量之方式，俾改變該振動元件產生一個以上之自然頻率。
11. 如申請專利範圍第9項所述之散熱模組，其中該調整元件為一個以上配重片，以增加該振動元件之重量。
12. 如申請專利範圍第9項所述之散熱模組，其中該調整元件係為一個以上穿孔或是一凹陷部形成於該振動元件之表面上，以減少該振動元件之重量。
13. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該振動元件因應該驅動單元之一輸入電壓的頻率變換，而產生不同之振動模態，俾改變該氣流的流動方向。
14. 一種散熱模組，設置於一電子裝置內，該散熱模組包括：
      至少一振動元件，包括一作用部及一自由端部；以及
      一驅動單元，與該至少一振動元件連接，並帶動該至少一振動元件作動；
      其中，該驅動單元係以一振動頻率驅動該振動元件作動，使該振動元件因為共振而在其該自由端部產生一位移量，俾於該振動元件之該自由端部產生一氣流以對該電子裝置內部進行散熱。