具有交叉传热翼片的动力热沉的制作方法
【专利摘要】一种动力热沉具有固定部分，该固定部分具有第一导热表面和第二导热表面，以在第一导热表面与第二导热表面之间传导热量。为了冷却发热装置，固定部分可安装至发热部件并且具有从该固定部分延伸的第一多个翼片。动力热沉还具有与固定部分可旋转地联接的旋转结构。旋转结构被构造成将从第二导热表面接收的热量传递至与旋转结构热连通的储热物。旋转结构具有可移动的吸热表面，该吸热表面具有朝向第一多个翼片延伸的第二多个翼片。第一多个翼片的至少一部分优选地与第二多个翼片的至少一部分交叉。
【专利说明】具有交叉传热翼片的动力热沉
[0001 ]优先权
[0002]本申请要求2013年8月21日提交的美国临时专利申请61/868，362的优先权，其全部内容通过引用并入本文，美国临时专利申请61/868，362的名称为“具有同心交叉传热翼片的动力热沉”，发明人为Lino A.Gonzalez和Steven J.Stoddardo
技术领域
[0003]本申请总体上涉及旋转式吸热和散热装置，并且更具体地，本发明涉及用于与电子元件一起使用的动力热沉。
【背景技术】
[0004]在工作时，电路和电气装置产生废热。为了正常工作，电路和电气装置的温度通常必须在某些限度内。为此，通常使用物理安装在电气装置附近或安装在电气装置上的热沉来控制电气装置的温度。
[0005]被称为“动力热沉”(KHS)的一种相对新型的热沉组件具有蓄热体(the rma Imass)，该蓄热体具有一体式的引流结构，该引流结构相对于安装在热电子装置上或安装在热电子装置附近的固定基部旋转。动力热沉能够比固定热沉提供更好的冷却。
【发明内容】
[0006]对于发明人的认识而言，已经发展了动力热沉的固定部件和旋转部分的各种拓扑结构。然而，发明人认识到，这种拓扑结构之间的界面通常需要精确公差的表面特征(通常为微米尺度)，以获得期望的热吸收和消散性能。这种要求通常需要不能适应于标准制造设备的精确制造技术。然而，发明人发现了允许公差极限增大的技术，其有助于与标准制造设备一起使用。
[0007]根据说明性实施例，动力热沉具有固定部分，所述固定部分具有第一导热表面和第二导热表面，以在第一导热表面与第二导热表面之间传导热量。为了冷却发热装置，固定部分可安装至发热部件并且具有从该固定部分延伸的第一多个翼片。动力热沉还具有与固定部分可旋转地联接的旋转结构。该旋转结构被构造成将从第二导热表面接收的热量传递至与旋转结构热连通的储热物。旋转结构具有可移动的吸热表面，该吸热表面具有朝向第一多个翼片延伸的第二多个翼片。第一多个翼片的至少一部分优选地与第二多个翼片的至少一部分交叉。
[0008]固定基部和/或旋转结构可包括用于改进径向间隙的热传递特性的结构特征。该结构例如可破坏由于旋转结构的稳定旋转将形成的不期望的完全展开流(f u 11 ydeveloped flow)的形成，或者形成以该装置的操作速度的局部辅助流动以用于相同目的。该特征可为位于由交叉翼片形成的通道的壁、顶部或底部内的突出部、凹部、间隙或其组入口 ο
[0009]根据本发明的另一实施例，一种消散来自电子装置的热量的方法提供了具有第一导热表面和第二导热表面的固定结构。所述固定结构在第一导热表面处热联接至电子装置，以接收来自电子装置的热量，并且将从第一导热表面接收的热量传导至第二导热表面。第二导热表面包括第一多个翼片。该方法还使旋转结构旋转，旋转结构具有面向第二导热表面的吸热表面。吸热表面具有与第一多个翼片交叉的第二多个翼片。该旋转用于大致至少部分地将来自第二导热表面的热量传递至与旋转结构连通的储热物。
【附图说明】
[0010]通过参照下文结合附图给出的详细描述，将更容易理解实施例的前述特征，附图中:
[0011]图1示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有交叉传热翼片的动力热沉的横截面视图。
[0012]图2示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的动力热沉的交叉翼片的平面图。
[0013]图3示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的动力热沉的消散热量的操作。
[0014]图4示意性地示出了交叉翼片的几何特征。
[0015]图5示出了现有技术的动力热沉。
[0016]图6A至图6G说明性地示出了根据本发明的各种可替换实施例的具有交叉翼片的动力热沉的横截面视图。
[0017]图7A说明性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有交叉翼片的动力热沉的横截面视图，该交叉翼片具有循环端口。
[0018]图7B说明性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有直翼片的动力热沉的旋转结构。
[0019]图8A至图8D说明性地示出了图7B中的动力热沉的具有交叉翼片和循环端口的各种实施例的部分。
[0020]图9A示意性地示出了根据本发明的可替换实施例的动力热沉。
[0021]图9B示意性地示出了图9A中的动力热沉的具有位于旋转结构中的圆形循环端口的部分。
[0022]图9C示意性地示出了根据本发明的另一说明性实施例的具有固定翼片的动力热沉。
[0023]图1OA示意性地示出了根据本发明的另一实施例的具有交叉翼片的动力热沉。
[0024]图1OB示意性地示出了图1OA中的具有电动马达组件的动力热沉。
[0025]图1lA示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有交叉翼片的动力热沉的横截面视图。
[0026]图1lB示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的交叉翼片，该交叉翼片具有改进了径向间隙的传热特性的特征。
[0027]图1lC示意性地示出了根据本发明的另一说明性实施例的交叉翼片，该交叉翼片具有改进了径向间隙的传热特性的其它特征。
[0028]图12示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的在交叉翼片内的示例性流体流动。
[0029]图13示出了操作根据本发明的说明性实施例的动力热沉的过程。
【具体实施方式】
[0030]在说明性实施例中，动力热沉在其固定部分与旋转部件之间具有交叉翼片，以产生径向热传递一一另外或替代地，产生轴向热传递。发明人惊讶地发现，这种动力热沉不需要主要依赖轴向热传递的现有技术动力热沉的精确且复杂的公差。具体地，虽然交叉翼片引入比单个轴向表面更多的临界表面，但交叉翼片允许更大的间隙。有利地，这些更大的间隙更易于控制，这是因为通常径向流出比轴向流出更可控。因此，在多个这样的实施例中，标准的制造设备和技术可生产更有效的动力热沉。此外，通过该创新，固定部分和旋转部分可在不增加总设备占用空间(footprint)的情况下更有效地传递废热。因此，实施说明性实施例的动力热沉与具有相同占用空间的现有技术动力热沉相比可消散更多废热。
[0031]交叉翼片也可形成迷宫型密封，其防止灰尘进入固定部分与旋转部分之间的区域。这在保护内部部件(例如，马达或主轴)不受灰尘污染方面特别有效。
[0032]图1示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有交叉翼片102的动力热沉100。具体地，动力热沉100包括具有基部结构106的固定部分104，该固定部分具有第一导热表面108和第二导热表面110。第一导热表面108被构造成固定地安装至发热部件112(例如，电气装置、微处理器、芯片等)。第二导热表面110形成一组固定翼片114，该固定翼片形成交叉翼片102的一部分。
[0033]动力热沉100还包括旋转结构116，该旋转结构通过轴117而与固定部分104可旋转地联接，以大致在一个平面内旋转。旋转结构116包括旋转基部118和引流结构120 (例如，其它翼片或叶片)。旋转基部118具有吸热表面122，该吸热表面形成一组旋转翼片124，该旋转翼片与第一组翼片114 一起形成交叉翼片102。固定翼片114和旋转翼片124可相对于旋转结构116的旋转轴线同心。其它实施例不需要固定翼片114与旋转翼片124同心。然而，为了简化的目的，这个讨论中的大部分内容涉及同心翼片，尽管各种原理可应用于非同心翼片。固定部分104和旋转结构116可由相同或不同的导热材料制成。例如，结构104和116可由铜、铝、银、镍、铁、锌及其组合物形成。
[0034]因此，交叉翼片例如以附图中所示的方式由重叠的固定翼片114和旋转翼片124形成。所列出的另一方式，由于翼片114、124彼此纵向重叠，从而翼片114、124被认为是交叉的，这允许翼片114、124在其径向相邻表面之间不可忽略地传递热量。
[0035]同心交叉的翼片缓和了操作期间的错位。例如，固定部分104与旋转结构116之间的错位导致改变了其对应交叉翼片102之间的径向间隙310(未示出，见图3)。例如，固定翼片114a可被定位成更接近于靠近其一个面的第一旋转翼片124a，而远离靠近其另一个面的第二旋转翼片124b。因此这种偏移减小了与第一翼片124a的局部热阻，同时对应地增大了与第二翼片124b的局部热阻。径向间隙310可介于大约10微米至100微米之间，并且更具体地介于大约25微米至50微米之间。在优选的实施例中，径向间隙可以高达介于大约100微米至200微米，并且更优选地，介于大约125微米至150微米。
[0036]图2示意性地示出了图1中的动力热沉100的同心交叉翼片102的平面图。一组固定翼片114从基部结构106的第二导热表面110同心地延伸。以对应的方式，一组旋转翼片从旋转基部118的吸热表面122同心地延伸。当然，为了交叉，这组固定翼片114的半径与这组旋转翼片124的半径不同。
[0037]图3示意性地示出了图1中的动力热沉100的操作。在操作期间，除了其它方面之夕卜，引流结构120在由发热部件112产生热量的同时将热量302消散至储热物304(例如，动力热沉100周围的空气)。为此，来自发热部件112的热量跨过基部结构106扩散(见箭头306)至同心的翼片114。然后，来自一组固定翼片114的热量跨过径向间隙δ310主要被传递308至相邻旋转翼片124的对应重叠表面。热量从一组旋转翼片124扩散至旋转结构116的其它部分，包括旋转基部118和引流结构120，由此被排出至储热物304。
[0038]图4示意性地示出了交叉翼片102的一些几何特征。在说明性实施例中，每个翼片114或124的几何特征为具有长度L 402、宽度W 404以及与相邻的翼片的距离D 405。交叉翼片102也可被视为形成每个相邻翼片之间的径向间隙δ310(有效地形成通道)、位于基部结构106与旋转结构116之间的轴向间隙h 406、限定第一组翼片114和第二组翼片124的重叠部分的高度H 408以及表示由翼片102形成的通道的数量N。因此，来自发热部件112的热量横跨基部结构106扩散至长度L 402和宽度W 404的第一组翼片114。
[0039]图2和图4示出了可使用标准设备和技术制造的放大部件和结构。
[0040]图2将动力热沉100的固定部分104和旋转结构116的相关部分示出为分离的未组装部件。固定翼片114和旋转翼片124可被制造为基于对应翼片的宽度W 404和径向间隙δ310的结构(见图4)。该结构例如可用铣床、车床或钻床制造。该机器可具有尺寸为距离D405或更小的刀架，该距离相当于W+2S。例如，立式车床可形成一系列凹槽，每个凹槽均为
1.1mm宽且间隔1mm。凹槽对应于距离D 405并且间隔对应于翼片114、124的宽度W 404。为此，刀头可具有高达1.1mm尺寸并具有径向间隙310的至少一半的公差。翼片114、124可被制造为具有其它宽度W 404或距离D 405，诸如介于Imm至3mm之间。当然，其它标准制造技术诸如蚀刻、冲压、铸造和锻造可用于制造该装置。
[0041]在其它实施例中，翼片可通过例如钎焊、铜焊、熔焊和粘接(诸如使用胶合物、水泥和粘合剂)而被制造并附接至固定部分104和旋转结构116的基部区域。
[0042]相反，具有平行或成角度热传递表面的动力热沉总体上被制造为限定轴向间隙的尺寸。图5示出了本领域已知的这样一种类型的现有技术动力热沉。固定基部结构502被安装至发热部件504。具有叶轮508的旋转结构506联接至固定基部结构502以跨过轴向间隙510形成横跨装置的相当大的占用空间的平行表面。与类似大小的热量解决方案相比，制造具有这种精度的平行表面通常增加了这类动力热沉的成本。
[0043]回到参考图4，各个实施例可具有与表面面积成正比且与表面之间的间隙厚度成反比的增大的有效导热率(Q/AT)敝。当与平行的或成角度的表面的导热率相比时，该增大的有效导热率可被表示为(Q/AT)敝=H/W。例如，其两个表面具有⑴被交叉成使得H/W=3并且(ii)径向间隙δ310 = 45微米的同心翼片的动力热沉可具有?10W/C的导热率。为了具有类似的导热率，具有平行表面的动力热沉可具有轴向间隔开15微米的间隙510，其比径向间隔δ(310)小三倍。当然，也可产生其它导热率。
[0044]为此，固定翼片114和旋转翼片124所具有的高度402与宽度W404的比(H/W)至少为2，更优选地至少为3，甚至更优选地在3至6的范围内。在其它实施例中，固定翼片114和旋转翼片124所具有的长度L 408与距离D 405的比(L/D)可至少为2，更优选地至少为3，甚至更优选地在3至6的范围内。在再其它优选实施例中，翼片114、124之间的在径向方向410上的重叠面积至少大于在轴向方向412上的两倍，更优选地为至少3倍，甚至更优选地在3倍至6倍的范围内。
[0045]交叉翼片102可适应各种几何尺寸，包括不同的高度、厚度和锥角。图6A至图6G示意性地示出了根据各个实施例的具有同心交叉翼片102的动力热沉100。
[0046]在图6A中，动力热沉100包括具有三角形横截面区域的同心交叉锥形翼片602。锥形翼片602可具有介于大约10度至60度之间的内角604。锥形翼片602由于具有更有效的热传递区域而允许更高的热传递密度。
[0047]在图6B中，同心交叉锥形翼片602具有梯形横截面区域。
[0048]在图6C中，第二导热表面110或吸热表面12可包括表面特征604，诸如凹槽，以使流体在交叉翼片的不同级之间从装置的内径向部分更容易地流动至外径向部分。
[0049]动力热沉100可构造有径向和轴向间隙(310，406)，该间隙沿着径向方向410变化。这种变化可补偿外径向位置处的较大流出和较强剪切损失。在一个实施例中，例如，径向间隙δ310和轴向间隙h 406从内径向位置到外径向位置可增大。
[0050]在图6D中，固定部分104具有锥形表面608，锥形表面608具有角度612，并且旋转结构116具有锥形表面614，锥形表面614具有角度610。角度610、612可介于大约I度至30度之间并且可相同。同心交叉翼片102从锥形表面608、614延伸。
[0051 ]在图6E中，具有同心交叉翼片的动力热沉100从相对或分散的锥形表面608、614延伸。因此，同心交叉翼片102的长度L 402可沿着径向方向410变化，导致装置的内部区域中的径向间隙310大于外部区域。
[0052]在图6F中，同心交叉翼片102可具有复杂的形状616，该形状具有更有效的热传递表面区域。例如，每个交叉翼片102可包括从其延伸的一组辅助翼片618。辅助翼片618可沿着长度L 402改变每个交叉翼片102的宽度W 404。一些实施例使辅助翼片618的部分交叉。
[0053]在图6G中，翼片114、124可具有变化的宽度W 404或变化的高度H 402。如示出的，旋转翼片124之间的高度H 402和宽度W 404不同于固定翼片114之间的高度和宽度。因此，翼片之间的间隔可在不同的径向位置变化。例如，装置中央附近的径向位置处的径向间隙S310可小于周缘附近的径向位置处的径向间隙δ310。径向间隙δ在不同径向位置处的变化可基于线性函数、多项式函数或指数函数。
[0054]图7Α示意性地示出了具有同心交叉翼片102和循环端口702的动力热沉100的另一实施例。端口 702允许流体从引流结构120流动到交叉翼片102中，并且反之亦然。循环端口702可位于旋转结构116中，特别地位于流动引导结构120之间的旋转基部118处。循环端口702可为圆形的、弧形的或成角度的。
[0055]图7Β示意性地示出了根据说明性实施例的动力热沉的引流结构120。在这个实例中，旋转结构116包括一组一百八十个翼片作为引流结构120的一部分，这些翼片包括布置在彼此之间的九十个长直翼片704和九十个短直翼片704。这组长翼片704可横跨旋转基部118的相当大的部分，例如，横跨直径的百分之五十以上。在一个实施例中，例如，旋转结构116具有8.89cm的外径以及1.27cm的高度，以提供1050cm2的表面积。当与仅具有长翼片的可比较占用空间的动力热沉相比(例如，具有5 9 c m2的表面积)时，旋转结构116的表面积为约百分之22或更大。这里，旋转结构116包括旋转交叉翼片124，虽然未示出。当然，可使用其它直翼片和叶轮。
[0056]图8A至图8D示意性地示出了图7B中的动力热沉100的具有交叉翼片102和循环端口 702的各个实施例的部分。特别地，图8A示出了旋转结构116的具有圆形循环端口 702的一部分的顶视图。循环端口 702被示出为与交叉翼片102关联。循环端口702布置在引流结构120之间的旋转基部118中。循环端口 702可布置在一组翼片(诸如旋转翼片124和固定翼片114)上方。循环端口 702a可布置在固定和旋转的交叉翼片114、124之间的径向间隙δ310上方。
[0057]图8Β示出了旋转结构116的具有循环端口702的一部分的顶视图，该循环端口穿过一对交叉翼片102延伸。循环端口 702被示出为布置在引流结构120之间的细长条。循环端口702可位于不同径向位置处。当然，循环端口 702可具有在旋转结构116中径向延伸的其它长度。
[0058]图8C示意性地示出了图8Β中的在旋转翼片124中具有间断部802的旋转结构116。循环端口 702可布置在间断部802处。间断部802可沿着相同的径向方向(如所示的)或沿着不同的径向位置布置。间断部802的宽度也可在不同的间断部802处变化。旋转翼片124在间断部802处也可为锥形的或圆形的。
[0059]图8D示意性地示出了图8Β中的在固定翼片114中具有间断部802的旋转结构116。循环端口 702可布置在间断部802处。另一组循环端口 702b布置在固定翼片114和旋转翼片124的间断部802处。间断部802可沿着相同径向方向(如示出的)或沿着不同径向方向布置。间断部的宽度也可在不同间断部之间变化。固定翼片114在间断部802处也可为锥形的或圆形的。
[0060]图9A和图9C示意性地示出了根据本发明实施例的具有交叉翼片102和辅助固定翼片902的动力热沉100。在2013年4月26日提交的题为“具有固定翼片的动力热沉”的美国临时专利申请N0.61/816，450以及2014年3月17日提交的国际专利申请PCT/US 14/30162(其要求前述临时专利申请的优先权)中描述了辅助固定翼片902的实例，这两个申请均通过引用以其整体并入本文。辅助固定翼片902从基部结构106延伸并且提供用于排热的额外表面区域。辅助固定翼片902位于引流结构120与周围的储热物304之间的路径904中(见图9C)。在这个实施例中，引流结构120包括一组四十二个弯曲长方形翼片，这些翼片横跨动力热沉100的占用空间的约86%。这组辅助固定翼片902包括二百个直径向翼片，这些翼片横跨动力热沉100的占用空间的约百分之12。
[0061 ]在实施例中，动力热沉的占用空间例如可具有8.89cm的总外径。这组引流结构120具有7.62cm的径向长度，具有43cm2的表面积。具有1.016cm长度和形成0.5mm宽通道的
0.5mm横截面面积的另外一组辅助固定翼片902可将表面积增大28cm2。当然，可使用其它尺寸和翼片数量。
[0062]图9B示意性地示出了图9A中的动力热沉100的在旋转结构116中具有圆形循环端口 702、702a的部分的顶视图。循环端口 702、702a被示出为与交叉翼片102关联。
[0063]图1OA示意性地示出了根据本发明的另一实施例的具有交叉翼片102的动力热沉100。具体地，动力热沉100包括位于旋转结构116与固定部分104之间的轴向轴承1002。可使用多种类型的轴承，包括滚子推力轴承、衬套、滚动元件轴承、流体轴承和空气轴承等。轴向轴承1002适于维持旋转结构116与固定部分104之间的轴向间隙h 406。在可替换的实施例中，轴向轴承1002可位于动力热沉100的外径向部分中。
[0064]动力热沉100可包括位于旋转结构116与固定部分104之间的径向轴承1004，以维持径向间隙S310并将两个结构104、116对准。旋转结构116可包括轴部分1006，该轴部分被构造成与径向轴承1004连通。轴部分1006可一体形成为旋转结构116的一部分，同时径向轴承1004附接至固定部分104。
[0065]图1OB示出了具有电动马达组件1008的另一热沉实施例。在这个实施例中，旋转结构116通过马达组件1008旋转地联接至固定部分104，该马达组件包括马达固定部件和马达旋转部件。马达固定部件可包括定子1010(8卩，电绕组和电枢)并且可选地包括壳体。马达旋转部件可包括转子轴和附接在其上的部件，例如包括永磁体1012(在一些实施例中)。马达固定部件优选地固定地联接至固定部分104，并且由此可被认为是固定构件的一部分。马达旋转部件可固定地联接或通过齿轮联接至旋转结构116。马达固定部件和马达旋转部件优选地总体上同心地位于旋转结构116与固定部分104之间。
[0066]可使用任何数量不同的马达构造。例如，动力热沉可包括控制器1014以通过调节向电绕组提供的电流或电压而调节旋转结构116的转速。在说明性实施例中，电绕组是马达固定部件的一部分。然而，对于本领域技术人员应该显而易见的是，可使用不同的马达拓扑结构，包括具有作为马达旋转部件的一部分的电绕组的设计。控制器1014可包括控制电路、驱动电路和对应的信号处理电路。控制器1014可安装在固定部分104内或安装在该固定部分上。控制电路可被构造成提供脉冲宽度调制、频率、相位、转矩和/或幅度控制。
[0067]动力热沉还可包括传感器1016以向控制器1014提供反馈信号。该反馈信号可基于速度或温度。速度可包括旋转部分116和/或马达的旋转速度。温度可为发热部件112、固定部分104、旋转结构116、径向间隙310和/或马达1008的温度。除了其它方面之外，传感器1016可为电容型传感器、热电偶和/或红外检测器，并且可输出未缩放的或偏移的且仅与温度值有关的电信号。本领域技术人员应该认识到的是，不同的控制器和控制方案可用于基于温度、旋转速度和间隙来调节散热装置。对于本领域技术人员应该认识到的是，马达固定部件的一部分(例如，电绕组)可位于与旋转轴线同心的各个位置中。例如，除了马达组件1008邻近于旋转轴线或位于旋转轴线附近之外，马达固定部件(具有电绕组)可远离转子轴线。类似地，考虑到马达固定部件的部分(例如，电绕组)可位于旋转结构116的顶部上或位于固定部分104内。
[0068]可使用各种基于直流电和交流电的马达。基于直流电(DC)的马达可包括有刷直流马达、永磁体马达、无刷直流马达、开关磁阻马达、无芯直流马达、通用马达。基于交流电(AC)的马达的实例可包括单相同步马达、多相同步马达、交流感应马达和步进马达。马达组件可包括一体式马达控制器，诸如伺服马达。马达可基于脉冲宽度调制方案或直流电控制而操作。
[0069]该实施例可使用传统的主轴马达(例如，流体动力主轴马达)。在2013年6月6日提交的题为“具有可控热间隙的动力热沉”的美国专利申请N0.13/911，677中描述了主轴马达诸如流体动力轴承主轴马达，其全部内容通过引用并入本文。
[0070]在其它实施例中，交叉翼片102可包括拓扑结构以改进跨过径向间隙δ310的热传递特性。为此，图1lB示意性地示出了根据实施例的交叉翼片102，该交叉翼片具有改进径向间隙310的热传递特性的特征。例如，该结构可破坏将由于旋转结构116的旋转所形成的不期望的完全展开流的形成，或者形成以装置的操作速度的局部辅助流动以用于相同目的。该图示出了交叉翼片102沿着图1lA中的中央平面A的一部分的详细横截面视图，其包括固定翼片114和旋转翼片124。
[0071]旋转翼片124包括从翼片壁1104延伸的至少一个突出结构1102。该突出结构1102延伸到径向间隙310中以产生不连续的流体流动，其破坏可由于旋转翼片124相对于固定翼片114的移动而形成的不期望的完全展开流。例如，由于移动的剪切力和流体的粘性，库艾特流动可形成在径向间隙310中。对于大约50微米的径向间隙310而言，突出结构1102可延伸到径向间隙W310)的宽度的百分之五十中。突出结构1102可成形为弧形(见图11B)。当然，也可使用其它形状，包括圆形、正方形、长方形和三角形形状。
[0072]旋转翼片124在翼片的每侧上可包括多个突出结构1102。例如，该图示出了位于多个级(例如，第一级1102a和第二级1102b)中的一组突出结构1102。突出结构1102可以是如翼片1102c所示成角度的或如翼片1102d所示竖直的。
[0073]突出结构1102可位于旋转翼片124的两侧上，以破坏两个相邻径向间隙310中的库艾特流动的形成。
[0074]可替换地或此外，突出部1102和交叉翼片102可包括凹部1106以改进径向间隙310的热传递特性。
[0075]图1lC示意性地示出了根据另一实施例的具有改进径向间隙310的热传递特性的其它特征的交叉翼片102。翼片114、124包括凹部1106，以随着流体沿着旋转翼片124的壁1104流动到凹部1106中形成涡旋。凹部1106引导流体在与径向间隙310中的流体流动总体上垂直的方向上流动。这种流动在汇合点处与沿着壁1104流动的流体结合，以形成破坏库艾特流动形成的涡旋。凹部1106可成形为弧形(见图11C)。当然，也可使用其它形状，包括圆形、正方形、长方形和三角形形状。
[0076]图12示意性地示出了根据实施例的交叉翼片102内的示例性流体流动。流体在装置100的中心附近的循环端口 702处进入径向间隙310a并且向外流动。旋转翼片124的移动的剪切力引起流体在径向间隙310内移动。随着旋转翼片124的间断部802经过流体，该流动分流，其中一部分继续沿着径向间隙310流动，而另一部分流动通过间断部802。这种分流可破坏完全展开的不期望流体(例如库艾特流动)的形成。流体还流动通过交叉翼片102之间的间隙h 406。随着流体在径向间隙310中的流动，来自固定翼片114的热量可被传递至旋转翼片124。
[0077]可基于旋转速度和径向间隙δ310的尺寸而选择间隙和拓扑图特征。
[0078]图13示出了操作根据本发明的说明性实施例的动力热沉100的过程。总体上，通过将动力热沉100固定至发热部件112(步骤1302)而使该过程开始，该发热部件例如可以为电子装置或印刷电路板的封装。本领域中已知的各种类型的固定和安装机构可用于这些目的。除了其它方面之外，这些机构可包括螺钉、夹子(例如ζ形夹、别针)、推销、带螺纹的螺母柱、胶合物、导热胶带和热环氧树脂。
[0079]当静止时，旋转结构115通过轴117而座置在固定部分104上且被轴承1002(机械地或流体动力地)保持。旋转结构116包括与固定部分的固定翼片114交叉的旋转翼片124，以在翼片114、124之间形成径向间隙310 (例如，约50微米)。
[0080]为了开始冷却，控制器1014对马达组件1008供能(步骤1304)，引起马达1008的旋转部分与旋转结构116—起旋转。例如，电力可来自于DC电压Vdc (例如，12V、5V等)、AC电压Vac或者脉冲宽度调制电压。随着旋转结构116旋转，径向间隙310中的流体开始移动，例如如图12所示。旋转结构116或固定部分104上的拓扑图特征破坏不期望的完全展开流(例如，库艾特流动)的形成或者产生局部辅助流动以用于相同目的。拓扑图特征从而增强径向间隙310的热传递特性，以允许热量从固定翼片114更容易地传递至旋转翼片124。
[0081 ]当旋转时，引流结构120 (例如，叶轮)也旋转，引起引流结构120之间的通道中的流体移动。随着流体移动，来自引流结构129的热量被排出至移动流体并驱散到储热物304中。具体地，从发热部件112吸取热量，并跨过基部结构106将该热量扩散至其固定翼片114。接下来，热量跨过径向间隙310而传递至旋转翼片124，然后跨过旋转基部118而传递至引流结构 120。
[0082]在方框1306处，控制器1014确定是否继续冷却发热部件112。这可基于应用于动力热沉的控制信号或电力。而且，控制器1014可基于来源于传感器1016的(例如，在发热部件112或动力热沉的各个部件处)的温度改变马达的旋转速度或向其输出的电力。如果继续冷却，则过程循环回到步骤1304以继续为动力热沉供能，当确定不再继续冷却(例如，被冷却的部件断开供能)时，则该过程在步骤1308结束，在步骤1308中，动力热沉断开供能。为此，控制器1014可减少马达的电力或者移除动力热沉100的电力。
[0083]上文描述的本发明的实施例旨在仅是示例性的；各种变化和修改对于本领域技术人员是显而易见的。所有这些变化和修改旨在落在本发明的任何所附权利要求限定的范围内。例如，突出部和凹部可位于固定翼片上以同样破坏库艾特流动的形成。
【主权项】
1.一种动力热沉，包括: 固定部分，所述固定部分具有第一导热表面和第二导热表面，以在所述第一导热表面与所述第二导热表面之间传导热量，所述固定部分能够安装至发热部件，所述第二导热表面具有第一多个翼片，所述第一多个翼片从所述第二导热表面延伸；以及 旋转结构，所述旋转结构与所述固定部分以可旋转方式联接，所述旋转结构被构造成将从所述第二导热表面所接收的热量传递至与所述旋转结构热连通的储热物， 所述旋转结构具有可移动吸热表面，所述可移动吸热表面具有朝着所述第一多个翼片延伸的第二多个翼片，所述第一多个翼片中的至少一部分与所述第二多个翼片中的至少一部分相交叉。2.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片中的一部分具有至少为2的高度与宽度比。3.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第二多个翼片中的一部分具有至少为2的高度与宽度比。4.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，一组所述第一多个翼片与一组所述第二多个翼片形成径向间隙，所述径向间隙介于大约25微米至200微米之间。5.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所交叉的翼片被构造成在径向方向上具有比在轴向方向上大至少两倍的重叠表面积。6.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述固定部分和所述旋转部分具有彼此面对的表面，所述彼此面对的表面之间形成至少25微米的轴向间隙。7.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片和所述第二多个翼片中的一部分具有相同的横截面区域。8.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片和所述第二多个翼片的一部分具有三角形横截面区域。9.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片包括具有第一厚度的第一固定翼片和具有第二厚度的第二固定翼片，所述第一厚度与所述第二厚度不同。10.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片包括具有第一高度的第一固定翼片和具有第二高度的第二固定翼片，所述第一高度与所述第二高度不同。11.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第二多个翼片包括具有第一厚度的第一旋转翼片和具有第二厚度的第二旋转翼片，所述第一厚度与所述第二厚度不同。12.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第二多个翼片包括具有第一高度的第一旋转翼片和具有第二高度的第二旋转翼片，所述第一高度与所述第二高度不同。13.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述径向间隙包括位于第一径向位置处的第一径向间隙和位于第二径向位置处的第二径向间隙，所述第一径向间隙与所述第二径向间隙不同。14.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第一多个翼片同心地布置。15.根据权利要求1所述的动力热沉，其中，所述第二多个翼片同心地布置。16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定部分和所述旋转结构包括多种导热材料。17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定部分和所述旋转结构包括导热材料，所述导热材料包括铜、铝、银、镍、铁、锌及其组合物中的至少一种。18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述旋转结构相对于所述固定部分以足以易于将热量从所述固定部分传递至所述旋转结构的速率以可旋转的方式移动。19.一种从电子装置散热的方法，所述方法包括: 提供具有第一导热表面和第二导热表面的固定结构，所述固定结构在所述第一导热表面处热联接至所述电子装置，以接收来自所述电子装置的热量，所述固定结构将从所述第一导热表面所接收的热量传导至所述第二导热表面，其中，所述第二导热表面包括第一多个翼片；以及 使得旋转结构进行旋转，所述旋转结构具有面向所述第二导热表面的吸热表面，所述吸热表面包括与所述第一多个翼片相交叉的第二多个翼片，所述旋转用于大致至少部分地将来自所述第二导热表面的热量传递至与所述旋转结构相连通的储热物。20.根据权利要求19所述的方法，还包括: 对所述固定结构与所述旋转结构之间的电动马达供电，所述电动马达具有:(i)固定部分，所述固定部分固定地附接至所述固定结构；以及(ii)旋转部分，所述旋转部分固定地附接至所述旋转结构，其中，所述供电用于使得所述旋转结构进行旋转。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述固定部分和所述旋转结构形成径向间隙，所述方法还包括: 在所述第二多个翼片与所述第一多个翼片之间的所述径向间隙中产生不连续的流体流动，所述不连续的流体流动促使流体在所述径向间隙内流动。22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一多个翼片和所述第二多个翼片同心地布置。
【文档编号】F28F3/02GK105849495SQ201480057452
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年8月21日
【发明人】利诺·A·冈萨雷斯, 史蒂文·J·斯托达德
【申请人】酷奇普科技股份有限公司