专利名称：冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却发热电部件的冷却装置。本发明还涉及一种包括这样的冷却设备的电气设备。
背景技术：
对用于冷却发热电部件如LED或者IC的主动冷却装置的需要随着这些部件变得更广泛地使用于各种应用中而增加。
主动冷却装置的示例包括都通过强制对流来增强传热的风扇、螺旋桨或者合成射流。在US 6 123 145中公开了一种合成射流，其中在壁中的膜移动以同时移动容器中的体积从而经过洞从室喷射涡流。因此生成的合成射流撞击受热表面以冷却它。
常规主动冷却装置普遍受污垢和有限寿命影响，它们产生可听噪声、成本高、笨重并且需要额外空间和功率，这在例如用于对这些问题特别高要求的照明时成问题。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于提供一种改进的冷却装置。
根据本发明的一个方面，提供一种用于冷却发热电部件的冷却装置，该装置包括: 热放散元件，具有适于热连接到发热电部件的装配表面并且具有排热表面；罩，布置成覆盖排热表面并且形成实质上闭合隔间；开口，通入隔间；环形构件，与开口同轴对准；以及致动器，连接到环形构件并且布置成从/向开口往复移动环形构件，从而环形构件生成经过开口引向罩以外的射流。
射流引起从排热表面的强制热对流，因此增强热放散元件的对流冷却。该装置实现零净质量传送而又在窄罩中生成强制对流的非零动量传送。向外射流的一个优点在于它在从别处吸入新鲜空气之时喷出热空气。空气移位生成涡流发散并且随着环形构件受致动器激励从/向开口往复移动而出现涡流发散，其中环形构件的横截面在与运动方向正交的平面中。。
“热放散设备”在这里是放散由发热电部件生成的热的设备。这样的设备可以是热放散器和/或散热器或者电路板、比如金属芯印刷电路板MCPCB。“致动器”在这里是连接到环形构件并且激励它的往复移动的设备。
在未公开的欧洲专利申请07122623. 7中描述了一种包括被致动的管形构件的主动冷却设备。然而，这一管形构件适于主要向物体生成向内合成射流，并且进一步基于待冷却的物体布置于罩以内这样的认识。这样的装置由于罩而尺寸相对大，因而在装配时需要相对大的空间。例如，LED或者IC没有罩，因此提出对冷却装置的附加需求。本发明是基于即使在环形构件与热放散器或者罩壁之间的距离小但仍然生成向外射流这样的认识。虽然保持该装置尺寸小(这在许多应用如普通照明应用中为优选或者甚至为必需)，但是向外射流增强对流。另外，环形构件的表面作用以泵送空气，并且由于这一表面与洞相比可以相对大，所以泵送作用变得更强大。
开口根据应用可以布置于罩的壁中或者取而代之布置于热放散元件中。
另外，罩可以包括至少一个附加开口以增加向罩中的向内流入、因此增强罩内的流并且加强排热表面的冷却。各开口影响空气移位、因此影响冷却装置的冷却效果。
在一个实施例中，致动器可以集成于罩中，这使冷却装置更紧凑。在这一情况下， 开口可以形成于致动器中，这使该装置甚至更紧凑。
致动器可以优选为扬声器，该扬声器包括磁体、线圈和膜。环形构件可以连接到扬声器的线圈，并且线圈可以由膜进行悬置和导引。有可能仅通过向扬声器添加移动质量来调谐它的谐振频率。因此，通过调节环形构件的质量来允许调谐扬声器的谐振频率。环形构件的附加质量允许扬声器的谐振频率可以是亚声速或者低速的。在低频操作意味着更低可听噪声以及更长寿命。因此无需复杂和昂贵的降噪。扬声器的另一优点在于可以通过用适度偏移对扬声器(锥体)进行泵送来增强涡流发散(和合成射流形成)。另外，环形构件的导引可以集成于扬声器中，该导引对于减少播放并且因此减少泄漏是重要的。
其它类型的致动器例如包括曲柄连接杆机制、活塞或者膜泵。
开口可以形成于扬声器磁体中，这使该装置紧凑，并且因此无需对扬声器的进行大的构造修改。
另外，冷却装置可以包括经过开口延伸的管形构件，该管形构件具有连接到环形构件的布置于罩以内的第一开放端和布置于罩以外的第二开放端。环形构件因此可以在管形构件上形成法兰。因而，通过调节环形和管形构件的质量来允许调谐扬声器的谐振频率。 另外，移动空气质量与管形构件的长度和法兰的厚度近似成比例。管形构件的法兰以及膜的表面泵送空气，并且由于这一表面相对大，所以泵送作用变得更强大。
扬声器线圈和扬声器膜可以布置于隔间以内，由此膜将罩的内部划分成各自具有至少一个开口的两个子隔间。从第一子隔间通入的至少一个开口还可以连接到从第二子隔间通入的至少一个开口。这可以是有利的，因为利用该装置的双作用泵效果，冷却装置变得紧凑和更加有效。另外，从第一子隔间通入的至少一个开口可以经由λ管连接到从第二子隔间通入的至少一个开口，其中λ为致动器生成的波长。管因此将扬声器膜的后侧连接到膜的相对侧。在必须闭合扬声器后侧的情况下，管将充当唯一附加开口。
在环形构件与相对表面之间的距离可以适于允许射流向罩以内发展。这样的内部射流有利于将射流引向发热电部件的热点，比如LED和/或热放散器的排热表面。该装置因此通过合成射流撞击来实现高效冷却。在一个实施例中，在环形构件与相对表面之间的距离可以是环形构件的开口直径的至少2倍以允许内部射流发展、但是优选为开口直径的最大10倍。
还可以有利地在包括电部件的电气设备中包括根据本发明的冷却装置。其它目的、特征和优点将从下文具体公开内容、根据所附从属权利要求以及根据附图中显现。
下文将参照其中相同标号将用于相似元件的示例附图具体描述本发明的实施例。 所有图为示意性而未按比例绘制。
图1是根据本发明一个实施例的冷却装置的分解透视图。
图2是根据本发明又一实施例的示例冷却装置的横截面图。
具体实施例方式将参照图1中的示例冷却装置10描述本发明，其中LED 1热连接到将通过所谓的强制对流来冷却的热放散元件2的装配表面3这一侧。罩5在热放散元件2的排热表面4 这一侧上围绕该装置，因此形成实质上封闭隔间。这里为扬声器的致动器布置于在罩5的壁中集成的罩5以内，该扬声器包括线圈6、膜7和磁体8。在所示示例中，扬声器与热放散器2的排热表面4这一侧相反地布置。另外，开口 13通入隔间，并且在所示示例中，它形成于扬声器的磁体8中。环形构件11与开口 13同轴对准并且连接到这里为扬声器线圈6的致动器。扬声器构件7进一步悬置扬声器线圈6。在这一示例中，环形构件11还配备有管 9，该管被布置成经过扬声器磁体8中的开口 13和罩5延伸。管的第一开放端布置于罩5 以内，而第二开放端布置于罩5以外。环形构件11因此在管9上形成可能的锥形法兰。
罩5的周界还可以包括一个或者多个附加开口，并且在所示示例中，它可以包括沿着罩5的周界的三个等距开口 12a_c。
管9在这里由质量小而热膨胀比环境更少或者相等的耐温材料(例如Alsint陶瓷、薄铝或者填充的耐热聚合物)制成，该填充物的存在是为了减少热膨胀系数(CTE)。
可以布置成满足和超过射流形成标准的扬声器的典型示例为PHILIPS/NXP 2403-254-22002。可以在 Ryan Holman 等人的"Formation Criterion for synthetic jets”(AIAA Journal，43，2110-2116，2005)中发现用于圆孔的射流形成标准。
各开口可以朝罩的内部变细以便增强内部射流。另外，各孔的边缘优选为锐化以有利于涡流发散。通过向各孔的表面提供呈现为螺旋形的槽或者通过提供伸入罩中的洞这一形式的孔，可以进一步增加射流的湍流或者有利于涡流发散。
管9的法兰被布置成由扬声器线圈6移动。因此，这里由管9的孔和环形构件11 限定的开口 13形成受激励的开口 13。在操作期间，扬声器的往复移动造成管9的法兰11 的平移运动，该平移运动在罩5内造成空气移位。因此，通过朝罩5以外以射流的形式经过开口 13主动地通入受热空气(即借助强制对流)从发热元件2散热。可以经由罩中的附加开口 12a-c生成附加流。管9的法兰的表面以及隔膜7经过受激励的开口 13泵送形成此流的空气以及射流。
在图2中示意地示出了作为双作用泵来工作的冷却装置20的另一示例。扬声器膜7划分该装置的隔间，从而子隔间21、22形成于膜7的各侧上。在罩5的周界中的开口 12a-c通向扬声器膜7的一侧上的第一子隔间21，而第二子隔间22在扬声器的后侧形成于扬声器膜7的相对侧上。
在有从两个子隔间21、22通入的开口的条件下，该装置可以作为双作用泵来工作。在所示示例中，开口 23因此布置于罩5的壁中并且通向第二子隔间22。来自第二子隔间22的开口 23进一步附接到长度为η λ的ηλ管24，其中η为自然数而λ为扬声器生成的波的波长。ηλ管24的第二端经由罩的周界中的附加开口之一 12c附接到第一子隔间 21。使用双作用泵性质，经过罩5中的开口 12a-c生成流入和流出罩5的附加脉冲流。此流可以更多地冷却热放散元件2的排热表面4。取而代之，管可以是(η+1/2) λ管(长度未按比例绘制)。对于(η+1/2) λ管，经过管24中的开口 12c的气流箭头改变方向。
本领域技术人员认识到本发明并不限于优选实施例。例如可以泵送除了空气之外的气体(流体)。开口可以具有任何形状如圆形、方形或者斜三角形，并且附加开口的数目灵活。另外，致动器可以布置于罩以外，但是仍然与环形构件连接以实现它的往复移动，这可以有利于致动器的更低操作温度而无需将磁体穿孔。孔可以例如布置于散热器的周界中而不是罩中或者向扬声器线圈附接的管中或者甚至扬声器膜中。开口可以与热放散器平行布置，这可以允许更多长度可供内部射流发展。或者，该装置可以包括由相同致动器激励的多个环形构件。
这样和其它的明显修改必须视为在如所附权利要求书限定的本发明范围内。应当注意上文提到的实施例举例说明而不是限制本发明并且本领域技术人员将能够设计多个替代实施例而不脱离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号之间的任何标号不应理解为限制权利要求。词语“包括”并不排除存在除了权利要求中列举的元件或者步骤之外的元件或者步骤。在元件之前的词语“一个/ 一种”并不排除存在多个这样的单元。 另外，单个单元可以执行权利要求中记载的多个装置的功能。
权利要求
1.一种用于冷却发热电部件⑴的冷却装置(10 ；20)，包括-热放散元件(2)，具有适于热连接到所述发热电部件(1)的装配表面(3)并且具有排热表面(4)；-罩(5)，布置成覆盖所述排热表面(4)并且形成实质上闭合隔间； -开口(13)，通入所述隔间； -环形构件(11)，与所述开口同轴对准；以及-致动器，连接到所述环形构件(11)并且布置成从/向所述开口(13)往复移动所述环形构件(11)，从而所述环形构件(11)生成经过所述开口(13)引向所述罩(5)以外的射流。
2.根据权利要求1所述的冷却装置(10；20)，其中所述开口(13)布置于所述罩(5)中。
3.根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10;20)，其中所述罩(5)包括用于在所述罩(5)以内生成流的至少一个附加开口(12a-12c)。
4.根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10;20)，其中所述致动器集成于所述罩 (5)中。
5.根据权利要求4所述的冷却装置(10;20)，其中所述开口(13)形成于所述致动器中。
6.根据权利要求5所述的冷却装置(10；20)，其中所述致动器为扬声器，所述扬声器包括磁体⑶、线圈(6)和膜(7)，其中所述环形构件(11)连接到所述扬声器的所述线圈(6)， 并且所述线圈(6)由所述膜(7)悬置和导引。
7.根据权利要求6所述的冷却装置(10；20)，其中所述开口(13)形成于所述磁体(8)中。
8.根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10；20)，还包括-管形构件(9)，经过所述开口(13)延伸，所述管形构件(9)具有连接到所述环形构件 (11)的布置于所述罩以内的第一开放端，和布置于所述罩以外的第二开放端，所述环形构件(11)在所述管形构件(9)上形成法兰。
9.根据权利要求6至8中的任一权利要求所述的冷却装置(20)，其中所述线圈(6)和所述膜(7)布置于所述隔间以内，其中所述膜(7)将所述罩的内部划分成第一子隔间(21) 和第二子隔间(22)，各子隔间具有至少一个开口(12c，23)，并且其中从所述第一子隔间 (21)通入的所述开口中的至少一个开口连接到从所述第二子隔间(22)通入的所述开口中的至少一个开口。
10.根据权利要求9所述的冷却装置(20)，其中从所述第一子隔间(21)通入的所述开口(12a-c)中的至少一个开口经由λ管(24)连接到从所述第二子隔间(22)通入的所述开口(23)中的至少一个开口，其中λ为所述致动器生成的波长。
11.根据任一权利要求所述的冷却装置，其中所述环形构件的谐振频率为亚音速的。
12.根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10;20)，其中在所述环形构件(11)与相对表面之间的距离适于允许射流向所述罩(5)以内发展。
13.根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10；20)，其中在所述环形构件(11)与所述相对表面之间的距离为所述环形构件(11)的开口直径的至少2倍并且优选为开口直径的最大10倍。
14.一种电气设备，包括至少一个发热电部件(1)，所述发热电部件(1)附接到根据任一前述权利要求所述的冷却装置(10 ；20)。
15.一种照明设备，包括至少一个发光元件(1)，所述发光元件(1)附接到根据权利要求1至13中的任一权利要求所述的冷却装置(10 ；20)。
全文摘要
公开了一种用于冷却发热电部件的冷却装置，该装置包括热放散元件(2)，该热放散元件具有适于热连接到发热电部件(1)的装配表面(3)并且具有排热表面(4)。该装置还包括罩(5)，布置成覆盖排热表面(4)并且形成实质上闭合隔间；开口(13)，通入隔间；环形构件(11)，与开口同轴对准；以及致动器，连接到环形构件(11)并且布置成移动环形构件(11)从/向开口(13)进行往复运动。环形构件(11)因此生成经过开口(13)引向罩(5)以外的射流。
文档编号H01L23/467GK102187457SQ200980141135
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月12日 优先权日2008年10月17日
发明者L·范德特姆佩尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司