一种压电风扇、散热器及电子设备

本技术涉及散热风扇，具体涉及一种一种压电风扇、散热器及电子设备。

背景技术：

1、近些年来，绝缘栅双极晶体管(igbt)发展迅速，作为新型功率半导体器件的主流器件，已广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。由于存在导通和开关损耗，igbt在正常工作期间会产生很高的热损耗。为了满足现代电力系统的需求，igbt模块趋向于小型化和集成化，产生的损耗导致芯片上的热通量极大，芯片级的热通量可达到6.550mw/m2。在封装多芯片的igbt功率模块当中，芯片间的热耦合效应会进一步加剧芯片上的热负荷，如果该热量没有及时被耗散，芯片内部温度超过最高结温(tj，max)，将会造成永久型故障以致器件失灵。除此之外，正常操作中由于功率循环引起温度的幅度波动在器件内部形成的热应力，也可能导致功率器件发生故障。在实际应用中往往通过降频运行来保证igbt模块的可靠性，然而这增加了系统成本。

2、在压电材料两端施加一定的电场，压电材料在逆压电效应和电致伸缩效应的作用下产生形变。当施加周期性变化的交流电场后，压电材料就能够进行周期性的连续振动，带动周围的空气流动，压电风扇正是利用这一特性工作的。与传统的自然风冷相比，压电风扇结构简单，可以制作成任意小的尺寸，并安装在任何需要进行局部散热的地方，压电风扇能够增强器件表面的空气流动，改善电子元器件的工作环境，有效降低了器件表而的温度，进而解决电子产品的局部过热问题。

3、公开号为cn101881285a的名为“压电风扇”的发明专利、公开号为cn111734691a的名为“一种扑翼式压电陶瓷散热风扇”的发明专利申请均公开了现有技术中的压电风扇的技术方案。总的来说，现有的压电风扇通常采用悬臂支撑结构。使用带状金属片作为风扇叶片，金属片的一端固定，另一端自由，其上下至少一面粘贴有压电陶瓷片以驱动金属片周期性振动，带动金属片周围的空气流动。这样的结构只能提供金属片自由端附近的小范围散热。为了提升类似技术方案的散热能力一般是通过采用叶片阵列的形式来增大散热面积。

4、注意到现有的使用风扇叶片的压电风扇为了达到期望的散热能力，需要阵列使用多个压电陶瓷驱动的风扇叶片，其结构复杂度增加，难以进一步小型化适应某些局部空间的应用。

技术实现思路

1、针对现有的基于振动叶片的压电风扇的结构复杂、难以进一步小型化的问题，本实用新型提供一种不同于现有技术方案的基于变容腔射流的一种压电风扇、散热器及电子设备。

2、本实用新型的技术方案提供一种压电风扇，包括由压电陶瓷驱动容积变化的鼓风腔，鼓风腔通过流道与其外部连通；当给压电陶瓷施以激励时，鼓风腔的容积跟随压电陶瓷的振动变化，迫使气体自流道流入流出实现风冷散热。

3、优选地，所述压电陶瓷设置在鼓风腔的挠性腔壁。

4、优选地，挠性腔壁的至少一个底面使用挠性板封闭，压电陶瓷固定在挠性板上。优选地，所述挠性板变厚度设置，其位于边缘与压电陶瓷安装位置之间的部分的厚度小于安装压电陶瓷所在位置的厚度。

5、优选地，所述压电陶瓷设置在挠性板外表面的几何中心。

6、优选地，所述流道为在挠性腔壁的侧壁上开设的至少一个射流孔。

7、优选地，所述流道上设置有引流管，所述引流管呈中空管状自射流孔引出，在引流管途经待散热位置设置有面向散热区域的引流口。

8、优选地，多个所述射流孔分别作为进流孔与出流孔，所述进流孔上设置一向鼓风腔内单向导通的单向阀使进流孔仅具备进风功能，所述出流孔中设置一个向鼓风腔外单向导通的单向阀使出流孔仅具备出风功能。

9、优选地，所述散热器包括至少一组上述任一项所述的压电风扇。

10、优选地，所述电子设备设置有如上所述的散热器。

11、本实用新型的压电风扇通过具有流道的鼓风腔的容积变化驱动流道外部的气体流动，从而实现对igbt器件的局部快速风冷散热。鼓风腔的容积变化由安装在其挠性腔壁上的压电陶瓷驱动。相比现有技术方案，由于不需要使用悬臂式的风扇叶片，而是直接利用鼓风腔的挠性腔壁实现鼓风驱动，其结构简单可靠，而且体积小易于微型化，便于安装在各种狭小空间内部进行散热。

技术特征：

1.一种压电风扇，其特征在于，包括由压电陶瓷(2)驱动容积变化的鼓风腔(11)，鼓风腔(11)通过流道(12)与其外部连通；当给压电陶瓷(2)施以激励时，鼓风腔(11)的容积跟随压电陶瓷(2)的振动变化，迫使气体自流道(12)流入流出实现风冷散热；

2.如权利要求1所述的压电风扇，其特征在于，所述挠性板(131)变厚度设置，其位于边缘与压电陶瓷(2)安装位置之间的部分的厚度小于安装压电陶瓷(2)所在位置的厚度。

3.如权利要求2所述的压电风扇，其特征在于，所述压电陶瓷(2)设置在挠性板(131)外表面的几何中心。

4.如权利要求1所述的压电风扇，其特征在于，所述流道(12)上设置有引流管(15)，所述引流管(15)呈中空管状自射流孔(121)引出，在引流管(15)途经待散热位置设置有面向散热区域的引流口(151)。

5.一种散热器，其特征在于，所述散热器包括如权利要求1-4任一项所述的压电风扇，所述压电风扇在所述散热器中设置至少一组。

6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备设置有如权利要求5所述的散热器。

技术总结
本技术提供一种一种压电风扇、散热器及电子设备，其中的压电风扇包括由压电陶瓷驱动容积变化的鼓风腔，鼓风腔通过流道与其外部连通；当给压电陶瓷施以激励时，鼓风腔的容积跟随压电陶瓷的振动变化，迫使气体自流道流入流出实现风冷散热。该压电风扇通过具有流道的鼓风腔的容积变化驱动流道外部的气体流动，实现了对IGBT器件的局部快速风冷散热。相比现有技术方案，由于不需要使用悬臂式的风扇叶片，而是直接利用鼓风腔的挠性腔壁实现鼓风驱动，其结构简单可靠，而且体积小易于微型化，便于安装在各种尺寸的IGBT内部进行散热。

技术研发人员：蔡金阳,何泽,严梓冉,刘涓,杨文杰,李响
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：20230315
技术公布日：2024/1/15