一种离子风发生器及实现方法与流程

本发明涉及通信领域，特别涉及一种离子风发生器及实现方法。

背景技术：

目前，换热器与外界空气之间换热主要采用电极加风扇的机械式散热方式，通过电机旋转带动风扇，从而驱动空气与换热器表面散热齿(或翅片)发生热量交换，以达到散热的效果。

首先，机械式送风方式不可避免的会产生噪声，包括风扇吹动空气的气动噪声，电机的电磁噪声以及结构件的振动噪声等，这些噪声都会对用户造成一定的影响。

其次，机械装置中的运动部件存在机械摩擦，随着运行时间增加，会有磨损或产生摩擦噪声，影响散热器的性能和用户体验。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种离子风发生器及实现方法，解决现有散热装置噪音大和可靠性低的问题。

根据本发明实施例提供的一种离子风发生器的实现方法，将具有多个环/网电极的环/网电极板、用于抗干扰和防击穿的屏蔽层和具有多个针电极的针电极板依次平行安置，形成具有单级结构的单级离子风发生器，所述方法包括：

获取所述具有单级结构的单级离子风发生器的出口风速；

根据所述具有单级结构的单级离子风发生器的出口风速是否满足风速要求，确定采用单级离子风发生器或多级离子风发生器；

若确定采用多级离子风发生器，则将多个所述单级结构组装成出口风速满足所述风速要求的具有多个单级结构的多级离子风发生器。

根据本发明实施例提供的一种离子风发生器，所述离子风发生器是具有一个单级结构的单级离子风发生器或具有多个单级结构的多级离子风发生器，每个所述单级结构包括：

依次平行安置的具有多个环/网电极的环/网电极板、用于抗干扰和防击穿的屏蔽层和具有多个针电极的针电极板；

其中，根据所述单级离子风发生器的出口风速是否满足风速要求，确定采用所述单级离子风发生器或所述多级离子风发生器。

本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

1.本发明实施例提供的方法是一种切实可行的大截面针环/针网结构离子风发生器实现方法，该方法根据离子风发生器的工作原理，考虑到用户各方面的需求，通过对结构参数合理科学地选取，提供一种能够有效降低噪声、减少机械磨损的离子风散热装置。

2.本发明实施例提供的离子风发生器是一种多级阵列离子风散热装置，能够有效降低噪声，减少机械磨损，适用于需要散热的设备，例如适用于通信产品领域。

附图说明

图1是本发明实施例提供的离子风发生器的实现方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的针环结构的参数示意图；

图3是本发明实施例提供的离子风发生器的实现方法的详细流程图；

图4是本发明实施例提供的出口风速与电压的关系示意图；

图5是本发明实施例提供的针环结构离子风发生器的整体结构示意图；

图6是本发明实施例提供的针网结构离子风发生器的的整体结构示意图；

图7是本发明实施例提供的针电极板的第一实现方案的局部示意图；

图8是本发明实施例提供的针电极板的第二实现方案的局部示意图；

图9-图13是本发明实施例提供的配合散热齿使用的安装示意图；

其中，1-环电极；2-导线孔；3-底座；4-针电极板；5-屏蔽层；6-环电极板；7-网电极板；8-绝缘材料或绝缘介质；9-pcb板中导电的部分或导电介质；10-针电极；11-离子风结构；12-散热器；13-顶盖；14-侧板；

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明，应当理解，以下说明的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的离子风发生器的实现方法流程图，如图1所示，步骤包括：

步骤s101：将具有多个环/网电极的环/网电极板、用于抗干扰和防击穿的屏蔽层和具有多个针电极的针电极板依次平行安置，形成具有单级结构的单级离子风发生器。

所述单级离子风发生器的单级结构参数包括根据用户要求的截面尺寸而确定的所述环/网电极的实际尺寸(例如环电极的直径或网电极的边长)和根据所述实际尺寸以及用户要求的电压指标而确定的所述环/网电极与所述针电极的实际垂直距离，采用上述单级结构参数而形成的单级离子风发生器的实际击穿电压与根据所述电压指标确定的预计击穿电压相等。实施时，根据空间指标和电压指标，确定单级结构参数，得到具有单级结构的单级离子风发生器。其中，所述空间指标包括用户要求的截面尺寸和宽度，其中所述截面尺寸可以根据散热器的截面尺寸确定。所述电压指标包括用户要求的工作电压和电源稳定性指标。具体地说，首先根据所述截面尺寸，确定所述环/网电极的实际尺寸，根据所述工作电压和所述电源稳定性指标，确定预计击穿电压，根据经验可以依据预计击穿电压，得到所述针电极尖端到所述环/网电极的实际距离。然后根据实际距离和所述实际尺寸，确定所述针电极与所述环/网电极的预计垂直距离，并根据所述预计垂直距离和所述实际尺寸，测量所述预计垂直距离对应的实际击穿电压。最后根据所述预计击穿电压和所述实际击穿电压的匹配情况，调节所述预计垂直距离，直至调节后得到的实际垂直距离能够使所述实际垂直距离对应的实际击穿电压等于所述预计击穿电压。也就是说，通过调节所述针电极与所述环/网电极的垂直距离，使得到的单级结构的实际击穿电压等于所述预计击穿电压。

步骤s102：获取所述具有单级结构的单级离子风发生器的出口风速。

步骤s103：根据所述具有单级结构的单级离子风发生器的出口风速是否满足风速要求，确定采用单级离子风发生器或多级离子风发生器。

当所述单级离子风发生器的出口风速满足所述风速要求(或达到用户给定的目标风速)时，确定采用单级离子风发生器，否则确定采用多级离子风发生器。即根据所述单级离子风发生器的出口风速和用户给定的目标风速，确定采用单级离子风发生器或多级离子风发生器。实施时，在得到满足实际击穿电压等于所述预计击穿电压的单级结构后，测量该单级结构的出口风速，若所述单级结构的出口风速达到所述目标风速时，说明单级结构已能够满足用户需求，此时确定采用单级离子风发生器，否则说明单级结构不能满足用户需求，确定采用多级离子风发生器。

步骤s104：若确定采用多级离子风发生器，则将多个所述单级结构组装成出口风速满足所述风速要求的具有多个单级结构的多级离子风发生器。

所述多级离子风发生器的多级结构参数包括根据所述单级离子风发生器的出口风速而确定的级数及在大于所述针电极的尖端与所述环/网电极的实际距离的条件下使所述多级离子风发生器的出口风速最大时的相邻单级结构之间的距离(即级间距)。即若确定采用多级离子风发生器，则根据所述单级离子风发生器的出口风速和所述目标风速，确定多级结构参数，得到出口风速达到所述目标风速的具有多个单级结构的多级离子风发生器。实施时，根据所述单级离子风发生器的出口风速，确定所述级数，按照级间距大于所述针电极的尖端与所述环电极的实际距离的策略，不断调整(例如增大)所述级间距，直至得到的所述级间距使所述多级离子风发生器的出口风速最大且达到所述目标风速。

步骤s101中所述的空间指标还可以包括用户要求的宽度，当所述多级离子风发生器的宽度大于所述用户要求的宽度，可以通过缩短所述针电极的长度和/或减小所述环/网电极的厚度的方式减小所述多级离子风发生器的宽度，以便满足宽度要求。

作为一种实施方式，所述针电极板可以具有绝缘层和导电层，所述导电层安置在所述绝缘层的一侧表面或埋入所述绝缘层，将每个所述针电极穿过所述绝缘层，与所述导电层装配在一起。

上述所述单级或多级离子风发生器还包括相对设置的顶盖和底座，将每个单级结构的环/网电极板、屏蔽层和针电极板均安置在所述顶盖和所述底座之间，例如顶盖和底座均具有凹槽，利用凹槽固定每个单级结构。

依据上述理论指导得到针环、针网结构离子风发生器，该离子风发生器是具有一个单级结构的单级离子风发生器或具有多级结构(或多个单级结构)的多级离子风发生器，每个所述单级结构包括：依次平行安置的具有多个环/网电极的环/网电极板、用于抗干扰和防击穿的屏蔽层和具有多个针电极的针电极板；其中，根据所述单级离子风发生器的出口风速是否满足风速要求，确定采用所述单级离子风发生器或所述多级离子风发生器。

所述单级离子风发生器的单级结构参数是根据用户给定的空间指标和电压指标确定的，所述单级结构参数包括根据用户要求的截面尺寸而确定的所述环/网电极的实际尺寸(例如环电极的直径或网电极的边长)和根据所述实际尺寸以及用户要求的电压指标而确定的所述环/网电极与所述针电极的实际垂直距离，采用上述单级结构参数而形成的单级离子风发生器的实际击穿电压与根据所述电压指标确定的预计击穿电压相等。

所述多级离子风发生器的多级结构参数是在确定采用多级离子风发生器后根据所述单级离子风发生器的出口风速和所述目标风速确定的，所述多级结构参数包括根据所述单级离子风发生器的出口风速而确定的级数及在大于所述针电极的尖端与所述环/网电极的实际距离的条件下使所述多级离子风发生器的出口风速最大时的相邻单级结构之间的距离(即级间距)。

作为一种实施方式，在每个所述环电极板上的任意两个环电极之间开设有通气孔，用于提高所述环电极的通透性。

作为一种实施方式，所述针电极板具有绝缘层以及导电层，所述导电层安置在所述绝缘层的一侧表面或埋入所述绝缘层，每个所述针电极穿过所述绝缘层，与所述导电层装配在一起。

作为一种实施方式，所述屏蔽层与所述针电极板接触。

作为一种实施方式，离子风发生器还包括：相对设置的顶盖和底座，均可以设有凹槽，用于固定每个所述单级结构。这样可以将离子风结构作为一个整体安装在通讯设备的散热齿上。例如将所述离子风发生器安装在通讯设备散热齿的顶端或底端；通过在所述通讯设备散热齿上切割部分散热齿，将所述离子风发生器安装在剩余散热齿之间；将所述离子风发生器卡接在所述散热齿的任意位置等。

作为一种实施方式，离子风发生器还包括连接所述顶盖和所述底座的相对设置的第一和第二侧板，所述第一和第二侧板上开设有供导线通过的多个导线孔，每个导线分别连接一个环/网电极板或针电极板。

根据本发明实施例的实现方法提供的离子风发生器(即离子风散热装置)，通过高压电离空气产生风速，能够有效降低噪声，减少机械磨损，同时对部分组件进行改进，更适于工业应用。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中。

进一步说，本发明实施例还可以提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可以实现上述离子风发生器的实现方法的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可以包括rom/ram、磁碟、光盘、u盘。

图2是本发明实施例提供的针环结构的参数示意图，如图2所示，一种大截面针环结构离子风发生器实现方法，包括以下步骤：

1)根据截面积的尺寸大小选定环状集电极(或环电极)1的直径d，其推荐值为20～30mm，针状发射极(或针电极10)尖端与环状集电极圆心相对；

2)根据用户要求选定工作电压uw，根据电源的稳定性等指标选取安全电压us，其值在0.5～1.5kv中选取；

3)计算预计击穿电压ub，其中：

ub＝uw+us(1)

4)估算针电极10尖端到环电极1的实际距离l，其中l(mm)约等于ub(kv)，并由此计算出针电极10与环电极1的垂直距离lv，其中：

5)根据电极垂直距离lv和环电极直径d确定单级离子风发生器的结构，并测出其实际击穿电压，若高于预计值ub则缩短垂直距离lv，否则增加垂直距离lv，最终使击穿电压的实际值与预计值相等；

6)测量此时单级结构的出口风速v1，若满足用户要求则设计完成，否则继续下一步骤；

7)确定离子风发生器的级数n，其中n级结构的风速vn与单级结构的风速v1有

根据上式选取合适的级数n，各级间距均保持为g；

8)确定两级间距g的最优值，其应大于针电极尖端到环电极的实际距离l，逐渐调整(例如增大)间距，选取风速最大时的距离作为g的最优值；

9)测量此结构的风速vn，若达到要求则设计结束，否则增加级数直至达到目标风速为止。

针网结构离子风发生器设计与针环结构离子风发生器设计相似，仅在确定网电极的尺寸上略有不同，可以根据实际需要确定，或根据经验确定。

在空间大小和工作电压都有限制的情况下，目前仍没有一种行之有效的离子风发生器设计方法，本发明实施例提出的离子风发生器设计方法很好地解决了目前的问题。在不需要大量实验的前提下，可以选定较为合理的关键结构参数，设计出限定条件下的最优结构，达到用户对散热的需求。安全电压us的设定，可以在保证离子风发生器不发生击穿正常工作的前提下，最大限度的利用有限空间，提升离子风风速。两级间距g选取大于针环电极实际距离l下的最优值，这样既可以保证两级之间不会反向放电发生击穿而影响其稳定工作，又可以提升离子风风速，增强其强化换热能力。

根据上述设计防范指导，可得到如下的多级阵列多针-环、针-网结构离子风散热装置的实物，拥有高风速、高风量的优点。

一种串联式针-环或针-网阵列结构离子风散热装置，包括针电极板、屏蔽层、环电极板、底座、顶盖和侧板；每一级都由针电极板、屏蔽层和环电极板或网电极板构成；针电极板可由pcb板或绝缘介质制成；针电极以固定孔或插销的方式固定在电极板上；屏蔽层和针电极板直接接触，但和环电极板有一定距离；针电极板、屏蔽层和环电极板由顶盖和底座的凹槽固定。

本发明实施例将用户对空间和工作电压的限制要求结合起来，针对针环结构的大截面离子风发生器，通过对各个关键结构参数的选取，使得在同时满足空间限制和既定电压要求的前提下，可以持续稳定的工作并且达到最优的风速，并以此理论为指导设计了一种多级阵列多针-环、针-网结构离子风散热装置，拥有着高风速、高风量的优点。该离子风散热装置和通讯设备散热齿配合使用，可以安装在散热齿中间、两边或者卡接在散热齿上面。

所述针电极板可以采用以下设计方式：作为第一种方式，电极板由pcb材料制成，板上开有固定孔，通过过盈配合可将针电极固定在针电极板上。作为第二种方式，电极板由绝缘介质制成，介质中埋入导电介质，针电极以插销的方式固定在电极板上，并保证与导电介质直接接触。第一种方式中，针电极以过盈配合方式安装于电极板上，接触电阻小，导电性能好。但由于pcb板上的铜部件和环电极板距离小于针-环间距，击穿现象可能发生于pcb板和环电极之间。因此设计了屏蔽层，可阻止电极板之间的击穿现象，减弱了铜箔与环电极板之间放电效应，降低了离子风散热装置的整体功耗；另外，屏蔽层阻断了各个针电极，可有效的减弱针电极放电和射流的相互干扰。第二种方式中，针电极板由绝缘介质制成，有效的防止了电极板之间击穿的可能。针电极以插销的方式直接固定在电极板上，固定方式简单，易于工业化加工操作。在第二种方式中，屏蔽层起到降低针电极之间干扰的作用。另外，环电极板中开的大孔为放电中的环电极，另外在两排大孔中开有一排小孔，可提高环电极的通透性，减小流动阻力。网电极用金属丝编织，同时使用边框固定，可减小流动阻力，同时增加刚度，通过顶盖、底座的固定和侧板的保护，离子风模块作为一个整体可装配于换热器的翅片结构中，装配方式简单，易于实现。

所述针电极材料为金属材料，拥有寿命长、工作稳定等特点。

所述屏蔽层由绝缘材料制成，通过顶盖和底座的凹槽固定在针电极板和环电极板之间。

所述环电极板具有一排或多排大环，例如两排大环，所述大环为放电的环电极。在一种实施方式中，所述环电极板还具有一排或多排小环，小环为通气孔，可以设置在任意两排环电极之间，也可以设置在任意适于通气的位置，例如所述环电极板的边缘。

所述网电极板为金属丝编织的网状结构，四周用金属框架固定，以保证其强度。

所述顶盖和底座上设有凹槽，可用于固定电极板和屏蔽层。

所述侧板上开有导线孔，以使电极板接高压或接地。

所述多级结构可进一步增大风速，以满足散热的要求。

本发明实施例提出的新型离子风散热装置与机械风扇相比拥有着噪声低、机械磨损小、易于装配等优点。同时采用两种针电极板设计方案配以屏蔽层，可避免电极板之间的击穿，并减弱针电极之间的相互干扰。另外在环电极上开有小孔，减小阻力。

图3是本发明实施例提供的离子风发生器的实现方法的详细流程图，用户给定截面、工作电压及出口的目标风速。如图3所述，本发明实施例包括以下步骤：

a.根据截面积的尺寸选定环状集电极的直径d。考虑到截面为

给定尺寸的矩形，根据外形尺寸选定环电极尺寸及排列方式。

b.用户指定工作电压uw，考虑到电源的稳定性，安全电压us选定为0.5kv。

c.计算预计击穿电压ub，其中：

ub＝uw+us(4)

将上述已选定参数带入可以得出预计击穿电压ub。

d.估算针电极尖端到环电极的实际距离l。根据研究经验，依据击穿电压ub选定l的值。此时针电极与环电极的垂直距离lv由下式确定，即

e.测量此结构参数下的实际击穿电压，略高于预计击穿电压ub，调整垂直距离lv直至与预计击穿电压相等，最终选定lv。

f.测量此结构参数下的出口风速，此时的风速无法达到目标风速，将采用多级结构。

g.确定离子风发生器的级数n。根据n级结构的风速vn与单级结构的风速v1的关系，即

选取级数为2，即为2级结构。

h.确定级间距最优值g。通过实验测量可以得出g的最优值。

i.测量此2级结构的出口风速，已经满足用户的散热需求，设计过程结束。

上述步骤中，在单级结构不做改变的前提下，级间距最优值g可以适用不同的级数，即当风速仍不满足需求级数继续增加时，级间距最优值g仍然适用。若当离子风发生器因级数较多而导致厚度不满足空间要求时，可以采取缩短针电极长度和减小环电极厚度的方法来满足要求，设计方法流程与上述方法一致。

图3所示为根据本方法所实现的2级结构的出口平均风速与电压的关系示意图。从图中可以看出，随着电压的增大，出口平均风速不断提高。

根据本方法设计的产品参见图5及图6，本发明实施例包括针电极板4、屏蔽层5、环电极板6或者网电极板7、顶盖13、侧板14和底座3。针电极板4有两种设计方案：方案一如图7所示，采用pcb板制成，针电极采用过盈配合分方法固定于针电极板4上；方案二如图8所示，采用绝缘介质制成，绝缘材料中埋入电介质，针电极4采用插销的方法插入电极板。屏蔽层5有两种作用，可作为一层介质层防止针电极板4和环电极板6之间发生击穿，也起到减小针电极之间干扰的作用。环电极板6上开有两排大孔，孔中心与针电极相对应，另外有一排小孔，可增强环电极板6通透性，减小阻力。顶盖13和底座3上设有凹槽，分别用于固定多级结构中的针电极板4、屏蔽层5和环电极板6或网电极板7。每个侧板2上开有四个导线孔，可以使导线与针电极板4及环电极板6或网电极板7相连。

针电极的设计方案有两种，分别如图7、图8所示。如图7的方案一所示，在pcb板上开有一个通孔，针电极10以过盈配合的方式装配在针电极板4上。9为pcb板中导电的部分，主要材料为铜；8为一层绝缘材料，但铜9可能会在某些部位裸露，从而和环电极板6或网电极板7形成击穿现象，因此在两个电极板间添加了屏蔽层5。方案二如图8所示，绝缘介质8上开有一个半孔，针电极10以插销的方式直接固定在针电极板4上。绝缘介质8中埋入导电介质9，可使针电极10带电。

本发明实施例产生的风速随着电压的升高而升高，可通过调节电压来控制风速的大小，可满足一般散热器的散热要求。

本发明实施例可以和散热器配合使用，如图9所示，切割部分散热齿12，将离子风结构11放在在散热齿中间；如图10和11所示，将离子风结构11放在散热齿12的顶端或底端；如图12和13所述，将具有两级针环结构或针网结构的离子风结构11以卡接的方式安装在散热器上，使用螺钉或其他方式固定。

综上所述，本发明的实施例具有以下技术效果：

本发明实施例可以替代所有使用传统风扇的领域，辅助产品系统散热或改善局部散热，具有可靠性高，噪声低的优点，适用于无线基站类产品。

尽管上文对本发明实施例进行了详细说明，但是本发明实施例不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明实施例的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明实施例原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。