一种可控制吹送路径的离子风散热装置及其路径控制方法与流程

1.本发明涉及电器散热领域，尤其涉及一种可控制吹送路径的离子风散热装置及其路径控制方法。


背景技术：

2.市面上常见采用的电器散热方式有自然对流散热方式、风扇强制散热等。
3.自然对流散热是透过散热器(例如：散热鳍片、灯具灯壳、系统电路板等) 和空气进行直接接触，散热器周边的空气因吸收热量成为热空气，接着热空气上升，冷空气下降，自然就会带动空气产生对流，达到散热的效果。随着高功率灯具产品的推出，使用自然对流散热需有较大的散热表面积，需提供较大的散热面积，强化对流散热的效果。散热鳍片的使用虽增加散热效果，但也增加了产品的整体重量和成本，更增添了产品安全悬挂的风险，此外，产品常面临落尘堆积等问题，一旦经过长时间的使用，过多的脏污、灰尘累积于散热鳍片，将弱化散热能力。
4.风扇强制散热模式是依靠电力，驱动风扇的扇叶，然后通过的机械运动带动风，最终把热量导走。不过散热的转动需要轴承和电机的带动，因此由于摩擦和作用而产生了噪音和机械损耗。因此如果产品使用风扇强制散热，有如下方面的缺点：首先会更费电,虽然有的小风扇的只有几瓦,但长时间在工作状态, 无端增加了能耗；其次风扇的寿命远比不上产品寿命，如果光靠风扇散热，风扇一出问题，这个产品就会马上面临严重的热损坏现象；还有噪音，风扇一开就有不小的噪声，而且使用环境大多不是很好,灰尘一多噪音就更大,同时灰尘带来阻力增加功耗的同时也让风扇短命。
5.针对以上方案的缺陷，目前出现了较新型的离子风散热装置。离子风散热的概念实际上相当简单，其是基于正负电子中和的原理，由一对电极的一端产生正电离子，飞向负电极与负电离子“会合”时，便能带动空气形成稳定气流，即离子风。其实离子风是电晕放电过程中特有的现象，也称为电晕风。电晕放电是气体介质在不均匀电场中的一种局部自持放电现象，它也是最常见的一种气体放电形式。在尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，便会出现相对稳定的电晕放电。在一定的电压和技术条件下，电晕放电是可以通过电离子在两个电极间的“对流”产生风能的。离子风散热器由高压电源产生器与电极两部分组成，高压电源产生器负责电晕放电所需的高压电压，通过电离子在两个电极间的“对流”产生风能的，能带动空气形成稳定气流，即“离子风”带走热量，从而达到理想的散热效果。在高压电源产生器产生的高压在对电极加压后，电子开始向另一个电极移动，撞击空气分子产生阳离子，这种带正电的电离子受到相邻电极的吸引开始被“运”送过去。依次快速改变阳极上的电压，电离子也会快速通过两电极之间的区域，在强大电场的作用下，离子会推动空气中的中性分子运动，从而形成用于冷却的风，整个过程不需要机械运动的带动，可以实现低噪音和高效能。这也是传统的机械风扇所无法比拟的。与目前流行的风扇强制散热相比，这种离子风散热最大的特点在于没有任何运动组件，而又具有与风扇相同的效果。从理论上说，这种离子风散热器可以产生最高达5.5米/秒的
风速，而普通的机械风扇最高只能产生0.7～1.7米/秒的风速。离子风散热技术的散热效果与现在的散热技术相比可以提升不少。但是因其离子风的吹送路径不受控制，且只在两个电极之间，只能形成简单直线对流散热。因此并不适合于复杂的形状的动态散热需求。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可控制吹送路径的离子风散热装置及其路径控制方法。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可控制吹送路径的离子风散热装置，包括发生极、收集极和驱动电路；所述驱动电路连接所述发生极和收集极，用于在所述发生极和收集极之间产生驱动电压，以使得所述发生极电离空气产生电离子，所述电离子在发生极和收集极之间运动形成离子风，所述装置还包括：
8.电场偏转系统，用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场；
9.和/或，磁场偏转系统，用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场。
10.优选地，所述电场偏转系统包括一对第一平行板和/或一对第二平行板，所述第一平行板与第二平行板垂直，所述一对第一平行板之间施加有第一偏转电压以使所述一对第一平行板之间产生第一偏转电场，所述一对第二平行板之间施加有第二偏转电压以使所述一对第一平行板之间产生第二偏转电场，所述第一偏转电场与第二偏转电场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转电场与第二偏转电场相互垂直。
11.优选地，所述电场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第一偏转电压来调整所述电离子在第一方向的位置偏移量：
[0012][0013]
其中，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度，s1代表所设定的所述电离子在第一方向的位置偏移量，所述第一方向与所述第一偏转电场平行，d1代表所述一对第一平行板之间的直线路径的长度，v2代表所述驱动电压，u1代表所述第一偏转电压，l1代表所述第一偏转电场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度。
[0014]
优选地，所述电场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第二偏转电压来调整所述电离子在第二方向的位置偏移量：
[0015][0016]
其中，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度，s2代表所设定的所述电离子在第二方向的位置偏移量，所述第二方向与所述第二偏转电场平行，d2代表所述一对第二平行板之间的直线路径的长度，v2代表所述驱动电压，u2代表所述第二偏转电压，l2代表所述第二偏转电场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度。
[0017]
优选地，所述磁场偏转系统包括第一磁场发生装置和/或第二磁场发生装置，所述第一磁场发生装置产生第一偏转磁场，所述第二磁场发生装置产生第二偏转磁场，所述第
一偏转磁场与所述第二偏转磁场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场相互垂直。
[0018]
优选地，所述磁场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第一偏转磁场的强度来调整所述电离子在第三方向的位置偏移量：
[0019][0020]
其中，b1代表所述第一偏转磁场的强度，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度，s3代表所设定的所述电离子在第三方向的位置偏移量，所述第三方向与所述第一偏转磁场以及所述发生极和收集极之间的直线路径均垂直，v2代表所述驱动电压，l3代表所述第一偏转磁场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度,m代表电离子质量，e代表电离子电荷量。
[0021]
优选地，所述磁场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第二偏转磁场的强度来调整所述电离子在第四方向的位置偏移量：
[0022][0023]
其中，b2代表所述第二偏转磁场的强度，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度，s4代表所设定的所述电离子在第四方向的位置偏移量，所述第四方向与所述第二偏转磁场以及所述发生极和收集极之间的直线路径均垂直，v2代表所述驱动电压，l4代表所述第二偏转磁场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度,m代表电离子质量，e代表电离子电荷量。
[0024]
优选地，所述第一磁场发生装置和第二磁场发生装置均包括一对平行线圈，所述第一磁场发生装置和第二磁场发生装置通过调整其对应的一对平行线圈的励磁电流来调整对应的第一偏转磁场或第二偏转磁场。
[0025]
优选地，还包括温度传感器和控制电路，所述控制电路用于根据所述温度传感器的温度检测结果，通过控制所述驱动电路的驱动电压和/或电场偏转系统的偏转电场和/或磁场偏转系统的偏转磁场来调整离子风的吹送路径，使离子风到达需要冷却的位置。
[0026]
本发明另一方面还构造一种可控制吹送路径的离子风散热装置的路径控制方法，所述方法包括：
[0027]
在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场；
[0028]
和/或，在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场。
[0029]
优选地，所述的在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场，包括：施加第一偏转电场和/或第二偏转电场，所述第一偏转电场与第二偏转电场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转电场与第二偏转电场相互垂直；
[0030]
优选地，所述的在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场，包括：施加第一偏转磁场和/或第二偏转磁场，所述第一偏转磁场与所
述第二偏转磁场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场相互垂直。
[0031]
本发明的可控制吹送路径的离子风散热装置及其路径控制方法，具有以下有益效果：本发明在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场和/或偏转磁场,从而可以促使电离子的运动轨迹偏转，基于本发明，只需调整偏转电场和/或偏转磁场即可非常方便的对吹送路径进行控制调整。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
[0033]
图1是本发明可控制吹送路径的离子风散热装置的实施例一的结构示意图；
[0034]
图2是电偏转原理示意图；
[0035]
图3是磁偏转原理示意图。
具体实施方式
[0036]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0037]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0038]
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0039]
本发明总的思路是：增加电场偏转系统和/或磁场偏转系统，增加电场偏转系统用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场；磁场偏转系统用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场。通过控制电场偏转系统的电场强度和/或磁场偏转系统的磁场强度，即可控制吹送路径的偏移量。
[0040]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0041]
参考图1，本实施例的可控制吹送路径的离子风散热装置，包括发生极、收集极和驱动电路；所述驱动电路连接所述发生极和收集极，在所述发生极和收集极之间产生驱动
电压，以使得所述发生极电离空气产生电离子，所述电离子在发生极和收集极之间运动形成离子风。例如，驱动电路可以接入市电，将市电转转换为所述驱动电压。
[0042]
本实施例中，为了实现路径可控，所述装置还包括电场偏转系统，电场偏转系统用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场。
[0043]
参考图2，电场偏转系统是通过在垂直于电离子的方向上外加电场来实现的，最简单的情况是在空间放置两块平行板，在其上加偏转电压u，电离子从发生极发射出来时，离电子沿着发生极和收集极之间做轴向运动，速度设为v。电离子故以速度v由x方向射入，偏转电场e与y轴平行，垂直于入射电子的方向。如图2电离子进入电场后，受到y方向的作用力-ee(e是电离子电荷，负号表示电离子带负电)使电子运动轨道发生偏转，下面讨论电场偏转遵从的规律。为简单起见，我们假设偏转电场e在线段l(l为偏转板在x方向的长度)的界限内是均匀的，e＝u/d(d为两偏转板之间的距离)，而在这界限之外，电场为零，在界限l内电子将按抛物线运动，而在这界线之外，电场为零，电离子不受力，电离子将作匀速直线运动。
[0044]
设t＝0时，电离子由坐标原点o处进入，此时电离子速度为ν，因为ν与 x轴平行，所以：ν
x
＝ν，ν
y
＝0。而电场e在y方向上，电离子在x方向不受力，所以在x方向上电离子作匀速运动，位移与时间的关系为：
[0045]
x＝ν
·
t
ꢀꢀꢀ
(1)
[0046]
在y方向上，电离子初速度0，受电场的作用力为-ee，电离子作初速度为零的匀加速运动，加速度：
[0047][0048]
m为电离子质量，a
y
与e方向相反，与y轴方向一致。y方向上位移与时间的关系为：
[0049][0050]
由(1)、(3)两式消去t即得：
[0051][0052]
(4)式表明在界限l内电离子运动轨迹为一抛物线。设进入偏转场之前，因电离子发生极与收集极上的电压为v2，电离子所作的功等于电离子的动能，由动能定理可知：
[0053][0054]
代入(4)式得：
[0055][0056]
在x＝l处，对(5)式求微商，即给出电子离开偏转系统时电子运动轨迹与 x轴所成偏转角φ/2的正切：
[0057]
[0058]
设发生极中心到收集板距离为l，电离子在收集板上的偏离为s，则：
[0059][0060]
代入(6)式即得：
[0061][0062]
由上式可知，在收集极上电离子的偏转距离s与偏转电压u成正比，与发生极和收集极电压v2成反比，因此根据所需要的s调整u或者v2。虽然理论上可以调整驱动电压v2也可以调整偏转电压u，但是一般优选调整偏转电压。
[0063]
基于以上分析，本实施例中，所述电场偏转系统包括一对第一平行板，如图1中一对第一平行板上下相对设置。所述一对第一平行板之间施加有第一偏转电压u1以使所述一对第一平行板之间产生第一偏转电场。显然，因为第一偏转电场只能使得电离子发生y轴方向的偏移，所以如果要保证在吹送路径的灵活可控，考虑到任何偏移最终都是可以分解为x、y轴两个方向的偏移的，所以，在其他实施例中，为了实现路径灵活调控，还会设置一对第二平行板，所述第一平行板与第二平行板垂直，所述一对第二平行板之间施加有第二偏转电压u2以使所述一对第一平行板之间产生第二偏转电场，所述第一偏转电场与第二偏转电场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转电场与第二偏转电场相互垂直，例如在图1的基础上，一对第二平行板前后相对设置。
[0064]
电场偏转系统可以基于以下计算式，通过调整所述第一偏转电压来调整所述电离子在第一方向的位置偏移量：
[0065][0066]
电场偏转系统可以基于以下计算式，通过调整所述第二偏转电压来调整所述电离子在第一方向的位置偏移量：
[0067][0068]
上面两个计算式中，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度， v2代表所述驱动电压，u1代表所述第一偏转电压，u2代表所述第二偏转电压， s1代表所设定的所述电离子在第一方向的位置偏移量，所述第一方向与所述第一偏转电场平行，s2代表所设定的所述电离子在第二方向的位置偏移量，所述第二方向与所述第二偏转电场平行，d1代表所述一对第一平行板之间的直线路径的长度，d2代表所述一对第二平行板之间的直线路径的长度，l1代表所述第一偏转电场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度，l2代表所述第二偏转电场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度。
[0069]
可见，当设置两对平行板时，可以通过调整第一偏转电压、第二偏转电压对吹送路径的偏移量进行随意调整。
[0070]
在其他实施例中，还可以利用磁场偏转系统来实现偏转控制，磁场偏转系统用于在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场。磁偏转原理如图3所示。通常在离子风的发生极和收集极之间加上一均匀横向偏转磁场，假定在
l范围内是均匀的，在其它范围都为零。当电离子以速度v沿z方向垂直射入磁场b时，将受到洛仑磁力的作用在均匀磁场b内电子作匀速圆周运动，轨道半径为r，电离子穿出磁场后，将沿切线方向作匀速直线运动，最后回归收集极上，由牛顿第二定律得：
[0071][0072][0073]
电离子离开磁场区域与z轴偏斜了θ角度，由图3中的几何关系得：
[0074][0075]
电离子离开磁场区域时，距离z轴的大小α是：
[0076][0077]
电离子在收集极上离开z轴的距离为：
[0078]
s＝l1·
tgθ+α
[0079]
如果偏转角度足够小，则可取下列近似：
[0080]
sinθ＝tgθ＝θ
[0081][0082]
则总偏转距离：
[0083][0084]
又因为电离子在发生极与收集极电压v2的作用下，对电离子所做的功全部转变为电离子的动能，则：
[0085][0086]
即：
[0087][0088]
代入(11)式，得：
[0089][0090]
上式说明，磁偏转的距离与所加磁感应强度b成正比，与发生极与收集极电压的平方根成反比。
[0091]
假设偏转磁场是由一对平行线圈产生的，则有：
[0092]
b＝ki
[0093]
式中i是励磁电流，k是与线圈结构和匝数有关的常数，代入(12)式，得：
[0094][0095]
由于式中其它量都是常数，故可写成：
[0096][0097]
km为磁偏常数，可见，当生发极与收集极电压一定时，位移与电流呈线性关系。虽然理论上可以调整驱动电压v2也可以调整偏转磁场b，但是一般优选调整偏转磁场b。
[0098]
基于以上分析，在本发明的一实施例中，所述磁场偏转系统包括第一磁场发生装置和/或第二磁场发生装置，所述第一磁场发生装置产生第一偏转磁场，所述第二磁场发生装置产生第二偏转磁场，所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场相互垂直。
[0099]
磁场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第一偏转磁场的强度来调整所述电离子在第三方向的位置偏移量：
[0100][0101]
磁场偏转系统基于以下计算式，通过调整所述第二偏转磁场的强度来调整所述电离子在第四方向的位置偏移量：
[0102][0103]
上面两个计算式中，b1代表所述第一偏转磁场的强度，b2代表所述第二偏转磁场的强度，l代表所述发生极和收集极之间的直线路径的长度，s3代表所设定的所述电离子在第三方向的位置偏移量，所述第三方向与所述第一偏转磁场以及所述发生极和收集极之间的直线路径均垂直，s4代表所设定的所述电离子在第四方向的位置偏移量，所述第四方向与所述第二偏转磁场以及所述发生极和收集极之间的直线路径均垂直，v2代表所述驱动电压，l3代表所述第一偏转磁场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度,l4代表所
述第二偏转磁场沿所述发生极和收集极之间的直线路径方向的跨度,m代表电离子质量，e代表电离子电荷量。
[0104]
可见，当通过两对平行线圈产生两个偏转磁场时，可以通过调整两对平行线圈的励磁电流来对吹送路径的偏移量进行随意调整。
[0105]
在其他实施例中，本发明的装置还包括温度传感器和控制电路。优选地，温度传感器可以为多个，分布到各个需要进行温度调控的位置。所述控制电路用于根据多个所述温度传感器的温度检测结果，确定需要冷却的位置，在确定了位置后，即可确定在xy两个方向的偏移，从而可以参考上述的公式部分，通过控制所述驱动电路的驱动电压和/或电场偏转系统的偏转电场和/或磁场偏转系统的偏转磁场来调整离子风的吹送路径，使离子风到达需要冷却的位置。基于同一发明构思，本发明还公开了一种可控制吹送路径的离子风散热装置的路径控制方法，基于上述的离子风散热装置实现，所述方法包括：在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场；和/或，在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场。
[0106]
其中，所述的在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场，包括：施加第一偏转电场和/或第二偏转电场，所述第一偏转电场与第二偏转电场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转电场与第二偏转电场相互垂直。所施加的第一偏转电场、第二偏转电场根据上面装置实施例中提到的计算式确定。
[0107]
其中，所述的在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转磁场，包括：施加第一偏转磁场和/或第二偏转磁场，所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场均垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径，且所述第一偏转磁场与所述第二偏转磁场相互垂直。所施加的第一偏转磁场、第二偏转磁场根据上面装置实施例中提到的计算式确定。
[0108]
综上所述，本发明的可控制吹送路径的离子风散热装置及其路径控制方法，具有以下有益效果：本发明在离子风的吹送路径中施加垂直于所述发生极和收集极之间的直线路径的偏转电场和/或偏转磁场,从而可以促使电离子的运动轨迹偏转，基于本发明，只需调整偏转电场和/或偏转磁场即可非常方便的对吹送路径进行控制调整。配合使用标准热传感器，本发明的装置可将冷风吹向高温区域，特别是发热最严重的位置，适合于吹送路径复杂的形状的动态散热需求。特别是电子电路内部一些空间特别受限的场所，而吹送路径又不能是直线形主动散热的场所，通过所建的电、磁场控制其吹送路径，实现类似s 形或l等非直线形散热吹送路径的场所，实现取代路径更复杂的导热管式散热，发明使得在低噪音、低振动、小区域、非接触或密封管道等条件下有明显的应用优势。我们的目的便是利用这股离子风气流使其对电器内部等发热严重的电子器件进行散热。在实际应用中只需通过由发生极、收集极和驱动电路及相关标准热传感器(温度传感器)和控制电路即可达到迅速控制热流和温度的目的，所消耗的电功耗和传热量相比可忽略不计，而且本发明可实现无机械噪音运行。另外，离子风散热器的体积比传统普遍做法是采用由较大热管和转速较低风扇组成的散热系统要小得多，通常只有后者的四分之一，非常容易安置，可让电器等设备的内部做得更为轻薄，这就为高效散热技术提供了新思路。
[0109]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体
实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。