冷卻模塊和電子設備的製作方法

2023-09-19 14:32:45

超聲波風的效果已被知曉了大約180年。該超聲波風能夠用於冷卻電子部件和組件，例如尤其是諸如大功率LED（LED = 發光二極體）的功率部件。然而，例如，單獨的超聲波風通常不足以冷卻電子部件和組件，諸如功率部件。相反，通常需要通過其他現象來輔助和增強超聲波風的冷卻作用。例如，WO 2013/150071 A2公開了一種共振方法，其根據停止的風琴管的原理操作，並且增強超聲波風的冷卻效果幾乎一個數量級。然而，仍然期望進一步增強超聲波風的冷卻作用。

因此，本發明的目的是詳細說明一種冷卻模塊，其與現有技術相比被改進且其尤其允許超聲波風的改進的冷卻作用。本發明的另外的目的是提供一種具有改進的冷卻模塊的改進的電子設備。

本發明的這些目的通過具有權利要求1中詳細說明的特徵的冷卻模塊以及還通過具有權利要求9中詳細說明的特徵的電子設備來實現。本發明的優選改進能夠從相關的從屬權利要求、以下描述和附圖中獲得。

根據本發明的冷卻模塊具有用於冷卻功率部件的散熱器、超聲源以及布置在超聲源和散熱器之間的共振管。共振管被設計成至少也在周向優選方向上引導流過共振管的空氣流。因此，在根據本發明的冷卻模塊中顯著地支持聲風的形成。由於空氣流的周向引導，所以空氣流在一定程度上形成渦流。該渦流確保在到散熱器的界面處形成額外的漩渦，使得隔離空氣層（其能夠在散熱器和空氣之間的界面處形成）減少。因此，與現有技術相比，根據本發明的冷卻模塊的冷卻作用被改進。

在其他方面，冷卻模塊有利地以在WO 2013/150071 A2中描述的方式被確定尺寸。尤其，除非在本說明書中不同地描述，否則共振管以在WO 2013/150071 A2中描述的方式被確定尺寸和布置。

在這種情況下，尤其有利地規定，超聲源被設計為產生預定波長的超聲波，並且超聲源和散熱器之間的距離對應于波長的四分之一的整數倍。以這種方式，由於在共振管中產生共振，所以藉助於超聲波風產生的冷卻效果能夠顯著地被增強。

在根據本發明的冷卻模塊的情況下，共振管的平均直徑優選地基本上對應于波長。在這種情況下，共振管的平均直徑旨在被理解為意指與共振管的內側橫截面相比具有相同的表面積的圓的直徑。不言而喻，基本上對應于波長的共振管的直徑也能夠略微不同于波長，也就是說，尤其相差至多波長的八分之一，優選地相差至多波長的十六分之一，理想地相差至多波長的三十二分之一。在這種情況下，能夠在共振管中以尤其簡單的方式激勵共振。

在根據本發明的冷卻模塊的有利改進中，所述冷卻模塊具有在共振管內的，尤其是布置在共振管的內部圓周上的，至少一個流動引導裝置。因此，有利地，共振管能夠具有圓筒形設計，其中，流動引導裝置被設計為呈凸緣形式或帶有尖銳邊緣。

進一步優選地，至少一個流動引導裝置具有螺旋形設計，尤其是呈螺旋形金屬條的形式。在本發明的該改進中，也產生具有渦流的空氣流動。

作為替代方式或額外地且同樣優選地，在本發明的改進中的冷卻模塊的情況下，共振管具有在徑向和周向上延伸的至少一個開口。由於根據本發明所必需的開口還具有至少周向外形，所以通過開口流入共振管中的空氣同樣在周向方向上運動，也就是說同樣地形成渦流。

在根據本發明的冷卻模塊的有利改進中，至少一個開口有利地形成狹槽，尤其是縱向狹槽。在該作為狹槽或縱向狹槽的改進中，空氣能夠以高的流入速率進入共振管中，使得渦流儘可能地強烈。

至少一個縱向狹槽延伸超過共振管的縱向尺寸的50％，有利地超過75％，以及尤其是超過90％。

在除了上述改進之外的根據本發明的冷卻模塊的額外或替代的且同樣優選的改進中，共振管具有呈多邊形形式的內側橫截面輪廓。隨著沿共振管的縱向範圍前進，該多邊形的角周向地旋轉。在本發明的該改進中，根據本發明的冷卻模塊的共振管還具有周向引導外形，其周向地引導流過共振管的空氣。因此，在本發明的該改進中，流過共振管的空氣也在周向方向上形成渦流。

在根據本發明的冷卻模塊的優選改進中，隨著沿共振管的縱向範圍前進，多邊形的角描繪直的內部邊緣。在根據本發明的冷卻模塊的該改進中，共振管能夠以非常簡單的方式製造。

根據本發明的電子設備具有功率部件和如上所述的為了冷卻目的而設置的冷卻模塊。冷卻模塊的散熱器被設計和布置成冷卻功率部件。有利地，該布置原則上對應於文獻WO 2013/150071 A2的示例性實施例的布置。

下面將參考附圖中示出的示例性實施例來更詳細地解釋本發明，其中：

圖1示意性地示出了通過根據本發明的冷卻模塊的縱向截面，

圖2A示意性地示出了根據圖1的根據本發明的冷卻模塊的共振管的透視圖，

圖2B示出了通過根據圖2A的共振管的橫截面，

圖3A示意性地示出了根據圖1的根據本發明的冷卻模塊的共振管的另外的示例性實施例的透視圖，

圖3B示意性地示出了通過根據圖3A的共振管的橫截面，

圖4示意性地示出了根據圖1的根據本發明的冷卻模塊的共振管的另外的示例性實施例的透視圖，以及

圖5示意性地示出了通過根據本發明的電子設備的縱向截面。

圖1中所示的根據本發明的冷卻模塊具有用於冷卻功率部件的散熱器C、呈超聲波發生器S形式的超聲源、以及布置在超聲波發生器S和散熱器C之間的共振管5。如下所述，共振管5被設計成沿周向優選方向引導流過共振管5的空氣流A。由於空氣流A的該周向引導，所以空氣流A在一定程度上形成渦流。該渦流確保在到散熱器C的界面處形成額外的漩渦，使得能夠在散熱器C處形成的隔離空氣層減少。

超聲波發生器S被設計成產生預定波長的超聲波。超聲波發生器S和散熱器C之間的距離對應於該波長的四分之一的整數倍。共振管5的平均直徑D為一個波長。

圖1中所示的根據本發明的冷卻模塊的共振管5（在圖2A和圖2B中詳細示出）具有橫截面，該橫截面的輪廓分別在徑向內側和徑向外側上與環K的圓形內部或外部輪廓一致。共振管5具有開口10，其沿共振管5的縱向方向L延伸並且其存在於共振管5的整個縱向範圍。以這種方式，開口10形成狹槽，在這種情況下為縱向狹槽。這些開口沿與共振管5的周向方向成45°延伸。沿著該45°，開口10從共振管5的外部圓周延伸到內部圓周。開口10以噴嘴的方式朝向內側變窄，也就是說，隨著前進通過開口10，開口10在由周向和徑向方向R跨越的平面中徑向向內變窄。

由於開口10的縱向範圍沿共振管5的整個縱向尺寸，所以共振管5被分解為多個單獨的縱向板條15，如圖2A和圖2B中所示。這些縱向板條藉助於周向套管20保持在一起，縱向板條被緊固到周向套管20。

在根據本發明的冷卻模塊的另外的示例性實施例中，圖3A和圖3B中所示的共振管5'替代圖1中所示的冷卻模塊的共振管5。共振管5'原則上具有與根據圖2A和圖2B的構造類似的構造。然而，與上述共振管5相對，共振管5'不具有其內部輪廓和外部輪廓在徑向內側和外側上與環K的內部輪廓和外部輪廓一致的橫截面，而是更確切地說，共振管5'的縱向板條15'與此相對具有波浪形橫截面。類似於上述示例性實施例，呈噴嘴形式朝著共振管5'的內部中變窄並且沿共振管5'的整個縱向範圍延伸的狹槽藉助於所述波浪形橫截面形成。

在根據本發明的冷卻模塊的另外的示例性實施例中，圖4中所示的共振管5''替代上述冷卻模塊的共振管5、5'。在所示的示例性實施例中共振管5''具有多邊形（六邊形）的內側橫截面輪廓I。隨著沿共振管5''的縱向範圍因而在縱向方向L上前進，該六邊形的角周向地旋轉。

六邊形的角以這樣的方式旋轉，使得隨著沿著共振管5''的縱向範圍前進，角描繪直的內部邊緣25。以這種方式在一定程度上形成扭曲的六角形管，所述扭曲的六角形管因此迫使流過共振管5''的空氣流周向地形成渦流。在另外的示例性實施例（未單獨示出）中，多邊形是具有不同數量的角的正多邊形。

在根據本發明的冷卻模塊的另外的示例性實施例（未具體示出）中，共振管具有圓筒形構造並且具有在壁內或在壁上延伸的螺旋形、凸緣狀或尖銳邊緣結構，例如呈以螺旋形方式延伸的金屬條的形式。

根據本發明的冷卻模塊的另外的示例性實施例能夠各自在文獻WO 2013/150071 A2的冷卻器械的示例性實施例中找到，其中，在那裡描述的圓筒形共振管分別被具有如上所述的構型的共振管替代。

圖5中所示的電子設備具有功率部件L和如上所述的為了冷卻目的而設置的冷卻模塊M。冷卻模塊M的散熱器C具有扁平設計，以用於冷卻功率部件L的目的，並且被布置成使得其平坦支撐抵靠功率部件L。