CN104350277A - 用于产生气流的装置和布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生特别是用于冷却电子构件的气流的装置，其具有环形的压电元件以及放射元件。所述压电元件能够借助提供交流电压在径向上开始振动。所述放射元件与压电元件在径向上耦合，其中，压电元件的径向振动设定用于使放射元件为了产生气流开始在轴向上振动。由此能够实现一种小尺寸的、用于产生气流的装置，其同时具有能耗低且使用寿命长的特征。

Description

用于产生气流的装置和布置

技术领域

本发明涉及一种用于产生特别是用于冷却电子构件的气流的装置以及布置。

背景技术

例如由DE 10 2008 038 549 A1中公知了这样一种装置。这种公知的装置包括一个压电元件和一个放射元件。压电元件激发放射元件振荡，由此产生冷却电子构件的气流。这类装置相对于公知的冷却装置、例如回转式鼓风机或者被动式热沉具有以下优点，即，它的构造小，运行声音小，此外还具有长使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种进一步改进的用于产生气流装置，该装置的特征尤其在于，其具有更小的尺寸，并且优选地能够更好地集成到平面的结构内，例如电路板。

为了实现该目的，提供了一种用于产生特别是用于冷却电子构件的气流的装置，其具有环形的压电元件和放射元件。压电元件能够借助接通交流电压在径向上开始振动。放射元件与压电元件径向耦合。压电元件的径向振荡设定用于使放射元件为了产生气流在轴向上开始振荡。

通过组合径向振动的压电元件和轴向振动的放射元件，可以设计出具有非常紧凑的尺寸的装置。首先可以通过以下方式得以实现，即，让所述装置优选地基本上仅在一个平面内、也就是在环形的压电元件的平面内延伸。

压电元件和放射元件之间的耦合以如下方式实现，即，这种耦合将压电元件的径向振动传递到放射元件上，从而让放射元件开始在轴向上的振动。例如，这种耦合构造成至少在一个方向上形状配合的连接。作为代替也可以设计一种材料配合的或力配合的连接。压电元件与放射元件优选地直接相连，也就是说不经过中介。

压电元件例如可以构造成压电叠层(所谓的“Multilayer(多层体)”)或者构造成压电单体。

“径向的”和“轴向的”在这里涉及环形压电元件的中心轴线。该压电元件相对于中心轴线优选地旋转对称地构成。优选地，压电元件构造成圆环形的。压电元件的相应的环可以具有矩形的横截面。

交流电压优选地位于所述装置的谐振频率范围内。

根据一种实施方式，压电元件具有轴向的开口，这个开口封闭放射元件。“封闭”在这里包括部分的或完全的封闭。例如在第一种情况下，如果有助于目的的实现，放射元件可以具有一个或者多个特别是小的开口。轴向的开口使得放射元件能够相对于压电元件自由地振动，也就是说，在轴向开口的区域内不存在放射元件和压电元件之间的直接连接。

根据一种另外的实施方式，放射元件具有径向的部段和轴向的部段。径向的部段设置用于执行放射元件的轴向振动，于是经由轴线的部段使得放射元件耦合连接到压电元件上。这就是说，特别是经由轴向的部段将径向上的振动从压电元件导入放射元件，并且导向径向的部段，也就是以如下方式，即，使径向部段开始在轴向上振动。

根据一种另外的实施方式，径向部段设计为盘体的形式和/或轴向部段设计为管道的形式。优选地，盘体构造成圆形的。管道优选地具有圆环形的横截面。

根据一种另外的实施方式，放射元件至少部分地插入开口内。作为代替，压电元件可以至少部分地插入放射元件中。两种前述的实施方式都导致进一步的空间节约。

根据一种另外的实施方式，放射元件的轴向部段在压电元件的轴向开口内延伸。作为代替，压电元件布置在放射元件的轴向部段内。两种实施方式都允许压电元件在径向上的振动很好地耦合传入放射元件。

根据一种另外的实施方式，径向的和轴向的部段经由第一半径相互连接。由此减少放射元件中的电压，从而实现该装置的更长的使用寿命，例如可以达到超过30000小时。此外，通过第一半径以如下方式影响位于轴向部段和径向部段之间的振动传导区域内的放射元件的刚性，即，使得径向部段的中间区域中的振幅在轴向上变大。振幅的变大允许例如利用0.2m/s范围内的速度实现更强的空气流动。然而为此耗费的电能却有利地少。

根据一种另外的实施方式，第一半径位于放射元件的内部区域或外部区域内。放射元件的径向部段和轴向部段共同定义一个内部区域，也就是空腔。相应地，径向的和轴向的部段共同定义一个相对于内部区域位于外面的外部区域。

根据一种另外的实施方式，径向的和轴向的部段从横截面上看构成一个U形。在这种情况下值得推荐的是，在放射元件的内部区域内设计第一半径。

根据一种实施方式，轴向的和径向的部段从横截面上看以T形相互邻接。在这种情况下，第一半径优选地设计在放射元件的外部区域内。

根据一种实施方式，放射元件经由径向接片轴向地支撑在压电元件上。通过这个措施也能够进一步影响放射元件的刚性，使得在径向部段的中间区域内实现更大的振幅。

根据一种另外的实施方式，所述接片布置在放射元件的外部区域内。就“外部区域”而言，可以参照前面针对放射元件的展述。

优选地，这个接片仅经由压电元件的一部分区域在径向上延伸。例如，该接片在径向上与压电元件重叠的部分少于压电元件在径向上的延展度的一半，优选地少于三分之一，更加优选的是四分之一。

根据一种另外的实施方式，接片经由第二半径邻接放射元件的径向部段。通过这个措施也能够进一步影响放射元件的刚性，即，在径向部段的中间区域内实现更大的振幅。

根据一种另外的实施方式，接片以尖棱邻接放射元件的轴向部段。“以尖棱”在这里要理解成小于0.05mm的半径，优选地小于0.02mm。由此也就更大的振幅而言有利地影响放射元件的刚性。

根据一种另外的实施方式，所述装置的谐振频率至少等于30kHz。优选地这个谐振频率大于100kHz，更优选地大于1MHz。这些高频率能够通过所述装置的特别构造得以实现。因此，该装置优选地设计用于产生超声波。

根据一种另外的实施方式，所述装置的总直径在2和100mm之间的范围内，优选地在15和35mm之间的范围内。“总直径”在这里是指所述装置的最大尺寸。优选地，第一和/或第二半径等于0.05到15mm，更优选地等于0.5到3.5mm。根据所述装置的谐振频率和总直径，通过这样选择的第一和第二半径能够在该装置的使用寿命相同并且能耗少的同时实现大的振幅。

根据一种另外的实施方式，所述放射元件至少局部地由金属或合成材料构成。作为合成材料可以考虑有机玻璃或硬的PVC。作为金属特别是适合用铝。同时还可以考虑的是，使用像铜、黄铜、钢或钛这样的金属。

此外还提供了一种具有至少一个电子构件和至少一个根据本发明的装置的布置。该装置设置用于产生冷却电子构件的气流。

例如，该布置可以具有电路板，该电路板包括电子构件。所述装置可以固定在电路板上。此外，该装置还可以集成到电路板中。在此，所述装置的主延伸平面可以平行于电路板的主延伸平面或者与之覆盖相同地布置。“所述装置的主延伸平面”是指所述装置的压电元件在其中延伸的平面。

附图说明

下面参照附图更详尽地阐述本发明的有利的构造方案。

图中示出：

图1用从上面倾斜地观察的透视图示出根据一种实施方式的装置；

图2是从下面看的图1中的装置；

图3是用剖面图观察的图1中的装置；

图4是用俯视图观察的图1中的装置；

图5用剖面图示出根据一种另外的实施方式的装置；以及

图6是根据一种实施方式所示的、具有图1中的装置的布置。

在图中，只要没有特别指出，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。

具体实施方式

下面参照图1至4更详尽地阐述了一种用于产生特别是用于冷却电子构件的气流的装置1。其中，图1示出了从斜上方对装置1的视图，图2示出了从斜下方的视图，图3示出了剖面视图并且图4示出了俯视图。

所述装置1包括一种环形的压电元件2和一种放射元件3。

所述压电元件2根据实施例构造成圆环形的、也就是相对于中心轴线4是旋转对称的。压电元件2可以具有矩形的横截面5，正如可以在图3中看出的那样。压电元件2优选地构造成压电叠层。压电元件2可以局部地或者完全地由陶瓷构成。在压电元件2上，特别是在轴向地相对置的端面6、6′上(见图1和2),可以提供交流电压。“轴向的”和“径向的”在这里是就中心轴线4而言。提供交流电压导致压电元件2在径向上开始振动，正如用图3中的相应的箭头7所表示的那样。交流电压例如具有100kHz的频率，这个频率也等于装置1的谐振频率。

放射元件3与压电元件2径向耦合。这种耦合使得压电元件2的径向振动能够耦合导入放射元件3，这导致放射元件3在轴向上(用图3中的箭头11表示)开始振动。于是，放射元件3的轴向振动产生用于冷却电子构件的气流。

例如，所述放射元件3与压电元件2能够在径向上形状配合地在至少一个方向上(然而根据一种实施方式却不能在反方向上)连接。正如能够在图3中看出的那样，这种形状配合的连接是径向朝内的，也就是说，当压电元件2集中时，就从外面抵压放射元件3，由此将其在径向上压到一起。额外地，放射元件3例如可以材料配合地与压电元件2连接。放射元件3和压电元件2之间的这种材料配合例如可以通过将放射元件3浇铸到(在放射元件3由金属或合成材料制成的情况下)压电元件2中得以实现。在此，压电元件2和放射元件3之间的粘附力则在径向上起作用。作为代替，可以将辅助材料，例如粘合材料，引入放射元件3和压电元件2之间，例如引入在图3中用12表示的间隙中。于是，辅助材料负责在径向上的连接，在这种情况下是朝径向内部并且朝径向外部。放射元件3也可以被夹入压电元件2中，特别是收缩进去。

放射元件3完全封闭压电元件2的轴向开口13。为此，放射元件3部分地插入开口13中。放射元件3具有圆形的盘体形式的径向部段14和具有圆环形横截面(见图2)的管道形式的轴向部段15。

这两个部段14、15优选地相互一体式地构成。径向部段14在压电元件2的前方(或者在图3中看是在上方)轴向地延伸。而轴向部段15却在压电元件2的轴向开口13内延伸。

径向的和轴向的部段14、15共同定义了内部区域16，也就是空腔(见图2和3)。径向的和轴向的部段14、15经由第一半径17相互连接，由此形成倒圆部18。第一半径17位于放射元件3的内部区域16中。

放射元件3还具有一个径向的接片21。经由这个接片21使得放射元件3在轴向上支撑在压电元件2上。特别是这个接片21抵靠在压电元件2的端侧6上。正如能够在图3中看出的那样，接片21在径向上以一定的纵长11延伸过压电元件2的横截面5。这个纵长11在此仅仅是一小段，例如小于横截面5在径向上的总长度12的三分之一，使得接片21在压电元件2上的放置面20很小。该接片21布置在放射元件3的外部区域22内，也就是在内部区域16的外部。特别是该接片21在径向上远离轴向部段15延伸。该接片21经由第二半径23邻接放射元件3的径向部段14，由此得到一个倒圆部24。这两个半径17、23在此分别以如下方式实现，即，它们朝内、也就是朝向放射元件3内弯曲或者说凹陷。

此外，这些倒圆部18、24优选地是圆形环绕的(相对于中心轴线4)。这个接片21以尖棱(在图3中用25表示相应的棱边)邻接轴向部段15。压电元件2的横截面5相对应地构成，也就是说，相应的棱边26啮合在相应的留空部内。

根据这种实施方式，所述装置1的谐振频率例如为100kHz。该装置的总直径27例如为23mm。第一半径17例如为2.0mm，并且第二半径23例如为1.4mm。

在所述装置1运行时，放射元件3在压电元件2上的小的接触面20以及放射元件3的径向外边沿上的倒圆部18、24起作用，使得放射元件3的径向部段14的中心区域32产生大的振幅(用箭头11表示)。特别是这样实现用于将径向振动7传导到中心区域32的传导区域33，这个区域负责在使用寿命长并且能量需求少的同时保证大的振幅。通过图3中的箭头34表示径向部段14相对于轴向部段15的相应的扭转情况。中心区域32的振幅又导致空气以例如0.2m/s的速度流动，这个速度适合于冷却电子构件。

借助示出类似于图3中步骤的图5，阐述了根据一种另外的实施方式的装置1。

根据图5所示的实施例与根据图1至4的实施例的区别尤其在于，压电元件2是布置在由径向部段14和轴向部段15定义的内部区域16中。当压电元件2在径向上振动时(用箭头7表示)，该元件基于现有的形状配合径向向外地抵压住轴向部段15。

在图3所示的实施例中，放射元件3的径向和轴向部段14、15构成一个从横截面看的U形，这个U形在根据图5所示的实施例中从横截面看以T形相互邻接，使得第一半径17或相应的倒圆部18位于外部区域22内。放射元件3的径向部段14不仅延伸过开口13，还延伸过压电元件2的端面6。特别是这个端面6(在图5中看从下方)抵靠在位于内部区域16中的径向部段14上。根据图5所示的实施方式具有以下优点，即，压电元件2的热膨胀即使经历了很长的运行时间也不会有不利的影响。

图6用剖面图示出了根据一种实施方式的布置35。

这种布置35例如包括一个具有空气进入口37和空气排出口38的壳体36。在该壳体36的内部布置了一个电路板41，它承载着多个电子构件，例如发光二极管(LED)42。此外，在电路板41上安放着在图1至4中所描述的装置1。作为代替也可以设计在图5中所描述的装置1。

正如在图6中所示的那样，所述装置1可以或者利用其主延伸平面43垂直于电路板41的主延伸平面44延伸。作为代替，所述装置1可以利用它的主延伸平面43平行于电路板41的主延伸平面44延伸，其中，所述装置1可以平面地集成到电路板41中。通过放射元件3的振动(用箭头11表示)产生气流45，使得穿过空气进入口37进入的空气在LED 42处经过，并且在此对其冷却。此后，这些空气又穿过空气排出口38从壳体36中排出去。

尽管这里借助多个实施例描述了本发明，但是它不局限于这些，而是能够多样化地做出修改。

例如作为LED 42的代替也可以冷却其他的功率电子件。

该装置1由于通过构造方式实现的特别高的声波强度也可以用作超声波范围内的声波传感器(发送器)。

可以如下地使用所述装置1，即，使得由该装置产生的声波冲破围绕着需要冷却的对象(特别是电子构件)的边界层，并且因此通过更好的对流完成冷却。

Claims (15)

1.一种用于产生特别是用于冷却电子构件(42)的气流(45)的装置(1)，所述装置具有：

环形的压电元件(2)，所述压电元件能够通过提供交流电压在径向上开始振动(7)，以及

放射元件(3)，所述放射元件与压电元件(2)在径向上耦合，

其中，所述压电元件(2)的径向振动(7)设定用于使所述放射元件(3)为了产生所述气流(45)开始在轴向上振动(11)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电元件(2)具有封闭所述放射元件(3)的轴向开口(13)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述放射元件(3)具有径向部段(14)和轴向部段(15)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述径向部段(14)设计为盘体的形式，和/或所述轴向部段(15)设计为管道的形式。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述放射元件(3)至少部分地插入所述开口(13)中，或者所述压电元件(2)至少部分地插入所述放射元件(3)中。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述放射元件(3)的所述轴向部段(15)在所述压电元件(2)的所述开口(13)内延伸，或者所述压电元件(2)布置在所述放射元件(3)的所述轴向部段(15)内。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述径向部段和所述轴向部段(14、15)经由第一半径(17)相互连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一半径(17)位于所述放射元件(3)的内部区域(16)或外部区域(22)中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述放射元件(3)经由径向接片(21)轴向地支撑在所述压电元件(2)上。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述接片(21)布置在所述放射元件(3)的外部区域(22)内。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述接片(21)经由第二半径(23)邻接所述放射元件(3)的所述径向部段(14)。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述接片(21)以尖棱邻接所述放射元件(3)的轴所述向部段(15)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置的谐振频率至少等于30kHz，所述装置的总直径(27)在2和100mm之间的范围内，和/或所述第一半径和/或所述第二半径(17、23)等于0.05至15mm。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述放射元件(3)至少局部地由金属或合成材料构成。

15.具有至少一个电子构件(42)和至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的装置(1)的布置(35)，所述装置设置用于产生冷却所述至少一个电子构件(42)的气流(45)。