用于UAV的被动冷却的系统、方法和装置制造方法及图纸

创新的具有密封的UAV包封系统的被动冷却解决方案允许来自半导体芯片的热量通过热沉(诸如鳍(140))的蒸发/冷凝相变冷却和空气冷却来耗散到周围环境，而无需任何附加的功耗来操作冷却解决方案。此类解决方案的一个示例可包括具有鳍和流体的管道(105)。管道可以包括沿着该管道的内表面的芯结构，该芯结构被配置成允许流体在芯结构(150)内行进并且允许蒸汽形式的流体离开芯结构去往管道的中心。

System, Method and Device for Passive Cooling of UAV

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于UAV的被动冷却的系统、方法和装置公开领域本公开一般涉及无人驾驶飞行器(UAV)，尤其但不排他地涉及用于UAV的被动冷却。背景小型UAV系统(有时称为无人机)从CPU、GPU、DDR、WiFi、GPS、PMIC、视频/ISP和相机传感器组件产生大量热量。这种热量对于在严酷环境中实现可靠的UAV操作提出了显著的热管理挑战，因为高结温、高环境温度(40℃)和来自太阳的辐射成为实现高性能的主要热障碍。此外，皮肤温度也是设计约束，因为例如大多数UAV制造商要求45-55℃作为最大允许的触摸表面温度以允许用户能够握住UAV来预览相机图像。小型UAV系统的热管理需要处理结温和表面温度两者。目前，UAV制造商集成了小型风扇来控制芯片结温和包封表面温度。然而，风扇冷却解决方案给整个UAV系统增添了严重的脆弱性：一旦风扇发生故障，则关键组件的过热将导致UAV关闭或导致永久性的电故障或热机械故障。在应用风扇冷却解决方案时，除了可靠性问题，操作风扇的成本、空间、重量、噪声、维护、附加功耗以及可能损坏UAV内的敏感电子组件的湿气、灰尘和其他污染物是一些附加问题。相应地，存在对克服常规办法的缺陷的系统、装置和方法的需求，包括由此提供的方法、系统和装置。概述以下给出了与本文所公开的各装置和方法相关联的一个或多个方面和/或示例相关的简化概述。如此，以下概述既不应被视为与所有构想的方面和/或示例相关的详尽纵览，以下概述也不应被认为标识与所有构想的方面和/或示例相关的关键性或决定性要素或描绘与任何特定方面和/或示例相关联的范围。相应地，以下概述仅具有在以下给出的详细描述之前以简化形式呈现与关于本文所公开的装置和方法的一个或多个方面和/或示例相关的某些概念的目的。在一个方面，一种被动冷却装置包括：具有鳍和流体的管道，鳍在第一位置中位于管道的顶部；在第二位置中附连至管道的顶部的热源，第二位置与第一位置间隔开第一距离；位于鳍上方的螺旋桨；以及沿着管道的内表面的芯结构，该芯结构被配置成允许流体在芯结构内行进并且允许蒸汽形式的流体离开芯结构去往管道的中心。在另一方面，一种被动冷却装置包括：用于热传递的装置，该用于热传递的装置被配置成将热量从第二位置传递到与第二位置隔开第一距离的第一位置；用于热耗散的装置，该用于热耗散的装置在第一位置中位于用于热传递的装置的顶部；用于热传导的装置，该用于热传导的装置位于用于热传递的装置中；用于空气流的装置，该用于空气流的装置位于用于热耗散的装置的上方；以及沿着用于热传递的装置的内表面的用于液体容纳的装置，该用于液体容纳的装置被配置成允许用于热传导的装置在用于液体容纳的装置内行进并且允许蒸气形式的用于热传导的装置离开用于液体容纳的装置去往用于热传递的装置的中心。在又一方面，一种UAV包括：主体；具有鳍和流体的管道，鳍在主体外在第一位置中位于管道的顶部，并且管道从主体内延伸到主体外；在主体内的在第二位置中附连到管道的顶部的热源，第二位置与第一位置间隔开第一距离；位于鳍上方的螺旋桨；以及沿着管道的内表面的芯结构，该芯结构被配置成允许流体在芯结构内行进并且允许蒸汽形式的流体离开芯结构去往管道的中心。基于附图和详细描述，与本文公开的各装置和方法相关联的其它特征和优点对本领域技术人员而言将是明了的。附图简述对本公开的各方面及其许多伴随优点的更完整领会将因其在参考结合附图考虑的以下详细描述时变得更好理解而易于获得，附图仅出于解说目的被给出而不对本公开构成任何限定，并且其中：图1解说了根据本公开的一些示例的用于被动冷却的管道的一个示例；图2解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的管道的UAV的一个示例；图3解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的四个螺旋桨和多个管道的UAV的一个示例；图4解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的四个螺旋桨和两个直管的UAV的一个示例；图5解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的四个螺旋桨和H形管道的UAV的一个示例；图6解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的四个螺旋桨、两个未连接的L形管道和两个连接的L形管道的UAV的一个示例；以及图7解说了根据本公开的一些示例的具有用于被动冷却的管道的UAV的一个示例。图8A-G解说了根据本公开的一些示例的热沉配置的示例。根据惯例，附图所描绘的特征或许并非按比例绘制。相应地，为了清晰起见，所描绘的特征的尺寸可能被任意放大或缩小。根据惯例，为了清晰起见，某些附图被简化。由此，附图可能未绘制特定装置或方法的所有组件。此外，类似附图标记贯穿说明书和附图标示类似特征。详细描述本文所公开的示例性方法、装置和系统缓解了常规方法、装置和系统的不足，以及其他先前未标识的需求。本公开中的一些示例提供了一种创新的具有密封的UAV包封系统的被动冷却解决方案，该系统重量轻并且允许热量非常有效地从半导体芯片耗散到周围环境而无需风扇冷却，同时使得UAV的密封结构能够最大化系统可靠性并且保护电子器件免受湿气、灰尘和腐蚀性化学品的影响。一个示例包括具有鳍的管道(鳍位于螺旋桨下方的UAV包封外的管道顶部)、管道内的流体、以及沿管道内表面的芯结构。芯结构被配置成允许流体从UAV包封内的热源行进在芯结构内，其中蒸汽形式的流体由来自热源的热量生成并且离开芯结构去往管道的中心。蒸汽随后在管道中心行进到鳍位置，其中鳍有助于提取热量并使蒸汽在芯结构内冷凝回液体。图1解说了根据本公开的一些示例的用于被动冷却的管道的一个示例。如图1中所示，被动冷却装置100可以包括管道105、位于第二位置的热源110(例如半导体管芯、存储器芯片、电池等)(其将热量111传递到管道105)、位于第一位置的热沉140(例如条形鳍、针鳍或多个针鳍或条形鳍等)(其将热量111从管道105移除)、沿管道105的内表面的芯结构150、以及芯结构150内的流体120。被动冷却装置100可被视为具有三个部分——靠近热源110的蒸发器部分160、靠近热沉140的冷凝器部分170、以及蒸发器部分160和冷凝器部分170之间的绝热部分180。在蒸发器部分160中，流体120被转换成蒸汽130并且从芯结构离开到管道105的中心。在绝热部分180中，由于蒸发器部分160中发生的绝热膨胀，蒸汽130在管道中心朝冷凝器部分170行进，同时液体120在芯结构150中朝蒸发器部分160行进。在冷凝器部分170中，蒸汽130被转换回液体120并移动到芯结构150中。管道105的宽度可以约为2-4mm，并且具有例如圆形、椭圆形、方形、或矩形周长。管道105可以是例如直管、L形管、H形管或T形管。管道105可以具有例如10kW/m-K的极高导热率。管道105可以取决于重量和冷却性能之间的期望折衷而包含铝、铜、塑料材料或这些材料的组合。管道105的厚度可沿管道105的轴向方向变化，其中一些部分较厚并且一些部分较薄以容适UAV内的可用空间和不同的芯片组高度。热管厚度可在0.5mm至5mm之间变化。芯结构150可以是蜂巢、网格、纤维或粉末填充的微尺度芯结构，其充当允许蒸汽离开芯结构150并且允许液体进入芯结构150以及在绝热过程中从第一部分内行进至第二部分的被动泵。热沉140可以是针鳍或多个针鳍、条形鳍或多个条形鳍、或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动冷却装置，包括：包括鳍和流体的管道，所述鳍在第一位置中位于所述管道的顶部；在第二位置中附连至所述管道的所述顶部的热源，所述第二位置与所述第一位置间隔开第一距离；位于所述鳍的上方的螺旋桨；以及沿着所述管道的内表面的芯结构，所述芯结构被配置成允许所述流体在所述芯结构内行进并且允许蒸汽形式的所述流体离开所述芯结构去往所述管道的中心。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.20 US 15/385,1361.一种被动冷却装置，包括：包括鳍和流体的管道，所述鳍在第一位置中位于所述管道的顶部；在第二位置中附连至所述管道的所述顶部的热源，所述第二位置与所述第一位置间隔开第一距离；位于所述鳍的上方的螺旋桨；以及沿着所述管道的内表面的芯结构，所述芯结构被配置成允许所述流体在所述芯结构内行进并且允许蒸汽形式的所述流体离开所述芯结构去往所述管道的中心。2.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述芯结构被配置成使得所述流体在所述第二位置处在所述管道内蒸发，并且形成朝向所述第一位置移动的所述蒸汽，所述蒸汽在所述第一位置冷凝回所述流体。3.如权利要求2所述的被动冷却装置，其特征在于，所述芯结构是蜂巢、网格、纤维或粉末中的一者。4.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述鳍是针鳍。5.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述管道包括铝、铜或塑料材料中的一者。6.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述鳍是多个直排布置的圆形鳍、多个以交错型布置的圆形鳍、多个直排布置的方形鳍、多个以交错型布置的方形鳍、多个以交错型布置的矩形鳍、多个以交错型布置的椭圆形鳍、或者多个平行布置的矩形鳍中的一者。7.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述螺旋桨是多个位置中的多个螺旋桨，每个螺旋桨与所述第二位置间隔开。8.如权利要求1所述的被动冷却装置，其特征在于，所述管道是直管、L形管、H形管或T形管中的一者，并且具有0.5mm至5mm之间的厚度。9.一种被动冷却装置，包括：用于热传递的装置，所述用于热传递的装置被配置成将热量从第二位置传递到与所述第二位置间隔开第一距离的第一位置；用于热耗散的装置，所述用于热耗散的装置在所述第一位置中位于所述用于热传递的装置的顶部；用于热传导的装置，所述用于热传导的装置位于所述用于热传递的装置中；用于空气流的装置，所述用于空气流的装置位于所述用于热耗散的装置的上方；以及沿着所述用于热传递的装置的内表面的用于液体容纳的装置，所述用于液体容纳的装置被配置成允许所述用于热传导的装置在所述用于液体容纳的装置内行进并且允许蒸气形式的所述用于热传导的装置离开所述用于液体容纳的装置去往所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·王，D·勒，J·安德森，C·A·丘，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US