VR设备散热装置、VR设备和控制方法与流程

vr设备散热装置、vr设备和控制方法
技术领域
1.本发明属于虚拟现实设备技术领域，尤其涉及一种vr设备散热装置，一种vr设备以及一种vr设备散热装置的控制方法。


背景技术：

2.vr（virtual reality，虚拟现实）设备通常采用的散热方式主要有两种，第一种为主动散热，即通过风扇、散热鳍片等零件，采用热对流的方式将主板上电子元器件产生的热量快速散去，避免热量聚集产生高温。第二种为被动散热，即通过金属支架、石墨片及产品自身壳体等零件，采用热传导的方式将热量带离vr产品。
3.随着消费者对vr功能、画质及运行内容等方面要求的提高，在使用过程中电子器件散发的热量倍增，传统的散热方式已经无法满足散热需求。在温度偏高的环境下工作，vr设备容易发生降帧、卡顿、佩戴舒适感下降等一系列问题，影响vr设备的用户体验。


技术实现要素：

4.针对传统散热方式已经无法满足vr设备散热需求的问题，本发明的第一个方面设计并提供一种vr设备散热装置。
5.vr设备散热装置包括：气动组件和散热组件，其中气动组件设置在vr设备壳体外侧，气动组件可操作地将液态冷却介质或空气导入vr设备壳体中；散热组件设置在vr设备壳体中，散热组件包括：至少一个用于向外传递热量的热传导元件；散热组件可操作地流体连接气动组件并配置为将液态冷却介质或空气喷在热传导元件所处区域。
6.从结构设计角度，散热组件包括主壳体、喷雾器和支架：其中主壳体中设置有多个间隔分布的散热鳍片，主壳体上形成有至少一个槽位，槽位配置为容纳vr设备芯片；喷雾器靠近散热鳍片设置，喷雾器可操作地流体连接气动组件，喷雾器配置为将液态冷却介质雾化并将雾化后的冷却介质喷洒在散热鳍片所处区域或配置为将气动组件导入的空气喷在散热鳍片所处区域；主壳体与支架固定连接，支架中设置有冷却介质附着床。
7.为提供实现良好的支撑和定位效果，支架具有内部空腔，冷却介质附着床部分设置于内部空腔中；支架的端部开设有出风口，出风口凸出于支架设置并嵌入至vr设备壳体中。
8.为实现更好的喷射效果，喷雾器包括进液管、柱体段、椎体段和喷淋口；其中进液管位于喷雾器外侧并以螺旋状卷绕，柱体段位于进液管下游且流体连通进液管，述椎体段位于柱体段下游且流体连通柱体段，喷淋口位于椎体段下游且流体连通椎体段；椎体段的横截面半径沿冷却介质的流动方向逐渐减小；喷淋口的横截面半径沿冷却介质的流动方向逐渐增大。
9.为降低冷却介质的流动噪音，喷雾器还包括导流弧，导流弧位于椎体段和喷淋口之间，导流弧分别与椎体段和喷淋口的内壁平滑过渡。
10.为实现更大的喷射面积同时提高散热效率，散热组件还包括：盖单元，盖单元上设
置有呈矩阵分布的多个喷雾器。
11.在气动组件的设计上，气动组件优选包括储液罐和气泵，其中储液罐中存储有液态冷却介质，气泵和散热组件之间形成第一流路，第一流路上设置有第一阀元件，第一阀元件可操作地配置为自气泵的出口至散热组件单向导通；气泵、储液罐和散热组件之间形成第二流路，第二流路上设置有第二阀元件，第二阀元件设置在储液罐和散热组件之间，第二阀元件可操作地配置为自储液罐的出口至散热组件单向导通；气动组件和散热组件通过气动快速接头可操作地流体连接。
12.为提高主动散热模式下的散热效率，第一阀元件和第二阀元件交替切换导通。
13.本发明的第二个方面提供一种vr设备，vr设备包括vr设备散热装置；vr设备散热装置包括：气动组件和散热组件，其中气动组件设置在vr设备壳体外侧，气动组件可操作地将冷却介质或空气导入vr设备壳体中；散热组件设置在vr设备壳体中，散热组件包括：至少一个用于向外传递热量的热传导元件；散热组件可操作地流体连接气动组件并配置为将冷却介质或空气喷在热传导元件所处区域。
14.本发明的第三个方面提供一种vr设备散热装置的控制方法，包括以下步骤：采样vr设备壳体内设定区域的实时温度；将实时温度与设定温度比较；如果实时温度高于设定温度，配置气动组件和散热组件流体连通，将液态冷却介质导入vr设备壳体中并将液态冷却介质或空气喷在热传导元件所处区域；如果实时温度低于设定温度，分离气动组件和散热组件，热传导元件向外传递热量。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过气动组件和散热组件的组合，在大功率运行时，可以将气液两相混合的冷却介质喷洒在热传导元件所处区域，同时利用热传导元件和冷却介质实现散热，提高散热效率。在小功率运行时，则由热传导元件主导向外传递热量，覆盖vr设备全运行状态散热需求。
16.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
17.附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1 为本发明所提供的vr设备散热装置一种使用状态下的结构示意图；图2为如图1所示的vr设备散热装置中散热组件的部分结构示意图；图3为如图1所示的vr设备散热装置中冷却介质附着床的结构示意图；图4为如图1所示的vr设备散热装置中喷雾器的一种结构示意图；图5为图2中a处的局部放大示意图；图6为本发明所提供的一种vr设备散热装置控制方法的流程图。
20.具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
22.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.针对传统散热方式无法满足vr设备散热需求的问题，一种全新设计的vr设备散热装置如图1所示。这种vr设备散热装置提供一种气液双相的vr设备散热方式，通过切换不同的散热方式满足vr设备各种运行状态下的散热需求：大功率运行时，主动散热起主导作用，采用气液双相的冷却介质快速带离热源产生的热量，避免降帧、卡顿、佩戴闷热等问题的产生；小功率运行时，被动散热起主导作用，热源产生的热量通过热传导方式传递到vr设备外侧。以下参见图1对vr设备散热装置的结构进行详细介绍，从结构角度来说，本发明所提供的vr设备散热装置主要包括气动组件10和散热组件20两个部分，其中气动组件10设置在vr设备壳体1外侧。气动组件10可操作地通过管路将液态冷却介质或空气导入vr设备壳体1中。相对的，散热组件20设置在vr设备壳体1中，散热组件20中设置有至少一个用于向外传递热量的热传导元件。散热组件20可操作地流体连接气动组件10并配置为将经由气动组件导入的液态冷却介质或空气喷在热传导元件所处区域。通过气动组件10和散热组件20的组合，在大功率运行时，可以将气液两相混合的冷却介质喷洒在热传导元件所处区域，同时利用热传导元件和冷却介质实现散热，提高散热效率。在小功率运行时，则由热传导元件主导向外传递热量，覆盖vr设备全运行状态散热需求。
24.以下结合图1至图3对散热组件20的优选结构进行详细介绍，如图所示，散热组件20主要由主壳体21、喷雾器25和支架26组成。在一种优选的实施例中，设置在散热组件20中的热传导元件由散热鳍片22实现且多个散热鳍片22间隔分布，优选等间距均匀分布。可以理解的是，热传导元件还可以是其它形式的微型换热器，在此不再一一列举。主壳体21上形成有至少一个配置为容纳vr设备芯片的槽位，针对vr设备的特点，优选开设一个cpu槽位24以及一个gpu槽位23，其中cpu槽位24配置为容纳vr设备主板上的处理器，gpu槽位23配置为容纳vr设备主板上的显卡。作为一种可选示例，cpu槽位24和gpu槽位23均开设在主壳体21的底壁上，多个等间距均匀分布的散热鳍片22一端与主壳体21的底壁固定，整体位于cpu槽位24和gpu槽位23的上方。cpu槽位24和gpu槽位23中优选设置有导热硅脂。
25.喷雾器25靠近散热鳍片22设置。延续上述的示例，针对纵向等间距均匀分布的散热鳍片22，喷雾器25优选设置在散热鳍片22的上方。如图1所示，与主壳体21配套设置有盖单元36，盖单元36上固定设置有呈2
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2矩阵分布的喷雾器25。盖单元36上的喷雾器25的数量在此不做进一步限定，根据散热效率的需求，还可以设置3
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2矩阵分布的喷雾器25或者2
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3矩阵分布的喷雾器25等等。盖单元36和主壳体21共同围成一个密闭空腔34，喷雾器25通过管路可操作地流体连接气动组件10，喷雾器25配置为将液态冷却介质雾化并将雾化后的
冷却介质喷洒在散热鳍片22所处区域或者配置为将气动组件10导入的气体以更大面积的形态喷在散热鳍片22所处区域。主壳体21优选通过支架26保持在密闭空腔34的中间位置，优选由四个沿主壳体21对称分布的支架26保持在密闭空腔34的中间位置，主壳体21与支架26固定连接，支架26中设置有冷却介质附着床27。
26.如图2、图3和图5所示，每一个支架26中均形成一个内部空腔32，形成在四个支架26中的内部空腔32与主壳体21中的密闭空腔34连通。冷却介质附着床27部分设置于内部空腔32中，另一部分设置于密闭空腔34中，冷却介质附着床27仿形并覆盖整个主壳体21的底壁以及各个支架26。冷却介质附着床27由疏松、多间隙、导热且具有毛细功能的纤维材质制成。设置于密闭空腔34中的一部分冷却介质附着床27开设有通孔槽35，散热鳍片22从通孔槽35中穿过，同时利用散热鳍片22和通孔槽35的配合实现冷却介质附着床27的定位。支架26远离主壳体21的一端端部开设有出风口33，出风口33凸出于支架26设置并嵌入至vr设备壳体1中，起到支架26和vr设备壳体1的卡合定位作用。主壳体21和支架26优选均由合金导热材料制成，支架26优选呈l型，装配状态下，支架26的外表面与vr设备壳体1的内表面贴合，利于将热量传递到vr设备壳体1上，提高散热效率。vr设备壳体1上容纳出风口33的位置优选贴设有防尘网30。
27.在本发明中，还进一步对喷雾器25的结构进行设计。参见图3所示，喷雾器25主要包括进液管251、柱体段252、椎体段253和喷淋口254，进液管251位于喷雾器25的上部外侧并以螺旋状卷绕，优选呈270度螺旋进入柱体段252的内部，柱体段252位于进液管251下游且流体连通进液管251。进一步的，椎体段253位于柱体段252下游且流体连通柱体段252，椎体段253的横截面半径沿冷却介质的流动方向逐渐减小。椎体段253的下游为喷淋口254，喷淋口254流体连通椎体段253，喷淋口254的横截面半径沿冷却介质的流动方向逐渐增大。椎体段253可以与喷淋口254的锥角相同，或者更为优选的，喷淋口254的锥角大于椎体段253的锥角。喷雾器25是本发明所提供的vr设备散热装置的一个关键零部件，喷雾器25可以将液态冷却介质和/或空气均匀喷射到散热鳍片22以及冷却介质附着床27上，喷雾器25体积小、所需雾化压力小，雾化颗粒均匀，短距离下喷涂面积更大。当气液两相混合的冷却介质沿着进液管251螺旋进入到柱体段252后，在柱体段252形成稳定的螺旋流，沿着侧壁向下流动并保持气液两相混合状态进入椎体段253。椎体段253中的冷却介质因流动直径收窄，运动速度加快，离心力增大并进一步进入到喷淋口254中。因为喷淋口254为大角度的圆锥形状，气液两相混合的冷却介质流路的直径突然增大，冷却介质在离心力的作用下会向四周喷射，在喷淋口254的导向作用下形成一个圆锥形的喷涂区域。在喷雾器25中还优选设置有导流弧255，导流弧255位于椎体段253和喷淋口254之间，导流弧255分别与椎体段253和喷淋口254的内壁平滑过渡，避免噪音的产生。为了方便将喷雾器25安装在盖单元36上并保持工作状态稳定，喷雾器25的外侧优选设置有卡台256，卡台256与盖单元36配合，起到定位作用。
28.以下参照图1对气动组件10进行详细介绍。气动组件10中设置有存储液态冷却介质的储液罐14。气动组件10的动力源为一台微型气泵12，在气动组件10中，气泵12和散热组件20之间通过管路连接形成第一流路f1，在第一流路f1上设置有第一阀元件16，第一阀元件16可操作地配置为自气泵12的出口至散热组件20单向导通。与第一流路f1并联的，气泵12、储液罐14和散热组件20之间形成第二流路f2，第二流路f2上设置有第二阀元件18，第二
阀元件18设置在储液罐14和散热组件20之间，第二阀元件18可操作地配置为自储液罐14的出口至散热组件20单向导通。第一阀元件16和第二阀元件18优选不同时导通，即交替切换处于导通状态。例如，在初始状态下，保持第一阀元件16关闭，第二阀元件18打开，在气泵12的作用下，储液罐14中的液态冷却介质沿着第二流路f2被推送到散热组件20中，即推送到相应的一个或多个喷雾器25中，在喷雾器25的作用下，液态冷却介质被雾化，雾化后的液态冷却介质被均匀地喷涂到散热鳍片22和冷却介质附着床27上。达到设定运行时间后，切换第一阀元件16打开，第二阀元件18关闭，在气泵12的作用下，气泵12产生的气流沿着第一流路f1进入到散热组件20，即相应的一个或多个喷雾器25中，经喷雾器25的离心作用，气体也可以实现点到面的覆盖，使得空气可以更为均匀的分布在冷却介质附着床27和散热鳍片22的表面。
29.气泵12的出口优选通过一个三通管13实现连接，同样的，在散热组件20一端，也优选通过一个三通管15实现与散热组件20的连接。气动组件10和散热组件20是可分离的，二者通过气动快速接头31可操作地流体连接。连接状态下，气动快速接头31优选位于vr设备壳体1上开设的通孔中，一方面对连接结构实现保护，避免意外情况导致的分离，另一方面也使得vr设备的外观整体上更为简洁。
30.本发明的第二个方面提供一种vr设备。vr设备包括vr设备散热装置。vr设备散热装置的具体结构参照上述实施例的详细描述以及说明书附图的详细记载，在此不再赘述。设置有vr设备散热装置的vr设备可以实现同样的技术效果。
31.本发明的第三个方面提供一种上述vr设备散热装置的控制方法。如图6所示，控制方法包括以下步骤：步骤s1：采样vr设备壳体内设定区域的实时温度。其中，实时温度可以是通过温度传感器检测vr设备壳体内设定区域的区域温度，或者是利用热敏电子元件检测vr设备电子元器件的环境温度或者工作温度，或者是基于上述采样值通过设定算法计算出的计算温度。
32.步骤s2：将实时温度与设定温度比较。其中，设定温度由研发人员在实验条件下测试得到，代表可能会造成vr设备出现问题或者影响用户舒适度的温度阈值。设定温度可以针对不同的工况设定多个值，例如针对大功率工况设定第一设定温度，并针对小功率工况设定第二设定温度。
33.步骤s3至s4：如果比较结果为实时温度高于设定温度，例如高于第一设定温度，则配置气动组件和散热组件流体连通，将液态冷却介质导入vr设备壳体中并将液态冷却介质或空气喷在热传导元件所处区域。
34.步骤s5至s6：如果比较结果为实时温度低于设定温度，例如低于第二设定温度，则分离气动组件和散热组件，由热传导元件主导，向外传递热量。
35.结合上述实施例所提供的具体结构，通过这种控制方法，当vr设备大功率运行时，vr设备散热装置采用主动散热的方式，当实时温度高于设定温度时，控制气动组件中的气泵自动开启，初始状态下保持第二阀元件开启，第一阀元件关闭，气泵输出的气流将储液罐内的液态冷却介质沿着第二流路推送到喷雾器中，雾化后的液态冷却介质均匀地喷涂在热传导元件所在区域，即喷涂在散热鳍片和冷却介质附着床上。运行设定时间后，切换第一阀元件开启，第二阀元件关闭，气泵输出的气流经由第一流路进入喷雾器中，经喷雾器的离心
作用，气体被喷出，实现点到面的覆盖，均匀分布冷却介质附着床和散热鳍片表面。在主动散热过程中，vr设备中电子元器件产生的热量由两条路径向外扩散，第一条路径，电子元器件产生的热量先传递给cpu槽位和gpu槽位内的导热硅脂，经导热硅脂传递给主壳体和散热鳍片，然后传递到冷却介质附着床上的冷却介质，冷却介质吸收热量并蒸发，在喷雾器喷出的空气作用下，形成气流流动。气流流动同时加快冷却介质的蒸发过程，从而提高散热鳍片的散热效率，冷却介质和热交换后的空气沿着支架向外排出，到达支架后由于温度降低，冷却介质会发生部分冷凝并集聚在支架内的冷却介质附着床上。冷凝后的冷却介质在冷却介质附着床的毛细作用下，重新回到主壳体中的另一部分冷却介质附着床上，继续参与散热循环。另一部分未冷凝的冷却介质气体则随着气流排出。第二条路径，电子元器件产生的热量传递至主壳体后，进一步通过支架传递到vr设备壳体上，并进一步直接散发出去。而当vr设备低功率运行时，vr设备散热装置采用被动散热的方式，例如当实时温度低于设定温度时，通过气动快速接头，将气动组件和散热组件分离，电子元器件产生的热量先传递给cpu槽位和gpu槽位内的导热硅脂，经导热硅脂传递给主壳体和散热鳍片，传递到主壳体上的热量会沿着支架传递到vr设备壳体上，将热量散发，传递到散热鳍片上的热量，会直接散发到密封腔体内，并经支架上的出风口传递出去。
36.通过本发明所提供的vr设备散热装置、vr设备以及vr设备散热装置的控制方法，首先可以运用气液双相冷却介质，采用流体动力学原理的方式进行vr设备散热；其次采用矩阵分布的喷雾器，实现液态冷却介质短距离大范围喷洒，实现冷却介质点对面的均匀分布；第三，可以全覆盖vr设备的各个运行状态，满足大功率运行、低功率运行的散热需求，提供灵活的主动散热和被动散热的组合工作方式；第四，冷却介质在主壳体和盖单元围成的密封空腔中，受冷却介质附着床的阻挡作用，形成开路与闭路循环的双重流动方式，开路循环的冷却介质受热蒸发后随气体排出，闭路循环的冷却介质在支架的内部腔体内冷凝并集聚在冷却介质附着床上，经毛细作用回到主壳体内，重新参与散热循环，实现冷却介质的循环利用。
37.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。