手機智能散熱器設計

張翰林 隋曉瑩

關鍵詞：手機;智能;散熱器設計

1 研究背景

在手機使用過程中，手機機體發熱是大多數手機使用者需要面對的共同問題。智能手機包含了許多能產生熱量的部件，以及因為受熱導致性能與使用方法不良而造成部件損壞。其中，處理器是產生熱量的主要部件，其他能夠產生大量熱量的部件還有鋰離子電池、圖像傳感器、光源等。手機發熱的原因大多是手機通話時間過長、下載文件、運行游戲軟件或者充電時產生大量熱量等。而手機發熱則會導致手機信號不穩定、運行卡頓、電路老化加快、電池續航減弱、使用壽命縮短等問題發生，造成使用者安全性和舒適性的降低，以及維修費用上的經濟損失[1]。

近年來，隨著智能科技的穩定發展，智能制造已經成為諸多產品研發的重點，推進智能制造技術可以有效地提高產品的工作效率，以及降低其運行成本，因此在手機散熱器方面，可以尋找一些升級的突破口，比如運用特定的裝置來實現智能控溫[2]。在智能手機進入5G 時代后，手機的使用頻率增多，其配件必將承受更大的使用壓力，因此我們應當盡力排除外界因素的影響，以延長手機的使用壽命[3-4]。

目前國內大部分的手機散熱器都無法有效解決以上困難，且同時存在噪音大、體積大且散熱效率低的問題，導致大多數散熱器使用者不再購買手機散熱器，使得手機散熱器市場越來越局限。

2 研究意義

研究的意義在于加快手機散熱效率，減少手機散熱器體積來保證產品的實用性與便攜性，并結合相關的技術和知識，達到高溫感應、及時降溫的目的，給產品使用者帶來良好的手機使用環境。

3 手機智能散熱器設計思路

手機智能散熱器設計的思路是在散熱器中加入無線溫度傳感裝置，感知手機溫度，并實時向手機傳送溫度數據，讓使用者通過配套APP 實時監測到手機的溫度，自行選擇是否開啟散熱器的降溫模式。同時，將它的散熱模式分為先后兩個步驟：當散熱器感應到手機溫度上升到一定程度時，散熱器先自動開啟冷夾散熱系統進行手機的高溫冷卻處理，在溫度降低到設定的正常值后再啟動離心風扇持續恒定的降溫。這樣分層式的設計既節省了散熱器的電量，也減輕了散熱器自身電路在長時間運行下的負荷，以保證手機智能散熱器的長期使用。

結合現在已經成熟的溫度傳感技術和冷夾系統為手機散熱器打造一種“多維立體制冷系統”，如圖1所示。

3.1 加入溫度傳感器

溫度傳感器這項技術已經成型多年，其中包含分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器，但是這類溫度傳感器的應用領域具有較大的局限性，特別是對于近年來出現的諸多高科技產品，這些溫度傳感器的應用與理想中的效果具有一定的差距[5]。因此，可以運用針對性更強、更加先進、便捷的新型溫度傳感器――無線溫度傳感器。

無線溫度傳感器屬于接觸式溫度傳感器，它的優勢在于體積小巧，安裝過程簡便，且出現問題后便于返廠維修。除此之外，無線溫度傳感器的傳輸距離也不受距離限制，可以向終端實時傳送手機的溫度數據，在短距離的數據傳輸下更不易受外界環境干擾，便于監測而且安全可靠[6]。

3.2 利用冷夾制冷系統制冷

冷夾制冷系統是將冰瓷制冷和冷卻鰭片相結合的方式，對手機機體發熱的部分進行冷卻調控，屬于物理降溫的范疇，不僅不會抑制手機內部軟件運行和CPU、GPU 等功能，反而會使其發揮出超常的運行功能。

冷夾制冷器降溫很快，在實驗室環境下，幾分鐘之內冷夾系統通過半導體技術可以將50℃左右的高溫手機降至20℃左右，能使手機溫度足足下降接近30℃。在溫度的調控下又能保證手機不過于冰冷，適合長時間使用手機的用戶，比如玩大型游戲、直播等等。

3.3 使用離心風扇散熱

離心風扇扇葉的片數不同，風的穩定程度也會不同，隨著葉數的增多，在轉數相同的情況下，風的波動就會越密集，同時風量變大，噪音變小，危險性降低，但風速不變。因此，多葉離心風扇多應用于轉速比較低的電機，且需要低噪音的應用場所。因此，選用七葉離心風扇，可以在保證風力穩定且低噪環境下，讓手機溫度維持在一個相對穩定的數值，以節省散熱器自身的電量。

4 手機智能散熱器設計實踐

根據上述的設計思路以及針對手機散熱器市場、使用人群和所需技術的嚴謹調研，對手機智能散熱器設計了以下A、B 兩個不同造型、不同配色的方案：

4.1 設計方案A

方案A 中的這款手機智能散熱器頂部為離心風扇的出風口，其內部包含一個七葉的離心風扇，能大幅度地降低散熱時產生的噪音。散熱器的底部可以吸附在手機機體的背面部分，方便使用者操作。除此之外，這款散熱器的底部還帶有無線溫度傳感器，能準確且快速地感知手機溫度，并且快速同步到手機APP 上，可以智能調控這款產品的啟動及關閉，達到節能的目的，同時小巧便攜，符合人機工程學原理。

4.2 設計方案B

方案B 中的這款手機智能散熱器，下方是制冷用的冷瓷片，上方為散熱風扇，在方體的上表面有一個嵌合方體為觸摸開關，與散熱風扇連接的換氣管作為散熱口，預防機器持續運行，出現過熱情況。手機散熱器的兩側有手機夾，可以使散熱器固定在手機背面。除此之外，手機夾外側為圓角面，可防止使用者被劃傷，造型上由簡單的幾何形體組合而成，幾何形的缺口讓每一個冷瓷片恰到好處地嵌入其中，通過計算機科學計算得出的格狀結構不但疏密有致，而且頗具美感。

4.3 設計總結

方案A、B 兩種不同造型的散熱器的配色是針對不同年齡段的手機使用人群來進行搭配設計的，比如方案A 中富有金屬感的黑色相對低調內斂，適用于比較成熟穩重的成年人。相對而言，方案A、B 采用的絢麗的紫色都給這款手機散熱器帶來了非同尋常的光感和造型感，視覺效果突出，達到吸引年輕人關注的目的。其他配色則根據不同的人群進行特殊的顏色定制，比如深藍色、墨綠色等。

以上兩個設計方案通過對冷夾系統和溫度傳感技術進行充分的技術調研、對手機使用人群進行合理的設計定位，以及對已經掌握的工業設計專業知識進行合理的運用，將其與先進科技和手機使用的需求相結合，發揮創意與巧思，運用計算機軟件和團隊的智慧設計了這兩款手機智能散熱器，其中還運用了RHINO 和KEYSHOT 進行3D 模型的建模及渲染，得到了完成度較高的設計效果圖和產品模型。

5 結語

按照目前國內手機散熱器市場的發展趨勢來看，手機使用者對散熱器的需求逐漸提高，與此同時，對于散熱器的實用性的硬性要求也越來越高。因此，市面上涌現了各種各樣的手機散熱器，譬如利用黑科技產生的水冷散熱器，類似于小型空調的手機制冷器等。但是這些產品都存在一個普遍問題，就是不便攜帶以及散熱時間較長，只適用于某些特定地點，比如家、辦公室等室內場所。而結合了無線溫度傳感技術和冷夾制冷系統的手機智能散熱器設計不僅提升了散熱效率，且方便攜帶，噪音微弱，能適用于不同時間以及多種場合，非常實用。特別是如今我國5G 手機開始發行，各類日常所用的APP 數量增多，智能手機的硬件負擔逐漸變大，在手機產生的熱量也越來越多的情況下，更需要一款更強大的手機智能散熱器來減少這些損耗，以延長手機壽命。因此，手機智能散熱器設計研究具有重要意義。