專利名稱：冷卻風(fēng)扇以及冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于計算機系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，更具體地涉及用于降低噪聲并改善冷卻系統(tǒng)的容積輸出的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雖然近來在微處理器速度上的提升已經(jīng)顯著提升了計算機的處理能力，但這種速度上的提升也導(dǎo)致計算機系統(tǒng)內(nèi)的處理器和/或其它器件產(chǎn)生過量的熱。高溫對這些器件中的許多器件，包括處理器有不利影響，因此，需要將過量的熱消散掉。通常，將熱沉熱連接到包含處理器或其它芯片的集成電路封裝上，并使用冷卻風(fēng)扇來強迫空氣流過所述熱沉。
計算機系統(tǒng)的用戶日益關(guān)注的領(lǐng)域是聲學(xué)或噪聲。許多用戶在評價系統(tǒng)的質(zhì)量時很注重系統(tǒng)的聲學(xué)特性。目前，產(chǎn)生系統(tǒng)噪聲的主要操作元件是計算機系統(tǒng)的各種電-機械冷卻風(fēng)扇，例如系統(tǒng)風(fēng)扇、微電子器件風(fēng)扇以及電源風(fēng)扇。
與目前的風(fēng)扇有關(guān)的問題涉及在改善通過冷卻風(fēng)扇的容積輸出(即，增強冷卻)與降低風(fēng)扇的聲學(xué)輸出之間取得平衡。盡管目前存在一些方案來增加通過冷卻風(fēng)扇的輸出，但這些方案對風(fēng)扇的聲學(xué)特性有負面影響。例如，提高冷卻風(fēng)扇的速度(即，轉(zhuǎn)速)增加了聲學(xué)輸出。另一個例子是將整流裝置添加到冷卻風(fēng)扇的排出端，其將氣流“漩渦”能量轉(zhuǎn)變成壓降勢能，但這種整流裝置也增加了聲學(xué)輸出。
圖1和圖2分別顯示了流體流F離開常規(guī)冷卻風(fēng)扇210的假定流動(圖1)和實際流動(圖2)。盡管通常假定流體F以垂直于風(fēng)扇210的框架220或平行于風(fēng)扇210的旋轉(zhuǎn)軸線RA的矢量離開風(fēng)扇210，但這種假定是不正確的。如風(fēng)扇和/或空氣動力學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，流體F離開風(fēng)扇210的實際特性明顯與圖1所示的特性不同。
如圖2所示，流體F離開風(fēng)扇210的實際矢量與風(fēng)扇210的旋轉(zhuǎn)軸線RA成一定角度。該角度可以是45°或者甚至更大。流體F離開風(fēng)扇210的傾斜矢量由徑向離開輪轂212并且沿著風(fēng)扇葉片的表面的流體產(chǎn)生。流體離開風(fēng)扇210的精確角度取決于幾個已知因素，如葉片的螺距角和形狀。
圖3示出了常規(guī)的冷卻風(fēng)扇110和罩120以及風(fēng)扇噪聲如何產(chǎn)生。常規(guī)風(fēng)扇110包括葉片114，每個葉片具有大體平行于風(fēng)扇110的旋轉(zhuǎn)軸線RA的外周邊118。罩120部分地包圍葉片，大體等寬的間隙將風(fēng)扇葉片的周邊118與罩120隔開。由于流體F相對于旋轉(zhuǎn)軸線RA成一定角度地離開外周邊118，流體F沖擊罩120，罩120又將流體F反射回到風(fēng)扇110。
流體F中產(chǎn)生的湍流或漩渦造成罩120振動，從而產(chǎn)生發(fā)自風(fēng)扇/罩組件的噪聲。流體F內(nèi)的湍流還起到阻礙流體F通過風(fēng)扇110的作用，這會降低風(fēng)扇110的流體F的最大容積輸出。流體F對罩120的沖擊也增加了流體F通過風(fēng)扇110的阻力。因此，有必要提高通過冷卻風(fēng)扇的流體的容積輸出，同時降低風(fēng)扇的噪聲輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例解決了冷卻系統(tǒng)的上述缺陷，并提供了一種新穎的、非顯而易見的方法、系統(tǒng)和裝置，用于提高通過冷卻系統(tǒng)的冷卻風(fēng)扇的流體的容積輸出同時降低冷卻系統(tǒng)的噪聲輸出。在這點上，所述冷卻系統(tǒng)包括具有出口和入口的冷卻風(fēng)扇以及包圍冷卻風(fēng)扇的至少一部分的罩。冷卻風(fēng)扇包括多個風(fēng)扇葉片，每個風(fēng)扇葉片包括形成風(fēng)扇葉片外周邊的入口部分和出口部分。出口部分具有由垂直于風(fēng)扇的中心軸線的、在向著出口方向上增大的徑向距離限定的輪廓。出口部分的輪廓或者包圍出口部分的罩的一部分的輪廓相對于風(fēng)扇的中心軸線的平均角度在流體流相對于中心軸線離開風(fēng)扇葉片的外周邊的平均角度的大約±15°之間或者在大約20°到70°之間。
出口部分的至少一部分是大體線性的。另外，入口部分和出口部分之間的相交點在入口部分的向著入口方向上的最遠點與出口部分的向著出口方向上的最遠點之間的距離的大約25％到75％之間。入口部分的輪廓相對于中心軸線的平均角度與出口部分的輪廓相對于中心軸線的平均角度不同。此外，包圍出口部分的罩的所述部分大體平行于出口部分。
本發(fā)明其它特征部分地在下面的描述中闡述，部分地從下面的描述中顯而易見，或者可以通過實踐本發(fā)明而了解到。本發(fā)明的特征通過附屬權(quán)利要求中指出的元件以及特別是其組合實現(xiàn)和獲得。應(yīng)理解，前面的總體描述以及后面的詳細描述都僅是示例性和解釋性的，并不是對所要求保護的本發(fā)明的限制。
包括在本說明書內(nèi)并構(gòu)成其一部分的附圖顯示了本發(fā)明的實施例，并與文字描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。這里所示的實施例僅僅是目前所優(yōu)選的，但是應(yīng)理解，本發(fā)明并僅不限于所示出的裝置和手段。附圖中圖1是流體離開風(fēng)扇的假定流動的透視圖；圖2是流體離開風(fēng)扇的實際流動的透視圖；圖3是常規(guī)冷卻風(fēng)扇的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的布置而構(gòu)造的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的側(cè)視圖；和圖5是圖4所示的冷卻風(fēng)扇的放大側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明公開的用于計算機系統(tǒng)的器件的冷卻裝置。該冷卻裝置包括風(fēng)扇10，風(fēng)扇10將諸如空氣的流體流引導(dǎo)到與計算機處理器30熱連接的熱交換器26。罩20至少部分地包圍風(fēng)扇10和熱交換器26，以幫助將來自風(fēng)扇10的流體流引導(dǎo)到熱交換器26。盡管并不限于這種方式，計算機處理器30可以容納在連接到電路板的插槽32內(nèi)。
能用于冷卻計算機處理器30的許多種不同類型的熱交換器26對于計算機行業(yè)的技術(shù)人員來說是公知的，本發(fā)明的熱交換器26并不限于能有此功能的特定類型。如圖所示，其中一種熱交換器26包括熱沉28，該熱沉使用例如熱粘料與處理器30熱連接。翅片29從熱沉28伸出，來自風(fēng)扇10的流體流被引導(dǎo)到翅片29的表面上，以冷卻翅片29，從而通過公知的機理也冷卻處理器30。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明公開的風(fēng)扇10和罩20的放大圖。風(fēng)扇包括風(fēng)扇葉片14連接到其上的輪轂12。輪轂12連接到由例如電動馬達旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(未示出)上?？蛇x地，葉片14可以直接連接到也起到風(fēng)扇10的輪轂12的作用的轉(zhuǎn)子上。每個葉片14的外周邊包括入口部分22和至少一個出口部分24。入口部分22的輪廓相對于風(fēng)扇10的旋轉(zhuǎn)軸線RA的平均角度可以與出口部分24的輪廓相對于風(fēng)扇10的旋轉(zhuǎn)軸線RA的平均角度不同。
出口部分24由在向著風(fēng)扇10的出口方向上垂直于風(fēng)扇10的旋轉(zhuǎn)軸線RA的、增大的徑向距離限定，出口部分24的一端可以由風(fēng)扇10的出口限定。限定出口部分24的徑向距離的增大率沒有限制。例如，徑向距離上的變化率可以在風(fēng)扇10的出口方向上增大，從而導(dǎo)致出口部分24具有曲線輪廓(未示出)?？蛇x地，如圖所示，徑向距離上的變化率也可以在風(fēng)扇10的出口方向上是恒定的，從而導(dǎo)致出口部分24具有直線輪廓，該直線輪廓相對于平行于旋轉(zhuǎn)軸線RA的直線具有定角θOP。
在風(fēng)扇10的某些方面中，出口部分24的定角θOP在大約20°到70°之間。在目前描述的風(fēng)扇10中，該定角θOP在大約35°到55°之間。在風(fēng)扇10的另一些方面中，出口部分24的定角θOP被選擇成大體與流體F離開風(fēng)扇葉片14的外周邊的平均角度θF相同，例如在大約其±15°內(nèi)，在某些情況下在大約其±5°內(nèi)。
如果葉片14包括多個出口部分24(未示出)，出口部分24的輪廓類型可以彼此不同。例如，一個可以是曲線輪廓，另一個可以是大體線性或直線輪廓。作為另一個例子，如果出口部分24是直線的，出口部分24相對于平行于旋轉(zhuǎn)軸線RA的直線可以具有不同的定角θOP。
每個葉片14的入口部分22接收流體來流F。入口部分22的外輪廓不限于特定類型的輪廓。但是，為了使風(fēng)扇10的入口面積最大化，入口部分22的輪廓可以大體平行于風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸線RA，或者在風(fēng)扇10的入口方向上具有垂直于風(fēng)扇10的旋轉(zhuǎn)軸線RA的增大的徑向距離。
每個葉片14的入口部分22和出口部分24的相交點不限于特定位置。但是，在風(fēng)扇10的某些方面中，相交點在入口部分22的向著入口方向上的最遠點與出口部分的向著出口方向上的最遠點之間的距離的大約25％到75％之間。在另一些風(fēng)扇10中，該相交點在所述距離的大約40％到60％之間。
在包圍風(fēng)扇10的區(qū)域中，罩20可以被構(gòu)造成大體平行于風(fēng)扇葉片14的入口部分22和出口部分24的輪廓。這樣，在風(fēng)扇葉片14的入口部分22和出口部分24與罩20之間維持大體恒定的距離。此外，或可選地，在包圍出口部分的區(qū)域中，罩20的角度可以被構(gòu)造成大體與流體F離開風(fēng)扇葉片14的側(cè)部的平均角度θF相同，例如在大約其±15°內(nèi)，在某些情況下在大約其±5°內(nèi)。
通過具有其輪廓與流體流F離開風(fēng)扇10的出口的方向大體平行的罩20和/或風(fēng)扇葉片14的出口部分24，可以降低流體F與罩20之間的干擾。這種干擾的減少降低了摩擦，從而提高風(fēng)扇10的容積輸出。另外，流體F與罩20之間的干擾的減少降低了由于流體F沖擊在罩20上導(dǎo)致罩20的振動以及噪聲。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻計算機系統(tǒng)中的裝置的冷卻風(fēng)扇，包括入口；出口；以及多個風(fēng)扇葉片，所述多個風(fēng)扇葉片的每個風(fēng)扇葉片具有形成所述風(fēng)扇葉片的外周邊的入口部分和出口部分，其中所述出口部分具有由在向著所述出口的方向上垂直于所述風(fēng)扇的中心軸線的、增大的徑向距離限定形成的輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于，所述出口部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在流體流相對于所述中心軸線離開所述風(fēng)扇葉片的所述外周邊的平均角度的大約±15°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于，所述出口部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在大約20°到70°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于，所述出口部分的至少一部分是大體線性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于，所述入口部分與所述出口部分之間的相交點在所述入口部分的向著所述入口的方向上的最遠點與所述出口部分的向著所述出口的方向上的最遠點之間的距離的大約25％到75％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于，所述入口部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度與所述出口部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度不同。
7.一種用于冷卻計算機系統(tǒng)中的裝置的冷卻系統(tǒng)，包括冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇包括入口；出口；以及多個風(fēng)扇葉片，所述多個風(fēng)扇葉片的每個風(fēng)扇葉片具有形成所述風(fēng)扇葉片的外周邊的入口部分和出口部分；和罩，所述罩包圍所述冷卻風(fēng)扇的至少一部分，其中所述出口部分具有由在向著所述出口的方向上垂直于所述風(fēng)扇的中心軸線的增大的徑向距離限定形成的輪廓；并且所述出口部分的所述輪廓相對于中心軸線的平均角度在大約20°到70°之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述罩的包圍所述出口部分的一部分大體平行于所述出口部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述出口部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在流體流相對于所述中心軸線離開所述風(fēng)扇葉片的所述外周邊的平均角度的大約±15°之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述出口部分的至少一部分是大體線性的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述入口部分與所述出口部分之間的相交點在所述入口部分的向著所述入口的方向上的最遠點與所述出口部分的向著所述出口的方向上的最遠點之間的距離的大約25％到75％之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述入口部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度與所述出口部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度不同。
13.一種用于冷卻計算機系統(tǒng)中的裝置的冷卻系統(tǒng)，包括冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇包括入口；出口；以及多個風(fēng)扇葉片，所述多個風(fēng)扇葉片的每個風(fēng)扇葉片具有形成所述風(fēng)扇葉片的外周邊的入口部分和出口部分；和罩，所述罩包圍所述冷卻風(fēng)扇的至少一部分，其中所述出口部分具有由在向著所述出口的方向上垂直于所述風(fēng)扇的中心軸線的增大的徑向距離限定形成的輪廓；并且所述出口部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在流體流相對于所述中心軸線離開所述風(fēng)扇葉片的所述外周邊的平均角度的大約±15°之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述罩的包圍所述出口部分的一部分大體平行于所述出口部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述出口部分的至少一部分是大體線性的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述入口部分與所述出口部分之間的相交點在所述入口部分的向著所述入口的方向上的最遠點與所述出口部分的向著所述出口的方向上的最遠點之間的距離的大約25％到75％之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述入口部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度與所述出口部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度不同。
18.一種用于冷卻計算機系統(tǒng)中的裝置的冷卻系統(tǒng)，包括冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇包括入口；出口；以及多個風(fēng)扇葉片，所述多個風(fēng)扇葉片的每個風(fēng)扇葉片具有形成所述風(fēng)扇葉片的外周邊的入口部分和出口部分；和罩，所述罩包圍所述冷卻風(fēng)扇的至少一部分，其中包圍所述出口部分的所述罩的一部分的輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在流體流相對于所述中心軸線離開所述風(fēng)扇葉片的所述外周邊的平均角度的大約±15°之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述罩的包圍所述出口部分的所述部分的所述輪廓的至少一部分是大體線性的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述罩的包圍所述出口部分的所述部分的所述輪廓相對于所述中心軸線的平均角度在大約20°到70°之間。
全文摘要
冷卻系統(tǒng)包括帶有出口和入口的冷卻風(fēng)扇以及包圍所述冷卻風(fēng)扇的至少一部分的罩。冷卻風(fēng)扇包括多個風(fēng)扇葉片，每個風(fēng)扇葉片包括形成所述風(fēng)扇葉片的外周邊的入口部分和出口部分；所述出口部分具有由垂直于所述風(fēng)扇的中心軸線的、在向著所述出口的方向上增大的徑向距離限定的輪廓；所述出口部分的輪廓或者包圍所述出口部分的罩的一部分的輪廓相對于所述風(fēng)扇的中心軸線在流體流相對于中心軸線離開所述風(fēng)扇葉片的所述外周邊的平均角度的大約±15°之間或在大約20°到70°之間。
文檔編號F04D29/42GK1900528SQ20061010199
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者小J·G·福斯特, M·S·瓊, A·V·馬克利, J·A·馬特森 申請人:國際商業(yè)機器公司