CN101124862A - 用于电子装置的通风式机壳 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于电子装置的通风式机壳。通风式机壳包括外壳(102)，所述外壳(102)具有进气口(106)和排气口(108)。通风式机壳还包括高速风扇(110)，所述高速风扇(110)用于使空气从进气口(106)移动到排气口(108)，以便耗散在使用时由位于外壳(101)内的电子元件(104)所产生的热量。风扇(110)具有叶片(112)，电动机(114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116)，其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于风扇(110)的旋转频率。

Description

用于电子装置的通风式机壳
发明领域
本发明涉及用于电子装置的通风式机壳，尤其是，尽管不是唯一地，涉及用于具有高速和高压风扇的电子装置的机壳。
发明背景
电子装置的性能日益增加通常是要求装置密度增加。将大量的单独电气元件进行集成以便形成集成元件，并将许多这样集成的元件放置在较小的机壳如计算机服务器、便携式计算机或其它电子装置的机壳中。
例如，每个用于服务器单元的机壳都可以是狭窄的叶片，并把大量的这些叶片十分接近地设置在专用的机架中。这些叶片的新一代具有厚度仅为1U，它相当于1.75英寸或是4.445cm。例如，标准的高187cm的机架适合于贮存42个这些服务器叶片，它们在彼此的顶部上。可供选择地，服务器叶片可以是具有宽度为等于或小于1U的垂直叶片。
如果电子元件在每个机壳中的封装密度可以增加，则这种狭窄的叶片服务器就增加可以放置在机架中的服务器元件数。为了保证限定在这种小空间中的紧密压缩的电子元件能令人满意的工作，必须耗散由电子元件所发出的热量。
通常用风扇来耗散电子服务器单元的电子元件所发出的热量。常规电子服务器单元的风扇经常具有标称运转速度仅为约3600rpm。然而，如果封装密封及因此每个体积所产生的热量进一步增加，则需要较高的质量流以保证电子元件不过热。另外，由于增加了封装密度，所以流阻也增加，并且需要提供较高的压力以便实施较高的质量流，并因此避免过热。因此，需要有一种先进的技术解决方案。
发明提要
简而言之，本发明提供用于电子装置的通风式机壳。通风式机壳包括外壳，所述外壳具有进气口和出气口。通风式机壳还包括高速风扇，所述高速风扇用于使空气从进气口移动到出气口，以便耗散在使用时由位于外壳内的电子元件所产生的热量。高速风扇具有叶片、电动机和在叶片附近的导风部分。导风部分有第一模式共振频率，所述共振频率大于风扇的旋转频率。
本发明从下面通风式机壳的一些实施例的说明将能更充分理解。说明是参照附图提供。
附图简介
图1A是用于按照本发明实施例所述电子装置的通风式机壳的透视图；
图1B是图1A所示的通风式机壳的剖视图；
图2是按照本发明的实施例所述风扇的透视图；
图3是按照本发明的另一实施例所述的风扇的透视图；
图4是按照本发明的又一实施例所述的风扇的透视图；
图5是带有用于按照本发明的又一实施例所述电子装置的通风式机壳的机架的后视图。
实施例详细说明
起初参见图1A和1B，现在说明按照实施例所述用于电子器件的通风式机壳。图1A示出用于电子装置的通风式机壳100的透视图，而图1B示出通风式机壳100的剖视图。在这个实施例中，通风式机壳100装备有电子元件104。通风式机壳100与电子元件104一起形成电子装置。通风式机壳100包括外壳102，若干电子元件104设置在所述外壳102中。外壳102具有进气口106和排气口108。
例如，通风式壳100可以是用于服务器叶片的机壳，上述服务器叶片可以与大量其它叶片一起设置在机架中。在一特定实施例中，机壳100具有高度为1U，这相当于1.75英寸或4.445cm。机壳100通常包括大量电子元件104，如服务器电子元件。这种1U服务器叶片具有优点是它只使用最小空间。然而，如果各电子元件紧密压缩，则每个体积所产生的热量可能相当大。在这种情况下，由常规通风式机壳中常规风扇所提供的冷却可能不足。另外，如果把电子元件密集压缩在外壳102限定的内部空间中，则常规风扇的风压可能不足。
在这个实施例中，通风式机壳100包括高速轴流式风扇110，所述轴流式风扇110有若干叶片112，所述叶片112设置在轴113上。风扇110具有电动机114和导气部分，所述导气部分包括一连接到支承件115上的通风罩116，上述支承件115支承轴113。在这个实施例中，风扇110有一运转速度为约36000rpm(转/分)。一般可适用的高速风扇具有一大于3600rpm的标称运行速度如大于10000rpm，20000rpm或30000rpm。由于高速度，所以风扇110提供高质量流的冷却空气。在这个实施例的变体方案中，机壳100可以包括两个或多个风扇110，所述两个或多个风扇110会提供甚至更多的冷却空气。另外，在这个实施例中，风扇110具有比较深的叶片112(风扇110具有深度是大于风扇110的宽度)。因此，由于叶片112的深度，所以为给密集压缩的机壳通风提供高的压力。风扇110具有一导气部分，在这个实施例中，上述导气部分以通风罩116的形式提供。
在使用时风扇110将通风空气从通风进气106运送穿过通风式机壳100的内部空间和穿过通风排气108。然而，在运行时，“涡轮式”风扇110发出比较响亮和扰动的噪声。例如，如果风扇110在36000rpm(相当于每秒钟600转)的速度下运转，则产生频率约为600赫兹的机械振动，这样会产生噪声。
现有电子装置的风扇也常常引起振动，但因为它们是在相当低的通常约为3600rpm的速度下运转，所以振动的频率低得多(60赫兹)，好像是振动与周围零件的联接较少，且产生的噪声扰动较少。然而，由通风式壳100的风扇110所产生的有约600赫兹频率的噪声是在人耳有较高灵敏度的频率范围内。另外，通风式机壳100的机械元件可以有接近该频率的共振频率，并且它们的共振造成噪声的放大作用。
为了减少振动(和振动的传送)并因而减少噪声，将通风罩116和支承件115如此设计，以使通风罩116连接到支承件115上的第一种模式共振频率高于风扇110的旋转频率。例如，风扇110的旋转频率可以是600rps。在这种情况下，将通风罩116如此设计，以使第一模式共振频率大于600赫兹。另外，在这个实施例中，通风罩116如此设计，以使通风罩116的第二和第三模式共振频率不与风扇的旋转频率的倍数一致。因此，通风罩116连接到支承件115上的设计避免了各叶片112和通风罩116之间的共振耦合。因此，减少了通风罩116的振动，并因而减少了振动从通风罩传送到别的元件。
因此，通风式外壳100具有相当大的优点是可以为密集封装的电子元件104提供充分的冷却，而同时大大减少噪声。应该理解在这个实施例的变体方案中，通风罩116还可以如此设计，以便风扇110的旋转频率大于通风罩116的共振频率。
通风罩116连接到支承件115上的共振频率取决于质量和刚度的比值。刚度与弹性模量成正比。通过选择一种其密度比铝低和/或有弹簧模量比铝高的通风罩用材料，所述通风罩116的共振频率与铝制通风罩相比可以增加。可供选择地，通风罩116的共振频率可以通过提供加劲的部件如肋条或波纹来增加，上述肋条或波纹增加通风罩116的刚度。
由于当机壳100倾斜时轴113的偏转，所以轴113在支承件115中的高速旋转可能产生陀螺进动和风扇叶片112与风扇罩116叶片的相互作用。此外，陀螺力矩可以产生一种称之为“涡旋方式”的现象，所述“涡旋方式”现象是由陀螺力矩所感生的偏转所产生的现象，偏转可能产生摆动，所述摆动在支承结构115处发生，摆动可以产生噪声和/或破坏作用。旋转运动也可以由于偏心度而感生。在这个实施例中，支承件115提供足够的刚度，并如此相对于轴113定位，以使偏转减至最小。在这个实施例中，支承件115包括与通风罩116相同类型的材料。
图2示出按照实施例所述的高速风扇200。风扇200可以代替图1所示的风扇100。风扇200包括在轴203上的叶片202，所述轴203由支承件204和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩205。在这个实施例中，风扇200是运转速度为36000rpm的高速风扇，而风扇罩204包括铸镁合金，所述铸镁合金密度比铝低-约为1800Kg/m3，相比之下铝合金密度约为2700Kg/m3。可供选择地，风扇罩205可以例如包括搅熔成型的镁(thixomolded Mg)、具有低密度和高弹性模量的石墨环氧树脂复合物、或者具有孔隙度的铸镁(cast magnesium)、金属注射成型的塑料或者任何合适的陶瓷材料，其中包括Al2O3或AlN或者金属基体复合材料如碳化硅或碳化铝硅，上述铸镁如此选定，以便得到合适的刚度质量比。
图3示出按照另一个实施例所述的高速风扇300。风扇300也可以代替图1所示的风扇100。风扇300包括在轴303上的叶片302，上述轴302由支承件304和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩305。在这个实施例中，风扇300是运行速度为36000rpm的高速风扇，而风扇罩305包括加劲构造，在这个实施例中，上述加劲构造取肋条306的形式。因此，风扇罩305包括结构部件即肋条306，所述肋条306增加风扇罩305的刚度。在这个实施例中，通风罩可以包括：任何合适的材料，其中包括Al、镁、石墨环氧树脂、具有孔隙度的铸镁，上述合适的材料如此选定，以便得到合适的刚度质量比；金属注射成型的塑料或者任何合适的陶瓷材料，其中包括Al2O3和AlN；或者金属基底复合材料如碳化硅或碳化铝硅。肋条306可以与通风罩305的其余元件整体形成。可供选择地，各肋条306可以加到通风罩305的基底表面上。例如，各肋条306也可以通过以这种方式从基底表面弯曲U形部分形成，以便在每个肋条306附近形成槽或“珠”。
应该理解，各肋条306可以采取任何合适的形式，并可以不一定沿着通风罩305的整个长度延伸。另外，各肋条306可以不一定是纵向肋条，而可以是至少一部分在横向方向上定向。风扇300可以包括任何数量的肋条，这些肋条可以用规则或不规则的方式放置在通风罩305的内部或外部。
图4示出按照另一个实施例所述的高速风扇400。风扇400可以代替图1所示的风扇110。风扇400包括在轴403上的叶片402，上述轴403由支承件404和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩405。另外，风扇400具是运转速度为36000rpm的高速风扇。在这个实施例中，风扇罩405包括波纹状表面406，所述波纹状表面406增加风扇罩405的刚度。在这个实施例中，波纹状表面是施加到基底表面408上。通风罩405可以包括：任何合适的材料，其中包括Al、镁、石墨环氧树脂、具有孔隙度的铸镁，上述合适的材料如此选定，以便得到合适的刚度质量比；金属注射成型的塑料；或者任何合适的陶瓷材料，其中包括Al2O3和AlN；或者金属基体复合物如碳化硅或碳化铝硅。
可供选择地，基底表面408和波纹状表面406也可以整体式形成。波纹状表面406和基底表面408也可以是蜂窝状结构的一部分。还应该理解，在这个实施例的变体方案中，只有一部分通风罩405可以具有波纹状表面。另外，通风罩可以不包括基底表面，而波纹状表面405可以包括内和外波纹状表面，它们提供通风罩的内和外表面。波纹可以取任何合适的形式，所述形式可以是规则的或是不规则的，并且波纹也可以有圆形边缘。
图5是机架500的后视图，所述机架500包括多个服务器叶片502。每个服务器叶片502都包括通风式机壳504，所述通风式机壳504在这个实施例中包括两个风扇506，每个风扇506都与图1-4所示的风扇110、200、300或400相同。在这个实施例中，设置大量服务器叶片502紧密压缩在机架500中。
尽管参照特定的实施例说明了本发明，但该技术的技术人员应该理解，本发明可以用许多其它形式实施。例如，应该理解，风速不一定是上述类型的高速和高压风扇。例如，如果电子元件不太紧密压缩，则利用在低速下运转并提供较小压力的风扇就足够了。另外可以将一个以上的风扇堆叠在彼此的后面。此外，通风式机壳可以不一定是安装成位于像机架400那的机架中的机壳。例如，在可供选择的实施例中，通风式机壳可以是便携式计算机的机壳，或者可以是任何其它尺寸和形状的机壳。此外，应该理解，导气部分可以采取任何合适的形式，并且如果导气部分包括通风罩，则通风罩可以不一定连接到支承风扇轴或任何其它风扇元件的支承件上。

Claims (10)

1.一种用于电子装置的通风式机壳，所述通风式机壳包括：
外壳(102)，所述外壳(102)具有进气口(106)和排气口(108)；
高速风扇(110)，所述高速风扇(110)用于使空气从进气口(106)移动到排气口(108)，以便耗散在使用时由位于外壳(102)内的电子元件(104)所产生的热量，风扇(110)具有叶片(112)、电动机(114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116)；和
其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于风扇(110)的旋转频率。
2.如权利要求1所述的通风式机壳，其中：
导气部分(116)具有第二模式共振频率和第三模式共振频率，及其中风扇(110)的旋转频率的倍数不与导风部分(116)的第二或第三模式共振频率一致。
3.如权利要求1所述的通风式机壳，其中：
导气部分(116)至少一部分包括一种具有弹性模量为E和密度为D的材料，及其中上述材料的E/D比值大于铝的相应比值。
4.如权利要求1所述的通风式机壳，其中：
导气部分(116)是通风罩。
5.如权利要求3所述的通风式机壳，其中：
密度D小于铝的密度。
6.如权利要求3所述的通风式机壳，其中：弹性模量E大于铝的弹性模量。
7.如权利要求1所述的通风式机壳，其中材料是金属、金属注射成型塑料和陶瓷材料的其中之一。
8.如权利要求1所述的通风式机壳，其中材料是cast Mg、搅熔成型的镁、AlN、Al2O3、铸镁、碳化硅和碳化铝硅的其中之一。
9.一种用于电子装置的叶片壳，所述叶片壳包括：
外壳(102)，所述外壳(102)具有进气口(106)和排气口(108)；
高速风扇(110)，所述高速风扇(110)用于使空气从进气口(106)移动到排气口(108)，以便耗散在使用时由位于外壳(102)内的电子元件(104)所产生的热量，风扇(110)具有叶片(112)、电动机(114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116)；和
其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于风扇(110)的旋转频率。
10.如权利要求9所述的叶片壳，其中，
外壳(102)具有基本上是矩形棱柱的形状，并成形为用于布置在1U机架系统中。
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