CN101501605A - 冷却风扇模块 - Google Patents

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Abstract

一种冷却风扇模块，其包括模块外壳(30)和风扇组件(40)。风扇组件(40)包括耦接到设置于风扇外壳(42)内部的马达(44)的叶片组件(46)，风扇外壳(42)被设置于模块外壳(30)内。风扇外壳(42)具有入口(35)和被设置于模块外壳(30)内的出口(37)。风扇控制电路板(52)被设置于模块外壳(30)内、风扇外壳(42)外。风扇控制电路板(52)被耦接到马达(44)。电连接器(56)被耦接到风扇控制电路板(52)，并从模块外壳(30)向外突出。

Description

冷却风扇模块
背景技术
计算机系统包括各种吸取电流以便执行预期功能的电气元件。例如，计算机的微处理器或中央处理单元(CPU)需要电流来执行许多诸如控制计算机系统的总体操作、执行各种数值计算的功能。通常，有电流流过的电气设备会产生热。任何一台设备产生的热量通常是流过该设备的电流量的函数。
典型地，电气设备被设计成在预定的温度内正确操作。如果温度超过预定范围(即，设备太热或太冷)，设备可能不能正常工作，因而会潜在降低计算机系统的总体性能。因此，许多计算机系统都包括调节电气元件温度的冷却系统。一种类型的冷却系统是强制通风系统，其依靠一个或多于一个冷却风扇来使风吹过电气元件，以便对元件进行冷却。
每分钟可以有多少立方英尺(CFM)的空气流动通过电气设备是可以从设备中去除多少热量的一个重要因素。因此，冷却风扇的能力是选择用于冷却应用的空气流动器的关键因素。冷却风扇能够产生的CFM是受许多因素控制的，这些因素包括：产生气流的叶片的总面积，提供供气流通过风扇的自由面积，叶片的设计和由电动机产生的功率。
附图说明
为了详细描述本发明的示例性实施例，可参考附图，图中：
图1显示了包括根据本发明的实施例构造的冷却风扇模块的计算机系统；
图2显示了冷却风扇模块的一个实施例的部分分解视图；
图3显示了风扇组件的一个实施例的部分分解视图；
图4显示了风扇模块外壳的一个实施例的一部分；
图5显示了回流抑制器的一个实施例：
图6显示了风扇组件的一个实施例的部分分解视图；
图7显示了根据本发明的实施例构造的冷却风扇模块的一个实施例的等轴正视图；和
图8显示了图7的冷却风扇模块的等轴后视图。
术语说明
在下面的描述和权利要求中使用了某些术语来指代具体的系统元件。本领域技术人员会认识到不同计算机公司可以用不同的名称来指代一个元件。本文档并不旨在对名称不同但功能相同的元件进行区分。在下面的讨论以及权利要求中，术语“包括”和“包含”是以开放式方式使用的，因此应当被解读为表示“包括，但不局限于...”。同样，术语“耦接(couple)”旨在表示间接连接或直接连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，则这种连接可以通过直接连接实现，或者也可以经由其它设备或连接通过间接连接实现。
具体实施方式
下述讨论针对本发明的各个实施例。尽管这些实施例中有一个或几个是优选的，但所公开的实施例不应当被解释为或另外用来限制公开(包括权利要求在内)范围。此外，本领域技术人员应理解下述描述具有广泛应用，对任一实施例进行的讨论只表示该实施例的例子，并不旨在暗示公开(包括权利要求在内)范围被局限于该实施例。
现在参考图1，计算机组件10包括机箱12，母板14，散热器16，电子元件18和包含冷却风扇模块20的插座19。如图2所示，每个冷却风扇模块20包括包围风扇组件40的模块外壳30。再回到图1，冷却风扇模块20被设置成产生气流，气流通过入口26进入机箱12并与电子元件18进行热传递。散热器16可以被设置成直接在由风扇模块20所产生的气流中。散热器16被耦接到电子元件，使得由电子元件所产生的热通过增大的散热器表面积被耗散到气流中。
图2是冷却风扇模块20的部分分解视图。冷却风扇模块20包括模块外壳30，风扇组件40和电子组件50。模块外壳30包括上部外壳32，下部外壳34，手柄36和锁机构38。如图3中以部分分解形式所示的风扇组件40包括风扇外壳42，马达44，叶片组件46和端盖48。电子组件50包括马达控制电路板52，散热器54和连接器56。
冷却风扇模块20允许冷却风扇连同同一方位的风扇电子器件被带电“可热插拨”地拨出、插入。冷却风扇模块20还可以提供回流抑制，降低声辐射，振动和电磁发射。冷却风扇模块20能够用作单独的空气流动器，或者可以用在采用多个模块的系统中。
风扇组件40与模块外壳30组装在一起，使模块外壳的前部33基本与风扇组件40的入口35共面。风扇组件40的出口39凹入模块外壳30中，与模块外壳出口37偏离。模块外壳30还被配置成提供包围风扇组件40有一定体积的空间。风扇组件40和模块外壳30之间的体积为安装电子组件50、声隔离和/或衰减材料、电磁隔离器、减振器和控制通过模块的气流的设备提供了空间。
电子组件50被安装到下部外壳34。马达控制电路板52可以包括电路及元件，诸如整流电路，位置解码器，振荡器，电流驱动器和其它电路，及用来将电信号引导到马达44的绕组的元件。因为马达控制电路板52不受风扇外壳42的局限，所以可以使用较大的电路板。较大的电路板使得可以在电路板上使用较大的元件，这通常比较便宜。较大的电路板还使电路设计者有更多机会来构造高效电路。
散热器54被热耦合到马达控制电路板52，以便提高电路板上电气元件的冷却。散热器54可以至少部分设置在由风扇组件40所产生的气流中，以便进一步改善电路板52的冷却。在某些实施例中，马达控制电路板52可能不需要散热器54，因此冷却风扇模块20中可以不包括散热器。
连接器56提供机箱12内的马达控制电路板52、母板14和电气元件18之间的电连接。连接器56穿过模块外壳30向外凸出，以在风扇模块20被插入到机箱中时自动接合安装在机箱12上的相应插座。连接器56可以是电缆连接器，卡座连接器(见图7)，或者任何其它的电连接器。在某些实施例中，风扇模块20可以是可热插拨的，无需中断计算机系统的操作就能够在计算机组件10中被拆装。
如图3所示，风扇组件40通过紧固件60被耦接到下部外壳34。防振器62被设置在紧固件60和风扇外壳支脚64之间。防振器62可以由塑性材料制成，用来吸收由风扇组件40所产生的振动，降低传递到机箱20的振动。防振器62可以是橡胶，泡沫，弹性体，聚合物，金属弹簧，或任何其它振动吸收材料或机构。
风扇外壳42包括锥形或钟形入口66，以将气流引向叶片组件46。风扇外壳42具有的整体长度41可以是叶片组件46的直径49的至少两倍。叶片组件46包括径向叶片45和毂47，它们包括改善风扇组件40的空气动力学性能的特征件。例如，径向叶片45可以具有空气动力学上优化的形状，并被紧密地间隔开，以在叶片组件上产生足够的压差。叶片45的叶片外径49在叶片尖部和风扇外壳42内之间提供小的间隙。毂47具有锥形形状，有助于使空气平稳地流入叶片。
叶片组件46还包括设置于毂47上的导气罩68，使风扇操作期间空气直接流动到马达44上。当空气的流动经过马达44时，由绕组部分或马达产生的热被传递到空气中。热传递降低了绕组部分的温度，可以使马达44在更高的功率下操作。通过马达44的气流还有助于降低轴承的温度，轴承用来支撑安装有叶片组件46的旋转轴。降低轴承的温度还可以降低轴承中使用的润滑油的恶化，使得可以使用较低成本的轴承和润滑油。
端盖46被设置在马达44的下游端上，在气流运动通过马达44时提供平稳过渡。这种平稳过渡在气流从风扇外壳42向出口运动时使气流逐步膨胀。这种逐步膨胀降低了气流中的压力分布。端盖48还包括导线器70。将马达44耦接到控制电路板52的电线穿过导线器70，使得电线不会造成对通过风扇组件40的主要空气流动的破坏。
现在参考图4，它显示了上部外壳32的底侧。上部外壳32可以与声材料72完全或部分齐平，声材料72用来吸收、衰减或反射声能量以便降低来自风扇模块20的声发射。声材料72可以是声泡沫，声障板或者吸收或衰减声能量的任何其它材料。上部外壳32还可以包括同样有助于降低声发射的流量扩散器74，并且上部外壳32可以与声材料齐平。上部外壳32还可以包括电磁干扰(EMI)触点75，触点75向机箱12提供导电接触，并用来降低来自风扇模块20的电磁发射。
手柄36提供抓握表面，以用来从机箱12上拆卸风扇模块20、将风扇模块20安装到机箱12。在某些实施例中，锁机构38与机箱12上的相应插座接合，将风扇模块20保持在机箱内。上部外壳32还可以包括可视指示器76，诸如发光二极管，以便提供风扇模块20的操作状态的可视指示。
现在参考图5，回流抑制器80可以被安装在风扇模块20或机箱12上。在个别风扇模块不可操作或者从系统拆卸时，回流抑制器80操作以限制空气的流动。回流抑制器80包括框架82和百叶窗84。百叶窗84被偏置到关闭位置，但会自动打开以使气流从其中通过。因此，回流抑制器80具有第一位置和第二位置，当风扇模块20在操作中时第一位置能使空气通过，当风扇模块不操作时，第二位置会阻止空气通过。回流抑制器80可以包括其它选择的打开机构，诸如阀或其它流量控制设备，以便在风扇不操作时阻止回流。
图6图解说明的风扇组件90包括风扇外壳92，马达94和叶片组件96。风扇外壳92是多部件式(multi-piece)外壳，包括入口环98，叶片外壳100，马达外壳102和出口环104。应理解的是，多部件式外壳可以由可能需要的任意数量的元件或部件构成。可以使用分离的外壳部件以便于构造、组装，或者提供有利的热特性或空气动力学特性。风扇外壳92的部件可以通过紧固件106互连，也可以由其它方法，包括粘合，焊接，铜焊而被结合。风扇外壳92通过与支脚110接合的紧固件108耦接到下部外壳。防振器112被设置在风扇外壳支脚110和下部外壳之间。
当马达94和叶片组件96被安装到外壳92中时，马达94被支撑于马达外壳102内，叶片组件96被设置在叶片外壳100内。叶片外壳100和叶片组件96可以被构造成使叶片的外尖部和外壳的内表面之间的空隙最小化。最小化该尖部空隙距离使得可以使用可能的最大叶片直径，增强风扇性能。入口环98，叶片外壳100，马达外壳102和出口环104中的每个都可以由可能需要的金属或塑料材料制成。例如，叶片外壳100可以是机制金属元件以便严密控制内部直径，同时入口环98可以由模制塑料材料制成以使成本和重量最小化。
图7和图8显示了冷却风扇模块200，它包括设置在模块外壳204内的风扇组件202。风扇组件202包括将气流引向叶片组件208的锥形入口206，叶片组件208包括毂210和径向叶片212。毂210包括导气罩214，导气罩214引导空气通过电动机动力叶片212。卡座连接器216从模块外壳204延伸，当冷却风扇模块200被安装到机箱中时，卡座连接器216与安装在机箱(未显示)上的相应插座接合。
对准槽218与机箱相接，以确保冷却风扇模块200适当接合机箱。拆卸手柄220被组合到模块外壳204上的出口架222。拆卸手柄220被耦接到释放机构，通过绕出口架222旋转手柄来使风扇模块200从机箱释放、拆卸。
上述讨论意在说明本发明的原理和各个实施例。在完全理解上述公开后各种改变和改进对本领域技术人员是显然的。所附权利要求旨在被解释为包括所有这种改变和改进。

Claims (10)

1.一种冷却风扇模块，包括：
模块外壳(30)；
风扇组件(40)，其包括耦接到设置于风扇外壳(42)内部的马达(44)的叶片组件(46)，风扇外壳(42)被设置于所述模块外壳内，其中所述风扇外壳具有入口(35)和被设置于所述模块外壳内的出口(37)；
风扇控制电路板(52)，其被设置于所述模块外壳内、所述风扇外壳外；其中所述风扇控制电路板被耦接到所述马达；和
电连接器(56)，其被耦接到所述风扇控制电路板，并从所述模块外壳向外突出。
2.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，所述风扇控制电路板(52)被设置于由所述风扇组件(40)产生的气流中。
3.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，进一步包括耦接于所述风扇组件(40)和所述模块外壳(30)之间的防振器(62)。
4.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，进一步包括设置于所述模块外壳(30)内的声材料(72)。
5.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，进一步包括设置于所述模块外壳(30)上的EMI触点(75)。
6.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，所述风扇模块(42)的总体长度(41)是所述叶片组件(46)的叶片外径(49)的至少两倍。
7.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，所述风扇外壳(42)包括多个子外壳。
8.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，所述叶片组件包括：
从锥形毂(47)径向延伸的多个叶片(45)；和
通过所述锥形毂设置的多个导气罩(68)。
9.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，进一步包括：
连接到所述模块外壳(30)的手柄(36)；和
连接到所述模块外壳(30)的锁机构(38)。
10.根据权利要求1所述的冷却风扇模块，其特征在于，进一步包括设置在所述模块外壳(30)的一端上的回流抑制器(80)。
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