CN102270614A - 具有备援功能的散热风扇系统 - Google Patents

Abstract

一种具有备援功能的散热风扇系统，包括用以结合至主板的风扇单元，至少二个整合于该主板上并与该风扇单元电性连接用以控制该风扇单元运行的风扇控制模块，及用以监控所述风扇控制模块运行的监控模块，当该监控模块发现其中一风扇控制模块故障时，及时致能另一风扇控制模块，以维持该风扇单元正常运行。由于该风扇控制模块是整合于主板上，而非设置于风扇单元内，且风扇控制模块还搭配有监控机制，故能实现缩小风扇单元体积、便于维修与备援运行的功效。

Description

具有备援功能的散热风扇系统

技术领域

本发明涉及一种散热风扇系统，特别是涉及一种结合至主板以散逸主板上的电子元件及电子装置所产生热量的散热风扇系统。

背景技术

如主板(Main Board或Mother Board)的电路板上设有多个的如中央处理单元或绘图卡的电子元件(Electronic Components)及用以电性连接该电子元件的电性电路(Conductive Circuits)，所述电子元件在作用时会产生热量，若未将所产生的热量自装设有电路板的电子产品内排除，则电子元件会因过热而失效，严重的时候，甚至会造成该电路板或电子产品毁损；此种问题在功能需求日增及处理速度越快的电子产品更加重要，因功能与处理速度的提升意味电路板上整合的电子元件或电子装置需更多或更高阶，更多或更高阶的电子元件或电子装置在运行时即会产生越多的热量。故将电路板所产生的热量有效散除是一必要的设计。

一般业界所采用的散逸热量方式之一，是在主板上加设散热风扇以散逸电子元件及/或电子装置所产生的热量，此种散热风扇已见于如第6,799,282、7,215,548、7,286,357及7,568,517号等美国专利中。

举例而言，如图4所示的现有散热风扇，装设于电路板的预设位置上，主要由壳体41、扇轮42及印刷电路板43所构成。该壳体41具有底座410、轴套管411及环设于该轴套管411上的定子组412；该扇轮42则具有轮毂421、环设于该轮毂421外侧的多个叶片422，轴接至该轮毂421以轴设于该轴套管411中的转轴423，以及设于该轮毂421内侧上的磁铁424；而该印刷电路板43上则设有至少一控制芯片430及多个被动元件432，该印刷电路板43设置于该壳体41的底座410上，以通过该控制芯片430控制扇轮42的转动，以由该扇轮42的转动驱动气流。

图4所示的现有散热风扇所使用的控制芯片430为一发热源，产生的热量若无法散逸，也会导致其本身的过热而失效，一旦该控制芯片430失效，则无法控制扇轮42；如此，会使电子产品的主板上的电子元件所产生热量无法有效散逸，从而导致电子产品死机，甚而损坏。而该控制芯片430恰是位于壳体41的底座410及扇轮42的轮毂421间的间隙，该间隙的狭小往往使控制芯片430所产生的热量无法有效逸除，致而会因过热而导致控制芯片430的损坏。散热风扇为电子产品的零部件中相对价廉的，但其无法运行时，即会损及电子产品价格昂贵的核心部件的主板，故其重要性并不是从其价格所能衡量的。

同时，由于控制芯片430及其它电子元件位于散热风扇中，受损或损坏时，往往因拆卸不易，多未采用修复或更换方式，而是将整个散热风扇或印刷电路板丢弃，造成资源的浪费。

此外，控制芯片430的设置会影响到扇轮42的轮毂421与壳体41的底座410间的间隙大小，往往会因控制芯片430的厚度而需要增加该间隙的高度，而不利于将散热风扇的整体高度的降低。且控制芯片430的设置会使该印刷电路板43需使用的面积增加，印刷电路板43面积的增加在不增大现有散热风扇的截面积的情况下，则需缩减叶片422的面积，但叶片422的面积的缩减会影响到风量的产出，而风量的产出若不足则会影响到所欲的散热功效。

为解决上述问题，第7,345,884号美国专利即提出一种改进的散热风扇。如图5所示，该第7,345,884号美国专利的散热风扇的结构大致同于前述现有技术，不同处于在于其印刷电路板53形成有一向外延伸的延伸部533，供控制芯片530设置其上，以使该控制芯片530位于壳体51的底座510及扇轮52的轮毂521间的间隙外或部分外露出该间隙，从而令扇轮52所驱动的气流得以将控制芯片530所产生的热量移除。

但是，上述印刷电路板53向外延伸的延伸部533的形成会使扇轮52在转动时所驱动的气流受到干扰，气流受扰即会产生噪音，进而影响至装设有该散热风扇的电子产品的使用品质。同时，因该延伸部533向外延伸，使叶片522与控制芯片530间需保持一预定的间隔，此也不利于该现有散热风扇的整体高度的降低，而无法满足电子产品薄化的需求。再者，该控制芯片530及其他电子元件仍位于散热风扇中，受损或损坏时，往往也因拆卸不易，而无法修复，通常也是将整个风扇丢弃而造成资源的浪费。

再而，前述的现有散热风扇仍需将印刷电路板设置于扇轮的轮毂及壳体的底座间，致印刷电路板的厚度仍会影响至散热风扇的整体高度，而无法进一步地薄化散热风扇。

另一方面，现有的散热风扇除了在组成结构方面具有薄化不易及维修困难的缺点外，也欠缺备援运行的机制。简要言之，相比于由壳体及扇轮所组成风扇本体，印刷电路板上所设置的控制芯片及多个被动元件失效或故障的机率相对较高。一旦所述芯片及元件发生失效或故障的情况，而该失效或故障又无法及时发现并有效排除修复，进而导致散热风扇无法运行时，即会损及电子产品价格昂贵的核心组件的主板，甚至损及整个电子产品，造成无法弥补的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有备援功能的散热风扇系统，其具有多个风扇控制模块以提供风扇控制模块的备援机制，且可便利地修复或更换电子元件，而不需在电子元件受损或损坏时更换整个散热风扇系统中的风扇单元，进而使电子元件所产生的热量得以有效散逸而无过热受损的问题，并能有效降低风扇单元的整体厚度，使风扇单元的叶片面积不致受限，且不会使气流受扰而产生噪音。

为达到上述目的，本发明所提供的具有备援功能的散热风扇系统，包括用以结合至主板并与该主板电性连接的风扇单元；至少二个风扇控制模块，整合于该主板上并与该风扇单元电性连接，用以控制该风扇单元运行；以及监控模块，电性连接所述风扇控制模块，用以监控所述风扇控制模块运行，并用以于监视到其中一风扇控制模块故障时，致能另一风扇控制模块，以令该另一风扇控制模块控制该风扇单元正常运行。

本发明的散热风扇系统的风扇单元可以任何现有的方式与主板结合，例如，嵌设、螺设、焊设或卡设等，且风扇单元与主板的结合可为可组卸的结合方式或非可组卸的结合方式，在为可组卸地结合的方式时，若风扇单元故障或损坏，均可以更换之。

在本发明的一实施例中，该主板至少包括一基本输入输出系统，且该监控模块内设于该基本输入输出系统。

在本发明的另一实施例中，该主板至少包括一基本输入输出系统，且该监控模块独立于该基本输入输出系统并与该基本输入输出系统电性连接。

在本发明的又一实施例中，该至少二个风扇控制模块整合于一集成电路中，该集成电路具有相同于该风扇控制模块数量的通道，且每个风扇控制模块分别对应不同的该通道，并通过相对应的该通道电性连接至该监控模块。

该风扇单元包括具有轮毂、设于该轮毂内面的磁铁、以及设于该轮毂外面的多个叶片的扇轮，具有底座并供该扇轮轴设的壳体，以及设于该壳体的底座上且未设有风扇控制模块的印刷电路板，该印刷电路板上并设置有如线圈的定子组。该风扇单元也可为其它型式的风扇模块，而不限于上述结构，差异之处在于采用的印刷电路板上未设置有风扇控制模块，而是将所需的风扇控制模块整合于结合有该风扇单元的主板上。同时，该印刷电路板还具有向外延伸的导电连接元件，以与该主板及设于该主板上的风扇控制模块电性连接，从而由该风扇控制模块中的控制芯片经该导电连接元件传递控制信号至该定子组，以控制该风扇单元的运转。

由于该多个包括控制芯片与被动元件的风扇控制模块是设于主板上，若其中一个风扇控制模块失效或故障时，即可通过其他的风扇控制模块备援运行，可避免风扇单元因单一风扇控制模块失效或故障而无法正常运行时，导致主板或其上的电子元件/装置，甚至具有该主板的电子产品损坏。此外，由于本发明的风扇单元与风扇控制系统的结构特性，不需如现有散热风扇往往会被整组更换，而能便利地在主板上修复或更换，故能具较佳的修复性，而降低维修成本；且在风扇单元正常运转下，如控制芯片的电子元件所产生的热量能有效散逸而不致发生因过热而受损的问题。且该如控制芯片的电子元件设于主板上，不会干涉至扇轮的叶片面积，故使扇轮的叶片面积在一定的空间范围内有更大的伸展裕度，进而能增加风量的输出。同时，如控制芯片及被动元件的电子元件不需设于壳体的底座与扇轮的轮毂间，即有助于减少底座与轮毂间的间隙的高度，而能降低风扇单元的整体厚度，故较能符合电子产品薄化上的需求。再而，控制芯片设于主板上的预定位置，不会干扰到风扇单元在动作状态下所产生的气流，故亦无产生噪音或震动的问题。

根据本发明的另一较佳具体实施例，该散热风扇系统中的风扇单元也可免除印刷电路板的使用，而将定子组直接安置于壳体的底座上，并将该定子组连接如排线的导电连接元件，以使该定子组经由该导电连接元件与整合于主板上的电子元件电性连接，从而供电子元件中的控制芯片所发出的控制信号传送至该定子组，而驱动该风扇单元的转动。如此，则能使风扇单元的结构简化，而能进而降低风扇单元的整体高度，符合电子产品薄化上的需求，并还能提升本发明散热风扇系统的修复性，避免资源的浪费。

附图说明

图1为显示本发明散热风扇系统结合至主板的斜视图；

图2为显示本发明的风扇单元的剖视图；

图3为显示本发明第二具体实施例的风扇单元的剖视图；

图4为显示现有散热风扇的剖视图；

图5为显示第7,345,884号美国专利的散热风扇剖视图。

主要元件符号说明：

10  主板

11a、11b  风扇控制模块

12、22  风扇单元

13  监控模块

41、51  壳体

42  扇轮

43  印刷电路板

52  扇轮

53  印刷电路板

100  基本输入输出系统(BIOS)

110a、110b  控制芯片

111a、111b  被动元件

120、220  壳体

120a、220a  底座

120b、220b  轴套管

120c、223  定子组

121  印刷电路板

121a、223a  导电连接元件

122a  轮毂

122b  磁铁

122c  叶片

122d  轴柱

122、222  扇轮

410  底座

411  轴套管

412  定子组

421  轮毂

422、522  叶片

423  转轴

424  磁铁

430  控制芯片

432  被动元件

510  底座

521  轮毂

530  控制芯片

533  延伸部

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例详细说明本发明的技术内容及实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

须知，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上、下”、“内、外”、“前、后”“一”等用语，也仅为便于叙述，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。

第一具体实施例：

如图1及图2所示，为本发明的第一具体实施例结合至一主板的斜视图。该具有备援功能的散热风扇系统，包括整合至一主板10上并与该主板10电性连接的二个风扇控制模块11a、11b，与该主板10结合并与该二个风扇控制模块11a、11b电性连接的风扇单元12，及监控模块13，电性连接该二个风扇控制模块11a、11b，用以监控该二个风扇控制模块11a、11b的运行状态。

该主板10上还至少具有一基本输入输出系统(BIOS)100，且该主板10可为任何现有的电路板，如印刷电路板(Printed Circuit Board)或母板(Mother Board)亦适用，其上除BIOS100外，还可设有其它电子元件或电子装置，如中央处理单元、绘图芯片、南桥芯片、北桥芯片、电阻或电容等被动元件等，由于其为现有技术即能适用，在此不另为文赘述。

该风扇控制模块11a可包括控制芯片110a及如电阻及电容的被动元件111a；该风扇控制模块11b则可包括控制芯片110b及如电阻及电容的被动元件111b。该控制芯片110a、110b用以传送控制信号至该风扇单元12，以控制该风扇单元12的运转。

监控模块13可以软件或韧体的型态内设于该BIOS 100，用以监控二个风扇控制模块11a、11b的运行状态。在本实施例中，预先设定风扇控制模块11a为控制风扇单元12的主要风扇控制模块，风扇控制模块11b为控制风扇单元12的备援风扇控制模块。也就是说，在结合有本发明的具有备援功能的散热风扇系统的主板10运行时，先令风扇控制模块11a控制风扇单元12的运行，而当风扇控制模块11a处于失效或故障等失能情况而无法正常控制风扇单元12时，再令风扇控制模块11b取代风扇控制模块11a控制风扇单元12的运行。

更进一步言之，当主板10启动运行时，监控模块13即监视风扇控制模块11a是否正常地控制风扇单元12运行。监控模块13的监视的方法可例如为持续接收风扇控制模块11a所发出的电源信号，一旦该电源信号中断，监控模块13即可判定风扇控制模块11a处于失效或故障等失能情况，接着，监控模块13传送驱动信号驱动风扇控制模块11b以令其致能，进而取代风扇控制模块11a控制风扇单元12运行。

需特别说明的是，在其他实施例中，监控模块13可不以内设于BIOS 100的方式，而是以独立于BIOS 100的集成电路型态结合于主板10，并通过主板10的线路或排线与BIOS 100及风扇控制模块11a、11b电性连接，以进行监控、驱动等信号的传输。监控模块13可以不结合至主板10。举例言之，如该主板10是应用于个人电脑主机或服务器中，则监控模块13也可设置于该个人电脑主机或服务器的机箱上或电源供应器中，并通过排线等方式与BIOS 100及风扇控制模块11a、11b电性连接，以进行监控、驱动等信号的传输。

再者，在其他实施例中，风扇控制模块的数量可以超过二个，例如三个或四个，但不以此为限，藉以更进一步的确保风扇单元可以接受风扇控制模块正常的控制，而不至因当前的风扇控制模块失效或故障，造成风扇单元无法正常的运行的问题。

而该风扇单元12包括有壳体120、印刷电路板121及扇轮122。该壳体120具有底座120a，形成于该底座120a上的轴套管120b，以及环设于该轴套管120b外侧的定子组120c。该印刷电路板121则设于该底座120a上，以供定子组120c安置于其上。该印刷电路板121并连接有一如排线的导电连接元件121a向外延伸，以与该主板10电性连接，进而以并联的型态，分别电性连接至该控制芯片110a及被动元件111a等的风扇控制模块11a，及该控制芯片110b及被动元件111b等的风扇控制模块11b，供该控制芯片110a、110b通过该导电连接元件121a传递控制信号至该印刷电路板121的定子组120c上，以控制该风扇单元12的运转。

而该扇轮122包括轮毂122a，设于该轮毂122a的内侧上的磁铁122b，多个设于该轮毂122a外侧上的叶片122c，以及轴接至该轮毂122a上的轴柱122d；该轴柱122d轴接至该轴套管120b中，从而供该扇轮122得以轴柱122d为轴而相对于该壳体120自如转动。该磁铁122b与定子组120c所产生的磁场发生磁性排斥作用，以驱动该扇轮122的转动，由于扇轮122与现有技术的驱动原理相同，故在此不另为文赘述。

由上述可知，本发明所揭示的具有备援功能的散热风扇系统，主要是将风扇单元及控制该风扇单元的风扇控制模块结合及整合至一主板而将控制风扇单元运转的风扇控制模块整合于主板上而非设于风扇单元的结构中，且具有至少一组额外的备援风扇控制模块，以有效解决现有风扇模块在运转及设计上所存在的问题。

首先，本发明的具有备援功能的散热风扇系统是将用以控制风扇单元12的风扇控制模块11a、11b整合于主板10上，该如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b能便利地在主板10上予以修复或更换，使本发明的散热风扇系统具有良好的修复性，而能有效降低维修成本。且通过监控模块13，可以在监视到其中一组风扇控制模块处于失效或故障的情况下，及时驱动另一组风扇控制模块使其致能，进而取代失效或故障的风扇控制模块正常控制风扇单元的运行。又该如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b并非位于轮毂122a与底座120a间的间隙中，其所产生的热量即能有效散逸，而不会有前述现有技术因控制芯片位于轮毂与底座间导致控制芯片所产生的热量无法有效移除而会过热受损的问题发生。

再而，该如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b整合于主板10上，会使轮毂122a与底座120a间的间隙不受如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b的影响，而能进而缩减，故有利于风扇单元12的整体高度的降低，而能符合电子产品薄小化的需求。

再者，该如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b位于主板10上，会使叶片122c的面积不致受风扇控制模块11a、11b的影响而能有效增加，叶片122c的面积能予增加，则有助于风量及散热效率的提升。

此外，该如控制芯片110a、110b的风扇控制模块11a、11b位于该风扇单元12的运转区域外，则不致干扰到风扇单元12所驱动的气流，故不会造成噪音的产生或影响风扇单元12的转动稳定性。

第二具体实施例：

如图3所示，本发明的第二具体实施例大致同于第一具体实施例，故仅将差异处的风扇单元予以绘示。如图所示，本发明第二具体实施例的风扇单元22是由壳体220、扇轮222及定子组223所构成。该定子组223环设于壳体220的轴套管220b外侧并安置于壳体220的底座220a上，该定子组223并连接有一如排线的导电连接元件223a，令该导电连接元件223a的一端电性连接至主板(未图示)，以使整合于主板上的如控制芯片的电子元件(未图示)经由该导电连接元件223a传递信号至该定子组223，以驱动该扇轮222的转动。也就是说，该第二具体实施例的风扇单元22未使用印刷电路板，故能使风扇单元22的整体高度降低，以符合电子产品薄化上的需求；同时，未使用印刷电路板能简化风扇单元22的结构，而有降低成本、节省组装工时与流程的功效，还能提升本发明的散热风扇系统的修复性。

第三具体实施例：

本发明的第三具体实施例大致同于第一及第二具体实施例，其差异主要在于该二个风扇控制模块11a、11b整合于一集成电路(未图式)中，该集成电路具有相同于该风扇控制模块数量的通道，在本具体实施例中，该集成电路具有二个通道，且风扇控制模块11a、11b分别对应不同的该通道，并通过相对应的该通道电性连接至该监控模块13。

以应用于双通道的集成电路为例，可设定当接收到如监控模块13或BIOS 100所发出的高电位信号时，令风扇控制模块11a致能运行；相对的，当接收到如监控模块13或BIOS 100所发出相对于该高电位信号的低电位信号时，令风扇控制模块11b致能运行。在其他实施例中，也可通过不同的电源信号分别驱动相对应的风扇控制模块致能运行。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (10)

1.一种具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，包括：

用以结合至主板并与该主板电性连接的风扇单元；

至少二个风扇控制模块，整合于该主板上并与该风扇单元电性连接，用以控制该风扇单元运行；以及

监控模块，电性连接所述风扇控制模块，用以监控所述风扇控制模块运行，并用以于监视到其中一风扇控制模块故障时，致能另一风扇控制模块，以令该另一风扇控制模块控制该风扇单元正常运行。

2.根据权利要求1所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该风扇控制模块至少包括有控制芯片及被动元件。

3.根据权利要求2所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该控制芯片是用以传送控制信号至该风扇单元，以控制该风扇单元的运转。

4.根据权利要求1所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该风扇单元包括壳体，设于该壳体中且其上未设有电子元件的印刷电路板，以及可转动自如地轴接至该壳体中的扇轮。

5.根据权利要求4所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该壳体具有底座，形成于该底座上的轴套管，以及环设于该轴套管外侧并安置于该印刷电路板上的定子组；该扇轮则具有轮毂，设于该轮毂内侧的磁铁，设于该轮毂外侧的多个叶片，以及轴接至该轮毂的轴柱；且其中，该轴柱是以转动自如的方式轴接至该轴套管中，使该扇轮能依该轴柱为轴相对该壳体而自如转动。

6.根据权利要求5所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该印刷电路板还接设有一导电连接元件，以通过其与该主板电性连接，从而供该风扇控制模块经由该导电连接元件传递信号至该定子组，以控制该扇轮的转动。

7.根据权利要求1所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该风扇单元包括壳体，可转动自如地轴设于该壳体中的扇轮，以及设于该体内的定子组。

8.根据权利要求7所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该壳体具有底座及形成于该底座上的轴套管；该扇轮则具有轮毂，设于该轮毂内侧的磁铁，设于该轮毂外侧的多个叶片，以及轴接至该轮毂的轴柱；该定子组环设于该轴套管外侧并安置于该底座上；且其中，该轴柱是以转动自如的方式轴接至该轴套管中，使该扇轮能依该轴柱为轴相对该壳体而自如转动。

9.根据权利要求8所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该定子组还接设有一导电连接元件，以通过其与主板电性连接，从而供该风扇控制模块经由该导电连接元件传递信号至该定子组，以控制该扇轮的转动。

10.根据权利要求1所述的具有备援功能的散热风扇系统，其特征在于，该至少二个风扇控制模块整合于一集成电路中，该集成电路具有相同于该风扇控制模块数量的通道，且每个风扇控制模块分别对应不同的该通道，并通过相对应的该通道电性连接至该监控模块。

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