CN109799884B

CN109799884B - 空气动力噪音吸收设备

Info

Publication number: CN109799884B
Application number: CN201811120135.6A
Authority: CN
Inventors: 陈朝荣; 黄玉年; 林永庆; 林志纬
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: TW201924509A; EP3486744B1; US20190159361A1; CN109799884A; TWI692292B; JP2019096310A; JP6711889B2; EP3486744A1

Abstract

本发明公开一种空气动力噪音吸收设备，该设备包括一第一尾端及一第二尾端。此设备包括一第一连接元件及一第二连接元件。第一连接元件位于第一尾端。第二连接元件位于第二尾端。此设备还包括至少一支架，固定在设备内的第一连接元件及第二连接元件处。支架包含导流凹陷及微孔。此设备还包括板体，邻接支架于设备内。第一连接元件及第二连接元件用以使设备连接于一服务器装置内。

Description

空气动力噪音吸收设备

技术领域

本发明涉及一种抑制从服务器装置内的电子单元所发出的噪音的设备。

背景技术

服务器系统的操作产生不必要的热能。若服务器系统操作过程中所产生不必要的热能没有被移除，服务器系统的效率将会受到影响，使得服务器系统受到损害。一般而言，服务器系统会安装风扇以散热并冷却服务器系统。

随着服务器系统操作速度的提高，服务器系统操作期间产生的热能随之增加。高速风扇是被使用来降低服务器系统所产生的不必要热能。然而，高速风扇产生的噪音比一般风扇大。有鉴于此，计算机系统同时降低噪音和散热的最佳化设计是很重要的。

一种增强散热效率的方法是利用增加或加速通过服务器系统的气流。然而，气流越强，尾流(wake)越紊动和吵杂。尾流是在行经流体(fluid)时，在实心体(solid body)下游的扰流(通常是紊流)区域，由流体在本体周围流动所引起的。因此，服务器系统制造商面临噪音和散热效率间设计上的挑战。

发明内容

为了提供对本技术的基本理解，以下呈现一个或多个实施例的简要概述。本概述不是本技术的所有预期实施例的广泛概述，且既非意图于识别所有示例的关键或重要元件，也非意图于描绘本技术的任何或全部方面的范围。本概述唯一目的是以简化形式呈现一个或多个示例的一些概念，作为随后呈现的更详细描述的序言。

本发明实施例有关于一种设备，用于降低由计算装置中的多个风扇产生的噪音。一种设备，包括第一尾端和第二尾端。此设备还包括第一连接元件位于第一尾端，及第二连接元件位于第二尾端。此设备还包括至少一支架，固定在设备内的第一连接元件及第二连接元件处。支架包含导流凹陷(flow guiding depression)及微孔(micro pore)。此设备还包括板体，邻接(abut)支架于设备内。第一连接元件及第二连接元件用以使设备连接于服务器装置内。

在本发明的一些实施例中，支架可以由弯曲、成型和冲压中的至少其中一种方式形成的金属片所制成。在本发明的替代实施例中，支架可以由吸音材料构成。再者，设备可以包括二个支架，支架固定在设备内的第一和第二连接元件处。在本发明一些实施例中，每个导流凹陷可以是圆顶形(dome-shaped)凹陷。在本发明的一些实施例中，微孔可以互斥地(exclusively)位于导流凹陷内。在本发明的替代实施例中，微孔可以位于整个支架中以形成多孔结构。

在本发明的一些实施例中，设备还可以包括容纳在支架和板体之间的吸音材料。在本发明的一些实施例中，每个导流凹陷可以是圆锥形(conical-shaped)凹陷。

本发明实施例有关于一种计算装置，用于减少由多个风扇所产生的噪音。计算设备包括一排驱动器机架(drive bay)，用以接收硬盘驱动器。各硬盘驱动器间隔一间隙。计算装置还可包含一设备。此设备包含第一尾端及第二尾端。此设备还包括第一连接元件位于第一尾端，及第二连接元件位于第二尾端。此设备还包括至少一支架，固定在设备内的第一连接元件及第二连接元件处。支架包含导流凹陷及微孔。此设备还包括板体，邻接支架于设备内。第一连接元件及第二连接元件用以使设备连接于服务器装置内。

计算装置还可以包括风扇模块，位于计算装置内的多个硬盘驱动器的对面。在本发明的一些实施例中，设备可位于距离风扇模块的临界(critical)距离内，以避免在接触导流凹陷的表面前形成声音波长。在本发明的一些实施例中，每个导流凹陷可以定位于硬盘驱动器之间的间隙处。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：

附图说明

图1为一实施例中包含硬盘驱动器气流的服务器装置的俯视立体示意图；

图2为一实施例的系统中的空气动力噪音吸收设备的简化方块图；

图3为一实施例中包括多个空气动力噪音吸收器设备的服务器装置的俯视立体示意图；

图4A为一实施例中通过解决噪音、散热效率和HDD读/写性能来提高硬盘驱动器性能的设备的正视立体示意图；

图4B为一实施例中通过解决噪音、散热效率和HDD读/写性能来提高硬盘驱动器性能的设备的后视立体图；

图5为整合图4A及图4B中设备的服务器装置的一实施例的俯视图；

图6为一实施例中设备内的服务器装置的反射噪音的俯视示意图；

图7为一实施例中设备内的服务器装置的反射噪音的侧视示意图；

图8A为一实施例的接收来自风扇直接气流的设备的俯视示意图；

图8B为一实施例的接收来自风扇直接气流的设备的侧视示意图；

图9为一实施例中服务器装置内的设备的俯视示意图。

符号说明

10：服务器装置

12：基座

20：前端

30：后端

40：反射噪音

41：噪音

50、60：气流

200：存储阵列模块

201n：存储阵列

202：间隙

203n：磁盘装置

250：风扇模块

251n：风扇

300：设备

301：第一尾端

302：第二尾端

320：板体

321N：突片

323N：导孔

330：支架

331N：导流凹陷

332N：微孔

333N、340：连接元件

334N、341N：开口

343：开孔

具体实施方式

本发明将参考附图作说明，其中在所有附图中使用相同的附图标记来表示相似或相等的元件。附图并未按比例绘制，且它们仅用于说明本发明。下面参照用于说明的示例应用以描述本发明的几个方面。应理解的是，所阐述的许多具体细节、关系和方法用以提供对本发明的全面理解。然而，相关领域的具有通常知识者将容易认识到，可以在没有一个或多个具体细节或者采用其他方法的情况下实践本发明。在其他情况下，公知的结构或操作未被详细示出以避免模糊本发明。本发明不限制在所示的行为或事件的顺序，因为一些行为可能以不同的顺序发生，及/或与其他行为或事件同时发生。再者，并非所有示出的行为或事件都需要被用来实施根据本发明的方法。

如前所述，一般作法是利用增加导入或加速通过服务器系统的气流来移除服务器系统内的组件所产生的大量热量。然而，较强的气流可能更加紊动且产生大量的噪音或振动。这种增加的振动和噪音可能会导致HDD读/写性能降低。为了平衡噪音、散热效率和HDD读/写性能，本发明的实施例提供了一种用于硬盘驱动器气流的空气动力噪音吸收设备(以下称为“设备”)。在本发明中，此设备作为具有吸音导流凹陷的空气动力装置，以解决噪音、散热效率和HDD读/写性能来增强硬盘驱动器的性能。特别是，当提供多个风扇模块的隔音屏障至存储阵列模块的同时，导流凹陷可以避免气流受到破坏。此设备距离多个风扇模块一临界距离，将噪音波的吸收最大化。

图1绘示实施例中示例气流50的服务器装置10的俯视立体示意图。在一些实施例中，服务器装置10包括多个风扇模块250和一存储阵列模块200。服务器装置10可以包括一前端20和一后端30。气流50可以通过多个风扇模块250多个风扇模块250从前端20流通到后端30，并穿过服务器装置10，且涵盖存储阵列模块200。应当理解的是，服务器装置10包括本文未提及的其他组件。上面提到的组件仅用于举例，而不是限制本发明。本领域具有通常知识者可以根据本发明弹性地包括其他组件。

在一些实施例中，存储阵列模块200设置于服务器装置10中。为了最大化存储量，存储阵列模块200可以包括紧密堆叠在一起的多个存储阵列201n。多个存储阵列201n之间的间隙(space)202非常小，以最大化存储阵列201n的数量。在图1中，存储阵列模块200可以包括十八个紧密堆叠在一起的存储阵列。每个存储阵列包含多个磁盘装置203n。多个磁盘装置203n可以包括硬盘驱动器、固态磁盘驱动器或其组合。再者，为了本发明的目的，多个磁盘装置203n可以包括未在此详述的其他驱动技术。在图1中，多个磁盘装置可以包括九十个硬盘驱动器。应认识到的是，上面提到的存储阵列(例如十八个)和磁盘设备(例如九十个)的数量仅是举例，而不是限制本发明。本领域具有通常知识者可以根据需要弹性地选择任意适量的存储阵列。

服务器装置10中的多个风扇模块250是被平行地(in parallel)布置。在本发明实施例中，多个风扇模块250是设置在存储阵列模块200附近，以通过对流来冷却存储阵列模块200。多个风扇模块250用于增强服务器装置10从前端20到后端30的空气对流。多个风扇模块250可包括四个高功率计算装置风扇(以下称为「风扇」)251n。由此，各风扇251n所产生的气流50通过紧密堆叠在一起的多个存储阵列201n，而沿着X轴流入和流出服务器装置10。尾流是通过多个风扇模块250中的每一个的叶片吹到服务器装置10的内表面和其他组件上而被产生。爆破点(blasting point)被产生并且被视为产生频带噪音(band noise)的声源。

因此，为了效率，在本实施例中通过增加多个风扇模块250中的每一个的转速而增加沿着X轴流动的气流50。气流50增加以有效冷却多个存储阵列201n之间的标称空间。这使得多个风扇模块250能够将存储阵列模块200维持在期望的操作温度。然而，转速和流量越增加，噪音频带的频率越高。再者，多个风扇模块250中的每一个在操作时都很大声。噪音不仅来自风扇本身，还包括磁极数量、转数、风扇的叶片、及其组合。因此，期望以增加的气流50来冷却存储阵列模块200的作法，却导致噪音增加。应理解的是，上述风扇(例如四个)的数量仅用于举例，而不是限制本发明。本领域具有通常知识者可以弹性地根据本发明选择任何适当数量的风扇。

图2绘示服务器装置10(图1)中的空气动力噪音吸收设备(以下称为“设备”)300的简化方块图。设备300提供能够使空气流动的材料，以便在为存储阵列模块200的多个风扇模块250提供声音障碍的同时，也不会中断气流50(在图1中)。如上所述，高速风扇是被引入以移除由服务器装置10所产生的不必要的热量。然而，由高速风扇产生的噪音比由一般风扇产生的声音大。因此，高速风扇将产生高的声压级(sound pressure level,SPL)，且导致读/写数据的HDD性能不佳。有鉴于这些原因，计算机系统降噪及散热的最佳化设计是很重要的。如下面所解释的，设备300提供声音反射、衍射和吸收，以减轻多个风扇模块250的噪音。

图3绘示使用多个设备300的服务器装置10的俯视立体示意图。在一些实施例中，服务器装置10可以将多个风扇模块250定向(orient)在存储阵列模块200之间，以改善从服务器装置10排出的气流50(图1中)。在这种情况下，服务器装置10可以使用多个设备300来保护定向在多个风扇模块250的任一侧上的存储阵列模块200。再者，设备300可以参照服务器装置10内的临界距离(定义在下面)而被定位或重新安置，以最大化存储阵列模块200的性能并且改善从服务器装置10排出的气流50。

图4A是通过解决噪音，散热效率和HDD读/写性能之间的议题来提高硬盘驱动器性能的设备300的正视立体示意图。图4B是设备300的后视立体示意图。设备300包括第一尾端301和第二尾端302。设备300还包括支架330、邻接支架330的板体320、和连接元件340，连接元件340被配置成将设备300固定在示例性服务器装置内。如此处所示，设备300可以包括多个支架330、对相应的多个板体320、以及连接多个支架330的连接元件340。板体320是清楚地参照图4B而被绘示。

板体320包括在第一尾端301和第二尾端302处的突片321N。支架330可以在第一尾端301和第二尾端302处具有开口334N。开口334N可以与突片321N相对应。板体320被配置成经由突片321N连接到支架330。突片321N可以允许板体320卡(snap)在支架330上的适当位置。板体320还可以包括导孔323N。通过在引导孔323N处结合螺钉、焊接点或其他固定方法，可将板体320固定到支架330。

支架330可以包括导流凹陷331N。在一些实施例中，导流凹陷331N可以是圆顶形。在替代实施例中，导流凹陷331N可以是圆锥形的。在一些实施例中，支架330可以在其所有表面上包括微孔332N。在一些实施例中，微孔332N可以互斥地位于导流凹陷331N内。支架330还可以包括连接元件333N。连接元件333N可以被配置为将设备300固定到服务器装置内的其他电子组件。

设备300还可以包括在第一尾端301和第二尾端302处的连接元件340。连接元件340可以被配置成将多个支架330固定在设备300内。再者，连接元件340可以将设备300固定在服务器装置(未绘示)内。连接元件340可以包括开口341N。开口341N可以被配置成接收例如螺钉的固定元件，以将连接元件340固定到支架330。连接元件340还可以包括开孔343。开孔343可以被配置成将设备300固定到服务器装置内的基座(base)。固定服务器装置内的设备300的作法是参照图5而被更详细地示出。

支架330及其组件可以由使用一般金属制造技术(例如弯曲、成型和冲压)的金属片制成。如此，支架330可以非常便宜地被制造。在替代实施例中，支架330及其组件可以由铝合金、钢合金、或其任何组合而被制成。应理解的是，支架330及其组件可以由任何构造成承受变化温度的材料而制成，且承受高功率风扇高速流动。

在一些实施例中，支架330可以在支架330和板体320之间容纳吸音材料。替代地，支架330可以由吸音材料制成。吸音材料可以包括玻璃、羊毛、胺甲酸脂发泡体(urethanefoam)、和类似的材料。这样的材料可应用为多个导流凹陷331N和多个微孔332N的全部或部分材料。应认识到的是，吸音材料可以是任何构造成在降噪方面有高执行成效的材料。上面提到的材料仅是举例，而不是限制本发明。本领域具有通常知识者可以根据本发明弹性地选择任何材料。

图5绘示整合图4A及图4B的设备300的服务器装置10的俯视示意图。服务器装置10可以具有基座12。服务器装置10还可以包括多个风扇模块250和存储阵列模块200。设备300可被定位于多个风扇模块250和存储阵列模块200之间。设备300可以通过连接元件340固定在服务器装置10内。详言之，设备300可以经由开孔343被固定到基座12。在一些实施例中，设备300可以包括多个导流凹陷331N。再者，多个风扇模块250可以包括单独的风扇251n。

导流凹陷331N可以直接位于相应的风扇251n的前方。在这个定向中，可以防止气流50在每个导流凹陷331N之间受到不受期望的引导或损失。如此，导流凹陷331N紧密地定位于与风扇251n对齐之处。每个微孔332N可以在支架330内的空间平均散布，以产生高度多孔材料以允许气流50穿过服务器装置10。所得到的配置反射由多个风扇模块250产生的噪音，同时使气流50通过服务器装置10。

图6是服务器装置10内的设备300的俯视示意图，此图示例了反射噪音。如上所述，高功率计算机装置风扇251n产生的噪音产生比一般风扇更高的噪音。每个风扇251n具有的叶片通过频率(blade pass frequency,BPF)，位于与存储阵列模块200的磁盘装置203N(图1所示)的硬盘驱动器固有(nature)频率不同的范围。在一些实施例中，硬盘驱动器固有频率范围从1200-2500(Hz)。在系统操作期间，风扇叶片通过频率是高度相关于与风扇的叶片数量及其每分钟转数。在一些实施例中，从多个风扇模块250产生的噪音可以反射在导流凹陷331N内。在替代实施例中，反射噪音40可以被捕获在支架330内。

图7绘示示例反射噪音的服务器装置10内的设备300的侧视示意图，导流凹陷331N可以被配置为衰减(dampen)反射噪音40波，以产生吸收噪音41波。大部分反射噪音波被吸收在支架330的导流凹陷331N内。如图6所示，被吸收的噪音41很少被允许或几乎不被允许通过多个存储阵列201N之间的间隙202。因此，导流凹陷331N的存在可以提高设备300的吸收效率。再者，在间隙202中消除吸收波41和反射噪音40使得HDD读/写性能的性能最大化。

图8A绘示从风扇251n接收直接气流60的设备300的俯视图。图8B绘示从风扇251n接收直接气流60的设备300的侧视图。每个导流凹陷331N可以接收来自相应风扇251n的气流60。如上所述，设备300包括微孔332N。导流凹陷331N和微孔322N可以被配置成允许较低的压力和较大的气流。如以上关于图5和图6所讨论的，导流凹陷331N可以使压力最小化。再者，微孔332N可以被配置为捕获由风扇251n和气流60的操作所产生的音波。微孔332N还可以实现空气动力设计以确保设备300不会阻挡气流60。

如图8B所示，气流60沿着导流凹陷331N的表面被引导。将每个导流凹陷331N定位于每个风扇251n前方的作法，可防止气流60在每个导流凹陷331N之间被引导或损失。再者，导流凹陷331N可被定位于间隙202中的每个存储阵列201N之间。在此实施例中，可防止气流60在存储阵列201N之间的间隙202中流动。在一些实施例中，设备300被定位于距离多个风扇模块250的计算距离处。

图9绘示根据本发明实施例示例临界距离的服务器装置10中的设备300的俯视图。在一些实施例中，设备300在服务器装置10中的放置直接影响从多个风扇模块250发出的音波长度。在一些实施例中，临界距离可被定义为设备300与多个风扇模块250之间的距离。详言之，临界距离可以被定义为噪音波最大振幅的发生处的最大距离。在一些实施例中，临界距离可以被定义为：

在上面的公式中，x表示设备300和多个风扇模块250之间的距离，以毫米为单位。再者，n表示包整合在每个风扇251n中的风扇叶片的数量。如上所述，风扇叶片通过频率是高度相关于风扇叶片的数量以及其在操作期间每分钟转数。数值v表示每分钟转数下的风扇速度。在一些实施例中，每秒360公尺是正规化音速。再者，一般的高功率计算机装置风扇251n可以使用五个风扇叶片以每分钟21600转的速度旋转。如此，设备300和多个风扇模块250之间的临界距离不应超过50毫米。当设备300被放置在临界距离内时，噪音波吸收被最大化，用于避免干扰存储阵列201N的固有频率导致性能下降。

虽然以上已经描述了本发明的各种实施例，应理解的是，它们仅作为示例呈现，而不是限制。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以根据本文的揭露对所揭露的实施例进行各种改变。因此，本发明的广度和范围不应该受到任何上述实施例的限制。相反，本发明的范围应根据以下权利要求及其均等物来定义。

尽管本发明已参照一个或多个实施方式作说明和描述，但是本领域具有通常知识者在阅读和理解本说明书和附图后将能思及等效的改变和修改。再者，虽然本发明的特定特征可能仅已参照多个实施方式中的其中一个被揭露，但是这样的特征可以与其他实现的一个或多个其他特征组合，以期望于或有助于任何给定的或特定的应用。

此处所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图于限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也意于包括多个的形式。此外，就在详细描述及/或权利要求中使用术语“包括”、“包含”、“具”、“具有”、“有”或其变体的范围而言，这些术语用意在于包括以类似于术语“包括”的方式。

除非另外定义，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的具有通常知识者通常理解的相同含义。应进一步理解的是，例如在常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不会被理解为理想化或过度形式化的意义，除非明确如此定义。

综上所述，虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种空气动力噪音吸收设备，其特征在于，包括：

第一尾端(distal end)及第二尾端；

第一连接元件，位于该第一尾端；

第二连接元件，位于该第二尾端；

至少一支架，固定在该设备内的该第一连接元件及该第二连接元件处，该至少一支架中的每一个沿直线方向在该第一连接元件与该第二连接元件之间延伸，该至少一支架包含：平底；多个导流凹陷(flow guiding depression)，位于相对于该平底的一侧；及多个微孔(micro pore)；以及

至少一板体，邻接相对应的该至少一支架的该平底于该设备内；

其中该第一连接元件及该第二连接元件用以使该设备连接于服务器装置内的存储阵列模块与多个风扇之间，且该板体面对该存储阵列模块，该多个导流凹陷面对该多个风扇，以降低来自该多个风扇的噪音。

2.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，其中该支架包括以弯曲、成型和冲压的至少其中一种方式所形成的金属片。

3.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，其中该支架包括吸音材料。

4.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，还包括二支架，该些支架固定于该设备内的该第一连接元件及该第二连接元件处。

5.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，其中各该导流凹陷包含圆顶形凹陷(dome-shaped depression)。

6.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，其中该些微孔互斥地(exclusively)位于该导流凹陷内。

7.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，其中该些微孔贯穿该支架，以形成多孔结构。

8.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，还包括位于该支架和该板体间的吸音材料。

9.如权利要求1所述的空气动力噪音吸收设备，各该导流凹陷包含圆锥形凹陷(conical-shaped depression)。