CN1435575A - 带有涡流室的离心式风扇单元以及配备该单元的电子装置 - Google Patents

带有涡流室的离心式风扇单元以及配备该单元的电子装置 Download PDF

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Abstract

一种电子装置(1)，它具有壳体(4)，包容一个热发生元件(15)，以及一个风扇单元(23)包容在壳体(4)内，用于冷却此热发生元件(15)。风扇单元(23)具有一个叶轮(31)，以及包容此叶轮(31)的机壳(30)。机壳(30)具有吸气口(36a、36b)，一个涡流室(42)位于围绕叶轮(31)处，以及一个排放口(37)，位于涡流室(42)的下游端。涡流室(42)具有离开叶轮(31)逐渐径向增加的深度。

Description

带有涡流室的离心式 风扇单元以及配备该单元的电子装置
相关申请的交叉参考
本申请是根据和要求于2002年1月29日递交的日本专利申请No.2002-020360的优先权，其整个内容列于此处供参考。
本发明的背景
1.本发明的领域
本发明涉及一种带有涡流室的离心式风扇单元，用于转换由叶轮排放的空气的速度能为压力能，以及涉及一种配备离心式风扇单元的电子装置，比如便携式计算机。
2.相关技术的说明
便携式电子装置，比如便携式计算机配备微处理器，用于处理各种信息。由于处理速度的增加，和/或多用途性的改进，由微处理器产生的热量越来越多。因此，为了保持电子装置在一种稳定的状态，必须增加来自微处理器热量的发散。
电子装置具有冷却单元，用于强制地冷却微处理器。冷却单元具有散热器段，与微处理器热学连接，以及离心式风扇单元，用于传送冷却空气至散热器段，以及它包容在电子装置的壳体内。
离心式风扇单元具有转动的叶轮和包容它的机壳。机壳具有吸气口，用于允许空气被吸入至叶轮，一个涡流室包容叶轮，以及排气口位于涡流室的下游末端。
当叶轮转动时，壳体内的空气或外部的空气被吸入至叶轮。由叶轮的外周边排放的空气借助离心力进入涡流室。在涡流室内，由叶轮排放的空气被引导至排气口，由此口排出的空气作为冷却空气传送至散热器段。由微处理器传送至散热器段的热量作为使用冷却空气热交换的结果而发散，以及被冷却空气流引导至壳体的外面。
机壳的涡流室用于转换由叶轮排放的空气的速度能成为压力能。因此，在离心式风扇单元内，机壳相对于叶轮径向地向外延伸，从而由涡流室的开始至末端逐渐地增加冷却空气通道的横截面面积。
然而，如果机壳相对于叶轮径向地向外延伸，它不可避免地会具有大的平面尺寸。因此，机壳的外周边部分达到安装微处理器的印刷电路板上面的位置，因为机壳包容在壳体内，邻近印刷电路板。通常，至微处理器专用的供电线路是围绕着微处理器设置在印刷电路板上。高的电路元件，比如线圈，电容器等都设置在此板上，以及因此与机壳的外周边干扰。
本发明的概述
本发明的一个实施例提供一种离心式风扇单元，与涡流室配合使用，它的形状保证了大的横截面以便排放大量的空气，并且在其主安装平面上仅占据较小的空间。
本发明的另一实施例提供一种电子装置，它具有上述的离心式风扇单元，以及因此高的冷却效率。
按照本发明的一个实施例，提供一种离心式风扇单元，它具有一个转动的叶轮和包容叶轮的机壳。机壳具有吸气口，它引入空气至叶轮的转动中心，涡流室位于围绕叶轮处，以及用于收集由叶轮外周边排放的空气，以及排气口，位于涡流室的下游末端处。涡流室具有的深度由离开叶轮而逐渐地径向地增加。
使用这种结构，涡流室的横截面可以增加，而又不增加机壳的平面尺寸。因此，由叶轮的外周边排放至涡流室的空气的速度能可以有效地转换成压力能，而通过排放口排放的空气量可以增加。
本发明的另外的实施例和优点，将在随后的说明中列出，其中部分将由说明明确地表达或者由本发明的实践而学习到。本发明的实施例和优点可以借助下面特别指出的方法和组合而实现和获得。
附图的简要说明
这里的附图作为本说明书的一部分，说明本发明的现在的最佳实施例，以及结合上述的一般性说明和下面给出的最佳实施例的详细说明作为本发明的原理的解释。
图1是按照本发明的第一实施例的便携式计算机的透视图；
图2是便携式计算机的壳体内设置排放口位置的透视图；
图3是便携式计算机的顶视图，示出具有离心式风扇单元的冷却单元包容在壳体内的状态；
图4是离心式风扇单元的透视图；
图5是沿图3的直线F5-F5切取的剖面图；以及
图6是按照本发明的第二实施例的离心式风扇单元的剖面图。
本发明的详细说明
参见图1-5，对本发明的第一实施例予以说明。
图1和2示出作为电子装置的一种便携式计算机1。便携式计算机1具有计算机主机身单元2，以及被主机身单元2支承的显示器单元3。
主机身单元2具有平坦的盒形壳体4。壳体4具有底壁4a，上壁4b，前壁4c，左和右壁4d以及后壁4e。底壁4a和上壁4b在壳体4的厚度方向上彼此相对。键盘5设置在上壁4b上。
显示器单元3具有显示器壳8和包容在显示器壳8内的液晶显示屏9。液晶显示屏9的屏幕9a暴露于显示器壳8的前表面上形成的开口10，至显示器单元3的外面。显示器壳8使用铰链(图中未示出)连接至壳体4的后端。因此，显示器单元3可以在关闭位置和打开位置之间枢动，在关闭位置时由上面盖住上壁4b和键盘5，以及在打开位置时上壁4b、键盘5和显示屏幕9a是暴露的。
如图3所示，壳体4包围印刷电路板14和冷却单元20。印刷电路板14位于平行于壳体4的底壁4a处。作为热发生部件的半导体包件15和供电电路18(包件15专用的)安装在电路板14的上表面上。半导体包件15具有微处理器，作为便携式计算机1的中央芯片，以及位于壳体4的后部的一端。供电电路18位于接近半导体包件15具有一组高的电路元件(图中未示出)。
半导体包件15具有基板16和IC芯片17。基板16钎焊在印刷电路板14的上表面。
IC芯片17安装在基板16的上表面。IC芯片17在工作时产生大量的热，以及因此需要冷却以保证稳定的工作。
冷却单元20用于提供半导体包件15的强制冷却。如图3所示，冷却单元20具有热传送段21，散热段22和离心风扇单元23。冷却单元20位于邻近印刷电路板14。印刷电路板14具有切口部分24，以提供离心风扇单元23用的空间。
热传送段21具有热接收块25和热导管26。热接收块25是由具有热传导性的材料比如铅合金制造的。热接收块25通过热传导油膏与IC芯片17热连接。
热导管26的一端热连接至热接收块25的上表面，以及其另一端引导至热接收块25的外面，以及沿着壳体4的后壁4e在壳体4的长度方向上延伸。
散热段22是由具有高热传导性的材料比如铝合金制造，以及一组散热凸片27。散热凸片27以规则的间距彼此平行地延伸。热导管26的另一端与散热凸片27热连接。
如图3至5所示，离心式风扇单元23具有平盒形的机壳30以及包容在机壳30内的叶轮31。机壳30是由主机身32和顶板33组成的。主机身32具有底板34和站立在底板34周边缘上的周边板35。底板34和顶板33都是盘形元件，以及形成机壳30的外壁。周边板35是弧形的，以及形成机壳30的周边壁。顶板33固定至周边板35的上边缘，以及与底板34相对。
机壳30具有一对吸气口36a和36b，以及单独的排气口37。吸气口36a形成在顶板33的中心部分，而另一吸气口36b形成在底板34的中心部分。排气口37是一个细长的开口，形成在机壳30的周边壁上，以及沿机壳30的径向延伸。
叶轮31具有圆柱形支柱38，以及一组叶片39由支柱38的周边伸出。叶轮31插入在机壳30的顶板33和底板34之间，与吸气口36a和36b同轴。叶轮31通过包容在支柱38内的电机40支承在主机身32的底板34上。
电机40在图3内沿反时针方向转动叶轮31。随着此转动，机壳30外的空气通过吸气口36a和36b被吸入叶轮31空气随后借助离心力由叶轮31的外周边排出。
如图3和5所示，机壳30具有围绕着叶轮31的涡流室42。涡流室42用于收集由叶轮31的外周边排放的空气，以及将其引导至排放口37，以及具有的功能是转换空气的速度能为压力能。
涡流室42的形状被机壳30的周边板35限定。周边板35具有延伸部分35a，向内凸起，以部分地围绕叶轮31延伸部分35a的自由端限定涡流室42的旋转开始位置P1。旋转的结束在位置P2，围绕涡流室42距离位置P1基本上为360°。周边板35和叶轮31的外周边之间的距离d由旋转开始位置P1至旋转结束位置P2逐渐地增加。机壳30的排气口37位于涡流室42的结束位置P2的下游。
如图4和5所见，机壳30的顶板33具有外周边部分33a，它限定涡流室42。顶板33的周边部分33a具有第一斜面43，由机壳30的底板34向外倾斜。与此类似，底板34具有外周边部分34a，它限定涡流室42。底板34的外周边部分34a具有第二斜面44，由底板34向外倾斜。因此，机壳30在机壳30的径向方向上逐渐地扩大。
更具体地说，涡流室42具有内周边，它被叶轮31的外周边限定，以及外周边，它远离叶轮31的外周边。如果涡流室42的内周边的长度为L1，以及外周边的长度为L2，公式L2＞L1能够满足。因此，涡流室42的深度由内周边至外周边逐渐地增加。
此外，涡流室42的长度L2由涡流室42的旋转开始位置P1至旋转结束位置P2逐渐地增加。因此，涡流室42的容积由旋转开始位置P1至旋转结束位置P2逐渐地增加。
再者，第一和第二斜面43和44，它们限定涡流室42的横截面，延伸至排放口37。因此，如图4所见，排气口37是成形为这样，其末端延续至涡流室42的外周边处扩大。
离心式风扇单元23的机壳30固定至壳体4的底壁4a上。这样一来，如图5所示，离心式风扇单元23水平地包容在壳体4内，并且叶轮31的转动轴X垂直于壳体4。
间隔45a和45b用于空气吸入，分别地形成在机壳30的顶板33和壳体4的上壁4b之间，以及形成在机壳30的底板34和壳体4的底壁4a之间。顶板33的吸气口36a开启对着间隔45a，而底板34的吸气口36b开启对着间隔45b。如果壳体4的厚度包括两个间隔45a和45b是L3，则L3和涡流室的长度L1和L2调节为这样，使能满足公式L1＜L2＜L3。因此，机壳30的第一和第二斜面43和44分别地延伸至间隔45a和45b。
如图3所示，机壳30的排气口37对着在壳体4的后壁上形成的一组出口孔46。冷却单元20的散热段22插入在排气口37和出口孔46之间。
使用上述的结构，半导体包件15的IC芯片17在便携式计算机1使用时产生热量。IC芯片17产生的热量通过热导管26由热接收块25传送至散热段22。传送至散热段22的热量由散热凸片27的表面排放至壳体4的内部。
当半导体包件15的温度达到预定值时，离心式风扇单元23的叶轮31转动。随着叶轮31的转动，在机壳30的吸气口36a和36b产生负压，因此壳体4内部的空气通过吸气口36a和36b被吸入叶轮31当叶轮31转动时产生的离心力使由叶轮31的外周边排放的空气进入涡流室42，以及随后通过此室42被引导至排放口37。引导至排放口37的空气作为冷却空气，吹向散热段22和通过散热凸片27之间。其结果是，散热段22被强制地冷却，这就是说，由IC芯片17产生的和传送至散热段22的热量，被散热段22和冷却空气之间的热交换传送至冷却空气。由于热交换结果被加热的冷却空气，通过出口孔46排放至壳体4的外面。
在上述结构的离心式风扇单元23内，由叶轮31排放的空气的速度能转换为压力能，这时使用机壳30的涡流室42，从而增加了吸入空气的压力。在限定涡流室42的机壳30内，顶板33的外周边部分33a和底板34的外周边部分34a是在相对的方向上倾斜的。换句话说，涡流室42是这样构造的，涡流室的深度随着离开叶轮31的轴而逐渐径向地增加，从而使由叶轮31的外周边排放入涡流室42的空气的速度能可以有效地转换为压力能。其结果是，由排放口37排放的冷却空气量增加，它能使在冷却空气和散热段22之间实现有效的热交换。
因此，半导体包件15的冷却性能得到改进，以及因此半导体包件15的工作温度可以正确地调节，即使当半导体包件15在其最大的容量被驱动。
再者，机壳30不会在相对于叶轮31的径向上占据大的面积，这意味印刷电路板14的切口部分24可以制成较小。因此，印刷电路板14可以具有足够的面积量。
而且，即使如果机壳30和印刷电路板14必须相互重叠排列，其重叠的面积可以减少。这样，机壳30和供电电路18的电路元件之间的干扰可以避免，从而降低了对于设计便携式计算机的尺寸限制。
再者，在上述的结构中，机壳30的第一和第二斜面43和44延伸至壳体4的间隔45a和45b。因此，机壳30的外周边，它是在平行于叶轮31的轴的方向上扩展，被接收入间隔45a和45b。这样一来，壳体4的厚度不会增加。
本发明不局限于上述的第一实施例，图6示出本发明的第二实施例。在第二实施例中，离心式风扇单元23包容在壳体4内，使叶轮31的转动轴X相对于一条垂直线Y以角度α倾斜，直线Y平行于壳体4的厚度方向。
此外，在第一和第二实施例中，吸气口制成在机壳的顶板和底板上，因而是由叶轮的两个侧面吸入空气，这两个侧面垂直于它的轴。然而，本发明不局限于此点，以及可以改进，使空气仅由叶轮的一个侧面吸入，这个侧面垂直于叶轮轴。
再者，本发明的电子装置不局限于便携式计算机，但也可以是其它类型的电子信息器件。
对于本专业技术熟练人员，附加的优点和改进很容易实现。因此，本发明在较广泛的方面不应局限于这里所示出和说明的专门的细节，和代表性的实施例，所以，在不脱离所附权利要求和等效内容限定的一般的发明概念的精神和范围条件下，可以做出各种改进。

Claims (12)

1.一种风扇单元，它具有：
叶轮(31)；以及
包容此叶轮(31)的机壳(30)，此机壳(30)具有吸气口(36a、36b)，位于围绕此叶轮(31)的涡流室(42)处，以及用于流动空气，以及排放口(37)，位于涡流室(42)的下游端，此涡流室(42)具有离开叶轮(31)逐渐径向增加的深度。
2.按照权利要求1的风扇单元，其特征在于，机壳(30)具有一对盘形的平板(33、34)，彼此相对，平板(33、34)具有外周边部分(33a、34a)，它限定涡流室(42)，平板(33、34)的外周边部分(33a、34a)具有相应的斜面(43、44)，它们由叶轮(31)径向地离开，彼此反向地倾斜。
3.按照权利要求2的风扇单元，其特征在于平板(33、34)具有相应的吸气口(36a、36b)，以及叶轮(31)位于两平板(33、34)之间。
4.一种风扇单元，它具有：
转动的叶轮(31)，以及
包容此叶轮(31)的机壳(30)，此机壳(30)具有吸气口(36a、36b)它们吸入空气至叶轮(31)的转动中心，涡流室(42)，围绕着叶轮(31)和用于收集由叶轮(31)的外周边排放的空气，以及排气孔(37)位于涡流室(42)的下游端，此涡流室(42)具有被叶轮(31)的外周边限定的内周边，以及远离叶轮(31)的外周边的外周边，当L2和L1分别代表涡流室(42)的外周边和内周边的长度时，公式L2＞L1可以满足。
5.按照权利要求4的风扇单元，其特征在于，涡流室(42)具有在叶轮(31)的转动方向上的旋转开始位置(P1)和离开旋转开始位置(P1)的旋转结束位置(P2)，以及涡流室(42)的外周边的长度L2由旋转开始位置(P1)至旋转结束位置(P2)逐渐地增加。
6.一种电子装置，它具有：
包容热发生元件(15)的壳体(4)；以及
包容在此壳体(4)内的风扇单元(23)，以及它用于冷却此热发生元件(15)，此风扇单元(23)具有：叶轮(31)；以及包容此叶轮(31)的机壳(30)，此机壳(30)具有吸气孔(36a、36b)位于围绕着此叶轮(31)的涡流室(42)处，以及用于流动空气，以及排气口(37)位于涡流室(42)的下游端，此涡流室(42)具有离开叶轮(31)逐渐径向增加的深度。
7.按照权利要求6的电子装置，其特征在于，壳体(4)具有底壁(4a)和上壁(4b)，它与底壁(4a)相对，以及相应的间隔(45a、45b)限定在底壁(4a)和机壳(30)之间，以及上壁(4b)和机壳(30)之间。
8.按照权利要求7的电子装置，其特征在于，机壳(30)具有一对盘形的平板(33、34)，彼此相对，平板(33、34)具有相应的吸气口(36a、36b)以及叶轮(31)位于两平板(33、34)之间。
9.按照权利要求8的电子装置，其特征在于，机壳的平板(33、34)具有相应的外周边部分(33a、34a)，它限定涡流室(42)，外周边部分(33a、34a)具有相应的斜面(43、44)，它们由叶轮(31)径向地离开，彼此反向地倾斜，斜面(43、44)延伸至间隔(45a、45b)。
10.按照权利要求6的电子装置，其特征在于，风扇单元(23)包容在壳体(4)内，并且叶轮(31)的转动轴(X)倾斜至垂直线(Y)，垂直线(Y)平行于壳体(4)的厚度方向。
11.按照权利要求6的电子装置，其特征在于，壳体(4)包容散热段(22)，它与热发生元件(15)热连接，以及位于机壳(30)的排放口(37)处。
12.按照权利要求6的电子装置，其特征在于，它还具有印刷电路板(14)，在其上安装热发生元件(15)，此印刷电路板(14)具有切口部分(24)它为风扇单元(23)形成一个间隙。
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