KR100405207B1 - 마이크로 팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 팬에 관해 개시한다

본 발명은 축에 대하여 회전 가능하게 구비되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드, 상기 블레이드는 직선과 하나 이상의 원호로 형성된 일측단부를 리딩 에지라 하고, 타측단부를 트레일링 에지라 하며, 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 직선을 코드 라인이라 하고, 리딩 에지로부터 그은 수평선에 대한 코드 라인의 경사각을 블레이드 각도라 할 때,

상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 직선은 각각 허브에 수직하며 상호간에 일정각도를 이루도록 구성된 것으로서, 블레이드의 리딩 에지 및 트레일링 에지를 직선과 복수의 원호로 형성함으로써 자체로써 뿐만 아니라 히트싱크 등에 어셈블리된 상태에서도 충분한 냉각효율을 얻을 수 있으며, 특히 소음 발생을 최소로 억제할 수 있어 이를 채용한 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

마이크로 팬{Micro fan}

본 발명은 블레이드의 리딩 에지와 트레일링 에지를 직선과 하나 이상의 원호로 형성시켜 최적의 풍량과 풍압이 발생되게 하면서 회전소음이 저감될 수 있도록 하는 마이크로 팬에 관한 것이다.

마이크로 팬은 노트북이나 personal computer와 같은 제한된 공간에서 구동하게 되는 micro-processor에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 목적으로 주로 사용되며, 소형의 단회전식 축류 팬(axial flow fan)을 사용하는 것이 일반적이다.

현재 micro-fan은 직접 micro-processor에 체결하는 경우와 노트북 등에서 단독으로 부착하는 경우로서 적용되고 있으며, personal computer 자체가 소형화되는데 반해 CPU는 대용량화 및 고속화되는 추세이므로 부하 용량이 대단히 증가되면서 CPU에서는 대단히 높은 열이 발생되고 있다.

이러한 CPU에서의 구동 열은 자칫 방치시키다가는 과열에 의한 구동불능 상태가 초래되기도 하고, 주요부품의 손상을 야기시키는 심각한 문제가 있다.

따라서 예전에는 그렇게 심각하지 않게 여겨지던 CPU의 냉각이 결코 간과할 수 없는 매우 중요한 과제로 대두되고 있는데 반해 현재 적용되고 있는 CPU 냉각팬은 그에 충분히 대응할 수가 없는 기술적 한계에 도달해 있다.

한편 micro-fan에 의한 냉각은 대개 팬의 풍량을 증가시키는 방법을 먼저 생각할 수가 있는데 이러한 팬의 풍량은 블레이드의 크기, 형상, 운전 회전수등의 다양한 변수에 의해서 결정되며, 특히 일정한 공간내에 사용되므로 공간의 제약, 전력소비 및 소음발생에 대한 문제 또한 각별히 고려하지 않을 수 없다.

따라서 팬을 설계하는데 있어서, 유동 공기의 박리(separation)에 의한 에너지 손실 방지, 소음 감소, 날개의 입구와 출구 사이에서의 손실을 최소화하면서 정압 상승(static pressure rise)을 최대로 하는 등의 고성능을 발휘할 수 있는 조건을 만족하는 것이 필요로 된다.

특히 대부분의 팬 소음은 회전수, 날개의 팁 간극, 날개 수, 시위 길이(chord length), 캠버(chamber) 그리고 날개의 스윕(sweep)등이 변수로 작용하고 있음이 이미 다양한 실험을 통해 밝혀진바 있다.

도 1은 현재 일반적으로 사용되고 있는 마이크로 팬의 구조를 도시한 평면도로서, 부호 1은 모터 축에 고정되어 회전하는 허브이고, 부호 2는 허브(1)의 외주면에 일체로 형성되는 블레이드이며, 부호 3은 허브(1)와 블레이드(2)를 외부에서 감싸면서 블레이드(2)와의 미세하게 이격되는 공간을 통해 외부로부터 공기를 유도하게 되는 덕트이다.

허브(1)는 팬 모터의 회전부재이며, 내부에는 마그네트가 부착되어 전원이 공급될 때 고정부재인 스테이터 코일과의 상호 작용으로 전자기력에 의해서 회전하게 되는 모터의 회전부재이다.

블레이드(2)는 허브(1)의 외주면에 방사상으로 다수개가 일체로 구비되어 허브(1)와 함께 회전하면서 찬공기를 외부로부터 유입하여 마이크로 프로세서에 공급하는 작용을 한다.

그리고 덕트(3)는 블레이드(2)의 외측에 구비되어 사실상 블레이드(2)의 외측을 감싸면서 블레이드(2)에 의해 흡입되는 공기를 마이크로 프로세서로 유도하는 가이드의 역할을 수행한다.

도 2는 종전의 마이크로 팬에서 허브(1)에 구비되는 블레이드(2)를 정면에서 확대해서 본 구조를 도시한 것으로서, 통상적인 마이크로 팬에서의 블레이드(2)는단면이 상향 만곡지는 원호형상이며, 일측이 허브(1)에 결합되면서 타측으로 하향 경사지는 구조가 대부분이다.

한편 블레이드(2)의 바깥측 외주면과 미세한 간격으로 이격되면서 블레이드(2)의 외측을 감싸는 형상으로 구비되는 덕트(3)는 저부가 모터의 고정부재와 일체로 연결되면서 마이크로 프로세서와는 스크류와 같은 별도의 고정수단을 이용하여 체결된다.

특히 블레이드(2)의 외주면과 덕트(3)의 내주면간으로 미세하게 이격시켜 형성되는 가이드 홀(3a)은 블레이드(2)에 의해서 유입되는 찬공기를 마이크로 프로세서로 원할하게 유도되도록 하는 가이드역할을 하게 된다.

따라서 모터에 전원이 공급되어 허브(1)가 회전하기 시작하면 허브(1)에 일체로 구비된 다수개의 블레이드(2)들이 회전하면서 블레이드(2)의 면간 압력차에 의해 외부에서 공기가 흡입되어 마이크로 프로세서에 공급된다.

이러한 공기 유입은 블레이드(2)의 상향 만곡지는 면형상에 의해서 허브(1)와 함께 회전시 블레이드(2)의 면을 기준으로 외부보다는 내부의 압력이 급격하게 낮아지게 되므로 공기가 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되는 원리에 의해서 이루어지게 되는 것이다.

하지만 현재 사용되는 대부분의 마이크로 팬은 단순히 외부로부터 바람을 흡입시키기 위한 목적으로만 제작되기 때문에 블레이드(2)의 형상설계가 매우 단순하다.

즉, 일반적인 팬의 풍량은 블레이드의 크기와 형상 그리고 운전 회전수등에의해서 결정되나 현재 마이크로 팬에 적용되고 있는 블레이드(2)의 형상은 도.2에 도시한 바와 같이 직선인 하부면의 양단을 소정의 반경인 원호(circular arc)형상으로 연결한 매우 단순한 형상으로 이루어지고, 허브에 대해서 기울어지는 블레이드(2)의 각도는 허브측 단부와 덕트측 팁단부가 동일하도록 형성되어 있다.

그러나 이러한 종래의 냉각팬에 있어서는 자체의 냉각팬을 형성할 때에는 소음등을 충분히 고려한 것이기 때문에 소음발생이 극히 적은 것이지만, 이들을 히트싱크 등에 결합시켜 사용함에 있어서는 구조적으로 블레이드의 외측 주연부인 팁(tip)에서 와류발생으로 인한 유동 공기의 박리가 일어나게 되고, 이 박리가 주변 유동장을 교란시켜 전체적인 성능 저하 및 소음 증가의 원인을 제공하기도 한다.

한편 최근 개발되고 있는 고용량 및 고속의 마이크로 프로세서는 더욱 빠른 처리속도를 제공하게 되므로 종전과 같은 블레이드에 의해서는 적절한 냉각이 도저히 불가능하므로 그에 대응할 수 있는 팬 블레이드가 조속히 필요로 되는 것이 현재의 실정이다.

본 발명의 목적은 히트싱크 등과 결합시킨 상태에서 충분한 냉각효율을 보장하면서 특히, 소음발생을 억제할 수 있는 마이크로 팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 마이크로 팬을 나타낸 평면도.

도 2는 도 1에서의 일부 측면을 나타낸 확대도.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 팬을 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 블레이드의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 블레이드의 평면도.

도 7은 본 발명에 따른 블레이드 설계상태를 나타낸 모식도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 허브 200 : 블레이드

210 : 리딩 에지 220 : 트레일링 에지

230 : 코드 라인

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 축에 대하여 회전 가능하게 구비되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드, 상기 블레이드는 직선과 하나 이상의 원호로 형성된 일측 단부를 리딩 에지라 하고, 타측단부를 트레일링 에지라 하며, 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 직선을 코드 라인이라 하고, 리딩 에지로부터 그은 수평선에 대한 코드 라인의 경사각을 블레이드 각도라 할 때,

상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 직선은 각각 허브에 수직하며 상호간에 일정각도를 이루어 진 것을 그 특징으로 한다.

본 발명은, 블레이드의 리딩 에지와 트레일링 에지는 상호간에 30°~60 로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은, 상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 직선 영역은 반지름의 50~70% 범위인 것에 특징이 있다.

본 발명은, 상기 블레이드는 트레일링 에지로부터 리딩 에지를 향할수록 점차적으로 길어지는 것에 특징이 있다.

본 발명은, 상기 블레이드의 각도는 큰 각에서 점차적으로 작은 각을 이루도록 형성되는 것에 특징이 있다.

이하 본 발명에 따른 마이크로 팬의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

일반적으로 마이크로 팬을 설계하는데 있어서 고성능을 발휘할 수 있도록 하기 위해 고려하여할 중요한 변수들로는 회전속도와 블레이드의 각도 및 블레이드의 수 및 블레이드의 형상 등이 있으며, 이들 중 블레이드의 입구와 출구 사이의 손실을 최소화하고, 정압 상승(static pressure rise)을 최대로 하기 위해서 가장 고려되어야 할 부분이 블레이드의 형상이다.

여기서, 상기 통상적인 마이크로 팬에서의 블레이드는 바깥측 외주면이 모터의 덕트(미도시)에 의해 감싸지는 형상으로 구비된다.

이러한 블레이드의 외주면과 덕트의 내주면간은 상호 미세하게 이격되어 가이드홀을 형성하며, 이 가이드홀은 블레이드의 회전에 의해서 형성되는 찬공기를 일측방향으로 원활하게 유도 되도록 하는 가이드 역할을 하게 된다.

한편, 상기 블레이드의 회전시 공기유입은 블레이드의 면형상에 의해서 허브와 함께 회전시 블레이드의 면을 기준으로 외부보다는 압력이 급격하게 낮아지게 되므로 공기가 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되는 원리에 의해서 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 블레이드의 설계에 적용되는 형상은 대부분 영국계의 C계열(Circular Arc)과 미국계의 NACA계열(National Advisory Committee for Aeronautics)이 대부분이며, 이때 공기의 박리(saparation)로 인한 에너지 손실을 방지하기 위해서 블레이드의 각도를 결정하게 된다.

본 발명은 최적의 블레이드 형상을 설계하기 위해 리딩 에지와 트레일링 에지를 직선과 원호로 형성하되, 특히 상기 리딩 에지와 트레일링 에지는 상호 일정한 각을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 팬의 사시도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3의 마이크로 팬을 측면에서 바라본 구조를 도시한 것이다.

그리고, 도 6은 본 발명에 따른 블레이드를 나타낸 평면도이다.

본 발명은 모터의 허브(100) 외주면에 방사상으로 복수개의 블레이드(200)가 일체로 형성되게 한 것으로서, 이때의 블레이드(200)는 단면이 항공기 날개의 설계시 적용되는 익형이며, 블레이드(200)면은 소정의 각도로 비틀리게 형성된다.

여기서, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 팬에서 블레이드(200)의 단면 구조를 도시한 것으로서, 본 발명에서 마이크로 팬의 블레이드(200)는 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)를 직선 및 하나 이상의 원호로 형성시키는 방법에 의해서 생성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에서의 블레이드(200)의 단면은 항력에 비해 큰 양력을 발생하는 에어포일 형상이며, 이러한 블레이드(200)의 양쪽 끝단 부분을 각각 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)가 한다. 이를 도면을 기준으로 살펴보면 블레이드(200)의 단면중 소정의 반경으로 라운딩 시킨 좌측 끝부분을 리딩 에지(210)라 하고, 그와 대응되는 우측 끝 단부를 트레일링 에지(220)라 하며, 상기 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)간을 연결하는 직선을 코드 라인(230;chord line)이라고 정의하였을 때 본 발명에서의 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)는 하나의 직선과 복수의 원호로 형성된다.

도 7에 나타낸 바와같이, 상기 리딩 에지(210)의 직선부는 허브(100)에 수직하게 형성되고, 트레일링 에지(220)의 직선부 역시 허브(100)에 수직하게 형성된다.

그리고, 상기 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)의 직선은 상호 일정각 즉, 본 발명에서는 30°~60°의 범위내에서 형성된다.

다시 말해 본 발명은 블레이드(200)의 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)를 형성함에 있어서 하나의 직선과 복수의 원호로 형성하게 되는데, 이때 리딩 에지(210)의 직선과 트레일링 에지(220)의 직선은 상호 30°~60°의 각을 갖는다.

한편, 전술한 블레이드(200)는 허브(100)측에서 외측으로 진행하면서 점차적으로 길어지도록 형성된다.

이와 같은 블레이드(200)에서 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)의 직선부의 형성 영역은 블레이드 폭의 대략 50~70% 범위내에서 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 블레이드(200)의 각도 즉, 리딩 에지(210)로부터 그은 수평선에 대한 코드 라인(230)의 경사각은 큰각에서 점차적으로 작은 각을 갖도록 형성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 블레이드(200)의 리딩 에지(210)와 트레일링 에지(220)를 직선과 복수의 원호로 형성함으로써 유량 및 정압상승이 증가되며, 항력이나 마찰의 영향이 감소되어 보다 효율적인 공기유동을 촉진시킬 수 있게 된다.

아래의 표는 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 팬을 단품상태와 히트싱크 등에 어셈블리시킨 상태에서의 소음 변화를 측정한 것이다.

size	50×50×15	60×60×15	60×60×10
rpm	4000	4500	4000
db (noise single)	25	32	28
db (noise ass'y)	25	32	28

이상에서와 같이 본 발명에 따른 마이크로 팬은 단품상태와 히트싱크 등에 어셈블리된 상태에서의 소음변화가 없는 것을 알 수 있다. 즉, 어셈블리된 상태에서 소음이 증가되지 않는 것을 알수 있다.

한편, 제작된 마이크로 팬 중 60×60×15를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 7를 참조하여 설명하면 팬의 중심좌표를 0,0을 한 뒤, 안쪽의 리딩에지는 sweep 경사각이 42도를 이루도록 한고, 바깥쪽의 리딩 에지(leading edge)는 중심을 7.25, 22.14에 두고 반지름이 11.6인 원호와 접하도록 한다.

이때의 접하는 점은 블레이드(blade)의 폭(width)의 50%정도에 위치되도록 하였다.

이어서, 트레일링 에지(trailing edge)는 blade width가 일정하고 blade angle이 정해져 있으므로 리딩에지(leading edge)에 따라 자연히 결정된다.

즉, 전술한 바와 같이 블레이드(blade)에 의한 소음은 팁 클리어런스(tip clearance)에 의한 소음이 대부분을 차지하는데 본 발명은 정압분포가 블레이드(blade)의 리딩에지(leading edge)로 집중되고 팁(tip)에서의 압력분포는 매우 작아지게 되므로, 이러한 결과로 인하여 마이크로 팬을 히트싱크 등에 어셈블리 시켜도 소음이 증가하지 않는 결과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기에서와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 마이크로 팬은 히트싱크등에 어셈블리된 상태에서 와류발생으로 인한 유동공기의 박리를 저감시키게 됨에 따라 모터의 전체적인 성능개선 및 소음을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.

따라서, 이를 채용한 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 축에 대하여 회전 가능하게 구비되는 허브와;

   상기 허브의 외주면에 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드와;

   상기 블레이드는 직선과 하나 이상의 원호로 형성된 일측단부를 리딩 에지라 하고, 타측단부를 트레일링 에지라 하며, 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 직선을 코드 라인이라 하고, 리딩 에지로부터 그은 수평선에 대한 코드 라인의 경사각을 블레이드 각도라 할 때,

   상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 직선은 각각 허브에 수직하며 상호간에 30°~60°의 각도를 이루면서, 상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 직선 영역은 반지름의 50~70% 범위인 것을 특징으로 하는 마이크로 팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드는 트레일링 에지로부터 리딩 에지를 향할수록 점차적으로 길어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 팬.
5. 제 1항에 있어서, 상기 블레이드의 각도는 큰 각에서 점차적으로 작은 각을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 팬.