KR101407181B1 - 냉각 팬 모듈 - Google Patents

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KR101407181B1
KR101407181B1 KR1020097002204A KR20097002204A KR101407181B1 KR 101407181 B1 KR101407181 B1 KR 101407181B1 KR 1020097002204 A KR1020097002204 A KR 1020097002204A KR 20097002204 A KR20097002204 A KR 20097002204A KR 101407181 B1 KR101407181 B1 KR 101407181B1
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cooling fan
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존 피 프랜즈
피오라 트로이 에이 델라
조셉 알 알렌
웨이드 디 빈슨
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

냉각 팬 모듈은 모듈 하우징(30) 및 팬 조립체(40)를 포함한다. 팬 조립체(40)는 모듈 하우징(30) 내부에 배치되는 팬 하우징(42) 내에 배치되는 모터(44)에 결합되는 블레이드 조립체(46)를 포함한다. 팬 하우징(42)은 입구(35) 및 모듈 하우징(30) 내에 배치되는 출구(37)를 구비한다. 팬 제어 회로 기판(52)은 모듈 하우징(30)의 내부이면서 팬 하우징(42)의 외부인 곳에 배치된다. 팬 제어 회로 기판(52)은 모터(44)에 결합된다. 전기 커넥터(56)는 팬 제어 회로 기판(52)에 결합되고, 모듈 하우징(30)의 외부로 돌출한다.

Description

냉각 팬 모듈{COOLING FAN MODULE}
본 발명은 냉각 팬 모듈에 관한 것이다.
컴퓨터 시스템은 의도된 기능을 실행하기 위해 전류를 끌어 쓰는 다수의 전기 부품을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터의 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU)는 컴퓨터 시스템의 전체 작업을 제어하거나, 다양한 수치 계산을 실행하는 것과 같은 많은 기능을 실행하기 위해 전류를 필요로 한다. 일반적으로, 전류가 흐르는 소정의 전기 장치는 열을 발생시킨다. 하나의 소정의 장치가 발생시키는 열의 양은 일반적으로 상기 장치를 통해 흐르는 전류의 양의 함수이다.
전형적으로, 전기 장치는 정확하게 미리 설정된 온도 범위 내에서 작동하도록 설계된다. 만약, 온도가 미리 설정된 범위를 초과하는 경우(즉, 상기 장치가 너무 뜨겁거나, 너무 차가워지는 경우), 장치는 정확하게 작동하지 않을 수 있으며, 이에 따라 잠재적으로 컴퓨터 시스템의 전체 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 많은 컴퓨터 시스템은 전기 부품의 온도를 조절하기 위해 냉각 시스템을 포함한다. 냉각 시스템의 일 유형으로는 전자 부품을 냉각하기 위해, 상기 부품에 대해 공기를 송풍하는 하나 이상의 냉각 팬에 기반한 강제 공기 시스템이 있다.
전기 장치를 가로질러 이동될 수 있는 공기의 분당 입방 피트(CFM)는 상기 장치로부터 얼마나 많은 열이 제거될 수 있느냐에 있어서 중요한 인자이다. 따라서, 냉각 팬의 용량은 냉각 적용예에서의 사용을 위한 공기 이송기를 선택함에 있어 중대한 인자이다. 냉각 팬이 생성할 수 있는 CFM은, 기류를 발생시키는 블레이드의 총면적, 팬을 통과하는 기류를 위해 제공되는 자유 면적, 블레이드의 디자인, 및 전동기에 의해 발생되는 동력을 포함하는 다수의 인자에 의해 조절된다.
이하의 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위 전반에 걸쳐, 특정 시스템 부품을 나타내기 위해 소정의 용어들이 사용된다. 당업자는 하나의 부품에 대해 컴퓨터 회사마다 다른 이름을 사용하는 것을 이해할 것이다. 본 명세서는 이름은 상이하나 기능은 상이하지 않은 부품들을 구별하고자 하는 의도는 없다. 이하의 설명 및 특허청구범위에 있어서, "포함하는" 및 "이루어지는"의 용어는 비한정적인 것으로 사용되며, 따라서 "포함하지만, ...으로 한정되지 않는"이란 의미로 해석되어야 한다. 또한, "결합"이란 용어는 간접 또는 직접적인 연결을 의미하고자 하는 것이다. 따라서, 만약 제 1 장치가 제 2 장치에 결합한다면, 이러한 연결은 직접적인 연결을 통한 것일 수도 있으며, 또는 다른 장치 및 연결부를 통해 간접적으로 연결된 것일 수도 있다.
이하의 설명은 본 발명의 다양한 실시예에 관한 것이다. 비록, 이들 실시예 중 하나 이상이 바람직하지만, 개시된 실시예들은 특허청구범위를 포함한 명세서의 범주를 제한하는 것으로 해석되거나, 사용되어서는 안 된다. 또한, 당업자는 이하의 설명이 광범위한 적용분야를 가지며, 소정의 실시예에 대한 설명은 당해 실시예의 예시에 불과한 것으로 특허청구범위를 포함한 본 명세서의 범주는 당해 실시예에 한정되는 것으로 인식되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 냉각 팬 모듈을 포함하는 컴퓨터 시스템을 도시하는 도면,
도 2는 냉각 팬 모듈의 일 실시예에 대한 부분 분해 조립도,
도 3은 팬 조립체의 일 실시예에 대한 부분 분해 조립도,
도 4는 팬 모듈 하우징의 일 실시예의 일부를 도시하는 도면,
도 5는 역류 방지기의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 6은 팬 조립체의 일 실시예에 대한 부분 분해 조립도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 냉각 팬 모듈의 일 실시예에 대한 등거리 정면도,
도 8은 도 7의 냉각 팬 모듈의 등거리 배면도.
본 발명의 예시적인 실시예의 상세한 설명을 위해 첨부된 도면이 참조될 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 컴퓨터 조립체(10)는 섀시(12), 머더보드(14), 히트 싱크(16), 전자 부품(18), 및 냉각 팬 모듈(20)을 포함하는 리셉터클(19)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각 팬 모듈(20)은 팬 조립체(40)를 둘러싸는 모듈 하우징(30)을 포함한다. 다시, 도 1을 참조하면, 냉각 팬 모듈(20)은 입구(26)를 통해 섀시(12)로 진입하여 전자 부품(18)과 열적으로 연통하여 유동하는 기류를 발생시키도록 배열된다. 히트 싱크(16)는 팬 모듈(20)에 의해 발생되는 기류에 직접적으로 놓이도록 배열될 수 있다. 히트 싱크(16)는 전자 부품에 의해 발생되는 열이 히트 싱크의 증가된 표면적을 통해 기류로 방산되도록 전자 부품에 결합된다.
도 2는 냉각 팬 모듈(20)의 부분 분해 조립도이다. 냉각 팬 모듈(20)은 모듈 하우징(30), 팬 조립체(40), 및 전자부품 조립체(50)를 포함한다. 모듈 하우징(30)은 상부 하우징(32), 하부 하우징(34), 핸들(36), 및 래치 기구(38)를 포함한다. 도 3에서 부분적으로 분해되어 도시된 팬 조립체(40)는 팬 하우징(42), 모터(44), 블레이드 조립체(46), 및 단부 캡(48)을 포함한다. 전자부품 조립체(50)는 모터 제어 회로 기판(52), 히트 싱크(54), 및 커넥터(56)를 포함한다.
냉각 팬 모듈(20)은 팬 전자부품의 공동 위치설정과 함께 냉각 팬의 전기 연통 핫 플러거블(live, hot-pluggable) 제거 및 삽입을 허용한다. 냉각 팬 모듈(20)은 또한 역류 방지, 및 음향 방사(acoustic radiation), 진동 및 전자파 방출의 감소를 제공할 수 있다. 냉각 팬 모듈(20)은 개별적인 공기 이송기로서 사용될 수 있으며, 또는 복수의 모듈을 사용하는 시스템 내에 사용될 수도 있다.
팬 조립체(40)는 모듈 하우징의 전방(33)이 팬 조립체(40)로의 입구(35)와 실질적으로 동일 평면이 되도록 모듈 하우징(30)과 조립된다. 팬 조립체(40)의 출구(39)는 모듈 하우징 출구(37)로부터 이격되어 모듈 하우징(30) 내에 삽입된다. 또한, 모듈 하우징(30)은 팬 조립체(40)를 둘러싸는 소정의 공간을 제공하도록 구 성된다. 팬 조립체(40)와 모듈 하우징(30) 사이의 체적은 전자부품 조립체(50), 방음 및/또는 소음 완화재, 전자파 차단재, 진동 완충기, 모듈을 통과하는 기류 제어 장치를 위한 공간을 제공한다.
전자부품 조립체(50)는 하부 하우징(34)에 장착된다. 모터 제어 회로 기판(52)은 통신 회로, 포지션 디코더, 오실레이터, 전류 구동기, 및 모터(44)의 권선에 전기 신호를 보내도록 사용되는 다른 회로 및 부품과 같은 전기 회로 및 부품을 포함할 수 있다. 모터 제어 회로 기판(52)이 팬 하우징(42)에 의해 구속되지 않기 때문에, 보다 큰 회로 기판이 사용될 수 있다. 보다 큰 회로 기판은 종종 회로 기판 상의 보다 저렴한 큰 부품의 사용이 가능하도록 한다. 보다 큰 회로 기판은 또한 전기 회로 설계자가 효율적인 회로를 구성할 수 있도록 보다 큰 공간을 허용한다.
회로 기판 상의 전기 부품의 냉각을 증대시키기 위해, 히트 싱크(54)가 모터 제어 회로 기판(52)에 열적으로 결합된다. 회로 기판(52)의 냉각을 추가적으로 개선하기 위해, 히트 싱크(54)는 적어도 부분적으로 팬 조립체(40)에 의해 발생되는 기류 내에 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 모터 제어 회로 기판(52)은 히트 싱크(54)를 필요로 하지 않을 수 있으며, 따라서 히트 싱크는 냉각 팬 모듈(20) 내에 포함되지 않을 수 있다.
커넥터(56)는 섀시(12) 내에서, 모터 제어 회로 기판(52)과 머더보드(14)와 전기 부품(18) 사이의 전기적 연결을 제공한다. 커넥터(56)는 팬 모듈(20)이 섀시 내로 삽입될 때, 섀시(12) 상에 장착되는 대응하는 리셉터클과 자동적으로 결합하도록 모듈 하우징(30)의 외부를 통해 돌출한다. 커넥터(56)는 케이블 커넥터, 카드 커넥터(도 7 참조), 또는 소정의 다른 전기 커넥터일 수 있다. 소정의 실시예에서, 팬 모듈(20)은 핫-플러거블이며, 컴퓨터 시스템의 작동을 중단함이 없이, 컴퓨터 조립체(10)로부터 제거되거나 설치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 팬 조립체(40)는 고정구(60)에 의해 하부 하우징(34)에 결합된다. 진동 방지기(62)는 고정구(60)와 팬 하우징 레그(64) 사이에 배치된다. 진동 방지기(62)는 팬 조립체(40)에 의해 발생되는 진동을 흡수하여 섀시(20)로 전달되는 진동을 감소시키는 역할을 하는 탄성 물질로 구성될 수 있다. 진동 방지기(62)는 고무, 폼(foam), 탄성체, 중합체, 금속 스프링, 또는 소정의 다른 진동 흡수 물질이나 기구일 수 있다.
팬 하우징(42)은 기류를 블레이드 조립체(46) 방향으로 안내하는 테이퍼지거나, 종 형상의 입구(66)를 포함한다. 팬 하우징(42)은 블레이드 조립체(46)의 직경에 적어도 2배에 이르는 전체 길이(41)를 가질 수 있다. 블레이드 조립체(46)는 팬 조립체(40)의 공기역학적 성능을 개선하는 특징부를 포함하는 반경방향 블레이드(45) 및 허브(47)를 포함한다. 예를 들어, 반경방향 블레이드(45)는 공기역학적으로 최적화된 형상을 가질 수 있으며, 블레이드 조립체에 걸쳐 충분한 차압을 생성하도록 밀접하게 이격될 수 있다. 블레이드(45)는 팬 하우징(42)의 내부와 블레이드 선단부 사이에 작은 간극을 제공하는 블레이드 외경(49)을 갖는다. 허브(47)는 블레이드로의 공기의 유동을 완만하게 하는 것을 조력하는 원뿔 형상을 갖는다.
또한, 블레이드 조립체(46)는 팬의 작동 동안, 공기가 모터(44) 상에 직접적 으로 유동할 수 있도록 허브(47) 상에 배치된 공기 흡입구(68)를 포함한다. 공기의 유동이 모터(44) 상으로 흐름에 따라, 권선부 또는 모터에 의해 발생된 열이 공기로 이동된다. 이러한 열 전달은 권선부의 온도를 감소시키고, 모터(44)가 보다 높은 전력으로 작동될 수 있도록 한다. 또한, 모터(44)를 가로지르는 기류는 블레이드 조립체(46)가 장착되는 회전 샤프트를 지지하도록 사용되는 베어링의 온도를 감소시키는 것을 돕는다. 베어링의 온도를 감소시키는 것은 베어링에 사용되는 그리스의 열화를 감소시킬 수 있으며, 보다 저렴한 베어링 및 그리스의 사용을 허용할 수 있다.
단부 캡(48)은 모터(44)의 하류측 단부 상에 배치되어, 기류가 모터(44)를 지나 이동할 때, 완만한 전이부를 제공한다. 완만한 전이부는 기류가 팬 하우징(42)으로부터 출구를 향해 이동함에 따라 기류의 점진적인 팽창을 허용한다. 이러한 점진적인 팽창은 기류 내의 압력 교란을 감소시킨다. 또한, 단부 캡(48)은 와이어 가이드(70)를 포함한다. 모터(44)를 제어 회로 기판(52)에 결합하는 전기 와이어는 와이어가 팬 조립체(40)를 통한 주 기류에 있어서의 중단을 야기하지 않도록 와이어 가이드(70)를 통해 연장된다.
이제 도 4를 참조하면, 상부 하우징(32)의 밑면이 도시된다. 상부 하우징(32)은 팬 모듈(20)로부터의 소음 방사를 감소시키기 위해 음향 에너지를 흡수, 완화, 또는 반사시키는 역할을 하는 흡음재(72)가 전체적으로 또는 부분적으로 나열될 수 있다. 흡음재(72)는 음향 폼, 음향 배플, 또는 음향 에너지를 흡수 또는 완화하는 소정의 다른 물질일 수 있다. 또한, 상부 하우징(32)은 소음 방사를 감 소시키는 것을 돕고 흡음재와 나열될 수 있는 유동 확산기(74)를 포함할 수 있다. 상부 하우징(32)은 또한 섀시(12)와의 전도성 접점을 제공하고 팬 모듈(20)로부터의 전자파 방출을 감소시키는 역할을 하는 전자파 차폐(EMI) 접점부(75)를 포함할 수 있다.
핸들(36)은 섀시(12)로부터 팬 모듈(20)을 제거 및 설치하는데 사용하기 위한 그립핑 표면을 제공한다. 소정의 실시예에서, 래치 기구(38)는 섀시(12) 상의 대응하는 리셉터클과 결합하여 팬 모듈(20)을 섀시 내에 유지한다. 또한, 상부 하우징(32)은 발광 다이오드와 같은 가시적 표시기(76)를 포함하여, 팬 모듈(20)의 작업 상태에 대한 시각적인 표시를 제공한다.
이제, 도 5를 참조하면, 팬 모듈(20) 또는 섀시(12) 상에 역류 방지기(80)가 설치될 수 있다. 역류 방지기(80)는 특정 팬 모듈이 동작 불능이거나, 시스템으로부터 제거될 때, 공기의 유동을 제한하도록 작동한다. 역류 방지기(80)는 프레임(84) 및 루버(louver; 84)를 포함한다. 루버(84)는 폐쇄 위치로 편향되지만, 기류가 관통하여 유동할 수 있도록 자동적으로 개방된다. 따라서, 역류 방지기(80)는 팬 모듈(20)이 작동 상태에 있을 때, 공기의 흐름을 허용하는 제 1 위치와, 팬 모듈이 작동하지 않을 때, 공기의 흐름을 방지하는 제 2 위치를 갖는다. 역류 방지기(80)는 밸브 또는 다른 유동 제어 장치와 같은 다른 선택적인 개방 기구를 포함하여, 팬이 작동하지 않을 때 역류를 방지할 수 있다.
도 6은 팬 하우징(92), 모터(94) 및 블레이드 조립체(96)를 포함하는 팬 조립체(90)를 도시한다. 팬 하우징(92)은 입구 링(98), 블레이드 하우징(100), 모터 하우징(102), 및 출구 링(104)을 포함하는 다중 부재 하우징이다. 다중 부재 하우징은, 바람직하게는, 소정의 다수의 구성요소 또는 부재로 구성될 수 있다. 하우징의 각각의 부재는 용이한 구성 및 조립을 위해 사용될 수 있으며, 또는 유리한 열적 또는 공기역학적 특성을 제공하도록 사용될 수 있다. 팬 하우징(92)의 부재는 고정구(106)에 의해 상호 연결되며, 또한 접착제, 용접 및 브레이징을 포함하는 다른 방법에 의해 결합될 수 있다. 팬 하우징(92)은 레그(110)와 결합되는 고정구(108)를 통해 하부 하우징과 결합한다. 진동 방지기(112)는 팬 하우징 레그(110)와 하부 하우징 사이에 배치된다.
모터(94) 및 블레이드 조립체(96)가 하우징(92)에 설치되는 경우, 모터(94)는 모터 하우징(102) 내에 지지되고, 블레이드 조립체(96)는 블레이드 하우징(100) 내에 배치된다. 블레이드 하우징(100) 및 블레이드 조립체(96)는 블레이드의 외측 선단부와 하우징의 내측면 사이의 유극을 최소화하도록 구성될 수 있다. 이러한 선단부 유극 거리를 최소화하는 것은 가능한 최대 블레이드 직경이 사용될 수 있도록 하여 팬 성능을 증가시킨다. 입구 링(98), 블레이드 하우징(100), 모터 하우징(102) 및 출구 링(104) 각각은, 바람직하게는, 금속 또는 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 블레이드 하우징(100)은 내경을 정밀하게 제어하기 위해 기계가공된 금속 구성요소일 수 있으며, 입구 링(98)은 비용 및 중량을 최소화하기 위해 성형된 플라스틱 재료로 구성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 모듈 하우징(204) 내에 배치된 팬 조립체(202)를 포함하는 냉각 팬 모듈(200)을 도시한다. 팬 조립체(202)는 허브(210) 및 반경방향 블레이드(212)를 포함하는 블레이드 조립체(208)를 향해 기류를 안내하는 테이퍼진 입구(206)를 포함한다. 허브(210)는 블레이드(212)를 작동시키는 전동기를 가로질러 공기를 안내하는 공기 흡입구(214)를 포함한다. 카드 커넥터(216)는 모듈 하우징(204)으로부터 연장되어, 냉각 팬 모듈(200)이 섀시 상에 설치될 때, 섀시(도시되지 않음) 상에 장착되는 대응하는 리셉터클과 결합한다.
정렬 슬롯(218)은 냉각 팬 모듈(200)이 섀시에 적절하게 결합하는 것을 보장하도록 섀시와 접속한다. 제거 핸들(220)은 모듈 하우징(204) 상의 출구 그릴(222)과 일체를 이룬다. 제거 핸들(220)은 출구 그릴(222)을 중심으로 핸들을 회전시킴으로써, 팬 모듈(200)이 섀시로부터 해제 및 제거될 수 있도록 하는 해제 기구에 결합된다.
전술된 설명은 본 발명의 원리 및 다양한 실시예를 예시하려는 것이다. 일단, 전술한 설명이 완전히 인식된다면, 다수의 변형예 및 개조예가 당업자들에게 명백하게 될 것이다. 이하의 특허청구범위는 이러한 변형예 및 개조예 모두를 아우르는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 냉각 팬 모듈에 있어서,
    모듈 하우징(30);
    상기 모듈 하우징 내부에 배치되는 팬 조립체(40)로서, 상기 팬 조립체는 팬 하우징(42), 상기 팬 하우징 내에 배치된 모터(44), 및 상기 모터에 결합되는 블레이드 조립체(46)를 포함하고, 상기 팬 하우징은 입구(35) 및 상기 모듈 하우징 내에 배치되는 출구(37)를 구비하는, 상기 팬 조립체(40);
    상기 모듈 하우징 내부에서 상기 팬 하우징 외부에 배치되며, 상기 모터에 전기적으로 연결되는 팬 제어 회로 기판(52); 및
    상기 팬 제어 회로 기판에 결합되고 상기 모듈 하우징의 외부로 돌출되는 전기 커넥터(56)를 포함하며,
    상기 블레이드 조립체는,
    원뿔형 허브(47)로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 블레이드(45); 및
    상기 원뿔형 허브를 관통하여 배치되는 복수의 공기 흡입구(68)를 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 팬 제어 회로 기판(52)은 상기 모듈 하우징과 상기 팬 하우징 사이에서 상기 모터의 회전 샤프트에 평행하게 연장되는
    냉각 팬 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 팬 조립체(40)와 상기 모듈 하우징(30) 사이에 결합되는 진동 방지기(62)를 더 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징(30) 내에 배치되는 흡음재(72)를 더 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징(30) 상에 배치되는 EMI 접점(75)을 더 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 팬 하우징(42)의 전체 길이(41)는 상기 블레이드 조립체(46)의 블레이드 외경(49)의 적어도 2배인
    냉각 팬 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 팬 하우징(42)은 복수의 서브-하우징을 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 팬 제어 회로 기판(52)에는 히트 싱크(54)가 열적으로 결합되고, 상기 히트 싱크는 상기 팬 조립체(40)에 의해 발생되는 기류 내에 배치되는
    냉각 팬 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징(30)에 연결되는 핸들(36); 및
    상기 모듈 하우징(30)에 연결되는 래치 기구(38)를 더 포함하는
    냉각 팬 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징(30)의 일단부에 배치되는 역류 방지기(80)를 더 포함하는
    냉각 팬 모듈.
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