TW202122686A - 運算裝置、雙轉子風扇及散熱系統 - Google Patents

運算裝置、雙轉子風扇及散熱系統 Download PDF

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Abstract

一種運算裝置包含風扇殼體及控制器。風扇殼體包含雙轉子風扇，而雙轉子風扇包含第一轉子和第二轉子。控制器通信連接雙轉子風扇，而控制器用以執行：偵測第一轉子的故障；以及針對所偵測第一轉子的故障，以高於第一轉子故障之前第二轉子的風扇速度之較高轉速驅動第二轉子。

Description

運算裝置、雙轉子風扇及散熱系統
本發明涉及電子設備的冷卻系統，更具體地，涉及用於在風扇故障的情況下改善風扇運作的電子組件容納系統之風扇系統。
電子裝置(例如：伺服器)具有耦接電源供應器的數個電子組件。伺服器由於內部電子組件的運行會產生大量的熱量(例如：控制器、處理器或記憶體)。當散熱效率不足時，電子組件的運行會被阻礙或停止。因此，伺服器被設計為利用氣流流通電子設備內部，進而將電子組件產生的熱量給帶走。電子組件通常包含貼附於電子組件的複數個散熱片，而散熱片通常由導熱性佳的材料所組成。
散熱片吸收電子組件的熱量並將熱量從電子組件轉移出去，通常由風扇系統產生氣流來排出這些熱量。因此，所產生的氣流將熱量帶離電子組件和散熱片。良好的散熱設計能確保利用最小的風扇功率和有限的氣流來冷卻固定伺服器或調整系統的功率等級。因此，如果內部佈局 有效地引導氣流，氣流可以通過電子設備中的電子組件而沒有任何逆轉氣流(reverse air flow)。
典型的風扇系統在壁扇中組合多個風扇以提高最大的散熱能力。此外，即使壁扇中的一個風扇發生故障，多餘的風扇也可以提供支應，進而達到服務器持續運作。
因此，本領域投入大量資源以提出解決上述問題的裝置和方法(例如：支應運算裝置中雙轉子風扇中風扇故障)。
為了解決上述問題，本發明之一實施方式包含風扇殼體，而風扇殼體包含雙轉子風扇。雙轉子風扇包含第一轉子及第二轉子。控制器通信連接雙轉子風扇，而控制器用以執行：偵測第一轉子的故障；以及針對所偵測第一轉子的故障，以高於第一轉子故障之前第二轉子的風扇速度之較高轉速驅動第二轉子。
根據本發明的某些具體實施方式，運算裝置更包含第二雙轉子風扇，其通信連接控制器。控制器更用以執行：偵測第二雙轉子風扇之第一轉子的故障；以及針對所偵測第二雙轉子風扇之第一轉子的故障，以高於第二雙轉子風扇之第一轉子故障而受驅動前雙轉子風扇之第二轉子的風扇速度之較高轉速驅動雙轉子風扇之第二轉子。
根據本發明的另一些具體實施方式，運算裝置更包含主機板，其設置以容納控制器。主機板配置以接收風扇 殼體中的雙轉子風扇產生之散熱對流。
根據本發明的另一些具體實施方式，運算裝置包含至少一個電子組件，其配置以接收風扇殼體中的雙轉子風扇產生之散熱對流。
根據本發明的某些具體實施方式，控制器更用以執行：藉由確定第一轉子或第二轉子中至少一者低於風扇速度之預設閾值來偵測第一轉子的故障。在另一些具體實施方式中，預設閾值為每分鐘五百轉(500RPM)。
根據本發明的另一些具體實施方式，控制器設置於雙轉子風扇之風扇殼體之內部。根據本發明的另一些具體實施方式，控制器為外接裝置並設置於風扇殼體外部。根據本發明的另一些實施方式，較高轉速大於第二轉子工作速度的100%。
根據本發明的另一個實施方式，雙轉子風扇包含殼體、設置於殼體內部之第一轉子、設置於殼體內部並鄰近第一轉子之第二轉子。雙轉子風扇更包含控制器，其通信連接雙轉子風扇。控制器用以執行偵測雙轉子風扇之第一轉子的故障；以及針對所偵測雙轉子風扇之第一轉子的故障，以高於第一轉子故障之前雙轉子風扇之第二轉子的風扇速度之較高轉速驅動雙轉子風扇之第二轉子。
根據本發明的一些具體實施方式，控制器更用以執行：藉由確定第一轉子或第二轉子中至少一者低於預設閾值的風扇速度來偵測第一轉子的故障。在某些具體實施方式中，預設閾值為每分鐘一千轉(1,000RPM)。在另一些 具體實施方式中，預設閾值為每分鐘五百轉(500RPM)。
根據本發明的另一些具體實施方式，較高轉速大於第二轉子工作速度的100%。根據本發明的另一些具體實施方式，控制器設置於雙轉子風扇的殼體內部。
根據本發明的另一種實施方式提供一種散熱系統包含雙轉子風扇。其中，雙轉子風扇包含殼體、設置於殼體內部的第一轉子及設置於殼體內部並鄰近第一轉子的第二轉子。散熱系統更包含控制器，控制器通信連接雙轉子風扇，且控制器用以執行：偵測雙轉子風扇之第一轉子的故障；以及針對所偵測雙轉子風扇之第一轉子的故障，以高於雙轉子風扇之第一轉子故障而受驅動之前第二轉子的風扇速度之較高轉速驅動雙轉子風扇之第二轉子。
根據本發明的一些實施方式，控制器設置於雙轉子風扇之內部。根據本發明的另一些實施方式，控制器是位於殼體外部的外接設備。
根據本發明的另一些實施方式，控制器包含遠端搖控器，其經由通訊網路通信連接雙轉子風扇。根據本發明的另一些實施方式，較高轉速大於第二轉子工作速度的100%。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。本發明的特徵和優點可以通過在請求項中特別指出的方法和組合來實現和獲得。
150:運算裝置
200:風扇殼體
201A:第一轉子
201B:第二轉子
202:接收器
203:發信器
204:致動器
205:控制器
300:電源供應器
350:主機板
355:控制器
400:周邊組件
50:遠端管理控制器
500:圖表
501:系統運轉區域
502:運轉性能
503:運轉性能
504:運轉性能
505:運轉性能
600:圖表
601:運轉性能
602:運轉性能
603:運轉性能
604:運轉性能
700:圖表
702:一般運轉範圍
704:一般運轉範圍
708:一般轉速
710:一般轉速
712:延伸轉速
714:延伸轉速
為描述獲得本發明上述或其它的優點和特徵，將通過參考其具體實施方式對上述簡要描述的原理進行更具體的闡釋，而具體實施方式被展現在附圖中。這些附圖僅例示性地描述本發明，因此不被認為是對範圍的限制。通過附圖，將清楚解釋本發明的原理，且附加的特徵和細節將被完整描述，其中：
第1圖繪示本發明一些實施方式中運算裝置(例如：伺服器)的立體圖；
第2圖繪示第1圖所示實施方式中運算裝置的上視圖，其包含風扇殼體及至少一雙轉子風扇；
第3圖繪示本發明一些實施方式包含第2圖之雙轉子風扇的網路系統之功能方塊圖；
第4圖繪示本發明一些實施方式雙轉子風扇的性能圖表；
第5圖繪示本發明一些實施方式雙轉子風扇各個轉子的性能圖表；以及
第6圖為繪示本發明一些實施方式雙轉子風扇進風扇及排風扇的一般運轉範圍和延伸運轉範圍。
本發明參照附圖圖式來說明，其中在所有附圖中使用相同的參考數字以指明相似或同等的元件。附圖並未以實際大小繪示，而僅提供用以說明本發明。下面參照用於 說明的實例應用描述了本發明的數個面向。應可理解的是，列舉的許多具體細節、關係以及方法為用以提供對本發明的全面理解。然而，所屬領域中具有通常知識者可輕易地辨別本發明可不以一或多個具體細節或以其他方法來實施。在其他例子中，習知的結構或操作並未詳細繪示以避免混淆本發明。本發明並非受限於所示的動作或事件的順序，因為一些動作可以不同順序發生及/或和其他動作或事件同時發生。此外，並非要求所有所示的動作或事件皆用以執行根據本發明的方法。
請先參考第1圖及第2圖，其繪示為本發明某些實施方式中之風扇殼體200。如第1圖所示，風扇殼體200包含運算裝置150(例如：伺服器)。第1圖繪示本發明一些實施方式中運算裝置150的軸測圖，而第2圖繪示風扇殼體200之運算裝置150的上視圖。
由第1圖可以清楚地得知，運算裝置150包含機架100，機架100包含風扇殼體200。機架100更包含電源供應器300、主機板350和周邊組件400。
由第2圖可以清楚地得知，本發明某些具體實施方式中，風扇殼體200包含數個雙轉子風扇(例如：201.1、201.2、201.3及201.4)。風扇殼體200更包含至少一雙轉子風扇201(其中，201可代表201.1、201.2、201.3及201.4中至少一者)。在某些例子中，至少一雙轉子風扇201包含第一轉子201A和第二轉子201B。第一轉子201A和第二轉子201B通信連接機板上的伺服器或控制 器。第一轉子201A及第二轉子201B的位置並不被第2圖中所揭露的特定位置所限。
出於本發明之目的，僅繪示一組雙轉子風扇。然而，任何一種包含有多轉子的風扇都可作為實現本發明的實施方式。電源供應器300配置以接收風扇殼體200中雙轉子風扇201產生之散熱對流。雙轉子風扇配置以從電源供應器300接收電力。類似地，主機板350配置以接收風扇殼體200中雙轉子風扇201產生之散熱對流。在某些實施方式中，主機板350配置以容納控制器355(其繪示於第1圖中)。雙轉子風扇的第一轉子201A和第二轉子201B耦接雙轉子風扇機板上的伺服器和/或主機板350上的控制器355。控制器355用以執行：偵測第一轉子201A或第二轉子201B的故障；針對所偵測第一轉子201A或第二轉子201B的故障，控制器355更用以驅動第一轉子201A和第二轉子201B中未故障的另一者，以高於第一轉子201A或第二轉子201B故障之前相對應的風扇速度之較高轉速轉動。
為便於說明，僅藉由第一轉子201A的故障並進一步驅動第二轉子201B以高於第一轉子201A故障之前的較高轉速作為參考來說明第一轉子201A或第二轉子201B的故障及進一步驅動第一轉子201A和第二轉子201B中的另一者以較高轉速轉動。然而，無論何時偵測第一轉子201A的故障並進一步驅動第二轉子201B以高於第一轉子201A故障之前的轉速轉動，都可以理解並替換 轉子為：偵測第二轉子201B的故障並進一步驅動第一轉子201A以高於第二轉子201B故障之前的轉速轉動。
周邊組件400(繪示於第1圖中)也配置以接收風扇殼體200中雙轉子風扇201產生之散熱對流。控制器355(繪示於第1圖中)藉由確定轉子之風扇速度低於預設閾值來執行偵測轉子的故障。在一些實施方式中，預設閾值為每分鐘一千轉(1,000RPM)。在另一些具體實施方式中，預設閾值為每分鐘五百轉(500RPM)。控制器355繪示位於主機板350內部，而雙轉子風扇的轉子與控制器間的交互作用具有多種優點。本發明例示有多種電子組件，而伺服器設備內部的電子組件數量或配置關係可以依實施需求而調整。
為便於說明，以多個雙轉子風扇201.n代表其包含雙轉子風扇201.1、雙轉子風扇201.2及雙轉子風扇201.3以等於或高於預設閾值運轉。如此一來，各個雙轉子風扇能產生氣流10。當雙轉子風扇201.4的風扇發生故障時，也就是僅有兩個轉子中的其中一個轉子以等於或高於預設閾值運轉。且為便於理解，以第一轉子201A故障，而第二轉子201B仍以等於或高於預設閾值運轉作為說明。由於第一轉子201A發生故障，雙轉子風扇201.4的運作效率會低於鄰近的雙轉子風扇(201.1及201.2)。第一轉子201A故障，進而會造成雙轉子風扇201.4內部降壓。由於直接相鄰於雙轉子風扇201.3，雙轉子風扇201.3所產生氣流15會因內部降壓而持續循環通過雙轉 子風扇201.4。結果就是，第一轉子201A的故障也造成雙轉子風扇201.3運轉效率低於雙轉子風扇201.1及雙轉子風扇201.2。如上所述，控制器355(繪示於第1圖)針對第一轉子201A的故障控制致動器204(繪示於第3圖)進而驅動第二轉子201B運轉於較高轉速。使第二轉子201B運轉於較高轉速以補償因第一轉子201A故障所造成的氣流損失。此外，驅動第二轉子201B運轉於較高轉速也能增加雙轉子風扇201.4的內部壓力。
第3圖繪示為網路系統250之示意圖。網路系統250包含如第2圖中的雙轉子風扇201。雙轉子風扇201包含第一轉子201A、第二轉子201B、接收器202、發信器203和致動器204。在某些實施方式中，雙轉子風扇201更可以包含控制器205。控制器205用以執行偵測第一轉子201A的故障。控制器205更配置以針對第一轉子201A的故障而控制致動器204以驅動第二轉子201B轉動於較高轉速。
可替代地，雙轉子風扇201可經由通訊網路210(例如：有線網路或無線網路)連接遠端管理控制器(RMC；Remote Management Controller)50。具體而言，遠端管理控制器50通信連接接收器202及發信器203。在一些實施方式中，可結合接收器202及發信器203的功能為收發器(Transceiver)，其通信連接遠端管理控制器50。遠端管理控制器50經由通訊網路210從接收器202接收關於第一轉子201A及第二轉子201B之風扇數 據。根據從接收器202接收之風扇數據，遠端管理控制器50用以執行根據風扇數據偵測第一轉子201A的故障。遠端管理控制器50更配置以根據所偵測第一轉子201A的故障而控制致動器204以驅動第二轉子201B運轉於較高轉速。遠端管理控制器50確定較高轉度，而做為增加雙轉子風扇210內部壓力的最有效轉速。
第4圖為圖表500，其顯示第3圖某些具體實施方式中雙轉子風扇的性能。圖表500經由風扇殼體的內部壓力及通過風扇殼體的氣流速度以顯示(多)轉子風扇的性能。其中速度以立方英尺/分為單位測量(CFM)，而壓力以磅/平方英寸水柱(PSI in H2O)為單位測量。圖表500顯示單轉子風扇運轉於每分鐘三萬轉(30,000RPM)的運轉性能502。圖表500也顯示單轉子風扇運轉於每分鐘三萬四千轉(34,000RPM)的運轉性能503。圖表500也顯示雙轉子風扇運轉於每分鐘三萬轉(30,000RPM)的運轉性能504。最後，圖表500也顯示當雙轉子風扇發生故障時，其進而運轉於每分鐘三萬轉(30,000RPM)的運轉性能505。如圖所示，雙轉子風扇發生故障且運轉於每分鐘三萬轉(30,000RPM)的運轉性能505並不會位於系統運轉區域501以內。
第5圖為圖表600，其顯示為本發明某些實施方式雙轉子風扇中各轉子的運轉性能。圖表600經由風扇殼體的內部壓力及通過風扇殼體的氣流速度來呈現雙轉子風扇中各轉子的系統運轉區域501。如同圖表500，速度也 以立方英尺/分為單位測量(CFM)，壓力以磅/平方英寸水柱(PSI in H2O)為單位測量。圖表600顯示雙轉子風扇以100%運轉的運轉性能601(亦即第一轉子及第二轉子都全力運轉)。圖表600也顯示當外轉子風扇(outer-rotor fan)故障時，雙轉子風扇的運轉性能602。為便於理解，外轉子風扇為第1圖中的第一轉子201A。圖表600也顯示當內轉子風扇(inner-rotor fan)故障時，雙轉子風扇的運轉性能603。為便於理解，內轉子風扇為第1圖中的第二轉子201B。如上所示，當偵測到內轉子風扇的故障時，外轉子風扇被驅動以更高轉速運轉，或以超過100%運轉。圖表600也顯示當內轉子風扇故障而外轉子風扇被驅動以更高轉速或超過100%轉動時，雙轉子風扇的運轉性能604。如圖所示，雙轉子風扇的運轉性能602(其中外轉子風扇故障)優於雙轉子風扇的運轉性能603(其中內轉子風扇故障)。類似地，雙轉子風扇的運轉性能604(其中內轉子風扇故障，而外轉子風扇運轉於更高轉速)也優於雙轉子風扇的運轉性能603(其中內轉子風扇故障)。
第6圖為圖表700，其根據本發明某些實施方式描述雙轉子風扇中轉子的一般運轉範圍及延伸運轉範圍。圖表700顯示排風扇之一般運轉範圍702，其範圍最高至每分鐘兩萬五千轉(25,000RPM)的風扇轉速。圖表700進一步顯示進風扇之一般運轉範圍704，其範圍最高至每分鐘三萬轉(30,000RPM)的風扇轉速。一般運轉範圍 702及一般運轉範圍704兩者皆在工作速度(Duty Speed)的0%至100%範圍以內，並隨著一般轉速708及一般轉速710變化。具體而言，如代表一般轉速708及一般轉速710的線段所示，運轉速度(RPM)及工作速度(%)間的關係呈現線性增加。上述的工作速度利用脈衝寬度調變(PWM；Pulse Width Modulation)控制訊號。脈衝寬度調變技術是在特定頻率將風扇開啟或關閉，並藉由調整工作週期(Duty Cycle)以控制風扇運轉速度。當工作週期越大時，風扇旋轉也會越快。
如延伸轉速712及延伸轉速714所示，當排風扇與進風扇運轉超過其一般工作速度的100%，其各自的風扇轉速會繼續線性增加以超越其相對應的最高一般轉速。換言之，到達100%的工作速度後，排風扇由一般轉速708之每分鐘兩萬五千轉(25,000RPM)的最大轉速開始增加，因此轉換並延伸至工作速度100%以上至延伸轉速712，並持續隨工作速度上升而線性成長。類似地，在到達100%的工作速度後，進風扇由一般轉速710之每分鐘三萬轉(30,000RPM)的最大轉速開始增加，因此轉換並延伸至工作速度100%以上至延伸轉速714，並持續隨工作速度上升而線性成長。
因此，當到達最大一般轉速後，轉速並不會停止或持平。反而會如前述的圖表及敘述所示，風扇轉速會依據進風扇和排風扇的延伸運轉範圍繼續增加。因此本發明在這方面優於先前的風扇、散熱系統和/或運算裝置。
雖然本發明的不同實施例已在上述描述，應可理解的是不同實施例僅作為實例來呈現，而不作為限定。在不脫離本發明的精神和範圍下，可根據本文的揭露對本揭露的實施例做許多更動。因此，本發明的廣度和範圍不應受上述描述的實施例所限制。相反地，應根據以下的申請專利範圍及其同等來定義本發明的範圍。
雖然關於一或多個執行已用於繪示與描述本發明，所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀及理解本說明書和附圖時將可想到同等改變與修飾。此外，雖然本發明的特定特徵可能已經相對若干執行的僅僅一個被揭露，這樣的特徵可與其他執行的一或多個其他特徵結合，這對於任何給定或特定應用可能為期望與有利的。
本文使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而不意欲限定本發明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式的「一」、「一個」以及「該」也意欲包含複數形式。此外，在實施方式及/或申請專利範圍中使用的術語，例如「包括」、「具有」或其變化而言，這些術語意欲包括在類似於術語「包含」的方式。
除非另外定義，否則本中所有使用的術語(包含科技或科學術語)具有本發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的相同意義。進一步理解，除非在本文中已明確定義，否則這樣的術語，如同定義在一般使用詞典內的術語，應該被解釋為具有與其在相關技術領域的上下文中意思一樣的涵義，而不會被解釋為理想化或過於正式。
100:機架
150:運算裝置
200:風扇殼體
300:電源供應器
350:主機板
355:控制器
400:周邊組件

Claims (10)

  1. 一種運算裝置，包含：
    一風扇殼體，包含一第一雙轉子風扇，該第一雙轉子風扇包含一第一轉子和一第二轉子；以及
    一控制器，通信連接該第一雙轉子風扇，該控制器用以執行：
    偵測該第一轉子的故障；以及
    針對所偵測該第一轉子的故障，以高於該第一轉子故障之前該第二轉子的風扇速度之一較高轉速驅動該第二轉子運轉。
  2. 如請求項1所述之運算裝置，更包含一第二雙轉子風扇，其通信連接該控制器，該控制器更用以執行：
    偵測該第二雙轉子風扇之一第一轉子的故障；以及
    針對所偵測該第二雙轉子風扇之該第一轉子的故障，以高於該第二雙轉子風扇之該第一轉子故障之前該雙轉子風扇之一第二轉子的風扇速度之一較高轉速驅動該雙轉子風扇之該第二轉子運轉。
  3. 如請求項1所述之運算裝置，其中該控制器更用以執行：
    藉由確定該第一轉子或該第二轉子中至少一者低於風扇速度的一預設閾值來偵測該第一轉子的故障。
  4. 如請求項1所述之運算裝置，其中該較高轉速大於該第二轉子之工作速度的100%。
  5. 一種雙轉子風扇，包含：
    一殼體；
    一第一轉子，設置於該殼體內部；
    一第二轉子，設置於該殼體內部並鄰近該第一轉子；以及
    一控制器，通信連接該雙轉子風扇，且該控制器用以執行：
    偵測該雙轉子風扇之一第一轉子的故障；以及
    針對所偵測該雙轉子風扇之該第一轉子的故障，以高於該雙轉子風扇之該第一轉子故障之前該雙轉子風扇之該第二轉子的風扇速度之一較高轉速驅動該雙轉子風扇之該第二轉子運轉。
  6. 如請求項5所述之雙轉子風扇，其中該控制器更用以執行：
    藉由確定該第一轉子或該第二轉子中至少一者低於風扇速度的一預設閾值來偵測該第一轉子的故障。
  7. 如請求項5所述之雙轉子風扇，其中該較高轉速大於該第二轉子之工作速度的100%。
  8. 一種散熱系統，包含：
    一雙轉子風扇，包含：
    一殼體；
    一第一轉子，設置於該殼體內部；
    一第二轉子，設置於該殼體內部並鄰近該第一轉子；以及
    一控制器，通信連接該雙轉子風扇，且該控制器用以執行：
    偵測該雙轉子風扇之一第一轉子的故障；以及
    針對所偵測該雙轉子風扇之該第一轉子的故障，以高於該雙轉子風扇之該第一轉子故障之前該雙轉子風扇之該第二轉子的風扇速度之一較高轉速驅動該雙轉子風扇之該第二轉子運轉。
  9. 如請求項8所述之散熱系統，其中該控制器包含一遠端管理控制器以經由一通訊網路通信連接該雙轉子風扇。
  10. 如請求項8所述之散熱系統，其中該較高轉速大於該第二轉子之工作速度的100%。
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