TWI279963B - Multiple fault redundant motor - Google Patents

Description

(-0 1279963 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明背景 技術領域 本發明有關於延長電動機之使用壽命，更特定言之，有 關於一種多重失效冗餘電動機。 先前技術 隨著諸如微處理器、中央處理單元（CPU)、伺服器及其他 相似類型的電子組件速度變快且縮小尺寸，系統内每單位 容積消耗的功率（功率密度）係鉅幅增高，因此務必消散由 系統内電子組件在操作期間產生的熱量以使電子組件保持 在其正常的操作溫度範圍内，若電子組件運作超出其操作 溫度範圍外，則電子組件的使用壽命將縮短或立即故障。 一種用於從諸如微處理器等電子組件消散熱量之有效技 術係提供一内部風扇或風扇總成，以將一相對較高速的空 氣流直接施加經過電子組件的表面。藉由強迫高速空氣經 過電子組件的表面，對於内部電子組件的表面之傳導性熱 傳係數將增高’因而增加對流冷卻。另一種從諸如微處理 器CPU等電子組件消散熱量之技術係將一散熱器與微處理 器CPU加以聯結以增大CPU的散熱表面積而具有更有效的 冷卻’這些散熱器在一上表面具有多重散熱片或元件，散 熱器的一下表面耦合至電子組件並由一扣夾加以附接，因 為散熱器由金屬或金屬合金製成，散熱器將熱量傳導離開 微處理器CPU並允許經由散熱片產生對流冷卻。 一種用於在諸如微處理器等裝置上達成冷卻之方法係為 1279963

(〇) 藉由並聯及串聯式放置風扇來添加額外的風扇，此種冷卻 方法的問題在於若一個風扇故障，則其餘風扇必須強迫空 氣通過一不可運作的風扇，當強迫空氣通過不可運作的風 扇時’風扇速度必須增高，故顯著提高噪音並限制了可使 用的風扇類型。單點故障時常發生於電動機、風扇及機械 裝置中，軸承時常成為單點故障的來源，當一軸承在一風 扇中故障時’電動機或電子裝置隨後亦會故障。 實施方式 本發明概括有關於一種用於風扇冗餘作用之方法及裝置 ’現在參照圖式描述本發明的示範性實施例，提供示範性 實施例係為了說明本發明而不侷限本發明的範圍β 圖1顯示具有包含多重冗餘組件之單一風扇的一實施例 ’風扇100包括風扇110、扇轂12〇、扇電動機130及135、軸 承140及殼體150 ^ —項實施例中，風扇11〇包含三個扇葉， 但應瞭解其他實施例可改變扇葉數而不脫離本發明的範圍。 圖2顯示具有多重冗餘風扇2〇〇之一實施例，多重冗餘風 扇2 00包括扇殼體220及225、扇葉210、電動機230及235、 軸承240及扇轂250 ,此實施例中，扇葉21〇包括三個扇葉， 但應瞭解扇葉210可包括更多或更少個扇葉而不脫離本發 明的範圍。 現在參照各種組件來說明圖1及2所示的實施例，圖3顯示 具有電動機及電子裝置3 0 0之一實施例，此實施例中，電子 裝置A 320及電子裝置Β 330係為具有並聯電路結構的各組 電性獨立之電子裝置，電動機3丨〇的繞阻係電性連接至這兩 1279963 組的電子裝置A 320及電子裝置Β 330。一實施例中，電動 機130及135(顯示於圖丨中）可各由電動機31〇取代。另一實 施例中，電動機230及235(顯示於圖2)可各由馬達31〇取代。 如圖3所示，電動機310包括一組的繞阻，電子裝置Α320 及電子裝置Β 330皆包括對於電動機31〇之速度控制器，電 子裝置A 320及電子裝置Β 33〇皆可使用各種用於控制電動 機速度之構件，諸如脈寬調變（PWM)、電壓/電阻變化或熱 速度控制。並且，電子裝置A 32〇及電子裝置B 33〇皆可使 用一提供風扇旋轉回饋之轉速計或類似構件。 電子裝置A 320及電子裝置β 330可同時一起運作以控制 電動機310的旋轉速度、或可獨立運作。在電子裝置a 32〇 及電子裝置B 330同時運轉的情形中，電動機31〇的控制作 用係“分割’’於電子裝置A 320及電子裝置β 330之間。電子 裝置A 320或電子裝置β 330若有任一者故障，則未故障的 電子裝置將繼續控制電動機310以維持風扇速度。若是電子 裝置A 320及電子裝置B330未同時控制電動機31〇，當電子 裝置A 320或電子裝置B 330任一者故障時，未故障的電子 裝置將接手並控制電動機310，可藉由一簡單的開關、回饋 與控制、電壓/電流偵測等方式達成此作用。應注意可藉由 諸如轉速計、光感應器等裝置送到電子裝置A 320或電子裝 置B 330的訊號來施行各種風扇速度回饋構件。 利用冗餘電子裝置（電子裝置A 320及電子裝置B 330)來 控制電動機310，若有一個電子裝置故障，電動機31〇仍可 繼續發揮功能。在使用電動機3 10對於電子組件作為冷卻風 (2) 1279963

扇的情形中’冗餘電子裝置可解決電動機3ι〇呈有單一電子 裝置控制器情形之單點故障。 ^ ^ 千U Λ T維持電子組件的冷卻 u ’並當與包括電子裝置A 32G及電子裝置B 3卿一實 施：：耦合時可藉由使單一扇葉組件耗合至一冗餘風扇電 動機系統(譬如圖1所示的風扇1〇〇或圖2所示的風扇2〇〇)而 限制住聲學噪音β 圖4顯示具有電動機及電子裝置彻之—實㈣，此實施 例中，電動機410包括耗合至單—電塾42〇之雙線式繞阻 (雙重冗餘繞阻），但應瞭解亦可將分離的電墊耦合至電動 機410(，、要分離的電墊之電性耦合具有類似於墊與電 動機410的繞阻、電子裝置a 32〇及電子裝置β33〇之耦合方 式即可）。 此實施例中，若電子裝置Α 32〇或電子裝置Β 33〇任一者 以及任一個雙線式繞阻發生故障，電動機41〇仍可繼續正常 運作，電子裝置A 320及電子裝置Β 33〇以一種並聯電路結 構加以耦合◊並且，雙線式繞阻具有並聯結構，雙線式繞 阻電性耦合至兩組的電子裝置，因而達成雙重失效能力。 圖5顯示具有電動機及電子裝置500之一實施例，電動機 及電子裝置500包括電子裝置八320、電子裝置8330、第一 電塾520、第二電墊51〇及電動機53〇。電動機53〇包括位於 不同磁瓣上之兩組的獨立繞阻，因此，電動機53〇包括兩組 獨立的繞阻，各組繞阻具有四個磁瓣。但應注意典型的電 動機（譬如DC風扇電動機）只包括四個磁瓣，各組的四個磁 瓣係輕合至一組獨立的電子裝置（電子裝置A 320及電子裝 1279963 (3) 置B 330)。在電墊51〇與電墊52〇之間具有兩個n極與兩個s 極’所以在此實施例中，電動機53〇經由電子裝置及繞阻達 成几餘作用’若任一組的電子裝置故障及/或任一組的繞阻 故障’則電動機530可繼續以正常操作進行運轉。 圖6顯示具有電動機及電子裝置600之一實施例，電動機 及電子裝置600包括電動機61〇、第一電墊51〇、第二電墊52〇 、電子裝置A 320及電子裝置b 33〇。電動機610包括具有雙 線式（雙重冗餘）繞阻之四個磁瓣，各組繞阻係耦合至一組 獨立電子裝置（電子裝置A 320及電子裝置B 330)，此實施例 中，經由電子裝置及/或繞阻達成冗餘作用，若任一組電子 裝置或任一组繞阻故障，則電動機將繼續正常操作。 圖7顯示具有串聯式耦合的兩個獨立電動機之一實施例 ’風扇700包括扇葉710、扇轂720、扇殼體730、雙重直列 式串聯電動機740以及軸750。此實施例中，若串聯的一個 電動機740故障，則未故障的電動機可以全速使風扇7〇〇運 轉，兩個直列式串聯電動機740均同方向旋轉β 圖8顯示圖7所示的風扇700(圖8標為800)之縮合圖，風扇 8〇〇可具有略大於包含單一電動機的風扇之厚度藉以容納 雙重直列式串聯電動機740 ’風扇800因為具有串聯的兩個 電動機而可降低聲學噪音並比兩個分離容置的風扇更加節 省空間，此實施例中，兩個電動機可為同時運作或獨立運 作。此實施例中，若兩電動機為獨立運作，則回饋感應器 會觸發控制電子裝置切換至與此故障的電動機串聯之 個電動機。一實施例中，直列式串聯電動機74〇可同時運轉 -10- 1279963

(4) ’其中可將功率分割於兩個直列式串聯電動機之間而達成 所需要的風扇速度，應注意此實施例可包含諸如冗餘電子 裝置、電墊、磁瓣、繞阻等其他冗餘作用。 圖9顯示具有彼此反向旋轉且共用一共同轴之兩個分離 4 的電動機之一實施例，風扇900包括一第一殼體910、一第 二殼體920、扇葉930、扇轂940、第一電動機950及第二電 動機960。第一電動機950及第二電動機960可在共同軸上反 方向同時運轉或者可獨立運轉。若電動機95〇或電動機96〇 任一者發生故障，未故障的電動機將繼續轉動扇葉93〇。一 · 實施例中，電動機950及電動機960各可以必然會轉動扇葉 930的較低功率同時運轉，若在此情形下發生故障，未故障 的電動機將使其功率增高以補償該故障的電動機。藉由具 有彼此反向轉動而運轉之兩個電動機，不但因為不用對於 几餘作用提供兩個分離風扇而節省了空間，亦藉由單一扇 葉雙重電動機系統而降低聲學噪音。並且，當兩個分離的. 風扇串聯運轉時，若一個風扇故障，則未故障的風扇需將 空氣推行通過故障的風扇，為達到此目的，未故障的風扇 需提高其風扇速度，故增加了聲學噪音，圖1〇顯示風扇9〇〇 · 的縮合圖，應注意此實施例可包含諸如冗餘電子裝置、電 些、磁瓣、繞阻等其他冗餘作用。 所提出的實施例雖然包括冗餘電動機、電子裝置、繞阻 及/或磁瓣，一種諸如直流電（DC)風扇等裝置仍具有可能發 生的單點故障，此單點故障的可能性係為軸承，為解決發 生單點故障的可能性，在一項實施例中包括冗餘軸承/ -11- 1279963

(5) 圖11顯示具有一冗餘軸承1100之一實施例，冗餘軸承 1100包括外套筒1110、内套筒1120、内襯套套筒113〇及軸 承滾珠114〇。此實施例中，若滾珠軸承部份發生故障（亦即 1110、1120及1140)，則套筒軸承（亦即1120及11 30)將繼續 > 正常運作，藉此達成軸承中的冗餘作用。應注意到可以諸 如滾子軸承等其他型軸承取代軸承滾珠1140而不脫離本發 明的範圍。 當冗餘軸承11 00使用於具有諸如電動機、電子裝置、繞 阻及/或磁瓣等多重冗餘作用之一項所提出的實施例中時 鲁 ，可以解決單點故障。應注意此實施例可使用於DC風扇以 外的其他裝置諸如交流電（AC)電動機中、輪中以及需在一 軸上旋轉的其他裝置中，此實施例可由各種金屬、金屬合 金、合成材料諸如硬化塑膠等製成。並且，此實施例可依 據負載所需要的尺寸及採用轴承的裝置來調整尺寸，亦可 4 依據應用的需求進一步添加冗餘作用亦即軸承組。 由於在具有冗餘電動機的實施例内包含一冗餘軸承，可 藉由降低單點故障的可能性來增加風扇可靠度與組件壽命 。並且，需要風扇冷卻之裝置可以較小的風扇足跡面積來 _ 達成風扇冷卻的冗餘作用。並且，可利用具有多重冗餘作 用的實施例在通常具有冗餘風扇系統之裝置中降低聲學噪 音’藉此減少風扇數而不犧牲風扇冷卻的冗餘作用。 圖12顯示具有一個三重冗餘軸承之一實施例，三重冗餘 軸承1200包括外套筒1210、中套筒1220、内套筒1230、内 襯套套筒1240及軸承滾珠125〇，應注意軸承滾珠125〇可由 •12- 1279963

⑹ 諸如滾子軸承等其他軸承構件取代而不脫離本發明的範圍 。如圖12所示，此實施例具有三組轴承環及二組滾珠軸承 ’此實施例中，若有一組滾子軸承故障，第二組仍將繼續 正常運作，並且若兩組滚珠軸承皆故障，則三重冗餘軸承 1200作為一標準襯套而對於使用三重冗餘軸承丨2〇〇的裝置 添加了額外壽命，亦應注意若有任兩個冗餘作用產生故障 ，則三重冗餘軸承1200仍繼續提供正常轴承的效能。 三重冗餘軸承1200可使用於諸如電動機等各種旋轉裝置 中、各種機械裝置中及輪等中，此實施例可由各種金屬、 金屬合金、合成材料諸如硬化塑膠等所製成，並且，此實 施例可依據負載所需要的尺寸及採用軸承的裝置來調整尺 寸。亦可依應用的需求而添加額外的冗餘作用亦即軸承組 。當三重冗餘軸承1200使用於冷卻風扇中時，可解決常用 軸承的典型單點故障。因此，三重冗餘軸承12〇〇可使需要 冷卻的組件以及内部風扇組件諸如電子裝置及風扇電動機 的繞阻延長壽命，故可達成冷卻冗餘作用而未必需要分離 的冗餘冷卻風扇，因此隨後可使用具有冗餘軸承的單一風 扇而非使用多個提供冗餘作用之分離的風扇裝置藉由將三 重冗餘軸承包含在冷卻風扇内來降低聲學噪音。 圖13顯示具有一雙重冗餘轴承之一實施例，雙重冗餘軸 承1300包括外套筒131〇、中套筒1320、内襯套套筒133〇及 軸承滾珠1340，應注意可使用諸如滾子軸承等其他軸承構 件而非軸承滾珠134〇且不脫離本發明的範圍。此實施例中 ’具有三組套筒及二組滾珠轴承’若有一組滾子軸承故障 1279963 ⑺ 4.1屮㈤Tfr<、它 Z1^ ?ΙΛν ^ Λί \ (譬如由於失去潤滑而卡住，滾珠變形等狀況），第二組仍 將繼續正常運作。可利用雙重冗餘軸承1300來延長一種採 用軸承1300的裝置之效用及/或使用壽命。 軸承1300可使用於諸如AC及DC電動機等各種裝置中、各 — 種機械裝置中及輪等中，此實施例可由各種金屬、金屬合 金、合成材料諸如硬化塑膠等所製成，並且，此實施例可 ' 依據負載所需要的尺寸及採用軸承的裝置來調整尺寸。亦 可依應用的需求而添加額外的冗餘作用亦即軸承組。當此 實施例包含在一諸如冷卻風扇等裝置令時，藉由軸承的冗 · 餘作用而未必需要有冗餘保護所需之分離的冷卻風扇。亦 因為消除了分離的冗餘風扇裝置而使聲學噪音值降低，可 藉由將軸承1300包含在多重冗餘風扇中（譬如前述的實施 例）來解決單一軸承故障造成之單點故障。 如上述，可使用滾子軸承來取代圖11、12及13所示實施 例中的滾珠軸承，譬如，圖14顯示圖13所示的實施例但已 由滾子軸承1410取代滾珠軸承，可進一步使用其他已知的 軸承構件取代滾珠或滾子而不脫離本發明實施例的範圍， 亦請注意圖11、12、1 3及14所示的實施例可由各種金屬、 _ 金屬合金、陶瓷、合成材料諸如硬化塑膠等製成。並且， 這些實施例可依據負載所需要的尺寸及採用軸承的裝置來 調整尺寸。 圖15顯示具有冗餘的軸承組及至少一個易斷連桿之一實 施例，將易斷連桿1510(舉例來說，15〇〇中顯示兩個易斷連 桿）添加至冗餘軸承1 500以達成故障轉換操作而非平行的 -14- 1279963

⑻ 冗餘作用，利用一或多個易斷連桿來控制在一冗餘軸承内 先使用哪一個軸承冗餘作用。此實施例中，一故障的軸承 由於來自一軸的扭矩而將一衝力轉移至易斷連桿1510而折 斷易斷連桿1510並導致一冗餘軸承的旋動，圖所示 的實施例可包含一或多個易斷連桿1 5 10。 易斷連桿1 5 10可利用諸如熔接等熱源由諸如環氧樹脂等 黏劑附接至一冗餘軸承，易斷連桿1510可由一種金屬、金 屬合金、陶瓷材料、合成材料諸如硬化塑膠材料等製成。 依據諸如冗餘軸承15 00等冗餘軸承的用途來改變易斷連桿 15 10的抗拉強度以在一組冗餘軸承故障（譬如因為失去潤 滑使一軸承卡住而產生軸扭矩等狀況）時執行易斷連桿 1510的有效率斷裂。 圖16顯示具有至少一應變規以偵測一軸承是否已經故障 之一實施例，圖16所示的裝置1600係包括主轴1610、應變 規1620、軸承164〇及1650及一轴1630。此實施例中，對於 與主軸1610耦合的各個軸承至少使用單個應變規，軸承 1640及1650如圖16所示插入主套筒内，軸承1640及1650的 製造方式使其在放入主套筒内之後不會滑移。 一實施例中，軸承1640及1650使其外表面滾花以在軸承 1640及1650及主套筒之間提供不可滑移的接觸，若有一個 軸承故障（亦即卡住、失去潤滑、變形等），則軸1630將相 對於一軸承組具有增大的摩擦，此摩擦增加時係將增加的 扭矩從轴經由故障的軸承轉移至主套筒，應變規162〇係量 測扭矩的增加並偵測此轴是否在軸承内旋轉，應變規1620 1279963

(9) 可依據所測得因為裝置中應變造成之改變的電阻來輸出一 電訊號，可利用來自應變規丨62〇的訊號輸出來回應一警示 或事件訊號，譬如可利用來自應變規1620的輸出發出一警 告訊號並將具有已感應出發生故障的軸承之裝置加以關閉。 下文描述對於此實施例之一種用於偵測軸承故障的程序 ’在正常運作期間從應變規1620決定一標稱值，其過程可 能只是簡單地在一段設定期間中從應變規1620收集所發送 的訊號，決定出對於軸承1640與1650的正常運作與諸如一 故障軸承所造成的額外摩擦等問題之間的容許差異的公差 值。可藉由冗餘轴承決定出軸承組對於彼此之比值，故可 依據此比值決定出對於運轉的各軸承組之應變規1620輸出 之間的差異（若具有任何差異的話）。將一訊號從一應變規 1620發送至一用於保存所接收訊號的持績記錄以供比對用 之電路或處理器。若超過正常運作與可能發生的問題之間 的容許差異時，則將一警告訊號發送至一使用者或電路， 或者將一關閉訊號傳送至一電路、處理器或裝置1600。 一實施例中，軸承1640及1650係為冗餘軸承（亦即圖η至 15所示的軸承）’此實施例中，應變規1620可感應冗餘作用 故障時（譬如當一個冗餘軸承組故障時）的扭矩變化，此實 施例亦偵測軸承1640及1650中的所有冗餘作用何時全部故 障。此實施例中，可利用來自應變規1620的輸出訊號來觸 發警告並通知使用者或其他裝置有一軸承可能即將故障。 回應時，此種使用應變規偵測的裝置可在一組件故障（諸如 過熱的電子裝置、過熱的電動機繞阻等狀況）之前先將裝置 -16- 1279963

關閉。 一實施例中，裝置1600配合使用一 DC冷卻風扇（譬如圖i 、2、7、9所示的實施例），此實施例中，除了具有多重冗 餘作用（亦即冗餘電子裝置、繞阻及/或磁瓣、電動機及軸 、 承）以外，亦包含裝置1600以偵測沿著軸的扭矩變化藉以警、 告即將來臨或已經形成的轴承故障❶此實施例中，可將來 自應變規1620的輸出訊號發送至一諸如處理器、伺服器、 電路等裝置，且可將一警告訊號發送給使用者。或者，可 將來自應變規1620的輸出訊號發送至一諸如處理器、伺服 _ 器、電路等裝置，且可啟動一關閉程序。譬如，若已知一 軸承已經故障或快要故障（依據來自應變規162〇的輸出訊 號），則可發生一“軟性”關閉程序，其中可缓慢地關閉一裝 置或系統而不使組件因為“硬性”關閉而故障、或因為故障 的風扇系統造成過度的熱量累積。 圖17A顯示使用光學發射器/接收器（或光學發射器/感應 器）裝置來偵測軸承故障之一實施例，裝置1700包括發射器 /接收器1730、光束1740(由發射器/接收器1730所發送/接收） 、轂mo、軸承mo、主套筒I755、軸1750及印刷電路板 鲁 (PCB) 1760。發射器/接收器1730可為諸如光電感應器、低 功率雷射、光電發射器等接收器/感應器。發射器/接收器 1730係耦合於轴承1720的各個内套筒之間，發射器/接收器 1730的用途在於偵測軸承1720的一内套筒之角速度變化。 圖17B顯示一在軸承套筒1780中具有光孔1770之冗餘軸 承，當一光學發射器（發射器/接收器1730)發射一光束，軸 -17· 1279963

(ii) 承1720繞軸1750旋轉時，一部份光束係發送通過光孔1770 並在相對的光學接收器1740上被接收。當軸承1720中有一 個冗餘軸承組故障時，可依據接收器/感應器1730感應到的 感測光束變化來決定角速度差異藉以偵測角速度變化，一 1 處理器或電路係比對一設定期間（諸如每兩秒、每十秒等） 的角速度，若在期間之間的角速度發生變化且處理器感應 到風扇速度未改變（依據取決於冗餘比值等所設定的公差） ，則可將一警告訊號發送給使用者或其他裝置告知已經發 生或可能即將發生軸承故障。或者，處理器或電路可發出 ® 一軟性關閉訊號，藉以關閉與裝置1700連接的裝置及/或任 何其他相連的裝置而不損及任何電子組件。 下文描述對於此實施例之一種用於偵測軸承故障的程序 ，將一光發射通過位於一與轴1750耦合的軸承1720中之光 孔1770，所發射的光（光束1740)經由光孔1770在發射器/接 收器1730處被接收，發射器/接收器1730依據所接收的光來 發送訊遗’ ^ ***電路或處理決定轴承是否已經故障，藉由 決定軸1750及轴承1720的旋轉速率來偵測此故障，將軸 1750的旋轉速率與轴承1720的旋轉速率加以比對，旋轉速 · 率若無差異（亦即軸承發生故障）、或是具有輕微差異（相較 於正常的已知差異），則從電路/處理器將一訊號發送至一 使用者或其他電路/處理器。或者，可發送一關閉訊號以在 不當冷卻造成損害前關閉一裝置。 在裝置1 700包含於1、2、7、9圖所示的一實施例中之情 形下，利用此實施例，可使電子組件免於因為一冷卻風扇 -18- 1279963

内含有一故障軸承而過熱，應注意軸承1720可使用於非冗 餘軸承中且其中將一光孔放置於單一軸承的外或内套筒上 ’此情形中，當軸承開始發生故障時，發射器/接收器1 73〇 可將即將發生或已經發生軸承故障的訊號送至一電路或處 理器。 圖1 8 Α顯示用於偵測軸承上之内套筒的角速度變化之裝 置1800，裝置18〇〇包括轂184〇、轴承181〇、轴182〇、感應 器/發射器1830、PCB 1860及主套筒1850。此實施例令，將 一光官插入軸18 20内以使一光束（圖中標為1835)發送至軸 · 承1810❹此實施例中，在軸承181〇直徑内的範圍在軸182〇 内製作一小的開口，可經由此開口在感應器/發射器183〇處 發送/接收來自感應器/發送器1840的一光束。 圖18B顯示具有與軸承1810的一内套筒耦合的反射性表 面標記1870之軸承1810，反射性表面標記1870係可為一小 部份内套筒上之一反射性塗層、形成為内套筒的一部份、 或用於將反射性表面標記1870耦合至内套筒的内表面（將 軸承1810耦合至軸1820的表面）之其他技術，反射性表面標 記1870可為諸如黑條、色條（漆覆或黏覆）、與内軸承套筒 籲 不同但相容的金屬合金、光活化標記（漆覆或黏覆）等任何 反射性標記。當軸承1810繞軸1820旋轉時，感應器/發射器 1830將一光束發送通過所插入的光管，藉以在軸承181〇旋 轉時反射出反射性表面標記1870。若是轴承故障1810時， 軸承角速度相較於轴將產生改變，從光管至感應器/發射器 1830感應到的角速度係與一轴轉速計（未圖示）進行比對， -19- 1279963

若感應器/發射器1830所感應的軸與反射性表面段之間具 有角速度差異，則一電路或處理器將發送一訊號表示軸承 1 8 10即將故障，一旦已知轴承1 8 1 〇即將故障，則可將一警 告訊號送給使用者或裝置。或者可啟動一關閉順序，應注 意軸承1810可為非冗餘軸承或是如圖11至15所示的冗餘轴 承0

下文描述對於此實施例之一種用於偵測軸承故障之程序 ，一光（光束1 835)由感應器/發射器裝置1830發射行經一插 過軸1820的光管，反射光在由位於轴承1810上的反射性標 記1870反射之後被接收，訊號係依據所接收的反射光從感 應器/發射器裝置1830發送，然後決定是否已經發生一軸承 故障。下文描述轴承故障的偵測，轴1820及軸承1810的旋 轉速率係由一電路或處理器依據從感應器/發射器裝置 1830的接收訊號所決定，藉由電路或處理器來比對軸1820 的旋轉速率與軸承1810的旋轉速率，若具有任何差異（相較 於正常的已知差異），從電路/處理器將一訊號發送至一使 用者、裝置或處理器。或者可發送一關閉訊號以在不當冷 卻造成損害前將一裝置關閉。 圖19A顯示用於偵測一軸與一軸承之間的角速度變化之 一實施例，裝置1900包括轂1910、軸承1920、軸1930、主 套筒1940、PCB 1950及感應器/發射器1960。軸承1920可為 非冗餘軸承或是諸如圖11至15所示的冗餘軸承° 圖19B顯示軸承1920，轴承1920包括一用於反射感應器/ 發射器I960發出且在感應器/發射器1960收回的光線之反 -20- 1279963

射性表面標記1970，反射性表面標記197〇係可為諸如黑條 、色條（漆覆或黏覆）、與内軸承套筒不同但相容的金屬合 金、光活化標記（漆覆或黏覆）等任何反射性標記。感應器/ 發射器的放置方式使得光束1965瞄準反射性表面標記1970 ，軸承1920具有一外表面以在一旦與主套筒194〇耦合後防 止軸承1920產生滑移。

在正常運作期間’每分鐘的内軸承環速率（RpM)係與軸 1930的RPM值相符合，若軸承192〇故障或開始發生故障， 則軸193 0將開始在内軸線環内部產生旋轉，感應器/發射器 1960係偵測内軸承環上的rpm變化，軸1930與軸承1920的 内軸承環1975之間的RPΜ差異係為轴承運作效能的測量值 ，一旦感應器/發射器1960(耦合至一電路或處理器）偵測到 在軸1930與軸承1920之間具有RPM差異，則可發送一警告 訊號或關閉訊號以防止可能的損害。

應注意有一轉速計或類似裝置耦合至軸^30，其中軸 1930的RPM係累積且發送至一電路或處理器以決定出位於 軸與内軸承環1975之間的RPM差異。一實施例中，裝置1900 包含在諸如圖1、2、7、9所示的一風扇内，此實施例中， 一風扇轉速計與一風扇速度控制器相耦合，風扇速度控制 器及感應器/發射器1960係與一用於檢查RPM差異的處理 器或電路相耦合，可使用小公差作為臨界值、或可對於一 諸如每10秒、20秒等設定期間使用大於零的差異。 下文描述對於此實施例之一種用於偵測軸承故障之程序 ，一光係由位於軸承1920的一套筒上之反射性標記1970上 -21- 1279963

(15) 的感應器/發射器裝置I960所發射，反射光係在由位於轴承 套筒上的反射性標記1970反射之後被接收，訊號依據所接 收的反射光而從感應器/發射器裝置1960發送，然後決定是 否已經發生一轴承故障。下文描述軸承故障的偵測，軸1930 及軸承1920的旋轉速率係由一電路或處理器依據從感應器 /發射器裝置1960接收的訊號所決定，藉由電路或處理器來 比對軸1930的旋轉速率與軸承1920的旋轉速率，軸1930的 旋轉速率係由一與轴1930耦合的轉速計所決定，將來自轉 速計的輸出訊號發送至電路或處理器，若旋轉速率沒有差 ® 異（亦即軸承故障）或只有輕微差異（相較於正常的已知差異） ，則從電路/處理器將一訊號發送至一使用者、裝置或處理 器。或者可發送一關閉訊號以在不當冷卻造成損害前將一 裝置關閉。 圖20顯示具有與多重冗餘風扇2010耦合之一散熱器的一 實施例，裝置2000包括多重冗餘風扇2010、多重冗餘風扇 轉接器2020及散熱器2030。多重冗餘風扇2010可為諸如圖1 、2、7、9所示的風扇，此實施例中，散熱器2030亦與一處 理器（或多重處理器）2040耦合，多重冗餘風扇2010因為用 · 於在散熱器2030上方或經過散熱器2030引入新鮮空氣故可 以低RPM運作。 一實施例中’多重冗餘風扇2010及散熱器2030係附接至 一位於一伺服器系統中的多重處理器2040，此實施例中， 藉由風扇2010的冗餘作用，對於冗餘作用需要較少的維護 工作。並且因為維持冷卻冗餘作用所需要的風扇數減少， •22- 1279963

(16) 而降低了聲學嗓音。並且，需要較小空間來容置一需要冷 卻冗餘作用之伺服器或系統。並且，由於伺服器底座具有 β 減小的冷卻用開孔，增強了電磁干擾（EMI)的圍堵作用。 雖然已經圖示及描述特定的示範性實施例，可瞭解此等 : 貫施例僅供示範而不限制本發明的廣泛範圍，因為熟悉此 技藝者可作出各種其他修改，此實施例並不限於圖示與描 述的特定構造及配置。 凰式簡單說明 在附圖中藉由藉由範例而非限制來顯示本發明，其中類 鲁 似編號代表類似的元件，應注意本揭示所提及的“一，，或‘‘一 項”實施例未必指同一項實施例，此種描述係指具有至少一 個實施例。 圖1顯示包括一用於直列式冗餘電動機之多重冗餘風扇 的一實施例； 圖2顯示包括用於相對式冗餘電動機之一多重冗餘風扇 的一實施例； 圖3顯示具有冗餘電子裝置之一實施例； 圖4顯示具有耦合至單一電附接墊之冗餘電子裝置及一 籲 包含雙線式繞阻的電動機之本發明的一實施例； 圖5顯示具有冗餘電子裝置及冗餘磁辦之一實施例； 圖6顯示具有耦合至兩個電附接墊的冗餘電子裝置之一 實施例； 圖7顯示具有兩個串聯式耦合的獨立電動機之一實施例； 圖8顯示圖7所示的實施例之縮合圖； -23- 1279963

(17) 圖9顯示具有兩個分離的反向旋轉電動機之一實施例，這 兩個電動機具有附接至一共同轂之軸； 圖10顯示圖9所示的實施例之縮合圖； 圖11顯示具有一冗餘軸承之一實施例； 圖12顯示具有一三重冗餘轴承之一實施例； 圖13顯示具有一雙重軸承之一實施例； 圖14顯示含有滾子軸承的一雙重冗餘軸承之一實施例；

圖15顯示具有冗餘組的轴承及一易斷連桿之一實施例； 圖16顯示具有一用以偵測軸承故障的應變規之一實施例； 圖17A顯示具有用以偵測軸承故障的光學感應器之一實 施例； 圖17B顯示一具有光孔之軸承； 圖1 8 A顯示用以憤測轴承故障之另一實施例； 圖18B顯示一具有一反射性表面標記之軸承； 圖19A顯示用以偵測軸承故障之另一實施例；

圖19B顯示一具有耦合至軸承一侧的反射性標記之軸承； 圖20顯示具有耦合至一多重冗餘風扇的一散熱器之一實 施例。 圖式代表符號說明 風扇 扇轂 電動機 100,110,700,800,900 120,250,720,940 130,135,230,235,310,410, 530,610 -24. 1279963 (18)

140,240，1640，1650，1720，1 810,1920 150 200,2010 210,710,930 220,225,730 300,400,500,600 320 330 420 510,520 740 750,1630,1750,1820,1930 910 920 950 960 1100,1500 1110,1210,1310 1120,1230 1130,1240,1330 1140,1250,1340 1200 1220,1320 軸承 殼體 多重冗餘風扇 扇葉 扇殼體 電動機及電子裝置 電子裝置A 電子裝置B 單一電墊 電墊 雙重直列式串聯電動機 轴 第一殼體 第二殼體 第一電動機 第二電動機 冗餘軸承 外套筒 内套筒 内襯套套筒 軸承滾珠 三重冗餘軸承 中套筒

25- 1279963 (19) 1300 雙重冗餘轴承 1410 滾子軸承 1510 易斷連桿 1610 主軸 1620 應變規 1700 光學發射器/接收器（或光 學發射器/感應器）裝置 1710,1840,1910 轂 1730 發射器/接收器 1740,1835 光束 1755,1850,1940 主套筒 1760,1860,1950 印刷電路板 1770 光孔 1780 軸承套筒 1830,1960 感應器/發射器裝置 1870,1970 反射性表面標記 1975 内軸承環

1600,1800,1900,2000 2020 2030 2040 裝置 多重冗餘風扇轉接器 散熱器 處理器（或多重處理器）

26·

Claims (1)

1279$發138〇46號專利申請案 中文申凊專利範圍替換本(93年7 ---------- 一 . . ^ J \ 、丨 〜一一.….:…—.…— : .k 丨 ..;八二 f 〆.一'-~~--......- ' ' ., ί; .ir; '妒 I 拾、申請專利義圍 ::1——-…〗 L 一種電磁力驅動裝置，包含： 至少一電動機， 该至少一電動機具有至少一對的雙線式繞組， > 至少二電墊，其耦合至該至少一對的雙線式繞組，及 至少兩個電動機控制裝置，其並聯式耦合至各該等至 少兩個電墊； 人 其中各該電動機控制裝置動態式控制馬達速度。 2.如申凊專利範圍第1項之電磁力驅動裝置，其中該等至 少兩個電動機控制裝置係同時運作。 )3.如申巧專利範圍第1項之電磁力驅動裝置，其中該等至 (: ^兩個電動機控制裝置係獨立地運作。 4. 一種電.磁力驅動裝置，包含： 至少一電動機， 忒至少一電動機具有至少八個磁瓣，各磁瓣上具有二 組獨立繞組； 至少兩個電塾，其耦合至該等至少八個磁瓣，及 至少兩個電動機控制裝置，其並聯式耦合至各該等至 少兩個電墊； 其中各該電動機控制裝置動態式控制馬達速度。 5. 如申凊專利範圍第4項之電磁力驅動裝置，其中該等至 少兩個電動機控制裝置係同時運作。 6·如申凊專利範圍第4項之電磁力驅動裝置，其中該等至 少兩個電動機控制裝置係獨立地運作。 1279963

8. -種電碌力驅動裝置，包含： ^ 電動機，其耦合至一軸， 電動機及該第 一第一電動機，其耦合至該軸，該第 二電動機係同時運作， :扇轂，其耦合至該軸，及 扇葉，其耦合至該扇轂 其中電力可在第一電動機及第二電動機之間分開， 獲得所需之風扇速度。 士申明專利範圍第7項之電磁力驅動裝置，進一步包含 一设體，其耦合至該第一電動機及該第二電動機，及 其中該殼體形成單一的風扇包圍件。 9·如申请專利範圍第7項之電磁力驅動裝置，其中該第一 電動機及該第二電動機係為串聯式定位。 10 ·如申請專利範圍第9項之電磁力驅動裝置，其中該第一 電動機及該弟一電動機以相同方向旋轉。 U· 一種電磁力驅動裝置，包含：

一苐一電動機’其耦合至一軸及一扇轂， 一扇葉，其耦合至該扇轂 一第二電動機，其耦合至該軸， 一第一殼體段，其耦合至該第一電動機，及 一第二殼體段’其搞合至該第二電動機， 其中該第一殼體段及第二殼體段形成單一 巧紙扇包 圍件，並且該第一電動機及第二電動機係相對式定位。 82987-930705 -2-

1279963 12. 如申請專利範圍第11項之電磁力驅動裝置，其中該第一 電動機及第二電動機係同時運作。 13. 如申請專利範圍第11項之電磁力驅動裝置，其中該第一 電動機及第二電動機係獨立地運作。 其中該第一 14. 如申請專利範圍第11項之電磁力驅動裝置， 電動機及第二電動機係彼此反向旋轉。