TWI596464B - 用於電腦冷卻系統的被動式噪音消除技術 - Google Patents

用於電腦冷卻系統的被動式噪音消除技術 Download PDF

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Description

用於電腦冷卻系統的被動式噪音消除技術
實施例係概括有關電腦冷卻系統。實施例更特別有關用以靜化電腦中所使用的冷卻系統之簡單解決方案。
討論
諸如桌上型電腦及筆記型電腦等運算系統可包括諸如處理器等熱產生組件，其中可使用風扇及其他冷卻解決方案來消散操作期間產生的熱量。雖然習見的冷卻解決方案在特定環境下可能為適合，仍留有顯著的改良空間。譬如，風扇葉片的旋轉會在運算系統中產生可聽到的噪音，特別是當風扇緊鄰於電路板及諸如熱交換器等其他冷卻解決方案時尤然。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種運算系統，包含：一電路板，其包括一電性組件；一熱交換器，其耦合至該電性組件；一風扇，其包括一具有複數個葉片之轉子，一或多個入口側及一或多個配置為相鄰於該熱交換器之出口側；及一阻礙物，其配置為相鄰於該風扇之該等一或多個入口側的至少一者，其中將由該阻礙物產生的 一音調係降低與該風扇相關聯的一音調噪音。
10,52,54,56‧‧‧運算系統
12‧‧‧電路板
14‧‧‧電性組件
16,36,48‧‧‧熱交換器
18,44‧‧‧風扇
20‧‧‧出口空氣流
22,30,42,46‧‧‧阻礙物
24‧‧‧風扇18的入口側
26‧‧‧風扇18的出口側
28‧‧‧入口空氣流
32‧‧‧手指護件
34‧‧‧葉片
38‧‧‧繪圖
40‧‧‧離心鼓風機/風扇
50‧‧‧罩
熟習該技術者將藉由閱讀下文說明書及附帶的申請專利範圍且藉由參照下列圖式來得知本發明的實施例之不同優點，其中：圖1是根據一實施例之一運算系統的一範例之方塊圖；圖2A及2B是根據一實施例分別在組裝前及組裝後之一靜化解決方案的一範例之立體圖；圖3是根據一實施例之一筆記型電腦靜化解決方案的一範例之平面圖，其具有一包含一環幾何結構的阻礙物；圖4是根據一實施例之一靜化解決方案的一範例之立體圖，其具有一罩以及一包含一碟幾何結構與一多頻率外邊緣之阻礙物；圖5是對於一習見冷卻系統及根據一實施例的一冷卻系統之一聲壓測量的一範例之繪圖；及圖6A至6C是根據實施例之運算系統形狀因子(form factors)的範例之立體圖。
詳細描述
實施例可包括一具有一電路板之運算系統，該電路板包含一電性組件，及一耦合至電性組件之熱交換器。運算系統亦可包括一風扇，風扇係具有一包含複數個葉片之轉子，一或多個入口側，及一或多個出口側，一或多個出口側配置為相鄰於熱交換器。此外，運算系統可包括一 阻礙物，阻礙物配置為相鄰於風扇之一或多個入口側的至少一者，其中將由阻礙物產生的一音調係降低與風扇相關聯的一音調噪音。
其他實施例可包括一用於製造一運算系統之方法，其中該方法係可涉及提供一電路板，該電路板包括一電性組件，將一熱交換器耦合至電性組件，及將一風扇的一或多個出口側配置為相鄰於熱交換器。在一範例中，風扇進一步包括一具有複數個葉片之轉子及一或多個入口側，且該方法涉及將一阻礙物配置為相鄰於風扇之一或多個入口側的至少一者。將由阻礙物產生的一音調係降低與風扇相關聯的一音調噪音。
現在參照圖1，顯示一運算系統10。運算系統10可被併入一具有一桌上型電腦形狀因子、一筆記型電腦形狀因子、一智慧型平板形狀因子、等等之殼體(未圖示)中，其中將運算系統10的內部組件及/或外部殼體予以冷卻可能是有利的。在圖示範例中，一諸如主機板等電路板12具有一安裝於其上的電性組件14，其中電性組件可在操作期間產生熱量。譬如，電性組件14有可能包括一晶片組裝置，諸如一處理器、輸入/輸出(IO)控制器、一記憶體控制器等、一記憶體裝置、一網路控制器、一圖形控制器、一電壓調節器、一碟機裝置、等等。為此，運算系統10可包括一具有一熱交換器16之冷卻解決方案，熱交換器16直接抑或間接(譬如經由熱硬管、熱介面材料、等)式耦合至電性組件14，其中可使用一風扇18將空氣流20從風扇18的一出口側 26導引橫越熱交換器16。空氣流20可因此利於消散由熱交換器16從電性組件14收集的熱量。
特別請注意：風扇18可在操作期間產生一可聽到的音調噪音，其中音調噪音可為來自風扇出口側26的空氣流20與熱交換器16的一或多個輪葉之間交互作用的一函數。譬如，隨著風扇的各葉片通過熱交換器16的輪葉，可由所產生的空氣流20生成聲壓。因此，一“葉片通過音調(blade pass tone)”有可能導因於風扇18的葉片之循環性旋轉。如同將作更詳細討論，葉片通過音調可具有特定及可預測的頻率內容。為了降低與風扇18相關聯的音調噪音，所顯示的運算解決方案10進一步包括一阻礙物22，阻礙物22配置為相鄰於(譬如位於近似0至1.0吋以內)風扇18的一入口側24。因此，阻礙物22可齊平於入口平面或恰位於入口平面外側。的確，若轉子凹入風扇殼體內(譬如在一離心鼓風機的實例中)，可想見阻礙物22位於入口平面內。所顯示的阻礙物22係將入口空氣流28及出口空氣流20定形成為具有最小的音調噪音。特別來說，阻礙物22可具有一消除葉片通過音調噪音之定向及形狀。
雖然風扇18顯示成具有單一入口側24及單一出口側26，可使用其他組態。譬如，雖然軸向風扇可具有單一入口，離心風扇可具有兩個自然入口(但有時一者被阻絕且其被迫以單一入口運作)。並且，有些離心鼓風機具有多重出口。不論如何，所顯示的技術可使用於入口與出口的任何組合。
圖2A及2B分別顯示組裝之前與之後的一靜化解決方案。在所顯示範例中，一阻礙物30係耦合至一支撐結構、譬如一手指護件32，手指護件32係圍住一風扇之一具有複數個葉片34的轉子，其中風扇具有一配置為相鄰於一熱交換器36之出口側。熱交換器36可熱性耦合至一已討論的電性組件(未圖示)，譬如電性組件14(圖1)。熱交換器36亦可鉗夾至一含有電性組件的電路板(未圖示)。如是一電路板的一範例係為已討論的電路板12(圖1)。可由一輕重量塑膠、金屬及/或陶瓷材料構成之阻礙物30係可相對於手指護件32的一入口部分以一實質共面配置作安裝，藉以盡量減小與運算系統容積要求相關聯的高度/餘隙議題。
阻礙物30可概括具有一降低與風扇相關聯的音調噪音之形狀及定向。更特別來說，所顯示的阻礙物30係包括一具有一外邊緣的碟幾何結構，外邊緣具有一平滑瓣葉形狀，其產生一額外的葉片通過音調發射而無顯著的諧音內容。亦可使用其他幾何結構及輪廓，如同將作更詳細討論。靜化解決方案的組裝係可涉及(譬如在方位角)將阻礙物30予以定向使其與風扇的葉片通過音調具有一預定的相位及振幅關係。譬如，若阻礙物所產生的音調與葉片通過音調偏離相位近似一百八十度，則可顯著地消除與冷卻解決方案相關聯之可聽到的噪音。
圖5顯示具有一阻礙物控制式冷卻解決方案及沒有阻礙物控制式冷卻解決方案所取得之一聲壓位準測量的一繪圖38。在所顯示的範例中，對於約400Hz的主要頻率觀 察到一17.5dB降低，而不在頻率其他地方添加噪音。所顯示的改良因此係代表優於習見運算系統冷卻系統之一顯著改良。亦可部署其他多頻率阻礙物組態來進一步降低音調噪音。
現在參照圖3，顯示一替代性靜化解決方案。在所顯示範例中，一用於筆記型電腦的離心鼓風機/風扇40係配備一具有一包含一內邊緣的環幾何結構之阻礙物42，內邊緣係在操作期間修改到風扇40的一入口側之空氣流。內邊緣可具有一如圖示的平滑瓣葉輪廓，或其他輪廓諸如一多頻率輪廓。所顯示的阻礙物42已被整合至風扇圍件內。
圖4顯示另一替代性靜化解決方案，其中一風扇44配置為相鄰於一運算系統的一熱交換器48。風扇44可配備一阻礙物46，阻礙物46具有一包含一外邊緣的碟幾何結構，外邊緣係在操作期間修改到風扇44的一入口側之空氣流。更特別來說，阻礙物46之所顯示的外邊緣係具有一能夠標定不只單一葉片通過音調之多頻率輪廓。譬如，多頻率輪廓係可能能夠降低有可能助長風扇44的音調噪音之一或多個諧音或其他頻率。所顯示的靜化解決方案亦包括一罩50，罩50係包圍風扇50的葉片之一周邊部分，其中可利用罩50進一步修改及/或重新導引空氣流藉以降低可聽到的噪音。譬如，所顯示的罩50係作為一流調控器，其有可能屏蔽住靜化解決方案不受到運算系統中其他風扇產生的空氣流。
圖6A至6C顯示可利用本文所描述的低成本、輕 重量靜化解決方案之具有不同形狀因子的運算系統52、54及56。特別來說，運算系統52具有一筆記型電腦形狀因子，運算系統54具有一桌上型電腦形狀因子，且運算系統56具有一智慧型平板形狀因子。亦可使用其他運算系統配置。
因此，可使用本文所描述的技術作為擠製式散熱器、以熱硬管為基礎的散熱器、及其他運算系統散熱器解決方案之一經整合部分。該技術可顯著降低熱性解決方案的音調性(tonality)，而導致聲音品質的顯著改良、暨整體聲音功率的潛在改良。的確，在風扇噪音的所感受困擾中，可能具有諸如音調性等聲音品質度量之一強烈相關性。簡言之，本文所描述的技術係可使得運算系統風扇噪音較不令人困擾，並可因此改良使用者體驗。
本發明的實施例的特定形態可利用硬體、軟體、或其一組合被實行並可在一或多個電腦系統或其他處理系統中被實行。程式碼可被施加至利用一輸入裝置所輸入的資料，以進行所描述的功能並產生輸出資訊。輸出資訊可被施加至一或多個輸出裝置。一般熟習該技術者可瞭解：實施例可以包括微處理器系統、微電腦、主機電腦及類似物等不同電腦系統組態被實施。實施例亦可在其中可藉由經過一通信網路作連結的遠端處理裝置來進行任務之分散式運算環境中被實施。
各程式可以一高階程序或物件導向程式語言被實行以導通於一處理系統。然而，程式可依意願以組合或機器語言被實行。不論如何，語言可為函數式、編譯式或 直譯式。
可利用程式指令造成一以進行本文所描述方法的指令被程式化之一般用途或特殊用途處理系統。替代性地，可藉由含有用於進行該等方法之硬配線式邏輯的特定硬體組件、或藉由程式化電腦組件及特製硬體組件的任何組合，來進行該等方法。本文所描述的方法可供作為一可包括至少一機器可讀取式媒體之電腦程式產品，該至少一機器可讀取式媒體係已經儲存有可用來程式化一處理系統或其他電子裝置以進行該等方法之指令。本文的“機器可讀取式媒體”或“機器可存取式媒體”用語將包括任何能夠儲存或編碼一序列的指令以由機器執行且造成機器進行任一本文所描述方法之媒體。“機器可讀取式媒體”或“機器可存取式媒體”用語可因此包括但不限於：固態記憶體，光學及磁性碟片，及一將一資料信號編碼的載波。尚且，該技藝常以一形式或另一形式(譬如程式，程序，製程，應用程式，模組，邏輯，等等)提到軟體採行一作用或造成一結果。如是表達方式僅簡單陳述軟體藉由一處理系統執行以造成處理器進行一作用或產生一結果。
“耦合”用語可在本文用來指涉相關組件之間任何類型的關係、直接式或間接式；並可施用至電性、機械、流體、光學、電磁、機電或其他連接。此外，“第一”、“第二”等用語可只在本文用來便利討論，且除非另外明述否則不帶有特定的時間或紀年意義。
上文雖已描述本發明的不同實施例，應瞭解：其 已僅供範例而非限制用。熟習該技術者將瞭解：可作出形式及細節的不同變化而不脫離由附帶的申請專利範圍所界定之本發明的精神與範圍。因此，本實施例的涵蓋及範圍不應受限於上述示範性實施例的任一者，而是應根據下列申請專利範圍及其均等物被界定。
10‧‧‧運算系統
12‧‧‧電路板
14‧‧‧電性組件
16‧‧‧熱交換器
18‧‧‧風扇
20‧‧‧出口空氣流
22‧‧‧阻礙物
24‧‧‧風扇18的入口側
26‧‧‧風扇18的出口側
28‧‧‧入口空氣流

Claims (30)

  1. 一種運算系統，包含：一電路板，其包括一電性組件；一熱交換器，其耦合至該電性組件；一風扇，其包括一具有複數個葉片之轉子，一或多個入口側及一或多個配置為相鄰於該熱交換器之出口側；及一阻礙物，其配置為相鄰於該風扇之該等一或多個入口側的至少一者，其中將由該阻礙物產生的一音調係用以降低與該風扇相關聯的一音調噪音，且其中該熱交換器係鉗夾至該電路板。
  2. 如申請專利範圍第1項之運算系統，其中將由該阻礙物產生的該音調與該風扇的一葉片通過音調係具有一預定的相位及振幅關係。
  3. 如申請專利範圍第2項之運算系統，其中該阻礙物係具有一形狀、一定向及相對於該風扇的一近鄰性之一或多者，其提供該預定的相位及振幅關係。
  4. 如申請專利範圍第2項之運算系統，其中該熱交換器包括複數個輪葉，且其中該葉片通過音調係為與該等複數個輪葉交互作用之來自該風扇的該等一或多個出口側的至少一者之空氣流的一函數。
  5. 如申請專利範圍第1項之運算系統，其中該阻礙物的一形狀係包括一具有一外邊緣的碟幾何結構，該外邊緣係 修改到該風扇的該等一或多個入口側的至少一者之空氣流。
  6. 如申請專利範圍第5項之運算系統，其中該外邊緣具有一平滑瓣葉輪廓及一多頻率輪廓的一或多者。
  7. 如申請專利範圍第1項之運算系統，其中該阻礙物的一形狀包括一具有一內邊緣的環幾何結構，該內邊緣係修改到該風扇的該等一或多個入口側的至少一者之空氣流。
  8. 如申請專利範圍第7項之運算系統，其中該內邊緣具有一平滑瓣葉輪廓及一多頻率輪廓的一或多者。
  9. 如申請專利範圍第1項之運算系統，進一步包括一圍住該等複數個葉片之支撐結構，其中該阻礙物耦合至該支撐結構的一入口部分。
  10. 如申請專利範圍第9項之運算系統，其中該阻礙物實質地共面於該支撐結構的該入口部分。
  11. 如申請專利範圍第1項之運算系統，其中該阻礙物包括一塑膠材料、一金屬材料及一陶瓷材料的一或多者。
  12. 如申請專利範圍第1項之運算系統，進一步包括一罩，該罩包圍該等複數個葉片的一周邊部分。
  13. 如申請專利範圍第1項之運算系統，進一步包括一圍住該運算系統之殼體，其中該殼體具有一桌上型電腦形狀因子(form factor)。
  14. 如申請專利範圍第1項之運算系統，進一步包括一圍住該運算系統之殼體，其中該殼體具有一筆記型電腦形狀 因子。
  15. 如申請專利範圍第1項之運算系統，進一步包括一圍住該運算系統之殼體，其中該殼體具有一智慧型平板形狀因子。
  16. 一種製造一運算系統之方法，包含：提供一電路板，該電路板包括一電性組件；將一熱交換器耦合至該電性組件；將一風扇的一或多個出口側配置為相鄰於該熱交換器，其中該風扇進一步包括一具有複數個葉片之轉子及一或多個入口側；及將一阻礙物配置為相鄰於該風扇之該等一或多個入口側的至少一者，其中將由該阻礙物產生的一音調係用以降低與該風扇相關聯的一音調噪音，且其中該熱交換器係鉗夾至該電路板。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括組構將由該阻礙物產生的該音調使其與該風扇的一葉片通過音調具有一預定的相位及振幅關係。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中組構將由該阻礙物產生的該音調係包括組構該阻礙物的一形狀、該阻礙物的一定向及該阻礙物相對於該風扇的一近鄰性之一或多者。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，進一步包括使該熱交換器設有複數個輪葉，其中該葉片通過音調係為與該等複數個輪葉交互作用之來自該風扇的該等一或多個出口 側的至少一者之空氣流的一函數。
  20. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括使該阻礙物的一形狀設有一具有一外邊緣的碟幾何結構，該外邊緣係修改到該風扇的該等一或多個入口側的至少一者之空氣流。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，進一步包括使該外邊緣設有一平滑瓣葉輪廓及一多頻率輪廓的一或多者。
  22. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括使該阻礙物的一形狀設有一具有一內邊緣的環幾何結構，該內邊緣係修改到該風扇的該等一或多個入口側的至少一者之空氣流。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，進一步包括使該內邊緣設有一平滑瓣葉輪廓及一多頻率輪廓的一或多者。
  24. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括以一支撐結構圍住該風扇的該等複數個葉片，其中該阻礙物耦合至該支撐結構的一入口部分。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，進一步包括配置該阻礙物使其實質地共面於該支撐結構的該入口部分。
  26. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括從一塑膠材料、一金屬材料及一陶瓷材料的一或多者形成該阻礙物。
  27. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括以一罩包圍該等複數個葉片的一周邊部分。
  28. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括以一殼體圍 住該運算系統，該殼體具有一桌上型電腦形狀因子。
  29. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括以一殼體圍住該運算系統，該殼體具有一筆記型電腦形狀因子。
  30. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括以一殼體圍住該運算系統，該殼體具有一智慧型平板形狀因子。
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