WO2018074664A1

WO2018074664A1 - 가변 날개가 형성된 냉각팬

Info

Publication number: WO2018074664A1
Application number: PCT/KR2016/015094
Authority: WO
Inventors: 윤국영
Original assignee: 주식회사 한미마이크로닉스
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-04-26
Also published as: KR101760716B1; TW201816275A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 허브에 방사상 방향으로 형성된 날개 중 가변 날개가 회전 속도 또는 회전 수에 따라 가변적으로 회동되게 함으로써 저 회전 수 및 고 회전 수 각각에서 냉각 성능이 향상될 수 있다. 이를 위해 특히, 본 발명의 일 실시예는, 구동 모터의 구동축에 결합되는 원통 형상의 허브; 허브의 외주면에 방사상으로 배열되어 형성된 다수의 날개 결합부; 다수의 날개 결합부의 방사상 방향 단부에 각 배치된 다수의 가변 날개; 및 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부를 상호 연결하고, 일 단이 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부 중 어느 하나에 형성된 회동 홀에 삽입되고, 그리고 각 가변 날개가 회동 운동이 가능하도록 회동 중심에 위치하는 회동 축이 포함된 가변 날개가 형성된 냉각팬을 포함한다.

Description

가변 날개가 형성된 냉각팬

본 발명은 전자기기의 냉각팬에 관한 것으로서 보다 상세하게는 가변 날개가 형성된 냉각팬 또는 임펠러에 관한 것이다.

냉각팬은 허브와, 허브의 외주면에 방사상으로 배열되어 연결된 회전날개들로 구성되어 회전하면서 공기의 유동, 즉 바람을 발생시킨다. 허브의 내부에는 전기모터가 구비되고, 이러한 전기모터는 프레임에 고정되게 된다.

냉각팬은 컴퓨터와 같은 전자장치에 장착되어, 내장된 각종 발열부품의 열을 주변의 공기를 강제유동시켜 냉각시키기 위한 용도로 사용된다.

종래의 냉각팬에 구비된 회전날개는, 허브에 연결된 부분에서 방사상 방향으로 연장되면서 폭이 점차 커지거나 일정한 형상이다. 이러한 종래의 냉각팬의 경우, 냉각시키고자 하는 열의 양이 많은 경우, 강한 바람을 만들어 내기 위해, 큰 회전날개를 포함한 냉각팬을 사용하거나, 회전날개의 회전속도를 늘리게 된다.

하지만, 통상 냉각팬의 장착을 위한 공간은 한정되어 있기 때문에, 회전날개의 길이와 폭을 늘이는 것에는 한계가 있다는 문제가 있다. 또한, 회전속도를 늘이게 되면, 소음이 크게 증가하게 되고, 소비되는 전기량도 증대된다는 문제점이 있다. 고속회전은 냉각팬의 수명이 짧게 하는 단점도 있다.

또한, 종래의 냉각팬의 경우, 허브에서 멀어지면서 점차 폭이 넓어지는 회전날개의 형상의 한계로 인해, 허브에 가까운 중심부에는 공기의 유동이 극히 적다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 일부 선행기술에서는 회전날개의 중심부에 공간을 확보한 후, 이 공간에 별도의 작은 회전날개를 추가로 구비하는 등의 구성을 시도하였으나, 이러한 종래기술은 구성이 복잡하고 효과도 충분하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 허브에 방사상 방향으로 형성된 날개 중 가변 날개가 회전 속도 또는 회전 수에 따라 가변적으로 회동되게 함으로써 저 회전 수 및 고 회전 수 각각에서 냉각 성능이 향상될 수 있는 가변 날개가 형성된 냉각팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 날개 결합부를 통해 허브 중심부의 공기 유동을 활성화하고, 가변 날개를 회동 가능하도록 가변적으로 구성함으로써 회전 속도가 소정 속도 이상일 때 회동에 의해 가변 날개가 회전면과 이루는 각이 작아져 성능이 향상될 수 있는 가변 날개가 형성된 냉각팬을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 구동 모터의 구동축에 결합되는 원통 형상의 허브; 허브의 외주면에 방사상으로 배열되어 형성된 다수의 날개 결합부; 다수의 날개 결합부의 방사상 방향 단부에 각 배치된 다수의 가변 날개; 및 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부를 상호 연결하고, 일 단이 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부 중 어느 하나에 형성된 회동 홀에 삽입되고, 그리고 각 가변 날개가 회동 운동이 가능하도록 회동 중심에 위치하는 회동 축이 포함된 가변 날개가 형성된 냉각팬을 제공함으로써 달성될 수 있다.

각 가변 날개는, 허브가 소정 속도로 회전할 때 회동 축을 중심으로 회동하여 회전면과 이루는 각이 작아지는 것일 수 있다.

그리고 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부에, 또는 회전 축과 회동 홀에, 소정 회동 각 이내로 회동 운동이 가능하도록 스토퍼 구조가 형성될 수 있다.

아울러 스토퍼 구조는, 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부에 형성된 경우, 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부에 각각 스토퍼 돌기와 스토퍼 홈이 형성되고, 스토퍼 돌기가 회동 각에 대응하는 소정 유격을 갖는 스토퍼 홈에 삽입된 구조일 수 있다.

한편 스토퍼 구조는, 회동 축과 회동 홀에 형성되는 경우, 회동 축 일 단의 외주면에 스토퍼 돌기가 형성되고, 회동 홀 내부에 너비 방향으로 스토퍼 홈이 형성되며, 스토퍼 돌기가 회동 각에 대응하는 소정 유격을 갖는 스토퍼 홈에 안착된 구조일 수도 있다.

그리고 가변 날개가 형성된 냉각팬은, 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개의 단부 사이에, 또는 회동 축과 회동 홀 사이에, 회동 운동에 대응하는 복원력을 발생시키는 복원 수단이 더 포함된 것일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 허브에 방사상 방향으로 형성된 날개 중 가변 날개가 회전 속도 또는 회전 수에 따라 가변적으로 회동되게 함으로써 저 회전 수 및 고 회전 수 각각에서 냉각 성능이 향상될 수 있다.

그리고 날개 결합부를 통해 허브 중심부의 공기 유동을 활성화하고, 회전 속도가 소정 속도 이상일 때 회동에 의해 가변 날개가 회전면과 이루는 각이 작아져 회전 속도에 적응적으로 반응하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 가변 날개 회동 전 사시도,

도 2는 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 가변 날개 회동 후 사시도,

도 3은 도 2의 정면도,

도 4는 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 분해 사시도,

도 5는 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 분해 사시도,

도 6은 도 5의 저면도이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

가변 날개가 형성된 냉각팬

도 1은 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 가변 날개 회동 전 사시도이고, 도 2는 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 가변 날개 회동 후 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이다.

본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬(1)의 일 실시예는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 허브(10)와 다수의 날개 결합부(20)와 각 날개 결합부(20)에 연결된 다수의 가변 날개(30)를 포함하고, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 각 날개 결합부(20)와 각 가변 날개(30)를 연결하고 각 가변 날개(30)의 회동 중심이 되는 회동 축(50)을 더 포함하여 구성된다.

본 실시예인 냉각팬(1)은 종래 기술과 마찬가지로 허브(10)에 구동축과 구동모터가 연결되고 외부로는 프레임이 형성되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고 이하 본 실시예인 냉각팬(1)에 대해서만 상술한다.

냉각팬(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 날개 결합부(20)가 등각으로 허브(10)의 외주 면을 따라 방사상으로 다수 형성되며 각 날개 결합부(20)의 단부에 가변 날개(30)가 위치하여 방사상 방향으로 연결되어 있는 데, 가변 날개(30)는 날개 결합부(20)와 대응되는 숫자만큼 형성된다.

허브(10)는 원기둥 형태일 수 있으나 다수의 모서리가 형성된 각기둥일 수도 있다. 허브(10)는 저면으로 구동축(또는 샤프트)과 구동모터가 수용될 수 있도록 속이 비어 있다. 허브(10)의 중심은 반시계 방향으로 회전하는 회전 축(C)과 동일 축 선상에 있으며 외주 면에는 후술하는 날개 결합부(20)와 날개 결합부(20) 단부에 가변 날개(30)가 형성된다.

가변 날개(30)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 날개 결합부(20)에 유동성을 가지고 연결된다. 즉 날개 결합부(20)는 허브(10)에 고정되어 있으나 가변 날개(30)는 날개 결합부(20)에 고정되어 있지 않다. 허브(10)가 회전하면 날개 결합부(20)는 허브(10)를 따라 형태를 유지하면서 회전하는 반면 가변 날개(30)는 고속 회전 시에 형태가 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 변경된다. 구체적으로는 날개 결합부(20)가 회전 평면과 이루는 각은 저속 회전이나 고속 회전 시에 변화가 없지만 가변 날개(30)는 저속 회전 시와 고속 회전 시의 회전 평면과 이루는 각이 회동에 의해 달라진다. 이와 같이, 날개 결합부(20)는 짧은 내측 날개 형태로 구성되었고 가변 날개(30)는 외측 날개 형태로 구성되었지만, 이와 다른 일 예로 날개 결합부(20)는 허브(10)에 일체로 형성되어 외형적으로 볼록하거나 평평한 형태로 구성될 수도 있다.

회전 평면과 이루는 각은 날개의 접선이 회전 평면과 이루는 각으로 정의할 수 있는 데, 날개 결합부(20)가 회전 평면과 이루는 각은 허브(10) 중심에서 공기 유동을 활성화하기 위해 20도 이상 50도 이하에서 선택될 수 있으며 선택된 각으로 형성된 날개 결합부(20)는 허브(10) 회전과 무관하게 그 각이 변동되지 않는다. 반면, 가변 날개(30)는 회동 전 선택된 각이 고속 회전 시에 회전 축(C)에 수직 평면인 회전 평면으로 누어 저속 회전 시보다 회전 평면과 이루는 각이 작아진다. 이는 고속 회전 시 가변 날개(30)의 하부(또는 후면), 즉 회동 중심의 하부에 풍압(또는 공기 저항)이 강해져 회동 축(50)을 중심으로 회동 운동을 일으킬 수 있기 때문이다. 가변 날개(30)는 회전 평면과 이루는 각이 작을수록 최적의 성능을 발휘하므로 적응적으로 최적의 날개 각을 찾아 움직이는 것이다. 반대로 저속 회전 시에는 하부의 풍압(또는 공기 저항)이 약해져 반대 방향으로 회동 운동을 하게 된다.

이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 실시예 구성을 구체적으로 상술한다.

도 4 및 도 5는 본 발명인 가변 날개가 형성된 냉각팬에 따른 일 실시예의 분해 사시도인데, 도 4는 하부에서 가변 날개(30)의 단부를 바라본 것이고 도 5는 하부에서 날개 결합부(20)의 단부를 바라본 것이다. 도 6은 도 5의 저면도이다.

가변 날개(30)는 회동 축(50)을 중심으로 회동한다. 고속 회전 시 가변 날개(30)의 회동 축(50) 하부의 풍압이 회동 축(50) 상부의 풍압보다 클 수 있도록 날개의 면적을 고려하여 회동 중심을 최적화하여야 한다. 이러한 회동 축(50)은 날개 결합부(20) 및 가변 날개(30) 중 어느 하나에 일 단이 고정되고, 다른 하나에는 타단이 자유롭게 회동 가능하도록 구성된다. 본 실시예에서는 날개 결합부(20)의 단부에 회동 축(50)의 일 단을 고정하고, 가변 날개(30)의 단부에서는 회동 축(50)의 타단이 회동 홀(40) 내부에 삽입되어 회동 가능하도록 구성하였다.

또한 가변 날개(30)의 회동 운동은 소정 회동 각 범위 내에서 회동되는 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예는 각 날개 결합부(20)의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개(30)의 단부에, 또는 회전 축과 회동 홀(40)에, 소정 회동 각 이내로 회동 운동이 가능하도록 스토퍼 구조가 형성될 수 있다.

이러한 스토퍼 구조의 일 예는 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 스토퍼 구조의 일 예는, 각 날개 결합부(20)의 단부와 이에 대응하는 각 가변 날개(30)의 단부에 형성될 수 있다. 즉 각 날개 결합부(20)의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개(30)의 단부에, 스토퍼 돌기(60, 62)와 스토퍼 홈(70, 72)이 각각 형성된다. 스토퍼 돌기(60, 62)는, 회동 각에 대응하는 너비로 유격을 갖는 스토퍼 홈(70, 72)에 삽입된다. 따라서 유격의 범위 내에서 회동 운동이 이루어지고 그 결과, 가변 날개(30)는 일정한 회동 각을 가질 수 있다.

본 실시예에서는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 스토퍼 돌기(60, 62)는 2 개가 가변 날개(30)의 단부에, 그리고 스토퍼 홈(70, 72)도 2 개가 날개 결합부(30)의 단부에 형성되어 있다. 그러나 본 실시예와 달리 상호 반대편에 스토퍼 돌기(60, 62)와 스토퍼 홈(70, 72) 형성될 수도 있고, 스토퍼 돌기(60, 62)와 스토퍼 홈(70, 72)은 각 2 개씩이 아니라 1 개씩만 형성될 수도 있다. 한편, 스토퍼 홈(70, 72)은 그 기능을 고려하면 양방향으로 뚫려있는 채널(channel) 형태 또는 이와 유사한 구조를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

스토퍼 구조의 변형 예는, 전술한 일 예와 달리, 회동 축(50)과 회동 홀(40)에 형성될 수도 있다. 즉 회동 축(50) 일 단의 외주 면에 스토퍼 돌기(도시되지 않음)가 형성되고, 회동 홀(40) 내부에 너비 방향으로 스토퍼 홈(도시되지 않음)이 형성되는 구조이다. 따라서 스토퍼 돌기(도시되지 않음)가 회동 각에 대응하는 소정 유격을 갖는 스토퍼 홈(도시되지 않음)에 안착되어 일정한 회동 각 범위 내에서 회동될 수 있다. 스토퍼 구조의 변형 예는 독립적으로 형성될 수 있으며 전술한 일 예와 함께 형성될 수도 있을 것이다.

가변 날개가 형성된 냉각팬(1)은, 각 날개 결합부(20)의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개(30)의 단부 사이에, 또는 회동 축(50)과 회동 홀(40) 사이에, 회동 운동에 대응하는 복원력을 발생시키는 복원 수단(도시되지 않음)이 더 포함된 것일 수 있다. 즉 고속 회전 시 회동 운동으로 누운 가변 날개(30)가 저속 회전 시 반대 방향으로 회동 운동을 쉽게 하기 위해 복원력 수단이 더 추가될 수 있다.

이러한 복원력 수단은 회동 운동에 의한 인장력을 복원력으로 이용하는 인장 스프링이나 회동 운동에 의한 토크를 이용하는 토션스프링(torsion spring)이나 간단히 이형 스프링을 사용할 수도 있다. 또한 복원력 수단은 스프링 이외에 실리콘 재질 또는 고무 재질의 부재가 각 날개 결합부(20)의 단부 및 이에 대응하는 각 가변 날개(30)의 단부 사이에 위치할 수도 있다. 이러한 복원 수단은 그 형태나 재질 등이 다양하므로 전술한 것에 한정하지는 않는다.

전술한 스프링이나 실리콘, 고무 등의 복원 수단은, 회동 운동을 발생시키는 풍압과 회동 운동에 따른 복원 수단의 변형 정도, 그 장착 위치 등을 변경해가면서 실험 데이터를 얻은 후 최적의 설계가 이루어지도록 할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당 업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

구동 모터의 구동축에 결합되는 원통 형상의 허브;

상기 허브의 외주면에 방사상으로 배열되어 형성된 다수의 날개 결합부;

상기 다수의 날개 결합부의 방사상 방향 단부에 각 배치된 다수의 가변 날개; 및

상기 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부를 상호 연결하고, 일 단이 상기 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부 중 어느 하나에 형성된 회동 홀에 삽입되고, 그리고 상기 각 가변 날개가 회동 운동이 가능하도록 회동 중심에 위치하는 회동 축이 포함된 가변 날개가 형성된 냉각팬.
제1 항에 있어서,

상기 각 가변 날개는,

상기 허브가 소정 속도로 회전할 때 상기 회동 축을 중심으로 회동하여 회전면과 이루는 각이 작아지는 것을 특징으로 하는 가변 날개가 형성된 냉각팬.
제1 항에 있어서,

상기 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부에, 또는 상기 회전 축과 상기 회동 홀에, 소정 회동 각 이내로 상기 회동 운동이 가능하도록 스토퍼 구조가 형성된 가변 날개가 형성된 냉각팬.
제3 항에 있어서,

상기 스토퍼 구조는,

상기 각 날개 결합부의 단부와 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부에 형성된 경우, 상기 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부에 각각 스토퍼 돌기와 스토퍼 홈이 형성되고, 상기 스토퍼 돌기가 상기 회동 각에 대응하는 소정 유격을 갖는 상기 스토퍼 홈에 삽입된 구조인 가변 날개가 형성된 냉각팬.
제3 항에 있어서,

상기 스토퍼 구조는,

상기 회동 축과 상기 회동 홀에 형성되는 경우, 상기 회동 축 일 단의 외주면에 스토퍼 돌기가 형성되고, 상기 회동 홀 내부에 너비 방향으로 스토퍼 홈이 형성되며, 상기 스토퍼 돌기가 상기 회동 각에 대응하는 소정 유격을 갖는 상기 스토퍼 홈에 안착된 구조인 가변 날개가 형성된 냉각팬.
제1 항에 있어서,

상기 각 날개 결합부의 단부 및 이에 대응하는 상기 각 가변 날개의 단부 사이에, 또는 상기 회동 축과 상기 회동 홀 사이에, 상기 회동 운동에 대응하는 복원력을 발생시키는 복원 수단이 더 포함된 가변 날개가 형성된 냉각팬.