用於電子裝置的通風式機殼的製作方法

2023-10-21 03:57:47

專利名稱：用於電子裝置的通風式機殼的製作方法
用於電子裝置的通風式機殼 發明領域本發明涉及用於電子裝置的通風式機殼，尤其是，儘管不是唯一 地，涉及用於具有高速和高壓風扇的電子裝置的機殼。發明背景電子裝置的性能日益增加通常是要求裝置密度增加。將大量的單 獨電氣元件進行集成以便形成集成元件，並將許多這樣集成的元件放 置在較小的機殼如計算機伺服器、可攜式計算機或其它電子裝置的機 殼中。例如，每個用於伺服器單元的機殼都可以是狹窄的葉片，並把大 量的這些葉片十分接近地設置在專用的機架中。這些葉片的新一代具有厚度僅為1 U，它相當於1.75英寸或是4.445 cm。例如，標準的高 187 cm的機架適合於j^存42個這些伺服器葉片，它們在彼此的頂部 上。可供選擇地，伺服器葉片可以是具有寬度為等於或小於1U的垂 直葉片。如果電子元件在每個機殼中的封裝密度可以增加，則這種狹窄的 葉片伺服器就增加可以放置在機架中的伺服器元件數。為了保證限定 在這種小空間中的緊密壓縮的電子元件能令人滿意的工作，必須耗散 由電子元件所發出的熱量。通常用風扇來耗散電子伺服器單元的電子元件所發出的熱量。常 規電子伺服器單元的風扇經常具有標稱運轉速度僅為約3600 rpm。然 而，如果封裝密封及因此每個體積所產生的熱量進一步增加，則需要較高的質量流以保證電子元件不過熱。另外，由於增加了封裝密度， 所以流阻也增加，並且需要提供較高的壓力以便實施較高的質量流， 並因此避免過熱。因此，需要有一種先進的技術解決方案。發明提要簡而言之，本發明提供用於電子裝置的通風式機殼。通風式機殼 包括外殼，所述外殼具有進氣口和出氣口。通風式機殼還包括高速風
扇，所述高速風扇用於使空氣從進氣口移動到出氣口，以便耗散在使 用時由位於外殼內的電子元件所產生的熱量。高速風扇具有葉片、電 動機和在葉片附近的導風部分。導風部分有第一模式共振頻率，所述 共振頻率大於風扇的旋轉頻率。本發明從下面通風式機殼的一些實施例的說明將能更充分理 解。說明是參照附圖提供。附圖簡介

圖1A是用於按照本發明實施例所述電子裝置的通風式機殼的透視圖；圖1B是圖1A所示的通風式機殼的剖視圖； 圖2是按照本發明的實施例所述風扇的透視圖； 圖3是按照本發明的另一實施例所述的風扇的透視圖； 圖4是按照本發明的又一實施例所述的風扇的透視圖； 圖5是帶有用於按照本發明的又一實施例所述電子裝置的通風 式機殼的機架的後視圖。實施例詳細i兌明起初參見圖1A和1B,現在說明按照實施例所述用於電子器件的 通風式機殼。圖1A示出用於電子裝置的通風式機殼100的透視圖， 而圖1B示出通風式機殼100的剖視圖。在這個實施例中，通風式機殼 100裝備有電子元件104。通風式機殼100與電子元件104 —起形成電 子裝置。通風式機殼100包括外殼102,若干電子元件104設置在所 述外殼102中。外殼102具有進氣口 106和排氣口 108。例如，通風式殼IOO可以是用於伺服器葉片的機殼，上述伺服器 葉片可以與大量其它葉片一起設置在機架中。在一特定實施例中，機 殼100具有高度為1U，這相當於1.75英寸或4.445 cm。機殼100通常 包括大量電子元件104，如伺服器電子元件。這種1U伺服器葉片具有 優點是它只使用最小空間。然而，如果各電子元件緊密壓縮，則每個 體積所產生的熱量可能相當大。在這種情況下，由常規通風式機殼中 常規風扇所提供的冷卻可能不足。另外，如果把電子元件密集壓縮在 外殼102限定的內部空間中，則常規風扇的風壓可能不足。
在這個實施例中，通風式機殼100包括高速軸流式風扇110，所 述軸流式風扇110有若干葉片112,所述葉片112設置在軸113上。 風扇110具有電動機114和導氣部分，所述導氣部分包括一連接到支 承件115上的通風罩116，上述支承件115支承軸113。在這個實施例 中，風扇110有一運轉速度為約36000 rpm (轉/分)。 一般可適用的 高速風扇具有一大於3600 rpm的標稱運行速度如大於10000 rpm，20000 rpm或30000 rpm。由於高速度，所以風扇IIO提供高質量 流的冷卻空氣。在這個實施例的變體方案中，機殼IOO可以包括兩個 或多個風扇110，所述兩個或多個風扇110會提供甚至更多的冷卻空 氣。另外，在這個實施例中，風扇IIO具有比較深的葉片112 (風扇 IIO具有深度是大於風扇IIO的寬度)。因此，由於葉片112的深度， 所以為給密集壓縮的機殼通風提供高的壓力。風扇iio具有一導氣部 分，在這個實施例中，上述導氣部分以通風軍116的形式提供。在使用時風扇IIO將通風空氣從通風進氣口 106運送穿過通風式 機殼100的內部空間和穿過通風排氣口 108。然而，在運行時，"渦 輪式"風扇IIO發出比較響亮和擾動的噪聲。例如，如果風扇110在 36000 rpm (相當於每秒鐘600轉)的速度下運轉，則產生頻率約為 600赫茲的機械振動，這樣會產生噪聲。現有電子裝置的風扇也常常引起振動，但因為它們是在相當低的 通常約為3600 rpm的速度下運轉，所以振動的頻率低得多(60赫茲)， 好像是振動與周圍零件的聯接較少，且產生的噪聲擾動較少。然而， 由通風式殼100的風扇110所產生的有約600赫茲頻率的噪聲是在人 耳有較高靈敏度的頻率範圍內。另外，通風式機殼100的機械元件可 以有接近該頻率的共振頻率，並且它們的共振造成噪聲的放大作用。為了減少振動(和振動的傳送)並因而減少噪聲，將通風罩116 和支承件115如此設計，以使通風罩116連接到支承件115上的第一 種模式共振頻率高於風扇IIO的旋轉頻率。例如，風扇IIO的旋轉頻 率可以是600 rps。在這種情況下，將通風罩116如此設計，以使第一 模式共振頻率大於600赫茲。另外，在這個實施例中，通風罩116如 此設計，以使通風罩116的第二和第三模式共振頻率不與風扇的旋轉 頻率的倍數一致。因此，通風罩116連接到支承件115上的設計避免 了各葉片112和通風罩116之間的共振耦合。因此，減少了通風罩116
的振動，並因而減少了振動從通風罩傳送到別的元件。因此，通風式外殼100具有相當大的優點是可以為密集封裝的電 子元件104提供充分的冷卻，而同時大大減少噪聲。應該理解在這個 實施例的變體方案中，通風罩116還可以如此設計，以便風扇110的 旋轉頻率大於通風軍116的共振頻率。通風罩116連接到支承件115上的共振頻率取決於質量和剛度的 比值。剛度與彈性模量成正比。通過選擇一種其密度比鋁低和/或有彈 簧模量比鋁高的通風罩用材料，所述通風罩116的共振頻率與鋁製通 風罩相比可以增加。可供選擇地，通風罩116的共振頻率可以通過提 供加勁的部件如肋條或波紋來增加，上述肋條或波紋增加通風罩116 的剛度。由於當機殼100傾斜時軸113的偏轉，所以軸113在支承件115 中的高速旋轉可能產生陀螺進動和風扇葉片112與風扇罩116葉片的 相互作用。此外，陀螺力矩可以產生一種稱之為"渦旋方式"的現象， 所述"渦旋方式"現象是由陀螺力矩所感生的偏轉所產生的現象，偏 轉可能產生擺動，所述擺動在支承結構115處發生，擺動可以產生噪 聲和/或破壞作用。旋轉運動也可以由於偏心度而感生。在這個實施例 中，支承件115提供足夠的剛度，並如此相對於軸113定位，以使偏 轉減至最小。在這個實施例中，支承件115包括與通風罩116相同類 型的材料。圖2示出按照實施例所述的高速風扇200。風扇200可以代替圖 1所示的風扇100。風扇200包括在軸203上的葉片202,所述軸203 由支承件204和電動機(未示出)支承。風扇還包括風扇罩205。在 這個實施例中，風扇200是運轉速度為36000 rpm的高速風扇，而風 扇罩204包括鑄鎂合金，所述鑄鎂合金密度比鋁低-約為1800 Kg/m3， 相比之下鋁合金密度約為2700Kg/m3。可供選擇地，風扇罩205可以 例如包括攪熔成型的鎂(thixomolded Mg)、具有低密度和高彈性模 量的石墨環氧樹脂複合物、或者具有孔隙度的鑄鎂(cast magnesium)、 金屬注射成型的塑料或者任何合適的陶瓷材料，其中包括A1203或A1N 或者金屬基體複合材料如碳化矽或碳化鋁矽，上述鑄鎂如此選定，以 便得到合適的剛度質量比。圖3示出按照另一個實施例所述的高速風扇300。風扇300也可
以代替圖1所示的風扇100。風扇300包括在軸303上的葉片302，上 述軸302由支承件304和電動機(未示出)支承。風扇還包括風扇罩 305。在這個實施例中，風扇300是運行速度為36000 rpm的高速風扇， 而風扇罩305包括加勁構造，在這個實施例中，上述加勁構造取肋條 306的形式。因此，風扇罩305包括結構部件即肋條306，所述肋條 306增加風扇罩305的剛度。在這個實施例中，通風罩可以包括任 何合適的材料，其中包括A1、鎂、石墨環氧樹脂、具有孔隙度的鑄鎂， 上述合適的材料如此選定，以便得到合適的剛度質量比；金屬注射成 型的塑料或者任何合適的陶瓷材料，其中包括Ah03和A1N;或者金 屬基底複合材料如碳化矽或碳化鋁矽。肋條306可以與通風罩305的 其餘元件整體形成。可供選擇地，各肋條306可以加到通風罩305的 基底表面上。例如，各肋條306也可以通過以這種方式從基底表面彎 曲U形部分形成，以便在每個肋條306附近形成槽或"珠"。應該理解，各肋條306可以採取任何合適的形式，並可以不一定 沿著通風罩305的整個長度延伸。另外，各肋條306可以不一定是縱 向肋條，而可以是至少一部分在橫向方向上定向。風扇300可以包括 任何數量的肋條，這些肋條可以用規則或不規則的方式放置在通風罩 305的內部或外部。圖4示出按照另一個實施例所述的高速風扇400。風扇400可以 代替圖1所示的風扇110。風扇400包括在軸403上的葉片402，上述 軸403由支承件404和電動機(未示出)支承。風扇還包括風扇罩405。 另外，風扇400具是運轉速度為36000 rpm的高速風扇。在這個實施 例中，風扇罩405包括波紋狀表面406，所述波紋狀表面406增加風 扇罩405的剛度。在這個實施例中，波紋狀表面是施加到基底表面408 上。通風罩405可以包括任何合適的材料，其中包括A1、鎂、石墨 環氧樹脂、具有孔隙度的鑄鎂，上述合適的材料如此選定，以便得到 合適的剛度質量比；金屬注射成型的塑料；或者任何合適的陶瓷材料， 其中包括A1203和A1N;或者金屬基體複合物如碳化矽或碳化鋁矽。可供選擇地，基底表面408和波紋狀表面406也可以整體式形 成。波紋狀表面406和基底表面408也可以是蜂窩狀結構的一部分。 還應該理解，在這個實施例的變體方案中，只有一部分通風罩40S可 以具有波紋狀表面。另外，通風罩可以不包括基底表面，而波紋狀表
面405可以包括內和外波紋狀表面，它們提供通風軍的內和外表面。 波紋可以取任何合適的形式，所述形式可以是規則的或是不規則的， 並且波紋也可以有圓形邊緣。圖5是機架500的後視圖，所述機架500包括多個伺服器葉片 502。每個伺服器葉片502都包括通風式機殼504，所述通風式機殼504 在這個實施例中包括兩個風扇506，每個風扇506都與圖l-4所示的風 扇110、 200、 300或400相同。在這個實施例中，設置大量伺服器葉 片502緊密壓縮在機架500中。儘管參照特定的實施例說明了本發明，但該技術的技術人員應該 理解，本發明可以用許多其它形式實施。例如，應該理解，風速不一 定是上述類型的高速和高壓風扇。例如，如果電子元件不太緊密壓縮， 則利用在低速下運轉並提供較小壓力的風扇就足夠了。另外可以將一 個以上的風扇堆疊在彼此的後面。此外，通風式機殼可以不一定是安 裝成位於像機架400那的機架中的機殼。例如，在可供選擇的實施例 中，通風式機殼可以是可攜式計算機的機殼，或者可以是任何其它尺 寸和形狀的機殼。此外，應該理解，導氣部分可以採取任何合適的形 式，並且如果導氣部分包括通風罩，則通風罩可以不一定連接到支承 風扇軸或任何其它風扇元件的支承件上。
權利要求
1. 一種用於電子裝置的通風式機殼，所述通風式機殼包括 外殼(102),所述外殼(102)具有進氣口 (106)和排氣口 (108); 高速風扇(110 )，所述高速風扇(110 )用於使空氣從進氣口 ( 106 )移動到排氣口 (108),以便耗散在使用時由位於外殼(102)內的電 子元件(KM)所產生的熱量，風扇(110)具有葉片(112)、電動機 (114)和位於葉片(112)附近的導氣部分(116);和其中導氣部分(116)具有第一模式共振頻率，所述共振頻率大於 風扇(110)的旋轉頻率。
2. 如權利要求1所述的通風式機殼，其中導氣部分(116)具有第二模式共振頻率和第三模式共振頻率，及 其中風扇(110)的旋轉頻率的倍數不與導風部分(116)的第二或第 三模式共振頻率一致。
3. 如權利要求1所述的通風式機殼，其中導氣部分(116 )至少一部分包括一種具有彈性模量為E和密度為 D的材料，及其中上述材料的E/D比值大於鋁的相應比值。
4. 如權利要求1所述的通風式機殼，其中 導氣部分(116)是通風軍。
5. 如權利要求3所述的通風式機殼，其中 密度D小於鋁的密度。
6. 如權利要求3所述的通風式機殼，其中彈性模量E大於鋁的 彈性模量。
7. 如權利要求l所述的通風式機殼，其中材料是金屬、金屬注射 成型塑料和陶瓷材料的其中之一。
8. 如權利要求1所述的通風式機殼，其中材料是castMg、攪熔 成型的鎂、A1N、 A1203、鑄鎂、碳化矽和碳化鋁矽的其中之一。
9. 一種用於電子裝置的葉片殼，所述葉片殼包括 外殼(102),所述外殼(102)具有進氣口 (106)和排氣口 (108); 高速風扇(110 )，所述高速風扇(110 )用於使空氣從進氣口 ( 106 )移動到排氣口 (108),以便耗散在使用時由位於外殼(102)內的電 子元件(104)所產生的熱量，風扇(110)具有葉片(112)、電動機 (114)和位於葉片(112)附近的導氣部分(116);和其中導氣部分(116)具有第一模式共振頻率，所述共振頻率大於 風扇(110)的旋轉頻率。
10.如權利要求9所述的葉片殼，其中，外殼(102)具有基本上是矩形稜柱的形狀，並成形為用於布置在 1 U機架系統中。
全文摘要
本發明提供用於電子裝置的通風式機殼。通風式機殼包括外殼(102)，所述外殼(102)具有進氣口(106)和排氣口(108)。通風式機殼還包括高速風扇(110)，所述高速風扇(110)用於使空氣從進氣口(106)移動到排氣口(108)，以便耗散在使用時由位於外殼(101)內的電子元件(104)所產生的熱量。風扇(110)具有葉片(112)，電動機(114)和位於葉片(112)附近的導氣部分(116)，其中導氣部分(116)具有第一模式共振頻率，所述共振頻率大於風扇(110)的旋轉頻率。
文檔編號F04D29/06GK101124862SQ200580046658
公開日2008年2月13日 申請日期2005年10月31日 優先權日2005年10月31日
發明者C·D·帕特爾, R·巴傑哈夫, V·D·沃德 申請人:惠普開發有限公司