用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機的製作方法
2023-05-11 04:09:41 1
專利名稱：用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機和電子系統的主動性空氣冷卻問題，更具體地說，涉及一種雙向鼓風機。
背景技術：
隨著計算機和電子系統功率的提高，風扇和鼓風機成為主動性空氣冷卻必不可少的部件，通風管也常被用來改進空氣冷卻。由於熱密度在一個系統中各區域是不同的，理想的方式是利用通風管把系統內熱區域的熱量直接導出到系統的外面，但由於系統機箱裝置許多不同的電子部件而非常緊湊，例如中央處理器(CPU)，PCI卡，圖形處理器，網絡處理器及其它元件，這使得通風管散熱很難做到。
軸流風扇通常被使用在臺式計算機和伺服器系統中，因為軸流風扇能高效率地把空氣從一側吹到另一側，而鼓風機則通常用於筆記本計算機的散熱，因為它能改變氣流的方向，適合小空間，並且適合冷卻散熱器等小的熱元件。一臺離心式鼓風機不如與其相同大小的一臺軸流風扇效率高，因為(1)鼓風機的入口更小；(2)由葉輪的快速旋轉引起的離心力不能高效率地使空氣流動；(3)大部分空氣要經過鼓風機的圓隧道才脫離出口；(4)由於空氣與圓隧道的牆壁摩擦而使處於該薄層中的空氣流速減慢。
過熱問題通常是導致筆記本計算機死機甚至損壞的原因，如上所述，由於空間的局限性，鼓風機普遍用於筆記本計算機的冷卻。一臺筆記本計算機上裝置兩個或三個鼓風機冷卻CPU和圖形處理器已很常見。由於離心式鼓風機的進氣口在筆記本計算機的底部並靠近CPU附近，這就要求在筆記本計算機的底部和桌面之間留有大於2毫米的空氣間隙，以利於外部環境的空氣可以被吸入鼓風機，但這同時在筆記本電腦和桌面之間的熱傳導路徑中就形成了一個較大的空氣間隙熱阻。假設桌子是木質的，其熱量傳導係數大概為空氣的7～12倍。顯然，空氣間隙越小，通過筆記本電腦底部的散熱越有效，因為在筆記本電腦底下的桌子能被用作為一個自然的散熱器。
發明內容
本發明是為更有效地解決筆記本電腦和書寫板型電腦等移動型計算機、或其它型的計算機和伺服器、以及其它電子系統的散熱問題，而提出的一種用於計算機和電子系統的雙向鼓風機。
為達到上述目的，本發明提供一種用於計算機和電子系統的雙向鼓風機，包括一風室、一葉輪、一電動機和一頂蓋，葉輪由輪轂和從輪轂延伸出的葉片構成，電動機的轉子鑲嵌在葉輪的輪轂內，電動機的定子安裝固定在風室的底面上，頂蓋安裝固定在風室上側，所述的風室側壁依次設置有第一個間隔壁、熱空氣入口、熱空氣出口、第二個間隔壁、冷空氣入口和冷空氣出口；所述的第一間隔壁和第二間隔壁從側壁上延伸凸出靠近葉輪外緣；所述的葉輪能在第一間隔壁和第二間隔壁之間轉動；所述的第一間隔壁和第二間隔壁外端寬度大於葉輪的相鄰兩葉片外端之間距；所述第一間隔壁、第二間隔壁和介於間隔壁間的葉片將風室劃分為冷空氣空間和熱空氣空間；所述的冷空氣入口、冷空氣空間及冷空氣出口構成冷空氣通道；所述的熱空氣入口、熱空氣空間及熱空氣出口構成熱空氣通道。
本發明的又一目的是提供一種用於計算機和電子系統的雙向鼓風機，包括一風室、一葉輪、一電動機和一頂蓋，葉輪由輪轂和從輪轂延伸出的葉片構成，電動機的轉子鑲嵌在葉輪的輪轂內，電動機的定子安裝固定在風室的底面上，頂蓋安裝固定在風室上側。所述的風室側壁上依次設置有第一個間隔壁、熱空氣入口、熱空氣出口、第二個間隔壁和冷空氣出口；所述的頂蓋和風室底面至少設置有一冷空氣入口；所述的第一間隔壁和第二間隔壁從側壁上延伸凸出並靠近葉輪外緣，其外端寬度大於葉輪的兩葉片外端之間距；所述的葉輪能在第一間隔壁和第二間隔壁之間轉動；所述的第一間隔壁、第二間隔壁以及介於間隔壁間的葉片把風室劃分為冷空氣和熱空氣兩個空間；所述的冷空氣入口、冷空氣空間及冷空氣出口構成冷空氣通道；所述的熱空氣入口、熱空氣空間及熱空氣出口構成熱空氣通道。
本發明的另一目的是提供一種裝置了用於計算機和電子系統的雙向鼓風機的計算機冷卻系統，該系統包括一計算機機殼，一雙向鼓風機、一熱管散熱器及連接用通風管道，所述的熱管散熱器由熱管、熱管散熱器的底塊及其上面的散熱片構成；所述的熱管用來連接熱管散熱器的底塊和散熱片；所述的熱管散熱器設置在計算機內的發熱元件上，與連接通風管道相連；所述的機殼上相對應於雙向鼓風機的熱空氣出口和冷空氣入口位置設置有通風口；所述的機殼上相對應於通風管道位置設置有通風口。
本發明具有如下顯著優點該雙向鼓風機在把周圍環境的冷空氣吸進的同時，把系統內的熱空氣吹出，從而更加有效地使系統散熱。
圖1本發明的一種雙向鼓風機實施例一的結構分解圖；圖2本發明的一種混合型雙向鼓風機實施例二的結構分解圖；圖3為本發明的一種雙向鼓風機實施例三的結構分解圖；圖4為本發明的一種雙向鼓風機實施例三組裝後的俯視圖；圖5為本發明的一種混合型雙向鼓風機實施例四的結構分解圖；圖6為本發明的一種計算機冷卻系統實施例的前向結構示意圖；圖7為本發明的一種計算機冷卻系統實施例的後向結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的介紹，但不作為對本發明的限定。
實施例一參考圖1，一種雙向鼓風機，由風室110、上蓋140、電動機120和葉輪129組成。葉輪129包括輪轂131以及由其上延伸出的葉片130。電動機120的轉子包括其旋轉軸121鑲嵌在輪轂131內，從而葉輪129隨電動機120的旋轉軸121轉動而轉動。電動機120的定子安裝固定在風室110的底面上，風室110為上端開口的盒狀結構，頂蓋140安裝固定於其上端，風室110的側壁上設置有熱空氣入口102，熱空氣出口101，冷空氣入口103和冷空氣出口104。風室110底面上設置有若干螺紋孔111，用於鼓風機與外部機殼的連接。在熱空氣入口102和冷空氣出口104之間的側壁上延伸出朝向葉輪方向的第一間隔壁112，在熱空氣出口101和冷空氣入口103之間的側壁上延伸出朝向葉輪方向的第二間隔壁113，第一間隔壁112和第二間隔壁113的外端均靠近葉片130的外端，並且第一間隔壁112和第二間隔壁113的外端寬度大於兩相鄰葉片130外端之間距。這樣，所述的風室110由第一間隔壁112、第二間隔壁113和介於兩個間隔壁間的葉片130劃分為冷空空間和熱空氣空間，且兩空間內的冷熱空氣不相混，冷空氣入口103、冷空氣空間及冷空氣出口104構成冷空氣通道，熱空氣入口102、熱空氣空間及熱空氣出口101構成熱空氣通道。當電動機120逆時針方向旋轉時，使空氣分別通過冷空氣通道和熱空氣通道雙向流動，此裝置即為一種雙向鼓風機。
當電動機120逆時針方向旋轉時，由於葉片130的推動及離心力的作用，以及第一間隔壁112和第二間隔壁113如門框般的阻擋，風室110中的冷空氣和熱空氣分別通過冷空氣出口104和熱空氣出口101排出；由此，葉片130之間空氣的密度極大地降低以至接近局部真空狀態，其壓力也大大地低於鼓風機外圍空氣的氣壓，因此相對於外圍空氣的氣壓而稱葉片130之間空氣的壓力為「負壓」；當葉片130通過第一間隔壁112和第二間隔壁113後，外圍的冷空氣和熱空氣就會迅速地填充葉片130之間；由此周而復始的過程即是這種雙向鼓風機的工作原理。
因為熱空氣出口101和冷空氣入口103彼鄰，為防止從熱空氣出口101排出的熱空氣流入冷空氣入口103，熱空氣出口101的橫截面積必須遠小於冷空氣入口103的橫截面積且熱空氣入口102也足夠大，也即從熱空氣出口101流出的熱空氣流速遠大於從冷空氣入口103吸入的冷空氣流速。
為使該雙向鼓風機更有效的散熱，必須控制氣流在(進)出口的流量、分布和方向。在風室的熱空氣出口101、冷空氣入口103和冷空氣出口104，分別設置有從底面凸起且橫截面類似機翼的第一組柱體115和第二組柱體114。第二組柱體114的內端相當於固定刀片而截留一定的空氣流量，從而該空氣流量會沿著在第二組柱體114前面的隧道流出，而第二組柱體114的設定方式是為了使冷空氣儘可能均勻地從冷空氣出口104排出，且其流速方向儘可能地垂直於冷空氣出口104的截面，從而導致冷空氣均勻地以層流的方式通過散熱片間隙，進而減低散熱片的振動和噪音。
除了利用冷空氣入口103大小和熱空氣出口101大小的不同，在風室的熱空氣出口101和冷空氣入口103的區段的第一組柱體115也被用來調控進出空氣流動的分布和方向，從而更好地防止從熱空氣出口101排出的熱空氣流入冷空氣入口103。換句話說，這些手段是用來在冷空氣入口103和熱空氣出口101的外部環境定義更加合理的速度場。
實施例二參考圖2，一種雙向鼓風機，由風室110、上蓋140、電動機120和葉輪129組成。其結構與實施例一相似，不同之處在於冷空氣入口103設置在頂蓋104和風室110的底面上，也可設置其一，風室110的側壁上設置有熱空氣入口102，熱空氣出口101和冷空氣出口104，風室110底面上設置有若干螺紋孔111，用於鼓風機與外部機殼的連接。在熱空氣入口102和冷空氣出口104之間的側壁上延伸出朝向葉輪方向的第一間隔壁112，在熱空氣出口101和冷空氣入口103之間靠近熱空氣出口101的側壁上延伸出朝向葉輪方向的第二間隔壁113，第一間隔壁112和第二間隔壁113的外端靠近葉片130的外端，並且第一間隔壁112和第二間隔壁113的外端寬度大於兩相鄰葉片130外端之間距。這樣，所述的風室110由第一間隔壁112、第二間隔壁113和介於兩個間隔壁間的葉片130劃分為冷空氣空間和熱空氣空間而不使兩空間內的冷熱空氣相混，冷空氣入口103、冷空氣空間及冷空氣出口104構成冷空氣通道，熱空氣入口102、熱空氣空間及熱空氣出口101構成熱空氣通道。當電動機120逆時針方向旋轉時，空氣分別通過冷空氣通道和熱空氣通道雙向流動。
由於此設置中的冷空氣通道的工作原理與傳統的離心式鼓風機相同，但空氣不需要在鼓風機的圓隧道中經過長距離才脫離出口，從而更有效地傳輸空氣。由於熱空氣通道的工作原理如實施例一所述為「負壓」原理，因此，該裝置為混合型雙向鼓風機。
實施例三參考圖3和4，一種雙向鼓風機，由一風室110、一上蓋140、一電動機120和一葉輪129組成。葉輪129是一種複合型葉輪，包括輪轂131和與之聯結的一圓形底盤333、從輪轂131及圓形底盤333上延伸出的內葉片1302、及在圓形底盤333外緣上並與內葉片1302同側的外葉片1301。即所述的輪轂131、內葉片1302、外葉片1301均設置在圓形底盤333的同側。進一步，沿外葉片1301的外頂角設置有小橫截面的圓環334連接外葉片1301，用以增強外葉片1301的剛度，從而減低外葉片1301的振動和噪音。與此複合型葉輪相對應，風室110的設計除了實施例一的特徵外，在第一間隔壁112、第二間隔壁113與葉輪輪轂131之間增加設置了分別與第一間隔壁112、第二間隔壁113相對的第一內隔離柱316和第二內隔離柱317，第一內隔離柱316和第二內隔離柱317的外側靠近葉輪129的外葉片1301的內端，而內側靠近葉輪129的內葉片1302的外端，第一內隔離柱316和第二內隔離柱317的寬度大於兩內葉片1302外端之間距，從而第一間隔壁112、第二間隔壁113、第一內隔離柱316、第二內隔離柱317、以及介於其間的葉輪129的內葉片1302和外葉片1301把風室劃分為冷空氣和熱空氣兩個空間。冷空氣入口103、冷空氣空間及冷空氣出口104構成冷空氣通道，熱空氣入口102、熱空氣空間及熱空氣出口101構成熱空氣通道，從而使冷熱空氣分雙向流動而不相混。這種雙向鼓風機的安裝和工作原理與實施例一的雙向鼓風機相同。當電動機120逆時針旋轉時，熱空氣在負壓作用下從熱空氣入口102被吸入，在離心力的作用下從熱空氣出口101被甩出，類似地，冷空氣在負壓作用下從冷空氣入口103被吸入，在離心力作用下從冷空氣出口104被甩出。
為了使冷空氣通道和熱空氣通道的冷熱空氣混合最小，外葉片1301和內葉片1302的邊緣應該靠近隔離牆第一間隔壁112、第二間隔壁113、第一內隔離柱316和第二內隔離柱317的側壁，以使得熱通道和冷通道能夠有效地傳輸空氣。但由於空氣動力學原理，當葉輪高速旋轉時會產生很大的噪音。為減少這種噪音，如圖4所示，可以將與外葉片1301和內葉片1302葉片外端相對的間隔壁的側壁做成凹面315，以達到消音的目的。其原理是，經葉片和隔離牆的角位置接近後而壓縮的空氣，得以進入由凹面而形成的較大空間立即減壓，從而其作用在葉片上的反作用力減小，導致由葉片的振動造成的噪音減小。依同樣的原理，與葉片終端接近並相對的機翼狀柱體的側壁也應該做成凹面351。
實施例四參考圖5，一種基於實施例二和實施例三的混合型雙向鼓風機，葉輪129與實施例三中相似但沒有圓環334，其風室110與實施例二中的風室110相似，但有實施例三中的第一內隔離柱316和第二內隔離柱317。頂蓋140的中間圓孔的直徑略大於葉輪129中圓形底盤333的直徑。該混合型雙向鼓風機工作原理與實施例二相同。
實施例五本實施例說明如何把一臺雙向鼓風機用於筆記本電腦散熱系統的可行性布局之一。圖6和圖7分別是從前面和從後面看筆記本電腦機的外部及其箱體內的示意圖。雖然圖中所示為實施例三的雙向鼓風機，但是其它如前所述的任何一款雙向鼓風機都可以類似地使用。如圖所示，該筆記本計算機包括一個系統箱體510，上蓋530，固定在箱體510底部的計算機線路板(PCB)522，和用鉸鏈521連接到箱體510上的顯示器(LCD)520。為了更方便地說明在筆記本計算機的散熱路徑，其它零部件譬如鍵盤，光碟機，電池等，以及各種各樣的埠沒有在圖中畫出。雙向鼓風機300安裝在筆記本計算機機盒510內的一角，其熱空氣出口101和冷空氣入口103分別與設置在箱體510側面的通風口501和502相對，其熱空氣入口102面向機箱510內。熱管散熱器由熱管572、熱管散熱器的底塊及其上面的散熱片570和散熱片573構成。熱管散熱器的底塊和CPU固定安裝在線路板522上面。熱管572用來聯結熱管散熱器的底塊和散熱片573，從而CPU產生的部分熱量通過熱管572迅速地傳到散熱片573。散熱片573緊靠筆記本電腦機箱體510的後壁並對著在後壁上與散熱片573相應的通風口503，在散熱片570上面裝有有通氣管道571，其出口連通到設置在機箱510後壁的通風口504。
從上往下看，當鼓風機逆時針轉動時，雙向鼓風機300從通風口502吸入周圍空氣，並把空氣均勻地吹向散熱片573，然後經通風口503排出機箱外面。這一功能與常用的離心式鼓風機相同。同時，隨著雙向鼓風機300葉輪的轉動，計算機周圍的空氣經通風口504被吸入機箱內，且經過散熱片570而帶走其上的熱量，爾後被雙向鼓風機300經熱空氣入口102吸進，最後通過通風口501排出機箱外面。
類似地，計算機內其他大功率器件的散熱也可以採用上述方法，例如安置在圖形處理器(VGA)上的散熱片580上面裝有通氣管道581，其出口連通到設置在機箱510後壁的通風口505。為同時冷卻其它電子元件，可以在計算機箱體510的側面設置更多的通風口，如通風口506。在計算機箱體510的內部，其它零部件譬如硬碟，光碟機，電池等可以更加靈活地設置。
由此可見，利用雙向鼓風機可以更有效地解決筆記本電腦的散熱問題，因為除了散熱途徑的優化外，不再需要在筆記本計算機箱體底面和桌面間的空隙，從而利於熱量從下面傳導散熱。類似的散熱系統可以輕而易舉地應用到其它移動型計算機譬如書寫板型電腦或其他小型電子系統中。
本發明的特定實施例已對本發明的內容做了詳盡說明。對本領域一般技術人員而言，在不背離本發明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構成對本發明專利的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1.一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，包括一風室、一葉輪、一電動機和一頂蓋，葉輪由輪轂和從輪轂延伸出的葉片構成，電動機的轉子鑲嵌在葉輪的輪轂內，電動機的定子安裝固定在風室的底面上，頂蓋安裝固定在風室上側，其特徵在於所述的風室側壁依次設置有第一個間隔壁、熱空氣進口、熱空氣出口、第二個間隔壁、冷空氣入口和冷空氣出口；所述的第一間隔壁和第二間隔壁從側壁上延伸凸出靠近葉輪外緣；所述的葉輪能在第一間隔壁和第二間隔壁之間轉動；所述的第一間隔壁和第二間隔壁外端寬度大於葉輪的相鄰兩葉片外端之間距；所述第一間隔壁、第二間隔壁和介於間隔壁間的葉片將風室劃分為冷空氣空間和熱空氣空間；所述的冷空氣入口、冷空氣空間及冷空氣出口構成冷空氣通道；所述的熱空氣入口、熱空氣空間及熱空氣出口構成熱空氣通道。
2.一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，包括一風室、一葉輪、一電動機和一頂蓋，葉輪由輪轂和從輪轂延伸出的葉片構成，電動機的轉子鑲嵌在葉輪的輪轂內，電動機的定子安裝固定在風室的底面上，頂蓋安裝固定在風室上側，其特徵在於所述的風室側壁上依次設置有第一個間隔壁、熱空氣入口、熱空氣出口、第二個間隔壁和冷空氣出口；所述的頂蓋和風室底面至少設置有一冷空氣入口；所述的第一間隔壁和第二間隔壁從側壁上延伸凸出並靠近葉輪外緣，其外端寬度大於葉輪的兩葉片外端之間距；所述的葉輪能在第一間隔壁和第二間隔壁之間轉動；所述的第一間隔壁、第二間隔壁以及介於間隔壁間的葉片把風室劃分為冷空氣和熱空氣兩個空間；所述的冷空氣入口、冷空氣空間及冷空氣出口構成冷空氣通道；所述的熱空氣入口、熱空氣空間及熱空氣出口構成熱空氣通道。
3.如權利要求1或2所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的熱空氣出口、冷空氣入口和冷空氣出口，設置有從底面凸起橫截面類似機翼的第一組柱體和第二組柱體。
4.如權利要求1或2所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的葉輪包括一輪轂、一與輪轂相聯結的圓形底盤、從輪轂及圓形底盤上延伸出的內葉片、以及在圓形底盤外緣、垂直於圓形底盤的、且與內葉片同側的外葉片；所述的輪轂、內葉片、外葉片均設置在圓形底盤上同一側。
5.如權利要求4所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的外葉片的外頂角上設置有圓環。
6.如權利要求1或2所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的第一間隔壁、第二間隔壁和葉輪輪轂之間，設置了分別與第一間隔壁、第二間隔壁相對的第一內隔離柱和第二內隔離柱；所述的第一內隔離柱和第二內隔離柱的外側靠近葉輪外葉片的內端，內側靠近葉輪內葉片的外端；所述的第一內隔離柱和第二內隔離柱的寬度大於兩相鄰內葉片外端之間距；所述的第一間隔壁、第二間隔壁、第一內隔離柱、第二內隔離柱以及介於其間的外葉片和內葉片把風室劃分為冷空氣和熱空氣兩個空間；所述的冷空氣入口、冷空氣空間及冷空氣出口構成冷空氣通道；所述的熱空氣入口、熱空氣空間及熱空氣出口構成熱空氣通道。
7.如權利要求1或2所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的第一間隔壁和第二間隔壁的側壁是凹型面。
8.如權利要求6所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的第一內隔離柱和第二內隔離柱的內外側壁是凹型面。
9.如權利要求1或2所述的一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，其特徵在於所述的熱空氣出口截面積小於冷空氣入口的截面積。
10.一種裝置了權利要求1或2所述用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機的計算機冷卻系統，其特徵在於該系統包括一計算機機殼，一雙向鼓風機、一熱管散熱器及連接用通風管道，所述的熱管散熱器由熱管、熱管散熱器的底塊及其上面的散熱片構成；所述的熱管用來連接熱管散熱器的底塊和散熱片；所述的熱管散熱器設置在計算機內的發熱元件上，與通風管道相連；所述的機殼側壁上相對應於雙向鼓風機的熱空氣出口和冷空氣入口位置設置有通風口；所述的機殼上相對應於通風管道位置設置有通風口。
全文摘要
本發明公開了一種用於冷卻計算機和電子系統的雙向鼓風機，包括一風室、一葉輪、一電動機和一頂蓋。其顯著特徵是所述的風室設置有熱空氣入口、熱空氣出口、冷空氣入口和冷空氣出口，且在熱空氣入口和冷空氣出口之間、以及熱空氣出口和冷空氣入口之間的側壁上分別延伸出朝向輪轂方向的兩個間隔壁，間隔壁外端靠近葉輪的外端，其寬度大於相鄰兩葉片外端之間距，從而所述的風室被兩個間隔壁和介於兩個間隔壁間的葉片劃分為冷空氣通道和熱空氣通道，冷空氣和熱空氣能夠在各自通道內流動而不相混。本發明的顯著優點在於該雙向鼓風機能夠在把周圍環境的冷空氣吸進的同時，把系統內的熱空氣吹出，從而更有效地散熱。
文檔編號F04D29/44GK1687598SQ20051006343
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月8日 優先權日2004年10月8日
發明者鄭文春 申請人:鄭文春