专利名称：用于电子装置的通风式机壳的制作方法
用于电子装置的通风式机壳 发明领域本发明涉及用于电子装置的通风式机壳，尤其是，尽管不是唯一 地，涉及用于具有高速和高压风扇的电子装置的机壳。发明背景电子装置的性能日益增加通常是要求装置密度增加。将大量的单 独电气元件进行集成以便形成集成元件，并将许多这样集成的元件放 置在较小的机壳如计算机服务器、便携式计算机或其它电子装置的机 壳中。例如，每个用于服务器单元的机壳都可以是狭窄的叶片，并把大 量的这些叶片十分接近地设置在专用的机架中。这些叶片的新一代具有厚度仅为1 U，它相当于1.75英寸或是4.445 cm。例如，标准的高 187 cm的机架适合于j^存42个这些服务器叶片，它们在彼此的顶部 上。可供选择地，服务器叶片可以是具有宽度为等于或小于1U的垂 直叶片。如果电子元件在每个机壳中的封装密度可以增加，则这种狭窄的 叶片服务器就增加可以放置在机架中的服务器元件数。为了保证限定 在这种小空间中的紧密压缩的电子元件能令人满意的工作，必须耗散 由电子元件所发出的热量。通常用风扇来耗散电子服务器单元的电子元件所发出的热量。常 规电子服务器单元的风扇经常具有标称运转速度仅为约3600 rpm。然 而，如果封装密封及因此每个体积所产生的热量进一步增加，则需要较高的质量流以保证电子元件不过热。另外，由于增加了封装密度， 所以流阻也增加，并且需要提供较高的压力以便实施较高的质量流， 并因此避免过热。因此，需要有一种先进的技术解决方案。发明提要简而言之，本发明提供用于电子装置的通风式机壳。通风式机壳 包括外壳，所述外壳具有进气口和出气口。通风式机壳还包括高速风
扇，所述高速风扇用于使空气从进气口移动到出气口，以便耗散在使 用时由位于外壳内的电子元件所产生的热量。高速风扇具有叶片、电 动机和在叶片附近的导风部分。导风部分有第一模式共振频率，所述 共振频率大于风扇的旋转频率。本发明从下面通风式机壳的一些实施例的说明将能更充分理 解。说明是参照附图提供。附图简介
图1A是用于按照本发明实施例所述电子装置的通风式机壳的透视图；图1B是图1A所示的通风式机壳的剖视图； 图2是按照本发明的实施例所述风扇的透视图； 图3是按照本发明的另一实施例所述的风扇的透视图； 图4是按照本发明的又一实施例所述的风扇的透视图； 图5是带有用于按照本发明的又一实施例所述电子装置的通风 式机壳的机架的后视图。实施例详细i兌明起初参见图1A和1B,现在说明按照实施例所述用于电子器件的 通风式机壳。图1A示出用于电子装置的通风式机壳100的透视图， 而图1B示出通风式机壳100的剖视图。在这个实施例中，通风式机壳 100装备有电子元件104。通风式机壳100与电子元件104 —起形成电 子装置。通风式机壳100包括外壳102,若干电子元件104设置在所 述外壳102中。外壳102具有进气口 106和排气口 108。例如，通风式壳IOO可以是用于服务器叶片的机壳，上述服务器 叶片可以与大量其它叶片一起设置在机架中。在一特定实施例中，机 壳100具有高度为1U，这相当于1.75英寸或4.445 cm。机壳100通常 包括大量电子元件104，如服务器电子元件。这种1U服务器叶片具有 优点是它只使用最小空间。然而，如果各电子元件紧密压缩，则每个 体积所产生的热量可能相当大。在这种情况下，由常规通风式机壳中 常规风扇所提供的冷却可能不足。另外，如果把电子元件密集压缩在 外壳102限定的内部空间中，则常规风扇的风压可能不足。
在这个实施例中，通风式机壳100包括高速轴流式风扇110，所 述轴流式风扇110有若干叶片112,所述叶片112设置在轴113上。 风扇110具有电动机114和导气部分，所述导气部分包括一连接到支 承件115上的通风罩116，上述支承件115支承轴113。在这个实施例 中，风扇110有一运转速度为约36000 rpm (转/分)。 一般可适用的 高速风扇具有一大于3600 rpm的标称运行速度如大于10000 rpm，20000 rpm或30000 rpm。由于高速度，所以风扇IIO提供高质量 流的冷却空气。在这个实施例的变体方案中，机壳IOO可以包括两个 或多个风扇110，所述两个或多个风扇110会提供甚至更多的冷却空 气。另外，在这个实施例中，风扇IIO具有比较深的叶片112 (风扇 IIO具有深度是大于风扇IIO的宽度)。因此，由于叶片112的深度， 所以为给密集压缩的机壳通风提供高的压力。风扇iio具有一导气部 分，在这个实施例中，上述导气部分以通风軍116的形式提供。在使用时风扇IIO将通风空气从通风进气口 106运送穿过通风式 机壳100的内部空间和穿过通风排气口 108。然而，在运行时，"涡 轮式"风扇IIO发出比较响亮和扰动的噪声。例如，如果风扇110在 36000 rpm (相当于每秒钟600转)的速度下运转，则产生频率约为 600赫兹的机械振动，这样会产生噪声。现有电子装置的风扇也常常引起振动，但因为它们是在相当低的 通常约为3600 rpm的速度下运转，所以振动的频率低得多(60赫兹)， 好像是振动与周围零件的联接较少，且产生的噪声扰动较少。然而， 由通风式壳100的风扇110所产生的有约600赫兹频率的噪声是在人 耳有较高灵敏度的频率范围内。另外，通风式机壳100的机械元件可 以有接近该频率的共振频率，并且它们的共振造成噪声的放大作用。为了减少振动(和振动的传送)并因而减少噪声，将通风罩116 和支承件115如此设计，以使通风罩116连接到支承件115上的第一 种模式共振频率高于风扇IIO的旋转频率。例如，风扇IIO的旋转频 率可以是600 rps。在这种情况下，将通风罩116如此设计，以使第一 模式共振频率大于600赫兹。另外，在这个实施例中，通风罩116如 此设计，以使通风罩116的第二和第三模式共振频率不与风扇的旋转 频率的倍数一致。因此，通风罩116连接到支承件115上的设计避免 了各叶片112和通风罩116之间的共振耦合。因此，减少了通风罩116
的振动，并因而减少了振动从通风罩传送到别的元件。因此，通风式外壳100具有相当大的优点是可以为密集封装的电 子元件104提供充分的冷却，而同时大大减少噪声。应该理解在这个 实施例的变体方案中，通风罩116还可以如此设计，以便风扇110的 旋转频率大于通风軍116的共振频率。通风罩116连接到支承件115上的共振频率取决于质量和刚度的 比值。刚度与弹性模量成正比。通过选择一种其密度比铝低和/或有弹 簧模量比铝高的通风罩用材料，所述通风罩116的共振频率与铝制通 风罩相比可以增加。可供选择地，通风罩116的共振频率可以通过提 供加劲的部件如肋条或波紋来增加，上述肋条或波紋增加通风罩116 的刚度。由于当机壳100倾斜时轴113的偏转，所以轴113在支承件115 中的高速旋转可能产生陀螺进动和风扇叶片112与风扇罩116叶片的 相互作用。此外，陀螺力矩可以产生一种称之为"涡旋方式"的现象， 所述"涡旋方式"现象是由陀螺力矩所感生的偏转所产生的现象，偏 转可能产生摆动，所述摆动在支承结构115处发生，摆动可以产生噪 声和/或破坏作用。旋转运动也可以由于偏心度而感生。在这个实施例 中，支承件115提供足够的刚度，并如此相对于轴113定位，以使偏 转减至最小。在这个实施例中，支承件115包括与通风罩116相同类 型的材料。图2示出按照实施例所述的高速风扇200。风扇200可以代替图 1所示的风扇100。风扇200包括在轴203上的叶片202,所述轴203 由支承件204和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩205。在 这个实施例中，风扇200是运转速度为36000 rpm的高速风扇，而风 扇罩204包括铸镁合金，所述铸镁合金密度比铝低-约为1800 Kg/m3， 相比之下铝合金密度约为2700Kg/m3。可供选择地，风扇罩205可以 例如包括搅熔成型的镁(thixomolded Mg)、具有低密度和高弹性模 量的石墨环氧树脂复合物、或者具有孔隙度的铸镁(cast magnesium)、 金属注射成型的塑料或者任何合适的陶瓷材料，其中包括A1203或A1N 或者金属基体复合材料如碳化硅或碳化铝硅，上述铸镁如此选定，以 便得到合适的刚度质量比。图3示出按照另一个实施例所述的高速风扇300。风扇300也可
以代替图1所示的风扇100。风扇300包括在轴303上的叶片302，上 述轴302由支承件304和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩 305。在这个实施例中，风扇300是运行速度为36000 rpm的高速风扇， 而风扇罩305包括加劲构造，在这个实施例中，上述加劲构造取肋条 306的形式。因此，风扇罩305包括结构部件即肋条306，所述肋条 306增加风扇罩305的刚度。在这个实施例中，通风罩可以包括任 何合适的材料，其中包括A1、镁、石墨环氧树脂、具有孔隙度的铸镁， 上述合适的材料如此选定，以便得到合适的刚度质量比；金属注射成 型的塑料或者任何合适的陶瓷材料，其中包括Ah03和A1N;或者金 属基底复合材料如碳化硅或碳化铝硅。肋条306可以与通风罩305的 其余元件整体形成。可供选择地，各肋条306可以加到通风罩305的 基底表面上。例如，各肋条306也可以通过以这种方式从基底表面弯 曲U形部分形成，以便在每个肋条306附近形成槽或"珠"。应该理解，各肋条306可以采取任何合适的形式，并可以不一定 沿着通风罩305的整个长度延伸。另外，各肋条306可以不一定是纵 向肋条，而可以是至少一部分在横向方向上定向。风扇300可以包括 任何数量的肋条，这些肋条可以用规则或不规则的方式放置在通风罩 305的内部或外部。图4示出按照另一个实施例所述的高速风扇400。风扇400可以 代替图1所示的风扇110。风扇400包括在轴403上的叶片402，上述 轴403由支承件404和电动机(未示出)支承。风扇还包括风扇罩405。 另外，风扇400具是运转速度为36000 rpm的高速风扇。在这个实施 例中，风扇罩405包括波紋状表面406，所述波紋状表面406增加风 扇罩405的刚度。在这个实施例中，波紋状表面是施加到基底表面408 上。通风罩405可以包括任何合适的材料，其中包括A1、镁、石墨 环氧树脂、具有孔隙度的铸镁，上述合适的材料如此选定，以便得到 合适的刚度质量比；金属注射成型的塑料；或者任何合适的陶瓷材料， 其中包括A1203和A1N;或者金属基体复合物如碳化硅或碳化铝硅。可供选择地，基底表面408和波紋状表面406也可以整体式形 成。波紋状表面406和基底表面408也可以是蜂窝状结构的一部分。 还应该理解，在这个实施例的变体方案中，只有一部分通风罩40S可 以具有波紋状表面。另外，通风罩可以不包括基底表面，而波紋状表
面405可以包括内和外波紋状表面，它们提供通风軍的内和外表面。 波紋可以取任何合适的形式，所述形式可以是规则的或是不规则的， 并且波紋也可以有圆形边缘。图5是机架500的后视图，所述机架500包括多个服务器叶片 502。每个服务器叶片502都包括通风式机壳504，所述通风式机壳504 在这个实施例中包括两个风扇506，每个风扇506都与图l-4所示的风 扇110、 200、 300或400相同。在这个实施例中，设置大量服务器叶 片502紧密压缩在机架500中。尽管参照特定的实施例说明了本发明，但该技术的技术人员应该 理解，本发明可以用许多其它形式实施。例如，应该理解，风速不一 定是上述类型的高速和高压风扇。例如，如果电子元件不太紧密压缩， 则利用在低速下运转并提供较小压力的风扇就足够了。另外可以将一 个以上的风扇堆叠在彼此的后面。此外，通风式机壳可以不一定是安 装成位于像机架400那的机架中的机壳。例如，在可供选择的实施例 中，通风式机壳可以是便携式计算机的机壳，或者可以是任何其它尺 寸和形状的机壳。此外，应该理解，导气部分可以采取任何合适的形 式，并且如果导气部分包括通风罩，则通风罩可以不一定连接到支承 风扇轴或任何其它风扇元件的支承件上。
权利要求
1. 一种用于电子装置的通风式机壳，所述通风式机壳包括 外壳(102),所述外壳(102)具有进气口 (106)和排气口 (108); 高速风扇(110 )，所述高速风扇(110 )用于使空气从进气口 ( 106 )移动到排气口 (108),以便耗散在使用时由位于外壳(102)内的电 子元件(KM)所产生的热量，风扇(110)具有叶片(112)、电动机 (114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116);和其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于 风扇(110)的旋转频率。
2. 如权利要求1所述的通风式机壳，其中导气部分(116)具有第二模式共振频率和第三模式共振频率，及 其中风扇(110)的旋转频率的倍数不与导风部分(116)的第二或第 三模式共振频率一致。
3. 如权利要求1所述的通风式机壳，其中导气部分(116 )至少一部分包括一种具有弹性模量为E和密度为 D的材料，及其中上述材料的E/D比值大于铝的相应比值。
4. 如权利要求1所述的通风式机壳，其中 导气部分(116)是通风軍。
5. 如权利要求3所述的通风式机壳，其中 密度D小于铝的密度。
6. 如权利要求3所述的通风式机壳，其中弹性模量E大于铝的 弹性模量。
7. 如权利要求l所述的通风式机壳，其中材料是金属、金属注射 成型塑料和陶瓷材料的其中之一。
8. 如权利要求1所述的通风式机壳，其中材料是castMg、搅熔 成型的镁、A1N、 A1203、铸镁、碳化硅和碳化铝硅的其中之一。
9. 一种用于电子装置的叶片壳，所述叶片壳包括 外壳(102),所述外壳(102)具有进气口 (106)和排气口 (108); 高速风扇(110 )，所述高速风扇(110 )用于使空气从进气口 ( 106 )移动到排气口 (108),以便耗散在使用时由位于外壳(102)内的电 子元件(104)所产生的热量，风扇(110)具有叶片(112)、电动机 (114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116);和其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于 风扇(110)的旋转频率。
10.如权利要求9所述的叶片壳，其中，外壳(102)具有基本上是矩形棱柱的形状，并成形为用于布置在 1 U机架系统中。
全文摘要
本发明提供用于电子装置的通风式机壳。通风式机壳包括外壳(102)，所述外壳(102)具有进气口(106)和排气口(108)。通风式机壳还包括高速风扇(110)，所述高速风扇(110)用于使空气从进气口(106)移动到排气口(108)，以便耗散在使用时由位于外壳(101)内的电子元件(104)所产生的热量。风扇(110)具有叶片(112)，电动机(114)和位于叶片(112)附近的导气部分(116)，其中导气部分(116)具有第一模式共振频率，所述共振频率大于风扇(110)的旋转频率。
文档编号F04D29/06GK101124862SQ200580046658
公开日2008年2月13日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者C·D·帕特尔, R·巴杰哈夫, V·D·沃德 申请人:惠普开发有限公司