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冷却风扇

阅读：823发布：2020-05-11

IPRDB可以提供冷却风扇专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种用于冷却电子设备(2)的冷却风扇(1)。冷却风扇(1)包括：散热器(5)，散热器(5)能够热连接至电子设备(2)，散热器(5)具有相对于散热器(5)的纵向轴线(L)定中心的第一间隙侧面(6a、6b)；以及布置成中心位于纵向轴线(L)上的圆的多个导热的风扇叶片(13)。风扇叶片(13)能够通过马达(19)围绕纵向轴线(L)相对于散热器(5)旋转，并且每个风扇叶片(13)均具有面向第一间隙侧面(6a、6b)的第二间隙侧面(14)。在第一间隙侧面(6)与每个第二间隙侧面(14)之间设置有间隙空间(18)，间隙空间(18)的大部分在垂直于第一间隙侧面(6a、6b)和相应的第二间隙侧面(18)的方向上具有100微米或更小的尺寸。，下面是冷却风扇专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于冷却电子设备(2)的冷却风扇(1)，包括：

散热器(5)，所述散热器(5)能够热连接至所述电子设备(2)，所述散热器(5)具有相对于所述散热器(5)的纵向轴线(L)定中心的第一间隙侧面(6a、6b)，以及布置成中心位于所述纵向轴线(L)上的圆的多个导热的风扇叶片(13)，所述风扇叶片(13)能够通过马达(19)围绕所述纵向轴线(L)相对于所述散热器(5)旋转，并且每个风扇叶片(13)均具有面向所述第一间隙侧面(6a、6b)的第二间隙侧面(14)，其特征在于，在所述第一间隙侧面(6a、6b)与每个所述第二间隙侧面(14)之间设置有间隙空间(18)，所述间隙空间(18)的至少大部分在垂直于所述第一间隙侧面(6a、6b)和相应的所述第二间隙侧面(14)的方向上具有100微米或更小的尺寸，并且其中所述散热器(5)是实心直圆柱体。

2.根据权利要求1所述的冷却风扇(1)，其中，

所述第一间隙侧面是连续弯曲侧面(6a)，

当沿着所述纵向轴线(L)观察时，所述风扇叶片(13)围绕所述散热器(5)布置，并且所述间隙空间(18)在垂直于所述纵向轴线(L)的径向方向(R)上具有100微米或更小的尺寸。

3.根据权利要求1所述的冷却风扇(1)，其中，

所述第一间隙侧面是连续平面状侧面(6b)，

所述散热器(5)和所述风扇叶片(13)沿着所述纵向轴线(L)分开，并且所述间隙空间(18)在所述纵向轴线(L)上具有100微米或更小的尺寸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却风扇(1)，其中，所述间隙空间(18)的尺寸小于50微米，可选地小于30微米，或者小于15微米。

5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却风扇(1)，其中，所述第一间隙侧面(6a、6b)具有第一间隙侧面面积，并且每个所述第二间隙侧面(14)具有第二间隙侧面面积，所有的所述风扇叶片(13)的组合第二间隙侧面面积为所述第一间隙侧面面积的约10％至约50％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却风扇(1)，其中，所述风扇叶片(13)具有至少

1瓦每米每开尔文的热导率。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却风扇(1)，其中，所述风扇叶片(13)用从由玻璃、陶瓷、导热塑料和金属构成的组中选择的材料制成。

8.根据权利要求7所述的冷却风扇(1)，其中，每个风扇叶片(13)均由铝或铝合金制成。

9.一种组件(23)，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的冷却风扇(1)；

热连接至所述散热器(5)的电子设备(2)；以及

马达(19)，所述马达(19)连接成使所述风扇叶片(13)围绕所述纵向轴线(L)相对于所述散热器(5)旋转。

说明书全文

冷却风扇

技术领域

[0001] 本公开涉及一种用于冷却电子设备的冷却风扇。

背景技术

[0002] 灯、计算机部件和许多其他类型的电子设备在操作期间产生热量，并且可能必须被冷却以获得最佳性能。各种冷却技术在本领域中是已知的，其中之一是通过使用风扇进行的空气冷却。冷却风扇通常包括散热器，散热器从电子设备移除热量，并且通过由风扇产生的强制对流将热量从散热器传递到环境空气。

[0003] 在US 8087905 B2中公开了用于电子设备的冷却装置的示例。该冷却装置具有马达驱动的叶轮，该叶轮同轴地包围具有冷却翅片的散热器。叶轮的旋转产生通过翅片之间的空间并沿径向方向离开叶轮的空气流。

[0004] 由于冷却对许多电子设备的功能发挥至关重要，因此提高冷却风扇的技术性能是应用研究的重要领域。

发明内容

[0005] 本公开的目的是提供一种用于冷却电子设备的改进的或替代的冷却风扇。冷却风扇的冷却效率和紧凑性特别受关注。

[0006] 本发明由独立权利要求限定。实施例在从属权利要求、说明书和附图中阐释。

[0007] 根据第一方面，公开了一种用于冷却电子设备的冷却风扇。冷却风扇包括能够热连接到电子设备的散热器，散热器具有相对于散热器的纵向轴线定中心的第一间隙侧面和以中心位于纵向轴线上的圆布置的多个导热的风扇叶片。风扇叶片可通过马达相对于散热器围绕纵向轴线旋转，并且每个风扇叶片具有面向第一间隙侧面的第二间隙侧面。在第一间隙侧面和每个第二间隙侧面之间设置有间隙空间，这些间隙空间的至少大部分在垂直于第一间隙侧面和相应的第二间隙侧面的方向上具有100微米或更小的尺寸。这些间隙空间的大部分可以指至少一半的风扇叶片具有尺寸为100微米或更小的间隙空间。

[0008] “间隙空间”是指在散热器的第一间隙侧面与风扇叶片的第二间隙侧面之间的三维区域。应当理解，间隙空间在垂直于第一间隙侧面和相应的第二间隙侧面的方向上具有非零尺寸。

[0009] 风扇叶片紧邻散热器移动提供了热边界层(即紧邻散热器的第一间隙侧面的薄且导热差的空气层)的薄化效果，这有助于从散热器高效地传热。使风扇叶片以及第一间隙侧面相对于纵向轴线定中心允许冷却风扇的紧凑设计，伴随着重量的减少。

[0010] 根据一个实施例，第一间隙侧面是连续弯曲侧面，当沿着纵向轴线观察时，风扇叶片布置在散热器周围，并且间隙空间在垂直于纵向轴线的径向方向上具有100微米或更小的尺寸。在该实施例中，风扇叶片被构造成在旋转期间沿纵向轴线的方向排出空气(或者冷却风扇嵌入其中的任何气体或流体)。通过以这种方式将风扇叶片布置在散热器周围而允许相对无阻碍的气流，可以导致与许多已知的冷却风扇(特别是那些基于通过翅片式散热器的强制对流的风扇，在这种风扇中，翅片上的气流产生噪声)相比降低的噪声水平。

[0011] 根据替代实施例，第一间隙侧面是连续的平面状侧面，散热器和风扇叶片沿着纵向轴线分开，并且间隙空间在纵向轴线的方向上具有100微米或更小的尺寸。在该实施例中，风扇叶片被构造成沿径向方向排出空气(或者冷却风扇嵌入其中的任何气体或流体)，这可以特别适合于冷却安装在平板上的电子设备，例如印刷电路板上的中央处理单元。为了获得期望的冷却，为风扇叶片的大部分(例如一半)提供100微米的间隙空间可能就足够了。

[0012] 根据一些实施例，散热器是实心直圆柱体。这种散热器制造相对简单。

[0013] 较小的间隙空间可以提高冷却风扇的冷却效率。在一些实施例中，间隙空间的尺寸因此可以小于50微米，可选地小于30微米或小于15微米。

[0014] 根据一些实施例，第一间隙侧面具有第一间隙侧面面积，并且每个第二间隙侧面具有第二间隙侧面面积，所有风扇叶片的组合的第二间隙侧面面积为第一间隙侧面面积的约10％至约50％。这可以有助于提高冷却风扇的冷却效率。对于特定应用的最佳百分比取决于例如冷却风扇的转速。

[0015] 可以通过使用具有高导热性的风扇叶片来提高冷却风扇的冷却效率。风扇叶片的热导率通常为至少1瓦每米每开尔文(W/m/K)。风扇叶片可以用从由玻璃、陶瓷、导热塑料和金属构成的组中选择的材料制成。每个风扇叶片例如可以由铝或铝合金制成。这些金属具有高的热导率，使得它们适合于本发明。

[0016] 如上所述的冷却风扇可以有利地包括在组件中，该组件还包括热连接到散热器的电子设备和连接成使风扇叶片相对于散热器围绕纵向轴线旋转的马达。

[0017] 注意，本发明涉及权利要求中所述的特征的所有可能的组合。

附图说明

[0018] 现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的上述及其他方面。

[0019] 图1示出了冷却风扇、电子设备和马达的实施例的示意性分解透视图。图1中的冷却风扇是轴流式冷却风扇。

[0020] 图2是图1的示意性横截面侧视图。

[0021] 图3是沿图2中的线A-A的示意性截面图。

[0022] 图4示出了冷却风扇、电子设备和马达的替代实施例的示意性侧视图。图4中的冷却风扇是径流式冷却风扇。

[0023] 如图所示，为了说明的目的，层和区域的尺寸被夸大，并且因此提供它们是为了示出本发明的实施例的一般结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。

具体实施方式

[0024] 现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了透彻而完整，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

[0025] 图1、图2和图3示出了用于冷却电子设备2的冷却风扇1的实施例。电子设备2是具有多个光源3的灯。光源3可以是固态光源，例如半导体光发光二极管、有机发光二极管、聚合物发光二极管或激光二极管。灯2可以是例如聚光灯、抛物线式镀铝反射器聚光灯、凸出反射器聚光灯、金属卤化物灯、高强度放电灯、剧院聚光灯或射灯。诸如中央处理单元、图形处理单元和存储器单元之类的计算机部件是可由风扇冷却器1冷却的其他类型的电子设备2的示例。

[0026] 光源3通常安装在载体4上。载体4可以包括电路板，例如印刷电路板，其中载体提供操作光源3所需的电路装置。载体4安装在散热器5上，使得散热器5可以吸收由光源3产生的热量。散热器5和电子设备2因此彼此热接触。散热器5的形状是圆柱体的形状，更准确地说是实心直圆柱体的形状。散热器5限定有中心纵向轴线L、径向方向R和切向方向T。散热器5的半径r1和纵向长度l1都取决于应用。通常，纵向长度l1小于5厘米，半径r1在1厘米至1分米之间。散热器5具有第一间隙侧面，第一间隙侧面的形式为相对于纵向轴线L定中心的连续弯曲侧面6a。弯曲侧面6a形成散热器5的外侧面。弯曲侧面6a是圆形的并且在纵向方向上延伸，使得弯曲侧面6a的表面法线在每个位置都与径向方向R平行。散热器5可以由金属或金属合金制成，例如铝、铜或铝合金。散热器5可以由复合材料例如金属基质复合材料制成。
散热器5可以包括热管或蒸汽室，用于改善热扩散。

[0027] 散热器5安装在风扇叶轮7内部，使得风扇叶轮7环绕散热器5。风扇叶轮7与散热器5同轴地布置，其中纵向轴线L是公共轴线。风扇叶轮7具有圆形侧壁8和半径r2，半径r2大于散热器5的半径r1，通常大一厘米或几厘米。作为示例，风扇叶轮7的半径r2可以在3厘米至10厘米之间。侧壁8具有前边缘9和后边缘10，前边缘9位于风扇叶轮7的与电子设备2相同的一侧。前边缘9和后边缘10沿着纵向轴线L分开长度l2，长度l2通常等于或基本上等于散热器5的纵向长度l1。一个或多个辐条11可以通过后边缘10附接到侧壁8并且朝向毂12径向延伸，其中毂12的中心位于纵向轴线L上。根据替代实施例，冷却风扇1设置有前板，该前板与风扇叶片13成一体，并且具有在r1与r2之间的辐条，使得在风扇叶片13之间存在开口。

[0028] 多个风扇叶片13与壁8成一体。风扇叶片13的数量通常等于或大于两个。风扇叶片13可以与壁8形成为一个元件，例如通过模制而形成。可替代地，风扇叶片13可以通过例如焊接而固定地附接到壁8。风扇叶片13是导热的，并且通常具有至少1W/m/K的热导率。玻璃、导热塑料、陶瓷和金属是可以形成风扇叶片13的合适材料的示例。风扇叶片13例如可以由铝制成。

[0029] 风扇叶片13布置在沿着纵向轴线L观察时中心位于纵向轴线L上并且围绕散热器5的圆中。风扇叶片13能够围绕纵向轴线L相对于散热器5旋转。风扇叶片13被构造成在风扇叶轮7通过马达19旋转期间产生轴向气流F，即，沿着纵向轴线L吸入空气和排出空气。如何设计风扇叶片13以及如何使它们相对于彼此定向和如何定向旋转方向Ω以产生这种气流在本领域中是公知的。马达19与风扇叶片13、散热器5和电子设备2同轴地布置，使得纵向轴线L是公共轴线。通常，马达19可以布置成不与这些其他部件同轴。马达19可以是电动马达，并且可以被配置为使风扇叶轮7以200rpm至20000rpm之间的旋转速度旋转。通常，冷却风扇1的尺寸越小，旋转速度则越大。冷却风扇1、电子设备2和马达19形成布置23。

[0030] 每个风扇叶片13具有第二间隙侧面14、外侧面15、前侧面16和后侧面17。第二间隙侧面14面向弯曲侧面6a并且沿纵向方向L和切线方向T延伸。所有风扇叶片13的第二间隙侧面14的组合面积通常为弯曲侧面6a的面积的约10％至约50％。换句话说，两个相邻风扇叶片14之间的距离d与第二间隙侧面14的厚度t之比在0.1至1之间，即0.1

[0031] 第二间隙侧面14围绕纵向轴线L以距纵向轴线L的距离r3圆形地布置。距离r3比散热器5的半径r1大不超过100微米。间隙空间18设置在每个风扇叶片13的第二间隙侧面14与散热器5的弯曲侧面6a之间。间隙空间18在纵向轴线L的方向上敞开。在径向方向R上，每个间隙空间18由相应的风扇叶片13的第二间隙侧面14和散热器5的弯曲侧面6a限界。每个间隙空间18在垂直于弯曲侧面6a和相应的第二间隙侧面14的方向上(即在垂直于纵向轴线L的径向方向R上)具有100微米或更小的尺寸。间隙空间在径向方向R上的尺寸可以例如在从25微米到50微米的范围内，可选地在从15微米到30微米的范围内，或者在从10微米到20微米的范围内。在该实施例中，每个间隙空间18在径向方向R上具有恒定的尺寸。第二间隙侧面14和弯曲侧面6a沿纵向轴线L的方向平行布置。在其他实施例中，间隙空间18在径向R上不具有恒定尺寸。

[0032] 前侧面16和后侧面17分别在第二间隙侧面14与前边缘9和后边缘10之间延伸。外侧面15附接到侧壁8并且在前侧面16和后侧面17之间延伸。在该实施例中，第二间隙侧面14、外侧面15、前侧面16和后侧面17都是弯曲的。然而，在其他实施例中，第二间隙侧面14、外侧面15、前侧面16和后侧面17中的一个或多个可以是直的。

[0033] 图4示出了与电子设备2和马达19一起形成的布置23的冷却风扇1的实施例。该冷却风扇1类似于上面结合图1、图2和图3所描述的冷却风扇。然而，在图4所示的实施例中，第一间隙侧面是连续的平面状侧面6b，并且散热器5和风扇叶片13沿着纵向轴线L分开。每个间隙空间18在纵向方向上由相应的风扇叶片13的第二间隙侧面14和散热器5的平面状侧面6b限界。更精确地，每个间隙空间18在垂直于平面状侧面6b和相应的第二间隙侧面14的方向上即在纵向轴线L的方向上具有100微米或更小的尺寸。在该实施例中，每个间隙空间18在纵向轴线L的方向上具有恒定的尺寸。第二间隙侧面14和平面状侧面6b平行地且垂直于纵向轴线L的方向布置。在其他实施例中，间隙空间18在纵向轴线L的方向上不具有恒定尺寸。

[0034] 散热器5的半径r1可以等于或大于风扇叶轮7的半径r2。该实施例中的风扇叶片13构造成在旋转期间产生径向气流F。也就是说，风扇叶片13被构造成在风扇叶轮7的旋转期间在纵向方向上吸入空气并且在径向方向R上排出空气。如何设计风扇叶片13以及如何使它们相对于彼此定向和如何定向旋转方向Ω以产生这种气流在本领域中是公知的。

[0035] 在冷却风扇1的运行期间，马达19使风扇叶轮7围绕纵向轴线L在旋转方向Ω上旋转，由此空气沿纵向方向被吸入间隙空间18中。散热器5在冷却风扇1的操作期间是静止的，这意味着散热器5不与风扇叶轮7一起旋转。空气随后根据冷却风扇1的构造从风扇叶轮7纵向或径向地排出。随着风扇叶轮7旋转，热量通过多种机制从接收来自电子设备2的热量的散热器5传递到环境空气。

[0036] 热通过穿过两个相邻的风扇叶片13之间的热边界层的传导传递到环境空气。据推测，该热边界层的径向厚度沿与旋转方向Ω相反的方向增长。然而，由于靠近第一间隙侧面6a、6b移动的风扇叶片13的扫掠动作，两个相邻的风扇叶片13之间的热边界层的有效厚度可能较小。由于热边界层具有的导热性差，所以其径向厚度越小，则通过该层的热传递越高效。通过边界层传递的热量被位于风扇叶片13之间且通过强制对流从风扇叶轮7连续排出的空气吸收。

[0037] 热量还通过风扇叶片13从散热器5传递到环境。这种机制涉及从散热器5通过间隙空间18到风扇叶片18的热传导(和热辐射)。径向尺寸越小，通过这些过程将热量传递到风扇叶片13的效率则越高。由风扇叶片13吸收的热量由于温度梯度而通过传导扩散遍及风扇叶片13，并且随后通过对流(和辐射)离开风扇叶片13。传递的热量被位于风扇叶片13之间且通过强制对流从风扇叶轮7连续排出的空气吸收。

[0038] 本领域技术人员应认识到，本发明决不局限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，散热器5可以是截头圆锥形的。

[0039] 另外，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些特征这一事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。

标题	发布/更新时间	阅读量
冷却风扇-专利编号CN106574625A	2020-05-11	821
冷却风扇-专利编号CN104047893B	2020-05-11	736
冷却风扇-专利编号CN102016260B	2020-05-13	171
冷却风扇-专利编号CN106286336A	2020-05-11	252
冷却风扇-专利编号CN106286335A	2020-05-12	94
冷却风扇-专利编号CN103097740B	2020-05-12	600
冷却风扇-专利编号CN102913466B	2020-05-13	442
冷却风扇-专利编号CN103097740A	2020-05-13	60
冷却风扇-专利编号CN100362246C	2020-05-12	898
冷却风扇-专利编号CN106151074A	2020-05-11	1027

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