專利名稱：在集成的微孔吸收器和轉(zhuǎn)子之間采用耦合優(yōu)化的安靜的系統(tǒng)冷卻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及更安靜的冷卻系統(tǒng)，更具體地，涉及用于計算設備之類的風扇冷卻的聲音吸收。
背景技術：
電子元件在使用過程中往往會生成不希望的熱量，應當從設備疏導這些熱量以進行正確操作。經(jīng)常采用散熱器來對設備進行散熱。經(jīng)常也使用風扇來更有效地從設備移除熱量，以使它保持冷卻并在適當?shù)臏囟炔僮鳌?br> 向超薄筆記本電腦和高密度刀片服務器(blade server)發(fā)展的趨勢可使得借助常規(guī)氣流冷卻來提供充足冷卻變得更加困難，這歸因于空間的限制。從而，可使用以更高的速度運轉(zhuǎn)的更小的風扇來移動更多空氣；然而，這往往會造成更多的噪音。
給定最終用戶偏好、環(huán)保標簽和新興的政府采購指示，低噪音(acoustic noise) 是重要的。聲音吸收器的使用可允許在相同的噪聲(noise)級有增加的氣流，但是在超薄系統(tǒng)中沒有空間用于諸如泡沫等傳統(tǒng)的、龐大的聲音吸收器。
諸如泡沫等吸收材料可被使用，但是它們體積太過龐大，并且不適于超薄形狀因子。另外，開孔泡沫導致系統(tǒng)中的氣流損失。最后，這些材料相對昂貴并且難于集成。因此， 在大多數(shù)電子設備中通常不使用聲音吸收器。徑向吹風機和橫流式吹風機是可用的，但是它們沒有經(jīng)過優(yōu)化，并且不包含集成的噪聲控制解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面在于一種裝置，包括吹風機外殼；在所述吹風機外殼中的冷卻風扇；至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板；以及在所述微孔面板下方的氣隙。
本發(fā)明的第二方面在于一種方法，包括提供吹風機外殼；在所述外殼內(nèi)提供冷卻風扇；提供至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板；在所述微孔面板下方提供氣隙。
本發(fā)明的第三方面在于一種用于冷卻薄形狀因子計算設備的系統(tǒng)，包括在所述計算設備中的包括吹風機外殼的吹風機；在所述吹風機外殼中的冷卻風扇；至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板；以及在所述微孔面板下方的氣隙。


在結(jié)合附圖閱讀以下對布置和示例性實施例的詳細描述以及權利要求書時，本發(fā)明的前述和更好的理解可變得顯而易見，其中所有附圖形成本發(fā)明的公開的一部分。盡管前述和以下書面的以及圖示的公開集中于公開本發(fā)明的布置和示例性實施例，但應清楚地理解，它們只是圖示和舉例，本發(fā)明并不限于此。
圖IA是可用于例如冷卻薄形狀因子計算設備的說明性吹風機的框圖； 圖IB是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的吹風機的框圖，該吹風機具有包括微孔面板的頂蓋； 圖IC是沿圖IB中的線A-A’所取的吹風機的橫截面視圖； 圖2是根據(jù)一個實施例用于比較32mm泡沫吸收器相對于1. 25mm微孔面板的聲音吸收特性的曲線圖； 圖3是示出通過橫流式吹風機的氣流的圖； 圖4A和4B分別是具有20個葉片和27個葉片的風扇葉片轉(zhuǎn)子； 圖5是示出對于20葉片轉(zhuǎn)子和27葉片轉(zhuǎn)子的壓力相對于流率的曲線圖； 圖6是示出橫流式吹風機的噪聲頻譜的曲線圖；以及 圖7是示出根據(jù)一個實施例對于帶微孔面板吸收器操作的吹風機在各種頻率的噪聲減少的曲線圖。
具體實施例方式描述了集成的微孔吸收器結(jié)構，這些結(jié)構可以進行調(diào)諧以衰減在冷卻風扇的葉片通過頻率(blade pass frequency, BPF)的噪聲。因此，該吸收器的厚度可以是常規(guī)的泡沫型吸收器的25分之一。使用此方法，設計和集成了 1.25mm薄吸收器，它吸收超過65%的聲能。常規(guī)的泡沫吸收器必須是32mm厚才能獲得此吸收級。微孔吸收器的極薄設計允許遞送多大約10%的冷卻和6dB的噪聲減少，或者在相同的噪音級遞送多25%的氣流。這使得對于超薄筆記本電腦和刀片服務器平臺能夠滿足即將到來的嚴格的噪音指示以及15%到 25%的(加速模式/系統(tǒng)(turbo mode/system))功率增加。
本說明書通篇提到“一個實施例”或“實施例”時表示，結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，在本說明書中各個地方出現(xiàn)短語“在一個實施例中”或“在實施例中”時不一定都指相同的實施例。此外，這些特定特征、 結(jié)構或特性可以在一個或多個實施例中以任何適當?shù)姆绞竭M行組合。
現(xiàn)在參照圖1A，示出可用于例如冷卻薄形狀因子計算設備的吹風機。該吹風機可以包括吹風機外殼100和風扇102。這當然是不按比例的簡化的圖，也可以存在風扇電動機、通風口、熱管和在吹風機中常見的任何其他物品，但圖中沒有示出。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖IB中所示，可以使用微孔結(jié)構來減少與吹風機相關聯(lián)的噪聲。在此例子中， 微孔吹風機蓋子104代替了傳統(tǒng)的吹風機蓋子。微孔結(jié)構可以由例如以空氣層為背襯的 (backed by an air layer)穿孔金屬板、塑料或者薄膜制成。該材料包括在大小和密度上可變化的多個孔或穿孔。
圖IC示出沿圖IB中的線A-A’所取的橫截面視圖，其中示出吹風機外殼100、風扇102和微孔蓋子104。微孔結(jié)構蓋子104可以薄空氣層106為背襯?？諝鈱?06的大小可以固定，或者可以通過致動器108動態(tài)地改變以調(diào)諧微孔蓋子104的聲學特性。例如，可以使用一個或多個致動器108來提升和降低蓋子104以改變氣隙106的大小，從而動態(tài)地調(diào)整蓋子的聲學特性以優(yōu)化噪聲減少。致動器可以是例如壓電致動器108，壓電致動器108 如箭頭110所示上下移動蓋子。
微孔面板吸收器或蓋子104包括以薄空氣層106為背襯的具有微穿孔的薄板，并且可以使用標準材料和大容量制造(HVM)工藝來制造。吸收器的特性(例如，孔徑、孔密度、板厚度和空氣層厚度)決定了吸收性能。聲學吸收曲線通常顯示在特定頻率范圍內(nèi)的峰值，并且此峰值的位置和寬度可以利用這些參數(shù)進行控制。這可以在被動意義(passive sense)上來進行，例如靜態(tài)機械設計，但是如前面所提到的更復雜的解決方案也是可能的， 其中如果發(fā)生了大的風扇速度變化，那么動態(tài)地調(diào)整空氣層106以變動(shift)聲音吸收。 這允許使吸收器解決方案適于吸收由風扇或其他噪聲源生成的噪聲。
新穎的微孔面板吸收器104允許其厚度比現(xiàn)有的泡沫型解決方案的厚度的25分之一更薄的超薄設計。因此，它可集成到吹風機、軸流風扇、筆記本電腦、CE設備、桌上型電腦、服務器或移動互聯(lián)網(wǎng)設備中。它也不需要新材料，并且與例如開孔泡沫相比，不會對氣流具有負面影響，原因在于孔徑是如此小。
圖2示出用于比較泡沫吸收器與本發(fā)明的微孔吸收器的曲線圖。值“0”表示沒有吸收能量，而值“1”表示吸收了所有能量。該曲線圖示出與32mm厚的開孔泡沫材料的比較。結(jié)果顯示，與32mm厚的泡沫相比，微孔面板吸收器具有大約相同的吸收，但是卻只有 1. 25mm厚。通過調(diào)整孔徑、孔密度、板厚度和空氣層厚度的值，可以控制出現(xiàn)最大吸收時的峰值和此峰值的寬度。因此，微孔面板吸收器允許可集成到吹風機或者筆記本電腦中的超薄設計。
參照圖3，本發(fā)明的實施例也包括優(yōu)化風扇設計以與微孔吸收器結(jié)合使用。當前和將來的筆記本電腦冷卻解決方案使用常規(guī)的徑向吹風機或橫流式吹風機來將氣流遞送給系統(tǒng)。如圖所示，徑向的橫流式吹風機301具有穿過頂部和/或底部的空氣入口 300以及在側(cè)面的空氣出口。在吹風機的中央，葉片轉(zhuǎn)子302旋轉(zhuǎn)以抽取入口 300中的空氣并將它推送到出口 304外。橫流式吹風機301使用側(cè)進側(cè)出(side-inside-out)的概念，它特別適于超薄形狀因子，其中只有非常小的空間用于常規(guī)吹風機所需的頂部或底部空隙。本發(fā)明的實施例公開一種優(yōu)化的集成式設計，它包括與使用微孔面板吸收器的集成式噪聲控制解決方案相耦合的優(yōu)化轉(zhuǎn)子設計。
數(shù)值模擬和實驗表明，對于給定的轉(zhuǎn)子，存在最佳葉片數(shù)量。例如，圖4A示出20 葉片轉(zhuǎn)子，而圖4B示出27葉片轉(zhuǎn)子。圖5是示出20葉片轉(zhuǎn)子和27葉片轉(zhuǎn)子的空氣壓力相對于流率的曲線圖。葉片通過頻率由風扇的旋轉(zhuǎn)速度和葉片的數(shù)量確定。優(yōu)化轉(zhuǎn)子葉片數(shù)量可以導致氣流增加大約10%。風扇旋轉(zhuǎn)將導致在葉片通過頻率和更高次諧波包含不同峰值的噪音頻譜。這通過比較橫流式吹風機的標準20葉片轉(zhuǎn)子與27葉片轉(zhuǎn)子而在實驗上得到證實。模擬顯示，這些類型的轉(zhuǎn)子的最佳葉片數(shù)量是大約25。
圖6是示出橫流式吹風機的風扇噪聲頻譜的曲線圖。大多數(shù)噪聲發(fā)生所在的葉片通過頻率由風扇的旋轉(zhuǎn)速度RPM和葉片數(shù)量N確定 fBPF = (RPM * N) /60 現(xiàn)在設計和集成了微孔面板吸收器設計以正好在主葉片通過頻率操作。
這樣的集成的示例如前面論述的圖IB和IC中所示，其中吹風機的頂蓋由以空氣層為背襯的微穿孔面板代替。實驗上測量了此樣本的噪聲減少性能。結(jié)果在圖7中給出， 圖7示出在不同頻率的各種噪聲減少。該曲線圖顯示，在針對其設計吸收器的1/3倍頻帶 (l/3octavebands)中具有高達6dB的非常明顯的吸收。令人感興趣的，它在此頻率的二次諧波處也提供了明顯的噪聲減少。該吸收器也可集成到吹風機或系統(tǒng)的側(cè)壁中以允許可能的最薄系統(tǒng)。
集成和調(diào)諧的微孔吸收器的應用并不限于冷卻風扇。其他應用包括通過使用具有分離空氣層的穿孔翅片(perforated fins)作為微孔吸收器而集成到底盤(chassis)、罩殼(casing)或外罩(enclosure)設計、熱交換器設計中。并且，可以使用主動概念(active concept)，其中通過使用致動器機構來自動調(diào)整空氣層厚度。轉(zhuǎn)子速度和噪音級可以被感測并且可供系統(tǒng)使用以允許這樣的主動吸收器設計。
包括摘要中所描述的內(nèi)容在內(nèi)的以上對本發(fā)明的所示實施例的描述不是要窮舉性的或者將本發(fā)明局限于所公開的精確形式。雖然本文出于說明的目的描述了本發(fā)明的具體實施例和示例，但是相關領域技術人員將意識到，在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種等效的修改都是可能的。
可依照以上詳細描述對本發(fā)明做出這些修改。在隨附權利要求中所使用的術語不應解釋為是將本發(fā)明局限于在說明書和權利要求中所公開的具體實施例。而是，本發(fā)明的范圍要完全由隨附權利要求來確定，權利要求將依照權利要求解釋的確立教條來進行解釋。
權利要求
1.一種裝置，包括 吹風機外殼；在所述吹風機外殼中的冷卻風扇；至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板；以及在所述微孔面板下方的氣隙。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括致動器，用于動態(tài)地調(diào)整在所述微孔面板下方的所述氣隙的大小。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述冷卻風扇還包括 具有與之相關聯(lián)的帶通頻率的最佳數(shù)量的葉片；以及其中基于所述帶通頻率選擇所述微孔面板特性。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述微孔面板特性包括所述微孔面板的厚度、孔徑、 孔密度和氣隙大小。
5.如權利要求2所述的裝置，其中所述致動器包括壓電致動器。
6.如權利要求3所述的裝置，其中所述最佳葉片數(shù)量介于20和27之間。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述最佳葉片數(shù)量是25。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述微孔面板包括所述吹風機外殼的頂蓋。
9.一種方法，包括 提供吹風機外殼；在所述外殼內(nèi)提供冷卻風扇； 提供至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板； 在所述微孔面板下方提供氣隙。
10.如權利要求9所述的方法，還包括當所述風扇以不同速度操作時，動態(tài)地調(diào)整所述氣隙的大小以使聲音衰減最大化。
11.如權利要求10所述的方法，其中利用致動器來動態(tài)地調(diào)整所述氣隙。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述致動器包括壓電致動器。
13.如權利要求9所述的方法，還包括確定所述風扇的最佳葉片數(shù)量和相關聯(lián)的帶通頻率；以及基于所述帶通頻率選擇所述微孔面板特性。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述最佳葉片數(shù)量是25。
15.如權利要求13所述的方法，其中所述微孔面板特性包括所述微孔面板的厚度、孔徑、孔密度和氣隙大小。
16.一種用于冷卻薄形狀因子計算設備的系統(tǒng)，包括 在所述計算設備中的包括吹風機外殼的吹風機； 在所述吹風機外殼中的冷卻風扇；至少覆蓋所述吹風機外殼的一部分的微孔面板；以及在所述微孔面板下方的氣隙。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，還包括致動器，用于動態(tài)地調(diào)整在所述微孔面板下方的所述氣隙的大小。
18.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述冷卻風扇還包括具有與之相關聯(lián)的帶通頻率的最佳數(shù)量的葉片；以及其中基于所述帶通頻率選擇所述微孔面板特性。
19.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述致動器包括壓電致動器。
20.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述微孔面板包括所述吹風機外殼的頂蓋。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為在集成的微孔吸收器和轉(zhuǎn)子之間采用耦合優(yōu)化的安靜的系統(tǒng)冷卻，微孔吸收器結(jié)構可以進行調(diào)諧以衰減在冷卻風扇的葉片通過頻率(BPF)的噪聲。該吸收器可包括被微孔開口覆蓋的面板，在面板下方具有氣隙。氣隙的大小可以動態(tài)地調(diào)整以優(yōu)化以不同速度操作的風扇的噪聲衰減。
文檔編號G06F1/20GK102186327SQ20101062514
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月25日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者W·貝爾特曼, J·古爾布蘭德 申請人:英特爾公司