电子或电气设备的电冷却风扇和机箱 【技术领域】
本发明涉及机箱内装有冷却风扇的电子或电气设备如个人电脑、电脑游戏机或打印机。本发明还涉及用于电气设备的冷却风扇和机箱。
背景技术
电子或电气设备如个人电脑、电脑游戏机或打印机包括装在机箱内的各种各样的电动机械部件。由于CPU和/或IC芯片或电动机械部件发出的热量使机箱内温度升高，因此要在机箱内设置冷却风扇。冷却风扇通常放置在机箱侧壁中的开口(排气孔)附近。通过开口向外排放机箱内的空气，从而冷却机箱的内部。
开口通常具有称之为护指片的防护网，用于防止手指或其它物质进入和阻挡冷却风扇，或者防止其受伤。如图13A、13B所示，有两种类型的护指片。图13A所示的第一种护指片具有由环形肋与径向肋组合而成的形状。例如日本专利申请特开2000-257597公开了这种护指片。图13B所示的第二种护指片具有呈由多个肋构成的栅格形状。日本专利申请特开平5-274062或特开平11-354964公开了这种护指片。
但是，由于护指片会妨碍排气，因此连接在作为冷却风扇排气孔的开口中的防护网会干扰机箱内部空气的平稳排出。另一个问题是，当护指片妨碍排气时会产生很大地噪音。
解决这一问题的措施是，采用这样一种公知的护指片，其中构成每个肋横截面形状的每个肋具有圆角部，以便降低由肋引起的空气阻力。但是该措施还不足以真正成为解决上述问题的改进方案。
近年来，要求功能更强大而结构更紧凑的电子或电气设备具有更好的冷却性能和更安静的特性。但是，到目前为止，已有的护指片不足以(充分地)满足这样的要求。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种电子或电气设备的机箱，该电子或电气设备具有风扇电动机，该风扇电动机足以通过设有护指片的吸气口或排气口在低噪声级下高效地进行吸气或排气。本发明的另一目的是提供一种风扇电动机，该风扇电动机具有设置在风扇电动机架上的护指片，该护指片能够在低噪声级下高效地进行吸气或排气。
本发明的特征在于构成护指片的每个肋的横截面形状，所述护指片设置在冷却风扇的气流通道中。根据本发明的一个方面，护指片包括沿横向延伸的多个第一肋和沿垂直方向延伸的多个第二肋。每个第一肋和第二肋的横截面形状具有斜面，风扇电动机螺旋旋转时吸入或排出气流，该斜面基本平行于或沿着该气流的方向。根据本发明的另一护指片具有类似呈栅格或网眼的肋，每个肋的横截面形状具有至少一个斜面，风扇电动机螺旋旋转时吸入或排出气流，该斜面基本平行于或沿着气流的方向。采用此方式，使吸入或排出的气流不受到干扰，从而可以防止空气湍流的形成。因此，冷却效率得到提高，并且抑制了噪声的产生。
本发明应用于具有护指片的电子设备机箱，护指片设置在风扇电动机的开口部附近。此外，能够通过在风扇电动机本身的外机架部中设置护指片而实现本发明。在此情况下，护指片与电子设备机箱或风扇电动机外机架形成一体。另外，护指片可设有支承件而得以连接机箱，或通过风扇的特殊连接件而得以连接。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例电子或电气装置的平面图；
图2是图1中主要部分的横截面图；
图3是图2中主要部分的横截面图；
图4是图2中主要部分的平面图；
图5A和5B是第一实施例变形的主要部分的横截面图；
图6是本发明第二实施例电子或电气装置主要部分的横截面图；
图7是本发明第三实施例电子或电气装置主要部分的横截面图；
图8是图7中主要部分的平面图；
图9是第一至第三实施例的实验测量数据的曲线图；
图10是本发明第四实施例电子或电气装置主要部分的横截面图；
图11是本发明第五实施例电子或电气装置主要部分的平面图；
图12是由第五实施例变形的电子或电气装置主要部分的平面图；
图13A和13B是普通护指片的平面图。
【具体实施方式】
下面参照实施例和附图详细说明本发明。
(第一实施例)
参照图1-4说明本发明第一实施例。图1是电子或电气装置内部结构的平面示意图。图2是装在设备中的风扇电动机主要部分的横截面图。图3是沿图4中的线Y-Y的主要部分横截面图。图4是主要部分的平面图，其中所示的是从内部向外看到的图1所示电子或电气设备机箱的开口部。
[电子或电气设备]
如图1所示，第一实施例的电子或电气设备1是例如台式个人电脑的主机。冷却风扇电动机10设置在机箱2内。风扇电动机10安置在内部并位于机箱侧壁中的开口部2a附近，以便通过开口部2a排出机箱2内的空气，使机箱2内部得到冷却。开口部2a具有护指片5，护指片5与开口部2a成一体，如图2所示。形成开口部2a的侧壁形成与机箱2分离的另一部件(下文称为辅板4)。辅板4包括设置在开口部2a中的护指片5以及围绕风扇电动机10的圆柱部6。
[护指片结构]
护指片5包括第一肋组51和第二肋组52，如图4所示。第一肋组51包括六条肋51a-51f，它们连接开口部2a左、右侧各自的六点，这六点分别将每侧分成7等份，如图4所示。第二肋组52包括三条肋52a-52c，它们连接开口部2a上、下侧各自的三点，这三点分别将每侧分成4等份，如图4所示。在下文中，第一肋组51延伸的方向被称为横向，而第二肋组52延伸的方向被称为垂直方向。
肋组51和52的厚度都与辅板4基本相等。肋组51和52的一个肋端部与开口部2a的边缘连成一体。肋组51和52的中部彼此交叉且彼此连成一体。
矩形开口50是由肋51a-51f和52a-52c或这些肋和开口部2a的边缘形成的小口，其具有阻挡指尖伸入的尺寸。由肋51b、51e、52a和52c形成的开口具有一体设置的以便封闭开口的圆盘部11。圆盘部是电动机支承部11，下面将对其进行说明。
肋51a-51f和52a-52c具有相同宽度并笔直延伸。这些肋的横截面形状呈直角三角形。下面参照图3详细说明肋52a-52c的形状。在该实施例中，对应直角三角形下侧的每个下表面5a与机箱2外表面处于同一平面。另一方面，对应直角三角形高度的每个侧面5b与风扇电动机10的转轴16平行，并位于通过风扇电动机10旋转而产生的气流的上游侧。此外，对应直角三角形斜边的每个斜面5c所具有的方向基本平行于或沿着叶轮17排出气流的方向(箭头F2)。由于护指片肋横截面的至少一个面设为基本平行或沿着冷却气流方向的斜面，因此防止了空气湍流，从而实现高冷却效率和低噪声级。
下面说明肋52a-52c的其它部分和每个肋51a-51f。在第一肋组51中，当由穿过开口部2a的中心并沿垂直方向延伸的线(肋52b)将开口部2a的各个肋51a-51f分成两部分时，位于肋52b左侧的第一肋组51的斜面5c面向图4中的下方。类似地，位于肋52b右侧的第一肋组51的斜面5c面向图4中的上方。由于肋的斜面平行或基本沿着螺旋旋转的风扇电动机排出的气流方向，因此防止了空气湍流。这样，冷却空气的流动变得平稳，可以最小化由于空气与肋碰撞造成的损失，且降低了噪音水平。
类似地，在第二肋组52中，当开口部2a的肋52a-52c各自被沿横向穿过开口部2a的中心的线L分成两部分时，位于线上侧的第二肋组52的斜面5c面向左边。同样地，位于图4中线L下侧的第二肋组52的斜面5c面向右边。肋侧52a位于线L上的肋51c和51d之间的肋侧以及肋侧52c的肋51c和51d之间的肋侧具有斜面，该斜面平行于或基本沿着螺旋旋转的风扇电动机排出的气流的方向。
[电扇的风扇电动机结构]
如图2所示风扇电动机10包括具有叶轮17的电动机。风扇电动机10包括电动机支承部11，该电动机支承部11具有轴承部12、电枢14和电路板15。轴承部12支承转轴16，转轴16以可转动方式与叶轮17相连。叶轮17包括呈杯形的主体部和连接在杯形部外表面的多个叶片。主体部的内表面通过轭架18设有磁铁19。当电枢14通电时，由于电枢14和磁铁19之间的电磁作用使磁铁19中产生旋转力，从而使叶轮17旋转。以此方式带动叶片旋转，从而形成沿箭头F1方向的气流。
[应用本发明的电子或电气设备的特性]
下面说明电子或电气设备1的特性。
作为第一个特征，护指片5能够防止手指或其它物质(如硬币)从开口部2a外部进入设置在开口部2a内部的风扇电动机10，从而可以避免风扇电动机10出故障。
作为第二个特征，由于第一和第二肋组51和52具有上述斜面5c，由风扇电动机10排出的空气能够平稳地流过护指片5。因此，风扇电动机10能够有效地冷却电子或电气设备1的机箱2内部。
下面参照图3更详细地说明其原因。由叶轮17排出的空气在宏观上沿着电动机轴向流动。但是，由一个叶片形成的气流的方向倾斜于轴向，其中叶轮17转动方向的分量叠加到轴向分量。也就是说，它是倾斜于轴向的呈螺旋形的方向(如图3中的箭头F2所示)。
例如图3中所示的肋52a-52c，由叶片形成的气流方向(箭头F2)基本平行于斜面5c的方向。因此，由叶片产生的气流沿斜面5c流过开口50。在这种情况下，排出的气流流过开口50的缝隙面s1，其垂直于箭头F2。
相反，在普通肋55中，该普通肋55具有由添加到图3所示肋52a-52c上的虚线构成的矩形的横截面，由该叶片形成的气流流过倾斜开口缝隙面s2。由于缝隙面s2很窄，大部分的排气会冲撞在肋55上，从而形成空气湍流。
当从前方观察开口50时，这些肋52a-52c的开口面积和没有斜面的普通肋55的开口面积大小相等，均为s3。但是从由箭头F2所指的特定方向斜向观察时，它们的开口面积不同，分别为s1和s2(s1＞s2)。由于朝着流动方向的开口面积较大，因此流过开口50的空气受到较小的阻力。因此空气能够平稳地流过由肋52a-52c形成的开口50，而不会冲撞肋。此外，减小了空气冲撞肋时形成的空气湍流，从而降低了噪声级。
作为第一实施例的第三特征，由于两肋组51和52彼此相交成栅格状，因此护指片5具有很高的刚度。
作为第一实施例的第四特征，由于护指片5呈栅格形，因此可以方便地调整每个开口50的尺寸。即，由于通过改变肋间距离而改变每个开口50的尺寸，因此可以方便地调整护指片5的防护作用。
作为第一实施例的第五特征，由于构成护指片5的辅板4起到风扇电动机10的支承件作用并作为构成机箱2的部件。可将共同的部件同时用于机箱2和风扇电动机10，因此简化了其装配。
在护指片5的该实施例变形中，肋的斜面5c面向开口部2a的外侧，如图5A所示。侧面5b位于由风扇电动机10旋转所形成的气流的下游侧。在图5B所示的另一种变形中，肋的横截面呈矩形，矩形的长边沿一个方向倾斜，该方向平行于或沿着风扇电动机螺旋旋转时排出的气流。
以上说明了风扇电动机形成由机箱内部向外部的排气流的情况。但是如果风扇电动机形成由机箱外部向内部的进气流，则可改变肋的斜面。而且在此情况下，斜面类似地沿一个方向倾斜，该方向平行于或基本沿着风扇电动机螺旋旋转时排出的气流。
(第二实施例)
在第一实施例中，围绕风扇电动机10的圆柱部6与辅板4成一体。但是，第二实施例与第一实施例的不同之处在于，圆柱部6制成与图6所示的与辅板4分离的另一部件(下文称之为圆柱件61)。如图6所示，圆周件61类似于圆柱部6，但是包括斜面61a，其中开口部2a侧的内端部直径向着开口部2a侧加大。圆柱件61通过螺纹紧固到辅板4，通过设置该斜面61a，气流从风扇电动机10平稳地流向开口部2a，从而改善了气流特性。
与第一实施例相比，该实施例中通过构造与辅板4分离的圆柱件61而更容易形成该斜面61a。
(第三实施例)
在第一和第二实施例中，风扇电动机10由护指片5的电动机支承部11支承。在第三实施例中，支承风扇电动机10的结构不同于第一和第二实施例。即，第三实施例的风扇电动机10由普通机架70支承，如图7所示。机架70通过在圆柱部内径向延伸的肋83构成了电动机支承部72。机箱2的侧壁具有开口部2a，如图8所示，开口部2a具有类似于第一和第二实施例中的护指片75。除了电动机支承部外，图8所示的护指片75具有类似于第一和第二实施例的肋结构(图8中的中部的圆只是用于粘结铭牌)。
(关于比较实验)
下面，说明对应第一至第三实施例效果的本发明实验结果。
在实验中，准备好根据第一至第三实施例的电子或电气设备和普通电子或电气设备(对比例)，测量每个设备的机箱排气量和噪声级。普通电子或电气设备除了其护指片75的肋的横截面为矩形外，其余结构与第三实施例相同。实验条件如风扇电动机转速以及机箱和开口部2a尺寸是相同的。
图9中示出了对应上述四种设备的气流量和噪声级的测量数据。从图9中清楚可见，第一至第三实施例中任一设备的气流量和噪声级均优于对比的实例。发明人根据此结果确信护指片5和75所起的作用。尽管第一和第二实施例中风扇电动机10的排气仅流过护指片5，但是在第三实施例中其流过两部分，即护指片75和肋83。因此，发明人认为第三实施例之所以劣于第一和第二实施例是因为：在第三实施例中肋83增大了空气阻力，以及在肋83和护指片75之间的缝隙中卷入了空气。此外，发明人认为第二实施例优于第一实施例的原因与第二实施例中圆柱件61斜面61a的作用有关。
(第四实施例)
在第四实施例中，风扇电动机10具有机架80和护指片82，如图10所示。护指片82的结构基本与第一实施例的辅板4相同。风扇电动机10能安装在需要将护指片结合到风扇本身的各种电子或电气设备中。此外，由于风扇的护指片与第一实施例的相同，因此其气流量和噪声级特性良好。
(第五实施例)
在第五实施例中，说明与不同于第一实施例的护指片。如图11所示，护指片呈栅格形，其中多个肋彼此交叉，但是肋构成护指片的交叉方式不同。这里与第三实施例一样，说明风扇电动机被与机箱护指片分离的另一部件支承的结构。图11示出了机箱的一部分，是由机箱内部至外部的主视图。
即，如图11所示，该实施例的机箱包括组成机箱的面板9中的开口部9a，护指片91与开口部9a成一体。护指片91包括由四个肋92a-92d组成的第一肋组92、由六个肋93a-93f组成的第二肋组93、由六个肋94a-94f组成的第三肋组94和由12个肋95a-951组成的第四肋组95，其中四条肋92a-92d在开口部9a(对应环形肋)的中心同轴设置并且基本等距，六个肋93a-93f基本呈直线沿圆周方向基本等距设置在连接肋92a和开口部9a内缘的位置，六个肋94a-94f基本呈直线沿圆周方向基本等距设置在连接肋92b和开口部9a内缘的位置以及连接第二肋组93中每个肋中点的位置，12个肋95a-951基本呈直线沿圆周方向基本等距设置在连接肋92b和开口部9a内缘的位置以及连接第二肋组93和第三肋组94的各自中点的位置。第一至第四肋组92、93、94和95在开口部9a内缘或肋之间彼此相交和连接成一体。第二至第四肋组93、94和95对应径向肋组。
第一至第四肋组92、93、94和95的横截面与上述实施例中的肋相同，为直角三角形。特别是，第一肋组92具有其直径由开口部9a的内部向外部增大的表面(对应上述斜面5c)、内直径侧的高度表面和开口部9a外部的底侧表面。
在第二至第四肋组93、94和95中，所述斜面设为在逆时针方向面向环绕图11中的开口部9a的中心，在斜面的相对侧形成高度表面，在开口部9a的外部形成底侧表面。
同样，在该实施例中，除了护指片固有的保护功能之外，护指片91的肋横截面的至少一面是斜面，该斜面基本平行或沿着冷却气流，从而防止了空气湍流，获得高效的冷却和低噪声级。
此外，由于护指片91关于开口部9a的中心呈旋转对称形状，因此其具有很高的刚度，并获得良好的气流特性。
此外，由肋或由肋和开口部9a的内缘构成开口的小栅格，在肋92a和92b之间、肋92b和92c、肋92c和92d之间、肋92d和开口部9a内缘之间分别形成6个、12个、12个、24个小栅格。即，每个开口沿径向的宽度相同，且内直径侧的开口数量少于外直径侧的开口数量。因此，在护指片91整个区域上的开口面积变得很均匀，从而实现了气流特性和保护功能的最优设置。
尽管第五实施例中的第二至第四肋组93、94和95呈线形，但是在图12中它们呈曲线形，从而进一步减小空气阻力。第五实施例和该变形能够应用于任何结构，而不限于图7所示的第三实施例。它们还可以应用于类似图2所示的第一实施例，其中电动机支承部和圆柱部与护指片91连成一体，或者应用在类似图6所示第二实施例的结构中，其中将圆柱部设置为另外的单独部件。
尽管已经说明了本发明的实施例，但是本发明的范围不限于这些实施例，可以在本发明范围内作出各种各样的修改。例如在上述实施例中，图5中的护指片5、图7中的护指片75和图10中的护指片82符合空气沿图3中箭头F2所示方向流动的情况。如果箭头F2的方向改变，斜面5c的角度会相应改变。此外，尽管护指片部分5、75或82设置于辅板或构成开口部分的机箱上，但是可以将护指片5、75、82做成单独的部件。此外，风扇电动机的叶轮可以呈其它形状。此外，所述电子或电气设备可以有各种用途，如应用于电脑游戏机或打印机，其中风扇电动机与护指片一起设置在机箱内。
根据本发明的机箱，由于防护部防止了手指或其它物质由外部进入电扇内，因此即使风扇电动机设置在开口部附近，它也能工作而不发生故障。此外，可以增大由风扇电动机排出的气流量，并获得低噪声级。
此外，在本发明的电子或电气装置中，防护部可以防止手指或其它物质由外部进入电扇内。另外，由于风扇电动机形成气流的功效很好，因此几乎不发生由于电机械部件发热而导致的故障并获得低噪声级，从而实现高性能。