冷却风扇以及冷却系统 【技术领域】
本发明总体涉及用于计算机系统的冷却系统，更具体地涉及用于降低噪声并改善冷却系统的容积输出的冷却系统。
背景技术
虽然近来在微处理器速度上的提升已经显著提升了计算机的处理能力，但这种速度上的提升也导致计算机系统内的处理器和/或其它器件产生过量的热。高温对这些器件中的许多器件，包括处理器有不利影响，因此，需要将过量的热消散掉。通常，将热沉热连接到包含处理器或其它芯片的集成电路封装上，并使用冷却风扇来强迫空气流过所述热沉。
计算机系统的用户日益关注的领域是声学或噪声。许多用户在评价系统的质量时很注重系统的声学特性。目前，产生系统噪声的主要操作元件是计算机系统的各种电-机械冷却风扇，例如系统风扇、微电子器件风扇以及电源风扇。
与目前的风扇有关的问题涉及在改善通过冷却风扇的容积输出(即，增强冷却)与降低风扇的声学输出之间取得平衡。尽管目前存在一些方案来增加通过冷却风扇的输出，但这些方案对风扇的声学特性有负面影响。例如，提高冷却风扇的速度(即，转速)增加了声学输出。另一个例子是将整流装置添加到冷却风扇的排出端，其将气流“漩涡”能量转变成压降势能，但这种整流装置也增加了声学输出。
图1和图2分别显示了流体流F离开常规冷却风扇210的假定流动(图1)和实际流动(图2)。尽管通常假定流体F以垂直于风扇210的框架220或平行于风扇210的旋转轴线RA的矢量离开风扇210，但这种假定是不正确的。如风扇和/或空气动力学领域的技术人员所知，流体F离开风扇210的实际特性明显与图1所示的特性不同。
如图2所示，流体F离开风扇210的实际矢量与风扇210的旋转轴线RA成一定角度。该角度可以是45°或者甚至更大。流体F离开风扇210的倾斜矢量由径向离开轮毂212并且沿着风扇叶片的表面的流体产生。流体离开风扇210的精确角度取决于几个已知因素，如叶片的螺距角和形状。
图3示出了常规的冷却风扇110和罩120以及风扇噪声如何产生。常规风扇110包括叶片114，每个叶片具有大体平行于风扇110的旋转轴线RA的外周边118。罩120部分地包围叶片，大体等宽的间隙将风扇叶片的周边118与罩120隔开。由于流体F相对于旋转轴线RA成一定角度地离开外周边118，流体F冲击罩120，罩120又将流体F反射回到风扇110。
流体F中产生的湍流或漩涡造成罩120振动，从而产生发自风扇/罩组件的噪声。流体F内的湍流还起到阻碍流体F通过风扇110的作用，这会降低风扇110的流体F的最大容积输出。流体F对罩120的冲击也增加了流体F通过风扇110的阻力。因此，有必要提高通过冷却风扇的流体的容积输出，同时降低风扇的噪声输出。
【发明内容】
本发明的实施例解决了冷却系统的上述缺陷，并提供了一种新颖的、非显而易见的方法、系统和装置，用于提高通过冷却系统的冷却风扇的流体的容积输出同时降低冷却系统的噪声输出。在这点上，所述冷却系统包括具有出口和入口的冷却风扇以及包围冷却风扇的至少一部分的罩。冷却风扇包括多个风扇叶片，每个风扇叶片包括形成风扇叶片外周边的入口部分和出口部分。出口部分具有由垂直于风扇的中心轴线的、在向着出口方向上增大的径向距离限定的轮廓。出口部分的轮廓或者包围出口部分的罩的一部分的轮廓相对于风扇的中心轴线的平均角度在流体流相对于中心轴线离开风扇叶片的外周边的平均角度的大约±15°之间或者在大约20°到70°之间。
出口部分的至少一部分是大体线性的。另外，入口部分和出口部分之间的相交点在入口部分的向着入口方向上的最远点与出口部分的向着出口方向上的最远点之间的距离的大约25％到75％之间。入口部分的轮廓相对于中心轴线的平均角度与出口部分的轮廓相对于中心轴线的平均角度不同。此外，包围出口部分的罩的所述部分大体平行于出口部分。
本发明其它特征部分地在下面的描述中阐述，部分地从下面的描述中显而易见，或者可以通过实践本发明而了解到。本发明的特征通过附属权利要求中指出的元件以及特别是其组合实现和获得。应理解，前面的总体描述以及后面的详细描述都仅是示例性和解释性的，并不是对所要求保护的本发明的限制。
【附图说明】
包括在本说明书内并构成其一部分的附图显示了本发明的实施例，并与文字描述一起用来解释本发明的原理。这里所示的实施例仅仅是目前所优选的，但是应理解，本发明并仅不限于所示出的装置和手段。附图中：
图1是流体离开风扇的假定流动的透视图；
图2是流体离开风扇的实际流动的透视图；
图3是常规冷却风扇的侧视图；
图4是根据本发明的布置而构造的冷却风扇系统的侧视图；和
图5是图4所示的冷却风扇的放大侧视图。
【具体实施方式】
图4显示了根据本发明公开的用于计算机系统的器件的冷却装置。该冷却装置包括风扇10，风扇10将诸如空气的流体流引导到与计算机处理器30热连接的热交换器26。罩20至少部分地包围风扇10和热交换器26，以帮助将来自风扇10的流体流引导到热交换器26。尽管并不限于这种方式，计算机处理器30可以容纳在连接到电路板的插槽32内。
能用于冷却计算机处理器30的许多种不同类型的热交换器26对于计算机行业的技术人员来说是公知的，本发明的热交换器26并不限于能有此功能的特定类型。如图所示，其中一种热交换器26包括热沉28，该热沉使用例如热粘料与处理器30热连接。翅片29从热沉28伸出，来自风扇10的流体流被引导到翅片29的表面上，以冷却翅片29，从而通过公知的机理也冷却处理器30。
图5显示了根据本发明公开的风扇10和罩20的放大图。风扇包括风扇叶片14连接到其上的轮毂12。轮毂12连接到由例如电动马达旋转的转子(未示出)上。可选地，叶片14可以直接连接到也起到风扇10的轮毂12的作用的转子上。每个叶片14的外周边包括入口部分22和至少一个出口部分24。入口部分22的轮廓相对于风扇10的旋转轴线RA的平均角度可以与出口部分24的轮廓相对于风扇10的旋转轴线RA的平均角度不同。
出口部分24由在向着风扇10的出口方向上垂直于风扇10的旋转轴线RA的、增大的径向距离限定，出口部分24的一端可以由风扇10的出口限定。限定出口部分24的径向距离的增大率没有限制。例如，径向距离上的变化率可以在风扇10的出口方向上增大，从而导致出口部分24具有曲线轮廓(未示出)。可选地，如图所示，径向距离上的变化率也可以在风扇10的出口方向上是恒定的，从而导致出口部分24具有直线轮廓，该直线轮廓相对于平行于旋转轴线RA的直线具有定角θOP。
在风扇10的某些方面中，出口部分24的定角θOP在大约20°到70°之间。在目前描述的风扇10中，该定角θOP在大约35°到55°之间。在风扇10的另一些方面中，出口部分24的定角θOP被选择成大体与流体F离开风扇叶片14的外周边的平均角度θF相同，例如在大约其±15°内，在某些情况下在大约其±5°内。
如果叶片14包括多个出口部分24(未示出)，出口部分24的轮廓类型可以彼此不同。例如，一个可以是曲线轮廓，另一个可以是大体线性或直线轮廓。作为另一个例子，如果出口部分24是直线的，出口部分24相对于平行于旋转轴线RA的直线可以具有不同的定角θOP。
每个叶片14的入口部分22接收流体来流F。入口部分22的外轮廓不限于特定类型的轮廓。但是，为了使风扇10的入口面积最大化，入口部分22的轮廓可以大体平行于风扇的旋转轴线RA，或者在风扇10的入口方向上具有垂直于风扇10的旋转轴线RA的增大的径向距离。
每个叶片14的入口部分22和出口部分24的相交点不限于特定位置。但是，在风扇10的某些方面中，相交点在入口部分22的向着入口方向上的最远点与出口部分的向着出口方向上的最远点之间的距离的大约25％到75％之间。在另一些风扇10中，该相交点在所述距离的大约40％到60％之间。
在包围风扇10的区域中，罩20可以被构造成大体平行于风扇叶片14的入口部分22和出口部分24的轮廓。这样，在风扇叶片14的入口部分22和出口部分24与罩20之间维持大体恒定的距离。此外，或可选地，在包围出口部分的区域中，罩20的角度可以被构造成大体与流体F离开风扇叶片14的侧部的平均角度θF相同，例如在大约其±15°内，在某些情况下在大约其±5°内。
通过具有其轮廓与流体流F离开风扇10的出口的方向大体平行的罩20和/或风扇叶片14的出口部分24，可以降低流体F与罩20之间的干扰。这种干扰的减少降低了摩擦，从而提高风扇10的容积输出。另外，流体F与罩20之间的干扰的减少降低了由于流体F冲击在罩20上导致罩20的振动以及噪声。