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CN111622992A - 风扇罩 - Google Patents

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CN111622992A
CN111622992A CN201910152107.0A CN201910152107A CN111622992A CN 111622992 A CN111622992 A CN 111622992A CN 201910152107 A CN201910152107 A CN 201910152107A CN 111622992 A CN111622992 A CN 111622992A
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housing
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CN201910152107.0A
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Inventor
张颜利
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Schneider Electric IT Corp
Original Assignee
Schneider Electric IT Corp
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Publication date
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Priority to US16/801,719 priority patent/US11280352B2/en
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Abstract

本申请公开了风扇罩。风扇罩被配置为安装在风扇模块的壳体上。风扇罩包括具有在框架中形成的开口的框架、位于框架的开口内的中心毂、以及从中心毂延伸到框架的多个螺旋形空气引导构件。在多个螺旋形空气引导构件中的螺旋形空气引导构件之间的间隙使空气能够从风扇模块穿过风扇罩流动。每个螺旋形空气引导构件配置成从中心毂垂直延伸，并相对于框架的开口成一角度朝着框架弯曲。每个螺旋形空气引导构件还具有在其中形成的多个开口，以便于空气流动。

Description

风扇罩
背景
1.公开的领域
本公开总体上涉及在数据中心环境中使用的冷却系统，且更具体地涉及具有被配置为改进冷却系统的热冷却的改进的风扇罩的冷却机架风扇模块。
2.相关技术的讨论
用于容纳电子设备(例如数据处理、联网和电信设备)的设备外壳或机架已经被使用多年。这种机架用于容纳和布置在大数据中心以及小配线间和设备室中的设备。在某些实施例中，设备机架可以是开放式配置，并且可以被容纳在机架外壳内，尽管当提到机架时外壳可以被包括。标准机架通常包括前安装轨，电子设备的多个单元(例如服务器、CPU和电信设备)被安装到安装轨并垂直地堆叠在机架内。随着互联网的广泛使用，数据中心包含数百个这样的机架并不罕见。此外，随着计算机设备且尤其是计算机服务器和刀片机(blade)的尺寸的不断减小，安装在每个机架中的电气装置的数量增加了，引起了关于充分冷却设备的忧虑。
由安装在机架上的设备产生的热可能对设备部件的性能、可靠性和使用寿命有不利影响。特别是，容纳在外壳内的安装在机架上的设备在操作期间可能容易受到在外壳的边界内产生的热积聚和热点的影响。由设备的机架产生的热的量取决于在操作期间由机架中的设备消耗的电功率的量。此外，电子设备的用户在他们的需要改变和新需要发展时可以添加、移除和重新布置安装在机架上的部件。
存在对改善这种环境内的冷却的性能(包括提高能量效率和空气流速)的持续需要。风扇模块用于结合散热器来冷却电子设备，包括半导体。这种风扇模块通常包括由电机以高转速驱动的带叶片的风扇，并且可以位于在设备机架的门后面的电子设备机架内。这种风扇也用在冷却机架上。图1A-1C示出了一些公知的风扇模块配置。
这种风扇模块还包括风扇罩以保护接近设备机架的人免受高速旋转叶片的伤害。已知的风扇罩包括通常由金属或塑料制成的格栅风扇罩，其用于保护接近设备机架的人免受风扇叶片的伤害。与大多数风扇罩相关联的缺点在于，虽然风扇罩保护人免于将手指放在风扇模块内，但是风扇罩阻挡由风扇模块的带叶片风扇产生的气流。开口可以增加，但冒有未能保护人免受风扇模块的叶片风扇的伤害的风险。
图2A-2C、图3A-3C和图4A-4C示出了可以在设备机架环境内使用的已知风扇罩。如所示，图2A-2C示出了典型的格栅型风扇罩。图3A-3C示出了穿孔型风扇罩。图4A-4C示出了在现有设备机架上使用的风扇罩。
公开概述
本公开的一个方面针对被配置为安装在风扇模块的壳体上的风扇罩。在一个实施例中，风扇罩包括框架(框架具有在框架中形成的开口)、位于框架的开口内的中心毂、以及从中心毂延伸到框架的多个螺旋形空气引导构件。在多个螺旋形空气引导构件中的螺旋形空气引导构件之间的间隙使空气能够从风扇模块穿过风扇罩流动。
风扇罩的实施例还可以包括从框架延伸的多个突起。多个突起每个被接纳在形成于风扇模块的壳体中的相应孔内，以使风扇罩与风扇模块对准并将风扇罩接纳到风扇模块。多个突起可以包括四个突起。每个螺旋形空气引导构件可从中心毂垂直延伸，并相对于框架的开口成一角度朝着框架弯曲。每个螺旋形空气引导构件可以在由框架限定的平面上方突出。螺旋形空气引导构件在结构上可以是螺旋形的。每个螺旋形空气引导构件可以具有在其中形成的多个开口。框架的开口的直径可以大于风扇模块的风扇通风口，并且中心毂的直径可以小于风扇模块的风扇电机的直径。风扇罩可以由塑料材料制成。每个螺旋形空气引导构件可以被成形为近似风扇模块的风扇叶片。风扇罩可被配置成使热源变得更冷。
本公开的另一方面针对一种风扇模块，其包括壳体、耦合到壳体的轴流式风扇、耦合到轴流式风扇以驱动轴流式风扇的旋转的电机、以及被配置为安装在风扇模块的壳体上的罩。在一个实施例中，风扇罩包括：框架，其具有在其中形成的开口，该框架被配置成固定到壳体上；位于框架的开口内的中心毂；以及从中心毂延伸到框架的多个螺旋形空气引导构件。在多个螺旋形空气引导构件中的螺旋形空气引导构件之间的间隙使空气能够从风扇模块穿过风扇罩流动。
风扇模块的实施例还可以包括从框架延伸的多个突起。多个突起每个被接纳在形成于风扇模块的壳体中的相应孔内，以使风扇罩与风扇模块对准并将风扇罩接纳到风扇模块。多个突起可以包括四个突起。每个突起可以包括轴和在轴的端部上形成的铆钉头。每个螺旋形空气引导构件可从中心毂垂直延伸，并相对于框架的开口成一角度朝着框架弯曲。每个螺旋形空气引导构件可以在由框架限定的平面上方突出。每个螺旋形空气引导构件可以具有在其中形成的多个开口。中心毂的直径小于风扇模块的风扇电机的直径。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各种方面，附图并没有被规定为按比例绘制。在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征后面跟随有参考符号的情况下，参考符号为了增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的唯一目的而被包括。因此，参考符号及其缺失都不意欲对任何权利要求元素的范围有任何限制影响。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚的目的，不是每个部件都可能在每个附图中被标出。这些附图为了说明和解释的目的而被提供，且并不意欲作为本公开的范围的限定。在附图中：
图1A-1C是已知风扇模块配置的视图；
图2A-2C是已知格栅型风扇罩的前视图；
图3A-3C是已知穿孔型风扇罩的前视图；
图4A-4C是对于设备机架的已知风扇罩的视图；
图5是风扇模块的前透视图；
图6是风扇模块的壳体的前透视图；
图7是本公开的实施例的风扇罩的前透视图；
图8是风扇罩的后透视图；
图9是风扇罩的侧视图；
图10-13是示出被提供以将风扇罩安装在风扇模块上的特征的视图；
图14-16是紧邻具有电子封装的散热器的现有技术风扇罩的热效应的图形表示；以及
图17是紧邻具有电子封装的散热器的本公开的实施例的风扇罩的热效应的图形表示。
详细描述
本公开的至少一个实施例针对具有在数据中心的设备外壳或机架内使用的风扇罩的风扇模块。如本文所使用的，“外壳”和“机架”用于描述设计成支撑电子设备的装置。数据中心通常是大房间，其在某些实例中设计成容纳成排地布置在数据中心中的数百个电子设备机架。“外壳”和“机架”还用于描述设计成支撑用于在数据中心内提供战略冷却的冷却设备的装置。在一些实施例中，“外壳”和“机架”可以支撑电子设备和冷却设备。
设备机架和/或冷却机架的实施例体现在机架内的风扇模块，例如通常在图5中所示的在10处指示的示例性风扇模块，以在机架内移动空气。每个机架可以配置成在机架环境内使用多个风扇模块10。例如，在设备机架和/或冷却机架内，风扇单元被配置成将空气从机架的前部抽吸到机架的后部。在一个实施例中，风扇模块10可以在机架的壳体内被组装和布线，使得通过移除紧固件并将风扇模块滑出在机架的壳体中形成的插座来移除风扇模块。提供给每个风扇模块10的电力可以通过合适的连接器(例如盲插连接器)来连接和断开。这种布置使得风扇模块10基于电压要求以及它们从插座和盲插连接器的容易移除而是“可热插拔的”。在一些实施例中，控制器可以被配置为监控风扇的操作，以便基于风扇的功率消耗变化来预测风扇的故障。控制器还被配置为控制机架的其他工作部件的操作。
如图5和图6所示，风扇模块10包括通常在12处指示的大致矩形的壳或壳体，其被配置为支撑风扇模块的部件。如在图6中最佳地示出的，壳体12包括外凸缘14、内凸缘16以及连接外凸缘和内凸缘的圆柱形壁18。支撑结构20连接到圆柱形壁18以支撑风扇模块的电机和轴流式风扇。壳体12可以由任何数量的材料(包括铝、(涂漆的或镀锌的)钢、不锈钢和塑料)制成。此外，尽管在形状上是矩形的，但是风扇模块10的壳体12可以根据风扇模块的预期用途而体现为任何尺寸和形状。
风扇模块10还包括通常在22处指示的轴流式风扇，其具有由支撑结构20支撑的电机24以及从电机的壳体延伸的多个风扇叶片，每个风扇叶片在26处被指示。电机24位于轴流式风扇22的中心部分中，并可旋转地耦合到壳体的支撑结构20，其中电机的壳体由铝、钢、不锈钢和塑料制成。电机24包括电机轴以安装轴流式风扇。如所示，每个叶片26安装在电机24的壳体上，其中叶片被动态地平衡以防止轴流式风扇22的模块在操作期间的不需要的振动。叶片26可以由与电机的壳体相同的材料(例如铝、钢、不锈钢、玻璃和碳纤维复合材料和诸如此类)制成。叶片26可以以不同的角度固定到电机24的壳体，这对轴流式风扇22的流动特性有直接影响。轴流式风扇22被配置为在一个方向上旋转，但是可以被配置为可反转以在顺时针和逆时针方向上旋转。电机24可以包括多速电机(several speed motor)或变速电机，以改变轴流式风扇22的旋转的速率。例如，双速电机组合可变操作条件和较低的操作成本。
参照图7-9，风扇模块10还包括通常在30处指示的风扇罩。如下面将更详细描述的，风扇罩30被配置为安装在风扇模块10的壳体12上。在一个实施例中，风扇罩30包括框架32，框架32具有在其中形成的相对大的开口34。如同风扇模块10的壳体12一样，风扇罩30的框架32可以由任何数量的材料(包括铝、钢、不锈钢和塑料)制成。然而优选地，风扇罩30由塑料材料(例如聚碳酸酯-硅氧烷共聚物)制成。
风扇罩30还包括位于框架32的开口34内的中心毂36和从中心毂延伸到框架的多个螺旋形空气引导构件，每个构件在38处被指示。在所示实施例中，风扇罩30包括十二个螺旋形空气引导构件38；然而，任何数量的空气引导构件可以被提供并且落在本公开的范围内。该布置使得在螺旋形空气引导构件38之间的间隙40使空气能够从风扇模块10穿过风扇罩30流动。每个螺旋形空气引导构件38被成形为近似风扇模块的风扇叶片。螺旋形空气引导构件38的构造便于由轴流式风扇产生的空气流过风扇罩30的间隙40，从而提供风扇模块10在其中操作的空间的更有效的热管理。风扇罩30被配置成使热源变得更冷，这将在下面被描述。
在某个实施例中，每个螺旋形空气引导构件38从中心毂36大致垂直地延伸，并相对于框架的开口34成一角度朝着框架32的外周边弯曲，其中空气引导构件固定到框架。如在图9中最佳地示出的，每个螺旋形空气引导构件38在由框架32限定的平面上方突出。如所示，中心毂36相对于由框架32限定的平面升高，使得螺旋形空气引导构件除了固化到框架的外周边之外还向上弯曲。在一个实施例中，每个螺旋形空气引导构件38在结构上是螺旋形(helical)的。
如图7和图8所示，每个螺旋形空气引导构件38具有在其中形成的多个开口，每个开口在42处被指示。在所示实施例中，每个螺旋形引导构件38包括沿着空气引导构件的长度延伸的两排或系列开口42，其中每个引导构件具有在其中形成的大约17个开口。应该注意，可以提供任何数量的开口42或任何数量的排的开口，以实现通过本文描述的风扇罩10的改进的气流。这些开口42连同在螺旋形空气引导构件38之间的间隙40一起进一步便于由轴流式风扇22产生的空气穿过风扇罩30的流动，同时提供保护而免于使人的手指插入风扇模块10内。参考下面描述的图14-17来更好地理解由风扇罩30提供的增加的流动。
风扇罩30被配置为安装在风扇模块10的壳体12上。在一个实施例中，参考图10-13，风扇罩30包括从框架32垂直延伸的几个(例如四个)突起，每个突起在44处被指示。如在图13中最佳地示出的，每个突起44包括圆柱形轴，该圆柱形轴配置有铆钉头46以将风扇罩30固定到风扇模块10的壳体12。在一个实施例中，铆钉头46通过用电极向突起44的端部施加大电流和高电阻而形成。风扇模块10的壳体12包括几个(例如四个)安装孔48，以接纳风扇罩30的突起44。在所示实施例中，壳体12的外凸缘14具有设置在外凸缘的四个角处的孔48。内凸缘16也设置有安装孔，以解决当风扇罩30安装在风扇模块10的另一侧上时的情况。每个突起44被接纳在形成于风扇模块10的壳体12中的相应孔48内，以使风扇罩30与风扇模块对准并将风扇罩接纳到风扇模块。一旦突起44插入到它们各自的孔48中，铆钉头46就在突起上形成，以将突起和风扇罩30固定到风扇模块10的壳体12。
在一个实施例中，框架32的开口34的直径大于风扇模块10的风扇通风口。此外，风扇罩30的中心毂36的直径小于风扇模块10的风扇电机24的直径。
参照图14-17，示出了如与现有技术的风扇罩相比较的本公开的风扇罩30的有效性。在这些图中，热源(例如其上安装有电子封装的散热器)遭受由不同类型的风扇罩提供的气流。在模拟中，电子封装是250瓦热源。图14示出了金属丝格栅型风扇罩。图15示出了塑料格栅型风扇罩。图16示出了穿孔型(例如六角切割)风扇罩。图17示出根据本公开的实施例的风扇罩。在模拟中，与下一个有效风扇罩(即穿孔型风扇罩)相比，本文描述的风扇罩将模拟温度降低了多于两摄氏度。本公开的实施例的风扇罩使热源变得更冷，以便改善在设备或冷却机架内的热条件。
应认识到，本文所讨论的装置和方法的实施例在应用中并不限于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构和布置的细节。装置和方法能够在其他实施例中实现，并且能够以各种方式来实践或执行。特定实现的示例仅为了说明性目的而在本文被提供，且并没有被规定为限制性的。特别是，结合任何一个或更多个实施例讨论的行动、元件和特征并不意欲从任何其它实施例中的类似角色中被排除。
另外，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性的。对在本文中以单数形式提及的系统和方法的实施例或者元件或者行动的任何提及也可以包含包括多个这些元件的实施例，并且在本文中对任何实施例或者元件或者行动的以复数形式的任何提及也可以包含仅包括单个元件的实施例。以单数或者复数形式的提及并不意欲限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、行动或者元件。“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”和“涉及”及其变形在本文中的使用意欲包括其后列举的项目及其等价物以及额外的项目。对“或”的提及可被解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何项目可以指示所描述的项目的单个、多于一个以及全部中的任何一种。对前部和后部、左侧和右侧、顶部和底部、上部和下部以及垂直和水平的任何提及目的在于描述的方便，而不是将当前的系统和方法或其部件限制到任何一个位置或空间定向。
在这样描述了至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域中的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进被规定为本公开的一部分，并且被规定为在本公开的范围内。因此，前述描述和附图仅仅作为示例，且本公开的范围应当从所附权利要求及其等同物的适当构造来确定。

Claims (20)

1.一种被配置为安装在风扇模块的壳体上的风扇罩，所述风扇罩包括：
框架，其具有在其中形成的开口；
中心毂，其位于所述框架的所述开口内；以及
多个螺旋形空气引导构件，其从所述中心毂延伸到所述框架，
其中，在所述多个螺旋形空气引导构件中的螺旋形空气引导构件之间的间隙使空气能够从所述风扇模块穿过所述风扇罩流动。
2.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，每个螺旋形空气引导构件从所述中心毂垂直延伸，并相对于所述框架的开口成一角度朝着所述框架弯曲。
3.根据权利要求2所述的风扇罩，其中，每个螺旋形空气引导构件在由所述框架限定的平面上方突出。
4.根据权利要求3所述的风扇罩，其中，所述螺旋形空气引导构件在结构上是螺旋形的。
5.根据权利要求4所述的风扇罩，其中，每个螺旋形空气引导构件具有在其中形成的多个开口。
6.根据权利要求1所述的风扇罩，还包括从所述框架延伸的多个突起，所述多个突起每个被接纳在形成于所述风扇模块的所述壳体中的相应孔内，以使所述风扇罩与所述风扇模块对准并将所述风扇罩接纳到所述风扇模块。
7.根据权利要求6所述的风扇罩，其中，所述多个突起包括四个突起。
8.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，所述框架的所述开口的直径大于所述风扇模块的风扇通风口。
9.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，所述中心毂的直径小于所述风扇模块的风扇电机的直径。
10.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，所述风扇罩由塑料材料制成。
11.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，每个螺旋形空气引导构件被成形为近似所述风扇模块的风扇叶片。
12.根据权利要求1所述的风扇罩，其中，所述风扇罩被配置成使热源变得更冷。
13.一种风扇模块，包括：
壳体；
轴流式风扇，其耦合到所述壳体；
电机，其耦合到所述轴流式风扇以驱动所述轴流式风扇的旋转；以及
罩，其被配置为安装在风扇模块的壳体上，所述风扇罩包括：
框架，其具有在其中形成的开口，所述框架被配置成固定到所述壳体上，
中心毂，其位于所述框架的所述开口内，以及
多个螺旋形空气引导构件，其从所述中心毂延伸到所述框架，
其中，在所述多个螺旋形空气引导构件中的螺旋形空气引导构件之间的间隙使空气能够从所述风扇模块穿过所述风扇罩流动。
14.根据权利要求13所述的风扇模块，其中，每个螺旋形空气引导构件从所述中心毂垂直延伸，并相对于所述框架的所述开口成一角度朝着所述框架弯曲。
15.根据权利要求14所述的风扇模块，其中，每个螺旋形空气引导构件在由所述框架限定的平面上方突出。
16.根据权利要求15所述的风扇模块，其中，每个螺旋形空气引导构件具有在其中形成的多个开口。
17.根据权利要求13所述的风扇模块，还包括从所述框架延伸的多个突起，所述多个突起每个被接纳在形成于所述风扇模块的所述壳体中的相应孔内，以使所述风扇罩与所述风扇模块对准并将所述风扇罩接纳到所述风扇模块。
18.根据权利要求17所述的风扇模块，其中，所述多个突起包括四个突起。
19.根据权利要求18所述的风扇模块，其中，每个突起包括轴和在所述轴的端部上形成的铆钉头。
20.根据权利要求13所述的风扇模块，其中，所述中心毂的直径小于所述风扇模块的所述风扇电机的直径。
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