TWI705188B - 風扇系統與風扇系統的抑音方法 - Google Patents
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Abstract
一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括風扇、凸形空心結構體及控制電路。凸形空心結構體包含一凸形空心結構體內部,風扇運轉時傳送聲波至凸形空心結構體內部。控制電路連接於凸形空心結構體,控制電路用以依據風扇且/或電子裝置的運作狀態來控制凸形空心結構體的形變量,藉以改變凸形空心結構體內部的體積,以使得凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於風扇運轉時的轉動頻率。
Description
本發明係關於一種風扇系統及其抑音方法,特別是一種能抑制不同頻率的噪音的風扇系統及其方法。
高儲存容量的伺服器在機架式(Rack Mount)的設計上常會將風扇設於硬碟裝置的後方,而隨著提升空間利用的要求,風扇與硬碟裝置的間距越來越小。由於風扇運轉時產生之噪音頻率,會影響硬碟裝置的讀取效能與寫入效能。然而伺服器內的風扇會根據伺服器內的溫度調整轉速,而在不同轉速下會引發不同頻率的噪音,故難以有效地消除風扇產生的噪音。
有鑑於此,目前確實有需要一種改良的風扇系統以改善以上缺點。
本發明在於提供一種風扇系統及其抑音方法,可抑制風扇產生的不同頻率的噪音。
依據本發明的一實施例揭露一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇;一凸形空心結構體,包含一凸形空心結構體內部,該風扇運轉時傳送一聲波至該凸形空心結構體內部;以及至
少一控制電路,連接於該凸形空心結構體,該至少一控制電路用以依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該凸形空心結構體的形變量,藉以改變該凸形空心結構體內部的體積,以使得該凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於該風扇運轉時的一轉動頻率。
依據本發明的一實施例揭露一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇;一本體,該本體包圍該風扇,該本體的一內端面面對於該風扇且與該風扇相間隔,該內端面設有一凹槽,該風扇傳送一聲波至該凹槽;以及一控制電路,連接於該本體,該控制電路依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該本體的形變量,進而改變該凹槽的體積。
依據本發明的一實施例揭露一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇;一本體,該本體包圍該風扇,該本體包含一內端面以及與該內端面相鄰的一側端面,該內端面面對於該風扇且與該風扇相間隔,該側端面設有一凹槽,該風扇運轉時傳送一聲波至該凹槽;以及一控制電路,連接於該本體,該控制電路用以依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該本體的形變量,進而改變該凹槽的體積。
依據本發明的一實施例揭露一種風扇系統的抑音方法,該風扇系統包含一風扇與一凸形空心結構體,該抑音方法包括:透過該風扇的運轉傳遞一聲波至該凸形空心結構體的一凸形空心結構體內部;感測一風扇與一電子裝置至少其中之一的運作狀態;以及依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該凸形空心結構體的形變量,進而改變該
凸形空心結構體內部的體積,以使得該凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於該風扇運轉時的一轉動頻率。
本發明的風扇系統除了維持硬碟裝置與風扇系統之間的正常對流外,由於控制電路可依據風扇轉動頻率且/或電子裝置運作溫度適當地調整凸形空心結構體內部的體積,如此一來,即使風扇以不同速度轉動時,也可使凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於風扇的轉動頻率,以降低風扇轉動時產生的音量;或者透過控制電路適當地調整本體的厚度,以使得風扇與凹槽底部之間距維持於適當值,藉此抑制風切聲。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理,並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
100、200:伺服器
102、202:風扇系統
104、204:硬碟裝置
106、206:中央處理器
108、208:溫度感測器
110、210:電路板
112、212:風扇
114:抑音裝置
116、216:電線
118:凸形空心結構體
120:通道
122、214:本體
124:頸部
126:凸形空心結構體內部
128:開口
130:上壁面
132:下壁面
134、228:控制電路
136:形狀記憶合金板
138:形狀記憶合金板
218:馬達
220、222:扇葉
224:內端面
226、230、232、242:凹槽
234、244:第一區
236、246:第二區
238、240:側端面
T1:厚度
T2:厚度
L:頸部的長度
W1:寬度
W2:寬度
W3:寬度
W4:寬度
W5:寬度
W6:寬度
W7:寬度
H1:深度
S1:入聲波
S2:出聲波
S3:入氣流
S4:出氣流
圖1為本發明的風扇系統安裝於伺服器的一實施例的示意圖。
圖2為圖1的風扇系統的第一實施例的示意圖。
圖3為圖2的凸形空心結構體降低噪音的示意圖。
圖4為圖2的凸形空心結構體內部的體積變化示意圖。
圖5為圖1的風扇系統的第二實施例的示意圖。
圖6為圖1的風扇系統的第三實施例的示意圖。
圖7為圖1的風扇系統的抑音方法流程圖。
圖8為本發明的風扇系統安裝於伺服器的另一實施例的示意圖。
圖9A為圖8的風扇系統的第一實施例的示意圖。
圖9B為圖9A的俯視圖。
圖10為圖8的風扇系統的第二實施例的俯視圖。
圖11為圖8的風扇系統的第三實施例的示意圖。
圖12為圖8的風扇系統的第四實施例的示意圖。
圖13為圖9A的風扇系統降低噪音的示意圖。
圖14為圖8的風扇系統的抑音方法流程圖。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點,其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施,且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式,任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點,但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參照圖1。圖1為本發明的風扇系統安裝於伺服器的一實施例的示意圖。如圖1所示,一伺服器100包含一風扇系統102、一硬碟裝置104、一中央處理器106、一溫度感測器108及一電路板110,風扇系統102包含有一風扇112及一抑音裝置114,而抑音裝置114連接於風扇112與硬碟裝置104之間。風扇112、硬碟裝置104、中央處理器106及溫度感測器108電性連接於電路板110,溫度感測器108感測伺服器100內的溫度,抑音裝置114透過外拉式的電線116與電路板110電性連接。
值得一提的是,抑音裝置的數量並不以此為限,抑音裝置例如可為兩個,其中一個抑音裝置設於風扇與硬碟裝置之間,而另一個抑音裝置設於風扇與伺服器中其他電子裝置之間。
請參照圖1與圖2。圖2為圖1的風扇系統的第一實施例的示意圖。如圖1與圖2所示,抑音裝置114包含有一凸形空心結構體118及連接於凸形空心結構體118的一通道120,其中凸形空心結構體118為一體成形的殼體且凸形空心結構體118包含一本體122及一頸部124,本體122與頸部124具有厚度T1,本體122的下端連接於頸部124的上端以包圍形成一凸形空心結構體內部126。在本實施例中,凸形空心結構體118為共振器(resonator),頸部124的下端設有一開口128,通道120由一上壁面130與一下壁面132構成,而上壁面130與頸部124的開口128的周圍相連接,通道120的兩端分別延伸至風扇112與硬碟裝置104,而通道120經由頸部124的開口128與凸形空心結構體內部126相連通。本體122與頸部124沿著X軸方向分別具有寬度W1與寬度W2,而頸部124的寬度W2必須小於本體122的寬度W1。本體122與頸部124的形狀不受限制,例如可為矩形或圓柱形,但仍須符合寬度W2小於寬度W1的條件。因此,任何凸形的空心結構體均可替代本實施例的凸形空心結構體118。
一般的金屬或合金,若受到外力產生超過彈性範圍的變形時,並無法藉由釋放外力或加熱回復原有的形狀。在本實施例中,本體122與頸部124的材料為形狀記憶合金(shape memory alloy),形狀記憶合金係為藉由相變化來記憶原有形狀的合金。當處於低溫相(麻田散體)的形狀記憶合金受到外力作有限度的變形時,可藉由加熱至臨界溫度以上,以轉變為高溫相(奧斯田體)的結構而回復原有形狀。形狀記憶合金例如為TiNi系合金、Cu系合金或Fe系合金。
風扇系統102還包含複數個控制電路134,該些控制電路134分別嵌設於本體122與頸部124,每一控制電路134透過電線116與電路板110電性連接以取得風扇112的運轉轉速資料與溫度感測器108所感測的伺服器100內的溫度資料來判斷是否對本體122且/或頸部124進行加熱。在其他實施例中,控制電路134嵌設於本體122或頸部124。
請參照圖3,圖3為圖2的凸形空心結構體降低噪音的示意圖。如圖3所示,入聲波S1透過通道120進入凸形空心結構體118的凸形空心結構體內部126內,出聲波S2離開凸形空心結構體內部126後進入通道120。依據亥姆霍茲共振器公式,凸形空心結構體118的共振頻率以下式(1)表示:
f表示凸形空心結構體118的共振頻率,c表示音速,A為頸部124的截面積,L表示頸部124的長度,而V表示凸形空心結構體內部126的體積。換言之,共振頻率f與頸部124的截面積A、頸部124的長度L以及凸形空心結構體內部126的體積V相關。
E i 表示入聲波S1的能量,E r 表示出聲波S2的能量,而E i 表示凸形空心結構體118吸收的音能,吸音係數介於0~1之間。吸音係數越接近1,表示凸形空心結構體118的吸音能力越強。當凸形空心結構體
118的共振頻率f越接近風扇112運轉時的入聲波S1的頻率時,吸音係數會越接近1,風扇112的入聲波S1於內部腔體126內經過相位抵銷(phase cancellation)後的音量降低量越大。
請共同參照圖1與圖4,圖4為凸形空心結構體內部的體積變化的示意圖。如圖1與圖4所示,依據凸形空心結構體118的共振頻率公式,當頸部124的截面積A、頸部124的長度L、或凸形空心結構體內部126的體積V的其中一者改變時,共振頻率f相對地會改變。因此,可透過控制電路134對凸形空心結構體118進行加熱,使得形狀記憶合金的厚度T1增加為厚度T2,當形狀記憶合金的厚度增加時,相對地減少凸形空心結構體內部126的體積V,依據共振頻率f的公式,凸形空心結構體內部126的體積V減少時,共振頻率f會增高。反之,若凸形空心結構體內部126的體積V增加時,共振頻率f則降低。
請參照圖5,圖5為圖1的風扇系統的第二實施例的示意圖。如圖5所示,抑音裝置114的凸形空心結構體118的本體122包含複數個相互組接的形狀記憶合金板136而非一體成形的結構體,而控制電路134嵌設於該些形狀記憶合金板136與頸部124。
請參照圖6,圖6為圖1的風扇系統的第三實施例的示意圖。如圖6所示,抑音裝置114的凸形空心結構體118的頸部124包含複數個相互組接的形狀記憶合金板138而非一體成形的結構體,而控制電路134嵌設於該些形狀記憶合金板138與頸部124。
請共同參照圖1與圖7,圖7為圖1的風扇系統的抑音方法流程圖。如圖1與圖7所示,在步驟S101中,透過風扇112的運轉產生
聲波傳遞至凸形空心結構體內部126。在步驟S102中,透過溫度感測器108感測伺服器100內的溫度。在步驟S103中,透過溫度感測器108傳送溫度感測訊號至中央處理器106。在步驟S104-1以及步驟S104-2中,透過中央處理器106分別傳送溫度感測訊號至風扇112以及控制電路134。在步驟S105中,風扇112依據溫度感測訊號改變其轉動轉速。在步驟S106中,控制電路134依據溫度感測訊號控制凸形空心結構體118的形狀記憶合金的厚度,進而改變凸形空心結構體內部126的體積,以使得凸形空心結構體118的共振頻率近似甚至相同於風扇112運轉時的轉動頻率。
當伺服器100內的溫度改變時,風扇112的轉速也會相對改變,而風扇112的轉速具有對應的轉動頻率。當風扇112低轉速運轉以及高轉速運轉時分別會產生低頻率以及高頻率的聲波訊號。如圖7所示,當風扇112的轉速變快時,透過控制電路134加熱凸形空心結構體118的形狀記憶合金,使形狀記憶合金的厚度增加,相對地減少凸形空心結構體內部126的體積,進而提高凸形空心結構體118的共振頻率。若經過一段時間後風扇112的運轉速度降低,則透過控制電路134加熱凸形空心結構體118的形狀記憶合金至其臨界溫度以上,使形狀記憶合金轉變為高溫相(奧斯田體)的結構以回復原有形狀,進而使凸形空心結構體內部126回復原本的體積以及凸形空心結構體118回復至原本的共振頻率。
本發明的風扇系統的凸形空心結構體亦可替換為其他結構,同樣能達到抑音效果。請參照圖8。圖8為本發明的風扇系統安裝於伺服器的另一實施例的示意圖。如圖8所示,一伺服器200包含一風扇系統202、一硬碟裝置204、一中央處理器206、一溫度感測器208及一電路板210,
風扇系統202包含有一風扇212及一本體214,而本體214包圍風扇21,而風扇202設於硬碟裝置204的一側。風扇212、硬碟裝置204、中央處理器206及溫度感測器208電性連接於電路板210,而本體214還透過外拉式的電線216與電路板110電性連接。溫度感測器208感測伺服器200內的溫度。
請共同參照圖8與圖9A,圖9A為圖8的風扇系統的第一實施例的示意圖。如圖8與圖9A所示,風扇系統202的本體214為形狀記憶合金的框體,本體214包圍風扇212且沿著Y軸方向與風扇212相間隔。風扇212包含有一馬達218與兩個扇葉220及222,兩扇葉220及222分別連接於馬達218的兩側。本體214具有一內端面224,內端面224與兩扇葉220及222相間隔。內端面224間隔地設有複數個凹槽226,而每一凹槽226沿著X軸方向以及Y軸方向分別具有一寬度W3與一深度H1。當馬達218啟動兩扇葉220及222轉動時,兩扇葉220及222會帶動氣流流動,當氣流流經風扇212與本體214之間會產生一種聲波,其被稱為風切聲(Wind noise),而風扇212運轉時所產生的風切聲會傳遞至該些凹槽226內。風扇系統202還包括複數個控制電路228,該些控制電路228分別嵌設於本體214,各控制電路228用以依據風扇212的運作狀態來控制本體214的形變量,進而改變本體214的凹槽226的體積。
圖9B為圖9A的俯視圖。如圖9B所示,本體214沿著XZ平面間隔地設有該些凹槽226,且該些凹槽226的形狀均為具有相同邊長的正方形。
請參照圖10,圖10為圖8的風扇系統的第二實施例的俯視
圖。如圖10所示,本體214沿著XZ平面間隔地設有複數個凹槽230,而該些凹槽230的形狀包含有相同邊長的正方形、不同長度與寬度的矩形、圓形、三角形、五邊形及六邊形。
請參照圖11,圖11為圖8的風扇系統的第三實施例的示意圖。如圖11所示,該內端面224間隔地設有複數個凹槽232,各凹槽232沿Y軸方向包含一第一區234及一第二區236,各第一區234相較於第二區236較鄰近內端面224。每一凹槽232的第一區234與第二區236在X軸方向上具有寬度W4及寬度W5,寬度W4小於寬度W5,當風扇212運轉時,風切聲會傳遞至該些凹槽232內。各控制電路228用以依據風扇212的運作狀態來控制本體214的形變量,進而改變本體214的凹槽232的體積。
請參照圖12,圖12為圖8的風扇系統的第四實施例的示意圖。如圖12所示,風扇系統202的本體214包含內端面224以及相鄰於內端面224的兩個側端面238及240,內端面224面對風扇212且與風扇212相間隔,兩個側端面238及240各設有複數個凹槽242,而風扇212運轉時所產生的風切聲會傳遞至該些凹槽242內。各凹槽242沿X軸方向包含一第一區244及一第二區246,而第一區244相較於第二區246較鄰近側端面238(或240)。每一凹槽242的第一區244與第二區246在Y軸方向上具有寬度W6及寬度W7,而寬度W6小於寬度W7。各控制電路228用以依據風扇212的運作狀態來控制本體214的形變量,進而改變本體214的凹槽242的體積。
請參照圖13,圖13為圖9A的風扇系統降低噪音的示意圖。
由於風扇212在不同轉速下運轉時,風扇212與凹槽226的底部之間的距離需要相對地調整,才可有效抑制風切聲。因此,當透過控制電路228調整凹槽226的體積至適當值後,風扇212運轉產生的入氣流S3進入本體214的凹槽226經過反射後,從凹槽226離開的出氣流S4所產生的音量將小於入氣流S3產生的音量。
請共同參照圖8與圖14,圖14為圖8的風扇系統的抑音方法流程圖。如圖8與圖14所示,在步驟S201中,透過風扇212的運轉產生聲波傳遞至本體214的凹槽226內。在步驟S202中,透過溫度感測器208感測伺服器200內的溫度。在步驟S203中,透過溫度感測器208傳送溫度感測訊號至中央處理器206。在步驟S204-1以及步驟S204-2中,透過中央處理器206分別傳送溫度感測訊號至風扇212以及控制電路228。在步驟S205中,風扇212依據溫度感測訊號改變其轉動轉速。在步驟S206中,控制電路230依據溫度感測訊號控制本體214的形狀記憶合金的厚度,進而改變本體214的凹槽226的體積,以使得風扇212運轉時產生的聲波於凹槽226內進行反射以使其能量降低。
當伺服器200內的溫度改變時,風扇212的轉速也會相對改變,而風扇212的轉速具有對應的轉動頻率。當風扇212低轉速運轉以及高轉速運轉時分別會產生低頻率以及高頻率的聲波。如圖14所示,當風扇212的轉速變快時,透過控制電路228加熱本體214的形狀記憶合金,使形狀記憶合金的厚度增加,相對地減少本體214的凹槽226的體積,使凹槽226具有較小空間而使得高頻聲波達到較優的反射效果。若經過一段時間後風扇212的運轉速度降低,則透過控制電路228加熱本體214的形狀
記憶合金至其臨界溫度以上,使形狀記憶合金轉變為高溫相(奧斯田體)的結構以回復原有形狀,進而使凹槽226回復原本的體積,此時凹槽228相對地具有較大空間而使得低頻聲波達到較優的反射效果。
透過本發明所提供的風扇系統,除了維持硬碟裝置與風扇系統之間的正常對流之外,透過形狀記憶合金的特性以及搭配控制電路,控制電路可依據風扇轉動頻率且/或電子裝置運作溫度適當地調整凸形空心結構體內部的體積,如此一來,即使風扇以不同速度轉動時,也可使凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於風扇的轉動頻率,以降低風扇轉動時產生的音量;或者透過控制電路適當地調整本體的厚度,以使得風扇與凹槽底部之間距維持於適當值,藉此抑制風切聲。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內,所為之更動與潤飾,均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
114‧‧‧抑音裝置
116‧‧‧電線
118‧‧‧凸形空心結構體
120‧‧‧通道
122‧‧‧本體
124‧‧‧頸部
126‧‧‧凸形空心結構體內部
128‧‧‧開口
130‧‧‧上壁面
132‧‧‧下壁面
134‧‧‧控制電路
T1‧‧‧厚度
L‧‧‧頸部的長度
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
Claims (16)
- 一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇;一凸形空心結構體,該風扇運轉時傳送一聲波至該凸形空心結構體;以及至少一控制電路,連接於該凸形空心結構體,該至少一控制電路用以依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該凸形空心結構體本身的形變量。
- 如請求項1所述之風扇系統,其中該凸形空心結構體包含一本體及一頸部,該本體與該頸部沿著一X軸方向分別具有一寬度W1以及一寬度W2,該寬度W2小於該寬度W1,該本體連接於該頸部以包圍形成一凸形空心結構體內部。
- 如請求項1所述之風扇系統,更包括一通道,該凸形空心結構體包含一凸形空心結構體內部,該通道延伸至該風扇且與該凸形空心結構體內部相連通,該聲波透過該通道傳遞至該凸形空心結構體內部。
- 如請求項1所述之風扇系統,其中該凸形空心結構體的材料為形狀記憶合金,該至少一控制電路加熱該凸形空心結構體以改變該凸形空心結構體的厚度。
- 如請求項2所述之風扇系統,其中該本體以及該頸部的材料為形狀記憶合金,該至少一控制電路加熱該本體與該頸部的至少一者,以改變該本體與該頸部的至少一者的厚度。
- 如請求項2所述之風扇系統,其中該本體包含複數個相互組接的形狀記憶合金板,該至少一控制電路加熱該些形狀記憶合金板,以改變該本體的厚度。
- 如請求項2所述之風扇系統,其中該頸部包含複數個相互組接的形狀記憶合金板,該至少一控制電路加熱該些形狀記憶合金板本體,以改變該頸部的厚度。
- 一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇;一本體,該本體包圍該風扇,該本體的一內端面面對於該風扇且與該風扇相間隔,該內端面設有一凹槽,該風扇傳送一聲波至該凹槽;以及一控制電路,連接於該本體,該控制電路依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該本體的形變量,進而改變該凹槽的體積。
- 如請求項8所述之風扇系統,其中該本體的材料為形狀記憶合金,該控制電路加熱該本體,以改變該本體的厚度。
- 如請求項8所述之風扇系統,其中該凹槽在一X軸方向上具有一寬度W4。
- 如請求項8所述之風扇系統,其中該凹槽在一Y軸方向上包含一第一區與一第二區,該第一區相對於該第二區較鄰近該內端面,該第一區與該第二區在一X軸方向上分別具有一寬度W4及一寬度W5,該寬度W4小於該寬度W5。
- 一種風扇系統,用於為一電子裝置散熱,該風扇系統包括:一風扇; 一本體,該本體包圍該風扇,該本體包含一內端面以及與該內端面相鄰的一側端面,該內端面面對於該風扇且與該風扇相間隔,該側端面設有一凹槽,該風扇運轉時傳送一聲波至該凹槽;以及一控制電路,連接於該本體,該控制電路用以依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該本體的形變量,進而改變該凹槽的體積。
- 如請求項12所述之風扇系統,其中該本體的材料為形狀記憶合金,該控制電路加熱該本體,以改變該本體的厚度。
- 如請求項12所述之風扇系統,其中該凹槽在一X軸方向上包含一第一區與一第二區,該第一區相對於該第二區較鄰近該側端面,該第一區與該第二區在一Y軸方向上分別具有一寬度W6及一寬度W7,該寬度W6小於該寬度W7。
- 一種風扇系統的抑音方法,該風扇系統包含一風扇與一凸形空心結構體,該抑音方法包括:透過該風扇的運轉傳遞一聲波至該凸形空心結構體的一凸形空心結構體內部;感測一風扇與一電子裝置至少其中之一的運作狀態;以及依據該風扇與該電子裝置至少其中之一的運作狀態來控制該凸形空心結構體本身的形變量,進而改變該凸形空心結構體內部的體積,以使得該凸形空心結構體的共振頻率近似甚至相同於該風扇運轉時的一轉動頻率。
- 如請求項15所述的風扇系統的抑音方法,其中控制該凸形空心結構體的形變量係包含:透過加熱改變該凸形空心結構體的厚度。
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