專利名稱：風扇模塊以及服務器設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及風扇模塊以及服務器設備，例如，涉及組合有軸流風扇和整流格柵的風扇模塊及安裝有該風扇模塊的信息設備即服務器設備。
背景技術：
在0A、IT設備和家電制品中會搭載用于冷卻發熱電子部件的冷卻風扇。近年來，在市場上，這些家電制品、0A、IT設備的小型化、高性能化正在推進。隨著該小型化、高性能化，由于設備的內部結構中的電子部件的高密度化，來自電子部件的發熱量有增加的趨勢。針對來自電子部件的發熱量增加，作為冷卻風扇通常采用小型且易于獲得風量的小型軸流風扇。小型軸流風扇在多數情況下，由設計者將風扇供應商銷售的通用品中與各自的用途匹配的風扇安裝到設備中。 當然，通用小型軸流風扇并沒有在每個所安裝的設備中進行調整，因此，在多數設備上，風扇并沒有發揮出人們期望的性能。尤其是，如數據中心的服務器設備類所代表的信息設備類所示地，在設備內部的基座類高密度安裝的情況下，由于流入風扇的空氣的紊亂和流路寬度的縮小，而使風扇的風量明顯減少，另外使噪音增加。因此，對于安裝在信息設備類上的通用小型軸流風扇中，開始重視能夠實現安裝時的風量增加和低噪音化的技術。例如在專利文獻I中記載了，相對于風扇的旋轉軸方向從氣流的上游側依次串聯配置有第一軸流風扇和第二軸流風扇的共計兩個軸流風扇，在各個軸流風扇之間配置有整流裝置。另外，還記載了所述整流裝置通過使從所述第一軸流風扇流出的氣流轉向，而向所述第二軸流風扇付與與旋轉方向逆向的旋轉流。作為其效果，記載了所述串聯配置的兩個軸流風扇的靜壓特性提高且風量增加。專利文獻I :W02008/062835在上述那樣的現有技術中得到了風量增加的效果，但另一方面并沒有提到低噪音化。因此，具有使軸流風扇安裝時的風量增加和低噪音化同時實現的課題。另外，由于以兩個軸流風扇的串聯配置為前提，所以還具有在向與此不符的信息設備類安裝的形式下無法使用的課題。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種謀求在信息設備類上安裝時的軸流風扇的風量增加和低噪音化的風扇模塊以及服務器設備。為了解決上述課題，采用例如權利要求書中記載的結構。本申請包含多個解決上述課題的方法，但是列舉示例的話，則采用一種風扇模塊，將空氣取入并排出，其特征在于，具有相對于空氣的流動設置在上游側的整流格柵和設置在下游側的軸流風扇，在從所述軸流風扇的旋轉軸方向觀察所述風扇模塊的情況下，構成所述整流格柵的定子葉片的后緣與構成所述軸流風扇的動葉片的前緣分別與具有不同半徑的兩個同心圓各具有兩個交點，在將構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的兩個交點連結的直線與將構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的兩個交點連結的直線，在所述兩個同心圓中的一個同心圓上，與構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的一個交點和構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的一個交點重疊的情況下，在所述兩個同心圓中的另一個同心圓上，構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的另一個交點與構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的另一個交點不一致。而且其特征在于，所述動葉片的傾斜方向與所述定子葉片的傾斜方向為反方向。而且其特征在于，所述定子葉片相對于所述動葉片付與反向預旋。 而且其特征在于，構成所述整流格柵的定子葉片是呈U字形翹曲的形狀。而且其特征在于，在所述軸流風扇的下游側也配置有整流格柵。而且其特征在于，構成配置在所述軸流風扇的下游側的所述整流格柵的定子葉片的后緣在所述軸流風扇的旋轉方向上相對于前緣的位置為，正的位置。而且其特征在于，構成所述整流格柵的定子葉片的相鄰彼此之間的間隔比手指的寬度窄。而且其特征在于，所述任一項的風扇模塊的軸流風扇與整流格柵一體構成。而且其特征在于，串聯或并聯地組合有多個所述任一項的風扇模塊。而且其特征在于，將所述任一項的風扇模塊安裝在服務器設備類上。發明效果根據本發明，能夠提供一種謀求向服務器設備安裝時的軸流風扇的風量增加和低噪音化的風扇模塊。
附圖鎖明圖I是本發明的實施例一的風扇模塊。圖2是構成圖I所示的風扇模塊的整流格柵。圖3是構成圖I所示的風扇模塊的軸流風扇。圖4是大氣開放時的向軸流風扇的流入。圖5是在信息設備類上安裝時的向軸流風扇的流入。圖6是大氣開放時與安裝時的流入軸流風扇的速度分布的比較。圖7是從旋轉軸方向觀察到的圖I所示的風扇模塊的一部分。圖8是表示本發明的實施例二的效果的圖表。圖9是本發明的實施例三的風扇模塊的圓筒剖面。
圖10是本發明的實施例四的風扇模塊。圖11是構成圖10所示的風扇模塊的整流格柵。圖12是本發明的實施例四的風扇模塊的圓筒剖面。圖13是本發明的實施例五的風扇模塊。圖14是構成圖13所示的風扇模塊的整流格柵。圖15是本發明的實施例六的PC服務器設備的概略構成圖。圖16是本發明的實施例七的風扇模塊。
圖17是表示本發明的實施例七的效果的圖表。圖18是本發明的實施例八的風扇模塊。圖19是本發明的實施例九的風扇模塊。圖20是本發明的實施例十的刀片服務器(blade server)的概略構成圖。附圖標記說明I 風扇模塊2 整流格柵3 軸流風扇 21、31 凸臺22 定子葉片23、35 外框32 動葉片33 馬達蓋筒34 支柱
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的一個實施例進行說明。首先，用圖I 圖3說明風扇模塊的概略構成。此外，各圖所示的附有同一標記的結構具有同一功能，因此，有時在其他附圖中會省略這些說明。圖I是風扇模塊。風扇模塊I通過從氣流的上游側依次串聯排列整流格柵2和軸流風扇3而構成。圖2是整流格柵。整流格柵2由凸臺21、從凸臺延伸出的定子葉片22和支承定子葉片的外框23構成。圖3是軸流風扇。軸流風扇3構成包括安裝有馬達的旋轉的凸臺31、從凸臺延伸出的動葉片32、對安裝在凸臺上的馬達進行支承的馬達蓋筒(motor cup)33、支承馬達蓋筒33的支柱34和進行支撐的外框35。用圖4、圖5、圖6對實施例一進行說明。圖4是說明大氣開放時的流入軸流風扇的狀態的圖。圖5是說明在信息設備類上安裝時的流入軸流風扇的狀態的圖。圖6是大氣開放時與安裝時的流入軸流風扇的速度分布的比較圖。在各種信息設備類的冷卻中，通常在冷卻風扇的上游側配置有基座等的將氣流擾亂的阻擋體。當被這些阻擋體擾亂的氣流向安裝在信息設備類上的風扇流入時會產生噪音。另外，如圖4所示，通用小型軸流風扇以在大氣開放條件下使用為前提，因此，向軸流風扇的流入al不僅設計為來自旋轉軸方向，也假想為來自與旋轉軸正交的方向。另一方面，安裝時的軸流風扇被限制了流路，因此，例如如圖5所示，成為僅來自旋轉軸方向的流入a2。若對基于這種軸流風扇的流入條件的不同而造成的旋轉軸方向的速度分布的不同進行比較，則成為如圖6所示的情況。圖6的縱軸與橫軸的交點表示軸流風扇的風扇半徑0的位置(即軸流風扇的風扇中心的位置)。由圖6可知，安裝時的軸流風扇(圖6中的實線)由于流路的限制而使旋轉軸方向的速度平均地增加。即，與大氣開放時的流入軸流風扇的速度分布的平均值相比，安裝時的流入軸流風扇的速度分布的平均值變快。因此，安裝時的軸流風扇是在與原本設想的狀態不同的狀態下使用的，所以風量和靜壓下降。因此，如果將圖I所示的風扇模塊I與以往使用的軸流風扇相同地用于各種信息設備類的冷卻的話，則使基于配置在風扇模塊上游側的阻擋體(具體例后述，但其意味著例如服務器設備的冷卻對象)而擾亂的氣流被整流格柵2整流而流入軸流風扇3。這樣，由于不會使被擾亂的氣流流入軸流風扇3，所以產生的噪音得到抑制，另外，通過改善使得即使在安裝狀態下也能夠滿足在軸流風扇的設計下設想的流入條件，從而與在上游側不具有整流格柵的軸流風扇相比，使安裝時的軸流風扇的風量和靜壓上升。實施例二另一方面，如圖I所示，在風扇模塊I中，由于整流格柵2配置在軸流風扇3的正前面，所以擔心隨著軸流風扇3的安裝有馬達的凸臺31的旋轉而使動葉片32旋轉，由此會引起整流格柵的與定子葉片22的動葉片定子葉片干擾，且擔心以動葉片32或定子葉片22的葉片數為原因的頻率的噪音增大。 對此，在本實施例二中，通過著眼于定子葉片22和動葉片32的位置關系，而抑制以動葉片32或定子葉片22的葉片數為原因的頻率的噪音增大。圖7是從氣流的上游側在動葉片32的旋轉軸方向上觀察到的風扇模塊I的一部分。如上所述，當向圖中的箭頭方向旋轉的動葉片32從靜止的定子葉片22通過時，產生動葉片定子葉片干擾。關于使中心與整流格柵2的凸臺21相同且具有任意不同半徑的圓41和圓42,將圓41與定子葉片22的交點設為點43，將圓42與定子葉片22的交點設為點44，將圓41與動葉片32的交點設為點45，將圓42與動葉片32的交點設為點46。在將連結點43和點44的線段設為線47，且將連結點45和點46的線段設為線48時，本實施例二的風扇模塊成為，在圓41上使點43和點45重疊時，或者在圓42上使點44和點46重疊時，線47和線48不一致的結構。所謂不一致的結構意味著，例如，如圖7所示，在動葉片32上的點46移動到與定子葉片上的點44重疊的位置上的情況下，動葉片32上的其他的點45’與定子葉片上的點43不重疊的狀態。該結構也可以考慮為如下結構，一種將空氣取入排出的風扇模塊，其特征在于，具有相對于空氣的流動而設置在上游側的整流格柵和設置在下游側的軸流風扇，在從上述軸流風扇的旋轉軸方向觀察上述風扇模塊的情況下，若設定具有不同半徑的兩個虛擬同心圓，則構成上述整流格柵的定子葉片的后緣與構成上述軸流風扇的動葉片的前緣分別與該同心圓各具有兩個交點，在將構成上述整流格柵的定子葉片的后緣上的兩個交點連結的直線與將構成上述軸流風扇的動葉片的前緣上的兩個交點連結的直線，在上述兩個同心圓中的一個同心圓上，與構成上述整流格柵的定子葉片的后緣上的一個交點和構成上述軸流風扇的動葉片的前緣上的一個交點重疊的情況下，在上述兩個同心圓中的另一個同心圓上，構成上述整流格柵的定子葉片的后緣上的另一個交點與構成上述軸流風扇的動葉片的前緣上的另一個交點不一致。進一步地，該結構也可以考慮為，當使構成上述軸流風扇的動葉片的前緣從構成上述整流格柵的定子葉片的后緣通過時，始終付與在一點上交叉的偏斜(skew)。根據該結構，動葉片32始終僅在一點上從定子葉片22通過，因此能夠將同時產生動葉片定子葉片干擾的面積縮到最小。作為其效果，能夠抑制以動葉片32或定子葉片22的葉片數為原因的噪音的各頻率成分的聲壓級的增大。圖8是表示本實施例二的效果的圖表。根據圖8，能夠確認到圖7所示的實施例二的風扇模塊降低了以葉片數為原因的葉片通過頻率噪音(聲壓級)。在實施了實施例二的情況下，與未實施實施例二的情況相比，聲壓級整體上變小。此外，若將圖8的橫軸的“葉片通過頻率的次數”設為n次，則具有(噪音的頻率/(軸流風扇的旋轉次數X葉片的片數))=n的關系。實施例三實施例三是在實施例一或二的風扇模塊中，通過增加由定子葉片使氣流轉向的結構，而使安裝時的風量進一步增加的實施例。圖9是表示本實施例三的定子葉片22和動葉片32的位置關系的風扇模塊的圓筒剖面。從空氣流動的上游側開始排列有整流格柵的定子葉片22和軸流風扇的動葉片32，動葉片32向著旋轉方向R的朝向旋轉。定子葉片22相對于旋轉方向R形成呈U字形翹曲的剖面形狀。向風扇模塊的氣流的速度成分51通過定子葉片22而轉向，由此,成為氣流的速度 成分52且流入動葉片32。因此，基于定子葉片22的存在，使具有與旋轉方向R為反方向的圓周方向速度即氣流的速度成分54的氣流流入動葉片32。即，定子葉片相對于動葉片付與反向預旋。通常，在設計軸流風扇的情況下，將向動葉片的氣流設計為不具有圓周方向的速度成分。但是，在將軸流風扇安裝在各種信息設備類等上來使用的情況下，由于氣流被擾亂而使得，具有與軸流風扇的旋轉方向為相同方向的圓周方向的速度成分的氣流流入軸流風扇。此外，氣流的速度成分53成為，與向風扇模塊流動的氣流的速度成分51為相同朝向且相同大小。數式IPth = p (Cu2u2-Culul). 式 IPth :理論全壓P :密度Cul :動葉片入口的旋轉速度Cu2 :動葉片出口的旋轉速度U1 :動葉片入口的圓周速度U2 :動葉片出口的圓周速度式I是表示軸流風扇的理論全壓的算式。根據該式，軸流風扇的理論全壓能夠如下這樣地得到使從軸流風扇出口的圓周方向的速度成分即旋轉速度Cu2與旋轉速度U2的乘積中減去軸流風扇入口的圓周方向的速度成分即Cul與旋轉速度U1的乘積所得的差，與空氣的密度P相乘。因此，根據該式可知，當流入軸流風扇的氣流具有與軸流風扇的旋轉方向為相同方向的圓周方向的速度成分的情況下，會使軸流風扇的全壓下降。另一方面，本實施例三的定子葉片22向動葉片32付與，具有與動葉片32的旋轉方向R為反方向的圓周方向的速度成分的氣流。根據式1，這種氣流會使軸流風扇的理論全壓上升，隨之靜壓會上升且風量也會增加。實施例四圖10是實施例四的風扇模塊11。風扇模塊11具有從氣流的上游側依次配置有第一整流格柵2、軸流風扇3、第二整流格柵6的結構。第一整流格柵2以及軸流風扇3與實施例一至三中的相同。
圖11是表示第二整流格柵6的結構的圖。第二整流格柵6由凸臺61、從凸臺延伸出的多個定子葉片62和支承定子葉片的外框63構成。圖12是表示本實施例四的定子葉片22、動葉片32和定子葉片62的位置關系的風扇模塊的圓筒剖面。從空氣流動的上游側開始排列有第一整流格柵的定子葉片22、軸流風扇的動葉片32和第二整流格柵的定子葉片62，動葉片32向旋轉方向R的方向旋轉。在此，定子葉片62的后緣在旋轉方向R上相對于前緣的位置為，正的位置。此外，向定子葉片22流入且直到動葉片32為止的氣流與圖9相同。進一步地，從動葉片32流出的氣流以速度成分55向定子葉片62流入。從定子葉片62通過的氣流被整流而以速度成分56流出。數式2
權利要求
1.一種風扇模塊，將空氣取入并排出，其特征在于， 具有相對于空氣的流動設置在上游側的整流格柵和設置在下游側的軸流風扇， 在從所述軸流風扇的旋轉軸方向觀察所述風扇模塊的情況下，構成所述整流格柵的定子葉片的后緣與構成所述軸流風扇的動葉片的前緣分別與具有不同半徑的兩個同心圓各具有兩個交點，在將構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的兩個交點連結的直線與將構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的兩個交點連結的直線，在所述兩個同心圓中的一個同心圓上，與構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的一個交點和構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的一個交點重疊的情況下，在所述兩個同心圓中的另一個同心圓上，構成所述整流格柵的定子葉片的后緣上的另一個交點與構成所述軸流風扇的動葉片的前緣上的另一個交點不一致。
2.根據權利要求I所述的風扇模塊，其特征在于， 所述動葉片的傾斜方向與所述定子葉片的傾斜方向為反方向。
3.根據權利要求I或2所述的風扇模塊，其特征在于， 構成所述整流格柵的定子葉片是呈U字形翹曲的形狀。
4.根據權利要求3所述的風扇模塊，其特征在于， 所述定子葉片相對于所述動葉片付與反向預旋。
5.根據權利要求I 4中任一項所述的風扇模塊,其特征在于， 在所述軸流風扇的下游側也配置有整流格柵。
6.根據權利要求5所述的風扇模塊，其特征在于， 構成配置在所述軸流風扇的下游側的所述整流格柵的定子葉片的后緣在所述軸流風扇的旋轉方向上相對于前緣的位置為，正的位置。
7.根據權利要求I 6中任一項所述的風扇模塊,其特征在于， 構成所述整流格柵的定子葉片的相鄰彼此之間的間隔比手指的寬度窄。
8.根據權利要求I 7中任一項所述的風扇模塊，其特征在于， 構成風扇模塊的軸流風扇與整流格柵成為一體。
9.一種風扇模塊，其特征在于，串聯或并聯地組合有多個權利要求I 8中任一項所述的風扇模塊。
10.一種服務器設備，其特征在于，安裝有權利要求I 9中任一項所述的風扇模塊。
全文摘要
本發明提供一種風扇模塊，要求同時實現向服務器設備安裝軸流風扇時的風量增加和低噪音化。本發明的風扇模塊采用如下的風扇模塊結構，即，在將空氣取入并排出的風扇模塊中，具有相對于空氣的流動而設置在上游側的整流格柵和設置在下游側的軸流風扇，在從所述軸流風扇的旋轉軸方向觀察所述風扇模塊的情況下，當構成所述軸流風扇的動葉片的前緣從構成所述整流格柵的定子葉片的后緣通過時，始終付與在一點上交叉的偏斜。
文檔編號F04D25/08GK102966580SQ201210279579
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月3日 優先權日2011年8月29日
發明者內山祐介, 巖瀨拓, 椿繁裕, 后藤曉 申請人:株式會社日立制作所