專利名稱：風(fēng)扇裝置和包括這種裝置的電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)扇裝置，特別地但不排除地涉及用于向諸如電信裝置的電 氣設(shè)備或電子設(shè)備提供冷卻的風(fēng)扇裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)扇用來提供空氣運動，尤其是用于冷卻應(yīng)用。
通常，風(fēng)扇具有圍繞安裝在電機驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇輪轂而設(shè)置的一個或 多個葉片。風(fēng)扇的壽命和可靠性取決于其中安裝有軸的電動機軸承。反之， 軸承壽命取決于幾個變量，包括構(gòu)建材料、加工誤差、潤滑劑組成以及工作 溫度。由于軸承故障率是工作溫度的指數(shù)函數(shù)，這些變量中溫度最重要。如 果溫度過高，軸承潤滑劑將不可逆轉(zhuǎn)地惡化并失效。由于熱膨脹以及它對誤 差的影響，也可能出現(xiàn)機械故障。
可通過在風(fēng)扇4侖轂中設(shè)置開口來冷卻風(fēng)扇電動機軸承。這允許通過電動 機引導(dǎo)空氣，由此使得相對較冷氣源驅(qū)散由電動機和軸承產(chǎn)生的熱量。大多 數(shù)風(fēng)扇包含這些開口。但是由于多種原因，限制了此技術(shù)的有效性。隨著風(fēng) 扇變得更小，用于通風(fēng)的可用面積就減小，由此降低了冷卻有效性。在較大 風(fēng)扇中繞組量很大，且因此吸取足量空氣的能力降低。而且在一些應(yīng)用中， 軸承處的周圍空氣溫度本身相當高，降低了提供冷卻的有效性。舉例來講， 這可能是特殊問題，其中風(fēng)扇用于冷卻諸如通常安裝在電信系統(tǒng)中并封裝在 基本封閉的機拒中的大功率電氣設(shè)備。隨著設(shè)計的進展，預(yù)計由電信裝置產(chǎn) 生的總熱負荷和熱量密度均將快速上升。由此，在新的設(shè)計中，從設(shè)備機拒 噴射出的廢氣溫度增加，導(dǎo)致更高的風(fēng)扇故障率并限制了對流空氣冷卻技術(shù) 的有效性。
4對于某些類型的風(fēng)扇，輪轂的空氣冷卻是不可能的。設(shè)計用于惡劣環(huán)境 的風(fēng)扇繞組密封在保護性聚合物密封劑中。此密封劑免于使用空氣冷卻，且 實際上是用作絕熱器。由軸承和電動機產(chǎn)生的熱量積聚在軸承處，從而導(dǎo)致 軸承與未密封風(fēng)扇相比在較高溫度下運行。
改進軸承可靠性的另 一途徑是使用增強的潤滑劑配方。盡管此途徑已經(jīng) 證明有用，但對軸承增加更多的有效冷卻將拓寬這些已增強潤滑劑配方的效用。
在某些情況下的風(fēng)扇故障可能需要降低冷卻項目的功率運行。在其它情 況下，風(fēng)扇故障可能必需完全使設(shè)備關(guān)機。這是極其不理想的，例如其中， 該設(shè)備包括在位于遠離保修人員地點的電信站中。
如果 一 個風(fēng)扇在 一 組多個同時作業(yè)中出現(xiàn)故障，則其余風(fēng)扇可能需要以 更高速度運行以作為補償，這將增加噪聲級并縮短其壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及包括由軸裝載的至少一個葉片的風(fēng)扇裝置，該軸可轉(zhuǎn)動地安 裝在電動機軸承裝置中。該軸包括具有蒸發(fā)器部分和冷凝器部分的熱管，冷 凝器部分比蒸發(fā)器部分距離電動機軸承裝置更遠。
發(fā)明人已認識到可使用與現(xiàn)有技術(shù)相比不同的機制來冷卻軸承。通過熱 管將傳導(dǎo)冷卻通道設(shè)置在軸承和周圍空氣之間，而非依賴空氣對流冷卻。因 此，降低了由電動機中的電氣損耗產(chǎn)生的浪費熱量的影響。這與旨在降低軸 承中的摩擦或改變環(huán)境溫度的現(xiàn)有技術(shù)相反。
熱管為密封外殼中包括少量液體的結(jié)構(gòu)，該液體通常為水。熱管中的蒸 汽和液體處于均衡狀態(tài)。當蒸發(fā)器部分被加熱時，蒸汽壓力在產(chǎn)生蒸發(fā)的區(qū) 域中增加。高壓下的蒸汽沿著熱管傳送到冷凝器部分。由于該冷凝器部分比 蒸發(fā)器部分更遠離軸承，隨著此處溫度的降低，蒸汽冷凝并丟棄其蒸發(fā)的潛 熱。然后，液體返流蒸發(fā)器部分，該熱管連續(xù)循環(huán)地運行。軸承中產(chǎn)生的熱量直接被導(dǎo)入熱管的蒸發(fā)器部分。此后，通過上述作用快速將熱量下傳到熱 管的冷凝器部分，而熱量在其中被驅(qū)散掉。
由于沒有移動部件，熱管的使用提供了良好可靠性。而且，由于液體且 不僅僅是少量液體在低壓下運行，因此泄漏的風(fēng)險很小。盡管可方便地將水 作為工作流體，但是也可由其它物質(zhì)，例如甲醇代替。
僅在重力的影響下，冷凝液就會返流到蒸發(fā)器部分。在其它實施例中， 吸液芯材料用于通過毛細管作用提供返流;洛徑。例如，該吸液芯材料可以是 涂覆在熱管內(nèi)部的燒結(jié)多孔結(jié)構(gòu)。如果孔的尺寸足夠小，則毛細力足夠大以 允許熱管在任何方向上運行，這是極其有利的。也可使用諸如開槽結(jié)構(gòu)、篩 孔或纖維，或其它小尺寸構(gòu)造來實現(xiàn)毛細管作用。
通過包括一熱管，降低軸承的溫度延長了風(fēng)扇的壽命并增加了可靠性。 在不改變軸承或潤滑劑的材料成分或機械誤差下由此可延長軸承壽命。
與具有用于冷卻風(fēng)扇電動機的通風(fēng)孔的常規(guī)風(fēng)扇設(shè)計相比，較小風(fēng)扇輪 轂尺寸或繞組量不會限制使用本發(fā)明的軸承的冷卻能力。除去通風(fēng)孔也是有 利的，因為這降低了由風(fēng)扇電動機的運行產(chǎn)生的噪聲。
此外，可結(jié)合將電動機繞組裝入聚合密封劑的設(shè)計來使用本發(fā)明，這改 進了惡劣環(huán)境中風(fēng)扇電動機的可靠性。帶有封裝電動機的風(fēng)扇的軸承與帶有 未封裝電動機的風(fēng)扇的軸承得以等效冷卻。
通過應(yīng)用本發(fā)明，更好的軸承熱管理允許使用具有更好摩擦學(xué)特性(例 如延長的壽命)的高粘度潤滑劑材料。因此，使用本發(fā)明以獲得改進的軸承 冷卻可對潤滑劑選擇產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，以進 一 步延長風(fēng)扇壽命。
在本發(fā)明的一個實施例中，該軸基本上完全由熱管構(gòu)成。在另一實施例 中，該熱管形成軸的一部分。該熱管可由鋼、銅、4臬、鋁或其它任何適用的 材料制成。該熱管可包括環(huán)形橫截面的柱體，其它結(jié)構(gòu)和橫截面幾何形狀被 使用于提供軸的性能也是可行的。
6為了加強從冷凝器部分到周圍空氣中的熱傳遞，在一個實施例中，熱管 的冷凝器部分與散熱構(gòu)件熱接觸。例如，散熱構(gòu)件可由導(dǎo)熱材料制成，該導(dǎo) 熱材料設(shè)置在具有良好散熱特性的平坦、肋形、彎曲，或其它形狀的構(gòu)造中。 所提供的增加的表面積改善了熱管的冷凝器部分和周圍空氣之間的總體熱 傳遞系數(shù)。在一個實施例中，定位散熱構(gòu)件以便其延伸出輪轂殼體。該構(gòu)件 的形狀和位置選擇為最大化對空氣的熱傳遞的同時最小化對總體風(fēng)扇氣流 的阻礙。通過更有效地引導(dǎo)空氣到葉片或者遠離葉片，可設(shè)置散熱構(gòu)件的形 狀以降低空氣流噪音。
可安裝散熱構(gòu)件以便其與上游氣流相互作用，或者將其安裝在下游，或 者可將散熱構(gòu)件定位在氣流的上游和下游。在一個實施例中，選擇風(fēng)扇葉片 的材料以使葉片，或多個葉片除了用于除去空氣，還可用作散熱構(gòu)件。例如， 風(fēng)扇葉片可由具有相對較高的熱傳導(dǎo)系數(shù)和相對較低密度的鋁制成。其它材 料也可能具有必要的熱特性或結(jié)構(gòu)特性以實現(xiàn)這兩種功能。在其它實施例
中，由于風(fēng)扇裝置在不具備這些條件的情況下能足夠好地發(fā)揮作用，因此風(fēng) 扇葉片可具有相對較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)但不包括單獨的散熱構(gòu)件。
具有兩個散熱構(gòu)件用于熱傳遞允許了軸承冷卻系統(tǒng)有效地獨立于風(fēng)扇 的方位。
推移系統(tǒng)(push system)和拉動系統(tǒng)(pull system)均用于冷卻電氣設(shè)備機 架。在推移系統(tǒng)中， 一個或多個風(fēng)扇安裝在進氣口處。因此周圍空氣被迫進 入支架并流過電路板，且已加熱空氣通過頂置或后置排氣板排出。推移系統(tǒng) 的 一 個優(yōu)點在于支架保持在相對周圍環(huán)境的正壓下，從而降低了所夾帶的不 期望出現(xiàn)的污染物，例如灰塵，沉積在電路板上的可能性。推移系統(tǒng)中的風(fēng) 扇暴露于更低的周圍空氣溫度。
在拉通裝置(pull-through arrangement)中，風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)排氣口處。 此配置能在電路板上形成更一致的氣流并具有其它優(yōu)點。在空氣通過風(fēng)扇之前首先由電氣設(shè)備加熱，且設(shè)備機架的溫度低于流過風(fēng)扇的空氣的溫度。但 是，更高的環(huán)境溫度導(dǎo)致了更短的風(fēng)扇壽命。
在本發(fā)明的一個實施例中，在4立通系統(tǒng)中，熱管的冷凝器部分機械地?zé)?連接至支承結(jié)構(gòu)，風(fēng)扇通過該支承結(jié)構(gòu)安裝在設(shè)備機架上。因此，電動機軸 承溫度可保持為更接近于室內(nèi)環(huán)境溫度，而非從高功率電子機拒排出的更高 空氣溫度。
在本發(fā)明的另 一 實施例中，可轉(zhuǎn)動地將軸支承在遠離電動機軸承的裝置 中。這樣可改善該軸的機械穩(wěn)定性。例如，此裝置可以是另一個軸承或襯套。 該裝置可以如此，從而也允許將熱管的冷凝器部分熱連接至支承結(jié)構(gòu)，保證 將熱從冷凝器部分有效地傳遞至支承結(jié)構(gòu)。由于機拒的低溫和較大表面積，
此傳導(dǎo)機構(gòu)為熱有效的，且相對于該板和空氣之間的對流熱阻，軸和機拒之 間的導(dǎo)熱阻較低。
通過將熱管的冷凝器部分安裝到設(shè)備機架，可降低電動機軸承裝置的溫 度，且因此明顯延長其壽命。


現(xiàn)在僅通過舉例并參照附圖描述本發(fā)明的 一 些實施例，其中 圖1示意性地圖示了在橫截面上根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)扇裝置； 圖2示意性地圖示了在橫截面上包括在圖1的裝置中的熱管； 圖3示意性地圖示了本發(fā)明的另一實施例；
圖4示意性地圖示了本發(fā)明的又一實施例，在其中密封劑保護電動機； 圖5示意性地圖示了包括風(fēng)扇盤的電信裝置； 圖6顯示了圖5中所示裝置的更詳細部分；以及 圖7示意性地圖示了本發(fā)明的另一實施例。
具體實施方式
參照圖l,風(fēng)扇裝置1包括外轉(zhuǎn)子式電動機2，其具有轉(zhuǎn)子疊片3、定
子疊片4和定子線圈5，設(shè)置用來圍繞軸X-X轉(zhuǎn)動地驅(qū)動電機軸6。軸6安 裝在分別由第一電動機軸承7和第二電動機軸承8組成的軸承裝置中。風(fēng)扇 裝置1包括具有多個葉片9的葉輪。葉片9安裝在由軸6支載的輪轂殼體10 上，從而當電動機2驅(qū)動軸6時，葉片9轉(zhuǎn)動以在由箭頭所示的方向上移動 周圍空氣。
軸6幾乎全部由圖2詳細圖示的熱管11組成。熱管11包括具有內(nèi)表面 帶有燒結(jié)吸液芯結(jié)構(gòu)12的中空鋼管。足以浸透吸液芯結(jié)構(gòu)12的少量水也包 含在該管中。熱管11具有位于第一軸承7和第二軸承8的區(qū)域中的蒸發(fā)器 部分13，以及冷凝器部分14。冷凝器部分14可在葉片9所處的電動機2前 面的方向上延伸。
在軸承裝置7和8處產(chǎn)生的熱量致使水在蒸發(fā)器部分13處蒸發(fā)。蒸汽 沿著熱管11進入溫度低于蒸汽發(fā)生器13的冷凝器部分M。蒸汽通過吸液芯 結(jié)構(gòu)12冷凝并回流到蒸發(fā)器部分13。該機構(gòu)使得熱量從第一軸承7和第二 軸承8傳走，從而它們比在沒有包括熱管的情況下保持更低的溫度。
在該實施例中，將構(gòu)造為板15的散熱構(gòu)件在軸6的冷凝器端處接合熱 管ll。這會增加熱量從冷凝器部分H傳遞到周圍空氣中的可用表面積。然 而，盡管是有利的，但包括板或其它附加裝置的熱管而增強熱量傳遞對得益 于本發(fā)明來說并不重要。
在另一實施例中，軸6只是部分地由熱管構(gòu)成。例如，軸承裝置的一個 軸承可能會傾向于達到比包括在該裝置中的另 一 個或多個軸承更高的溫度， 在這種情況下，只有變得更熱的該軸承需要冷卻。在另一實施例中，該軸承 裝置可只包括一個單軸承。
在未圖示的另一實施例中，熱管可在與圖1中所示的方向相反的方向上從電動機延伸。在此實施例中，在如圖1所示的組件中，蒸發(fā)器部分位于軸承裝置處，且冷凝器部分在電動機2的另 一側(cè)上的風(fēng)扇組件1后面延伸至葉
片9。散熱構(gòu)件，例如圖1中所示的板15，也可用于這樣的替換實施例中。
參照圖3，其中與圖1中的部件相似的部件給予相同的附圖標記，軸6基本上完全由熱管16構(gòu)成，軸6在一個方向上從軸承裝置7和8延伸出輪轂殼體IO，并在另一方向上延伸出電動機2。熱管16靠近軸承7和8的部分被用作蒸發(fā)器部分17,且兩末端為冷凝器部分18和19,這兩個冷凝器部分均與蒸發(fā)器部分17 —起作用，以在由箭頭所示的遠離軸承7和8的相反方向上"l是供熱傳遞。散熱構(gòu)件20和21固定到熱管的4壬一端。在其它實施例中，省略了散熱構(gòu)件20和21的其中之一，或兩者都省略。
在具有兩個冷凝器部分的另 一實施例中，熱管具有兩個相應(yīng)的蒸發(fā)器部
分，每個蒸發(fā)器部分與各自的冷凝器部分相聯(lián)，且在它們之間沒有連續(xù)通道。在這種情況下，熱管被用作兩個分離的部件。
參照圖4，風(fēng)扇裝置l包括繞組周圍的密封材料21。葉片9由鋁制成，且在此實施例中未包括單獨的散熱構(gòu)件，葉片9具有良好的導(dǎo)熱性。
參照圖5，電信裝置包括將擱置在支架24上的電子設(shè)備23封裝的機拒22。其上安裝有多個風(fēng)扇26的風(fēng)扇盤25位于機拒22的頂部。每個風(fēng)扇26包括根據(jù)其中一個先前所述實施例的熱管。風(fēng)扇26運行以抽吸空氣而越過拉通系統(tǒng)中的電子設(shè)備23。
其中一個風(fēng)扇在圖6中更詳細地3皮圖示。該風(fēng)扇包括熱管27，該熱管從電動機軸承裝置28延伸至電動機29的后面，在其中熱管經(jīng)由附加軸承30或殼^本熱連接至機拒壁31。這帶來了額外的機械安全性并4是供了用于冷卻
的通道。安裝支架32為風(fēng)扇提供了主結(jié)構(gòu)支承。
可通過將有效冷卻應(yīng)用到機拒殼體而進一步增強風(fēng)扇的運行。例如，可包括制冷面板33。在另 一 實施例中，風(fēng)扇盤可包括在除了拉通系統(tǒng)之外或者替代拉通系統(tǒng)的推通系統(tǒng)(push-through system)中機拒的基底處,如圖5中34處的虛線所示。
圖7示出了與圖1中所示實施例相似的本發(fā)明的另一實施例，除了此情況之外，位于輪轂10前面的散熱構(gòu)件35還被成形為偏轉(zhuǎn)氣流并減少噪音。
在不脫離本發(fā)明精神或重要特征的情況下，還可將本發(fā)明具體化為其它特定形式。要進行全面考慮的所述實施例只是說明性而非限制性的。因此，通過所附權(quán)利要求而非前面的描述表示本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求等同物的含義和領(lǐng)域內(nèi)的所有更改應(yīng)該嚢括在它們的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 包括由軸支載的至少一個葉片的風(fēng)扇裝置，該軸能夠轉(zhuǎn)動地安裝在電動機軸承裝置中，該軸包括具有蒸發(fā)器部分和冷凝器部分的熱管，并且該冷凝器部分比該蒸發(fā)器部分更遠離于該電動機軸承裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇裝置，其包括與該熱管的冷凝器部分熱接觸 的散熱構(gòu)件。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)扇裝置，其中該散熱構(gòu)件為所述至少一個葉片。
4. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)扇裝置，其中該散熱構(gòu)件為基本上平坦的導(dǎo)熱板。
5. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)扇裝置，其中該散熱構(gòu)件被配置于引導(dǎo)氣流， 從而與不存在該構(gòu)件時的噪聲級相比降低了氣流噪聲級。
6. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇裝置，其中該熱管在該電動機軸承裝置的兩 側(cè)延伸且包括兩個冷凝器部分，每個冷凝器部分比相聯(lián)的蒸發(fā)器部分更遠離 于該電動機軸承裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的風(fēng)扇裝置，其中該熱管包括位于該兩個冷凝器部 分之間的單蒸發(fā)器部分。
8. 如前述權(quán)利要求任一項所述的風(fēng)扇裝置，其包括散熱器，該或至少一 個冷凝器部分熱連接至該散熱器，且該散熱器被有效冷卻。
9. 如前述權(quán)利要求任一項所述的風(fēng)扇裝置，其包括風(fēng)扇盤和安裝在所述 風(fēng)扇盤中的多個風(fēng)扇，所述多個風(fēng)扇的至少一個包括由軸支載的至少一個葉 片，該軸能夠轉(zhuǎn)動地安裝在電動機軸承裝置中，該軸包括具有蒸發(fā)器部分和 冷凝器部分的熱管，并且該冷凝器部分比該蒸發(fā)器部分更遠離于該電動機軸 承裝置。
10. 包括電氣設(shè)備、封裝所述電氣設(shè)備的機拒以及至少 一個風(fēng)扇的電氣裝 置，所述風(fēng)扇包括由軸支載的至少一個葉片，該軸能夠轉(zhuǎn)動地安裝在電動機軸承裝置中，該軸包括具有蒸發(fā)器部分和冷凝器部分的熱管，并且該冷凝器部分比該蒸發(fā)器部 分更遠離于該電動機軸承裝置。
全文摘要
一種風(fēng)扇，包括由安裝在可轉(zhuǎn)動的電機軸6上的輪轂殼體10支載的多個葉片9。軸6包括用于將熱量從電動機軸承7和8傳遞到散熱板15的熱管11。該風(fēng)扇尤其可用于冷卻封裝在機柜中的電氣設(shè)備或電子設(shè)備，例如電信裝置。
文檔編號H02K9/20GK101467336SQ200780021143
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者A·M·利昂斯, A·奧洛克林, M·S·霍德斯 申請人:盧森特技術(shù)有限公司