KR20040047127A - 컴퓨터용 팬 모터구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터용 팬 모터에 관한 것으로서, 특히, 데스크탑/노트북의 중앙연산처리장치(CPU) 및 반도체 등의 주변전자장치를 냉각시키기 위한 전자칩 냉각장치에 사용되는 팬 모터구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 컴퓨터용 팬 모터구조는 베이스 프레임과, 상기 모터 베이스의 중앙에 결합되는 컵 형상의 하우징과, 상기 모터 베이스 상면에 설치시킨 PCB기판과, 상기 PCB기판 상에 코일을 권선시켜 적정 수 설치되도록 한 코일뭉치와, 상기 하우징 내부에 장착되도록 한 베어링과, 상기 베어링에 축설되어 회전하는 회전축과, 상기 회전축 상단에 결합되도록 한 냉각 팬과, 상기 냉각 팬 저면에 설치되어 각각의 코일뭉치와 대향되도록 한 마그네트를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 냉각 팬과 모터 베이스의 재질을 전기강판 재질을 사용함으로써, 종래의 마그네트의 백 요크 및 코어의 역할을 대체할 수 있게 된다.

이로 인해, 팬 모터의 두께를 대폭 줄일 수 있게 되어 제품의 슬림화와 소형화를 이루게되는 효과를 갖는다.

또한, 팬 모터의 구조가 축형(axial type)으로 제작되어지기 때문에 수직방향의 진동을 방지하여 소음을 줄이게 되는 효과를 갖는다.

Description

컴퓨터용 팬 모터구조{Fan motor structure of computer}

본 발명은 컴퓨터용 팬 모터에 관한 것으로서, 특히, 데스크탑/노트북의 중앙연산처리장치(CPU) 및 반도체 등의 주변전자장치를 냉각시키기 위한 전자칩 냉각장치에 사용되는 팬 모터구조에 관한 것이다.

최근 들어, 노트북 등과 같은 소형 포터블 컴퓨터들은 점차, 성능이 우수하면서도, 두께가 얇고, 가벼워지는 추세에 있다.

이러한 전자제품들의 소형화 및 박형화를 위해서는 컴퓨터 내부에 사용되는 CPU(Central Processing Unit) 및 주변 전자장치의 소형화 및 고속화, 대용량화가 불가피하다.

이처럼, 소형화되어진 CPU 등과 같은 전자부품들의 용량은 상대적으로 대용량화되어짐에 따라서 발열량은 극도로 증가하게 된다.

이러한 발열체로서의 전자부품들의 과열을 방지하기 위해서는 보다 빠르고 효과적인 냉각수단이 갖추어져야한다. 허나, 전자제품들이 점점 더 박형화 되어짐에 따라서 내부의 공간은 더욱 고밀도화 되어질 수밖에 없고, 이러한 공간적 제약으로 냉각유체(공기)의 흐름이 원활히 이루어지지 못해 전자 칩으로부터 발열되는 열을 방출시키는데 어려움이 따르게 된다.

특히, 상기 CPU는 여타의 부품이 갖는 온도에 비하여 상대적으로 상당히 높기 때문에 CPU의 고온화에 따른 문제는 심각하다. 즉, 상기 CPU의 고온화는 결과적으로 클럭(clock) 속도의 저하 및 오작동 그리고 고장 발생율이 급격하게 증가되는 원인이 된다.

현재, 이러한 CPU등과 같은 발열체를 효과적으로 방열시키기 위한 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이에 대한 노력으로 종래에는 팬 모터, 방열핀, 히트파이프 등을 이용한 냉각장치를 프로세서에 붙여 프로세서나 고발열 컴포넌트 등을 냉각시키는데 이용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자칩 냉각장치를 나타낸 사시도로서, 동 도면에서 도시되어진 바와 같이 종래의 전자칩 냉각장치는, CPU 등과 같은 발열체에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할을 하는 터미널 베이스(10)와, 상기 터미널 베이스(10) 상단에 솔더링되도록 한 제 1 및 제 2히트파이프(20,30)와, 상기 제 1히트파이프(20) 끝단에 다수의 방열핀(41)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수평방향의 블록을 형성하는 제 1방열 블록(40)과, 상기 제 2히트파이프(30) 끝단에 다수의 방열핀(51)들이 일정 간격으로 솔더링되어 수직방향의 블록을 형성하는 제 2방열 블록(50)과, 상기 제 1 및 제 2방열 블록(40,50) 냉각유체를 공급하기 위해 그 중심부에 위치하도록 된 팬 모터(60)와, 상기 팬 모터(60) 및 터미널 베이스(10)가 고정되도록 하는 베이스 프레임(70)과, 상기 베이스 프레임(70)의 팬 모터(60) 설치부 상단 중심을 제외한 대부분을 차단시켜 냉각유체가 효율적으로 유입 및 배출될 수 있도록 하는 팬 커버(80)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 터미널 베이스(10)는 CPU에 직접 접촉되어 열을 전도시키는 역할인 만큼, 열 전도율이 우수한 재질을 사용하게되고, 면적을 다소 넓게 형성할 수있는 판형으로 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2히트파이프(30,40)는 터미널 베이스(10)상단에 솔더링(Soldering)되어 CPU에서 발생하는 열을 방열 블록(40,50)까지 이동시키는 역할을 하는 것으로서, 개략적 구조 및 원리에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 히트파이프 내부구조를 보인 단면도로서, 도면에서 보여지는 바와 같이 히트파이프(20,30)의 구조는 일반적으로 밀폐형 용기의 내벽에 다공성 구조물인 윅(Wick)이 형성되고, 그 내부를 작동유체에 의해서 채우도록 되어진다.

이러한 구조의 히트파이프는 부분별로 증발부, 단열부, 응축부를 형성하는데, 상기 증발부는 외부 열원으로부터 열을 흡수하여 작동유체가 기체상태로 증발하게 되고, 이때의 팽창력에 의해 작동유체가 증발부에서 응축부 방향으로의 이동을 하게 된다. 이와 반대로 응축부에서는 온도가 낮은 외부에 열을 빼앗기면서 작동유체가 기체상태에서 액체상태로의 응축이 일어나게 되어 윅(WICK)의 모세관력으로 증발부로 이동되어 상기와 같은 과정을 계속적으로 반복하게 된다.

즉, 히트파이프는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액체간의 상-변화 과정을 통하여 용기 양단사이에 열을 전달하는 장치로 잠열을 이용하여 열을 이동시킴으로써, 단일상의 작동유체를 이용하는 통상적인 열 전달 기기에 비해 매우 큰 열 전달 성능을 발휘하게 된다.

상기 제 1 및 제 2방열 블록(40,50)은 별도의 지그를 이용하여 일정한 간격으로 배열된 다수의 방열핀(41,51)을 히트파이프(20,30) 하단에 솔더링시켜 형성하게 된다. 이때 상기 방열핀(41,51)의 설치각도는 냉각유체의 흐름 방향과 일치되도록 선정한다.

그리고, 팬 모터(60)는 제 1 및 제 2방열 블록에 냉각유체를 공급할 수 있도록 강제대류를 일으키게 된다. 대부분 축류형 팬 모터가 사용되는데, 수직축 방향에서 끌어들인 냉각유체를 수평방향으로 이송하게 된다.

상기 베이스 프레임(70)은 일체형 주조물로 이루어지고, 일측에 팬 모터(60)가 장착되기 위한 모터 장착부(71)가 형성되고, 그 일측으로 터미널 베이스를 장치하기 위한 터미널 장치부(73)가 형성된다.

그리고, 상기 팬 커버(80)는 모터 장착부(71) 상부를 차폐하는 판상체로서, 중앙에 냉각유체를 흡입하기 위한 흡입공(81)이 형성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래의 전자칩 냉각장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, CPU 등과 같은 전자칩에서는 고온의 열이 발생되고, 이러한 발열체 표면에 터미널 베이스(10)가 직접 접촉되어진다.

상기 CPU에서 발생한 열은 터미널 베이스(10)로 전도되어진다. 그리고, 상기 터미널 베이스(10)로 전도되어진 열은 다시 히트파이프(20,30)를 통해 히트파이프(20,30) 각 끝단에 형성된 방열블록(40,50)으로 이동되어진다.

상기 방열블록(40,50)으로 이동된 열은 자연대류에 의해 일부가 냉각되어지지만 이는 실제 매우 적은 부분이고, 상기 방열블록(40,50)의 내측에 설치된 팬 모터(60)을 구동시킴으로써, 강제대류를 일으켜 냉각하게 된다.

이때, 상기 팬 모터(60)는 베이스 프레임(70)의 일측에 형성한 모터장착부(71)와 팬 커버(80)에 의해 유로를 형성하여 외부공기를 방열블록(40,50)으로 이송시키게 된다.

상기한 팬 모터(60)는 냉각장치를 구성하는데 가장 중요한 역할을 하는 것으로서, 냉각장치 전체의 두께를 결정하는 결정적 요인이 된다.

하기, 첨부도면을 참조하여 종래의 팬 모터(60)구조에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 종래의 팬 모터 내부구조를 보인 단면도이다.

동 도면에서 보여지는 바와 같이 종래의 팬 모터구조(60)는 베이스 프레임(70)과, 상기 베이스 프레임(70)의 중앙에 결합되는 컵 형상의 하우징(61)과, 상기 하우징(61) 외벽에 장착되어 다수의 코일 권선부(64)를 형성하도록 된 코어(63)와, 상기 코어(63)의 코일 권선부(64)에 제어전류를 인가시키기 위해 베이스 프레임(70) 상면에 설치시킨 PCB기판(62)과, 상기 하우징(61) 내부에 장착되도록 한 베어링(67)과, 상기 베어링(67)에 축설되어 회전하는 회전축(66)과, 상기 회전축(66) 상단에 결합되도록 한 냉각 팬(65)과, 상기 냉각 팬(65)의 스커트(65a) 내벽에 설치되도록 한 백 요크(68)와, 상기 백 요크(68) 내벽에 설치되어 코어(63)와 대향되도록 한 마그네트(69)로 구성된다.

여기서, 상기 베이스 프레임(70)은 일반적으로 몰드 형태 또는, 알루미늄 다이캐스팅(Al diecasting)으로 제작되어지고, 중앙에 하우징(61)을 장착시키기 위한 장착 홀(70a)이 형성되며, 상기 장작 홀(70a) 주변으로 외부공기가 흡입되도록 하는 다수의 통기 공(70b)이 형성되는 구성으로 이루어진다.

상기 장착 홀(70a) 둘레에는 원판형의 PCB기판(62)이 장착되어 가변 전류를 제어하게 된다.

그리고, 장착 홀(70a)에 장착되어지는 하우징(61)은 컵 형상으로 제작되고, 내부 중공부(61a)에 베어링(67)이 수용되며, 외벽 상단(61b)에는 코어(63)가 장착되는 구성으로 이루어진다.

상기 코어(63)는 대략 4개정도의 분할 면을 형성하고, 각 분할 면에 코일을 권선시키는 코일 권선부(64)를 형성하는 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 하우징(61)의 중공부(61a)에 수용된 베어링(67)에는 회전축(66)이 축설되는데, 상기 회전축(66) 상단에는 냉각팬(65)이 결합되어진다.

상기 냉각 팬(65)은 합성수지 재질을 이용하여 몰드형태로 제작되어진다.

그리고, 원주면 끝자락에는 일정 높이의 스커트(65a)가 형성되며, 상기 스커트 외벽에 연장하여 다수의 팬 날개(65b)가 형성되는 구성으로 이루어진다.

상기 스커트(65a) 내벽에는 금속 판재의 백 요크(68)가 부착되고, 상기 백 요크(68)의 내벽에 다시 N극과 S극이 반복 착자 되어진 마그네트(69)가 부착되어 상기 코어(64)에서 발생되는 가변전극과 대응하는 대면 전극을 형성한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래의 팬 모터의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 팬 모터(60)에 일정전류를 인가하게되면, 상기 전류는 베이스 프레임(70) 상에 설치된 PCB기판(62)에 의해 제어되고, 코어(63)의 분할 면에 각각 형성한 코일 권선부(64)에 공급되어진다.

상기 코일 권선부(64)에는 전류가 흐르면서 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 N극과 S극이 반복 착자되어진 마그네트(69)사이에 반력이 생성된다.

즉, 코일 권선부(64)와 마그네트(69)의 자속의 쇄교에 따른 전자력에 의해서 냉각 팬(65)이 회전하게 된다.

그러나, 상기와 같은 구조로 이루어지는 종래의 컴퓨터용 팬 모터는 이미 부피를 줄일 수 있는데는 한계를 느끼는 것으로서, 전자칩 냉각장치의 부피를 줄이고, 더 나아가 노트북 등을 슬림화 할 수 있도록 하기 위해서는 팬 모터의 슬림화가 최우선되어져야 할 과제인 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각팬과 모터 베이스의 재질을 전기강판 재질로 형성하여 팬 모터의 부피를 최소화할 수 있도록 하는 컴퓨터용 팬 모터구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 팬 모터의 형상을 축형(axial type)으로 제작하여 소음발생의 원인이 되었던 수직방향의 진동을 방지할 수 있도록 하는 컴퓨터용 팬 모터구조를 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자칩 냉각장치를 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 히트파이프 내부구조를 보인 단면도.

도 3은 종래의 팬 모터 내부구조를 보인 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터용 팬 모터구조를 보인 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 터미널 베이스 20: 제 1히트파이프

30: 제 2히트파이프 40: 제 1방열 블록

41,51: 방열핀 50: 제 2방열 블록

60: 축류형 팬 모터 70: 베이스 프레임

71: 모터 장착부 73: 터미널 장치부

80: 팬 커버 160: 팬 모터

161: 하우징 162: PCB기판

164: 코일뭉치 165: 냉각 팬

165a: 스커트 165b: 팬 날개

166: 회전축 167: 베어링

169: 마그네트

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컴퓨터용 팬 모터구조는 베이스 프레임과, 상기 모터 베이스의 중앙에 결합되는 컵 형상의 하우징과, 상기 모터 베이스 상면에 설치시킨 PCB기판과, 상기 PCB기판 상에 코일을 권선시켜 적정 수 설치되도록 한 코일뭉치와, 상기 하우징 내부에 장착되도록 한 베어링과, 상기 베어링에 축설되어 회전하는 회전축과, 상기 회전축 상단에 결합되도록 한 냉각 팬과, 상기 냉각 팬 저면에 설치되어 각각의 코일뭉치와 대향되도록 한 마그네트를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터용 팬 모터구조를 보인 단면도이다.

베이스 프레임(170)과, 상기 모터 베이스(170)의 중앙에 결합되는 컵 형상의 하우징(161)과, 상기 모터 베이스(161) 상면에 설치시킨 PCB기판(162)과, 상기 PCB기판(162) 상에 코일을 권선시켜 적정 수 설치되도록 한 코일뭉치(164)와, 상기 하우징(161) 내부에 장착되도록 한 베어링(167)과, 상기 베어링(167)에 축설되어 회전하는 회전축(166)과, 상기 회전축(166) 상단에 결합되도록 한 냉각 팬(165)과, 상기 냉각 팬(165) 저면에 설치되어 각각의 코일뭉치(164)와 대향되도록 한 마그네트(169)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 베이스 프레임(170)은 중앙에 하우징(161)을 장착시키기 위한 장착 홀(170a)이 형성된다. 그리고, 상기 장착 홀(170a) 주변으로 외부공기가 흡입되도록 하는 다수의 통기 공(170b)이 형성되는 구성으로 이루어진다.

이때, 상기 베이스 프레임(170)의 재질을 전기강판재질로 형성하는데, 그 이유는 종래의 코어를 사용하지 않는 대신 백 요크 역할을 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고, 상기 장착 홀(170a) 둘레에는 원판형의 PCB기판(162)이 장착되고,상기 PCB기판(162) 상에는 직접 코일을 권선시켜 만든 코일뭉치(164)가 설치되어진다.

상기 코일뭉치(164)에 전류를 흐르게 함으로써, 자기장이 형성되는데, 이를 위해서, 전기강판재질의 베이스 프레임(170)이 백 요크 역할을 수행하게 된다.

그리고, 상기 베이스 프레임(170)의 장착 홀(170a)에 장착되도록 한 하우징(161)의 구성은, 컵 형상의 내부 베어링(167)이 수용되도록 한 중공부(161a)가 형성된다.

그리고, 상기 하우징(161)의 중공부(161a)에 수용된 베어링(167)에는 회전축(166)이 축설 되는데, 상기 회전축(166) 상단에는 냉각팬(165)이 결합되어진다.

상기 냉각 팬(165)은 원주면 끝자락에는 일정 높이의 스커트(165a)가 형성되며, 상기 스커트 외벽에 연장하여 다수의 팬 날개(165b)를 일체로 형성시키게 된다.

이때, 상기 냉각 팬(165)은 재질을 전기강판재질을 사용하도록 한다. 이는 상기 냉각 팬 저면에 부착되어지는 원판 형상의 마그네트의 자장을 활성화시키기 위한 백 요크 역할을 대신 수행 할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 마그네트(169)는 N극과 S극이 반복 착자 되어져 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 컴퓨터용 팬 모터의 작용은 우선, 팬 모터(160)에 일정전류를 인가하게 되고, 그런 다음 상기 전류가 베이스 프레임(170) 상에 설치된 PCB기판(162)에 의해 적절히 제어된다.

상기 제어전류는 PCB기판(162) 상에 직접 설치한 코일뭉치(164)에 전해지게 되는데, 상기 코일뭉치(164)에 전류가 흐르게 되면, 자기장이 형성되고, 이를 위해 베이스 프레임(170)이 백 요크 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 코일뭉치(164)와 대향되도록 냉각 팬(165) 저면에 형성되어진 마그네트(169)가 서로 대응하는 자기장을 형성시키게 된다.

이와 같은 상태의 코일뭉치(164)와 마그네트(169)의 자속의 쇄교에 따라 전자력에 발생되어 냉각 팬(165)을 회전시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 코일뭉치(164)와 마그네트(169)가 상하로 마주대하는 축형으로 구성됨으로써, 수직방향의 진동을 예방할 수 있게 된다.

본 발명은 냉각 팬과 모터 베이스의 재질을 전기강판 재질을 사용함으로써, 종래의 마그네트의 백 요크 및 코어의 역할을 대체할 수 있게 된다.

이로 인해, 팬 모터의 두께를 대폭 줄일 수 있게 되어 제품의 슬림화와 소형화를 이루게되는 효과를 갖는다.

또한, 팬 모터의 구조가 축형(axial type)으로 제작되어지기 때문에 수직방향의 진동을 방지하여 소음을 줄이게 되는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 베이스 프레임과;

   상기 모터 베이스의 중앙에 결합되는 컵 형상의 하우징과;

   상기 모터 베이스 상면에 설치시킨 PCB기판과;

   상기 PCB기판 상에 코일을 권선시켜 적정 수 설치되도록 한 코일뭉치와;

   상기 하우징 내부에 장착되도록 한 베어링과;

   상기 베어링에 축설되어 회전하는 회전축과;

   상기 회전축 상단에 결합되도록 한 냉각 팬과;

   상기 냉각 팬 저면에 설치되어 각각의 코일뭉치와 대향되도록 한 마그네트를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 팬 모터구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 베이스 프레임의 재질을 전기강판재질로 이루어지도록 하여 백요크 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 팬 모터구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각 팬의 재질을 전기강판재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 팬 모터구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 PCB기판 상에 직접 코일 뭉치를 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 팬 모터구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각 팬 저면에 원판형 마그네트를 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 팬 모터구조.