筆記本風扇的散熱專利技術

胡 贏 邵 磊 李 杰

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北 武漢430070）

筆記本中電子元件性能越來越高，發熱量越來越大，同時，筆記本內部高度集成，使得筆記本內部熱量高度集中，由此所引發的散熱問題十分尖銳。近年來有關筆記本散熱技術的相關專利申請尤為活躍，其中以風扇散熱專利的申請量最多。因而，對筆記本風扇散熱專利的研究有助于了解筆記本散熱技術發展。

1 原理簡介

基于風扇的筆記本散熱主要采用由散熱片、熱管及散熱風扇所組成的散熱模組來對CPU等電子元件進行散熱［1］。圖1展示了傳統的用于筆記本電腦散熱的散熱模組，該模組包括熱源110、熱管120、風扇130及若干散熱片140。熱源110的熱量經由熱管120傳送至散熱片140，再由風扇130所產生的冷卻氣流與散熱片140發生熱交換將熱量散發到外界環境中去。作為一個整體，散熱模組中任何一個環節的改進都可以提高筆記本電腦散熱的效果［2］。

2 專利申請數據統計

2.1 申請量統計

圖1 散熱模組示意圖

2001年是中國筆記本風扇散熱技術專利申請的起步之年，并于2001-2005年間,申請量保持了平穩。自2006年起，申請量開始明顯上升，其中，2007-2008年，2011-2012年增幅較大，從總體上2006-2013年階段，筆記本風扇散熱技術中國專利申請保持了線性增長，屬于快速發展期。

在世界范圍內，國外筆記本電腦風扇散熱技術專利申請起步較早，2000年專利申請量已近40件，并于在2000-2002年保持了穩定增長。2002-2004年間，專利申請量基本持平，進入一個相對穩定地時期。自2005年起，申請量進入了第二個增長階段，其中2007年、2008年增速明顯。但在2009年，申請量急速減少，并于2009-2012年間呈現出波動。2013年，申請量再次下降。

圖2 中國、世界筆記本風扇散熱技術專利申請量年代對比圖

2.2 原創國別統計

圖3 中、外文庫中專利申請原創國別統計圖

圖3分別標示出了中、外文庫中專利申請的原創國別統計情況。由圖可知，向中國專利局提交的專利申請中，中國內地的原創專利申請占據了絕對的優勢，其次分別是日本，美國，中國臺灣以及韓國。在世界范圍內，美國處于絕對的領先地位，日本次之，中國內地、臺灣、韓國緊隨其后。

2.3 申請人統計

圖4展示了中文庫中專利申請的主要申請人排名，主要以日資、臺資企業為主。其中，富準精密工業（深圳）、鴻準精密工業、鴻海精密工業以及鴻富錦精密工業（深圳）均為富士康科技集團內公司。

圖4 中國申請重要申請人排名

圖5 世界申請重要申請人排名

圖5展示了世界專利申請的主要申請人情況，株式會社東芝在專利申請數量上遙遙領先于其他各個公司。其余主要申請人分別來自美、日、韓以及臺灣。

專利申請與技術、經濟發展息息相關。早期筆記本相關技術由外國所擁有，專利申請數量上，中國與世界相比差距較大。伴隨著以富士康科技集團為代表的中國臺灣電子企業的發展以及中國作為“世界工廠”的崛起，中國專利申請數量逐年增多。2009年是一個轉折，受經濟危機影響，世界專利申請量大幅降低，我國的專利申請量在這一年實現了反超。經濟危機后，外企全面進軍中國市場，恰逢此時，中國內地也誕生了諸如聯想等一批優秀的民族企業，中國IT進入十年黃金發展期，此期間中國專利申請量保持了穩定增長。然而，中國專利雖然申請量巨大，但原創性并不高，在世界范圍內，多數具有創新價值的專利仍舊由美日所把持，中國企業僅富士康在世界專利申請中排名靠前，這也反映了美日在筆記本技術中的領先地位。技術是需要積淀的，對于早期主要以代工起家的中國筆記本企業，在技術上的創新能力還明顯不足。

3 株式會社東芝專利

圖6 株式會社東芝專利申請年代分布圖

株式會社東芝既是商務筆記本電腦的創始者，也是世界范圍內專利申請的領先者。對于株式會社東芝的專利申請分析將有助于審查員了解筆記本風扇散熱技術的發展。

圖6統計了過去十余年間株式會社東芝的原創專利申請量變化，其總體上呈波動變化，分別于2001年、2004年、2007年、2010-2011年達到波峰，隨后下降，其中2008年申請量下降幅度最為明顯，并自2012年進入新一輪的下降期。技術的創新依賴于技術人員的聰明才智，圖7針對株式會社東芝的發明人進行統計。

圖7 株式會社東芝主要發明人統計圖

對主要發明人的技術研究方向進行分類，得到表1。

以專利申請的年代為序，得到技術發展年代圖8。

圖8 株式會社東芝技術發展路線圖

表1 技術方向與發明人關系表

下面，將以技術發展方向為線索，選取部分重要專利進行簡述。

3.1 風扇氣流

在申請JP2001174423（2001.06.08）中，富岡健太郎、中村博對散熱風扇的風道進行了改良，設計第一空氣通道將殼外的空氣導向散熱器，第二空氣通道將殼中被加熱的空氣導向殼外。不久后，在JP2001204888（2001.07.05）中，藤原伸人對散熱風扇風道進行了進一步改進，在風扇外周部分布置空氣通道，并使用隔板將至少一個空氣通道分組形成區域，且設計隔板從風扇外周部分向空氣通道的下游延伸，從而增強空氣通道的流動速率。效果見圖9。

圖9 JP2001204888

在申請WO2002JP13529（2002.12.25）中，橋本英司、內山朝誠對離心風扇進行了改進，設計風扇外殼具有限定空氣入口的邊緣，該空氣入口暴露葉輪的轉動中心以及高壓區域。高壓區域在葉輪轉動時位于沿葉輪的周圍部分的殼體內部。使得葉輪的轉動中心與邊緣之間的距離從轉動中心到高壓區域中心的方向上比從轉動中心到高壓區域以外區域的方向上要短，并且邊緣成形使入口具有非圓形的形狀，從而有效地防止空氣從空氣入口漏出。

在申請JP2009295623（2009.12.25）中，藤原伸人對離心風扇的風口進行了改進，設置了1個進風口、2個出風口，一個出風口與進風口的開設方向相同，另一個出風口與進風口的開設方向不同，如此，進風口的氣流更加平滑，離心風扇的排風量增加，進風口與對應的出風口的氣流流速限制使得另一個出風口有效地為機殼散熱。

3.2 散熱結構

在申請JP2005118641（2005.04.15）中，草本丈治、中島雄二在機殼的底部設置空氣吸入口，將散熱板直接位于該空氣吸入口的上方并面對該空氣吸入口，同時在介于該電路板和底部之間設置可彈性變形的分隔構件，并圍繞發熱元件形成第一區域，風扇從該區域吸風散熱。

在申請JP2007020017（2007.01.30）中，富岡健太郎使用2個風扇以加強散熱效果，設計機殼包括在印刷電路板上方延伸的上方空間以及在印刷電路板下方延伸的下方空間；第一冷卻風扇被配置在上方空間中，并且設有在上方空間中開口的進氣口以及對著機殼的排氣孔部的排氣口；第二冷卻風扇被配置在下方空間中，并且設有在下方空間中開口的進氣口以及對著機殼的排氣孔部的排氣口。之后，在申請JP2007218765（2007.08.24）中，藤原伸人同樣為電子設備設置了2個冷卻風扇，第一、第二冷卻風扇分別用于冷卻第一、第二發熱元件，但第二冷卻風扇的厚度等于或小于第一冷卻風扇的厚度，第二冷卻風扇安裝在平行于電路板的第一表面的方向上與第一冷卻風扇相重疊并位于第一冷卻風扇的厚度的范圍內。

圖10 JP2007020017

圖11 JP2011112371

3.3 散熱鰭片

在申請JP2007021196（2007.01.31）中，金子武義將散熱片單元設計為包含經由開口部插入到風扇殼體中的插入部，插入部被設置成與風扇外輪廓形狀相同，從而增大了鰭片的散熱面積。

在申請JP2011112371（2011.05.19）中，山口彰文對應風扇出風角度的不同設置散熱鰭片的角度，使得鰭片排列的方向與風扇出風的角度平行，減少了鰭片排布所造成的風阻，增加了散熱的效率。

3.4 散熱控制

在申請JP2005249554（2005.08.30）中，筒井友則為風扇定義了多個轉速等級，并通過實時監控筆記本主體溫度，設定風扇的轉速等級，從而控制有效降低了風扇的噪音，并改善了系統能效。隨后，筒井友則、安藤秀哲又于申請JP2007091660（2007.03.30）中對筆記本散熱性能控制做了進一步改進，分析當前系統主單元的電力消耗和溫度，報告系統冷卻性能。

圖12 JP2005249554

4 結語

縱觀株式會社東芝的專利申請變化，其折射出筆記本技術發展的變遷：由單個風扇衍生為雙風扇，反映了筆記本在高計算性能上的訴求；風扇控制使得筆記本噪音更小、能耗更低；鰭片、散熱結構的改進則能為筆記本提供更多可用空間。同時，它也反映出了株式會社東芝筆記本業務的興衰：2007年，株式會社東芝宣布入住杭州，進軍中國市場；2008年，西方金融危機使日本經濟受到嚴重沖擊；2012年，智能手機、平板電腦的興起，株式會社東芝筆記本業績下滑；時至今日，株式會社東芝宣布對電腦業務進行大裁員。

［1］徐勇.筆記本電腦散熱技術研究，安徽電子信息職業技術學院學報，2004，3（3）：56-59.

［2］闕翔.便攜式計算機散熱系統研究［D］.蘇州大學，2014.