CN100396937C - 气流产生结构及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气流产生结构及其应用装置，该气流产生结构在一毂部的一端向外延伸形成一设置部，同时在该设置部的周缘沿轴向形成多个连续间隔排列的扰流片，该等扰流片的两面呈现曲面型态，其外缘形成向外倾斜形态，使该各扰流片末端所环绕形成的范围大于该设置部，由该毂部远离该设置部的一端吸入空气后，使空气朝向另一端流动，通过该设置部的周缘外侧吹出。

Description

气流产生结构及其应用装置

技术领域

本发明涉及一种风扇，特别是涉及一种安静、风量大的气流产生结构及其应用装置。

背景技术

风扇功能主要用于强制驱动气体流动，进而产生强制对流效果(forcedconvection)。一般而言，风扇吸气方向与风扇叶轮的旋转轴向平行，沿着旋转轴向将空气吸入，再由叶片进一步推动而出风，出风方向则与叶轮几何结构有关。请参照图1A至图1C，风扇叶轮(impeller)的几何结构，依照吸气及出风的相对关系，可以分为三大类：轴流扇1(axial-flow fan)、横流扇2(radial-flow fan)及斜流扇3(diagonal-flow fan)。

请参照图2同时结合参照图1A所示，轴流扇1的吸风、出风方向相同，轴流扇1的优点在于构造简单、制造成本低，因而广泛地被应用于空调系统或散热装置中，轴流扇1于一毂部1a(hub)的外周缘，沿径向朝外延伸设置多个叶片1b(blade)，驱转该毂部1a使该等叶片1b带动气体沿该毂部1a的旋转轴向流动。该轴流扇1的叶片1b出风效果，与叶片1b的切线速度相关，由于该各叶片1b上越接近转轴中心处的部位，切线速度越低(V＝ω×r，其中V为切线速度，ω为风扇毂部1a的转速，r为到转轴中心的距离)，使得越接近该毂部1a的区域，因风速产生的动压力(dynamic pressure)就越小，因而降低吸气及出风效果，用于结构日趋复杂、流场阻力日渐增加的散热器上，会有动压力不足而无法确实推动气流通过散热器的散热表面的问题存在。

此外，该轴流扇1在旋转时，叶片1b末端切割空气会产生噪音，在高转速时噪音强度不但加大，频率也会趋向高频变化，而形成高频噪音使人耳感到不适。同时叶片1b切割空气时叶片1b末端的流场容易形成涡流，使叶片1b末端受到流场拉扯扰动，由于轴流扇1的叶片1b设置方式，由毂部1a周缘沿着径向朝外延伸形成叶片1b，在机械结构上该等叶片1b的结构等同于悬臂梁(cantilever beam)，在受到涡流影响下该各叶片1b会产生摇晃振动，长久运转下来除了振动问题可能形成系统共振之外，叶片1b与毂部1a连接处也容易受损，在不断接受扭矩、弯折作用之后，若叶片1b刚性不足极易使得叶片1b毁损断裂。而在旋转过程中除了叶片1b摇晃所产生的振动之外，轴流扇1由于组装及组件的公差，使得毂部1a于中心轴向的前后限位具有一定间隙，在该轴流扇1运转时此一间隙会使得毂部1a沿旋转轴向前后振动位移，形成另一振动、噪音来源，除了增加噪音量之外，也提高系统共振发生的风险。

而为了提高轴流扇1风量，一般都以直接提高风扇转速来达成，但是提高转速后叶片1b末端切割、拍击空气的作用更为明显，使得噪音量更高。因此为了在不增加噪音的情况下提高风量，仅能针对叶片1b形式做改良，改变叶片1b的形状以提高叶片1b切风的顺畅度，降低叶片1b切风产生的噪音。然而如此一来却会使得叶片1b形状变得更为复杂，必须应用精密射出成型操作来制作叶片1b，增加射出成型模具制作及射出成型操作的困难度，提高制造成本同时增加生产时间。

请参照图3同时参照图1B所示，为一横流扇2(radial-flow fan)的叶轮结构以及吸气、出风的相对关系，横流扇2由轴向吸气、径向出风，吸气及排风方向互相垂直。该横流扇2于一叶轮背板2a的边缘，设置多个沿轴向延伸的叶片2b，并于该叶轮背板2a及叶片2b前方设置一进气围板2c，该进气围板2c的中央部位为透空，而形成一进气口2d，该横流扇2的最外缘处则形成出风口2e，叶片2b于此一位置具有最大的切线速度，因此所有离开该横流扇2的空气，都能以最大切线速度排出，其出风所造成的动压力也较前述的轴流扇1为高。然而，横流扇2由轴向吸气、径向出风的流体流动方向，使得流体在扇叶结构中必须出现90°的流动方向改变，不符合流体流线(Streamline)的自然趋势，使得叶轮结构中产生涡流(vortex)及停滞流(Stagnation flow)，降低空气实际流量，增加流场阻力。

请参照图4并同时参照图1C所示，为斜流扇3的结构以及吸气、出风相对关系。该斜流扇3(diagonal flow)包括一毂部3a，于该毂部3a的周围形成多个叶片3b，该毂部3a呈现一锥体型态，使得该斜流扇3可由轴向吸风，使空气到达该毂部3a的周围，受到该等叶片3b推动及毂部3a的引导，使出风方向形成一向外的倾斜角度，并于吸气及出风方向之间形成一夹角。该斜流扇3为前述轴流扇1结构的改良，因为其排风面的圆周半径大于吸风面的圆周半径，所以造成出风的切线速度较大，可以增加出风所造成的动压力，使得吸气及出风量较前述轴流扇为高。然而由于斜流扇3并非所有排出气流都是在扇叶边缘以最大切线速度排出，因此与横流扇2相较下，仍有动压力较低、出风量较小的问题存在。

发明内容

现有风扇装置中，轴流扇的出风效率差，而且在高转速下会因为切风不顺畅使得叶片切削、拍击空气时造成噪音及振动问题，使人耳感到不适，叶片振动摇晃亦使得使用寿命减少。而以横流扇而言，气流于叶轮结构中必须形成90度的大转折，使得流场阻力大，影响出风量。斜流扇虽然结合了横流扇及轴流扇的结构，具备排风的切线速度较大的优点，改善轴流扇风压不足的缺陷，然而其出风动压力及出风量大小仍有很大的改善空间。

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种气流产生结构及其应用装置(air flow generating structure and its apparatus)，其送风效率高，可利用较低的转速以产生较大的风量，借以提供安静且风量大的运转，同时提供高出风动压力，以应用于高流阻的散热装置上。

因此，为实现上述目的，本发明所公开的一种气流产生结构及其应用装置，其中该气流产生结构包括：

一毂部，具有一顶端及一底端，该底端之外缘沿径向延伸形成一设置部，该设置部的一侧形成一设置面；多个扰流片，设置于该设置面的周缘，该各扰流片靠近该毂部的一侧形成一内缘，该各扰流片远离该毂部的一侧形成一外缘，该外缘由该扰流片的根部起始朝外侧倾斜，使该各扰流片末端外侧环绕所构成的范围大于该设置部。

本发明的功效在于，该各扰流片沿轴向成型于该设置部上，可轻易地增加扰流片数目的配置，以提高风量并降低转速，低转速可减少扰流片尖端与空气互相冲击，以降低噪音量。此外利用设置面形成一风力受压面，固定该气流产生装置于轴向的位置，以避免该气流产生装置因组件组装公差产生前、后位移振动。

此外该等扰流片与轴向形成一倾斜角，可以平顺地导引气流改变方向，使气流流动更顺畅，降低在该毂部周围形成涡流及停滞流现象以减少流阻，提高该气流产生结构的出风量，而出风位置又位于该气流产生结构的最外围，具有最大切线速度，使得本发明具有出风动压力高的效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A至图1C为现有风扇的吸气及排风方向示意图；

图2为现有轴流扇的立体图；

图3为现有横流扇的立体图；

图4为现有斜流扇的剖视图；

图5为本发明第一较佳实施例的立体图；

图6为图5的剖视图；

图7为本发明第一较佳实施例的流场示意图；

图8至图10为本发明第一较佳实施例的应用示意图；

图11为本发明第二较佳实施例的立体图；

图12为本发明第三较佳实施例的立体图；

图13为本发明第四较佳实施例的立体图；

图14为本发明第五较佳实施例的立体图；

图15为图14的剖视图；以及

图16为本发明第五较佳实施例的流场示意图。

其中，附图标记如下：

1-轴流扇

1a-毂部

1b-叶片

2-横流扇

2a-叶轮背板

2b-叶片

2c-进气围板

2d-进气口

2e-出风口

3-斜流扇

3a-毂部

3b-叶片

10-气流产生结构

11-毂部

111-顶端

112-底端

113-腔室

12-设置部

121-设置面

13-扰流片

131-基部

132-末端

133-内缘

134-外缘

14-稳定环

15-转轴

20-框体

30-驱动马达

21-侧壁

22-中空区域

23-进风口

24-出风口

25-承载座

26-支撑杆

30-驱动马达

31-转子

32-定子

33-电路板

40-气流产生结构

41-毂部

42-设置部

43-扰流片

44-稳定环

45-圆弧导角

50-气流产生结构

51-毂部

52-设置部

521-通气孔

53-扰流片

54-稳定环

60-气流产生结构

61-毂部

62-设置部

621-开孔

622-扰流板

63-扰流片

64-稳定环

70-气流产生结构

71-毂部

72-设置部

73-扰流片

731-基部

732-末端

733-内缘

734-外缘

74-稳定环

100-气流产生装置

具体实施方式

请参照图5及图6所示，本发明第一较佳实施例，所公开的一种气流产生结构10，其包括一毂部11、一设置部12、多个扰流片13及一稳定环14。

该毂部11具有一顶端111及一底端112，该顶端111概呈一凸面型态，该底端112凹设有一腔室113，该腔室113内插设有一向外延伸的转轴15(spindle)。

该设置部12概呈一圆环板片形态，其一体成型于该毂部11的底端112外缘，沿该毂部11的径向朝外延伸，该设置部12朝向该毂部11的一面形成一设置面121。

该各扰流片13的两面分别为一外凸及内凹的曲面，使其外型呈现曲面形。该各扰流片13具有一基部131及一末端132，其高度略同于该毂部11，该等基部131与该设置部12连接，而使该各扰流片13连续间隔排列于该设置部12的周缘，该末端132远离该设置部12，使该各扰流片13由该设置面121向上延伸。该各扰流片13更具有一靠近该毂部11的内缘133，以及一远离该毂部11的外缘134，该外缘134朝外倾斜，而与该毂部11的中心轴线形成一斜角，使该等扰流片13的末端132外侧边缘所连线围绕的范围大于该设置部12，以使气体沿轴向经过该各扰流片13后，由该设置部12的周缘外侧通过，并具有一平行于该毂部11中心轴线的速度分量，远离该气流产生结构10。

该稳定环14环绕设置于该各扰流片13的末端132外侧边缘，用以连接该各扰流片13，以提供刚性支撑效果，使该各扰流片13末端132之间维持一定间隙，不受气流扰动摇晃。

请再参照图7所示，为该气流产生结构10的毂部11、设置部12及扰流片13，公开连结关系与运作方式的剖面示意图。

该气流产生结构10旋转之后，可带动流场使空气由该毂部11上方吸引空气，使气流到达该顶端111之前开始分散，流向该毂部11的周围，然后通过该各扰流片13之间，由该设置部12的周围向下吹出，形成轴向出风。

请再参照图8至图10所示，为应用本发明的气流产生结构10所制作的气流产生装置100，该气流产生装置100将该气流产生结构10设置于一框体20内，以一驱动马达30驱转，以该气流产生结构10朝轴向出风，其中：

该框体20由四侧壁21围绕形成一中空区域22，该中空区域22概呈圆形，恰可容置该气流产生结构10，该中空区域22具有一进风口23及一出风口24；一承载座25，以多个支撑杆26架设于该出风口24处。

该驱动马达30包括一转子31、一定子32及一电路板33，该电路板33平放于该承载座25上，该定子32架设于该电路板上；该转子31概呈环状，设置于该毂部11的腔室113。

该气流产生结构10容置于该框体20的中空区域22中，以该毂部11套设于该定子32，并以该转轴15插设于该定子32上形成枢设状态，该转子31环绕于该定子32外围。利用该电路板33提供电流通入该定子32产生磁场变化，使该转子31转动而带动该气流产生结构10旋转。

借由扰流片13带动，空气可由该毂部11顶端111的一侧被吸入，而经由扰流片13加速后，通过该设置部12的外侧通过沿轴向朝出风口24被吹出，如图7所呈现的流场型态。

本发明的功效在于，该等扰流片13由该设置部沿轴向延伸，可提供密集的扰流片13排列，增加该等扰流片13的数目，使该本发明运转时可采用低转速达成高风量的效果。而低转速使扰流片13末端132的切线速度低而降低切风的力道，保护该等扰流片13不受空气冲击而摇晃受损；此外低切线速度也可降低该等扰流片13冲击空气产生高频噪音。

同时该稳定环14还可发挥稳定该等扰流片13效果，连结该等扰流片13的末端132，形成稳固结构，可大幅降低扰流片13晃动程度，以避免产生破坏，且该稳定环14可使该等扰流片13末端132于流场中切风较为顺畅，提高气流产生结构10的效能。

在吸入空气的过程当中，该设置部12构成一受压面，受气流推动而使该气流产生结构10承受一朝向该定子32及承载座25的压力，使该气流产生结构10在运转过程中，不会沿轴向前后位移，降低因为该气流产生结构10前后位移振动所造成的噪音及系统振动。

此外，空气经由该气流产生结构10沿中心轴向吸入之后，由于该各扰流片13的外缘134与该毂部11的中心轴线形成一倾斜角度，可导引气流顺畅地由该毂部11上方朝向该设置部12的外侧边缘流动，相较于现有横流扇，本发明可减少涡流及停滞流现象在该毂部11周围产生，改善流阻过高的缺点，以提高出风动压力。

请再参照图11所示，为提供更佳的气体导引效果，本发明第二较佳实施例提供的一种气流产生结构40，其包括一毂部41、一设置部42、多个扰流片43及一稳定环44。其大致结构与第一较佳实施例相同，其主要差异在于该设置部42与该毂部41间的连接处，形成一圆弧导角45，当空气由该毂部41的上方快速地朝向该设置部42流动时，气流可借由该圆弧导角45的导引，平顺地朝向该设置部42的外缘流动，而往该毂部41的下方吹出。避免空气直接冲击于该设置部42上，造成空气动能大为减少，影响出风量及风压。

请再参照图12所示，为提供更佳的气体导引效果，本发明第三较佳实施例提供的一种气流产生结构50，其包括一毂部51、一设置部52、多个扰流片53及一稳定环54。其大致结构与第一较佳实施例相同，其主要差异在于该设置部52之外侧边缘，开设有多个通气孔521，与该等扰流片53交错排列。该等通气孔521可增加通气面积，降低流阻以增加该气流产生结构50所吹出的风量。

请再参照图13所示，为本发明的第四较佳实施例所提供的一种气流产生结构60，其包括一毂部61、一设置部62、多个扰流片63及一稳定环64。该设置部62由该毂部61的一端延伸形成，该各扰流片63的一端连续间隔排列于该设置部62的周缘，该稳定环64则围绕于该各扰流片63末端的外侧，用以连接该各扰流片63形成稳定效果，使该各扰流片63在产生气流过程中不致于摇晃。第四较佳实施例与第一较佳实施例最大的差异在于，该设置部62靠近该毂部61周围的区域，还开设有多个开孔621，该毂部61的周围还设有多个扰流板622，该等开孔621可加大该毂部61周围的空气流量以增加风量，而该等扰流板622则可发挥扰流作用，破坏接近该毂部61周遭的流场结构，使该毂部61周遭的流体停滞区域改变流场结构，以加强此一区域的流体流动，降低流阻增加风量。

请再参照图14至图16所示，为本发明第五较佳实施例所提供的一种气流产生结构70。第五较佳实施例大致与第一较佳实施例相同，该气流产生结构70包括一毂部71、一设置部72、多个扰流片73及一稳定环74，其中：

该设置部72由该毂部71的一端延伸形成，该各扰流片73的一端连续间隔排列于该设置部72的周缘。

该各扰流片73具有一基部731、一末端732、一靠近该毂部71的内缘733以及一远离该毂部71的外缘734。该基部731与该设置部72连接，该稳定环74则围绕于该各扰流片73末端732的外侧，用以连接该各扰流片73。

该外缘734朝外倾斜，而与该毂部71的中心轴线形成一斜角，该内缘733也朝外倾斜，与该毂部71的中心轴线形成一向外的斜角。相较于第一较佳实施例，于本实施例中由于该内缘733朝外倾斜，并使该各扰流片73与该毂部71之间的空间缩小，且几何形状更符合流线，使空气流动更顺畅。同时该各扰流片73与该毂部71之间的空间缩小，可减少气流滞留的空间，被卷入的气流将提前被扰流片73的内缘733卷出，避免因为滞留间过长而加强涡流及停滞流，亦即缩短气流滞留时间以减少涡流及停滞流产生，有效地降低气流通过该气流产生结构70的流场阻力。

本发明的吸气、出风方向虽然类似斜流扇，然而由于扰流片皆设置于设置部的外缘，使得通过扰流片而离开该气流产生结构的空气都能由具有最大切线半径，使得切线速度大，产生高动力，具有类似横流扇的优点。

而本发明的扰流片的外型为曲面形，且其外缘与旋转向轴向形成一夹角，可导引气流顺畅地由毂部上方朝向该设置部的边缘流动，减少在该毂部的周围所形成的涡流及停滞流现象，以降低流场阻力，使得本发明同时具有与横流扇接近的出风动压力及出风量，又进一步地改进其流阻过大的缺点。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (23)

1.一种气流产生结构，包括：

一毂部，其一端延伸出一设置部；以及

多个扰流片，呈现曲面形，所述各扰流片的一端连续间隔排列于所述设置部的周缘，其特征在于，

所述扰流片的另一端所环绕构成的范围面积大于所述设置部的面积。

2.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述各扰流片的两面分别为一外凸及内凹的曲面。

3.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述各扰流片包括：

一基部，与所述设置部连接；

一末端，远离所述设置部；

一靠近所述毂部的内缘；以及

一远离所述毂部之外缘。

4.根据权利要求3所述的气流产生结构，其特征在于，所述各扰流片的外缘与所述毂部的中心轴向形成一向外倾斜的斜角。

5.根据权利要求3所述的气流产生结构，其特征在于，所述各扰流片的内缘与所述毂部的中心轴向形成一向外倾斜的斜角。

6.根据权利要求3所述的气流产生结构，其特征在于，还包括一稳定环，围绕于所述各扰流片末端的外侧，连接所述各扰流片。

7.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述设置部与所述毂部的交接处形成一圆弧导角。

8.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述设置部的外侧边缘，开设多个通气孔，与所述扰流片交错排列。

9.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述毂部的周围，设有多个扰流板。

10.根据权利要求1所述的气流产生结构，其特征在于，所述设置部靠近所述毂部周围的区域，开设有多个开孔。

11.一种气流产生装置，包括：

一毂部，其一端延伸出一设置部；

多个扰流片，呈现曲面形，所述各扰流片的一端连续间隔排列于所述设置部的周缘，以及一驱动马达，用以驱转所述毂部，其特征在于，

所述扰流片的另一端所环绕构成的范围面积大于所述设置部的面积。

12.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述各扰流片的两面分别为一外凸及内凹的曲面。

13.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述各扰流片包括：

一基部，与所述设置部连接；

一末端，远离所述设置部；

一靠近所述毂部的内缘；以及

一远离所述毂部之外缘。

14.根据权利要求13所述的气流产生装置，其特征在于，所述各扰流片的外缘与所述毂部的中心轴向形成一向外倾斜的斜角。

15.根据权利要求13所述的气流产生装置，其特征在于，所述各扰流片的内缘与所述毂部的中心轴向形成一向外倾斜的斜角。

16.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述毂部的底端凹设有一腔室。

17.根据权利要求16所述的气流产生装置，其特征在于，所述驱动马达包括一转子及一定子，所述转子为一圆环，设置于所述腔室内，所述毂部套设于所述定子上，并以所述转子环绕于所述定子的外缘。

18.根据权利要求17所述的气流产生装置，其特征在于，还包括一转轴，设置于所述腔室内，沿所述毂部的中心轴线朝向所述腔室外延伸，所述转轴插设于所述定子，所述毂部可相对所述定子进行枢转。

19.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述设置部与所述毂部的交接处形成一圆弧导角。

20.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，还包括稳定环，围绕于所述各扰流片外缘的末端，连接所述各扰流片。

21.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述设置部的外侧边缘，开设多个通气孔，与所述扰流片交错排列。

22.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述开孔在所述设置面的一侧，设有多个扰流板。

23.根据权利要求11所述的气流产生装置，其特征在于，所述设置部靠近所述毂部周围的区域，还开设有多个开孔。

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