CN100453820C - 散热风扇 - Google Patents
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Abstract
一种散热风扇,包括一具有中柱的扇框,一收容于该中柱内的轴承,一套设于中柱外的定子及一可旋转地被轴承支撑的转子,该定子垂直于其轴线的横截面面积自上向下递增,该定子包括一中空套管及一套设于该中空套管外的定子铁心,该定子铁心与中空套管是由磁性粉体以粉末冶金一体烧结而成。该种散热风扇采用粉末冶金一体成型形成具渐扩状曲面的定子结构,风扇轮毂亦形成相应的渐扩状曲面结构,有效减小轮毂体积并提升风扇的进风量,同时可有效降低风扇噪音,提升散热风扇的性能。
Description
【技术领域】
本发明关于一种散热风扇,尤指一种用于电子元件散热的散热风扇。
【背景技术】
随着大规模集成电路技术的不断进步及广泛应用,CPU所消耗的热量愈来愈高,因此散热风扇被广泛的应用于散热系统中,对散热风扇的基本要求是要寿命长、噪音低、功率损耗低、散热效果好。
习知的散热风扇如图12所示,其包括一具有中柱22的扇框2,一收容于中柱22内的轴承4,一套设于中柱22上的定子6及一可旋转地被轴承4支撑的转子8,该定子6包括一电路板62及电性连结于该电路板62上的电枢64,该电枢64包括若干叠设的硅钢片642、置于硅钢片642上、下两侧的绝缘片644及缠绕于该硅钢片642上的绕线646,转子8包括一将定子6罩设于其内部的轮毂82,设于轮毂82内侧的永久磁铁84,环设于轮毂82外缘的若干扇叶86及自轮毂82中央向下延伸的转轴88,该转轴88收容于轴承4内,从而通过定子6与转子8的磁场的交互作用推动转子8旋转,提供强制气流对发热元件进行散热。
目前,主要通过提高风扇转速或增大风扇尺寸以达到提高风扇性能的要求,然在讲求轻、薄、短、小的今天,高效率、低尺寸的散热元件已成为发展的必然趋势,因此必须有高性能小体积的散热风扇相配合,风扇业者皆知要在相同的风扇尺寸规格及转速下,能有效增加散热风扇的风量及降低噪音,其最佳的方法是减少风扇轮毂直径尺寸。但传统的定子是通过多片冲压而成的硅钢片堆叠而成,受限于冲压制程及硅钢片磁特性的限制,所形成的定子呈柱状结构,相应地风扇轮毂的形状呈圆柱状,轮毂顶端为一与轮毂侧面相垂直的平面结构,当风扇运转时,不仅风扇入风口处易形成紊流,进而导致风扇噪音的产生,同时轮毂所占体积较大,直接影响散热风扇的进风量。
是以,要如何解决上述习用的问题与缺失,改变风扇轮毂的形状,以提升散热风扇的风量、降低噪音即为从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在者。
【发明内容】
为解决散热风扇风量不高的技术问题,提供一种具有低风阻、高风量的散热风扇。
该散热风扇,其包括一具有中柱的扇框,一收容于该中柱内的轴承,一套设于中柱外的定子及一可旋转地被轴承支撑的转子,该定子沿垂直于其轴线的横截面面积自上向下递增,该定子包括一中空套管及一套设于该中空套管外的定子铁心,该定子铁心与中空套管是由磁性粉体以粉末冶金一体烧结而成。
该种散热风扇采用粉末冶金一体成型形成具渐扩状曲面的定子结构,风扇的轮毂亦形成相应的渐扩状曲面结构,有效减小轮毂体积提升风扇的进风量,同时可有效降低风扇噪音,提升散热风扇的风量。
【附图说明】
图1为散热风扇组装示意图。
图2为散热风扇另一角度示意图。
图3为图2的分解示意图。
图4为散热风扇分解图的另一角度视图。
图5为散热风扇剖视图。
图6为核壳结构示意图。
图7为核壳结构另一实施方式示意图。
图8为核壳结构再一实施方式示意图。
图9为散热风扇第二实施方式示意图。
图10为散热风扇第三实施方式示意图。
图11为散热风扇第四实施方式示意图
图12为习知散热风扇剖视图。
【具体实施方式】
下面参照附图,结合实施例作进一步说明。
如图1至图4所示,该散热风扇包括一具有中柱11的扇框10,一收容于中柱11内的轴承30,一套设于中柱11上的定子50及一可旋转地被轴承30支撑的转子70。
请同时参阅图5,扇框10中央向上凸设一中柱11,该中柱11内形成一中心孔111,轴承30收容于中柱11的中心孔111内,该轴承30设一供转子70穿设的轴孔31。
定子50套设于扇框10的中柱11上,该定子50的外形呈球冠状,沿其轴线的截面呈弓形,该定子50与其轴线垂直的横截面面积自定子50顶端向下逐渐增加。该定子50包括一中空套管51,一罩设于该中空套管51外的定子铁心53,缠绕于该定子铁心53与中空套管51之间的线圈55,及与线圈55电性连结的电路板57。
定子铁心53是利用粉末冶金技术一体烧结而成,其制程包括成型、脱蜡、烧结、热处理、表面处理等过程。其所使用粉体可以是软磁性金属材料、软磁性复合材料、具核-壳结构的软磁性材料、非晶质磁性材料及其复合材料。
为增强定子50磁特性及机械强度,定子铁心53的磁性原料可采用具核-壳结构的复合性软磁性材料,其主要是利用添加低固溶量或无固溶量的非主相材料,并运用粉末烧结理论的扩散-析出机制,再以高(低)温处理方式,使其晶粒与晶粒间或粉体与粉体之间产生核-壳结构(Core-Shell Structure)。
请参阅图6,该核-壳结构包括一核心主体80及一壳层90,该核心主体80提供磁性力,而壳层90的功能为抑制金属涡电流损产生及提供键结(Bond)强度。所以,在核心主体80的磁性材料方面选择以高初导磁率低磁损的软磁性材料为主,如软磁性金属材料、非晶质铁基磁粉(Amorphous Iron Base)、纯铁粉及其复合材料、软磁性非金属材料;而在壳层90部分以易形成高电阻值材料为主要考虑因素,如金属复合材料、氧化物、中间化合物(IntermediateCompound)、氧化复合材料、压电材料(Piezoelectricity)、超导体材料,使得壳层90的电阻值高于核心主体80的电阻值。
请参阅图7,该复合性软磁性材料亦可以具有多重核-壳结构。该种结构主要由若干个磁性核心主体80’及若干个壳层90’所组成。为达此目的,可经过多次喷雾造粒、干燥成形以制作若干个核壳结构的磁性粉体。
如图8所示,该复合性软磁性材料亦可以具有类似洋葱形结构的核-壳结构,其由多个单一核-壳结构外还包覆一壳层90”,而每一单一核壳结构包括一核心主体80及一壳层90。
该定子铁心53表面的绝缘可使用绝缘片或涂布绝缘高分子方式,使用涂布绝缘高分子可以降低材料成本及简化制造流程。该表面处理可以是涂布绝缘层、功能性薄膜等。
上述实施例的主要考量方向为磁特性、机械强度、量产性三方面。在磁特性方面是选择高初导磁率及低磁损的软磁性材料作为核心主体,同时将粉体处理成具核-壳结构体。而在机械强度方面是运用烧结理论的扩散-析出机制,使磁性体形成或保有核-壳层结构(Core-Shell Structure),同时在晶粒与晶粒间形成金属键结。在量产性方面配合粉末冶金制程,以一体成型方式来烧结非传统柱状的定子铁心53。可以理解地,该中空套管51可与该定子铁心53可通过烧结一体而成,亦可分别成型。
请参阅图3至图5,转子70罩设于该定子50上,转子70包括一轮毂71,设于轮毂71内侧的永久磁铁73,环设于轮毂71外缘的若干扇叶75及自轮毂71中央向下延伸的转轴77,该转轴77收容于轴承30的轴孔31内,对应于定子50,该轮毂71及永久磁铁73均呈球冠状。轮毂71于散热风扇的进风侧形成一顶点,不仅轮毂71的体积大大减小,同时还可减小涡流的产生,降低散热风扇噪音,可以理解地,可于轮毂71顶端形成一直径小于轮毂71末端外径的平面,在尽量减小涡流的情况下,还可便于转轴77的装设。
当该散热风扇运转时,通过定子50与转子70的永久磁铁73的交互作用推动转子70旋转,提供强制气流对发热元件进行散热。由于该散热风扇的定子50、轮毂71呈球冠状结构,相较于习知的柱状轮毂(如图5中的虚线所示),轮毂71的体积小于习知的柱状轮毂体积的2/3,从而扇叶75的长度亦相应地加长,散热风扇的进风量大大增加,而轮毂71顶端收缩成一点,轮毂71外轮廓呈渐扩的曲面结构,对气流具有导流作用,可有效减少气流的涡流损失,提升散热风扇性能。
本发明定子铁心53是利用粉末冶金技术一体烧结而成,可形成任意不同的形状,如图9所示,其中轮毂71a及定子50a均成半球形,轮毂71a及定子50a沿其轴向的横截面呈半圆形,轮毂71a的体积约相当于习知柱状轮毂(如图中虚线所示)体积的2/3,如图10所示,其中轮毂71b及定子50b均成锥形,轮毂71b及定子50b沿其轴向的横截面大致呈三角形,轮毂71b的体积仅相当于习知柱状轮毂(如图中虚线所示)体积的1/3。
同理,通过粉末冶金技术烧结成型定子,不仅可形成横截面面积渐变的定子铁心,该种定子铁心的整体大小亦可随需要变化,即可改变出风口处定子铁心的横截面面积,即改变轮毂的最大横截面面积,从而相应地改变轮毂的形状,如图11所示,轮毂71c呈一渐扩的流线状曲面结构,轮毂71c及定子50c沿其轴向的横截面中,两侧边呈流线状,轮毂71c最大的横截面半径约为轮毂71c高度的4/5,相对于同等高度的习知柱状轮毂(如图中虚线所示),两者的体积比约为0.3,即轮毂71c体积减小约70%。
以上轮毂的外轮廓均成曲面状结构,是为尽量减少气流涡流损失,实际上只要轮毂呈渐扩状结构,即轮毂的垂直于其轴线的横截面面积自轮毂顶端向下递增,则轮毂体积可相应地减小,进而增大扇叶面积,提升散热风扇的进风量,减少气流的涡流损失,降低散热风扇噪音。
Claims (11)
1.一种散热风扇,包括一具有中柱的扇框,一收容于该中柱内的轴承,一套设于中柱外的定子及一可旋转地被轴承支撑的转子,其特征在于:该定子垂直于其轴线的横截面面积自上向下递增,该定子包括一中空套管及一套设于该中空套管外的定子铁心,该定子铁心与中空套管是由磁性粉体以粉末冶金一体烧结而成。
2.如权利要求1所述的散热风扇,其特征在于:该定子的外轮廓呈曲面状。
3.如权利要求2所述的散热风扇,其特征在于:该定子呈锥形,半球形或球冠形。
4.如权利要求2所述的散热风扇,其特征在于:该定子外轮廓呈流线状,沿该定子轴线的横截面中两侧边呈流线型。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的散热风扇,其特征在于:该转子包括一罩设于该定子上的轮毂及环设于轮毂外缘的若干扇叶,该轮毂形状与定子相应,自上向下形成渐扩状曲面结构。
6.如权利要求5所述的散热风扇,其特征在于:该轮毂顶端形成一顶点。
7.如权利要求5所述的散热风扇,其特征在于:该轮毂顶端形成一平面,该平面的直径小于轮毂末端的外径。
8.如权利要求1所述的散热风扇,其特征在于:所述磁性粉体的材料为具核-壳结构的软磁性材料,所述核-壳结构具有提供磁性力的核心主体及提供键结强度的壳层。
9.如权利要求8所述的散热风扇,其特征在于:所述具核-壳结构的软磁性材料具有多重核-壳结构。
10.如权利要求8所述的散热风扇,其特征在于:所述核-壳结构的核心主体主要从以下材料中选择:软磁性金属材料、非晶质铁基磁粉、纯铁粉及其复合材料、软磁性非金属材料;而壳层材料主要从以下材料中选择:金属复合材料、氧化物、中间化合物、氧化复合材料、压电材料、超导体材料;其中该核心主体及该壳层的材料选择应满足该壳层的电阻值高于该核心主体的电阻值。
11.如权利要求1所述的散热风扇,其特征在于:该定子铁心的外表面涂布有高分子绝缘材料或设置有绝缘片。
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