CN101078407A - 风扇及其叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风扇，其包括一扇框、一叶轮以及一马达。扇框具有一框体、一底座及至少一支撑件，底座系藉由支撑件与框体连接。叶轮设置于底座上，且叶轮包括一轮毂与多个扇叶，多个扇叶环设于轮毂。马达与叶轮连接并驱动叶轮转动。其中每一扇叶是以一预定角度的安装角连接于轮毂，且预定角度介于22.5度至36度之间。

Description

风扇及其叶轮

技术领域

本发明涉及一种风扇及其叶轮，特别是涉及一种高效率且低噪音的风扇及其叶轮。

背景技术

随着电子装置效能的不断提高，散热装置或散热系统已成为现行电子装置中不可或缺的配备之一，因为电子装置所产生的热能若不加以适当地散逸，轻则造成效能变差，重则会导致电子装置的烧毁。散热装置对于微电子元件(例如集成电路，integrated circuits)而言更是重要，因为随着积集度的增加以及封装技术的进步，使得集成电路的面积不断地缩小，同时每单位面积所累积的热能也相对地会更高，故高散热效能的散热装置一直是电子产业界所积极研发的对象。

在现今的发热系统中，最广泛使用的散热装置为风扇。请参照图1A与图1B，图1A为现有风扇的叶轮示意图，而图1B为图1A中叶轮的扇叶安装角示意图。在图1A中，现有风扇的叶轮12包括一轮毂121及多个扇叶122环设于轮毂121周缘。一般而言，为了使风扇具有大风量、大风压的表现，扇叶122都以大于40度的角度方式设置于轮毂121周缘，亦即扇叶的安装角θ1大于40度，如图1B所示。

然而，当气流流经扇叶122时，由于安装角θ1过大，使得气流进入扇叶122的角度(即θ1-θr1)过大而产生气流剥离现象，在扇叶122的吸力面处便会产生涡流。

再者，因涡流所产生的压力震荡也是宽频噪音的来源，且较大的扇叶安装角θ1也会于扇叶122表面产生较大的压力变化，使扇叶频率的噪音值与噪讯比(Prominence Ratio)提高。就效率方面，由于传统风扇所消耗的电流较大，且因失速较早发生，使得操作区的静压明显降低，而导致效率下降，故现有风扇在耗能、噪音与操作区方面的表现不尽理想。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种风扇及其叶轮，通过减小扇叶的安装角，可有效减低风扇的负载与消耗功率，进而提高风扇整体效率，改善传统风扇效率差的缺点。再者，叶轮在设计上可搭配适当的轮毂尺寸与扇叶截弦比，可改善流场的顺畅度与特性，减低噪音产生并提高操作区，使风扇的整体效能得以改善。

根据本发明的目的，提出一种风扇，例如为一轴流式风扇，包括一扇框、一叶轮，以及一马达。扇框具有一框体、一底座及至少一支撑件，底座通过支撑件与框体连接。叶轮设置于底座上，且叶轮包括一轮毂与多个扇叶，多个扇叶环设于轮毂。马达与叶轮连接并驱动叶轮转动。其中每一扇叶是以一预定角度的安装角连接于轮毂，且预定角度介于22.5度至36度之间。

如上述的风扇，其中框体呈大致方形、圆形、椭圆形或菱形，框体的长度与高度比介于0.3至0.7之间，且框体的长度大于或等于38.0毫米(mm)。支撑件为一肋条或静叶，且支撑件呈渐进上扬的形状。框体更具有一入风口、一出风口以及至少一外扩部，例如为导角、斜角、导斜角或大R角。外扩部与框体相连且设置于入风口或出风口，可增加气流流入或流出的面积。

根据本发明的另一目的，更提出一种叶轮，其包括一轮毂以及多个扇叶。多个扇叶环设于轮毂，且每一扇叶以一预定角度的安装角连接于轮毂，预定角度介于22.5度至36度之间。其中每一扇叶具有一外侧边缘(b1)与一内侧边缘(b2)，外侧边缘远离轮毂，而内侧边缘位于扇叶与轮毂相连处，每一扇叶的叶长(W)除以外侧边缘(b1)与内侧边缘(b2)的平均值即得出扇叶的截弦比(A)，且截弦比介于0.2至2.0之间。

如上述的叶轮，其中每一扇叶呈渐进上扬的形状。在每一扇叶的剖面上，自内侧边缘至外侧边缘间具有一呈直线或曲线的引导线。轮毂与多个扇叶为一体成型，且轮毂与多个扇叶的材质为塑料、压克力、金属或合金。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1A为现有风扇的叶轮示意图；

图1B为图1A中叶轮的扇叶安装角示意图；

图2为本发明的较佳实施例的风扇的剖面示意图；

图3为图2中叶轮的扇叶安装角示意图；

图4为图2中扇叶截弦比的示意图；

图5为现有风扇与本发明风扇的特性曲线(风压对风量)比较图；

图6为现有风扇与本发明风扇的噪音测试比较图。

主要元件符号说明

12、22：叶轮          121、221：轮毂

122、222：扇叶        20：风扇

24：扇框              241：框体

242：底座             243：支撑件

244：入风口           245：出风口

246：外扩部

具体实施方式

请参照图2，其依照本发明的较佳实施例的风扇的剖面示意图。本发明的风扇20例如是一轴流式风扇，包括一扇框24、一叶轮22，以及一马达28。扇框24具有一框体241、一底座242及至少一支撑件243，底座242通过支撑件243与框体241连接。叶轮22设置于底座242上，且叶轮22包括一轮毂221与多个扇叶222，多个扇叶222环设于轮毂221。马达28与叶轮22连接并驱动叶轮22转动。

为了改善现有由于扇叶的安装角过大，使得气流进入扇叶的角度过大而产生气流剥离现象，造成风扇负载与消耗功率大的缺点，本发明将每一扇叶222以一预定角度的安装角连接于轮毂221旁侧，且此预定角度介于22.5度至36度之间，如图3所示，图3为图2中叶轮的扇叶安装角示意图。扇叶222的安装角定义为：以每一扇叶222的翼尖至连接至轮毂221的连接点所连成的假想线与垂直于轴向方向的假想水平面所得到的一夹角。

在本实施例中，由于扇叶222的安装角减少至36度以下，所以气流可顺着扇叶表面平顺的流动，延缓涡流的产生，且通过转速提高以提供一稳定的风压与风量，虽然其转速提高会增加消耗功率，然由于本发明原本风扇的消耗功率低，故其整体消耗功率仍会比现有风扇来的低。然而安装角也不能过小，否则无法产生气流的流动，最佳的安装角角度为介于22.5度至36度之间。

请同时参照图2至图4，图4为图2中扇叶截弦比的示意图。如上述的叶轮22，其中每一扇叶222呈渐进上扬的形状。在每一扇叶222的剖面上，自内侧边缘(b2)至外侧边缘(b1)间具有一呈直线或曲线的引导线。较佳地，轮毂221与多个扇叶222可为一体成型，且轮毂221与多个扇叶222的材质为塑料、压克力、金属或合金。

有鉴于风扇效率最好的时候是在失速前的区域，此时风扇可以克服一定的系统阻抗，又可提供稳定的风量，而且系统噪音值也会是最小。就风扇的效率而言，静压对效率的贡献会比动压大许多，操作区的静压值若提高，将可以大大改善效率，其效率(η)的计算公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{(\mathrm{Ps}+\mathrm{Pv})*Q}{I*V}$

Ps：静压(Static Pressure)

Pv：动压(Dynamic Pressure)

Q：风量(Volume)

I：输入电流(Input Current)

V：输入电压(Input Voltage)

由于扇叶222的安装角减少至36度以下，故风扇20的负载也比较小。在相同的消耗功率下，可以有更高的转速，而由于风扇的静压表现与转速平方成正比(P∞V²)，所以操作区的静压值得以提高。然而，虽然可提高效率表现，但是为了维持一定的风扇特性(及兼顾风压与风量的表现)，除扇叶安装角的设计外，尚需配合一定的扇叶比例(截弦比)。若扇叶的长度或是高度太小，作功面积不足，会导致风量减少或是操作区太低；若扇叶的长度或是高度太大，则负载增加，效率减低，使得失速区延长，在高背压时会有电流窜升的现象。因此，扇叶比例需在一定的范围内才能发挥效用。

就本实施例而言，采用框体的长度大于或等于38.0毫米(mm)，且框体的长度与高度比(即N值)介于0.3至0.7之间，其N值之计算公式如下：

N＝H/L

又，每一扇叶222的外侧边缘(b1)远离轮毂221，而内侧边缘(b2)位于扇叶222与轮毂221相连处，且每一扇叶皆符合截弦比介于0.2至2.0之间，其截弦比(A)的计算公式如下：

$A=\frac{W}{\left(\frac{b1+b2}{2}\right)}$

每一扇叶的叶长(W)除以外侧边缘(b1)与内侧边缘(b2)的平均值即得出扇叶的截弦比(A)。另外，搭配上连接框体241与底座242的支撑件243的特殊设计，例如是采用静叶或类静叶的肋条，且支撑件243呈渐进上扬的形状，有助于防止气流扩散，达到整流效果。且支撑件243设置于框体241与底座242的高度，可随扇叶222(即动叶)的高度调整至最佳值。

然而，本发明并不限制于此，例如，上述风扇20的框体241的形状并不限定，例如是呈大致方形、圆形、椭圆形或菱形。再者，框体241更具有一入风口244、一出风口245以及至少一外扩部246，如图2所示。外扩部246与框体241相连且设置于入风口244或出风口245，可增加气流流入或流出的面积。外扩部246例如为导角、斜角、导斜角或大R角。

针对现有风扇与本发明风扇作一实验验证，请参照图5，其是现有风扇与本发明风扇的特性曲线(风压对风量)比较图。其中X轴代表风压(inchH2O)，Y轴代表风量(CFM)。由图中可明显发现，应用本发明的风扇，其失速区比起现有风扇来的较不明显，且在高压区的表现也优于现有风扇，故根据实验数据显示，本发明确能有效提高风扇性能并减低风扇的负载与消耗功率。

由于气流分离所产生的涡流与入风口的紊流都是宽频的噪声源，特别是针对由于失速所导致的涡流，其所造成的宽频噪音，对系统噪音的增加会更加明显。将应用本发明的12公分大小风扇与现有12公分大小风扇进行噪音测试，请参照图6，其是现有风扇与本发明风扇的噪音测试比较图。其中X轴代表风压(inchH2O)，Y轴代表噪音值(dB)。经比较后可明显发现，本发明风扇所测得的进入系统的噪音值，也因为没有失速区的存在使得其噪音的波动幅度比较小，整体而言，其噪音曲线都比现有风扇佳。故本发明的通过减小扇叶的安装角，可有效减低或是延缓气流分离，此举可有效改善因涡流与紊流所产生的噪音，如此一来，足可证明应用本发明的风扇及其叶轮，确可减低噪音激频的产生，且有效提高风压及风量，并达到减速及整流的效果。

综上所述，本发明所提供的风扇及其叶轮，是通过减小扇叶的安装角，以有效减低风扇的负载与消耗功率，进而提高风扇整体效率，改善传统风扇效率差的缺点。再者，叶轮在设计上可搭配适当的轮毂尺寸与扇叶截弦比，可改善流场的顺畅度与特性，减低噪音产生并提高操作区，使风扇的整体效能得以改善。

虽然结合以上一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (15)

1.一种叶轮，包括：

一轮毂；以及

多个扇叶，环设于该轮毂，且每一扇叶是以一预定角度的安装角连接于该轮毂，该预定角度介于22.5度至36度之间。

2.如权利要求1所述的叶轮，其中每一扇叶具有一外侧边缘(b1)与一内侧边缘(b2)，该外侧边缘远离该轮毂，而该内侧边缘位于该扇叶与该轮毂相连处，每一扇叶的叶长(W)除以该外侧边缘(b1)与该内侧边缘(b2)的平均值即得出该扇叶的截弦比(A)，且该截弦比介于0.2至2.0之间。

3.一种风扇，包括：

一扇框，具有一框体、一底座及至少一支撑件，该底座通过该支撑件与该框体连接；

一叶轮，设置于该底座上，该叶轮包括一轮毂与

多个扇叶，该些扇叶环设于该轮毂；以及

一马达，与该叶轮连接并驱动该叶轮转动；

其中每一扇叶是以一预定角度的安装角连接于该轮毂，且该预定角度介于22.5度至36度之间。

4.如权利要求3所述的风扇，其中每一扇叶具有一外侧边缘(b1)与一内侧边缘(b2)，该外侧边缘远离该轮毂，而该内侧边缘位于该扇叶与该轮毂相连处，每一扇叶的叶长(W)除以该外侧边缘(b1)与该内侧边缘(b2)的平均值即得出该扇叶的截弦比(A)，且该截弦比介于0.2至2.0之间。

5.如权利要求4所述的风扇，其中在每一扇叶的剖面上，自该内侧边缘至该外侧边缘间具有一引导线。

6.如权利要求5所述的风扇，其中该引导线为一直线或曲线。

7.如权利要求3所述的风扇，其中该框体的长度与高度比介于0.3至0.7之间。

8.如权利要求3所述的风扇，其中该框体的长度大于或等于38.0毫米(mm)。

9.如权利要求3所述的风扇，其中该轮毂与该些扇叶为一体成型。

10.如权利要求3所述的风扇，其中该轮毂与该些扇叶的材质为塑料、压克力、金属或合金。

11.如权利要求3所述的风扇，其中每一扇叶呈渐进上扬的形状。

12.如权利要求3所述的风扇，其中该支撑件为一肋条或静叶。

13.如权利要求12所述的风扇，其中该支撑件呈渐进上扬的形状。

14.如权利要求3所述的风扇，其中该框体还具有一入风口、一出风口以及至少一外扩部，该外扩部与该框体相连且设置于该入风口或该出风口，可增加气流流入或流出的面积。

15.如权利要求14所述的风扇，其中该外扩部为一导角、斜角、导斜角或大R角。

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