CN103032353A

CN103032353A - 具有振动功能的风扇

Info

Publication number: CN103032353A
Application number: CN2012103821400A
Authority: CN
Inventors: 黄定宏; 玉孔学; 邓金荣
Original assignee: GONGQINGCHENG CELLON COMMUNICATIONS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GONGQINGCHENG CELLON COMMUNICATIONS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明公开了一种具有振动功能的风扇，包括驱动机构、风扇组件和振动机构，驱动机构包括线圈和转轴，风扇组件和振动机构同轴装配于转轴之上，振动机构包括环形轨道和两个滚珠，当线圈驱动转轴正向转动时，两个滚珠紧靠随转轴持续同向转动产生偏心力矩形成振动，风扇随转轴同步转动，反之，当线圈驱动转轴反向转动时，一滚珠沿环形轨道滚动至两滚珠相互分离，构成平衡转动，振动停止，风扇保持转动。本发明通过在风扇上加装振动机构，根据力学原理在驱动机构正转和反转时，造成内部质心位置的不同，从而可控地实现散热和散热加振动的功能，在驱动机构正转时，实现风扇散热加振动提醒功能，而反转时，仅实现风扇散热的功能。

Description

具有振动功能的风扇

技术领域

本发明涉及风扇，特别是指设置于手机上具有振动功能的风扇。

背景技术

目前在手机的产品设计中，振动提醒功能已经成为手机的标准配置，因此，振动驱动机构在手机当中成为不可缺少的部件。

同时，现有的消费电子产品如手机，体积越来越小，性能却越来越高，散热问题也日渐凸显。传统的被动散热方式有其成本高、散热效果差、工艺复杂等缺点。因此，市面上各种微型风扇应运而生，选择轻薄短小的风扇进行主动散热也是最经济、有效的一种方法。

但是，在当前电子产品中，振动提醒和散热是两个相互独立的部分，这不利于进一步降低产品成本以及缩小体积，尤其在手机振动提醒和主动散热应用中，独立的振动驱动机构和风扇将严重制约着手机的轻薄化。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种结构简单的具有振动功能和散热功能的微型风扇。

本发明提供了一种具有振动功能的风扇，包括驱动机构、风扇组件和振动机构，驱动机构包括线圈和转轴，风扇组件和振动机构同轴装配于转轴之上，振动机构包括环形轨道和两个滚珠，当线圈驱动转轴正向转动时，两个滚珠紧靠随转轴持续同向转动产生偏心力矩形成振动，风扇随转轴同步转动，反之，当线圈驱动转轴反向转动时，一滚珠沿环形轨道滚动至两滚珠相互分离，构成平衡转动，振动停止，风扇保持转动。

优选所述环形轨道内具有至少四个凹形滚珠孔，至少一个固定滚珠和至少一个可动滚珠，其中，滚珠孔以环形轨道为轴对称设为两组，每组滚珠孔相贴近，固定滚珠被固定于所述滚珠孔之中，随转轴同步同向转动，当线圈驱动转轴正向转动时，可动滚珠沿环形轨道滑动至与固定滚珠相近的滚珠孔内，两个滚珠紧靠随转轴持续同向转动产生偏心力矩形成振动，反之，当线圈驱动转轴反向转动时，可动滚珠沿环形轨道滚动至与固定滚珠相互分离，落入与固定滚珠相远离的滚珠孔内，构成平衡转动，振动停止。通过对线圈输入电流的正反向控制，线圈驱动转轴转动，可动滚珠相对于固定滚珠的位置变化，实现振动和非振动之间的转换。

优选地，所述滚珠孔为4个，固定滚珠为1个，可动滚珠为1个。

优选地，所述两相近的滚珠孔之间进一步设有挡板，当可动滚珠和固定滚珠相碰时，起到一定的缓冲作用，避免落入滚珠孔中的可动滚珠因相互碰撞而弹开。

优选地，所述风扇进一步包括收纳装置，收纳装置包括扇框基座和顶盖，所述驱动机构、风扇组件和振动机构收纳于扇框基座之中，所述振动机构通过胶合或卡合以风扇组件的表面, 并通过顶盖将其封闭，以将各组件更好地收纳装配在一起。

优选地，所述固定滚珠和可动滚珠的总重量相等。固定滚珠和可动滚珠的材料和数量可不相同，但两者的总重量须相等，以实现平稳对称地旋转，保持非振动状态的稳定性。

优选地，所述滚珠和环形轨道之间设有微小间隙，使得滚珠在环形轨道中滑动更为顺畅。

优选地，所述环形轨道为圆形或类圆形封闭轨道，相对转轴中心对称设置。

优选地，所述线圈驱动机构连接有一电源接线组，当电源接线组正向输入时，转轴和滚珠正转，当电源接线组反向输入时，转轴和滚珠反转。

与现有技术相比，本发明具有振动功能的风扇采用环形轨道和滚珠相配合组成振动机构，其中，一个固定滚珠固定于环形轨道的滚珠孔内，而另一个可动滚珠可在轨道中滚动，当驱动机构正转时，带动环形轨道同步转动，可动滚珠落入与固定滚珠相邻的滚珠孔中，造成振动机构的偏心，从而产生振动；而当驱动机构反转时，可动滚珠将落入与固定滚珠对称相远的滚珠孔之中，保持平衡转动，这时，风扇转动而不产生振动，这样，通过控制驱动机构的输入电流的正反向，使得驱动机构带动振动机构和风扇组件正反转，利用惯性力和加速度原理，使得在正转状态时，可动滚珠和固定滚珠在轨道的同一侧转动，产生偏心振动，振动时，风扇同步转动散热；而非振动时，风扇在转轴的带动下，仍可持续转动，为手机提供了良好的散热效果。另外，振动机构和风扇组件装配合为一体，结构紧凑，使得整机结构更为轻便化，能适应手机薄型化、轻型化发展的需要，风扇兼具了散热和振动两个功能。

附图说明

图1为本发明的优选实施方式的分解示意图；

图2A为本发明驱动机构正转时可动滚珠脱离滚珠孔的非稳态示意图；

图2B为本发明驱动机构正转时可动滚珠在滑行轨道上的非稳态示意图；

图2C为本发明驱动机构正转时可动滚珠与风扇同步加速的非稳态示意图；

图2D为本发明驱动机构正转时可动滚珠与风扇同步匀速运转的稳态示意图；

图3为本发明驱动机构反转时可动滚珠初始位置在滚珠孔的非稳态示意图；

图4为本发明驱动机构反转时可动滚珠初始位置在滚珠孔的非稳态示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本发明提供了具有振动功能的风扇100，包括驱动机构1、风扇组件2和振动机构3，驱动机构1包括线圈10和转轴12，风扇组件2和振动机构3同轴装配于转轴12之上，振动机构3包括环形轨道30和两个滚珠32，当线圈10驱动转轴12正向转动时，两个滚珠32紧靠随转轴12持续同向转动产生偏心力矩形成振动，风扇随转轴12同步转动，反之，当线圈10驱动转轴12反向转动时，一滚珠沿环形轨道30滚动至两滚珠相互分离，构成平衡转动，振动停止，风扇保持转动。

所述风扇进一步包括收纳装置4，收纳装置4包括扇框基座40和顶盖42，扇框基座40开设有一开孔401，所述驱动机构1、风扇组件2和振动机构3顺序收纳于扇框基座40之开孔401中，转轴12通过扇框基座40底部延伸的支架将其固定于扇框基座40之中部，安装时，顺序将线圈10、风扇组件2和振动机构3穿入转轴12之中，最后，通过顶盖42将其封闭。组装完毕后，转轴12定位于扇框基座40的对称中心上，驱动机构1、风扇组件2和振动机构3以转轴12为轴对称设置。顶盖42以胶合或卡合的方式紧固在环形轨道30的上方，以封闭所述环形轨道30，保证振动机构3的平稳性和安全性。

其中，驱动机构包括线圈10、转轴12和电源接线组（未标示），线圈10套设于转轴12上，并与电源接线组电连接，当电源接线组正向输入时，转轴12和滚珠32正转，当电源接线组反向输入时，转轴12和滚珠32反转。线圈10由永磁铁通电产生磁场驱动转轴12转动。

风扇组件2包括轮毂20和多片扇叶22，扇叶22环绕于轮毂的周缘分布，轮毂20的中部贯穿转轴12，并可随转轴12同步转动，进而带动扇叶22转动进行主动散热。风扇组件2可由塑料等材料制成。

参照图2A-图4所示，振动装置3可与轮毂20一体成型，也可独立，通过胶合或卡合的方式装配于轮毂20的表面。振动机构3包括环形轨道30和两个滚珠32，所述环形轨道30为圆形或类圆形封闭轨道，相对转轴12中心对称设置。所述环形轨道30内具有至少四个凹形滚珠孔300，至少一个固定滚珠320和至少一个可动滚珠322，其中，滚珠孔300以环形轨道30为轴对称设为两组，每组滚珠孔300相贴近，固定滚珠320被固定于所述滚珠孔300a之中，随转轴12同步同向转动。设沿方向A转动为正转，当线圈10驱动转轴12正向转动时，可动滚珠322沿环形轨道30滑动至与固定滚珠320相近的滚珠孔300a内，两个滚珠32紧靠随转轴12持续同向转动产生偏心力矩形成振动，反之，设沿方向B转动为反转，当线圈10驱动转轴12反向转动时，可动滚珠322沿环形轨道30滚动至与固定滚珠320相互分离，落入与固定滚珠320相远离的滚珠孔300b内，构成平衡转动，振动停止。

优选地，所述滚珠孔为4个，固定滚珠为1个，可动滚珠为1个。滚珠孔300可为圆形孔或斜孔，滚珠孔300以环形轨道30为轴对称设为两组，每组滚珠孔有两个，两个滚珠孔300相互贴近，以使在不考虑滚珠的前提下，振动机构质心尽量落在轴上，使只有风扇功能时能够更平稳运转。

固定滚珠320固定在其中一个滚珠孔300a中，而可动滚珠322可在较光滑的环形轨道30上滑行，也可落入与滚珠孔300a相近的另一滚珠孔300a中，或落入与滚珠孔300a对称相远的另一滚珠孔300b中。环形轨道30为圆环结构，恰容许可动滚珠322滑过，但与可动滚珠322之间仍有一定的间隙, 使得滚珠32在环形轨道30中滑动更为顺畅。

所述两相近的滚珠孔32之间进一步设有挡板5，挡板5关于轴对称，由软性材料制成，对滚珠32的撞击具有减缓作用，当风扇转动加速或减速将造成可动滚珠322相对环形轨道30运动，档板5可用于减小反复撞击的冲力，减小因供电等情况引起的转速不稳，产生不需要的振动。

所述固定滚珠320和可动滚珠322的材料可不相同，数量也可不一，但两者总重量相等，使得驱动机构反转时，整个振动机构3上的固定滚珠320和可动滚珠322保持对称平衡，振动停止。

由于驱动机构1通电从静止状态到较匀速转动所需的时间极短，启动过程具有较大的加速度，这个加速度将造成驱动机构1带动的非固定部分因力的相互作用，产生相对运动，运用这个原理，对非固定部分运行环形轨道30进行结构设计，使风扇组件2在正转时，可动滚珠322落入与固定滚珠320相邻的滚珠孔300a内，从而造成振动装置3的偏心，实现风扇转动及振动提醒。风扇组件2反转时，可动滚珠322落入与固定滚珠320对称的滚珠孔300b内，振动装置3关于轴保持对称，质心在轴上，只有风扇转动而不会有振动。

以下将详述振动风扇在正转时实现风扇散热加振动提醒，反转时只散热的工作原理。请逐一参照图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4。

图2A为正转启动时可动滚珠322在滚珠孔300b中的位置与固定滚珠320相对称的瞬间状态示意图，以下详述这一瞬态过程。初始状态，固定滚珠320固定在滚珠孔300a之中，可动滚珠322落入滚珠孔300b之中。当驱动机构1正转启动，加速转动瞬间，因可动滚珠322暂处在静止状态，可动滚珠322与环形轨道30有相对运动，滚珠孔300b的左壁将与可动滚珠322产生相互作用力，滚珠孔300b左壁上的各个点均对可动滚珠322有沿滚珠孔法向的作用力，整个左壁对可动滚珠322产生的合力可分解为沿轴的法向分力Fn和切向分力Ft，且风扇的启动加速度越大，这两个分力也越大。其中切向分力Ft除克服摩擦力、可能的重力在此方向的分力外，将使可动滚珠322沿轴切向作加速的圆周运动，法向分力除克服摩擦力、所需圆周运动向心力(风扇刚转动时，此力很小)、可能的重力在此方向的分力外，将使可动滚珠322沿轴法向作加速运动，这一运动将使可动滚珠322脱离滚珠孔300b的底部。随着可动滚珠322远离滚珠孔300b的底部，可动滚珠322与滚珠孔300b的相互作用力逐渐减弱，但由于惯性，可动滚珠322仍将沿轴法向运动，直到完全脱离滚珠孔300b。此时，可动滚珠322已进入环形轨道30，与滚珠孔300b已无相互作用力，由于已经没有滚珠孔300b切身分力Ft，可动滚珠322此时不再沿切向作加速圆周运动，而风扇仍继续加速转动，因轨道较光滑，故可动滚珠322所受到的摩擦力远远不足使可动滚珠322与环形轨道30同步加速，故产生相对运动，即可动滚珠322相对环形轨道30是沿着滚珠孔300a运动的，可动滚珠322紧贴滑行轨道外壁滑行（状态图见图2B），滑行轨道外壁将提供可动滚珠322作圆周运动所需的向心力。可动滚珠322相对运动直到碰撞到滚珠孔300a的右壁与挡板5的交界处，挡板5可减缓可动滚珠322的反弹，滚珠孔300a右壁与挡板5共同作用提供可动滚珠322切向加速的切向分力和提供圆周运动的向心力，使可动滚珠322实现同步加速(状态图见图2C)。这一过程将持续到风扇加速完成，进入较平稳的匀速转动状态。这一过程中，滚珠孔300a右壁与挡板5提供给可动滚珠322的沿轴切向分力渐减，直到风扇匀速转动，这一分力为零，此时，可动滚珠322已完全落入滚珠孔300a中，滚珠孔300a提供给可动滚珠322的法向作用力使可动滚珠322与风扇同步匀速圆周运动，当风扇因供电等问题造成转速减缓或加快时，可动滚珠322将在滚珠孔300a上微滑动，与左壁或右壁产生相互的作用力，提供可动滚珠322这种减缓或加快所需的切向减速或加速所需要的分力，从而在风扇转速不稳的情况下，可动滚珠也能和滑行轨道同步转动。因稳态时可动滚珠322的质量叠加在固定滚珠320相邻处，实现振动装置的偏心，在风扇转运的同时产生振动。从而实现风扇通风散热和振动提醒功能。

风扇启动时，可动滚珠322的静止位置可能在另一滚珠孔300a中，位置示意图可同样参考图2D，驱动机构正转启动详细分析原理同上，可动滚珠322脱离滚珠孔300a的底部，在滚珠孔300a的右壁与挡板5交界处实现与风扇的同步加速转运(同图2C)，当驱动机构达到较匀速转动状态，可动滚珠322落回滚珠孔300a底部(同图2D)，同样实现风扇散热与振动提醒的功能。

图3为驱动机构反转启动时，可动滚珠322在滚珠孔300b中的位置与固定滚珠320相对称的瞬间状态示意图，可动滚珠322脱离滚珠孔300b的底部，在滚珠孔300b的右壁与挡板5交界处实现与风扇的同步加速转动，当风扇达到较匀速转动状态，可动滚珠322落回滚珠孔300b底部，由于可动滚珠322与固定滚珠320相互对称，整个振动装置的质心落在转轴上，因此风扇在转动过程中不会产生振动，即反转时只具有风扇散热功能。

图4为驱动机构反转时，可动滚珠322在另一滚珠孔300a中，可动滚珠322在滚珠孔300a中的位置与固定滚珠320相邻的瞬间状态示意图，可动滚珠322脱离滚珠孔300a的底部，相对运动沿轨道滑行到滚珠孔300b的右壁与挡板5的交界处实现同步加速，最后，落回滚珠孔300b底部，同样实现反转时只具有风扇散热功能。

在静止状态时，可动滚珠322可在滚珠孔300a中，也可在滚珠孔300b中，因重力等因素，也有概率在环形轨道上。这取决于风扇在减速停转时是正转还是反转状态。无论静止状态可动滚珠322的位置在何处，驱动机构1正转时，因力的相互作用，可动滚珠322在风扇平稳转动时一定落在滚珠孔300a中，与固定滚珠320一起同步绕转轴12转动，实现偏心，产生振动；驱动机构1反转时，可动滚珠322在稳态时落在与固定滚珠320对称相远的滚珠孔300b中，整个振动装置质心落在转轴12上，不产生振动。可见，利用这一原理，整个微型风扇无需特殊的材料，整体结构简单，即可实现可控的风扇通风散热或散热加振动提醒功能。

在本发明提供了一种同时具有振动提醒和散热功能的微型风扇，在微型风扇上加装振动机构，根据力学原理在驱动机构正转和反转时，造成内部质心位置的不同，从而可控地实现散热和散热加振动的功能，在驱动机构正转时，实现风扇散热加振动提醒功能，而反转时，仅实现风扇散热的功能。同时，在两滚珠孔之间增设挡板，通过挡板对滚珠之间的碰撞起一定的减缓作用，滚珠孔的深度约为滚珠的1/4-1/3，这样的小孔陷入结构在风扇运转时，构成质心平稳，使微型风扇减少噪音，运转更为稳定。另外，本发明将振动马达的振动原理与微型风扇的结构设计相结合，不仅可以降低材料和组装成本，还可以节省系统体积，使之符合小型化、轻型化、薄型化发展的需要，以便大量应用到未来的手机或其他消费性电子产品中。

以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种具有振动功能的风扇，包括驱动机构、风扇组件和振动机构，其特征在于：驱动机构包括线圈和转轴，风扇组件和振动机构同轴装配于转轴之上，振动机构包括环形轨道和两个滚珠，当线圈驱动转轴正向转动时，两个滚珠紧靠随转轴持续同向转动产生偏心力矩形成振动，风扇随转轴同步转动，反之，当线圈驱动转轴反向转动时，一滚珠沿环形轨道滚动至两滚珠相互分离，构成平衡转动，振动停止，风扇保持转动。

2.根据权利要求1所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述环形轨道内具有至少四个凹形滚珠孔，至少一个固定滚珠和至少一个可动滚珠，其中，滚珠孔以环形轨道为轴对称设为两组，每组滚珠孔相贴近，固定滚珠被固定于所述滚珠孔之中，随转轴同步同向转动，当线圈驱动转轴正向转动时，可动滚珠沿环形轨道滑动至与固定滚珠相近的滚珠孔内，两个滚珠紧靠随转轴持续同向转动产生偏心力矩形成振动，反之，当线圈驱动转轴反向转动时，可动滚珠沿环形轨道滚动至与固定滚珠相互分离，落入与固定滚珠相远离的滚珠孔内，构成平衡转动，振动停止。

3.根据权利要求2所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述滚珠孔为4个，固定滚珠为1个，可动滚珠为1个。

4.根据权利要求2所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述两相近的滚珠孔之间进一步设有挡板。

5.根据权利要求1所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述风扇进一步包括收纳装置，收纳装置包括扇框基座和顶盖，所述驱动机构、风扇组件和振动机构收纳于扇框基座之中，并通过顶盖将其封闭。

6.根据权利要求2所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述固定滚珠和可动滚珠的总重量相等。

7.根据权利要求2所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述滚珠和环形轨道之间设有微小间隙。

8.根据权利要求2所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述环形轨道为圆形或类圆形封闭轨道，相对转轴中心对称设置。

9.根据权利要求1所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述振动机构通过胶合或卡合以风扇组件的表面。

10.根据权利要求1所述的具有振动功能的风扇，其特征在于：所述线圈驱动机构连接有一电源接线组，当电源接线组正向输入时，转轴和滚珠正转，当电源接线组反向输入时，转轴和滚珠反转。