CN103362868A

CN103362868A - 轴流风机

Info

Publication number: CN103362868A
Application number: CN2013100988806A
Authority: CN
Inventors: 稻田直哉; 渡辺二朗
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: EP2644902B1; KR20130111458A; TWI631283B; US20140003933A1; CN103362868B; US9714659B2; JP2013209956A; EP2644902A3; TW201344062A; EP2644902A2

Abstract

本发明涉及一种轴流风机。本发明实现了一种能够提高鼓风效率以及静压效率并且降低功率消耗的轴流风机。轴流风机（100）具有将轮毂（20）安装在旋转驱动装置的旋转轴上的叶轮（10）和围绕叶轮（10）的径向方向的外周且具有在旋转轴的轴向方向上相对的进气口（42）以及排出口（43）的文丘里外壳（41），其中一体地安装在轮毂（20）上的多个叶片（30）的正压面（30b）具有按照叶片（30）的旋转方向R的前缘部（31）的弯曲形状而弯曲的多个台阶部（33）。

Description

轴流风机

技术领域

本发明涉及一种将叶轮的叶片的正压面的形状进行改进的轴流风机。

背景技术

轴流风机在作为旋转中心的轮毂的外周上呈放射状地具有多个叶片。由于轴流风机结构简单，因此广泛用于例如个人电脑（PC）、服务器用冷却风扇和通风扇等。

轴流风机一般具有风量大、静压小的鼓风特性。为了改进轴流风机的鼓风特性和降低噪音，对叶片的结构已经做出各种努力。

作为轴流风机叶片结构的相关技术，已公开的轴流风机在作为旋转中心的轮毂外周具有多个叶片，在各叶片的负压面上形成多个陷窝的同时，以

的方式设定该陷窝的深度d和陷窝的孔径

（例如，参照专利文献1）。

专利文献1的技术通过在各叶片的负压面上按规定条件形成多个陷窝，实现了对叶片负压面上的边界层扩展和流动分离的抑制、轴流风机噪音的降低以及空气动力性能的提高。

此外，还公开了一种在叶片的加压面设置多个突起，在连接所述突起的顶点而形成的表面和叶片的负压面上形成有流线型的翼状的轴流风机（例如，参照专利文献2）。

专利文献2的技术通过在叶片的加压面（正压面）设置多个突起以便和叶片的负压面形成流线形的翼状，提供了一种鼓风效率高、噪音小、而且轻量的轴流风机。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平5-332294号公报

[专利文献2]日本特开平11-37092号公报

然而，通过专利文献1和2的技术，并没有全面研究降低轴流风机的功率消耗，即使提高了鼓风效率又降低了噪音，但是功率消耗增加使得技术价值减半。

近年来，伴随着促进互联网·基础设施的发展，大型服务器得到了普及。例如，在大型服务器的壳体中安装了约40个的多个冷却风扇。通常，由于多个冷却风扇的电源由存放在壳体内的单一的电源装置供给，所以电源装置上的负担很大。因此，即使只是在稍微降低各个冷却风扇的功率消耗的情况下，也能显著降低冷却风扇整体给电源装置带来的负载。

发明内容

本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种能够提高鼓风效率以及静压效率并且降低功率消耗的轴流风机。

为了达成上述目的的轴流风机具有将轮毂安装于旋转驱动装置的旋转轴的叶轮；和围绕上述叶轮的径向方向的外周且具有在上述旋转轴的轴向方向上相对的进气口以及排出口的文丘里外壳（ベンチュリケーシング）。

一体地安装于上述轮毂的多个叶片的正压面具有按照上述叶片的旋转方向的前缘部的弯曲形状而弯曲的多个台阶部。

[发明的效果]

本发明的轴流风机的各叶片的正压面有多个台阶部。各台阶部按照该叶片的旋转方向的前缘部的弯曲形状而弯曲。

因此，可以认为各叶片的正压面和文丘里外壳之间的排出流在弯曲的各台阶部的旋转方向后方的凹坑形成有涡流。根据本发明，通过使尾流的排出流通过由多个台阶部形成的阶段性的涡流上方，可以提高轴流风机的鼓风效率以及静压效率并且降低功率消耗。

附图说明

图1是本实施方式的轴流风机的前视图；

图2是本实施方式的轴流风机的后视图；

图3是本实施方式的轴流风机的一部分的示意性侧剖视图；

图4是本实施方式的轴流风机叶片的顶视图、底视图和后视图；

图5是说明本实施方式的轴流风机样机的鼓风特性的图。

符号说明

10 叶轮

20 轮毂

30 叶片

30a 负压面

30b 正压面

31 前缘部

32 后缘部

33、33a、33b 台阶部

41 文丘里外壳

42 进气口

43 排出口

100 轴流风机

R 旋转方向

具体实施方式

下面，参照附图，对本实施方式的轴流风机进行说明。

本实施方式的轴流风机在一体地安装在轮毂上的多个叶片的正压面具有按照叶片的旋转方向的前缘部的弯曲形状而弯曲的多个台阶部。根据本实施方式，通过使尾流的排出流通过由多个台阶部形成的阶段性的涡流上方，可以实现一种能够提高鼓风效率以及静压效率并且降低功率消耗的轴流风机。

[轴流风机的构成]

首先参照图1至图3，对本实施方式的轴流风机的构成进行说明。图1是本实施方式的轴流风机的前视图。图2是本实施方式的轴流风机的后视图。图3是本实施方式的轴流风机的一部分的示意性侧剖视图。图4是本实施方式的轴流风机叶片的顶视图、底视图和后视图。

如图3所示，本实施方式的轴流风机100具有安装在旋转驱动装置（未图示）的旋转轴上的叶轮10和围绕叶轮10的径向方向的外周的文丘里外壳41。

文丘里外壳41是构成风机框架40的主要部分的部件。文丘里外壳41是圆筒体状的部件，其区划形成作为叶轮10引起的风的通路的风洞。文丘里外壳41的轴向方向两端的开口分别成为吸入口42、排出口43。

在文丘里外壳41的进气侧和排出侧的周边设置用于在电子设备等中固定风机框架40的凸缘部44、45。凸缘部44、45为与文丘里外壳41的外周壁接连的正方形的安装部件。在各凸缘部44、45的四角形成用于拧紧安装螺钉的螺纹孔（未图示）。

予以说明，包含文丘里外壳41和凸缘部44、45的风机框架40例如由铝或铝合金形成，但并不限定于例示的材质，也可以使用其它金属材料或热塑性合成树脂等。

叶轮10具有作为旋转中心的轮毂20和一体地安装在该轮毂20的外周的多个叶片30。

轮毂20是设置在叶轮10的中央部的杯形部件。在轮毂20的内部，嵌合了作为叶轮10的旋转驱动装置的电机的转子磁轭（未图示）。电机的基部被支撑于风机框架40。

如图1所示，多个叶片30呈放射状地一体地安装在作为旋转中心的轮毂20的周围。本实施方式的叶轮10具有5个叶片30，但叶片30的数量不限定于5个。轮毂20和叶片30例如可以由热塑性合成树脂形成，但并不限定于例示的材质。作为热塑性合成树脂，例如可以举出：PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PC/ABS、PA（聚酰胺）、POM（聚甲醛）等树脂。

各叶片30呈翼形。各叶片30一体地安装在轮毂20上，以便使该翼形的各叶片30的前端侧（突出侧）向叶轮10的旋转方向R的前方侧定位。

各叶片30的基端部（内周端部）相对于旋转轴的轴向方向倾斜地安装在轮毂20上。具体而言，各叶片30倾斜地安装于轮毂20，使得该叶片30的旋转方向的前缘部31位于轮毂20的头部侧，后缘部32位于轮毂20的开口侧（参照图3）。

如图1至图3所示，叶轮10配置在文丘里外壳41内，使得各叶片30的前面侧形成吸入口42侧，各叶片30的背面侧形成排出口43侧。因此，轴流风机100的各叶片30的前面侧为负压面30a，背面侧为正压面30b。

本实施方式的轴流风机100在各叶片30的正压面30b形成有弯曲的多个台阶部33。仅在各叶片30的正压面30b形成有弯曲的多个台阶部33，而负压面30a以常规的光滑面形成。

图4（a）是叶片的外周面的顶视图，（b）是叶片的内周面（基端面）的底视图，（c）是叶片的后视图。

如图2至图4所示，各台阶部33按照叶片30的前缘部31的弯曲形状而被形成。各台阶部33在各叶片30的正压面30b从该各叶片30的基端部（内周部）延伸到外周部而进行弯曲。多个台阶部33的曲率形成为比叶片30的前缘部31的曲率小，比后缘部32的曲率大。在本实施方式中，在各叶片30的正压面30b上设有两处台阶部33a，33b。位于叶片30的后缘部32侧的台阶部33b的曲率设定为比位于前缘部31侧的台阶部33a的曲率小。

在本实施方式中，在各叶片30的正压面30b上设置有两处台阶部33a，33b，但台阶部的数量不限定于两处。

如图4（a）（b）所示，在各叶片30的横截面上，正压面30b的壁厚从前缘部31开始缓缓增加，经过台阶部33a而与其增加程度相比急剧减少。接着，经过台阶部33a急剧减少的壁厚再次缓缓增加，并且经过台阶部33b而与其增加程度相比急剧减少，直到到达后缘部32。即，叶片30的正压面30b的横截面形状阶段性地重复使壁厚从该叶片30的前缘部31侧开始平滑增加而经过台阶部33使壁厚急剧减小的形状。

另一方面，如上所述，各叶片30的负压面30a形成有常规的光滑面。对叶片30的正压面30b的横截面形状与负压面30a的横截面形状进行综合地整体观察，各叶片30的横截面形状恰好呈从前缘部31侧开始朝向后缘部32侧两处流线型串联相连的形状。

予以说明，在台阶部33的数量为三处以上的情况下，各叶片30的横截面形状恰好呈与台阶部33的数量对应的流线型串联相连的形状。

[轴流风机的运转]

接着，参照图1至图5，对本实施方式的轴流风机100的运转进行说明。

如图3所示，通过拧紧进气侧凸缘部44或排出侧凸缘部45上未图示的安装螺钉，可以将轴流风机100安装在电子设备的机壳等上。例如，在将本实施方式的轴流风机100用作PC或服务器用的冷却风扇的情况下，在PC等的机壳内表面的风扇安装部安装进气侧凸缘部44。而且，在将本实施方式的轴流风机100用作通风扇的情况下，在建筑物内壁的开口部的周缘部安装排出侧凸缘部45。

在将本实施方式的轴流风机100用作服务器的冷却风扇的情况下，在文丘里外壳41内，叶轮10的各叶片30的负压面30a面向服务器的机壳外，正压面30b面向服务器的机壳内。服务器运行过程中，轴流风机100的叶轮10进行旋转，利用向机壳内引入外部空气对硬盘驱动器（HDD）等电子设备进行空气冷却。

由轴流风机100的吸入口42吸入的外部空气，通过叶轮10的叶片30和文丘里外壳41之间从排出口43向壳体内排出。

本实施方式的轴流风机100在各叶片30的正压面30b上形成有弯曲的多个台阶部33。各台阶部33按照各叶片30的旋转方向的前缘部31的弯曲形状进行弯曲。各台阶部33在各叶片30的正压面30b上，从该各叶片30的基端部（内周部）延伸到外周部而进行弯曲。位于叶片30的后缘部32侧的台阶部33b以比位于前缘部31侧的台阶部33a曲率减少的方式进行弯曲。

叶片30的正压面30b的横截面形状阶段性地重复使壁厚从叶片30的前缘部31侧开始光滑增加而经过台阶部33使壁厚急剧减小的形状。因此，叶片30的横截面形状呈现从前缘部31侧开始朝向后缘部32侧、流线型的翼串联相连的形状。

如图5所示，本实施方式的具有以上那样的叶片结构的轴流风机100的鼓风特性通过制作并运行本实施方式的轴流风机100的样机，并且与常规的结构比较来进行确认。常规结构的轴流风机具有与本实施方式相同数量的5个叶片，并具有各叶片的负压面和正压面以光滑面形成的叶轮。

图5是说明本实施方式的轴流风机样机的鼓风特性的图。予以说明，鼓风特性对转速、最大风量、最大静压、声压水平、功率消耗、静压效率以及叶片效率进行测定。

首先图5（a）为将本实施方式的轴流风机的风量和功率消耗的关系与现有结构的比较进行说明的图。图5（a）中，对比了本实施方式的轴流风机和现有结构的轴流风机的风量和静压的关系曲线。

如图5（a）所示，随着轴流风机的风量增加，静压逐渐减少。而且，在轴流风机的风量增加时，功率消耗呈缓慢增加后下降的曲线而减少。

对比本实施方式的轴流风机与现有结构的轴流风机的风量和静压的关系曲线时，可以发现本实施方式的轴流风机与现有结构的轴流风机相比，降低了约12.7%的最小功率消耗[W]。

接着图5（b）为将本实施方式的轴流风机的风量与静压效率的关系与现有结构的比较进行说明的图。图5（b）中，对比了本实施方式的轴流风机和现有结构的轴流风机的风量和静压的关系曲线。

如图5（b）所示，随着轴流风机的风量增加，静压逐渐减少。而且，在使轴流风机的风量增加时，静压效率呈现山形曲线而变化。

对比本实施方式的轴流风机与现有结构的轴流风机的风量和静压的关系曲线时，可以发现本实施方式的轴流风机与现有结构的轴流风机相比，提高了约5.8%的最大静压效率。而且本实施方式的轴流风机与现有结构的轴流风机相比，提高了约7.5%的最大叶片效率。

由图5的样机的鼓风特性的结果，可以认为各叶片30的正压面30b与文丘里外壳41之间的排出流在弯曲的各台阶部33a，33b的旋转方向后方的凹坑处形成有涡流。即，根据本实施方式的轴流风机100，通过使尾流的排出流通过由多个台阶部33a，33b形成的阶段性的涡流上，可以提高鼓风效率以及静压效率，并且降低功率消耗。

特别是在大型服务器的情况下，由于插入HDD的数量较多，例如，安装了约40个冷却风扇（轴流风机）100。通常，由于多个冷却风扇的电源由存放在壳体内的单一的电源装置供给，所以电源装置上的负担很大。

本实施方式的轴流风机100能够降低各个冷却风扇的功率消耗，能实现显著降低全体冷却风扇给电源装置带来的负载的有利效果。

上面说明了本发明的优选实施方式，但这些只是作为说明本发明的例示，本发明的范围并不仅限于这些实施方式。本发明可以在不脱离其要旨的范围内，实行与上述实施方式不同的各种形式。

此外，虽然上述实施方式为在轴流风机的叶片的正压面形成有弯曲的台阶部，但也能够应用到西洛克风机（シロッコファン）等其它形式的风机的叶片的正压面。

Claims

1.一种轴流风机，具有：

叶轮，其轮毂安装于旋转驱动装置的旋转轴；以及

多个叶片，其一体地安装于所述轮毂，

其中所述多个叶片的正压面具有按照所述叶片的旋转方向的前缘部的弯曲形状而弯曲的多个台阶部。

2.一种轴流风机，具有：

叶轮，其轮毂安装于旋转驱动装置的旋转轴；以及

文丘里外壳，其围绕所述叶轮的径向方向的外周且具有在所述旋转轴的轴向方向上相对的进气口以及排出口，

其中一体地安装于所述轮毂的多个叶片的正压面具有按照所述叶片的旋转方向的前缘部的弯曲形状而弯曲的多个台阶部。

3.如权利要求1或2所述的轴流风机，其中，所述各台阶部在所述各叶片的正压面上从该各叶片的内周部延伸到外周部而进行弯曲。

4.如权利要求1或2所述的轴流风机，其中，位于所述叶片的后缘部侧的台阶部以使曲率比位于前缘部侧的台阶部的曲率减小的方式进行弯曲。

5.如权利要求1或2所述的轴流风机，其中，所述叶片的正压面的横截面形状阶段性地重复使壁厚从所述叶片的前缘部侧平滑增加而经过台阶部使壁厚急剧减小的形状。

6.如权利要求1或2所述的轴流风机，其中，所述叶片的横截面形状呈现从所述前缘部侧开始朝向所述后缘部侧、流线型的翼串联相连的形状。