CN110259733A - 扑翼风扇及双叶片的扑翼风扇 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扑翼风扇及双叶片的扑翼风扇，其包括一个薄叶片和与其链接的细长横梁。细长横梁的两端由两个支撑构件支撑，细长横梁的中心附有一块磁体。一个电磁体用于在这个磁体上产生的循环力，使横梁和叶片产生摆动，从而产生气流，用于冷却目的。本发明还公开了一种双叶片的扑翼风扇。
Description
技术领域
本发明涉及一种风扇，特别涉及一种用于冷却目的的扑翼风扇，尤其是一种电磁扑翼风扇及双叶片的扑翼风扇。
背景技术
电子封装中的许多组件例如CPU，GPU和LED灯等在操作期间耗散大量热量，这会导致封装的温度升高，这可能会对封装件在用户体验，性能和可靠性方面产生负面影响。通常利用旋转风扇对高温区域吹风来达到冷却的目的。旋转风扇的优点是其可产生大量气流，但是由于容易使轴承系统受损，它们相对不可靠。
另一种类型的风扇是扑翼风扇，其通常包括附接到致动器的细长悬臂叶片。扑翼风扇可由压电致动器驱动，例如，参见专利US4595338、US4780062、US4923000、US5861703、US7061161、US7642698、US20020175596A1、US2007/0090726A1、US2011/0120679A1、US2011/0014069A1、US8322889、US8581471，或者是由电磁驱动器驱动如见专利US6043978A、US2016/0320812A1、US2017/0181316A1。由于扑翼风扇不包括活动部件，因此它们非常可靠。但是，扑翼风扇的空气动力学效率通常很低，它们产生的空气流量非常小，这极大地限制了它们的应用。
因此，仍然需要一种可靠、高效并且能够产生大量空气流的用于冷却目的的风扇。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种电磁扑翼风扇，其包括一个在其端部由硅橡胶活动铰链和支撑构件支撑着的细长悬臂橫梁，薄叶片通过两个连接构件连接到这个橫梁的中心部分。橫梁的中心有一个磁体或电磁体。另外还有一个磁体或电磁体布置在这个磁体的附近。当AC信号施加到其中一个磁体上会产生变化的磁场，从而使悬臂橫梁受到周期性的力。这就会导致橫梁和叶片围绕其中心位置摆动，从而产生气流。
本发明是这样实现的：
一种扑翼风扇，其包括:薄的细长橫梁；连接到所述橫梁上的第一磁体；两个垂直于所述橫梁的支撑构件，每个所述支撑构件连接到所述橫梁的每个端部；平行于所述橫梁设置的薄的叶片；至少一个连接构件，用于链接所述叶片的前端和所述橫梁的中心部分；第二磁体，其与所述第一磁体分开布置；以及
因此，当被AC信号激活时，所述第一磁体和第二磁体之一产生变化的磁场；磁场使所述第一磁体和第二磁体之间引起的循环力，使得所述橫梁和所述叶片围绕它们的中心位置摆动，产生气流。
优选地，所述支撑构件和橫梁是通过两个硅橡胶活动铰链实现链接。
优选地，所述叶片由聚酯织物和碳纤维框架构成，所述橫梁由碳纤维复合材料制成。
优选地，所述第一磁体是圆柱形永久稀土磁体，所述第二磁体是电磁体，所述电磁体包括缠绕在铁芯上的铜线圈。
优选地，所述电磁体由与所述橫梁的第一共振频率接近的AC正弦信号激活。
优选地，所述第一磁体是电磁体，所述第二磁体是永久稀土磁体或电磁体。
优选地，所述第二磁体配置成保持静止。
优选地，所述第二磁体连接到与所述第二梁的方法与第一梁完全相同，所述第二梁的每一端连接于所述的支撑件。
优选地，所述第二梁连接到与所述第二叶片的方法与第一叶片完全相同。
优选地，所述第一磁体和所述第二磁体应具有相同的质量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该风扇没有轴承、没有机械摩擦，因此具有高可靠性和高效率，而且结构简单、易于制造。这个风扇可以很方便的被小型化和量身定制成不同的外形尺寸大小，适用于不同的应用，例如LED照明，电信和数据中心领域。
附图说明
图1A是本发明扑翼风扇的第一实施例的透视图；
图1B是图1A扑翼风扇的前视图；
图1C是图1A扑翼风扇的侧视图；
图2A是本发明扑翼风扇的第二实施例的透视图；
图2B是图2A扑翼风扇的前视图；
图3A是本发明扑翼风扇的第三实施例的透视图；
图3B是图3A扑翼风扇的前视图；
图4A是本发明扑翼风扇的第四实施例的透视图；以及
图4B是图4A扑翼风扇的前视图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
实施例1
图1A、图1B和图1C为本发明扑翼风扇、尤其是一种电磁冷却风扇的第一实施例。在这个实施例中，风扇100有一个细长横梁102，横梁102的两个端部附接至两个垂直于横梁102的支撑构件104和支撑构件106，他们之间是通过两个连接部件108和110链接。其中横梁102可以由耐用材料制成，例如钢或碳纤维。连接构件108和110充当横梁102和支撑构件104和106之间的铰链。这种简单的支撑边界条件允许横梁102具有最大的变形。连接构件108和110可以由弹性体材料制成，例如用液态橡胶包覆模制技术制备的硅树脂或聚氨酯橡胶件。此外，支撑构件104和106被连接到保持静止的基座112上。薄的叶片114平行于横梁102布置。它们通过两个完全相同的连接构件116和118相互链接，链接在风扇100的中央部位。叶片114可以制成轻质复合结构，其由碳纤维框架和附接到框架的耐用的薄织物膜(未示出)，例如聚酯，尼龙或丝等组成。横梁102在其中心处设置一个圆柱形的第一磁体120。第一磁体120可以是永久稀土磁体或DC电磁体，其可以产生固定磁场。第二磁体即电磁体122，它一般为铜线缠绕成的铜线圈，被分开放置在第一磁体120的附近。第一磁体120和电磁体122的中心轴线应对齐。可以在线圈的中心添加铁芯以使电磁体更强大。电磁体122被固定到基座112上。
当AC信号被施加于电磁体122时，会产生一个变化的磁场。磁场感应效应使第一磁体120受到一个循环力，使得横梁102和叶片114以围绕他们的中心位置进行循环摆动，从而产生可用于冷却目的的空气流。图1B和图1C中的虚线表示横梁102和叶片114的摆动轨迹。AC信号的频率应该接近或者等于横梁102的第一谐振频率以获得最佳性能。
值得注意的是第一磁体120和电磁体122的位置可以互换，互换不影响风扇100的性能。第一磁体120可以附接到基座112，而电磁体122可以附接到横梁102上。此外，也可以使用一组以上的第一磁体120和电磁体122来提高风扇的性能。
实施例2
图2A和2B为本发明电磁扑翼冷却风扇的第二实施例。在该实施例中，两个第一实施例中的风扇被组合成一个双叶片风扇200。风扇200包括两个完全相同的平行于彼此的细长的第一横梁202和第二横梁204。第一横梁202和第二横梁204的端部被连接到两个支撑构件206和208，其中的链接通过四个活动铰链210、212、214和216实现。两个薄的相同叶片218和220被布置成平行于第一横梁202和第二横梁204。每个叶片218和220通过两个连接部件222和224连接到对应的第一横梁202和第二横梁204。第一横梁202的中心处布置了一个磁体226。磁体226可以是永久稀土磁体或直流电磁体。电磁体228设置在第二横梁204的中心。当AC信号施加到电磁体228时产生变化的磁场。磁体226和电磁体228之间的电磁效应产生的循环力，使第一横梁202、第二横梁204和叶片218、220围绕它们的中心位置产生摆动，如图2B所示，从而产生空气流。磁体226和电磁体228应具有相同的质量，从而使第一横梁202的第一谐振频率和第二横梁204相同。AC信号的频率应当接近第一横梁202和第二橫梁204的第一谐振频率，以达到最佳性能。
实施例3
图3A和3B为本发明电磁扑翼冷却风扇的第三实施例。在该实施例中，两个第一实施例中的风扇被平行放置，形成双叶片风扇300。风扇300包括两个完全相同的平行于彼此的细长的第一横梁302和第二横梁304。第一横梁302和第二橫梁304的端部连接到两个支撑构件306和308，其中的链接通过四个活动铰链310、312、314和316实现。支撑构件306和308被固定到基座318，基座318保持静止。两个薄的相同叶片320和322被布置成平行于第一横梁302和第二橫梁304。每个叶片通过两个连接部件324和326连接到对应的横梁上。第一横梁302和第二橫梁304分别设置一个位于它们中心位置上的第一磁体328和330。第一磁体328和330可以是永久稀土磁体或直流电磁体。第二磁体332布置在两个第一磁体328和330之间。第二磁体332通过一个支撑构件334连接到基座318。当AC信号施加到第二磁体332上时，产生变化的磁场。第一磁体328、330和第二磁体332之间的电磁效应产生的循环力使第一横梁302、第二横梁304和叶片320、322围绕它们的中心位置产生摆动，如图3B所示，从而产生空气流。第一磁体328和330应具有相同的质量，从而使第一横梁302的第一谐振频率和第二横梁304的第一谐振频率相同。AC信号的频率应当接近第一横梁302和第二横梁304的第一谐振频率，以达到最佳性能。两个第一磁体328和330应当被配置为相互吸引。从而使第二磁体332施加到第一磁体328和330上的两个力是完全相反，抵消彼此。这有助于在操作期间最小化在基座318的振动。
实施例4
图4A和4B为本发明电磁冷却风扇的第四实施例。在该实施例中，两个第一实施例中的风扇被平行放置，形成双叶片风扇400。风扇400包括两个完全相同的平行于彼此的细长梁402和404。梁402和404的端部连接到两个支撑构件406和408，其中的链接通过四个活动铰链410、412、414和416实现。支撑构件406和408被固定到基座418，基座418保持静止。两个薄的相同叶片420和422被布置成平行于梁302和304。每个叶片420和422通过两个连接部件424和426连接到对应的梁402和404上。每个梁402和404包括一个设置在它们中心的电磁体428和430。磁体432布置在两个电磁体428和430之间。磁体432可以是永久稀土磁体或直流电磁体，磁体432通过一个支撑构件434链接基座418。当AC信号施加到电磁体428和430上时，产生变化的磁场。电磁体428、430和磁体432之间的电磁效应产生的循环力使梁402、404和叶片420、422围绕它们的中心位置产生摆动，如图4B所示，从而产生空气流。电磁体428和430应具有相同的质量，从而使梁402的第一谐振频率和梁404相同。AC信号的频率应当接近梁402和404的第一谐振频率，以达到最佳性能。两个电磁体428和430应当被配置为相互吸引。从而使磁体432施加到电磁体428和430上的两个力是完全相反，抵消彼此。这有助于在操作期间最小化在基座418的振动。
综上，本扑翼风扇具有以下的优点：
本发明中的电磁扑翼风扇可与散热器结合使用以形成冷却装置。与旋转风扇不同，本发明的扑翼风扇仅包括几个简单的部件，使其易于制造。风扇没有轴承因此没有摩擦能量损失，使其更加可靠和高效。此外，此风扇方便小型化和量身定制，适用于不同外形的应用，例如LED照明，电信和数据中心。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种扑翼风扇，其特征在于，其包括:
薄的细长横梁；
连接到所述横梁上的第一磁体；
两个垂直于所述横梁的支撑构件，每个所述支撑构件连接到所述横梁的每个端部；
平行于所述横梁设置的薄的叶片；
至少一个连接构件，用于链接所述叶片的前端和所述横梁的中心部分；
第二磁体，其与所述第一磁体分开布置；以及
因此，当被AC信号激活时，所述第一磁体和第二磁体之一产生变化的磁场；磁场使所述第一磁体和第二磁体之间引起的循环力，使得所述横梁和所述叶片围绕它们的中心位置摆动，产生气流。
2.根据权利要求1所述的扑翼风扇，其特征在于，所述支撑构件和横梁是通过两个硅橡胶活动铰链实现链接。
3.根据权利要求1所述的扑翼风扇，其特征在于，所述叶片由聚酯织物和碳纤维框架构成，所述横梁由碳纤维复合材料制成。
4.根据权利要求1所述的扑翼风扇，其特征在于，所述第一磁体是圆柱形永久稀土磁体，所述第二磁体是电磁体，所述电磁体包括缠绕在铁芯上的铜线圈。
5.根据权利要求4所述的扑翼风扇，其特征在于，所述电磁体由与所述横梁的第一共振频率接近的AC正弦信号激活。
6.根据权利要求1所述的扑翼风扇，其特征在于，所述第一磁体是电磁体，所述第二磁体是永久稀土磁体或电磁体。
7.一种双叶片的扑翼风扇，其特征在于，其包括：
两个相同的平行于彼此的细长的第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和第二横梁的端部通过活动铰链分别连接到两个支撑构件上；
两个薄的相同叶片被布置成平行于所述第一横梁和所述第二横梁，每个叶片通过两个连接部件连接到对应的所述第一横梁和所述第二横梁上；
第一磁体设置在所述第一横梁的中心处，第二磁体设置在所述第二横梁的中心处，所述第二磁体与第一磁体具有相同质量，从而使所述第一横梁的第一谐振频率和所述第二横梁的第一谐振频率相同；以及
因此，当AC信号施加到所述第二磁体时产生变化的磁场，所述第一磁体和所述第二磁体之间的电磁效应产生的循环力，使所述第一横梁、第二横梁和叶片围绕它们的中心位置产生摆动，从而产生空气流。
8.一种双叶片的扑翼风扇，其特征在于，其包括两个相同的平行于彼此的细长的第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和所述第二横梁的端部通过活动铰链分别连接到两个支撑构件上，所述支撑构件被固定到静止的基座上；
两个薄的相同叶片配置成平行于所述第一横梁和所述第二横梁，每个叶片通过两个连接部件连接到对应的所述第一横梁和所述第二横梁上，
第一磁体分别设置在所述第一横梁和所述第二横梁的中心位置上，第二磁体布置在两个所述第一磁体之间，且第二磁体通过一个支撑件连接到所述基座上；两个第一磁体具有相同的质量且配置为相互吸引，从而使第一横梁的第一谐振频率和第二横梁的第一谐振频率相同且使第二磁体施加到第一磁体上的两个力是相反的，以及
因此，当AC信号施加到所述第二磁体时产生变化的磁场，所述第一磁体和第二磁体之间的电磁效应产生的循环力，使所述第一横梁、第二横梁和叶片围绕它们的中心位置产生摆动，从而产生空气流。
9.根据权利要求8所述双叶片的扑翼风扇，其特征在于，所述第一磁体是永久稀土磁体或直流电磁体；所述第二磁体是电磁体，所述电磁体包括缠绕在铁芯上的铜线圈。
10.根据权利要求9所述双叶片的扑翼风扇，其特征在于，所述第二磁体由与所述第一横梁或者所述第二横梁的第一共振频率接近的AC正弦信号激活。
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