CN111980966B - 离心式散热风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心式散热风扇，包括壳体以及叶轮。壳体具有至少一入风口与至少一出风口。叶轮配置于壳体内且沿一轴旋转。入风口位于该轴的轴向而对应叶轮。出风口位于相对于该轴的径向。入风口沿叶轮的旋转方向区分为压缩段与释放段，其中压缩段相对于该轴具有均等的第一径向尺寸。释放段相对于该轴具有扩张的第二径向尺寸，且第二径向尺寸大于第一径向尺寸。

Description

离心式散热风扇

技术领域

本发明涉及一种风扇，尤其涉及一种离心式散热风扇。

背景技术

由于电子装置(例如笔记本电脑或平板电脑)的设计趋势逐渐朝向轻薄化，因此在内部空间极为有限的情形下，其内安装的散热风扇也随着被要求需以薄型化作为目标，进而造成在空间受限的情况下，散热风扇的气流并无法顺利地进出散热风扇，而影响其散热效率。

以离心式散热风扇为例，其流道需以类蜗型的渐扩设计方能让工作流体进出风扇时产生足够的压力差变化，以通过所述压力差变化使工作流体从轴向进入风扇，而从径向被排出风扇。然而此举却容易在流道渐扩处因工作流体产生高速的转向(由轴向转为径向)，而产生噪音。

因此，如何改变现有离心式散热风扇的相关结构，以利于降低所述噪音问题，实为相关技术人员所需思考的课题。

发明内容

本发明提供一种离心式散热风扇，其通过在入风口形成的不同尺寸的压缩段与释放段，而据以改善工作流体的路径，以降低所产生的噪音。

本发明的离心式散热风扇，包括壳体以及叶轮。壳体具有至少一入风口与至少一出风口。叶轮配置于壳体内且沿一轴旋转。入风口位于该轴的轴向而对应叶轮。出风口位于相对于该轴的径向。入风口沿叶轮的旋转方向区分为压缩段与释放段，其中压缩段相对于该轴具有均等的第一径向尺寸。释放段相对于该轴具有扩张的第二径向尺寸，且第二径向尺寸大于第一径向尺寸。

基于上述，离心式散热风扇通过在入风口形成的不同尺寸的压缩段与释放段，其中压缩段是相对于叶轮的旋转轴而具有均等的第一径向尺寸，释放段是相对于叶轮的旋转轴而具有扩张的第二径向尺寸，且第二径向尺寸大于第一径向尺寸，进而让工作流体从释放段进入壳体时，不需经过叶轮的叶片区而直接被壳体内的气流直接推向出风口，因此能有效降低工作流体的路径转折程度，而据以降低产生的噪音。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依据本发明一实施例的离心式散热风扇的立体图；

图1B是图1A的离心式散热风扇的爆炸图；

图1C是图1A的离心式散热风扇的俯视图；

图2是离心式散热风扇在壳体内的流场示意图；

图3与图4分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图；

图5A是依据本发明另一实施例的离心式散热风扇的立体图；

图5B是图5A的离心式散热风扇的爆炸图；

图5C是图5A的离心式散热风扇的俯视图；

图6A与图6B是离心式散热风扇的声音品质量测对照图；

图7与图8分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图；

图9是离心式散热风扇在壳体内的流场示意图；

图10至图12分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图。

附图标记说明

100、200：离心式散热风扇

110、210：壳体

111、112、211、212：部件

112a、212a：舌部

113a：凹陷

113b：凸部

120：叶轮

121：轮毂

122：叶片

213a：平滑部

213b：径向凹陷

A1、A2、A3、A4：区域

C1、C2：轴

E1、E3、E4、E7、E4a、E4b、E4c：入风口

E11、E41：压缩段

E12、E13、E44、E45：释放段

E2：出风口

E42：第一次段

E43：第二次段

E5：第一出风口

E6：第二出风口

L1：第一径向尺寸

L2：第二径向尺寸

L3：第三径向尺寸

P1、P3、P5：平面

P2、P4、P6：径向平面

ST1、ST2、ST3、ST4：起点

EN1、EN2、EN3、EN4：终点

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7：圆心角

具体实施方式

图1A是依据本发明一实施例的离心式散热风扇的立体图。图1B是图1A的离心式散热风扇的爆炸图。图1C是图1A的离心式散热风扇的俯视图。请同时参考图1A至图1C，在本实施例中，离心式散热风扇100包括壳体110与设置其内的叶轮120，其中壳体110由部件111与部件112所构成，部件111具有入风口E1，部件112具有入风口E3，并在部件111与部件112结合后形成出风口E2。叶轮120在壳体110内沿轴C1旋转，其包括轮毂121与设置在轮毂121周缘的叶片122，其中入风口E1、E3位于轴C1的轴向上而对应叶轮120，出风口E2位于相对于轴C1的径向上。当叶轮120旋转时，工作流体(例如空气)从入风口E1、E3进入壳体110，并从出风口E2被排出壳体110。

请再参考图1C，以本实施例的入风口E1为例，其沿着叶轮120的旋转方向(在图1C中是逆时针方向)区分为压缩段E11与释放段E12，其中压缩段E11相对于轴C1具有均等的第一径向尺寸L1，释放段E12相对于轴C1具有扩张的第二径向尺寸L2，且第二径向尺寸L2大于第一径向尺寸L1。在此，第二径向尺寸L2是从第一径向尺寸L1渐扩至最大值后，再渐缩至第一径向尺寸L1。所述径向尺寸是入风口E1以轴C1为基准所形成的半径。当然，在其他未示出的实施例中，也可改以入风口E1相对于轴C1所具有直径作为依据。

进一步地说，叶片122具有相对于轴C1的第三径向尺寸L3，而对于入风口E1而言，经由入风口E1进入壳体110的工作流体，其经由压缩段E11进入者会随着叶轮120旋转而被压缩。压缩段E11是以对应壳体110的舌部112a处为起点ST1，且代表以起点ST1开始直至压缩段E11的终点EN1，在此范围内进入壳体110的工作流体皆会受到叶轮120的压缩。在本实施例中，压缩段E11相对于轴C1所具有的圆心角θ1为175度至215度(从起点ST1至终点EN1)，且在本实施例中，在压缩段E11处，叶片122所具有的第三径向尺寸L3大于压缩段E11的第一径向尺寸L1(L3>L1)，此举避免工作流体在压缩段E11进入壳体110的同时存在从相同处泄漏的情形。

接着，随着工作流体在壳体110内持续地受叶轮120旋转而被压缩，直到当本实施例的叶轮120的叶片122行经释放段E12时，由于释放段E12具有可变且扩张的第二径向尺寸L2，因此逐渐降低第三径向尺寸L3与第二径向尺寸L2的差异，直至释放段E12的局部会暴露出叶片122的末端，也就是图1C所示区域A1，以使经由区域A1流入壳体110的工作流体不会接触叶轮120的叶片122，而改以被壳体110内已压缩的工作流体驱动，进而从出风口E2排出壳体110。在本实施例中，释放段E12的起点ST2即是压缩段E11的终点EN1，而释放段E12的起点ST2至释放段E12的终点EN2相对于轴C1具有的圆心角θ2为40度至130度。

换句话说，若以出风口E2所在平面P1为基准，释放段E12的起点ST2是以相对于轴C1的径向平面P2为基准，并进行沿轴C1旋转圆心角θ3的位置，此处圆心角θ3为20度，其中所述径向平面P2平行于出风口E2所在平面P1，且所述旋转20度的方向是逆向于叶轮120的旋转方向(图1C中为顺时针方向)。在另一未示出的实施例中，也可以圆心角θ3(20度)而顺向于叶轮120的旋转方向来取得释放段E12的起点ST2，亦即起点ST2所在位置是以相对于轴C1的径向平面P2为基准，并进行+/-20度的旋转范围。同时，本实施例的入风口E1，其第二径向尺寸L2是第一径向尺寸L1的1.2倍至1.5倍，而第一径向尺寸L1的设计是以叶片122的第三径向尺寸L3的70％至85％为依据。

此外，请再参考图2，本实施例在入风口E3处也存在与前述类似的扩张结构(释放段E12)。换句话说，凡在入风口E1或E3处设置具有扩张的第二径向尺寸L2的释放段E12，皆可适用于本实施例。

基于上述构件配置与构件的尺寸对应关系，离心式散热风扇100将能在释放段E12处达到降低工作流体的路径转折程度的效果。也就是说，相较于现有技术的离心式散热风扇是从轴向入风后需受叶片驱动并转折成从径向排风的传送路径，本实施例在释放段E12处减少或避免工作流体与叶片122的接触，而改以提高或完全让从释放段E12进入壳体110的工作流体是被在压缩段E11处已压缩的工作流体驱动而排出壳体110，更能有效地降低工作流体因行经叶片122并与其接触而产生的噪音。

图2是离心式散热风扇在壳体内的流场示意图。请参考图2并对照图1C，图2所示出的流场中，由浅至深的示出方式即代表工作流体在壳体110内的流速，其中越深的灰阶即代表流速越快。换句话说，本实施例在图1A至图1C所示的构件配置与尺寸对应关系，也就是入风口E1在其压缩段E11与释放段E12的设置以及其与叶片122的对应关系，即是根据图2所示工作流体在壳体110内流场的流速而定。简而言之，本实施例对于释放段E12的设置，即是对应工作流体在壳体110内的流速具有最大值处。反过来说，也就是让释放段E12所具有第二径向尺寸L2的最大值发生处是工作流体的流速的最大值发生处，并依据流场的流速变化趋势，而顺利地定义出释放段E12的范围(起点ST2、终点EN2与圆心角θ2)。相当于让前述区域A1是对应至图2所示灰阶最深者。

依据上述的流场流速变化所定义的释放段，即能从中形成不同的变化轮廓。图3与图4分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图。请先参考图3，在本实施例中，入风口E1的压缩段E11一如前述实施例，而不同处在于释放段E13，本实施例的释放段E13呈锯齿状而具有凹陷113a与凸部113b，由图3能清楚得知，叶片122在行经释放段E13时，其仍会被凸部113b遮蔽，但却能从凹陷113a被暴露出，其中凸部113b可视为前述实施例中，叶片122在释放段E12处仍被入风口E1遮蔽的部分，而凹陷113a则可视为前述实施例中，叶片122在释放段E12处能从入风口E1处被暴露出的部分，也就是相当于区域A1的部分。

接着请参考图4，有别于前述实施例的入风口E1是呈渐扩后再渐缩的尺寸外形，本实施例的入风口在其释放段E14是呈现径向尺寸均等的状态，也就是每一个行经释放段E14的叶片122，皆呈现从入风口E1暴露出的状态。

图5A是依据本发明另一实施例的离心式散热风扇的立体图。图5B是图5A的离心式散热风扇的爆炸图。图5C是图5A的离心式散热风扇的俯视图。请同时参考图5A至图5C，有别于前述是以单一出风口为例，本实施例的离心式散热风扇200的壳体210由部件211、212构成，且结合后具有第一出风口E5以及第二出风口E6，其中在叶轮120旋转时，工作流体从入风口E4、E7流入壳体210，并从出风口E5、E6流出壳体210，而入风口E4、E7的对应关系一如前述的入风口E1、E3的对应关系，因此后续仅以入风口E4为例进行说明。

在本实施例中，由于存在第一出风口E5以及第二出风口E6，因此需对应地调整入风口E4的压缩段E41与释放段予以调整。进一步地说，本实施例的释放段区分为第一次段E42与第二次段E43，第一次段E42对应第一出风口E5，第二次段E43对应第二出风口E6，沿叶轮120的旋转方向上(在图5C中，采逆时针方向旋转)，第一次段E42连接在压缩段E41与第二次段E43之间。

详细而言，压缩段E41是以壳体210的舌部212a对应处作为起点ST3，也就是流入壳体210的工作流体将以舌部212a作为其开始被叶轮120压缩的起点(压缩段E412的起点ST3)。压缩段E41的终点EN3即是释放段(以第一次段E42为基准)的起点ST4，其中压缩段E41相对于轴C2的圆心角θ4为85度至125度。接着，释放段的起点ST4即是压缩段E41的终点EN3，而释放段的终点EN4则是以起点ST4算起经过旋转圆心角θ5处，在此，圆心角θ5为40度至220度。

另一方面，类似前述实施例，本实施例也可以第一出风口E5作为定义释放段的起点ST4的基准。举例来说，以轴C2所产生的径向平面P4为基准，使其逆向于叶轮120旋转方向进行旋转圆心角θ6处，即是释放段的起点ST4。在此，圆心角θ6为20度，且径向平面P4平行于第一出风口E5所在的平面P3。此外，对于第二出风口E6而言，也能以相同方式(即第二出风口E6所在的平面P5以及径向平面P6)取得释放段的起点ST4，惟尚需考虑的是，由于第一出风口E5与第二出风口E6之间存在角度变化，如图5C所示，两者之间存在90度的圆心角差异，因此在以径向平面P6为基准，而逆向于叶轮120旋转方向进行旋转圆心角θ7时，尚须加上所述90度的圆心角差异，也就是当圆心角θ7为20度时，其需以径向平面P6逆向于叶轮120旋转方向旋转110度(20度加90度)来取得释放段的起点ST4。

在本实施例中，关于压缩段E41的第一径向尺寸一如前述压缩段E11的第一径向尺寸L1，释放段(第一次段E42与第二次段E43)的第二径向尺寸也一如前述释放段E12的第二径向尺寸L2，而叶片122也具备与前述实施例相同的第三径向尺寸L3，故对于相关径向尺寸等对应关系便不再赘述。另需说明的是，与前述实施例同样地，离心式散热风扇200也是以壳体210内的流场流速作为释放段的分段依据，其中释放段的第二径向尺寸是从压缩段E41的第一径向尺寸渐扩至第一次段E42，再从第二次段E43渐缩至压缩段E41的第一径向尺寸，且工作流体在第一次段E42与第二次段E43分别具有流速最大值，进而形成图5C所示的区域A2，也就是让释放段会暴露出叶片122的范围。

图6A与图6B是离心式散热风扇的声音品质量测对照图。请同时参考图6A与图6B，在此是以图5A至图5C所示双出口的离心式散热风扇200为例，图6A是以尚未存在扩张的释放段为例，以量测其声音频谱图，而图6B则是以设置有图5A至图5C所示的扩张的释放段为例，量测其所产生的声音频谱图。对于叶轮120的叶片122而言，在此是以叶片122数量是59片，且转速为3100rpm为例，离心式散热风扇200因转速而产生的频率为51.67rps，接着，进一步将59*51.67＝3048.63(Hz)，也就是将量测到的声音频谱图(图6A、图6B)中寻找对应3048.63(Hz)的声压，以代表该处声压是由离心式散热风扇200所产生者。

承上，由此可知，在图6A所示对应频率3048.63(Hz)处存在声压为22.18dB(A)，而在图6B所示对应频率3048.63(Hz)处存在声压为19.12dB(A)。换句话说，在总声压差异不大(图6A所示AES1＝45.8dB(A)，AES2＝44.1dB(A)，图6B所示AES1＝45.9dB(A)，AES2＝44.2dB(A)，其中AES1与AES2分别代表左、右耳或左右声道所量测到的声压)的情形下，图5A至图5C所示具有扩张的释放段将能有效地减少噪音(从22.18dB(A)降低至19.12dB(A))。

图7与图8分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图。请先参考图7，本实施例的释放段E44存在多个平滑部213a与多个径向凹陷213b，且两者是环绕轴C2呈交错排列，其中当叶片122行经释放段E44时，平滑部213a会遮蔽叶片122，而径向凹陷213b会暴露出叶片122，其类似于图3所示实施例。

再者，请参考图8，本实施例的释放段E45则是呈现尺寸均等的状态，也就是行经释放段E45的叶片122皆会被释放段E45所暴露，其类似于图4所示实施例。

图9是离心式散热风扇在壳体内的流场示意图。请参考图9并对照图5C，类似于前述图2所示，图9所示即是代表图5A至图5C的双出风口的离心式散热风扇200对于扩张的释放段的设置依据。也就是说，从图9可清楚得知流场的流速最高处的位置，因而设计者便能据以在入风口E4的对应处设置释放段，以让工作流体在壳体210内的流速在第一次段E42与第二次段E43分别具有最大值，而让从该处流入壳体210的工作流体能不接触叶片122而有效解决噪音问题。

图10至图12分别是本发明不同实施例的离心式散热风扇的俯视图。请先参考图10，在本实施例中，有别于图5C所示是连续的区域A2，本实施例相当于将入风口E4所述区域A2区分为两个分开的区域A3、A4，也就是说，对于入风口E4a而言，属于扩张径向口径的区域A3是对应第一出风口E5，而另一具有扩张径向口径的区域A4则是对应第二出风口E6，也就是让区域A3、A4之间的部分(不具扩张径向口径处)仍能作为从外部环境补充工作流体之用。

依据图10所示逻辑，即能清楚图11与图12所示实施例，其中图11的入风口E4b，主要以区域A3作为对应第一出风口之用E5，而图12的入风口E4c，则主要以区域A4作为对应第二出风口E6之用，其仍能通过具备扩张径向口径而对其所对应的出风口提供与前述实施例相同效果。另需说明的是，图10至图12所示入风口的径向口径变化及其范围(对应的圆心角)仍一如前述实施例所述，因此便不再赘述。还需说明的是，虽然图10至图12所示是以双出风口的风扇为例，但其仍能应用于单出风口的风扇。

综上所述，在本发明的上述实施例中，离心式散热风扇通过在入风口形成的不同尺寸的压缩段与释放段，其中压缩段是相对于叶轮的旋转轴而具有均等的第一径向尺寸，释放段是相对于叶轮的旋转轴而具有扩张的第二径向尺寸，且第二径向尺寸大于第一径向尺寸，进而让工作流体从释放段进入壳体时，不需经过叶轮的叶片区而直接被壳体内的气流直接推向出风口，因此能有效降低工作流体的路径转折程度，而据以降低工作流体与叶轮接触所产生的噪音。

进一步地说，无论是单出风口结构或是双出风口结构的离心式散热风扇，其对于释放段的设置相同，均需以工作流体在壳体内所形成流场的流速为依据，使流场的流速发生处对应至入风口的扩张径向尺寸的最大值发生处，以确保从该处流入的工作流体能被已压缩的工作流体所推动。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (17)

1.一种离心式散热风扇，包括：

壳体，具有至少一入风口与至少一出风口；以及

叶轮，配置于所述壳体内且沿一轴旋转，所述入风口位于所述轴的轴向而对应所述叶轮，所述出风口位于相对于所述轴的径向，所述入风口沿所述叶轮的旋转方向区分为压缩段与一释放段，其中所述压缩段相对于所述轴具有均等的第一径向尺寸，所述释放段相对于所述轴具有扩张的第二径向尺寸，且所述第二径向尺寸大于所述第一径向尺寸，所述叶轮旋转而造成工作流体经由所述入风口流进所述壳体，并经由所述出风口流出所述壳体，且所述工作流体在所述壳体内的流速在所述释放段具有最大值。

2.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述释放段呈锯齿状。

3.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述叶轮旋转而造成工作流体经由所述入风口流进所述壳体，并经由所述出风口流出所述壳体，所述第二径向尺寸是从所述第一径向尺寸渐扩至最大值后，再渐缩至所述第一径向尺寸，且所述第二径向尺寸的最大值发生处是所述工作流体的流速的最大值发生处。

4.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述第二径向尺寸呈均等。

5.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述第二径向尺寸是所述第一径向尺寸的1.2倍至1.5倍。

6.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述叶轮的叶片相对于所述轴具有第三径向尺寸，且所述第一径向尺寸是所述第三径向尺寸的70％至85％。

7.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述叶轮旋转而造成工作流体经由所述入风口流进所述壳体，并经由所述出风口流出所述壳体，当所述叶轮的叶片行经所述释放段时，所述释放段的至少局部暴露出所述叶片的末端，以使所述工作流体从所述至少局部流入所述壳体的部分并未接触所述叶轮的叶片。

8.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述壳体具有舌部，在所述叶轮的旋转方向上，所述舌部对应至所述压缩段的起点，且从所述压缩段的起点至所述压缩段的终点相对于所述轴具有的圆心角为175度至215度。

9.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述壳体具有舌部，在所述叶轮的旋转方向上，所述舌部对应至所述压缩段的起点，所述释放段的起点是所述压缩段的终点，且所述释放段的起点至所述释放段的终点相对于所述轴具有的圆心角为40度至130度。

10.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述释放段的起点是以相对于所述轴的径向，并进行沿所述轴旋转+/-20度的位置，所述径向平行于所述出风口所在平面。

11.根据权利要求1所述的离心式散热风扇，其中所述壳体具有第一出风口与第二出风口，所述释放段区分为第一次段与第二次段，所述第一次段对应所述第一出风口，所述第二次段对应所述第二出风口，沿所述叶轮的旋转方向上，所述第一次段连接在所述压缩段与所述第二次段之间。

12.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述叶轮旋转而造成工作流体经由所述入风口流进所述壳体，并经由所述出风口流出所述壳体，且所述工作流体在所述壳体内的流速在所述第一次段与所述第二次段分别具有最大值。

13.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述叶轮旋转而造成工作流体经由所述入风口流进所述壳体，并经由所述出风口流出所述壳体，所述第二径向尺寸是从所述第一径向尺寸渐扩至所述第一次段，再从所述第二次段渐缩至所述第一径向尺寸，且所述工作流体在所述第一次段与所述第二次段分别具有流速最大值。

14.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述释放段具有多个径向凹陷，所述叶轮的叶片在行经各所述径向凹陷时被暴露出。

15.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述壳体具有舌部，在所述叶轮的旋转方向上，所述舌部对应至所述压缩段的起点，且从所述压缩段的起点至所述压缩段的终点相对于所述轴具有的圆心角为85度至125度。

16.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述壳体具有舌部，在所述叶轮的旋转方向上，所述舌部对应至所述压缩段的起点，所述释放段的起点是所述压缩段的终点，且所述释放段的起点至所述释放段的终点相对于所述轴具有的圆心角为40度至220度。

17.根据权利要求11所述的离心式散热风扇，其中所述释放段的起点是以相对于所述轴的径向，并进行沿所述轴旋转+/-20度的位置，所述径向平行于所述出风口所在平面。

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