CN117553014A - 风机及电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风机及电机。风机包括外壳部件和叶轮，所述外壳部件围设形成风道，所述叶轮包括轮毂和多片叶片，所述轮毂安装在所述风道内并可沿自身轴线旋转，且所述轮毂的轴线与所述风道的轴线一致，多片所述叶片间隔设置于所述轮毂的外周；其中，所述轮毂的外周面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述轮毂的外周面与所述风道的轴线之间具有第一夹角，所述风道的内壁面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述风道的内壁面与所述风道的轴线之间具有第二夹角，且所述第一夹角大于所述第二夹角，以使得所述风道的内壁面与所述轮毂的外表面之间的间隙沿所述风机的出风方向逐渐变小。本申请可以解决现有技术中的风机的风量小、风压小且噪音大的问题。

Description

风机及电机

技术领域

本申请涉及散热装置技术领域，具体而言，涉及一种风机及电机。

背景技术

风机是电子设备散热系统的重要组成部分。随着风机应用场景越来越广泛，不同的场合对于风机的要求也不尽相同。随着电机等产品功率密度越来越高，对风机也提出更高要求，现有风机的尺寸、风量、风压往往很难满足新产品的需求；对小尺寸，大风量、风压的风机的需求越来越多，随着风量、风压提升所带来噪音及振动肯定也会随之增加。

因此，市面上急需要一种风量大、风压大以及噪音小的风机来满足功率密度高的电机等产品的需求。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种风机及电机，以解决的现有技术中的风机的风量小、风压小且噪音大的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种风机，包括外壳部件和叶轮，

所述外壳部件围设形成风道，所述叶轮包括轮毂和多片叶片，所述轮毂安装在所述风道内并可沿自身轴线旋转，且所述轮毂的轴线与所述风道的轴线一致，多片所述叶片间隔设置于所述轮毂的外周；

其中，所述轮毂的外周面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述轮毂的外周面与所述风道的轴线之间具有第一夹角，所述风道的内壁面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述风道的内壁面与所述风道的轴线之间具有第二夹角，且所述第一夹角大于所述第二夹角，以使得所述风道的内壁面与所述轮毂的外表面之间的间隙沿所述风机的出风方向逐渐变小。

进一步地，所述第一夹角大于等于7°且小于等于10°，所述第二夹角大于等于4°且小于等于7°。

进一步地，所述叶片沿所述轮毂的外周呈螺旋状延伸，且沿所述轮毂的第一圆周方向，各所述叶片背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离逐渐变小。

进一步地，沿所述第一圆周方向，所述叶片的背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离最大的点为叶片顶点，圆心位于所述轮毂的轴线上，且过所述叶片顶端的圆为第一圆；

所述叶片背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离最短的点为叶片低点，圆心位于所述轮毂的轴线上，且过所述叶片低点的圆为第二圆；

其中，所述第一圆和所述第二圆满足关系式：ΦΛ＝Φν+tanB*H，Φν为所述第二圆的直径，ΦΛ为所述第一圆的直径，H为沿所述轮毂的轴线方向，所述叶片顶点与所述叶片低点之间的间距。

进一步地，沿远离所述轮毂的轴线的方向，所述叶片的出口角逐渐变大。

进一步地，沿远离所述轮毂的轴线的方向，所述叶片的入口角逐渐变小。

进一步地，所述叶片的初始入口角为+2d，所述叶片的叶顶入口角为-2d，其中，d为所述第一夹角和所述第二夹角的差值。

进一步地，d大于等于2.5°且小于等于3°。

进一步地，沿所述轮毂的径向方向，所述叶片的出口角和入口角均呈线性变化。

另一方面，本申请还提供了一种电机，所述电机包括上述的风机。

在本申请中，由于本申请中轮毂的外周面和风道的内壁面均是倾斜于风道的轴线设置的，且第一夹角大于第二夹角，如此，可以使得轮毂的外表面与风道的内壁面之间的间隙的沿风机的出风方向逐渐变小。当风机工作时，流动空气进入风道内之后，空气的流动空间逐渐变小，风压会逐渐变大，当流动空气从风道的出风口流出时，其风量更大，送风距离更远。与此同时，由于本申请中的轮毂的外周面与风道的轴线之间具有第一夹角，风道的侧壁与轮毂的轴线之间具有第二夹角，这意味着风道的内壁面和轮毂的外周面均为平滑设置的面，当流动空气从轮毂与风道之间的间隙通过时，流动空气可以平滑顺畅地流过，噪音比较小。此外，在本申请中，渐变的风道设计还可以增加流体的离心力作用，可有效增加其流体在风道内的静压效果，减少风机出口处风速突变使声音频率分布在更宽的频谱上，避免频率集中有效减少噪音。可见，本申请的风机的风压大、风量大、噪音小，能够满足产品功率密度比较高的产品的使用需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例公开的风机的主视图；

图2为本申请实施例公开的风机的剖视图；

图3为本申请实施例公开的叶轮的主视图；

图4为图3中的叶片在A-A、B-B、C-C、D-D、E-E位置处的剖视图；

图5为本申请实施例公开的叶轮的侧视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、外壳部件；11、风道；20、叶轮；21、轮毂；22、叶片；A、第一夹角；B、第二夹角；S、出口角；λ、入口角；30、第一圆；40、第二圆；X、第一圆周方向。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，提供了一种风机，本实施例中的风机包括外壳部件10和叶轮20。外壳部件10围设形成风道11，叶轮20包括轮毂21和多片叶片22，轮毂21安装在风道11内并可沿自身轴线旋转，且轮毂21的轴线与风道11的轴线一致，多片叶片22间隔设置于轮毂21的外周；其中，轮毂21的外周面倾斜于风道11的轴线设置，该轮毂21与风道11的轴线之间具有第一夹角A，风道11的内壁面倾斜于风道11的轴线设置，该风道11的内壁面与风道11的轴线之间具有第二夹角B，且第一夹角A大于第二夹角B，以使得所述风道11的内壁面与轮毂21的外表面之间的间隙沿风机的出风方向(图2中的Y方向)逐渐变小。

由于本实施例中轮毂21的外周面和风道11的内壁面均是倾斜于风道11的轴线设置的，且第一夹角A大于第二夹角B，如此，可以使得轮毂21的外表面与风道11的内壁面之间的间隙的沿风机的出风方向逐渐变小。当风机工作时，流动空气进入风道11内之后，空气的流动空间逐渐变小，风压会逐渐变大，当流动空气从风道11的出风口流出时，其风量更大，送风距离更远。与此同时，由于本实施例中的轮毂21的外周面与风道11的轴线之间具有第一夹角A，风道11的内壁面与轮毂21的轴线之间具有第二夹角B，这意味着风道11的内壁面和轮毂21的外周面均为平滑设置的面，当流动空气从轮毂21与风道11之间的间隙通过时，流动空气可以平滑顺畅地流过，噪音比较小。此外，在本实施例中，渐变的风道11设计还可以增加流体的离心力作用，可有效增加其流体在风道11内的静压效果，减少风机出口处风速突变使声音频率分布在更宽的频谱上，避免频率集中有效减少噪音。可见，本申请的风机的风压大、风量大、噪音小，能够满足产品功率密度比较高的产品的使用需求。

根据上述的结构可以知道，当风机工作时，叶轮20在风道11内转动，流动空气从风道11的进风端进入后，可以沿风道11平稳流动，且随着风道11的间隙的变小，流动空气的压力会增大，风机出口处的风量会变大，空气流动过程中的噪音也比较小，能够有效提高风机的散热效果和使用舒适性。

具体来说，本实施例中的外壳部件10可以呈棱柱状设置，也可以呈圆柱状或者其他异形柱状设置，本申请的附图中示出了将外壳部件10设置为棱柱状的情况。该外壳部件10主要包括底壳和外罩，实际安装时，轮毂21可旋转地安装在底壳上，外罩罩设在底壳上，且该外罩的内部腔体形成风道11，轮毂21安装在风道11内，且轮毂21的轴线与风道11的轴线一致，当轮毂21在风道11内转动时，可以带动叶片22旋转以进行流动空气的输送，结构简单，便于加工和组装。

在本申请的一种具体的实施例中，风道11和轮毂21均呈锥台状设置，其中，第一夹角A大于等于7°且小于等于10°，例如7°、8°、9°或者10°等，第二夹角B大于等于4°且小于等于7°，例如4°、5°、6°或者7°等。当第一夹角A大于10°时，轮毂21的外周面朝向风道11的轴线倾斜得比较严重，空气进入风道11内时，容易撞击轮毂21的表面而产生噪音；当第一夹角A小于7°时，轮毂21的外周面朝向风道11轴线倾斜得比较平缓，不便于缩小风道11出风端的间隙，进而不便于提高风机出风口处的风压。当第二夹角B小于4°时，不便于配合轮毂21一起形成间隙逐渐变小的流道，不便于提升风机出风口端的风压和风量；当第二夹角B大于7°时，空气不容易顺畅地进入风道11内，容易增大风机的噪音。也即是说，本实施例通过使第一夹角A大于等于7°且小于等于10°，第二夹角B大于等于4°且小于等于7°，既能够保证风机出风口的风压和出风量，也能够有效降低本实施例中的风机的噪音。

结合图2、图3以及图5所示，本实施例中的叶片22沿轮毂21的外周呈螺旋状延伸，且沿轮毂21的第一圆周方向(图3中的X方向)，各叶片22背离轮毂21的一侧的边缘至轮毂21的轴线的距离逐渐变小。结合附图1至5可知道，本实施例中的各叶片22至轮毂21的距离更小的一端更靠近风机的入风侧，而叶片至轮毂21的距离更大的一端更靠近风机的出风侧，如此设置，当流动空气进入风道11内之后，首先可以在一个相对比较宽敞的空间内流动，之后会逐渐进入体积相对比较小且流道更封闭的空间进行流动，如此，能够进一步提高风机的风压和风量，且流动空气可以以更平稳的力与叶片22接触，能够有效降低风机工作过程中的噪音。

结合图3至图5所示，沿第一圆周方向，即图3中的X方向，叶片22的背离轮毂21的一侧的边缘至轮毂21的轴线的距离最大的点为叶片顶点，此时，圆心位于轮毂21的轴线上，且过叶片顶点的圆为第一圆30；叶片22背离轮毂21的一侧的边缘至轮毂21的轴线的距离最短的点为叶片低点，此时，圆心位于轮毂21的轴线上，且过叶片低点的圆为第二圆40。其中，第一圆30和第二圆40满足关系式：ΦΛ＝Φν+tanB*H，Φν为第二圆40的直径，ΦΛ为第一圆30的直径，H为沿轮毂21的轴线方向，叶片顶点与叶片低点之间的间距。满足上述关系，能够有效保证叶轮20在旋转时叶片22的边缘与风道11内壁面的间隙的均匀一致性，进而可以减少空气的泄漏损耗，最终达到有效提高本实施例中的风机的风压和出风量的目的。

进一步地，沿远离轮毂21的轴线的方向，叶片22的出口角S逐渐变大。需要说明的是，本实施例中的叶片22的出口角S是指过叶片22出口的边缘的点的切线与第一平面之间的夹角，这里的第一平面为垂直于轮毂21的轴线且过叶片22出口的边缘点的平面，这里的夹角有正负。参见图3和图4所示，叶片22在A-A、B-B、C-C、D-D、E-E位置处的剖视图中，A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面均与轮毂21的轴线平行，叶片22的出口角S逐渐增小。本实施例中通过使叶片22的出口角S沿远离轮毂21的轴线向方向逐渐变小，渐变的风道11配合渐变的叶片22的出口角S，使叶片22上的气流更加均衡，减少出口涡流损耗，并使噪音频谱更加宽广，可有效提高风压、风量、降低噪音。

为了进一步验证本申请的风机的技术效果，发明人在风洞测试设备做了如下试验进行验证：

表1：ΦΛ＝Φν时的风压、风量和噪音数据

表2：ΦΛ＝Φν+tanB*H*0.5时的风压、风量和噪音数据

表3：ΦΛ＝Φν+tanB*H时的风压、风量和噪音数据

根据上述的对比例和实施例可以知道，本申请的风机的风压、风量比较大，实际工作时的噪音比较小。

进一步地，沿远离轮毂21的轴线的方向，叶片22的入口角λ逐渐变小。需要说明的是，本实施例中的叶片22的入口角λ是指过叶片22入口的边缘的点的切线与第二平面之间的夹角，这里的第二平面为垂直于轮毂21的轴线且过叶片22入口的边缘点的平面，这里的夹角有正负。参见图3和图4所示，叶片22在A-A、B-B、C-C、D-D、E-E位置处的剖视图中，叶片22的入口角λ逐渐增大，可以使气流更加平顺，减少风机入口处涡流损耗，可以有效提调风机效率。

示例性地，叶片22的初始入口角λ1为+2d，叶片22的叶顶入口角λ2为-2d，其中，d为第一夹角A和第二夹角B的差值，如此设置，能够减少风机入口处涡流损耗，可以有效提调风机效率。

优选地，d大于等于2.5°且小于等于3°。例如，2.5°、2.6°、2.8°、2.9°或者3°。

结合附图1至图5所示，在本发明的一种使用实施例中，风机包括外壳部件10和叶轮20。所述叶轮20以其轴线为基线做旋转动行，所述的叶轮20的轮毂21的外周面与轮毂21的轴线间具有第一夹角AA；所述的外壳部件10围设形成的风道11的内壁面与轮毂21的轴线之间具有第二夹角B；且第一夹角A与第二夹角B相差d度，构成了一个渐变的流道，其中第二夹角B为4～7度为最佳，第一夹角A为7～10度为最佳,d为2.5度为最佳。通过实验验证可以知道：渐变的流道其内流体增加了离心力作用，可有效增加其静压效果，减少出口处风速突变使声音频率分布在更宽的频谱上，避免频率集中有效减少噪音。

在本实施例中，第一圆30和第二圆40的直径满足如下关系式：ΦΛ＝Φν+tanB*H，保证叶轮在旋转时与外壳间隙均匀一致，减少空气泄漏损耗。

沿远离所述轮毂21的轴线的方向，所述叶片22的出口角S线性变大，渐变的流道配合叶片渐变流道，使中叶片22上的气流更加均衡，减少出口涡流损耗，并使噪音频谱更加宽广，可有效提高风压、风量、降低噪音；与此同时，叶轮20的每个叶片22的入口角λ沿径向线性关系减少，使气流更加平顺减少入口处涡流损耗有效提调风机效率，初始角度为+2*d，叶顶部为-2*d为最佳。

如图3所示，本实施例中的叶片22曲率跟随流体流动轨迹变化而变化，使流体沿预设轨迹流道流动，从A-A,E-E,这些截面上来看，每个截面与流体流动曲线相切，减少扩散损耗。可见，本实施例中的风机通过设置匹配外壳部件10及叶轮20，并设计了渐变风道11，能够极大减少了空气阻力，有效提升了风机风量、风压，减少了风机的噪音。

另一方面，本申请还提供了一种电机，本实施例中的电机包括上述实施例中的风机，因此，该电机包括上述实施例中的风机的所有技术效果。由于前文已经对风机的技术效果进行了详细说明，此处不再赘述。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风机，包括外壳部件和叶轮，其特征在于，

所述外壳部件围设形成风道，所述叶轮包括轮毂和多片叶片，所述轮毂安装在所述风道内并可沿自身轴线旋转，且所述轮毂的轴线与所述风道的轴线一致，多片所述叶片间隔设置于所述轮毂的外周；

其中，所述轮毂的外周面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述轮毂的外周面与所述风道的轴线之间具有第一夹角，所述风道的内壁面倾斜于所述风道的轴线设置，且所述风道的内壁面与所述风道的轴线之间具有第二夹角，且所述第一夹角大于所述第二夹角，以使得所述风道的内壁面与所述轮毂的外表面之间的间隙沿所述风机的出风方向逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述第一夹角大于等于7°且小于等于10°，所述第二夹角大于等于4°且小于等于7°。

3.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述叶片沿所述轮毂的外周呈螺旋状延伸，且沿所述轮毂的第一圆周方向，各所述叶片背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离逐渐变小。

4.根据权利要求3所述的风机，其特征在于，沿所述第一圆周方向，所述叶片的背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离最大的点为叶片顶点，圆心位于所述轮毂的轴线上，且过所述叶片顶端的圆为第一圆；

所述叶片背离所述轮毂的一侧的边缘至所述轮毂的轴线的距离最短的点为叶片低点，圆心位于所述轮毂的轴线上，且过所述叶片低点的圆为第二圆；

其中，所述第一圆和所述第二圆满足关系式：ΦΛ＝Φν+tanB*H，Φν为所述第二圆的直径，ΦΛ为所述第一圆的直径，H为沿所述轮毂的轴线方向，所述叶片顶点与所述叶片低点之间的间距。

5.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，沿远离所述轮毂的轴线的方向，所述叶片的出口角逐渐变大。

6.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，沿远离所述轮毂的轴线的方向，所述叶片的入口角逐渐变小。

7.根据权利要求6所述的风机，其特征在于，所述叶片的初始入口角为+2d，所述叶片的叶顶入口角为-2d，其中，d为所述第一夹角和所述第二夹角的差值。

8.根据权利要求7所述的风机，其特征在于，d大于等于2.5°且小于等于3°。

9.根据权利要求1至8中任一项所述风机，其特征在于，沿所述轮毂的径向方向，所述叶片的出口角和入口角均呈线性变化。

10.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1至9中任一项所述的风机。