CN1321839A - 送风装置 - Google Patents

Abstract

提供一种使能量效率提高的送风装置,其特点是与风扇的叶片前端隔有间隔而形成环状壁(2),上述环状壁(2)的吸引侧具有使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小及设置沟槽的第二区域而使与叶片前端的间隙实质上扩大,在环状壁外周与壳体外周部(10)之间设有气囊部(11)。

Description

送风装置

本发明涉及送风装置。

近年来，由于设备的小型化、电子化，电气线路的高密度安装广为采用。由于与此相应的电子设备的发热密度增加，送风装置被用于设备冷却。

另外，由于设备的低成本化，即使对用于这些设备的送风装置也提出了低成本化的强烈要求。

如图12所示，现有的送风装置是与风扇1的叶片前端隔有间隔而形成环状壁2，在向电动机部3通电的送风状态下，轴流风扇1以轴4为中心旋转并产生从吸引侧朝向排出侧的空气流5。

然而，在上述送风状态下，叶片前端的背压侧空气流的速度加快，此系在变换为压力能的叶片后缘侧产生叶片间二次流动的影响引起的低能量区域。该部分损失大且容易发生流动剥离而使空气流与叶面脱离，并在其脱离区域产生涡流，从而使紊流噪音增加，引起噪音级及风量-静压特性恶化的问题。

尤其在排出流侧出现流动阻抗(system impedance)的场合，叶片前端产生的漏涡流增大，风扇陷于呈失速状态的情况，这种现象屡见不鲜。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在性能超过现有送风装置的同时，生产率及成本性能均优于现有送风装置的送风装置。

本发明的送风装置系与风扇的叶片前端隔有间隔而形成环状壁，上述环状壁由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质上增大，第二区域的终端在排出侧为中断状态，并通过在环状壁外周与壳体外周部分之间形成具有一定的容积并向排出侧开放的气囊部提高送风装置的特性。

采用本发明能提高送风装置的特性，同时通过提高生产率实现低成本化，能使送风装置的成本性能提高。

本发明的技术方案1为一种送风装置，与风扇的叶片前端隔有间隔而形成环状壁、并具有一体形成上述环状壁和固定电动机的轮毂部的壳体，其特征在于，上述环状壁的终端在排出侧为中断状态，在环状壁外周与壳体外周部分之间形成有具有一定的容积并向排出侧开放的气囊部。能在降低送风装置的噪音的同时降低生产成本。

另外，一种送风装置，其特征在于，环状壁由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质上增大，能改善送风装置的送风特性。

另外，一种送风装置，其特征在于，上述壳体的轮毂部与环状壁部结合，并不直接安装在壳体外周部和安装孔部中。能降低在将送风装置安装于设备的状态下设备的噪音和振动。

本发明的技术方案2为一种送风装置，其特征在于，如以m(千克)表示电动机和风扇的合计质量，以k(牛顿/米)表示轮毂部与安装部之间的弹簧常数，以N(1/秒)表示电动机的转速，则壳体设定成满足以下关系： $N>2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{k}{m}}$

为达到技术方案1的发明效果，这种组合无疑是有效的。

本发明的技术方案3为一种送风装置，与风扇的叶片前端隔有间隔而形成环状壁、并具有一体形成上述环状壁和固定电动机的轮毂部的壳体，其特征在于，上述环状壁2由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质上增大，第二区域的终端在排出侧为中断状态，在环状壁外周与壳体外周部分之间形成有具有一定的容积并向排出侧开放的气囊部的同时，在上述环状壁上形成有环状壁内周和能使气囊部的空气流动的沟槽，具有改善静压较高的状态下的送风特性的效果。

另外，由于送风装置的壳体采用仅由上下型芯构成的模具成形，故能实现生产率提高及低成本化。

附图简单说明：

图1A、1B、1C和1D分别为本发明的实施例1的送风装置的侧面图、正面图、剖面图和X-X1剖面图。

图2为表示以往送风装置的空气流动的说明图。

图3为表示本发明实施例的送风装置的空气流动的说明图。

图4为表示以往送风装置的壳体成形的模具结构的图。

图5为表示本发明实施例的送风装置的壳体成形的模具结构的图。

图6A、6B、6C和6D分别为本发明的实施例2的送风装置的侧面图、正面图、剖面图和X-X1剖面图。

图7A、7B、7C分别为送风装置的安装夹具的正面图、侧面图和俯视图。

图8A和8B分别为振动系统的简单说明图和表示振动的频率与振幅的关系的说明图。

图9A、9B、9C和9D分别为本发明的实施例3的送风装置的侧面图、正面图、剖面图和X-X1剖面图。

图10为表示本发明实施例的送风装置的空气流动的说明图。

图11为本发明实施例的送风装置的特性与以往进行比较的图。

图12为以往的送风装置的剖面图。

以下根据图1-图7说明本发明的实施例。

(实施例1)

图1A至1D表示实施例1的送风装置。其中，图1A为送风装置的侧面图，图1B为正面图，图1C为剖面图，图1D为X-X1剖面图。

如图1D所示，环状壁2由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质性增大，第二区域的终端在排出侧为中断状态。另外，在环状壁外周与壳体外周部10之间形成具有一定的容积的气囊部11。

现通过图2、图3说明该送风装置的原理。

图2表示在以往的送风装置中，使环状壁的吸入口侧的形状为将内径扩大以增大与叶片前端的间隙的场合。

采用这种结构，在通过使风扇1沿回转方向9的方向回转驱动产生由吸引侧朝向排出侧的空气流5的同时，并从叶片前端部分吸入空气流5，与间隙一定的场合相比，特别是具有在低压状态时使风量增大的效果。

该部分因与叶片前端的间隙增大，空气粘性的影响减少，空气流入时的能量损失减少，故能有效地增大风量。

设置使内径扩大部分在低压时虽能增大风量，但如在施加一定程度压力状态下使用时则如图2所示，在叶片前端处从正压侧流到背压侧的漏涡流7大大增加，空气流与叶面脱离，并在该脱离区域产生紊流涡流8，从而使紊流噪音增加，噪音级和风量-静压特性恶化。

该叶片前端漏涡流7在叶片前端的吸引侧增加不太大，相反在叶片前端的中间部以下大大增加，对于风扇的性能有很大影响。

图3为表示本实施例1的空气流动的说明图。

如图3所示，本实施例1中通过在该环状壁2与壳体外周部10之间设置气囊部11，叶片前端的中间部以下大大增加的叶片前端漏涡流7在风扇1排出侧一旦被该气囊部11吸引，即由于这里产生的紊流涡流8衰减到气囊内程度并向排出侧排出，故能在降低噪音的同时改善风量-静压特性(尤其是噪音级)。

另外，该送风装置的壳体与以往的送风装置的壳体相比能大幅度提高生产率。

其理由可利用图4、图5说明。

图4为表示对以往送风装置的壳体成形的模具的结构的概略图。

通常，在进行以树脂或金属为材料的注射模塑成形(或金属压铸、触融压铸等类似成形方法)等的场合，使各部分的厚度作极端变化时，因材料收缩使形状变扁而产生所谓缩孔，因而精度难以保持。

因此，在对以往送风装置的壳体那种形状进行成形的场合，是使整个厚度为大致一定地将壳体的形状构成在外周设置凹部，如图4所示，通常是由上下型芯12、13和沿与它们垂直方向正对并滑动的2个滑动型芯14、15成形的模具结构。

图5为表示对本实施例1的送风装置的壳体进行成形的模具的结构。

图5中，本实施例1的壳体系由没有滑动型芯的单纯的上下2面12、13配合构成的模具加以成形。

由于壳体为本实施例1的形状，成为空气吸入口的部分、用于安装送风装置的安装孔18、固定电动机部的轮毂部16、支承轮毂部16的轮辐部17、可提高风扇特性的气囊部11等，能通过结构比以往简单得多的模具进行成形，由于模具制作费用的减少或模具的小型化，与以往相比具有能以小型化的设备进行成形、能在提高生产率及低成本化的同时通过简化模具结构并减少可动部分、可获得在稳定产品精度的同时模具维护变得容易等效果。

另外，本实施例的壳体由于设置气囊部11，整个厚度保持大致一定，故可在控制成形时的缩孔、提高精度的同时节约无用部分的材料，可实现轻量化，减少材料成本。

(实施例2)

图6A至6D表示实施例2的送风装置的壳体。其中，图6A为侧面图，图6B为正面图，图6C为剖面图，图6D为X-X1剖面图。

在图6A至6D中，实施例2的壳体的特征在于，对固定有电动机的轮毂部16加以支承的轮辐17与环状壁部固定，而不直接固定在壳体外周部10或电动机安装孔部18中。其他部分的形状则与实施例1的壳体完全相同。图7A至7C表示安装夹具。其中，图7A为正面图，图7B为侧面图，图7C为俯视图。

将送风装置固定在框体上时可采用安装孔18并用小螺钉等固定，或者采用如图7A至7C所示的送风装置的安装夹具21，由于利用钩子22的弹性将送风装置推入，可支承壳体外周部10而无需采用小螺钉，通常是进行弹性卡环方式的固定方法。

在送风装置以完全的精度制作的场合，虽然不产生半径方向的振动，但实际上在构成电动机的零件和风扇中分别存在误差，故在电动机回转时即由这些不平衡诱发周期与转速一致的不平衡振动。

在以往或上述实施例1的送风装置的场合，电动机部经轮辐与作为电动机的安装部的安装孔或者与壳体外周部直接连接而在电动机部产生的振动为直接传递到框体的状态。

另一方面，在实施例2中，由于轮辐穿过环状壁并对于固定部间接固定，电动机部构成为相对于固定部弹性地加以支承，由于振动在电动机存在一定程度的不平衡振动的场合也能衰减并传递到固定部，安装有送风装置的框体发生共振等情况减少，结果是能抑制作为整个框体的噪音和振动。

另外，为使振动可靠地衰减，最好使该振动系统的固有频率与作为电动机的激振频率的基本成分的电动机转速相比进一步降低。

这里，由于整个框体质量与送风装置相比非常大，故考虑将电动机的半径方向(径向)的振动置换为图8A所示的由作为振动体的电动机和风扇的质量和弹性支承该振动体的轮辐和环状壁的弹簧构成的单纯的单振动的振动系统的概略说明图。

如以m(千克)表示作为振动体的电动机和风扇的合计质量，以k(牛顿/米)表示轮毂部与安装部之间的弹簧常数(对于半径方向变形的反力之比)，则该振动系统的固有频率F(赫兹)以下式表示： $N=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{k}{m}}$

图8B为表示施加在该振动系统上的外力的频率与外力的振幅与振动的振幅之比的说明图。

如图8B所示，振动的振幅在外力频率低的场合下大致随外力而变化，但在固有频率F附近振幅急剧增大，而在超过固有频率后则慢慢变小，振动的振幅最终趋近于零。

因此，可通过使作为激振力的电动机的转速N(1/秒)大于固有频率F减小振动。即通过设定为满足以下关系 $N>2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{k}{m}}$

因电动机的振动衰减并传递至框体，故可抑制框体的振动，实现低噪音、低振动。

并且，通过选择PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PP(聚丙烯)等材料本身的衰减力较大的材质作为壳体材料，使电动机启动时或低速回转时的振动衰减，能进一步提高减振效果。

(实施例3)

图9A至9D表示实施例3的送风装置的壳体。其中，图9A为侧面图，图9B为正面图，图9C为剖面图，图9D为X-X1剖面图。

在图9A至9D中，实施例3的壳体与上述实施例1的区别在于，在环状壁的排出侧部分环状壁内周和气囊部11连通，形成沿轴向伸出的多个沟槽19，其他部分则与实施例1完全相同。

该沟槽19对于送风装置尤其是用于在静压高的状态的场合能有效地改善特性。

图10为表示本实施例3的送风装置的动作条件下的空气流动的说明图。

如图10所示，由于包含叶片前端附近产生的紊流涡流的叶片端涡流从沟槽19向气囊部吹出，正在旋转的风扇上为不过分发生叶片端涡流的状态，以往因该叶片端涡流而妨碍工作的叶片前端部分也能充分工作，故风量增大。

另外，由于包含从沟槽19吹出的紊流涡流8的空气流也由沟槽19整流并向气囊部11放出，并进一步在气囊部11的空间部衰减并向外部放出，故在降低噪音的同时，由于从沟槽19吹出的空气流有效地变换为静压而能使风扇的静压效率提高。

图11为对该送风装置的风量-静压特性将相同尺寸的以往送风装置以及实施例1与实施例3的送风装置的特性进行比较的图。

由图11的曲线(a)可知，实施例1的送风装置与以往送风装置相比在压力较高状态时的风量特性较优，而本实施例3的送风装置则保持更优良的风量特性。其结果如图11的曲线(b)所示，本实施例3的送风装置能大幅度地提高静压效率，并能大幅度地提高压力较高条件下的性能。

另一方面，在压力较低的条件下，本实施例3的送风装置则反过来为风量降低状态。在图示的通过压力较低的条件下风扇上不产生显眼的涡流，相反产生空气从沟槽19向环状壁2内周流入的流动，在叶片前端部分产生空气循环的流动，风量下降，与此同时，由于在沟槽19处因空气粘性而产生能量损失，风扇驱动力增加，故风扇的静压效率恶化。

因此，在静压较低的状态下使用的场合，通过使用无沟槽19的实施例1或实施例2的壳体实现低噪音，而在静压较高的状态下则通过使用本实施例3的壳体，由于风扇的送风能力提高，故可获得高的冷却效率。

另外，在将上述送风装置装入设备使用时，由于送风能力高，能降低风扇转速使用，故具有能降低送风装置的耗电量或静音化等的效果，并具有提高可靠性的效果。或者在相同耗电量使用的情况下，可获得送风能力优良、冷却能力提高的效果。

另外，在上述实施例2和实施例3中虽然叙述了壳体的成形方法，毋庸置言，这些壳体也能用与实施例1完全相同的仅上下型芯的简单模具结构进行成形。

Claims (6)

1.一种送风装置，与风扇(1)的叶片前端隔有间隔而形成环状壁(2)、并具有一体形成所述环状壁(2)和固定电动机(3)的轮毂部(16)的壳体，其特征在于，所述环状壁(2)的终端在排出侧为中断状态，在环状壁外周与壳体外周部分之间形成有具有一定的容积并向排出侧开放的气囊部(11)。

2．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，所述环状壁(2)由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质上增大。

3．如权利要求1所述的送风装置，其特征在于，所述壳体的轮毂部(16)与环状壁部(2)结合，并不直接安装在壳体外周部(10)和安装孔部(18)中。

4．一种送风装置，其特征在于，如以m(千克)表示电动机(3)和风扇(1)的合计质量，以k(牛顿/米)表示轮毂部(16)与安装部之间的弹簧常数，以N(1/秒)表示电动机的转速，则壳体设定成满足以下关系： $N>2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{k}{m}}$

5．一种送风装置，与风扇(1)的叶片前端隔有间隔而形成环状壁(2)、并具有一体形成所述环状壁(2)和固定电动机(3)的轮毂部(16)的壳体，其特征在于，上述环状壁(2)由使内径局部扩大的第一区域和与叶片前端间隙缩小的第二区域构成，从而使与吸引侧的叶片前端的间隙实质上增大，第二区域的终端在排出侧为中断状态，在环状壁外周与壳体外周部分(10)之间形成有具有一定的容积并向排出侧开放的气囊部(11)的同时，在所述环状壁(2)上形成有环状壁内周和能使气囊部(11)的空气流动的沟槽(19)。

6．如权利要求1、4、5中任一项所述的送风装置，其特征在于，壳体用仅由上下型芯(12,13)构成的模具成形。

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