TW201410979A - 軸流風扇 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種在實際使用領域能夠兼具低噪音與高靜壓效果的軸流風扇。葉輪（10）的旋轉葉（12）的前緣部（12a），係相對於葉輪（10）的旋轉方向（r）形成一凹狀圓弧，為了使旋轉葉（12）的前縁端部（12d）能朝旋轉方向（r）突出，而將前緣部（12a）的凹狀圓弧與前端邊（12b）的曲線兩者延長線所相交的角度θ1，設為正面觀察介於30°~37°之銳角。將文氏殼體（30）的吸氣側斜部（31）之開口角度θ3，設為介於12°~17°之角度，而吐出側斜部（33）的開口角度θ3，則設為介於30°~35°之角度。

Description

軸流風扇

本發明係關於一種對葉輪的旋轉葉形狀及環繞在葉輪的徑向外周的文氏殼體(venturi casing)的內面形狀施以最佳化處理的軸流風扇。

軸流風扇係在旋轉驅動裝置之轉軸上所安裝的葉輪之徑向外周，具有為了與該葉輪共同形成軸流之圓筒體狀的文氏殼體。軸流風扇由於構造簡單，因此被廣泛使用作為伺服器等機器的冷卻風扇。

軸流風扇一般來說具有風量大、靜壓小的送風特性。為了改善軸流風扇的送風特性，一般是對葉輪的旋轉葉形狀和文氏殼體構造等進行各種修改。

以葉輪的旋轉葉形狀相關技術來說 (例如，請參閱專利文獻1) ，已有揭示一種軸流風扇，其葉片的後緣和葉片的葉端間的交點與葉輪的旋轉中心相連的直線，係與葉片的前端和輪轂及葉片的邊界間的交點與葉輪的旋轉中心相連的直線相比，更接近旋轉方向側之位置，而輪轂的半徑到葉端的半徑之間的弧度比(camber ratio)，係由輪轂的弧度比為最小，葉端的弧度比為最大之單調遞增(monotone increasing)分佈所構成。

此外，有關文氏殼體構造的技術 (例如，請參閱專利文獻2) ，已有揭示一種送風裝置，其孔口(文氏殼體)的剖面係由吸入端的一部份或全部的圓弧部、直線部及吐出側的圓弧部所構成，並將吸入端的圓弧部之圓弧半徑形成為比吐出側的圓弧部之圓弧半徑更大。

〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利2008─111383號公報
〔專利文獻2〕日本專利特開平5─133398號公報

〔發明所欲解決之課題〕
專利文獻1所示之軸流風扇，係透過改良葉輪的旋轉葉形狀而得以在確保靜壓的同時，藉由在涵蓋轉軸的面形成與轉軸平行的氣流而達到低噪音的效果。

另一方面，透過將該吸入側的圓弧部之圓弧半徑形成為大於吐出側的圓弧部之圓弧半徑，而可獲得大風量且實現低噪音的效果。

但是，軸流風扇的運轉特性會因葉輪的旋轉葉形狀和文氏殼體的構造之間的相互作用而產生影響。因此，縱使僅個別就葉輪的旋轉葉形狀或文氏殼體的構造加以設定，在實際使用上仍無法實現低噪音及高靜壓的效果。

本發明係有鑑於上述情況而創作者，其目的在於提供一種在實際使用中能夠兼具低噪音及高靜壓效果的軸流風扇。

〔解決課題之手段〕
為達成上述目的，本發明之軸流風扇係包含一葉輪及一文氏殼體。

葉輪係安裝在旋轉驅動裝置之轉軸上。文氏殼體係環繞在葉輪的徑向外周，具有在上述轉軸的軸向上相對向之一吸氣口及一吐出口。

上述葉輪的旋轉葉的前緣部，係相對於上述葉輪的旋轉方向形成一凹狀圓弧。為使上述旋轉葉的前緣部能朝旋轉方向突出，而將上述前緣部的凹狀圓弧與前端邊的曲線兩者延長線所相交的角度，設為正面觀察介於30°~37°之銳角。

上述文氏殼體的吸氣側斜部的開口角度θ3係設為介於12°~17°之角度，而吐出側斜部的開口角度則設為介於30°~35°之角度。

〔發明效果〕
根據本發明之軸流風扇，葉輪的旋轉葉的前緣部可相對於該葉輪的旋轉方向形成為呈凹狀的圓弧。為使旋轉葉的前緣端部能朝旋轉方向突出，而將前緣部的凹狀圓弧與前端邊的曲線兩者延長線所相交的角度，設為正面觀察介於30°~37°之銳角。

文氏殼體的吸氣側斜部的開口角度θ3，可設為介於12°~17°之角度。文氏殼體的吐出側斜部的開口角度，可設為介於30°~35°之角度。

據此，本發明之軸流風扇，藉由對葉輪的旋轉葉形狀及環繞在葉輪的徑向外周的文氏殼體的內面形狀施以最佳化處理，而在實際使用中能夠兼具低噪音及高靜壓效果。

10、210、310：葉輪
12、212、312：旋轉葉
12a、212a、312a：前緣部
12b、212b、312b：前端邊
12c、212c、312c：後緣部
12d：前緣端部
20：旋轉驅動裝置
21：轉軸
22：基部
23：轉子軛
24：磁鐵
26：定子鐵心
27：軸承
28：支撐部
30、230、330：文氏殼體
31、231、331：吸氣側斜部
31a：緣部
32、232、332：直線部
33、233、333：吐出側斜部
40、240、340：框體
41、341：支柱
51、52：法蘭部
61、261、361：吸氣口
62、262、362：吐出口
241：靜止葉片
100、200、300：軸流風扇
r：旋轉方向
R1：凹狀圓弧
R2：凸狀圓弧
θ1～θ4：角度
F：吐出方向

第1圖係為本實施型態所示之軸流風扇的前視圖及後視圖。
第2圖係為本實施型態之葉輪的前視圖及側截面圖。
第3圖係為本實施型態之軸流風扇的側截面圖。
第4圖係為本實施型態之文氏殼體的構造說明圖。
第5圖係為第一比較型態所示之軸流風扇的前視圖及後視圖。
第6圖係為第一比較型態之文氏殼體的構造說明圖。
第7圖係為第二比較型態所示之軸流風扇的前視圖及後視圖。
第8圖係為第二比較型態之文氏殼體的構造說明圖。
第9圖係為比較本實施品與習知品間之噪音特性及風量─靜壓特性的說明圖。

以下將參閱圖式來說明本實施型態之軸流風扇。

軸流風扇係為透過安裝在旋轉驅動裝置的轉軸的葉輪之旋轉，而可自轉軸21的軸向一端吸入流體，再將流體往軸向之另一端吐出的送風裝置。本實施型態所示之軸流風扇，係透過改良葉輪的旋轉葉形狀及環繞在葉輪的徑向外周的文氏殼體的內面形狀，而在實際使用中能夠兼具低噪音及高靜壓效果。

(軸流風扇的構造)
首先，請參閱第1圖、第3圖及第4圖，對本實施型態之軸流風扇的構造進行說明。第1圖係為本實施型態所示之軸流風扇的前視圖及後視圖。第2圖係為本實施型態之葉輪的前視圖及側截面圖。第3圖係為本實施型態之軸流風扇的側截面圖。第4圖係為本實施型態之文氏殼體的構造說明圖。

如第1圖至第3圖所示，本實施型態所示之軸流風扇100係包含一葉輪10，係安裝在旋轉驅動裝置20的轉軸21上；以及一框體40，係包圍在該葉輪10的周圍。框體40係與環繞在葉輪10的徑向外周的文氏殼體(以下簡稱「殼體」)30一體形成。並且，於框體40的吐出側，設有四條支柱41，該些支柱41係用來支撐旋轉驅動裝置20的基部22。

葉輪10在中央部具有杯狀的輪轂部11。於輪轂部11的周圍一體地安裝著複數片旋轉葉12，該些旋轉葉12係呈放射線狀。本實施型態之軸流風扇100的葉輪10係具有7片旋轉葉12。各旋轉葉12係相對於轉軸21的軸向傾斜設置。

在此，針對本實施型態中的葉輪10的旋轉葉12的形狀進行說明。本實施型態之軸流風扇100係在葉輪10的葉片形狀具有第一特徵。

第2(a)圖的前視圖中，旋轉葉12的前緣部12a係相對於葉輪10的旋轉方向r形成一凹狀圓弧R1。

旋轉葉12的前緣端部12d係朝向旋轉方向r突出。第2(a)圖的前視圖中，前緣部12a的凹狀圓弧和前端邊12b之曲線兩者延長線所相交的角度θ1係為銳角，其角度較佳為介於30°~37°之角度。

此外，第2(b)圖的側面圖中，旋轉葉12的前緣部12a係朝向流體的吐出方向F而形成一凸狀圓弧R2。第2(b)圖的側面圖中，前緣部12a的凹狀圓弧和前端邊12b的曲線兩者延長線所相交的角度θ2係為銳角，其角度較佳為介於65°~70°之角度。

請繼續參閱第3圖，輪轂部11的內部，設有馬達作為葉輪10的旋轉驅動裝置20。馬達20係具有呈近似杯狀的轉子軛23、被壓入該轉子軛23的中心部的轉軸21以及捲繞著線圈25的定子鐵心26等。

轉子軛23係內嵌於輪轂部11內。轉子軛23的內面則設有磁鐵24。

轉軸21可自由旋轉地支撐在軸承27上。軸承27則固定在筒體狀的支撐部28的內面。

定子鐵心26被壓入固定在支撐部28的外面。定子鐵心26和轉子軛23之磁鐵24係間隔間隙彼此對向配置。

此外，在殼體30之吸氣側及吐出側的周緣，設有提供電子機器等固定框體40用的法蘭部51‚52。各法蘭部51‚52分別自殼體30之吸氣側及吐出側往葉輪10的徑向外側延伸設置。法蘭部51‚52係為可與殼體30之外壁相連接之正方形的安裝構件。於各法蘭部51‚52的四角係形成有用以鎖入安裝螺絲之螺孔53。

軸流風扇100藉由在螺孔53內鎖入未圖示的安裝螺絲，即可安裝在電子機器等的機殼上。

接下來，說明本實施型態中，殼體30的內面形狀。本實施型態之軸流風扇100係在殼體30的內面形狀具有第二特徵。

如第4圖所示，從吸氣側往吐出側，殼體30的內面分別依序由吸氣側斜部31、直線部32及吐出側斜部33等部位相連所構成。

吸氣側斜部31係為從吸氣口61往葉輪10的徑向外側逐漸擴大之部位。本實施型態的吸氣側斜部31係為從吸氣口61直線地朝往葉輪10的徑向外側逐漸擴大而成。吸氣側斜部31的開口角度θ3可設成較小，例如其傾斜角度可設為介於12°~17°之角度。

吸氣側斜部31的緣部31a係施以倒角加工而形成為圓弧狀。如此，藉由對吸氣側斜部31的緣部31a進行倒角加工，便可吸入吸氣口61周邊的流體，因而可增加軸流風扇100的風量。

在此，所謂風量是指軸流風扇100每單位小時的吸入、吐出空氣之體積。壓力比越大，則由於遭到壓縮而導致吐出側的風量減少，因此通常使用吸氣側的風量作為定義。

直線部32是指自該吸氣側斜部31起，朝向該吸氣側斜部31和該吐出側斜部33以直線相連的部位，可與葉輪10共同形成流體的軸流。直線部32係與葉輪10的旋轉葉12的前端邊間隔間隙彼此對向配置，並與該旋轉葉12的前端邊幾乎平行地向吐出側延伸。

直線部32和吸氣側斜部31的邊界部與旋轉葉12的前緣部12a和前端邊12b的交點之距離D，例如可設為介於3.0~3.5mm左右。

吐出側斜部33是指自直線部32起，將直線部32與曲線狀的擴徑部34相連的部位。吐出側斜部33的開口角度θ4可設成較小，例如可設為介於30°~35°之角度。

直線部32和吐出側斜部33的邊界部與旋轉葉12的後緣部12c與前端邊12b的交點之距離D，例如可設為介於0.1~0.5mm左右，且設定在幾乎相同位置上。惟直線部32和吐出側斜部33的邊界線需位於比旋轉葉12的後緣部12c與前端邊12b的交點更靠近吸氣側，而不是吐出側的位置。

(軸流風扇的作用)
接著，請參閱第1圖至第9圖，對本實施型態之軸流風扇100的作用進行說明。

本實施型態之軸流風扇100係藉由在法蘭部51‚52的螺孔53內鎖入未圖示的安裝螺絲，即可安裝於電子機器等機殼上(參閱第3圖)。例如，當將軸流風扇100使作為伺服器的冷卻風扇使用時，可將吸氣側的法蘭部51端抵接於該伺服器的機殼內面的風扇安裝部。

茲就本實施型態之軸流風扇(本實施品) 之運轉特性與習知構造的軸流風扇(第一習知品、第二習知品)之運轉特性進行比較說明。

<本實施品>
本實施品之軸流風扇100，其葉輪210具有7片旋轉葉12(參閱第1(a)圖)。旋轉葉12的前緣部12a係將第2(a)圖的前視圖的R1設成R25之圓弧，並將第2(b)圖的前視圖的R2設成R90之圓弧。

第2(a)圖的前視圖中，將前緣部12a的凹狀圓弧和前端邊12b的曲線兩者延長線所相交的角度θ1設為36°。第2(b)圖的側面圖中，將前緣部12a的凹狀圓弧和前端邊12b的曲線兩者延長線所相交的角度θ2設為69°。

於軸流風扇100框體40的吐出側，形成有四條的支柱41(參閱第1(b)圖)。

從吸氣側往吐出側，本實施品之軸流風扇100的殼體30的內面分別依序由吸氣側斜部31、直線部32及吐出側斜部33等部位相連所構成(參閱第3圖)。

如第1(a)圖所示，吸氣側斜部31係從吸氣口61直線地朝葉輪10的徑向外側大幅擴大而成。並將吸氣側斜部31的開口角度θ3設為15°。

將直線部32和吸氣側斜部31的邊界部與旋轉葉12的前緣部12a和前端邊12b的交點之距離D設為3.3mm。

如第2(b)圖所示，吐出側斜部33係從吐出口62直線地朝葉輪10的徑向外側大幅擴大而成。並將吐出側斜部33的開口角度θ4設為32°。

將直線部32和吐出側斜部33的邊界部與旋轉葉12的後緣部12c和前端邊12b的交點之距離W設為0.3mm，且幾乎相同位置上。

<第一習知品>
首先，請參閱第5圖及第6圖，說明第一習知品的軸流風扇200。第5圖係為第一習知品的軸流風扇200之前視圖及後視圖。第6圖係為第一習知品之文氏殼體的構造說明圖。

第一習知品的軸流風扇200係為山洋電氣股份有限公司的型號9GV0812P4K03的軸流風扇。

如第5(a)圖所示，軸流風扇200的葉輪210具有9片旋轉葉212。軸流風扇200的旋轉葉212為後掠翼。

如第5(b)圖所示，於軸流風扇200的框體240的吐出側，形成有11片靜止葉片241。

如第6圖所示，從吸氣側往吐出側，軸流風扇200的殼體230的內面分別依序由吸氣側斜部231、直線部232及吐出側斜部233等部位相連所構成。

如第6(a)圖所示，吸氣側斜部231係從吸氣口261直線地朝葉輪210的徑向外側大幅擴大而成。吸氣側斜部231的開口角度設成較大，例如其傾斜角度係設為45°。

直線部232和吸氣側斜部231的邊界部與旋轉葉212的前緣部212a和前端邊212b的交點之距離D係設為4.7mm。

如第6(b)圖所示，吐出側斜部233係從吐出口262直線地朝葉輪210的徑向外側大幅擴大。吐出側斜部233的開口角度係設成較大，例如其傾斜角度係設為43°。

直線部232和吐出側斜部233的邊界部與旋轉葉212的後緣部212c和前端邊212b的交點之距離D係設為1.9mm。

<第二習知品>
首先，請參閱第7圖及第8圖，說明第二習知品的軸流風扇300。第7圖係為第二習知品的軸流風扇之前視圖及後視圖。第8圖係為第二習知品之文氏殼體的構造說明圖。

第二習知品的軸流風扇200係為山洋電氣股份有限公司的型號109R0812G401的軸流風扇。

如第7(a)圖所示，軸流風扇300的葉輪310具有7片旋轉葉312。軸流風扇300的旋轉葉312，葉片尖端的角度較大，前緣並非圓弧而為直線。

如第7(b)圖所示，於軸流風扇300的框體340的吐出側，形成有3支的支柱341。

如第8圖所示，從吸氣側往吐出側，軸流風扇300的殼體330的內面分別依序由吸氣側斜部331、直線部332及吐出側斜部333等部位相連所構成。

如第8(a)圖所示，吸氣側斜部331係從該吸氣口361直線地朝葉輪310的徑向外側大幅擴大。吸氣側斜部331的開口角度θ7係設成較大，例如其傾斜角度係設為45°。

直線部332和吸氣側斜部331的邊界部與旋轉葉312的前緣部312a和前端邊312b的交點之距離D係設為5.0mm。

如第8(b)圖所示，吐出側斜部333係從吐出口362直線地朝葉輪310的徑向外側大幅擴大。吐出側斜部333的開口角度θ8係設成較大，例如其傾斜角度係設為31°。

直線部332與吐出側斜部333的邊界部與旋轉葉312的後緣部312c和前端邊312b的交點之距離D係設為1.5mm。

<本實施品與習知品的運轉特性比較>
第9圖係為比較本實施品與第一及第二習知品之噪音特性及風量─靜壓特性的說明圖。

當對本實施品與第一習知品及本實施品與第二習知品進行比較時，係將轉速設為比較對象的軸流風扇彼此的最大風量幾乎相等的轉速。

第9圖中，從聲功率水平的曲線觀察可得知本實施品的聲功率水平與第一及第二習知品相比，較多部分處於低功率領域，遂可證實達到低噪音效果。也就是，本實施品於實際使用中，在低噪音化方面表現優越。

接著，於第9圖中，從風量─靜壓特性的曲線觀察可得知本實施品的風量─靜壓特性與第一及第二習知品相比，反曲點較高，可證實達到高靜壓效果。

根據本實施型態的軸流風扇100，葉輪10的旋轉葉12的前緣部12a，可相對於該葉輪10的旋轉方向r形成一凹狀圓弧。為使旋轉葉12的前緣端部12d能朝旋轉方向r突出，而將前緣部的凹狀圓弧與前端邊的曲線兩者延長線所相交的角度，設為介於30°~37°之銳角。

也就是說，本實施型態的軸流風扇100，可藉由將前縁端部12d朝旋轉方向r突出，並使前緣部12形成為適當的凹狀圓弧，而即便處於高負荷時仍可延遲空氣流的剝離，達到低靜音效果並可將反曲點移至高靜壓端而達高靜壓效果。

此外，文氏殼體30的吸氣側斜部31的開口角度θ3係設為介於12°~17°之角度。也就是，本實施型態的軸流風扇100，可透過將吸氣側斜部31的開口角度θ3適當地縮小，而在高風量區域亦可達到與採用圓弧吸入形狀方式相同的低噪音效果。由於是在反曲點附近逐漸形成空氣流的剝離，而可防止在反曲點的靜壓下降。

此外，文氏殼體30的吐出側斜部33的開口角度θ4係設為介於30°~35°之角度。藉由適當地將吐出側斜部33的開口角度θ4設成較小，而使高風量區域之空氣流不易成為亂流，而可在相同轉速下，達到高風量效果。因此，在同等風量的條件下，得以抑制轉速以達到低噪音效果。

如上所述，本發明之軸流風扇100，藉由對旋轉葉12的形狀及環繞在葉輪10的徑向外周的文氏殼體30的內面形狀施以最佳化處理，而在實際使用中能夠兼具低噪音及高靜壓效果。

本發明之較佳實施型態雖已說明如上，惟此些僅為用以說明本發明之例示，其旨趣並非用以侷限本發明之範圍於此些實施型態。在未脫離本發明之要旨的範圍內，可與上述實施型態相異的各種不同態樣實施之。

10：葉輪
12a：前緣部
12b：前端邊
12d：前緣端部
R1：凹狀圓弧
R2：凸狀圓弧
θ1～θ2：角度
F：吐出方向

Claims (1)

1.一種軸流風扇，其包含：
一葉輪，係安裝於一旋轉驅動裝置之一轉軸上；以及
一文氏殼體，係環繞在該葉輪的徑向外周，具有在該轉軸的軸向上相對向之一吸氣口及一吐出口；
其中，該葉輪的一旋轉葉的一前緣部，係相對於該葉輪的旋轉方向形成一凹狀圓弧，並且為使該旋轉葉的前縁端部朝旋轉方向突出，而將該前緣部的凹狀圓弧與一前端邊的曲線兩者延長線所相交的角度，設為正面觀察介於30°~37°之銳角，
該文氏殼體的一吸氣側斜部的開口角度，係設為介於12°~17°之角度，而一吐出側斜部的開口角度，則設為介於30°~35°之角度。
2.如申請專利範圍第1項所述之軸流風扇，其中該文氏殼體的直線部和該吐出側斜部的邊界部與該旋轉葉的後緣部和該前端邊的交點之距離，係設為與0.1~0.5mm相當的位置。
3.如申請專利範圍第1項所述之軸流風扇，其中該文氏殼體的直線部和該吐出側斜部的邊界部，係位於比該旋轉葉的後緣部和該前端邊的交點更靠近吸氣側的位置。
4.如申請專利範圍第1項所述之軸流風扇，其中該文氏殼體的直線部和該吸氣側斜部的邊界部與該旋轉葉的該前緣部和該前端邊的交點之距離，係設為介於3.0~3.5mm。