TW201437494A - 具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇及其馬達尺寸選用方法 - Google Patents

具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇及其馬達尺寸選用方法 Download PDF

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Abstract

一種具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，用以解決現有風扇尺寸關係式無法適用於薄型散熱風扇的問題。該具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇包含一扇框、一扇輪及一定子組，該扇框具有一軸接部，該扇輪及定子組皆設於該軸接部，該定子組可驅使該扇輪旋轉以產生氣流；其中，在該薄型散熱風扇的軸向上，該軸接部底面至該扇輪之輪轂頂面具有一軸向高度(A)，該定子組之磁極片組的最頂面至最底面之間具有一最大軸向厚度(B)，兩者的比值(B/A)為0.1~0.6。一種薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法也一併揭露。

Description

具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇及其馬達尺寸選用方法
本發明係關於一種散熱風扇，尤其是一種裝設有徑向氣隙馬達，且整體軸向高度較薄的具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，以及薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法。
近年來，隨著電子產品輕薄化且高性能的發展趨勢，電子產品運作時，其電子元件的發熱溫度提高，加上散熱空間受限等因素，使得電子元件不易散熱，從而容易產生效能不穩定的狀況，影響電子產品的可靠度，且造成功能特性下降，無法發揮甚至於當機，故散熱已成為目前電子產品設計時所要考量的重要課題之一。
其中，增加散熱效率最常使用的方式就是在電子產品中裝設散熱風扇，藉由散熱風扇的驅風作用迫使氣流流動，以將電子產品內部的高溫氣體排出，而適用於輕薄型電子產品的散熱風扇，則通常會搭配選用整體軸向高度較薄的薄型散熱風扇(其扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度可例如為2至4.5公釐左右)。然而，對其馬達的定子與轉子之間具有徑向氣隙的薄型散熱風扇而言，設計該薄型散熱風扇時，雖希望能儘可能地縮減散熱風扇的軸向高度以達「薄化」目的，但受限於定子與轉子之間若感磁面積過小將導致馬達效能不足，以致影響該薄型散熱風扇性能的問題，故薄型散熱風扇的薄化設計仍需考量與風扇性能的平衡關係。
另一方面，早期設計散熱風扇的過程中，往往藉由設計者的經驗或透過嘗試錯誤(try and error)的方式來選用馬達與扇框之尺寸，並於兩者搭配組裝後再進行風扇性能測試，直至風扇性能符合規格要求；亦即，早期因馬達與扇框尺寸搭配的選用上並無關係式可依循，而徒增許多開發時程與勞力。為此，請參照第1圖，其係中國公告第101113737號「風扇及其馬達尺寸的選用方法」專利案，該風扇9包括一扇框91、一葉輪92以及一馬達93，該葉輪92容置於該扇框91內，該馬達93具有一轉子結構931及一定子結構932，且該定子結構932可驅動該轉子結構931轉動，以帶動該葉輪92旋轉而產生氣流；其中，該扇框91之寬度Y與該定子結構932之直徑X的選用係符合關係式「Y=13.25 X1.4±5%」，且該定子結構932之直徑X與該扇框91之寬度Y的比值為0.25至0.5。如此一來，藉由該關係式，設計者可迅速且正確地選用搭配之扇框及馬達尺寸，以縮短開發風扇的時程，並確保該風扇具有良好的風扇性能。
惟，上述關係式僅適用於厚度大於或等於38公釐，且扇框91之寬度Y介於4至12公分的風扇；亦即，該關係式並無法適用於扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度在2至4.5公釐左右的薄型散熱風扇。再者，該關係式的其中一變數為扇框91之寬度，但光由扇框91的寬度並無法直接確定整體扇框91的形態，因此，透過該關係式未必能正確地開發出具有良好性能的風扇。
本發明之目的係提供一種具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其風扇構件尺寸符合一較佳比例，以確保該薄型散熱風扇運作時可產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
本發明之另一目的係提供一種薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，係可快速且正確地選出相匹配之徑向氣隙馬達，以確保組 裝有該馬達之薄型散熱風扇能於運作時產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
為達到前述目的，本發明所運用之技術內容包含有：一種具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，包含：一扇框，該扇框具有一軸接部；一扇輪，由一轉軸連接一輪轂並可旋轉地設於該扇框之軸接部，數個扇葉環設於該輪轂外緣，至少一磁性元件設於該輪轂之內環面；及一定子組，具有一磁極片組，該磁極片組與該磁性元件相對，該磁極片組與該磁性元件之間具有一徑向氣隙；其中，在該薄型散熱風扇的軸向上，該扇框之軸接部的底面至該扇輪之輪轂的頂面具有一軸向高度(A)，該軸向高度(A)為2至4.5公釐，該定子組之磁極片組的最頂面至最底面之間具有一最大軸向厚度(B)，兩者的比值(B/A)為0.1~0.6。
其中，該比值(B/A)較佳為0.2~0.4。
其中，該磁極片組包含至少一個磁極片。
其中，該磁極片組之磁極片數量為數個，該最大軸向厚度(B)係從位於最頂部的磁極片頂面至位於最底部的磁極片底面之間的軸向距離。
其中，該磁性元件在該薄型散熱風扇軸向上的高度可以小於或等於該磁極片組在該薄型散熱風扇軸向上的厚度。
其中，該磁性元件在該薄型散熱風扇之軸向上的中心位置，及該磁極片組在該薄型散熱風扇之軸向上的中心位置，較佳位於該薄型散熱風扇之同一徑向延伸平面。
本發明另提供一種薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，包含：選定一馬達之磁極片組最頂面至最底面之間在軸向上的最大軸向厚度(B)與一扇框之軸接部底面至一扇輪之輪轂頂面在軸向上的軸向高度(A)的比值(B/A)，且該比值(B/A)為0.1~0.6；及選定該軸向高 度(A)或是該最大軸向厚度(B)的值；將該軸向高度(A)或該最大軸向厚度(B)的值代入所選定的比值(B/A)，以換算得到該最大軸向厚度(B)或是該軸向高度(A)的值；其中，該軸向高度(A)為2至4.5公釐。
其中，該比值(B/A)較佳為0.2~0.4。
據此，本發明之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇可具有良好的風扇性能。並透過本發明之薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，供設計者可快速且正確地選出相匹配之徑向氣隙馬達，以確保組裝有該馬達之薄型散熱風扇運作時可產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
〔本發明〕
1‧‧‧扇框
11‧‧‧軸接部
2‧‧‧扇輪
21‧‧‧輪轂
22‧‧‧轉軸
23‧‧‧扇葉
24‧‧‧磁性元件
3‧‧‧定子組
31‧‧‧磁極片組
32‧‧‧絕緣套組
33‧‧‧線圈組
4‧‧‧定子組
41‧‧‧絕緣套
42‧‧‧線圈組
43‧‧‧磁極片組
44‧‧‧導磁軸管
G‧‧‧徑向氣隙
M1、M2‧‧‧中心位置
S‧‧‧徑向延伸平面
A‧‧‧軸向高度
B、B’‧‧‧最大軸向厚度
〔習用〕
9‧‧‧風扇
91‧‧‧扇框
92‧‧‧葉輪
93‧‧‧馬達
931‧‧‧轉子結構
932‧‧‧定子結構
Y‧‧‧寬度
X‧‧‧直徑
第1圖：習知風扇之結構示意圖。
第2圖：本發明第一實施例之側剖結構圖。
第3圖：數個扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度為4.5公釐且具有不同比值之薄型散熱風扇的風扇性能曲線。
第4圖：數個扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度為2公釐且具有不同比值之薄型散熱風扇的風扇性能曲線。
第5圖：本發明第二實施例之側剖結構圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，其係本發明具有徑向氣隙馬達之薄型散 熱風扇的第一較佳實施例，該薄型散熱風扇大致上包含一扇框1、一扇輪2及一定子組3，該扇輪2及定子組3皆設於該扇框1中，該定子組3可驅使該扇輪2旋轉以產生氣流；其中，該薄型散熱風扇可以為軸流式風扇或鼓風式風扇等形式，本發明以下雖舉鼓風式風扇為例進行說明，但並不以此為限。
在如第2圖所示之實施例中，上述扇框1具有一軸接部11；該扇輪2係容置於該扇框1內，該扇輪2具有一輪轂21、一轉軸22、數個扇葉23及至少一磁性元件24，該轉軸22係可旋轉地設於該扇框1之軸接部11，該轉軸22較佳設於該輪轂21之中心位置，且該轉軸22的長度大於上述定子組3的最大軸向厚度；該數個扇葉23環設於該輪轂21之外緣，該磁性元件24則設於該輪轂21之內環面。該定子組3設於該扇框1之軸接部11，用以驅動該扇輪2旋轉。
更詳言之，該定子組3具有一磁極片組31、一絕緣套組32及一線圈組33，該磁極片組31包含至少一個磁極片，該磁極片係由可導磁之材料製成，該磁極片可例如為矽鋼片；在本實施例中，該磁極片組31之磁極片數量可以為數個，且各該磁極片呈軸向堆疊設置，該絕緣套組32設於該磁極片組31的二軸向端部，該線圈組33則呈徑向繞線地纏繞於該絕緣套組32之預定部位；又，由該線圈組33纏繞結合之磁極片組31與絕緣套組32，可選擇套設結合於該扇框1之軸接部11外周壁，使該磁極片組31與該扇輪2之磁性元件24相對，並維持兩者之間具有一徑向氣隙G，以由受激磁的磁極片組31與該磁性元件24產生磁作用，致使該扇輪2相對於該扇框1產生旋轉。此外，為提升該扇輪2的旋轉效能，該磁性元件24在該薄型散熱風扇軸向上的高度，可選擇小於或等於該磁極片組31在該薄型散熱風扇軸向上的厚度；再且，該磁性元件24在該薄型散熱風扇之軸向上的中心位置M1，及該磁極片組31在該薄型散熱風扇之軸向上的中 心位置M2，較佳位於該薄型散熱風扇之同一徑向延伸平面S。
其中，在該薄型散熱風扇的軸向上，該扇框1之軸接部11的底面至該扇輪2之輪轂21的頂面具有一軸向高度A，該定子組3之磁極片組31的最頂面至最底面之間則具有一最大軸向厚度B(在本實施例中，該最大軸向厚度B即為該磁極片組31中，從位於最頂部的磁極片頂面至位於最底部的磁極片底面之間的軸向距離)，該最大軸向厚度B與該軸向高度A具有一比值(B/A)。請參照第3、4圖，第3圖是數個扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度為4.5公釐且具有不同比值之薄型散熱風扇的風扇性能曲線，第4圖則是數個扇框之軸接部底面至扇輪之輪轂頂面的軸向高度為2公釐且具有不同比值之薄型散熱風扇的風扇性能曲線；由第3、4圖可知，當所述比值(B/A)為0.1~0.6時，其對應之薄型散熱風扇運作時可產生適當的風量與風壓，亦即，符合該比值(B/A)的薄型散熱風扇確實能具有良好的風扇性能。其中，該比值(B/A)為0.2~0.4的薄型散熱風扇運作時，可產生較高的風量與風壓，以提升該薄型散熱風扇的風扇性能。
據此，本發明可提供一種薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，係包含：依所欲達到之風扇性能，選定一馬達之磁極片組最頂面至最底面之間在軸向上的最大軸向厚度(B)與一扇框之軸接部底面至一扇輪之輪轂頂面在軸向上的軸向高度(A)的比值(B/A)，且該比值(B/A)為0.1~0.6；及選定該軸向高度(A)或是該最大軸向厚度(B)的值；將該軸向高度(A)或該最大軸向厚度(B)的值代入所選定的比值(B/A)，以換算得到該最大軸向厚度(B)或是該軸向高度(A)的值；其中，該軸向高度(A)為2至4.5公釐。如此，即可快速且正確地選出相匹配之徑向氣隙馬達，以確保組裝有該馬達之薄型散熱風扇能於運作時產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
請參照第5圖，其係本發明具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇的第二較佳實施例，在第二較佳實施例中，該薄型散熱風扇大致上包含一扇框1、一扇輪2及一定子組4，該扇輪2及定子組4皆設於該扇框1中，該定子組4可驅使該扇輪2旋轉以產生氣流；該第二實施例與前述第一實施例的主要差異在於：該定子組4係呈現軸向繞線之形態。
更詳言之，該定子組4包含一絕緣套41、一線圈組42、一磁極片組43及一導磁軸管44，該線圈組42呈軸向繞線地纏繞於該絕緣套41之預定部位，該磁極片組43包含至少一個磁極片，該磁極片係由可導磁之材料製成，該磁極片可例如為矽鋼片，在本實施例中，該磁極片組43之磁極片數量可以為數個，該數個磁極片分別設於該絕緣套41的二軸向端部，且位於最外端的磁極片還可以設有沿該絕緣套41之軸向延伸的延伸部，以增加與該扇輪2之磁性元件24相對的面積；該導磁軸管44穿設於該扇框1之軸接部11中，並供該扇輪2之轉軸22可旋轉地設置，該磁極片組43及該絕緣套41皆套接於該導磁軸管44的外環周面，且該磁極片組43的一端抵接於該軸接部11之頂面，使該磁極片組43之磁極片的延伸部能與該扇輪2之磁性元件24相對，並維持兩者之間具有一徑向氣隙G，以由受激磁的磁極片組43與該磁性元件24產生磁作用，致使該扇輪2相對於該扇框1產生旋轉。
如上所述之薄型散熱風扇，在該薄型散熱風扇的軸向上，該扇框1之軸接部11的底面至該扇輪2之輪轂21的頂面具有一軸向高度A，該軸向高度A為2至4.5公釐，該定子組4之磁極片組43的最頂面至最底面之間則具有一最大軸向厚度B’(在本實施例中，該最大軸向厚度B’即為該磁極片組43中，從位於最頂部的磁極片頂面至位於最底部的磁極片底面之間的軸向距離)，該最大軸向厚度B’與該軸向高度A具有一比值(B’/A)。當所述比值(B’/A)為0.1~0.6之間時，其對應之薄型散熱風扇的同樣能 於運作時產生適當的風量與風壓而具有良好的風扇性能，且同樣是該比值(B’/A)為0.2~0.4的薄型散熱風扇具有更高的風量與風壓，以提升該薄型散熱風扇的風扇性能。
綜上所述，本發明之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，係使其風扇構件尺寸符合一較佳比例，以確保該薄型散熱風扇運作時可產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
本發明之薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，係可快速且正確地選出相匹配之徑向氣隙馬達，以確保組裝有該馬達之薄型散熱風扇能於運作時產生適當的風量與風壓，從而具有良好的風扇性能。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧扇框
11‧‧‧軸接部
2‧‧‧扇輪
21‧‧‧輪轂
22‧‧‧轉軸
23‧‧‧扇葉
24‧‧‧磁性元件
3‧‧‧定子組
31‧‧‧磁極片組
32‧‧‧絕緣套組
33‧‧‧線圈組
G‧‧‧徑向氣隙
A‧‧‧軸向高度
B‧‧‧最大軸向厚度
M1、M2‧‧‧中心位置
S‧‧‧徑向延伸平面

Claims (8)

  1. 一種具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，包含：一扇框，該扇框具有一軸接部；一扇輪，由一轉軸連接一輪轂並可旋轉地設於該扇框之軸接部，數個扇葉環設於該輪轂外緣，至少一磁性元件設於該輪轂之內環面；及一定子組，具有一磁極片組，該磁極片組與該磁性元件相對，該磁極片組與該磁性元件之間具有一徑向氣隙；其中，在該薄型散熱風扇的軸向上，該扇框之軸接部的底面至該扇輪之輪轂的頂面具有一軸向高度(A)，該軸向高度(A)為2至4.5公釐，該定子組之磁極片組的最頂面至最底面之間具有一最大軸向厚度(B)，兩者的比值(B/A)為0.1~0.6。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其中，該比值(B/A)為0.2~0.4。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其中，該磁極片組包含至少一個磁極片。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其中，該磁極片組之磁極片數量為數個，該最大軸向厚度(B)係從位於最頂部的磁極片頂面至位於最底部的磁極片底面之間的軸向距離。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其中，該磁性元件在該薄型散熱風扇軸向上的高度小於或等於該磁極片組在該薄型散熱風扇軸向上的厚度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有徑向氣隙馬達之薄型散熱風扇，其中，該磁性元件在該薄型散熱風扇之軸向上的中心位置，及 該磁極片組在該薄型散熱風扇之軸向上的中心位置，係位於該薄型散熱風扇之同一徑向延伸平面。
  7. 一種薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，係包含：選定一馬達之磁極片組最頂面至最底面之間在軸向上的最大軸向厚度(B)與一扇框之軸接部底面至一扇輪之輪轂頂面在軸向上的軸向高度(A)的比值(B/A)，且該比值(B/A)為0.1~0.6；及選定該軸向高度(A)或是該最大軸向厚度(B)的值；將該軸向高度(A)或該最大軸向厚度(B)的值代入所選定的比值(B/A)，以換算得到該最大軸向厚度(B)或是該軸向高度(A)的值；其中，該軸向高度(A)為2至4.5公釐。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之薄型散熱風扇的徑向氣隙馬達尺寸選用方法，其中，該比值(B/A)為0.2~0.4。
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