TWI410564B - 風扇及其葉輪 - Google Patents

Description

風扇及其葉輪

本案係關於一種風扇及其葉輪，尤指一種可改善葉輪翼端間隙洩壓之風扇及其葉輪。

隨著電子裝置的蓬勃發展，其效能亦隨之大幅提升，使得散熱裝置或散熱系統已成為不可或缺的配備之一，若電子裝置產生的熱能無法妥善逸散至電子裝置外，則可能會造成電子裝置因過熱而導致效能變差、甚至於可能出現短路或燒毀的情形，因此，在電子裝置內部或週邊設置高效能的散熱裝置係為極重要的課題，同時，提高散熱裝置的效率亦為業界持續精進研發的重要項目之一。

最常被廣泛使用的散熱裝置係為風扇，請參閱第1A圖，習知風扇1具有扇框11、設置於扇框11內的輪轂12以及連接於輪轂12的葉片13，藉由設置於輪轂12內的馬達(未圖示)之作動，以帶動輪轂12轉動，並使得輪轂12週邊設置的葉片13隨之旋轉而引動氣流，以進行散熱。

請同時參閱第1A圖及第1B圖，當習知風扇1運轉時，由於葉片13是傾斜狀的，其葉片13的翼端130與扇框11內壁面會具有一間隙11a。在沒有背壓的情況下，氣流會由葉片13的壓力面131經由翼端130與扇框11之間的間隙11a而流向葉片13的吸力面132(如第1B圖中箭號A所示之氣流方向)，這種情形將造成局部壓力散失，同時會在葉片13的吸力面132造成壓力震盪，進而導致風扇1會因氣流於間隙11a中上下擾動而使得寬、窄頻噪音升高，同時更會減少風量傳遞，進而導致風扇1之效能降低。

請參閱第1C圖，當在有背壓的情況下，由於葉片13的壓力面131的壓力值更高，因此，氣流更容易由葉片13的翼端130與扇框11之間的間隙11a漏出，且漏出的氣流會在葉片13的吸力面132形成渦流(如第1C圖中箭號B所示之氣流方向)，如此一來，將會使得吸力面132的流場壓力震盪更為嚴重，並使得風扇1的輸出靜壓降低，進而導致風扇1的效率亦隨之降低。

一般而言，若扇框11與葉片13之間的間隙11a較小的話，其發生擾流的情況越少，相對的風扇1的效率也將較高。然而，現有的風扇1通常會侷限於現有的材料強度、同時需考量到其會不會產生變形的情況，因此，該間隙11a必須隨著風扇1的尺寸而維持相對應的大小，無法任意縮減間隙11a之大小。在此情況下，若無其他可改善葉片13之翼端130的間隙11a洩壓問題的相關解決之道，則會使得風扇1的壓力值下降，即性能損失、效率降低，同時更會產生噪音提高之問題。

本案之主要目的在於提供一種風扇及其葉輪，俾解決習知風扇因葉輪翼端與扇框之間的間隙洩壓而導致風扇之壓力值下降，進而造成性能損失、效率降低以及噪音較高等缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供 一種一種葉輪，適用於風扇，包括：輪轂；以及複數個葉片，連接於輪轂，每一葉片包括：基部，連接於輪轂；以及翼端，相對於基部；其中，翼端之葉片厚度大於基部之葉片厚度，且葉片於翼端具有至少一導流通道。

根據本案之構想，其中導流通道係為中空導流通道、溝槽式導流通道或為中空導流通道與溝槽式導流通道之混合結構。

根據本案之構想，其中導流通道之最大寬度至少大於0.5毫米。

根據本案之構想，其中葉輪之中心軸垂直於水平面，導流通道之延伸方向與水平面之夾角大於或等於10度。

根據本案之構想，其中葉片更包括第一曲面及第二曲面分別形成於葉片之兩側，導流通道具有第一開口及第二開口，且第一開口係設置於第一曲面上。

根據本案之構想，其中葉片上之至少一第一開口沿著翼端排列於第一曲面上。

根據本案之構想，其中葉片上之至少一第一開口沿著基部向翼端之方向斜向排列於第一曲面上。

根據本案之構想，其中葉片更包括端面，位於翼端，鄰接於第一曲面及第二曲面之間，第二開口係設置於端面或第二曲面上。

根據本案之構想，其中端面大致垂直於第一曲面或第二曲面。

根據本案之構想，其中第一開口或第二開口為一封閉式開口或一非封閉式開口，且封閉式開口大致呈圓形或橢圓形。

根據本案之構想，其中由輪轂之中心軸徑向連接至第一開口具有徑向延伸線，該徑向延伸線與第一開口沿伸方向之夾角係大於0度，並小於90度。

根據本案之構想，其中第一開口與輪轂之距離至少為葉片徑向寬度之1/4。

根據本案之構想，其中第二開口之最大寬度至少大於葉片厚度之2/10倍。

根據本案之構想，其中翼端具有前端部及後端部，葉片上接近前端部之第二開口之面積大於接近後端部之第二開口之面積。

根據本案之構想，其中葉片上之至少一導流通道大致呈平行排列。

根據本案之構想，其中葉片之厚度大致沿基部向翼端之方向遞增。

根據本案之構想，其中翼端之葉片厚度至少為基部之葉片厚度之1.5倍以上。

為達上述目的，本案之又一較廣義實施態樣為提供 一種風扇，其係包括：扇框；以及葉輪，設置於扇框內，葉輪包括：輪轂；以及複數個葉片，連接於輪轂，每一葉片包括：基部，連接於輪轂；以及翼端，相對於基部；其中，翼端之葉片厚度大於基部之葉片厚度，且葉片於翼端具有至少一導流通道。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2A圖，其係為本案第一較佳實施例之風扇之葉輪之結構示意圖。本案之葉輪20主要由輪轂22及複數個葉片23共同組成。其中輪轂22內設置有馬達(未圖示)，用以提供風扇運作之動力來源，複數個葉片23則環繞設置於輪轂22之周緣，並與輪轂22相連結，當輪轂22因馬達帶動而旋轉時，葉片23係隨之轉動，以產生氣流。

葉片23係具有第一曲面233、第二曲面234、基部230以及與基部230相對應的翼端231，其中第一曲面233及第二曲面234分別形成於葉片23之兩側，基部230係與輪轂22相連接，且葉片23之厚度係自基部230向翼端231遞增，即於翼端231處之葉片厚度大於基部230之葉片厚度。

請同時參閱第2A圖及第2D圖，第2D圖係為第2A圖所示之EE’剖面結構示意圖，如第2A圖所示，葉片23之翼端231的厚度至少為基部230厚度之1.5倍以上，但不以此為限。如第2D圖所示，在翼端231處更具有端面231a，端面231a係鄰接於第一曲面233及第二曲面234之間，端面231a大致垂直於第一曲面231或第二曲面234，但不以此為限。於另一些實施例中，葉片23之翼端231處更具有至少一導流通道235，且該導流通道235係可為中空導流通道、溝槽式導流通道或中空導流通道與溝槽式導流通道之混合結構至少其中之一，但不以此為限。

以本實施例為例，複數個導流通道235係為中空導流通道，且每一導流通道235具有第一開口235a及第二開口235b，其中第一開口235a或第二開口235b係可為一封閉式開口或一非封閉式開口，但不以此為限，且該封閉式開口係大致上呈圓形或橢圓形。第一開口235a係設置於第一曲面233上，且第二開口235b係設置於翼端231之端面231a上，即導流通道235之中空導流通道係自第一曲面233貫穿至翼端231之端面231a上。

請參閱第2B圖及第2C圖，其係分別為第2A圖所示之葉輪之上視結構示意圖以及側面結構示意圖。如第2B圖所示，複數個導流通道235之中空導流通道之第一開口235a係設置於第一曲面233上，輪轂22之中心軸徑向連接至第一開口235具有一徑向延伸線，且該徑向延伸線與導流通道235之第一開口235a之間的夾角θ係以大於0度且小於90度為較佳，但不以此為限。葉片23上之第一開口235係沿著翼端231而排列於第一曲面233上，或者葉片23上之第一開口235沿著基部230向翼端231之方向斜向排列於第一曲面233上(如第三圖所示)，但不以此為限。

如第2C圖所示，複數個導流通道235之第二開口235b的最大寬度D1係至少大於葉片23之厚度T的2/10以上，且不以此為限，藉此以輔助氣流自葉片23之第一曲面233流向翼端231，並阻擋自第二曲面234漏出的氣流。於一些實施例中，葉輪20之中心軸線垂直於一水平面，而導流通道235之延伸方向與葉輪20之水平面之間的夾角φ係以大於或等於10度為較佳，但不以此為限。

請再參閱第2C圖，複數個導流通道235之中空導流通道係自第一曲面233貫穿至翼端231之表面上 ， 由於導流通道235之中空導流通道的引導，因此可引導葉片23之第一曲面233上的氣流流向翼端230，進而阻擋自第二曲面234漏出的氣流(如第2C圖所示之箭號A所示之氣流方向)。與習知技術相較，當導流通道235進行氣流引導時，係可減少渦流情況之產生，因此可減少第二曲面234的流場壓力震盪情形，進而提升風扇的效率，並減輕噪音的問題。

請參閱第3圖，其係為本案第二較佳實施例之風扇之葉輪之上視結構示意圖。葉輪30係由輪轂32及環設於輪轂32周緣之複數個葉片33共同組成。葉片33具有第一曲面333、第二曲面(未圖示)、基部330、與基部330相對應之翼端331、位於翼端331上且鄰接於第一曲面333及第二曲面之間之端面331a以及自第一曲面333貫穿至翼端331之導流通道335。葉片33之第一曲面333、第二曲面、基部330、翼端331以及端面331a之結構均與前述實施例相仿，故不再贅述。惟於本實施例中，導流通道335係為複數個中空導流通道，且具有第一開口335a及第二開口335b，且該複數個導流通道335之第一開口335a所設置之位置係可為沿基部330向翼端331之方向斜向排列於第一曲面333上。該複數個導流通道335之第一開口335a與輪轂32之間的最短距離D2係至少為葉片33之徑向寬度R的1/4倍以上。由此可見，本案之導流通道335之數量及所設置的排列方式係可依實際施作情形而任施變化，並不以此為限。

請參閱第4A圖，本案第三較佳實施例之風扇之葉輪之結構示意圖。葉輪40係由輪轂42及環設於輪轂42周緣之複數個葉片43共同組成，且葉片43具有第一曲面433、第二曲面434、基部430、與基部430相對應之翼端431以及複數個導流通道435。葉片43之第一曲面433、第二曲面434、基部430以及翼端431之結構均與前述實施例相仿，故不再贅述。惟於本實施例中，複數個導流通道435係為複數個溝槽式流道，且其係自該第一曲面433貫穿至翼端431之表面，藉此將葉片43之第一曲面433上的氣流導引流向翼端430，進而阻擋自第二曲面434漏出的氣流(如第4A圖所示之箭號D所示之氣流方向)。如此一來，當溝槽式流道的導流通道435進行氣流引導時，係可減少渦流情況之產生，俾可減少第二曲面434的流場壓力震盪情形，進而提升風扇的效率，同時減輕噪音的問題。

於本實施例中，翼端431係具有前端部431b及後端部431c，接近於前端部431b之導流通道435之第二開口435b之面積係大於接近後端部431c之導流通道435之第二開口435c之面積，但不以此為限。另外，葉片23上之複數個導流通道435係大致呈平行排列，但不以此為限。

請參閱第4B圖，其係為第4A圖之上視結構示意圖。當複數個導流通道435係為溝槽式流道時，導流通道435之最大寬度W係以至少大於0.5毫米以上為較佳，但不以此為限。且其中每一個導流通道435的流道寬度W並不限定需為相同之寬度，其係可依實際施作情形而任施變化，並不以此為限。

請同時參閱第5A圖及第5B圖，其係分別為本案第四較佳實施例之葉輪之結構示意圖以及上視結構示意圖。葉輪50係由輪轂52及環設於輪轂52周緣之複數個葉片53共同組成，且葉片53具有第一曲面533、第二曲面534、基部530、與基部530相對應之翼端531、端面531a以及複數個導流通道537。葉片53之第一曲面533、第二曲面534、基部530、翼端531以及端面531a之結構均與前述實施例相仿，故不再贅述。惟於本實施例中，複數個導流通道535係為中空導流通道535及溝槽式導流通道536之混合結構，意即於本實施例中，複數個導流通道535係可由一中空導流通道535及複數個溝槽式導流通道536共同組成，且其數量及所設置之位置係可依照實際施作情形而任施變化。

每一導流通道537均具有第一開口535a、536a以及第二開口535b、536b，其中第一開口535a、536a均設置於葉片53之第一曲面533上，而第二開口535b、536b則設置於第二曲面534上，即導流通道537之中空導流通道535及溝槽式導流通道536係自第一曲面533貫穿翼端531而至第二曲面534上，藉此以將葉片53之第一曲面533上的氣流導引流向翼端531，進而阻擋自第二曲面534漏出的氣流(如第5A圖所示之箭號C所示之氣流方向)，俾減少第二曲面534的流場壓力震盪情形，以提升風扇效率，並減輕噪音問題。

由前述多種不同實施態樣可見，本案之風扇及其葉輪之葉片的導流通道實具有多種變化，其係可為中空導流通道、溝槽式流道或中空導流通道與溝槽式流道之混合結構至少其中之一，且其寬度、排列方式、貫穿深度等均可任施變化，惟其葉片的厚度係為自基部向翼端遞增，且該導流通道均為自葉片之第一曲面向下貫穿延伸，並可貫穿延伸至翼端或第二曲面上者，均在本案所欲保護之範圍內。

綜上所述，本案之風扇及其葉輪係具有輪轂以及設置於輪轂周緣的葉片，且葉片之厚度係自基部至翼端遞增，藉由自第一曲面貫穿至翼端之導流通道，可將第一曲面上的氣流引導至翼端及扇框之間隙處，以阻擋第二曲面向上漏出之氣流，俾可減少風扇輸出靜壓降低之情形，進而可提高風扇效率，同時更具有可減少風扇於運作時產生噪音之優點。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧風扇

11‧‧‧扇框

11a‧‧‧間隙

12、22、32、42、52‧‧‧輪轂

13、23、33、43、53‧‧‧葉片

130、231、331、431、531‧‧‧翼端

131‧‧‧壓力面

132‧‧‧吸力面

20、30、40、50‧‧‧葉輪

233、333、433、533‧‧‧第一曲面

234、334、434、534‧‧‧第二曲面

230、330、430、530‧‧‧基部

231a、331a、431a、531a‧‧‧端面

235、335、435、537‧‧‧導流通道

235a、335a、435a、535a、536a‧‧‧第一開口

235b、335b、435b、535b、535c、536b‧‧‧第二開口

431b‧‧‧前端部

431c‧‧‧後端部

535‧‧‧中空導流通道

536‧‧‧溝槽式導流通道

D1‧‧‧第二開口最大寬度

D2‧‧‧第一開口與輪轂之間的最短距離

T‧‧‧葉片厚度

R‧‧‧葉片之徑向寬度

W‧‧‧流道寬度

θ、φ‧‧‧夾角

A、B、C‧‧‧風流方向

EE’‧‧‧剖面線

第1A圖：其係為習知風扇之結構示意圖。

第1B圖：其係為第1A圖所示之葉輪於無背壓之情況下之風流方向示意圖。

第1C圖：其係為第1A圖所示之葉輪於具有背壓之情況下之風流方向示意圖。

第2A圖：其係為本案第一較佳實施例之風扇之葉輪之結構示意圖。

第2B圖：其係分別為第2A圖所示之葉輪之上視結構示意圖。

第2C圖：其係分別為第2A圖所示之葉輪之側面結構示意圖。

第2D圖係為第2A圖所示之EE’剖面結構示意圖。

第3圖：其係為本案第二較佳實施例之風扇之葉輪之上視結構示意圖。

第4A圖：本案第三較佳實施例之風扇之葉輪之結構示意圖。

第4B圖：其係為第4A圖之上視結構示意圖。

第5A圖：其係分別為本案第四較佳實施例之葉輪之結構示意圖。

第5B圖：其係為第5A圖之上視結構示意圖。

20‧‧‧葉輪

22‧‧‧輪轂

23‧‧‧葉片

230‧‧‧基部

231‧‧‧翼端

231a‧‧‧端面

233‧‧‧第一曲面

234‧‧‧第二曲面

235‧‧‧導流通道

235a‧‧‧第一開口

235b‧‧‧第二開口

Claims (18)

1. 一種葉輪，其係包括：
     一輪轂；以及
     複數個葉片，連接於該輪轂，每一該葉片包括： 
       一基部，連接於該輪轂；以及
       一翼端，相對於該基部； 
     其中該翼端之葉片厚度大於該基部之葉片厚度，且該葉片於該翼端具有至少一導流通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該導流通道係為一中空導流通道、一溝槽式導流通道，或為該中空導流通道與該溝槽式導流通道之混合結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該導流通道之最大寬度至少大於0.5毫米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉輪之中心軸垂直於一水平面，該導流通道之延伸方向與該水平面之夾角大於或等於10度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉片更包括一第一曲面及一第二曲面分別形成於葉片之兩側，該導流通道具有一第一開口及一第二開口，且該第一開口係設置於該第一曲面上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該葉片上之該至少一第一開口沿著該翼端排列於該第一曲面上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該葉片上之該至少一第一開口沿著該基部向該翼端之方向斜向排列於該第一曲面上。
8. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中 該葉片更包括一端面，位於該翼端且鄰接於該第一曲面及該第二曲面之間，該第二開口係設置於該端面或該第二曲面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之葉輪，其中該端面大致垂直於該第一曲面或該第二曲面。
10. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該第一開口或該第二開口為一封閉式開口或一非封閉式開口，且該封閉式開口大致呈圓形或橢圓形。
11. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中由該輪轂之中心軸徑向連接至該第一開口具有一徑向延伸線，該徑向延伸線與該第一開口延伸方向之夾角係大於0度但小於90度。
12. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該第一開口與該輪轂之距離至少為該葉片徑向寬度之1/4。
13. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該第二開口之最大寬度至少大於該葉片厚度之2/10倍。
14. 如申請專利範圍第5項所述之葉輪，其中該翼端具有一前端部及一後端部，該葉片上接近該前端部之該第二開口之面積大於接近該後端部之該第二開口之面積。
15. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉片上之該至少一導流通道大致呈平行排列。
16. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉片之厚度大致沿該基部向該翼端之方向遞增。
17. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該翼端之葉片厚度至少為該基部之葉片厚度之1.5倍以上。
18. 一種風扇，其係包括：
      一扇框；以及
      一葉輪，設置於該扇框內，該葉輪包括：
         一輪轂；以及
         複數個葉片，連接於該輪轂，每一該葉片包括：
           一基部，連接於該輪轂；以及
           一翼端，相對於該基部；
         其中該翼端之葉片厚度大於該基部之葉片厚度，且該葉片於該翼端具有至少一導流通道。