TWI418707B - 風扇及其製造方法 - Google Patents

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TWI418707B
TWI418707B TW099129810A TW99129810A TWI418707B TW I418707 B TWI418707 B TW I418707B TW 099129810 A TW099129810 A TW 099129810A TW 99129810 A TW99129810 A TW 99129810A TW I418707 B TWI418707 B TW I418707B
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Chun Chih Wang
bing feng Wang
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Description

風扇及其製造方法
本案係關於一種風扇及其製造方法，尤指一種薄型風扇及其製造方法。
散熱風扇為各種電子設備中不可或缺的重要裝置，藉其散熱作用，可防止電子設備過熱而達到維持電子設備正常運作之功能。請參閱第1A至1C圖，其中第1A圖為習用風扇之葉輪的結構示意圖，第1B圖為第1A圖之爆炸圖，以及第1C圖為第1A圖之剖面圖。如圖所示，葉輪1包括一輪轂10、複數個葉片11、一金屬環12及一轉軸13，其中，葉片11係環設於輪轂10周緣，且葉片11與輪轂10係以塑膠一體成型，金屬環12係設置於輪轂10之內緣，而轉軸13則凸設於輪轂10內部的中央。
習用葉輪1的成型方式係於塑膠成型模具中放入金屬環12並插入轉軸13後，再透過射出方式形成具有輪轂10、葉片11、金屬環12及轉軸13的葉輪1。為了加強轉軸13與輪轂10的結合強度，輪轂10須達一定厚度，故有最小厚度之限制。另外，輪轂10中央與轉軸13結合處更設有垂直於輪轂10之頂壁並且沿轉軸13軸向延伸之置軸凸環101，用以插設轉軸13。又，置軸凸環101之外圍更可增設複數個放射狀之加強肋102。轉軸13與置軸凸環101結合處設有壓花槽131，可強化轉軸13與輪轂10的結合強度。
然而，習用葉輪結構具有以下缺點：由於輪轂10有最小厚度之限制，且輪轂10上設置有置軸凸環101及加強肋102等結構，使得模具設計較為複雜，不利於葉輪的薄型化需求。再者，由於轉軸13頂端須增設壓花槽131來強化 轉軸13與輪轂10的結合強度，在葉輪的薄型化需求下，較小尺寸的轉軸13並不利於壓花槽131的加工。
有鑑於此，如何發展一種風扇及其製造方法，以解決習知技術之缺失，達成葉輪薄型化的需求，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
本案之主要目的在於提供一種風扇及其製造方法，其中轉軸係以雷射焊接方式結合於金屬殼體上，藉此簡化葉輪模具之設計、避免轉軸刮傷及簡化轉軸的加工過程。
本案之另一目的在於提供一種風扇及其製造方法，藉此降低風扇之整體厚度，達到風扇薄型化之目的。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種風扇，包括：一馬達基座，其中央具有一軸承座；一軸承，係容置於該軸承座內；一葉輪，其包含：一金屬殼體，具有一頂壁及由該頂壁周緣軸向延伸之一周壁；一輪轂，係套設於該金屬殼體上；複數個葉片，係環設於該輪轂外圍；以及一轉軸，係凸設於該金屬殼體之該頂壁中央且穿設於該軸承中。其中，該金屬殼體之該頂壁不具有置軸凸環，且該轉軸與該金屬殼體之該頂壁係直接以雷射焊接方式結合；一定子，係套置於該軸承座之外周緣；以及一磁性元件，係設置於該金屬殼體之內緣上，並與該定子對應設置。
根據本案之構想，該金屬殼體之該頂壁厚度為0.1至2.0mm，該轉軸不具有壓花槽，且該風扇之整體厚度小於10mm。
為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種一種風扇，其係包含：一馬達基座，其中央具有一軸承座；一軸承，係容置於該軸承座內；一葉輪，其包含：一金屬殼體，具有一頂壁及由該頂壁周緣軸向延伸之一 周壁；複數個葉片，係環設於該金屬殼體外圍；以及一轉軸，係凸設於該金屬殼體之該頂壁中央且穿設於該軸承中。其中，該金屬殼體之該頂壁不具有置軸凸環，且該轉軸與該金屬殼體之該頂壁係直接以雷射焊接方式結合；一定子，係套置於該軸承座之外周緣；以及一磁性元件，係設置於該金屬殼體之內緣上，並與該定子對應設置。
根據本案之構想，該葉片係由金屬材質製成，且該葉片係與該金屬殼體為一體成型。
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之製造方法，其係包含下列步驟：提供一金屬殼體，其係具有一頂壁及由該頂壁周緣軸向延伸之一周壁；將一轉軸與該金屬殼體進行雷射焊接，使該轉軸凸設於該金屬殼體之該頂壁中央；將該轉軸與該金屬殼體之組合結構置於一模具中，透過塑膠成型技術形成一輪轂及複數個葉片，其中該輪轂係套設於該金屬殼體上，該葉片係環設於該輪轂外圍；提供一馬達基座，其中，該馬達基座之中央處形成一軸承座，一軸承容置於該軸承座內，以及一定子套置於該軸承座之外周緣；以及將一磁性元件設置於該金屬殼體之內緣上，並將該轉軸穿設於該軸承中，使該磁性元件與該定子對應設置。
1、2‧‧‧葉輪
10、20、30‧‧‧輪轂
101‧‧‧置軸凸環
102‧‧‧加強肋
11、21、31、41‧‧‧葉片
12‧‧‧金屬環
13、23、33、43‧‧‧轉軸
131‧‧‧壓花槽
22、32、42‧‧‧金屬殼體
221、321‧‧‧頂壁
222、322‧‧‧周壁
223‧‧‧次頂壁
3、4‧‧‧風扇
34、44‧‧‧馬達基座
341、441‧‧‧軸承座
35、45‧‧‧軸承
36、46‧‧‧定子
37、47‧‧‧磁性元件
38、48‧‧‧扇框
S‧‧‧焊接區域
第1A圖表示習用風扇之葉輪結構示意圖。
第1B圖係為第1A圖之爆炸圖。
第1C圖係為第1A圖之剖面圖。
第2A圖係為本案較佳實施例之葉輪結構示意圖。
第2B圖係為第2A圖之爆炸圖。
第2C圖係為第2A圖之剖面圖。
第3圖係為本案較佳實施例之風扇的剖面圖。
第4圖係為本案另一實施例之風扇的剖面圖。
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，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第2A至2C圖，其中第2A圖為本案較佳實施例之葉輪結構示意圖，第2B圖為第2A圖之爆炸圖，第2C圖為第2A圖之剖面圖。如圖所示，葉輪2包含一輪轂20、複數個葉片21、一金屬殼體22及一轉軸23。其中，輪轂20係套設於金屬殼體22上，葉片21係環設於輪轂20外圍，且葉片21與輪轂20係以塑膠一體成型。
金屬殼體22具有一頂壁221及由頂壁221周緣軸向延伸之周壁222，轉軸23係由金屬材質製成且凸設於金屬殼體22之頂壁221中央。根據本案之構想，金屬殼體22之頂壁221中央具有一開口，使轉軸23可插設於其中，且轉軸23係與金屬殼體22之頂壁221直接以雷射焊接(laser welding)方式結合，焊接區域S如第2C圖之虛線標示。亦即將高強度的雷射光束輻射至金屬表面，使金屬熔化形成焊接。由於雷射焊接具有焊點小、精準度高及能量高度集中之特點，可使焊料熔化並形成牢固的焊接結構，故可實現薄壁材料之焊接。因此，相較於傳統之葉輪結構，當固定轉軸23於金屬殼體22上時，金屬殼體22無須形成由頂壁221軸向延伸之置軸凸環結構來增加與轉軸23之結合強度，且轉軸23亦無須增加壓花槽之設計。再者，金屬殼體22之頂壁221厚度可小至0.1至2.0mm，有助於風扇薄型化之設計。當金屬殼體 22之厚度減小時，金屬殼體22下方容納風扇定子之空間可相對增大，可藉此增加繞線圈數，進而增進風扇之運轉效能。
因此，根據本案之構想，葉輪2之成型方式係首先將轉軸23與金屬殼體22進行雷射焊接後，再將轉軸23與金屬殼體22之組合結構置於模具中，透過塑膠成型作業形成進一步包含輪轂20及葉片21的葉輪2。其中，該金屬殼體22之該頂壁221不具有置軸凸環，該轉軸23不具有壓花槽，且該金屬殼體22之頂壁221厚度為0.1至2.0mm。
相較於習用葉輪結構，由於本案之葉輪2係先將轉軸23與金屬殼體22進行雷射焊接後，再進行輪轂20及葉片21之成型射出，因此，葉輪之模具設計較為簡單，不用考慮轉軸結合力，不會有轉軸刮傷問題，輪轂及金屬殼體沒有最小厚度限制，也不會在成型過程中有縮水變形之問題，且由於轉軸不需要增加壓花槽，故轉軸之加工亦較為簡單。此外，由於轉軸扭力可以根據雷射焊接的形狀，例如環型或對稱點焊接的方式來控制，故可加大轉軸之扭力範圍。
由於雷射焊接可應用於各種金屬之間的焊接，故本案之金屬殼體22及轉軸23之材質亦可為各種金屬及合金，例如但不限於金、銀、銅、鐵、鈦、鎳、錫、鋁、鉻等金屬及其合金，且金屬殼體22及轉軸23可採用相同材質或不同材質。
在一實施例中，如第2C圖所示，該金屬殼體22外緣可形成一段差，亦即形成一水平高度較頂壁221略低之次頂壁223，使得輪轂20覆蓋次頂壁223上並與頂壁221形成大體上等高之共平面，以避免增加風扇之整體厚度。
請參閱第3圖，為本案較佳實施例之風扇的剖面圖，該風扇係包含第2A至2C圖所示之葉輪結構。如圖所示，風扇3包含一輪轂30、複數個葉片31、一金 屬殼體32、一轉軸33、一馬達基座34、一軸承35、一定子36、一磁性元件37及一扇框38。輪轂30係套設於金屬殼體32上，葉片31係環設於輪轂30外圍，且葉片31與輪轂30係以塑膠一體成型。金屬殼體32係為一體成型之結構，具有一頂壁321及由頂壁321周緣軸向延伸之周壁322。轉軸33係由金屬材質製成且凸設於金屬殼體32之頂壁321中央，且轉軸33係與金屬殼體32之頂壁321直接以雷射焊接方式結合。馬達基座34的中央處形成一軸承座341，軸承35係容置於軸承座341內，且轉軸33係穿設於軸承35中，定子36係套設於軸承座341之外周緣，磁性元件37係設置於金屬殼體32之內緣上並與定子36對應設置，而扇框38則設置於整個風扇3結構之外緣。由於轉軸33係與金屬殼體32之頂壁321直接以雷射焊接方式結合，故金屬殼體32沒有最小厚度限制，使風扇3之整體厚度H可小於10mm，較佳為小於7mm，以達到風扇薄型化之目的，並可應用為超薄筆記型電腦或其他薄型電子裝置之風扇。
另一方面，本案亦提供一種風扇之製造方法，其係首先將轉軸33與金屬殼體32進行雷射焊接後，再將轉軸33與金屬殼體32之組合結構置於模具中，透過塑膠成型方式形成進一步包含輪轂30及葉片31的葉輪，其中，該金屬殼體32之該頂壁321不具有置軸凸環，該轉軸33不具有壓花槽，且該金屬殼體32之頂壁321厚度為0.1至2.0mm。接著，提供一馬達基座34，其中，馬達基座34之中央處形成一軸承座341，一軸承35容置於軸承座341內，以及一定子36套置於軸承座341之外周緣。之後，將一磁性元件37設置於金屬殼體32之內緣上，接著將轉軸33穿設於軸承35中，並使磁性元件37與定子36對應設置。最後，於前述結構外緣設置一扇框38，即完成風扇3之製作。
請參閱第4圖，其係為本案另一實施例之風扇結構示意圖。如圖所示，風扇 4包含複數個葉片41、一金屬殼體42、一轉軸43、一馬達基座44、一軸承座441、一軸承45、一定子46、一磁性元件47及一扇框48。第4圖與第3圖之結構大致相同，故不再贅述，惟於此實施例中，葉片41並非由塑膠材質製成，而是由金屬材質製成，故可與金屬殼體42一體成型，且葉片41係環設於金屬殼體40外圍。而在此實施例中，轉軸43同樣係與金屬殼體42之頂壁直接以雷射焊接方式結合，故金屬殼體42沒有最小厚度限制，使風扇4之整體厚度H可小於10mm，較佳為小於7mm，並可應用為超薄筆記型電腦或其他薄型電子裝置之風扇。
綜上所述，本案之風扇所包含之葉輪結構主要係由輪轂、葉片、金屬殼體及轉軸所構成，其中轉軸係凸設於金屬殼體之頂壁中央，該金屬殼體之頂壁不具有置軸凸環，且轉軸與金屬殼體之頂壁係直接以雷射焊接方式結合。藉由本案之設計，金屬殼體頂壁之厚度可小至0.1至2.0mm，也不會有轉軸刮傷之問題產生，且可簡化葉輪模具之設計，而轉軸亦無須增加壓花槽，且可加大轉軸之扭力範圍。再者，本案之風扇整體厚度係小於10mm，因此可應用為超薄筆記型電腦或其他薄型電子裝置之風扇。由於上述優點係為習知技術所不及者，故本案所提出之風扇及其製造方法極具產業價值，爰依法提出申請。
本案得由熟習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。
20‧‧‧輪轂
21‧‧‧葉片
22‧‧‧金屬殼體
221‧‧‧頂壁
222‧‧‧周壁
223‧‧‧次頂壁
23‧‧‧轉軸
S‧‧‧焊接區域

Claims (15)

  1. 一種風扇，包含：一馬達基座，其中央具有一軸承座；一軸承，係容置於該軸承座內；一葉輪，包含：一金屬殼體，具有一頂壁及由該頂壁周緣軸向延伸之一周壁；一輪轂，係套設於該金屬殼體上；複數個葉片，係環設於該輪轂外圍；以及一轉軸，係凸設於該金屬殼體之該頂壁中央且穿設於該軸承中，其中該金屬殼體之該頂壁不具有置軸凸環，且該轉軸與該金屬殼體之該頂壁係直接以雷射焊接方式結合；一定子，係套置於該軸承座之外周緣；以及一磁性元件，係設置於該金屬殼體之內緣上，並與該定子對應設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該金屬殼體之該頂壁的厚度為0.1至2.0mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該金屬殼體之該頂壁中央具有一開口，使該轉軸可插設於其中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該轉軸係由金屬材質製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該轉軸不具有壓花槽。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該輪轂及該葉片係以塑膠一體成型。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該金屬殼體更包含一水平高度較該頂壁略低之次頂壁，使得該輪轂覆蓋於該次頂壁上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，更包含一扇框，其係設置於該風扇之外緣。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之風扇，其中該風扇之整體厚度小於10mm。
  10. 一種風扇，包含：一馬達基座，其中央具有一軸承座；一軸承，係容置於該軸承座內；一葉輪，其包含：一金屬殼體，具有一頂壁及由該頂壁周緣軸向延伸之一周壁；複數個葉片，係環設於該金屬殼體外圍；以及一轉軸，係凸設於該金屬殼體之該頂壁中央且穿設於該軸承中，其中，該金屬殼體之該頂壁不具有置軸凸環，且該轉軸與該金屬殼體之該頂壁係直接以雷射焊接方式結合；一定子，係套置於該軸承座之外周緣；以及一磁性元件，係設置於該金屬殼體之內緣上，並與該定子對應設置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之風扇，其中該葉片係由金屬材質製成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之風扇，其中該葉片係與該金屬殼體為一體成型。
  13. 一種風扇之製造方法，其係包含下列步驟：提供一金屬殼體，其係具有一頂壁及由該頂壁周邊往下延伸之一周壁，其中該金屬殼體之該頂壁不具有置軸凸環；將一轉軸與該金屬殼體進行雷射焊接，使該轉軸凸設於該金屬殼體之該頂壁中央；將該轉軸與該金屬殼體之組合結構置於一模具中，透過塑膠成型技術形成一輪轂及複數個葉片，其中該輪轂係套設於該金屬殼體上，該葉片係環設於該輪轂外圍； 提供一馬達基座，其中，該馬達基座之中央處形成一軸承座，一軸承容置於該軸承座內，以及一定子套置於該軸承座之外周緣；以及將一磁性元件設置於該金屬殼體之內緣上，並將該轉軸穿設於該軸承中，使該磁性元件與該定子對應設置。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之風扇之製造方法，其中該雷射焊接係以環型焊接的方式使該轉軸與該金屬殼體結合。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之風扇之製造方法，其中該雷射焊接係以對稱點焊接的方式使該轉軸與該金屬殼體結合。
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