TWI504808B - 振動風扇 - Google Patents

Description

振動風扇

本發明係關於一種風扇，特別係關於一種振動風扇。

近年來，為了便於可攜式裝置的攜帶，這些可攜式裝置均朝向輕、薄、短、小的方向發展，對於散熱的需求也相對提高。因此，電子產品的散熱技術已成為相關產業中的焦點之一。

一般而言，可攜式裝置係利用離心扇做為散熱風扇，其係利用風扇之扇葉在流道內旋轉，藉由流道增壓，以將風推向出風口，藉此可利用熱對流的方式將熱能散逸至外界環境中。

然而，離心扇之扇葉旋轉雖可有效地推動氣流來帶走熱能，但往往會造成惱人的風場噪音。此外，由於離心扇至少必須具有旋轉葉片及軸承方能正常運作，故整體高度不易縮小，而不利於可攜式裝置的薄型化。再者，倘若為了薄型化而減少軸承之高度，更容易降低軸承的強度，而加速磨損，嚴重影響風扇的壽命。

另一方面，在某些電子裝置內(如桌上型電腦)中，亦有部分廠商使用壓電風扇來進行散熱，例如：美國專利公開第20100150753號之『Oscillating Diaphragm Fan Having Coupled Subunits and a Housing Having an Oscillating Diaphragm Fan of this Type』所載之壓電風扇。一般而言，壓電風扇必須提供高額的電壓以使壓電材料產生形變來擾 動氣流。故若在可攜式裝置中裝設壓電風扇，將會消耗大量的電力，降低電池續航力，故也不適合用來做為可攜式裝置的散熱風扇。

有鑑於此，本發明之主要目的係在於提供一種兼具輕薄、省電、低噪音、壽命長等優勢之振動風扇，以利裝設於可攜式裝置中。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種振動風扇包含一底座、一電磁式致動器及一扇葉。電磁式致動器係設置於底座上，且此電磁式致動器包含一可運動式磁性元件及一固定式磁性元件。可運動式磁性元件與固定式磁性元件之間的磁力可驅使可運動式磁性元件相對固定式磁性元件做往復運動。扇葉係連接於可運動式磁性元件。

藉由以上技術手段，本發明之實施方式可利用可運動式磁性元件之往復運動來帶動扇葉振動，藉以擾動氣流，從而達到散熱的效果。由於本發明之實施方式之扇葉無須旋轉，故可省略軸承。藉此，此振動風扇一方面可避免軸承的損耗，提升壽命，另一方面更可降低整體厚度，達到輕薄的效果。此外，由於本發明之實施方式僅需提供少量電力給固定式磁性元件或可運動式磁性元件即可產生互吸或互斥的作用力，來進行往復運動，故無須高額的電壓來驅動扇葉運作，從而達到省電的功效。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決 問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，熟悉本領域之技術人員應當瞭解到，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節並非必要的，因此不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依據本發明一實施方式之振動風扇之剖面圖。如圖所示，振動風扇包含一底座100、一電磁式致動器200及一扇葉300。電磁式致動器200係設置於底座100上，且電磁式致動器200包含一可運動式磁性元件210及一固定式磁性元件220。可運動式磁性元件210與固定式磁性元件220之間的磁力可驅使可運動式磁性元件210相對固定式磁性元件220做往復運動。扇葉300係連接於可運動式磁性元件210。

本發明之上述實施方式可利用固定式磁性元件220可運動式磁性元件210之往復運動來帶動扇葉300上下振動(如第1圖中扇葉300上方的雙箭頭所示)，從擾動氣流來達到散熱效果。

第2圖繪示第1圖之振動風扇之局部剖面圖。如圖所示，於本實施方式中，固定式磁性元件220可固定於底座100上並環繞可運動式磁性元件210，而固定式磁性元件 220及可運動式磁性元件210可產生互吸或互斥的磁力。藉此，由於固定式磁性元件220係固定於底座100上，故上述互吸或互斥的磁力將驅使可運動式磁性元件210移動。

舉例而言，可運動式磁性元件210可包含一磁鐵212，而固定式磁性元件220可包含一線圈222。此線圈222係環繞著磁鐵212。當線圈222通電時，線圈222與磁鐵212會產生軸向相對運動。應瞭解到，上述之『軸向』一詞係代表此方向係平行於樞軸216。換言之，當線圈222通電時，線圈222會因為電磁感應而產生磁力，此磁力會與磁鐵212之磁力互相作用，從而驅使可運動式磁性元件210沿著平行於樞軸216之方向移動。

具體而言，磁鐵212之磁極係分別位於其上下兩表面，以形成圖中所示之磁力線214。線圈222之電流方向係與磁鐵212之磁力線214方向實質上互相垂直。藉此，根據安培右手定則，線圈222所產生的磁場方向係平行於磁鐵212本身的磁力線214，使得兩者之間產生互吸或互斥的作用力，從而帶動可運動式磁性元件210沿著平行於樞軸216之方向移動。

應瞭解到，本說明書全文中所述之『實質上』一詞係包含任何可些微變化而不影響本發明效果之態樣。舉例而言，線圈222之電流方向係與磁鐵212之磁力線214方向實質上互相垂直除了包含兩者之夾角恰好呈90度外，只要線圈222所產生的磁場與磁鐵212互吸或互斥，使得可運動式磁性元件210沿著平行於樞軸216的方向移動，則線 圈222之電流方向與磁鐵212之磁力線214方向之夾角亦可不為90度。

第3圖繪示第2圖之電磁式致動器200之一致動態樣之剖面圖。如圖所示，當線圈222通電時，磁鐵212會因為受到軸向的排斥力使得可運動式磁性元件210向下移動。當可運動式磁性元件210下向移動至特定位置時，位於磁鐵212之上表面的磁極會受到線圈222之磁場所吸引，而折返向上移動。

第4圖繪示第2圖之電磁式致動器200之另一致動態樣之剖面圖。本實施方式之移動態樣係相似於第3圖，主要差異在於磁鐵212所受到的軸向排斥力會使得可運動式磁性元件210向上移動，當移動至特定位置時，位於磁鐵212下表面之磁極會受到線圈222之磁場所吸引，而折返向下移動。

綜合第2、3及4圖之所示，應可瞭解當線圈222通電時，線圈222所產生的磁場與可運動式磁性元件210之磁力線214之間的互吸或互斥的作用力可驅使可運動式磁性元件210沿著平行於樞軸216之方向往復運動，從而驅使扇葉300(請併參閱第1圖)上下振動，以擾動氣流而進行散熱。

請回頭參閱第1圖，於部分實施方式中，振動風扇可進一步包含兩限位彈片410及420，其可用以限制可運動式磁性元件210之運動行程。舉例而言，限位彈片410及限位彈片420係分別設置於電磁式致動器200之上下兩側，其係至少位於可運動式磁性元件210之樞軸216(請併 參閱第2圖)上，以避免可運動式磁性元件210受到過大磁力的驅動使得運動行程過長而脫離出電磁式致動器200。應瞭解到，於本說明書全文中所述之『運動行程』係定義為物體在單次移動內的距離，而非往復運動的總距離。

於本實施方式中，振動風扇可進一步包含兩突出部211及213，其係分別設置於可運動式磁性元件210之相對兩側，並分別抵住限位彈片410及限位彈片420。

具體而言，突出部211及213係分別凸設於可運動式磁性元件210上下兩表面。突出部211及213分別與固定式磁性元件220之上表面及下表面係實質上位於相同的水平高度。藉此，當可運動式磁性元件210與固定式磁性元件220於靜止狀態、無相對運動時，限位彈片410及限位彈片420將呈水平而無形變。

請接著參閱第3及4圖，於本實施方式中，限位彈片410及限位彈片420之材料均可包含，但不侷限於，彈性材料(例如：聚碳酸酯(polycarbonate,PC)等塑料)或超薄金屬。藉此，當可運動式磁性元件210向下移動使得突出部213施力於限位彈片420時，限位彈片420會向下凹陷。相似地，當可運動式磁性元件210向上移動使得突出部211施力於限位彈片410時，限位彈片410會向上隆起。藉此，限位彈片410及420可提供一定的彈性以讓可運動式磁性元件210往復運動。

於部分實施方式中，振動風扇可進一步包含一緩衝空間500(可併參閱第1或2圖)，其係形成於底座100中，且限位彈片420可朝向緩衝空間500變形。藉此，可運動式 磁性元件210可行經緩衝空間500，而供扇葉300(請併參閱第1圖)向下振動。具體而言，可運動式磁性元件210之樞軸216會通過緩衝空間500，以利可運動式磁性元件210行經緩衝空間500。

第5圖繪示依據本發明另一實施方式之振動風扇之剖面圖。本實施方式與第1圖大致相似，主要差異係在於電磁式致動器200之構造。於本實施方式中，電磁式致動器200亦包含一可運動式磁性元件210及一固定式磁性元件220。其中，可運動式磁性元件210可包含一第一磁鐵212a、一第二磁鐵212b以及一中間軛鐵218，中間軛鐵218係夾設於第一磁鐵212a及第二磁鐵212b之間。

於本實施方式中，可運動式磁性元件210可進一步包含一第一軛鐵215a及一第二軛鐵215b，第一軛鐵215a係設置於第一磁鐵212a上背對中間軛鐵218之表面，而第二軛鐵215b係設置於第二磁鐵212b上背對中間軛鐵218之表面。

於本實施方式中，固定式磁性元件220可包含一線圈222以及一外軛鐵224，外軛鐵224包覆線圈222。本實施方式所採用之中間軛鐵218、第一軛鐵215a、第二軛鐵215b以及外軛鐵224均可用以提升電磁感應的能力，以幫助扇葉300振動。

於本實施方式中，振動風扇可包含一電路板600及一連接線610，連接線610可電性連接至電路板600，而電路板600可電性連接至固定式磁性元件220之線圈222。藉此，連接線610可提供電力至線圈222以產生電磁感應， 進而驅動可運動式磁性元件210做往復運動，以使扇葉300振動。舉例而言，電路板600可為一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)，連接線610可包覆於絕緣膠材中，例如：聚氯乙烯(Polyvinylchloride)。

於本實施方式中，振動風扇可包含至少一支撐座700，其抵靠著固定式磁性元件220。具體而言，支撐座700可環繞固定式磁性元件220上背對可運動式磁性元件210之外表面。舉例而言，支撐座700可由環氧樹脂(Epoxy)所製成。於本實施方式中，電路板600可嵌入至支撐座700中。

第6圖繪示依據本發明又一實施方式之振動風扇之剖面圖。於本實施方式中，扇葉300可包含一葉片支架310以及一葉片本體320。葉片支架310係連接於可運動式磁性元件210。葉片本體320係設置於葉片支架310上。

於部分實施方式中，葉片本體320可包含一固定部322以及一自由部324。固定部322係固設於葉片支架310上。自由部324係連接於固定部322，且與葉片支架310之間無物理接觸，其中，自由部324之運動行程(可參閱圖中左側之雙箭頭)係大於可運動式磁性元件210之運動行程(可參閱圖中右側之雙箭頭)。

舉例而言，葉片本體320之自由部324之材料可包含，但不侷限於，彈性材料(例如：聚碳酸酯(polycarbonate,PC)等塑料)或超薄金屬。藉此，當可運動式磁性元件210做往復運動時，會帶動葉片本體320之固定部322及自由部324，而由於自由部324具有彈性且無固定於葉片支架310上，故除了隨著可運動式磁性元件210移動外，自由部324 也會產生形變而進一步地上下擺動(如圖中虛線所示之自由部324)，因此，自由部324之運動行程可大於可運動式磁性元件210，從而增加擾流效果，以進一步幫助散熱。於部分實施方式中，自由部324上越遠離固定部322之位置之擺動幅度越大，故其運動行程也越長，擾流效果更佳。

葉片本體320具有一主表面321，此主表面321係定義為葉片本體320上面積最大之表面。於部分實施方式中，主表面321可實質上垂直於可運動式磁性元件210之運動方向。換言之，主表面321係與可運動式磁性元件210之樞軸216(請併參閱第2圖)實質上垂直。

於部分實施方式中，主表面320具有一中心線323，通過主表面320之中心點。葉片支架310係偏離此中心線323。舉例而言，葉片支架310可位於中心線323之一側，而自由部324可位於中心線323之另一側。當葉片支架310與自由部324之間的距離越長時，則越能幫助自由部324的擺動。較佳而言，葉片支架310係位於葉片本體320之邊緣，以利增加自由部324的擺動幅度。

第7圖繪示依據本發明一實施方式之振動風扇之立體圖。於本實施方式中，葉片本體320具有一邊緣325，其係位於葉片本體320遠離葉片支架310之一端。邊緣325係實質上係呈一圓弧。葉片本體320具有一圓心角327，其係對應邊緣325所形成。於部分實施方式中，圓心角327可約介於30度至150度之間。舉例而言，如本圖所示，圓心角327約為60度。

應瞭解到，上述邊緣325實質上呈圓弧除了包含完全 為平滑弧狀曲線之態樣，亦可包含由複數條直線共同連接而略呈弧狀的曲線(如第7圖之邊緣325所示)。

如圖所示，於本實施方式中，底座100具有一底緣110。葉片支架310與葉片本體320之邊緣325兩者之間的距離約等於底緣110之長度，以利增加葉片本體320的振動幅度。

第8圖繪示依據本發明另一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第7圖相似，主要差異在於本實施方式之振動風扇可進一步包含至少一通孔330，其係開設於葉片本體320。具體而言，葉片本體320上之部分區域可被挖空，以形成通孔330。於部分實施方式中，通孔330之形狀可包含，但不侷限於，圓形、橢圓形、扇形、或多邊形等等。

第9圖繪示依據本發明又一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第7圖相似，主要差異在於本實施方式之葉片支架310係約位於底座100之中心。具體而言，葉片本體320之邊緣325與葉片支架310之間的距離約為底座100之底緣110長度的一半。藉此，邊緣325所對應的圓心角327約為第7圖中的圓心角327的兩倍。舉例而言，本圖中的圓心角327約為120度。

第10圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第9圖相似，主要差異在於本實施方式之振動風扇可進一步包含複數通孔330，其係開設於葉片本體320。於部分實施方式中，通孔330之形狀可包含，但不侷限於，圓形、橢圓形、扇形、或多邊形等等。

第11圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第7圖相似，主要差異在於本實施方式之葉片本體320包含一扇形區域328及一矩形區域329。扇形區域328係設置於葉片支架310上，而矩形區域329係連接於扇形區域328。

第12圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第11圖相似，主要差異在於本實施方式之振動風扇可進一步包含至少一通孔330，其係開設於葉片本體320。於部分實施方式中，通孔330之形狀可包含，但不侷限於，圓形、橢圓形、扇形、或多邊形等等。

第13圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第11圖相似，主要差異在於本實施方式之葉片支架310係約位於底座100之中心。

第14圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。本實施方式與第13圖相似，主要差異在於本實施方式之振動風扇可進一步包含複數通孔330，其係開設於葉片本體320。於部分實施方式中，通孔330之形狀可包含，但不侷限於，圓形、橢圓形、扇形、或多邊形等等。

請回頭參閱第1圖，於部分實施方式中，扇葉300與底座100的最大距離約小於4毫米(mm)。具體而言，扇葉300之葉片本體320(請併參閱第5圖)向上移動至最高點時，其位置與底座100之底面之距離約小於4毫米(mm)。此距離可由使用者所需的風量以及振動風扇的整體厚度之間來權衡。較佳而言，扇葉300與底座100的最大距離可控制在3毫米左右。

於部分實施方式中，可運動式磁性元件210之往復運動的頻率約介於30赫茲(Hz)至100赫茲之間。較佳而言，可運動式磁性元件210之往復運動頻率可為60赫茲。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100‧‧‧底座

110‧‧‧底緣

200‧‧‧電磁式致動器

210‧‧‧可運動式磁性元件

211‧‧‧突出部

212‧‧‧磁鐵

212a‧‧‧第一磁鐵

212b‧‧‧第二磁鐵

213‧‧‧突出部

214‧‧‧磁力線

215a‧‧‧第一軛鐵

215b‧‧‧第二軛鐵

216‧‧‧樞軸

218‧‧‧中間軛鐵

220‧‧‧固定式磁性元件

222‧‧‧線圈

224‧‧‧外軛鐵

300‧‧‧扇葉

310‧‧‧葉片支架

320‧‧‧葉片本體

321‧‧‧主表面

322‧‧‧固定部

323‧‧‧中心線

324‧‧‧自由部

325‧‧‧邊緣

327‧‧‧圓心角

328‧‧‧扇形區域

329‧‧‧矩形區域

330‧‧‧通孔

410‧‧‧限位彈片

420‧‧‧限位彈片

500‧‧‧緩衝空間

600‧‧‧電路板

610‧‧‧連接線

700‧‧‧支撐座

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示依據本發明一實施方式之振動風扇之剖面圖。

第2圖繪示第1圖之振動風扇之局部剖面圖。

第3圖繪示第2圖之電磁式致動器200之一致動態樣之剖面圖。

第4圖繪示第2圖之電磁式致動器200之另一致動態樣之剖面圖。

第5圖繪示依據本發明另一實施方式之振動風扇之剖面圖。

第6圖繪示依據本發明又一實施方式之振動風扇之剖面圖。

第7圖繪示依據本發明一實施方式之振動風扇之立體圖。

第8圖繪示依據本發明另一實施方式之振動風扇之立體圖。

第9圖繪示依據本發明又一實施方式之振動風扇之立體圖。

第10圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。

第11圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。

第12圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。

第13圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。

第14圖繪示依據本發明再一實施方式之振動風扇之立體圖。

100‧‧‧底座

200‧‧‧電磁式致動器

210‧‧‧可運動式磁性元件

211‧‧‧突出部

213‧‧‧突出部

220‧‧‧固定式磁性元件

300‧‧‧扇葉

410‧‧‧限位彈片

420‧‧‧限位彈片

500‧‧‧緩衝空間

Claims (18)

1. 一種振動風扇，包含：一底座；一電磁式致動器，設置於該底座上，該電磁式致動器包含：一固定式磁性元件；以及一可運動式磁性元件，該可運動式磁性元件與該固定式磁性元件之間的磁力可驅使該可運動式磁性元件相對該固定式磁性元件做往復運動；一扇葉，連接於該可運動式磁性元件；以及兩限位彈片，用以被該可運動式磁性元件擠壓而變形，而限制該可運動式磁性元件之運動行程。
2. 如請求項1所述之振動風扇，其中該固定式磁性元件係固定於該底座上並環繞該可運動式磁性元件。
3. 如請求項2所述之振動風扇，其中該可運動式磁性元件包含一磁鐵，該固定式磁性元件包含一線圈，當該線圈通電時，該線圈與該磁鐵會產生軸向相對運動。
4. 如請求項3所述之振動風扇，其中該線圈之電流方向係與該磁鐵之磁力線方向實質上互相垂直。
5. 如請求項1所述之振動風扇，更包含：兩突出部，分別設置於該可運動式磁性元件之相對兩側，並分別抵住該些限位彈片。
6. 如請求項1所述之振動風扇，更包含：一緩衝空間，形成於該底座中，且該些限位彈片的其中一者係朝向該緩衝空間變形。
7. 如請求項6所述之振動風扇，其中該可運動式磁性元件係行經該緩衝空間。
8. 如請求項1所述之振動風扇，其中該扇葉包含：一葉片支架，連接於該可運動式磁性元件；以及一葉片本體，設置於該葉片支架上。
9. 如請求項8所述之振動風扇，其中該葉片本體包含：一固定部，固設於該葉片支架上；以及一自由部，連接於該固定部，該自由部之運動行程係大於該可運動式磁性元件之運動行程。
10. 如請求項9所述之振動風扇，其中該自由部係由彈性材料所形成。
11. 如請求項8所述之振動風扇，其中該葉片本體之主表面係實質上垂直於該可運動式磁性元件之運動方向。
12. 如請求項11所述之振動風扇，其中該葉片支架係偏離於該主表面之中心線。
13. 如請求項8所述之振動風扇，其中該葉片本體具有一邊緣，其係遠離該葉片支架，該邊緣實質上形成一圓弧。
14. 如請求項13所述之振動風扇，其中該邊緣所對應之圓心角約介於30度至150度之間。
15. 如請求項8所述之振動風扇，其中該葉片本體包含：一扇形區域，設置於該葉片支架上；以及一矩形區域，連接於該扇形區域。
16. 如請求項8所述之振動風扇，更包含：至少一通孔，開設於該葉片本體。
17. 如請求項1所述之振動風扇，其中該可運動式磁性元件之往復運動的頻率約介於30赫茲(Hz)至100赫茲之間。
18. 如請求項1所述之振動風扇，其中該扇葉與該底座的最大距離約小於4毫米(mm)。