TWI624597B - 自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構 - Google Patents

Abstract

本發明一種自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，包括一旋轉體與複數旋轉圓柱體，該旋轉體透過一轉子組對應一定子組驅動旋轉體轉動，該轉子組包含一輪轂具有一頂部與一側部，該等旋轉圓柱體樞設在相對該輪轂的頂部或側部上，該等旋轉圓柱體隨著該旋轉體轉動而被帶動，令該等旋轉圓柱體自我旋轉。

Description

自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構

本發明係有關於風扇領域，特別指一種自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構。

一般風扇的扇葉在旋轉後具有使氣流由經過設計之氣流角度，使氣流在翼面上下表面流動因表面距離長度不同而造成速度上的差異。因為在上翼表面氣流流動速度較快，故相應周圍的氣體壓力較小，而在下翼表面氣流流動速度較慢，故相應周圍的氣體壓力較大，此不同大小之壓力差，使得下翼面的壓力推向上翼面的壓力因而產生升力。該升力之反作用力形成氣流推力，氣流經過翼面轉彎產生作功的效果，進而表現出風扇特性。 然而，傳統動靜葉結構，或是單動葉搭配肋條結構外框，因扇葉翼形結構交互影響下，導致噪音上的寬頻噪音與窄頻噪音普遍較大。再者，傳統風扇結構，因扇葉翼形影響使氣流呈發散方式流出，故對於系統內風扇正後方的發熱元件其解熱程度不足。 是以，要如何將解決上述之問題與缺失，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

本發明之目的，係提供一種散熱風扇的旋轉體轉動時能夠帶動在旋轉體其上的每一旋轉圓柱體轉動，使旋轉圓柱體自我旋轉。 本發明之另一目的，係提供一種在輪轂的頂部設置有複數圓柱體的扇葉，該等圓柱體式的扇葉除了隨輪轂轉動外，也會自我旋轉以使氣流朝輪轂的徑向放射流動。 本發明之另一目的，係提供一種在輪轂的側部設置有複數圓柱體式的扇葉，該等圓柱體式的扇葉除了隨輪轂轉動外，也會自我旋轉以使氣流朝輪轂的軸向流動。 本發明之另一目的，係提供一種自轉式圓柱體式扇葉之散熱風扇結構，經由旋轉圓柱體導出之氣流未經過習知的翼形扇葉變化交互作用下，在相同解熱下其噪音程度相對較小。 本發明之另一目的，係提供一種自轉式圓柱體式扇葉之散熱風扇結構，經由旋轉圓柱體導出之氣流較為收斂且範圍較廣，故針對系統內的發熱元件可直接受氣流導引到熱源或是直接循環帶走熱源。 本發明之另一目的，係提供一種自轉式圓柱體式扇葉之散熱風扇結構，係將馬格努斯效應應用在散熱風扇產生相應的氣流流動。 本發明之另一目的，係提供各個旋轉圓柱體的半徑係為不同尺寸，進而產生不同大小的推力使得該等旋轉圓柱體的合向推力偏一邊，令風向也偏一邊，進而應用在發熱源不在散熱風扇正後方的解熱。 為達上述目的，本發明提供一種自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，包括一旋轉體及複數旋轉圓柱體，該旋轉體包含一轉子組與一定子組，該轉子組對應該定子組以驅動該旋轉體的該轉子組轉動，並該轉子組包含一輪轂，該輪轂具有一頂部與一側部，前述複數旋轉圓柱體係樞設在相對該輪轂的頂部或側部上， 該等旋轉圓柱體隨著該旋轉體轉動而被帶動，令該等旋轉圓柱體自我旋轉。 在一實施例，該輪轂包含複數連動件，該等連動件設置在該輪轂的該頂部或該側部，該等旋轉圓柱體的一端與相對該等連動件相樞接。 在一實施例，該轉子組包含一第一內空間與一第二內空間，該第二內空間環設在該第一內空間外側，該第一內空間設有一輪轂軸桿連接該輪轂，並該第一內空間內容設一殼部及一磁性元件，該磁性元件設置在該殼部的一內側。 在一實施例，該第一內空間及該第二內空間之間設有一環形間隔壁。 在一實施例，該定子組包括一基座，該基座設有一中心軸筒，該中心軸筒內設有至少一軸承用以支撐該輪轂軸桿，一定子繞線組套設在該中心軸筒的一外側對應該磁性元件。 在一實施例，複數貫穿孔係貫設在輪轂的頂部或側部， 用以供容設該等連動件，且該等連動件容設在該頂部的該等貫穿孔內或該側部的該等貫穿孔內。 在一實施例，該等旋轉圓柱體具有一軸心桿，該等旋轉圓柱體的軸心桿的一端插接緊配在對應該連動件具有的一洞孔內，並貫穿過該洞孔凸出延伸至該第二內空間內，且該軸心桿的另一端則固設於該等旋轉圓柱體內。 在一實施例，該等連動件為一軸承。 在一實施例，該等旋轉圓柱體為非對稱排列設置。 在一實施例，該等旋轉圓柱體的一外周表面設有至少一凸條，該等凸條包括螺旋狀或翼狀或水車狀或分段徑向分佈狀。 在一實施例，該等旋轉圓柱體的半徑係為相同或不同。 在一實施例，該等旋轉圓柱體的旋轉轉速係為相同或不同。 在一實施例，該軸心桿設有一凹槽，該凹槽係凹設形成在該軸心桿的一端外周側上，且相對該輪轂的一內表面，該凹槽用以供與相對的一扣件相連接。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。 本發明係一種自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構。參閱第1A、1B、1C圖式，係本發明立體分解與組合及組合剖視示意圖。該散熱風扇10包括一旋轉體20及複數旋轉圓柱體30，該旋轉體20包含一轉子組21與一定子組22，該轉子組21包含一輪轂210、複數連動件211、一第一內空間212及一第二內空間213，該輪轂210具有一頂部2101、一從該頂部2101外周延伸的側部2102及複數貫穿孔219，該側部2102相對垂直該頂部2101，該等貫穿孔219貫設在該輪轂210上在本實施例該等貫穿孔219貫穿過該輪轂210的頂部2101，以連通該第二內空間213，且該等貫穿孔219係用以供容設該等連動件211。 該等連動件211於本實施例表示為一軸承223，但並不侷限於此。該等連動件211設置在前述輪轂210內在本實施例該等連動件211容設在該輪轂210的頂部2101的該等貫穿孔219內，且該等連動件211的頂面係平齊該輪轂210的頂面(即輪轂210的頂部2101外表面)，並該等連動件211設有一洞孔2111。 該第一內空間212與第二內空間213係為同心圓的排列，該第二內空間213環在該第一內空間212的外側，且該第一、二內空間212、213之間設有一環形間隔壁217用以間隔出兩個內空間(即第一、二內空間212、213)。該第一內空間212設有一輪轂軸桿214，該輪轂軸桿214連接該輪轂210，並該第一內空間212內容設有一殼部218(例如鐵殼)及一磁性元件216(例如磁鐵)，該磁性元件216環設在該殼部218的一內側。 該定子組22包括一基座221，該基座221設有一中心軸筒222，該中心軸筒222內設有至少一軸承223用以支撐該輪轂軸桿214，藉由該輪轂軸桿214插設(或樞設)在該中心軸筒222內的軸承223後被一扣片(例如C型環扣片)扣設，以令該轉子組21設置在該定子組22上。一定子繞線組215套設在該中心軸筒222的一外側對應到該第一內空間212的磁性元件216，當該定子繞線組215通電後跟該磁性元件216產生磁感作用，進而驅動該旋轉體20的轉子組21轉動。該定子繞線組215包括堆疊的一矽鋼片組2151、一絕緣架組2152、一電路板2154及一繞線組2153，該絕緣架組2152分設在該矽鋼片組2151的上、下方，該繞線組2153纏繞在該絕緣架組2152上，該電路板2154設置在該絕緣架組2152的下方且電性連接該繞線組2153，所述電路板2154係透過電線(無圖式)連接一外部電源(無圖式)以提供定子繞線組215運作的電源。其中前述輪轂210與基座221係為絕緣材質，例如塑膠材質製成。 而前述複數旋轉圓柱體30在本實施例係垂直設置在相對該輪轂210的頂部2101上，且該等旋轉圓柱體30的一端與相對該等連動件211相樞接，讓該等旋轉圓柱體30可於對應該等連動件211上自轉，藉由該等連動件211可有效增加該等旋轉圓柱體30的轉動效率的功能，並該旋轉圓柱體30的一中心線c2平行於該輪轂210的中心線c1。該等旋轉圓柱體30被該旋轉體20的轉子組21帶動圍繞該輪轂210的中心線c1轉動。在一實施例，前述該等連動件211可省略，由該等旋轉圓柱體30的一端插設鬆接在對應該輪轂210的該等貫穿孔219內，令該等旋轉圓柱體30隨著該旋轉體20的轉子組21轉動而被帶動，令該等旋轉圓柱體30自我旋轉。 續參閱第1A、1C、2A圖，該等旋轉圓柱體30具有一軸心桿301，該等旋轉圓柱體30的軸心桿301一端插接緊配在對應該等連動件211的洞孔2111內，並貫穿過該洞孔2111凸出延伸至該第二內空間213內，且該軸心桿301的另一端則固設於該等旋轉圓柱體30內，藉由該等連動件211用以支撐對應該等旋轉圓柱體30的軸心桿301，令該等旋轉圓柱體30位於相對該輪轂210的頂部2101上方，當該等旋轉圓柱體30隨著該旋轉體20的轉子組21轉動而被帶動，使該等旋轉圓柱體30連動對應該等連動件211自我旋轉，其中該等旋轉圓柱體30的轉動方向D1與轉子組21的轉動方向D2為同方向。並該每一旋轉圓柱體30的外周表面設有至少一凸條303，在本實施例該凸條303係為螺旋狀且螺旋繞設在該旋轉圓柱體30的外周表面。 請繼續參閱第2A、2B圖所示，當該轉子組21的輪轂210轉動帶動該等旋轉圓柱體30圍繞該輪轂210的中心線c1轉動，使該轉子組21的輪轂210轉動後的慣性將迫使呈非對稱排列的該等旋轉圓柱體30會隨著該輪轂210的轉動方向D2而被帶動(或甩動或振動或偏動或因重力而旋動)，令各該旋轉圓柱體30的軸心桿301會連動相對各該連動件211一起轉動，並由於該輪轂210在持續轉動之下，慣性持續加速作用使該旋轉圓柱體30在對應該連動件211上圍繞輪轂210的中心線c1自我旋轉，此時使該旋轉圓柱體30的一側有一橫向氣流流向該旋轉圓柱體30(如第2B圖所示，從圖中的右側流向左側) 進而產生馬格努斯(Magnus type)效應，也就是在旋轉圓柱體30的上方A的速度總和為相加效應(橫向速度F1與切線速度F2為同向)速度變快，則壓力較小(根據柏努利定律Bernoulli's principle)，在旋轉圓柱體30的下方B的速度總和為相減效應(橫向速度F1與切線速度F2為反向)速度變慢，則壓力較大(根據柏努利定律Bernoulli's principle)；最後兩壓力差下壓力大的往壓力小的推擠過去，將產生與橫流方向垂直的橫向推力Y。在這樣的作用下使散熱風扇10產生徑向氣流H(如離心式氣流)，也就是氣流H呈放射狀的朝散熱風扇10的徑向流動。 請參閱第3圖，在另一實施例，前述軸心桿301設有一凹槽302，該凹槽302係凹設形成在該軸心桿301的一端外周側上，且相對該輪轂210的頂部2101內側，令該凹槽302用與相對的一扣件40(例如C型環扣件)相連接，藉由該扣件40有效防止該軸心桿301脫離。 續參第4A、4B、4C圖所示，在另一實施例，該等旋轉圓柱體30係放射狀以非對稱排列方式的樞設在該旋轉體20的輪轂210的側部2102上，且該等貫穿孔219也改設計在貫穿該輪轂210的側部2102上，令該等連動件211容設在對應該側部2102的該等貫穿孔219內，以與對應該旋轉圓柱體30相樞設。當旋轉體20的輪轂210轉動及旋轉圓柱體30因旋轉體20的輪轂210轉動後的慣性而自我轉動時，在旋轉圓柱體30的上方A的速度總和為相減效應(橫向速度F1與切線速度F2為反向)速度變慢，則壓力較大(根據柏努利定律Bernoulli's principle)，在旋轉圓柱體30的下方B的速度總和為相加效應(橫向速度F1與切線速度F2為同向)速度變快，則壓力較小(根據柏努利定律Bernoulli's principle)；最後兩壓力差下壓力大的往壓力小的推擠過去，將產生與橫流方向垂直的橫向推力Y。使散熱風扇10產生軸向氣流V，也就是氣流V朝散熱風扇的軸向流動。其中該等旋轉圓柱體30的轉動方向D1與轉子組21的轉動方向D2為同方向。 參閱第5A、5B圖所示，前面所述實施例的圖示中該等旋轉圓柱體30的半徑係為相同尺寸的表示，但是在一些替代實施例，設置在該旋轉體20的輪轂210的頂部2101(如第5A圖)或者側部2102(如第5B圖)的各個旋轉圓柱體30的半徑係為不同尺寸，例如圖示中有三根旋轉圓柱體30a、30b、30c，旋轉圓柱體30a的半徑大於旋轉圓柱體30b的半徑大於旋轉圓柱體30c的半徑，藉此各旋轉圓柱體30a、30b、30c產生不同大小的輸出風量，進而產生不同大小的推力，可以調節輸出風量的大小使得該等旋轉圓柱體30的合向推力偏一邊，進而應用在發熱源不在散熱風扇10正後方的解熱。 續參閱第6A、6B及6C圖所示，前面的實施例雖然表示該旋轉圓柱體30的外周表面的凸條303(如前面各圖所示)為螺旋狀，但是在另外一些替代實施例，該等凸條303a係為翼狀(如第6A圖)或者該等凸條303b為水車狀(如第6B圖)或該等凸條303c為分段且徑向分佈狀(如第6C圖)。 請繼續參閱第7圖所示， 本實施例垂直設置在該輪轂210的頂部2101的旋轉圓柱體30a、30b、30c係為非對稱排列設置。其中非對稱排列設置就是兩兩旋轉圓柱體30a、30b、30c之間的直線距離不相等，如第7圖所示，前述三個直線距離L11~L13不相等。 請繼續參閱第8圖所示，放射狀設置在該旋轉體20的輪轂210的側部2102的該等旋轉圓柱體30a、30b、30c係為非對稱排列設置。其中非對稱排列設置就是兩兩旋轉圓柱體30a、30b、30c的夾角α、β、γ的角度不相同，例如夾角α為120度，夾角β為140度，夾角γ為100度。且如第8圖所示，各旋轉圓柱體30a、30b、30c的軸向線c21、c22、c23延伸到輪轂210的中心線c1，旋轉圓柱體30a及旋轉圓柱體30b之間的夾角γ界定在軸向線c21、c22之間；旋轉圓柱體30b及旋轉圓柱體30c之間的夾角α界定在軸向線c22、c23之間；旋轉圓柱體30c及旋轉圓柱體30a之間的夾角β界定在軸向線c21、c23之間。 綜上所述，本發明有以下優點； 1.當散熱風扇10的旋轉體20轉動時能夠帶動在旋轉體20的頂部2101(或側部2102)上的每一旋轉圓柱體30轉動，使每一旋轉圓柱體30自我旋轉。 2.該等旋轉圓柱體30設置在輪轂210的頂部2101會產生徑向放射流動，或設置在輪轂210的側部2102會產生軸向流動。 3.經由旋轉圓柱體30導出之氣流，因為未經過習知的翼形扇葉變化交互作用下，所以在相同解熱下其噪音程度相對較小。 4.經由旋轉圓柱體30導出之氣流較為收斂且範圍較廣，故針對系統內的發熱元件可直接受氣流導引到熱源或是直接循環帶走熱源。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已， 當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

10‧‧‧散熱風扇
20‧‧‧旋轉體
21‧‧‧轉子組
210‧‧‧輪轂
2101‧‧‧頂部
2102‧‧‧側部
211‧‧‧連動件
2111‧‧‧洞孔
212‧‧‧第一內空間
213‧‧‧第二內空間
214‧‧‧輪轂軸桿
215‧‧‧定子繞線組
2151‧‧‧矽鋼片組
2152‧‧‧絕緣架組
2153‧‧‧繞線組
2154‧‧‧電路板
216‧‧‧磁性元件
217‧‧‧環形間隔壁
218‧‧‧殼部
219‧‧‧貫穿孔
22‧‧‧定子組
221‧‧‧基座
222‧‧‧中心軸筒
223‧‧‧軸承
30、30a、30b、30c‧‧‧旋轉圓柱體
301‧‧‧軸心桿
302‧‧‧凹槽
303、303a、303b、303c‧‧‧凸條
40‧‧‧扣件
c1、c2‧‧‧中心線
L11~L13‧‧‧直線距離
α、β、γ‧‧‧夾角
c21、c22、c23‧‧‧軸向線
D1、D2‧‧‧轉動方向
H‧‧‧徑向氣流
V‧‧‧軸向氣流
Y‧‧‧橫向推力

第1A圖係本發明立體分解示意圖。 第1B圖係本發明立體組合示意圖。 第1C圖係本發明組合剖視示意圖。 第2A圖係本發明俯視作動示意圖。 第2B圖係本發明旋轉圓柱體自我轉動之作動示意圖。 第3圖係本發明另一實施組合剖視示意圖。 第4A圖係本發明另一實施立體分解示意圖。 第4B圖係本發明另一實施之立體作動示意圖。 第4C圖係本發明另一實施之正視作動示意圖。 第5A、5B圖係本發明其他替代實施示意圖。 第6A、6B、6C圖為本發明旋轉圓柱體各種實施之示意圖。 第7圖為本發明該等旋轉圓柱體在該輪轂的頂部非對稱設置之示意圖。 第8圖為本發明該等旋轉圓柱體在該輪轂的側部非對稱設置之示意圖。

Claims (12)

1. 一種自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，包括： 一旋轉體，包含一轉子組與一定子組，該轉子組對應該定子組以驅動該旋轉體的該轉子組轉動，並該轉子組包含一輪轂，該輪轂具有一頂部與一側部；及 複數旋轉圓柱體，係樞設在相對該輪轂的該頂部或該側部上， 該等旋轉圓柱體隨著該旋轉體轉動而被帶動，令該等旋轉圓柱體自我旋轉。
2. 如請求項1所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該輪轂包含複數連動件，該等連動件設置在該輪轂的該頂部或該側部，該等旋轉圓柱體的一端與相對該等連動件相樞接。
3. 如請求項2所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該轉子組包含一第一內空間與一第二內空間，該第二內空間環設在該第一內空間外側，該第一內空間設有一輪轂軸桿連接該輪轂，並該第一內空間內容設一殼部及一磁性元件，該磁性元件設置在該殼部的一內側。
4. 如請求項3所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該第一內空間及該第二內空間之間設有一環形間隔壁。
5. 如請求項3所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該定子組包括一基座，該基座設有一中心軸筒，該中心軸筒內設有至少一軸承用以支撐該輪轂軸桿，一定子繞線組套設在該中心軸筒的一外側對應該磁性元件。
6. 如請求項2所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中複數貫穿孔係貫設在該輪轂的該頂部或該側部， 用以供容設該等連動件，且該等連動件容設在該頂部的該等貫穿孔內或該側部的該等貫穿孔內。
7. 如請求項6所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該等旋轉圓柱體具有一軸心桿，該等旋轉圓柱體的軸心桿的一端插接緊配在對應該等連動件具有的一洞孔內，並貫穿過該洞孔凸出延伸至該第二內空間內，且該軸心桿的另一端則固設於該等旋轉圓柱體內。
8. 如請求項2所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該等連動件為一軸承。
9. 如請求項1所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該等旋轉圓柱體為非對稱排列設置。
10. 如請求項1所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該等旋轉圓柱體的一外周表面設有至少一凸條，該等凸條包括螺旋狀或翼狀或水車狀或分段徑向分佈狀。
11. 如請求項1所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該等旋轉圓柱體的半徑係為相同或不同。
12. 如請求項7所述之自轉式圓柱體扇葉之散熱風扇結構，其中該軸心桿設有一凹槽，該凹槽係凹設形成在該軸心桿的一端外周側上，且相對該輪轂的一內側，該凹槽用以供與相對的一扣件相連接。