TWI667871B - 風扇裝置 - Google Patents

Abstract

一種風扇裝置，其包括高壓電源、導電葉片、第一電極以及電阻元件。導電葉片的連接端連接至高壓電源的第一電性極點，且導電葉片還包括振動端，其中導電葉片自連接端沿著第一方向往振動端延伸。第一電極電連接高壓電源的第二電性極點。第一電極設置於導電葉片的振動端的一側，且位在振動端的振動範圍中。電阻元件串聯於導電葉片以及第二電性極點之間。

Description

風扇裝置

本發明有關一種風扇裝置；特別是關於一種可以產生電暈風(Corona wind)的風扇裝置。

電暈風效應在各產業的應用已行之有年。舉例而言，在食品工業中電暈風設備可應用於食品乾燥的過程，避免食品在乾燥過程中提高溫度，同時還可以節省能源。在航太工業中，應用於飛機機翼上的電暈風可以藉由產生氣流來達成減阻的效果。在生醫產業中，電暈風更可以應用於細微粉末的製作。

本發明的風扇裝置不但可以產生電暈風，還可以藉由振動來進一步產生氣流以提高散熱效果。

本發明的風扇裝置包括高壓電源、導電葉片、第一電極以及電阻元件。導電葉片的連接端連接至高壓電源的第一電性極點，且導電葉片還包括振動端，其中導電葉片自連接端沿著第一方向往振動端延伸。第 一電極電連接高壓電源的第二電性極點。第一電極設置於導電葉片的振動端的一側，且位在振動端的振動範圍中。電阻元件串聯於導電葉片以及第二電性極點之間。

高壓電源提供第二電性電荷經電阻元件給第一電極時，導電葉片的振動端被第一電極吸引直到碰觸第一電極。導電葉片在碰觸到第一電極後因為達到電性平衡而回彈，第一電極再經由高壓電源透過電阻元件補充第二電性電荷以吸引振動端，使振動端來回振動。

在本發明的一實施例中，上述的風扇裝置還包括一第二電極。第二電極電性連接高壓電源的第二電性極點，且第二電極沿著第一方向與導電葉片的振動端間隔一距離。高壓電源在第二電極以及導電葉片之間形成電位差以產生電暈風往第二電極傳遞。

在本發明的一實施例中，上述的高壓電源使導電葉片的四周產生正電暈現象或負電暈現象。

在本發明的一實施例中，上述的電阻元件為可變電阻。電阻元件在導電葉片以及第二電性極點之間提供電阻值，且電阻元件可以藉由調整電阻值的大小來控制第一電極補充第二電性電荷的速度。

在本發明的一實施例中，上述的風扇裝置還包括一固定架。固定架是由絕緣材質形成，且導電葉片的連接端固定在固定架上。

在本發明的一實施例中，上述的導電葉片還包括彼此相反的第一表面以及第二表面。固定架夾住連接端的第一表面以及第二表面，第一電極位於振動端的一側面並面對第一表面或第二表面的其中之一。

在本發明的一實施例中，上述的電阻元件包括高壓玻璃釉膜 膜電阻器。

在本發明的一實施例中，上述的導電葉片的材質包括紅銅、黃銅、鈹銅或彈簧鋼。

由上述可知，本發明的風扇裝置可以藉由第一電極來帶動導電葉片的振動。

A、B‧‧‧振動範圍

d1~d4‧‧‧方向

S1、S2‧‧‧資料

100、200‧‧‧風扇裝置

110、210‧‧‧高壓電源

111、211‧‧‧第一電性極點

112、212‧‧‧第二電性極點

113‧‧‧第一電性電荷

114‧‧‧第二電性電荷

120、220‧‧‧導電葉片

121、221‧‧‧連接端

122、222‧‧‧振動端

123‧‧‧第一表面

124‧‧‧第二表面

130、230‧‧‧第一電極

140、240‧‧‧電阻元件

150、250‧‧‧固定架

260‧‧‧第二電極

圖1是本發明第一實施例中風扇裝置的示意圖；圖2、3是本發明第一實施例中風扇裝置的局部示意圖；圖4是本發明第二實施例中風扇裝置的示意圖；圖5是本發明第二實施例的風扇裝置應用於散熱時與純電暈風散熱裝置的導熱係數圖表。

本發明所提出的風扇裝置及其技術特徵可以應用至以導電葉片的振動帶動空氣流動的風扇設備；較佳為可以應用至藉由導電葉片產生電暈風(Corona wind)的風扇裝置，其中電暈風是指藉由強大的電位差在電極間離子化介電質；進而藉由這些離子帶動其他中性氣體分子流動的基於電液動力學(Electrohydrodynamic,EHD)之現象。以下將藉由數個實施例舉例說明本發明所提出的風扇裝置。

請參照圖1，其所繪示的是本發明第一實施例的風扇裝置100。風扇裝置100包括高壓電源110、導電葉片120、第一電極130以及電 阻元件140。

高壓電源110例如可以提供0至40kV的高壓直流電訊號，較佳為可以提供電壓範圍為6kV至16kV的高壓直流訊號的正高壓直流電源供應器(Positive high voltage DC power supply for corona wind)。導電葉片120例如是金屬製作的振動葉片，較佳為純銅製作的振動葉片。導電葉片120包括連接端121以及振動端122，且在尚未通電且未受外力的平衡狀態下，導電葉片120自連接端121沿著第一方向(亦即圖1中的水平方向)延伸至振動端122。第一電極130例如是由金屬製作、可以產生感應電壓的感應金屬板，較佳為鋁合金製作的感應金屬板。

風扇裝置還包括固定架150，固定架150例如是由電木等絕緣材質製作而成的固定支架(Fixed bracket)，其用以固定導電葉片120的連接端121以使導電葉片120可以與高壓電源110連接，同時又保有可以自由擺動的振動端122。

詳細而言，本發明實施例的固定架150例如是藉由夾住導電葉片120的第一表面123和第二表面124來固定導電葉片120的連接端121，避免連接端121在振動端122振動時產生不必要的振動。然而，本發明並不限於固定架150固定導電葉片120的方式，本領域具有通常知識者可以藉由其他例如是膠體或緊固件來固定導電葉片120的連接端121，本發明不限於此。

當本實施例的高壓電源110提供電壓於導電葉片120時，第一電極130也會產生感應電壓，進而使放電銅片因庫倫力作用而彎曲。第一電極130是經由電阻元件140連接至高壓電源110的第二電性極點112，因 此第一電極130所接收的電流可以藉由串聯於第一電極130以及第二電性極點112之間的電阻元件140控制。

由上述可知，當高壓電源110提供電力給導電葉片120以及第一電極130時，導電葉片120會因庫倫力朝向第一電極130彎曲直到碰觸到第一電極130。換而言之，第一電極130位於導電葉片120沿著方向d1振動的振動範圍A中，導電葉片120可以因庫倫力的吸引碰到第一電極130。本實施例的第一電極130位於振動端122的一側面對第一表面123，以利導電葉片120的振動端122因受庫倫力吸引而彎曲。然而，本發明的第一電極130位置不限於上述的第一表面123或第二表面124，只要位於振動端122的一側並提供適當的庫倫吸引力即可。

詳細而言，請參照圖2，由上述可知，當高壓電源110經由第二電性極點112提供第二電性電荷114至第一電極130時，導電葉片120的振動端122會因為第一電性電荷113產生的庫倫力而向第一電極130彎曲直到碰觸第一電極130。當第一電極130與振動端122接觸時，第二電性電荷114會傳遞到振動端122來達成電性平衡，進而使振動端122在與第一電極130達到電性平衡時失去庫倫力並往另一方向回彈。然而，在上述的過程中，第一電極130上所帶的第二電性電荷114持續藉由導線50提供，且導線50中第二電性電荷114的流量還透過上述的電阻元件140控制。因此，在導電葉片120達成電性平衡並離開第一電極130時，第一電極130會持續接收第二電性電荷114。

請參照圖3，由於導電葉片120連接至上述高壓電源110的第一電性極點111，導電葉片120上所帶的第二電性電荷114也會沿著方向d2經 由上述的連接端121往高壓電源110傳遞。此時，第一電極130上也持續由電連接至高壓電源110的導線50提供第二電性電荷114，因此導電葉片120的振動端122和第一電極130之間也會再次因為庫倫力彼此吸引，進而朝方向d3振動。

由上述可知，藉由第一電極130在振動端122的一側的庫倫力的吸引，以及碰觸到第一電極130後因材質的彈性回彈的力量，藉由重複上述的吸引以及回彈，導電葉片會持續在高壓電源110提供電力時在振動範圍A中振動，進而產生氣流。同時，電阻元件140可以控制第二電性極點112和第一電極130之間的電流。藉由提昇或降低第一電極130補充第二電性電荷114的速度，電阻元件140可以調整振動端122的振動幅度，藉以產生氣流以提供散熱等效果。

具體而言，本發明的第一實施例中第一電性極點111例如是高壓電源110的正電極；第二電性極點112例如是高壓電源110的負電極，亦即接地端。也就是說，第一電性電荷113例如是正電荷；第二電性電荷114例如是自由電子。當振動端122與第一電極130接觸時，藉由電子144往振動端122的移動來達成電性平衡，進而達成上述的振動效果。

另一方面，本發明上述第一實施例的電阻元件140例如是一可變電阻，較佳為包括有高壓玻璃釉膜電阻器(電阻值例如是500MΩ)的串聯電阻，其設置於絕緣效果較好的矽膠材質基板。電阻元件140可以例如是藉由上述電阻串聯至可達50GΩ的可變電阻，且電阻元件140串聯於第一電極130以及高壓電源110的第二電性極點112(亦即接地端)的迴路間，用來控制第一電極130的表面電位，藉以控制導電葉片120的振動端 122的振幅大小。

本發明上述第一實施例的風扇裝置100的技術特徵適於搭配電暈風的產生，以下將以第二實施例舉例說明。請參照圖4，風扇裝置200包括類似上述風扇裝置100包括高壓電源210、導電葉片220、第一電極230、電阻元件240以及固定架250。本實施例的風扇裝置200還包括第二電極260，第二電極260電連接高壓電源210的第二電性極點212，並沿著第一方向d4與振動端222間隔一距離。

本實施例的高壓電源210提供電力訊號時，連接至第一電性極點211的導電葉片220和連接至第二電性極點212的第二電極260之間會形成電位差。較佳而言，由於高壓電源210提供高壓直流電，因此導電葉片220和第二電極260之間會形成高電位差，進而使導電葉片220還可以產生電暈風往第二電極260傳遞。具體而言，本實施例的高壓電源210使導電葉片220四周產生正電暈現象，並使電暈風沿著方向d4往第二電極260傳遞，但本發明不限於此。在其他實施例中，高壓電源亦可以使導電葉片四周產生負電暈現象。

換句話說，藉由本發明上述的技術特徵，第二實施例的風扇裝置200不但可以提供電暈風，還可以藉由振動端222在振動範圍B中的振動來產生氣流。當第二實施例的風扇裝置200被應用於散熱裝置時，上述的第一電極230和第二電極260可以讓導電葉片220提供更加的散熱效率。

請參照圖5，其繪示了純電暈風散熱裝置以及應用上述第二實施例的風扇裝置200的散熱裝置的平均熱傳係數比較圖，其中橫座標的 電壓值單位為伏特(V)，亦即施加於電暈風電極或上述導電葉片220的電壓；縱座標熱傳係數的單位為每米平方.溫度幾瓦(W/m²．K)；資料s1為應用風扇裝置200的散熱裝置的熱傳係數；資料S2為應用純電暈風散熱裝置的熱傳係數。由圖5可以看出，本發明所提出的技術特徵可以讓風扇裝置200在相對較低的電壓可以有更佳的表現，提供更好的散熱效果。

綜上所述，本發明所提出的風扇裝置可以在提供電暈風的同時藉由導電葉片的振動來進一步推動氣流，同時帶動葉片振動的第一電極還可以進一步控制導電葉片的振幅，藉以提供適當的散熱效果。

Claims (8)

1. 一種風扇裝置，包括：一高壓電源；一導電葉片，電連接該高壓電源的第一電性極點，該導電葉片包括一連接端以及一振動端，該第一電性極點連接至該連接端，該導電葉片自該連接端沿著一第一方向往該振動端延伸；一第一電極，電連接該高壓電源的第二電性極點，該第一電極設置於該振動端的一側並位於該振動端的振動範圍中；一電阻元件，串聯於該導電葉片以及該第二電性極點之間；以及一固定架，固定該導電葉片的該連接端；其中該高壓電源提供第二電性電荷經該電阻元件給該第一電極時，該導電葉片的振動端被該第一電極吸引直到碰觸該第一電極；碰觸該第一電極後的該振動端因電性平衡回彈，該第一電極再經由該高壓電源補充該第二電性電荷以吸引該振動端，使該振動端來回振動。
2. 如申請專利範圍第1巷所述的風扇裝置，還包括：一第二電極，電連接該高壓電源的第二電性極點，該第二電極沿著該第一方向與該振動端間隔一距離，該高壓電源在該第二電極以及該導電葉片之間形成電位差以產生電暈風往該第二電極傳遞。
3. 如申請專利範圍第1項所述的風扇裝置，其中該高壓電源使該導電葉片的四周產生正電暈現象或負電暈現象。
4. 如申請專利範圍第1項所述的風扇裝置，其中該電阻元件為一可變電阻，並在該導電葉片以及該第二電性極點之間提供一電阻值，該電阻元件適於調整該電阻值大小，進而控制該第一電極補充該第二電性電荷的速度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的風扇裝置，其中該固定架以絕緣材質形成。
6. 如申請專利範圍第5項所述的風扇裝置，其中該導電葉片還包括一第一表面以及相反於該第一表面的一第二表面，該固定架夾住該連接端的第一表面以及第二表面，該第一電極位於該振動端的一側面對該第一表面或該第二表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述的風扇裝置，其中該電阻元件包括高壓玻璃釉膜電阻器。
8. 如申請專利範圍第1項所述的風扇裝置，其中該導電葉片的材質包括紅銅、黃銅、鈹銅或彈簧鋼。