TWI678471B - 散熱風扇 - Google Patents

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Kuang-Hua Lin
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Cheng-Wen Hsieh
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Wen-Neng Liao
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Abstract

一種散熱風扇，包括輪轂及多個扇葉組。多個扇葉組環繞配置於該輪轂，且各扇葉組包括至少兩扇葉，扇葉之間構成流道，流道的寬度沿輪轂的轉軸而漸縮。

Description

散熱風扇
本發明是有關於一種散熱風扇。
現有的軸流式風扇廣泛應用於電腦主機上以進行散熱，但近來的個人電腦及伺服器的主機效能發展快速，高效能的電腦主機也相對產生大量廢熱，為避免廢熱的堆積造成主機的運作不佳，如何製作出高流量的風扇以達成良好的散熱功效，是當前的重要目標。
此外，現有的軸流式風扇於旋轉時，氣流將沿著扇葉的表面流動，由於黏滯力的作用，使得扇葉表面上的氣流流速逐漸變慢，最終氣流從扇葉表面分離，並形成渦流。渦流的生成會降低通過風扇的空氣流量而導致散熱效能不佳，且渦流現象也帶來噪音問題。
本發明提供一種有效提升流量且能避免產生渦流的散熱風扇。
本發明的散熱風扇，包括輪轂及多個扇葉組。多個扇葉組環繞配置於該輪轂，且各扇葉組包括至少兩片扇葉，其中扇葉之間構成流道，流道的寬度沿輪轂的轉軸而漸縮。
基於上述，本發明之散熱風扇具有多個環設於輪轂的扇葉組，且各扇葉組包括至少兩片扇葉，同時利用扇葉之間的流道是沿輪轂的轉軸構成漸縮，因此，當散熱風扇旋轉時，空氣導入扇葉之間的流道後，將能透過漸縮流道而減少渦流的生成、獲得更大的空氣流量，並進而提高增加散熱風扇的散熱效能。此外，藉由減少渦流的生成，亦可降低空氣產生共振的可能性而達到低噪音的目的。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依據本發明一實施例的一種散熱風扇的立體示意圖，在此以仰視視角觀之。圖2繪示圖1的散熱風扇的俯視圖。圖3A至圖3D分別繪示散熱風扇於不同處的局部剖視圖，在此是以圖2所示不同剖線A1～A4對應圖3A～圖3D。
請先參考圖1及圖2，在本實施例中，散熱風扇100適於配置於電腦主機（例如筆電、個人電腦或大型伺服器）內，對於電腦主機內的電子元件進行散熱，避免廢熱的堆積導致電腦主機過熱。在此，散熱風扇100例如是軸流風扇，其包括輪轂110及多個扇葉組120。多個扇葉組120環繞配置於輪轂110，輪轂110受控於馬達（未繪示）而帶動各個扇葉組120沿轉軸AX旋轉，以導引空氣200流入各個扇葉組120。
在本實施例中，輪轂110具有正交於其徑向RD的側面111。多個扇葉組120相間隔地設置在輪轂110的側面111上，且扇葉組120為等距離設置。各扇葉組120至少包括兩片扇葉，且扇葉之間構成流道，在此以相對應的第一扇葉121與第二扇葉122之間構成流道123而作為例示。值得注意的是，流道123的寬度是沿著徑向RD且隨著第一扇葉121與第二扇葉122背離輪轂110的延伸方向而漸縮，且同時沿轉軸AX漸縮。
圖3A至圖3D分別繪示散熱風扇於不同處的局部剖視圖。圖4A是圖1的散熱風扇的側視圖。請參考圖3A至圖3D、圖4A，並對照圖2，進一步而言，第一扇葉121與第二扇葉122朝散熱風扇100的轉動方向D1彎曲成形，也就是第一扇葉121與第二扇葉122的彎曲狀態是對應轉動方向D1，而有利於空氣由上而下地進入散熱風扇100的流道123中，且第一扇葉121與第二扇葉122具有不同葉形輪廓，即第一扇葉121的彎曲程度不同於第二扇葉122的彎曲程度。
詳細而言，如圖2所示的不同剖線A1～A4，其是沿徑向RD且逐漸遠離輪轂110而剖切繪示成圖3A至圖3D，也因此從圖3A至圖3D可清楚得知，在各扇葉組120中，彼此相應的第一扇葉121與第二扇葉122各沿輪轂110的徑向RD而產生扭轉，更進一步地說，在徑向RD上，第一扇葉121隨其遠離輪轂110而以扭轉方向D2產生扭轉並相對於轉軸AX形成不同的夾角θ31～θ34。類似地，第二扇葉122隨其遠離輪轂110而以扭轉方向D2產生扭轉並相對於轉軸AX形成不同的夾角θ41～θ44，且更重要的是，第一扇葉121相對於轉軸AX的夾角漸增幅度不同於第二扇葉122相對於轉軸AX的夾角漸增幅度。
也就是說，在本實施例的同一扇葉組120中，第一扇葉121與第二扇葉122的結構分佈是以徑向RD為軸而輔以扭轉方向D2而成，且參考圖3A至圖3D以及圖4也能清楚得知，在以轉軸AX為基準的狀態下，第一扇葉121的夾角增幅實質上大於第二扇葉122的夾角增幅，即是夾角θ41至夾角θ45的漸增幅度會大於夾角θ31至夾角θ35的漸增幅度，如此便造成流道123實質上是沿著轉軸AX由上而下地漸縮，且也沿著輪轂110的徑向RD漸縮，同時也可視為是沿著轉動方向D1的逆向而漸縮。
圖4B是圖4A的局部放大圖。請同時參考圖4A與圖4B，基於上述，在本實施例中，流道123靠近輪轂110的側面111的一側為入口E1，流道123背離近輪轂110的側面111的另一側為出口E2，且流道123的寬度自入口E1朝向出口E2漸縮。當輪轂110受控於馬達而帶動各個扇葉組120朝轉動方向D1旋轉時，外部的空氣200沿轉軸AX1朝輪轂110流動。
詳細而言，部分的空氣200分別沿著第一扇葉121的第一上表面S1以及第二扇葉122的第二下表面S4流動以形成兩外部流210。兩外部流210分別通過第一上表面S1及第二下表面S4時，將受到黏滯力的作用進而造成流速的降低，最後兩外部流210因流速降低而無法持續沿著第一上表面S1及第二下表面S4流動，進而使兩外部流210產生邊界層分離現象而分別脫離第一扇葉121及第二扇葉122。
但同時，另一部分的空氣200透過輪轂110的導引從流道123的入口E1流入以形成內部流220。內部流220沿著第一扇葉121的第一下表面S2及第二扇葉122的第二上表面S3流動，並從流道123的出口E2流出。空氣200的內部流220於流動過程中，隨著流道123寬度的漸縮而被加壓，使空氣200的內部流220被加壓而噴射出流道123的出口E2以形成一低壓區LA，且低壓區LA用以導引並匯流周邊空氣200。具體而言，由於低壓區LA的壓力較周邊區域的壓力小，故可導引原會脫離於第一扇葉121及第二扇葉122的兩外部流210，使內部流220與外部流210相互結合形成更大的氣流，如此可避免在各個扇葉組120之間產生分離流或渦流的現象。
在本實施例中，輪轂110的材質為塑膠或金屬且各個第一扇葉121與各個第二扇葉122的材質為金屬。因此，輪轂110能經由射出成型（當輪轂110為塑膠）或壓鑄（當輪轂110為金屬）而接合多個扇葉組120的第一扇葉121與第二扇葉122，且各個第一扇葉121與各個第二扇葉122的厚度例如是小於0.5mm。但，本實施例並未限制輪轂與扇葉組的結合方式。在另一未繪示的實施例中，輪轂與扇葉組分別設置有能彼此對應的卡合結構，以通過彼此扣合的方式而組裝、固定在一起。
進一步而言，本實施例的多個扇葉組120採用金屬材質而具備較佳的延展性，使得扇葉組120的厚度能進一步地降低（如前述低於0.5mm），因此散熱風扇100能在輪轂110上配置第一扇葉121與第二扇葉122的數量例如是大於或等於50，此明顯優於現有技術以塑膠射出的風扇結構。
進一步而言，當扇葉為塑膠材質時，受限於射出製程以及材料特性限制，扇葉的厚度跟扇葉形狀設計的限制較大，難以達到有特殊形狀需求的扇葉設計。由於本實施例的第一扇葉121與第二扇葉122採用金屬材質，因此第一扇葉121與第二扇葉122可依據需求採用變化較大的葉形輪廓且能製作出較小的厚度。一般而言，增加扇葉組120的數量可增加散熱風扇100的靜壓，但扇葉組120數量的增加將導致流道123寬度的縮減，使散熱風扇100旋轉運作時的空氣流量降低而影響其散熱效能。因此，本實施例的第一扇葉121與第二扇葉122採用金屬材質，可在增加扇葉121、122數目的前提下，利用扇葉121、122厚度變薄的特性來彌補流道123寬度的縮減，並透過最佳化方法運算出適當的扇葉數量(大於或等於50)以及扇葉厚度(低於0.5mm)，達到同時增加靜壓與空氣流量的目的。
基於上述，本發明之散熱風扇的各個扇葉組包括第一扇葉及第二扇葉，利用相間隔的第一扇葉及第二扇葉構成朝外漸縮的流道，當散熱風扇旋轉時，將空氣流體導入各個第一扇葉與各個第二扇葉之間，並透過空氣通過漸縮流道所產生的低壓區，吸引整流周圍的空氣以避免產生渦流或分離流等損失動能的現象，如此在散熱風扇運作時可獲得更大的空氣流量，進而提高增加散熱風扇的散熱效能。此外，減少渦流或分離流的生成率，亦可降低空氣產生共振的可能性以達到低噪音的目的。
進一步而言，經由第一扇葉與第二扇葉的數量、厚度以及葉形輪廓的最佳化配置，可同時增加散熱風扇的靜壓與空氣流量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧散熱風扇
110‧‧‧輪轂
111‧‧‧側面
120‧‧‧扇葉組
121‧‧‧第一扇葉
122‧‧‧第二扇葉
123‧‧‧流道
200‧‧‧空氣
210‧‧‧外部流
220‧‧‧內部流
A1、A2、A3、A4‧‧‧截面
D1‧‧‧轉動方向
D2‧‧‧扭轉方向
S1‧‧‧第一上表面
S2‧‧‧第一下表面
S3‧‧‧第二上表面
S4‧‧‧第二下表面
E1‧‧‧入口
E2‧‧‧出口
θ31、θ32、θ33、θ34、θ35‧‧‧夾角
θ41、θ42、θ43、θ44、θ45‧‧‧夾角
LA‧‧‧低壓區
RD‧‧‧徑向
AX‧‧‧轉軸
圖1是依據本發明一實施例的一種散熱風扇的立體示意圖。 圖2繪示圖1的散熱風扇的俯視圖。 圖3A至圖3D分別繪示散熱風扇於不同處的局部剖視圖。 圖4A是圖1的散熱風扇的側視圖。 圖4B是圖4A的局部放大圖。

Claims (20)

  1. 一種散熱風扇，包括：一輪轂；以及多個扇葉組，環繞配置於該輪轂，且各該扇葉組包括至少兩片扇葉，其中該些扇葉之間構成一流道，該流道的寬度沿該輪轂的一轉軸而漸縮，空氣從該流道的一入口流入並從該流道的一出口流出，且該流道從該入口至該出口持續漸縮，以使空氣隨著流道漸縮而被持續加壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱風扇，其中該些扇葉組相對於該輪轂呈放射狀，各該扇葉組包括一第一扇葉與一第二扇葉，該第一扇葉與該第二扇葉彼此相應且間隔以該流道，且相應的該第一扇葉與該第二扇葉各沿該輪轂的一徑向產生扭轉。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的散熱風扇，其中在該徑向上，該第一扇葉隨其遠離該輪轂而以一扭轉方向產生扭轉並相對於該轉軸形成不同夾角，該第二扇葉隨其遠離該輪轂而以該扭轉方向產生扭轉並相對於該轉軸形成不同夾角，且該第一扇葉相對於該轉軸的夾角漸增幅度不同於該第二扇葉相對於該轉軸的夾角漸增幅度。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的散熱風扇，其中該第一扇葉與該第二扇葉具有不同的葉形輪廓，且該第一扇葉與該第二扇葉具有不同的扭轉狀態。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的散熱風扇，其中該第一扇葉與該第二扇葉的材質為金屬。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱風扇，其中散熱風扇是軸流風扇。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的散熱風扇，其中空氣被加壓而噴射出該出口以形成一低壓區，該低壓區導引並匯流周邊空氣。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的散熱風扇，其中該輪轂的材質為塑膠或金屬。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的散熱風扇，其中該輪轂經由射出成型或壓鑄而接合該些扇葉。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的散熱風扇，其中各該扇葉的厚度小於0.5mm。
  11. 一種散熱風扇，包括：一輪轂；以及多個扇葉組，環繞配置於該輪轂，各該扇葉組包括至少兩片扇葉，其中各該扇葉具有鄰接該輪轂的相對兩側緣以及一流道，該流道的一入口由所述至少兩片扇葉的相鄰兩個所述側緣而形成，該流道的一出口由所述至少兩片扇葉的另外相鄰兩個所述側緣而形成，以使所述至少兩片扇葉從該入口至該出口呈現重疊，該流道的寬度沿該輪轂的一轉軸而漸縮，當該散熱風扇旋轉時，空氣從該入口流入該流道並從該出口流出該流道而被加壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的散熱風扇，其中該些扇葉組相對於該輪轂呈放射狀，各該扇葉組包括一第一扇葉與一第二扇葉，該第一扇葉與該第二扇葉彼此相應且間隔以該流道，且相應的該第一扇葉與該第二扇葉各沿該輪轂的一徑向產生扭轉。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的散熱風扇，其中在該徑向上，該第一扇葉隨其遠離該輪轂而以一扭轉方向產生扭轉並相對於該轉軸形成不同夾角，該第二扇葉隨其遠離該輪轂而以該扭轉方向產生扭轉並相對於該轉軸形成不同夾角，且該第一扇葉相對於該轉軸的夾角漸增幅度不同於該第二扇葉相對於該轉軸的夾角漸增幅度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的散熱風扇，其中該第一扇葉與該第二扇葉具有不同的葉形輪廓，且該第一扇葉與該第二扇葉具有不同的扭轉狀態。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的散熱風扇，其中該第一扇葉與該第二扇葉的材質為金屬。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的散熱風扇，其中散熱風扇是軸流風扇。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的散熱風扇，其中空氣被加壓而噴射出該出口以形成一低壓區，該低壓區導引並匯流周邊空氣。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的散熱風扇，其中該輪轂的材質為塑膠或金屬。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的散熱風扇，其中該輪轂經由射出成型或壓鑄而接合該些扇葉。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的散熱風扇，其中各該扇葉的厚度小於0.5mm。
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