TWI812198B - 離心式散熱風扇 - Google Patents

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廖文能
林光華
陳偉今
陳宗廷
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Abstract

本發明提供一種離心式散熱風扇，包括輪轂、輪架以及雙層扇葉組。雙層扇葉組沿徑向呈內層地、外層地環繞輪轂。位於內層的扇葉組與位於外層的扇葉組之間沿徑向保持間隙。輪架連接輪轂與位於外層的扇葉組。

Description

離心式散熱風扇
本發明是有關於一種散熱風扇，且特別是有關於一種離心式散熱風扇。
由於可攜式電子裝置(例如筆記型電腦或平板電腦)的設計趨勢逐漸朝向輕薄化，因此在內部空間極為有限的情形下，其內安裝的散熱風扇也隨著被要求需以薄型化作為目標，進而造成在空間受限的情況下，散熱風扇的氣流並無法順利地進出散熱風扇，而影響其散熱效率。
以離心式散熱風扇為例，現今已有扇葉是以金屬材質所製成，相較於塑膠材料進行射出成型所製成的扇葉，金屬材質確實能取得更薄的扇葉結構，以得到更多的風量與更強的風壓。
然而，現有金屬扇葉也同時面臨到：隨著扇葉數增加，其與輪轂之間的結合處也隨之擴大，進而阻礙離心式散熱風扇在其吸風處的空氣流動，也不利於前述可攜式電子裝置的輕薄化。同時，金屬扇葉並非能無限制地變薄與增加扇葉數量，因其一旦達到特定厚度以下，將使金屬扇葉產生變形，反而不利於空氣流 動且容易產生噪音。類似地，當扇葉數量達一定數量以上，則會面臨組裝或製作上的困難。
因此，如何改變現有離心式散熱風扇的相關結構，以應付上述產生的問題，實為相關技術人員所需思考的課題。
本發明提供一種離心式散熱風扇，其在輪轂外圍設置雙層扇葉組，以兼具波葉、輪葉的扇葉結構特性，而提升氣流流量與壓力並降低噪音。
本發明的離心式散熱風扇，包括輪轂、輪架以及雙層扇葉組。雙層扇葉組沿徑向呈內層地、外層地環繞輪轂。位於內層的扇葉組與位於外層的扇葉組之間沿徑向保持間隙。輪架連接輪轂與位於外層的扇葉組。
基於上述，離心式散熱風扇藉由在輪轂外圍沿徑向設置呈內層地、外層地環繞輪轂的雙層扇葉組，且使位於內層的扇葉組與位於外層的扇葉組之間沿徑向保持間隙，並以輪架連接輪轂與位於外層的扇葉組。如此一來，前述雙層扇葉組便能形成具有波葉(wave blade)特性的內層扇葉組與形成具有輪葉(wheel blade)特性的外層扇葉組，而以所述配置讓離心式散熱風扇能兼具波葉扇葉與輪葉扇葉的優點。
也就是說，對於雙層扇葉組而言，位於內層的扇葉組由於是與輪轂直接結合，故能維持現有金屬扇葉的設計邏輯，也就 是維持氣流流入離心式散熱風扇的順暢度、具備較大氣流流量以及降低噪音的效果。再者，對於外層扇葉組而言，由於存在輪架作為結合與支撐結構，因此設計者能再進一步地降低外層扇葉組的扇葉厚度，此舉也相當於增加了外層扇葉組的扇葉數量。同時，外層扇葉組的扇葉數量也能因應內層扇葉組的扇葉數量進行調配設計，以利於進行噪音管控。
100:離心式散熱風扇
110、120、110A、120A:扇葉組
130:輪轂
140、140A、140C:輪架
141、141A:第一結合部
142、142A、142C:連接部
143、143A:第二結合部
143C:結合部
150:殼體
151、152:入風口
153、154:出風口
A1、B1、A11:頂緣
A2、A4、B2、B4、A21、B21:弧形側緣
A3:側緣
A5、B5、A51:底緣
B3、B61:內側緣
B6、B62:外側緣
C1~C7:結合處
G1:間隙
L1、L2、L1a:徑向尺寸
X1:軸向
X2:徑向
圖1是依據本發明一實施例的離心式散熱風扇的示意圖。
圖2是圖1的離心式散熱風扇的部分構件俯視圖。
圖3是圖1的離心式散熱風扇的局部剖視圖。
圖4是本發明另一實施例的離心式散熱風扇的局部示意圖。
圖5是本發明另一實施例的外層扇葉示意圖。
圖6是本發明另一實施例的離心式散熱風扇的示意圖。
圖7是圖6的離心式散熱風扇的俯視圖。
圖8是圖6的離心式散熱風扇的剖視圖。
圖9是本發明的離心式散熱風扇的相關構件結合示意圖。
圖1是依據本發明一實施例的離心式散熱風扇的示意圖。圖2是圖1的離心式散熱風扇的部分構件俯視圖。圖3是圖1 的離心式散熱風扇的局部剖視圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，離心式散熱風扇100包括輪轂130、扇葉組110與扇葉組120、輪架140以及殼體150，其中輪轂130、扇葉組110、扇葉組120與輪架140設置於殼體150之內且沿軸向X1進行旋轉，同時殼體150具有位於軸向X1上的兩個入風口151、152與位於徑向X2上的至少一個出風口(本實施例繪示兩個出風口153、154為例示)。離心式散熱風扇100運轉時，氣流適於從入風口151、152進入殼體150，而從出風口153、154流出殼體150。
更重要的是，本實施例的雙層扇葉組(扇葉組110、120)是沿徑向X2而呈內層地、外層地環繞輪轂130，其中位於內層的扇葉組110與位於外層的扇葉組120之間沿徑向X2保持間隙G1，輪架140連接輪轂130與位於外層的扇葉組120。再者，位於內層的扇葉組110直接結構結合至輪轂130，而位於外層的扇葉組120則是經由輪架140而與輪轂130間接結合。簡言之，位於內層的扇葉組110屬於波葉特徵，而位於外層的扇葉組120則是屬於輪葉特徵，其中兩者最大的差異即是是扇葉是否直接與輪轂130連接。
扇葉組110與輪轂130是採異質材料結合，例如是以金屬扇葉通過埋入射出的手段而與塑膠材質的輪轂130進行結合，也可以是塑膠扇葉而與輪轂130一體成型，或是金屬扇葉通過鑄造手段而與金屬材質的輪轂130進行結合。如此一來，與輪轂130直接結構結合的扇葉組110正位於能對應入風口151、152的軸向 X1上，而在離心式散熱風扇100運轉時作為用以將外部環境的空氣導入殼體150內的主要結構，其採用波葉結構正能因其能提高氣流流入殼體150的流量與順暢程度。在另一未繪示的實施例中，扇葉組與輪轂也可採以塑膠一體成型的手段來製成，或是以塑膠製成輪轂而與金屬(板金或壓鑄製成)扇葉相互結合，或是以金屬(壓鑄製成)輪轂與金屬(板金製成)扇葉相互結合。
更進一步地說，如圖3所示，位於內層的扇葉組110的多個扇葉中，各扇葉具有弧形側緣A2、A4，且弧形側緣A2、A4的凹口朝向入風口151(軸向X1)與出風口153、154(徑向X2，繪示於圖1)，以將從入風口151、152流入離心式散熱風扇100的氣流導引至位於外層的扇葉組120。
如圖3所示，扇葉組110的各扇葉具有對應入風口151的頂緣A1與對應入風口152的底緣A5以及對應出風口153或154(徑向X2)的側緣A3，而前述弧形側緣A2鄰接在頂緣A1與側緣A3之間，前述弧形側緣A4鄰接在底緣A5與側緣A3之間，其中頂緣A1具有徑向尺寸L1，底緣A5具有徑向尺寸L2，而側緣A3具有徑向尺寸L1a，徑向尺寸L1小於徑向尺寸L1a，且徑向尺寸L2小於徑向尺寸L1a。因此，扇葉組110的各扇葉的徑向尺寸是從入風口151、152(軸向X1)處朝向出風口153、154(徑向X2)處漸增，據以提供上述的氣流導引效果。
在此以扇葉組110的各扇葉來看，在輪轂130的轉速是固定的前提下，扇葉組110的各扇葉在側緣A3處會具有較大的切 線速度，而頂緣A1或底緣A5則因前述尺寸限制與弧形側緣A2、A4的緣故，則具有較小的切線速度。如此一來，切線速度快的區域即代表存在較小的氣流壓力，因此扇葉組110的各扇葉藉由其徑向尺寸的漸擴設計，除了可以將氣流順暢地導入扇葉組110之外，還可以增加吸取外界空氣的能力。
相對地，位於外層的扇葉組120的多個扇葉中，各扇葉具有弧形側緣B2、B4，且弧形側緣B2、B4的凹口是朝向入風口151、152(軸向X1)與輪轂130，且與前述扇葉組110的弧形側緣A2、A4呈現彼此相對的狀態，進而使位在外層的扇葉組120能順利地接受從扇葉組110導引出的氣流。再者，如圖3所示，本實施例的弧形側緣A2、A4、B2、B4的弧度不同，也代表著其能對殼體150的入風口151、152也採不同尺寸或外型的設計。
請再參考圖2與圖3，在本實施例中，輪架140包括第一結合部141、連接部142與第二結合部143，第一結合部141結合至輪轂130，第二結合部143結合至位於外層的扇葉組120，連接部142連接在第一結合部141與第二結合部143之間。在此，位於內層的扇葉組110的部分扇葉也會結合至連接部142。正由於扇葉組120是以輪架140作為其與輪轂130之間的結合與支撐結構，因此有別於扇葉組110，扇葉組120明顯具備輪葉特徵，也就是以輪架140作為其承載的基底，故而對於扇葉組120的每個扇葉而言，能再使其厚度進一步地變薄而毋須擔心結構強度不足的影響。此舉也相當於能因此增加的扇葉組120的扇葉數量，且毋須 擔心前述難以組裝的問題。舉例來說，位在外層的扇葉組120的各扇葉厚度可採用小於或等於0.08mm，並因第二結合部143的存在而毋須擔心扇葉的剛性不足的情形。
簡而言之，位於外層的扇葉組120可以金屬材質製成，以讓位於內層的扇葉組110的扇葉數量小於或等於位於外層的扇葉組120的扇葉數量，且讓位於外層的扇葉組120的扇葉厚度小於位於內層的扇葉組110的扇葉厚度。如此一來，輕薄化的扇葉結構以及扇葉數量的增加，都能使位於外層的扇葉組120有效提高其氣流流量與氣流壓力。此外，設計者還能藉由適當調整內層的扇葉組110的扇葉數量與外層的扇葉組120的扇葉數量，以適性調整離心式散熱風扇100在運轉時所產生的噪音。換句話說，利用雙層扇葉組110、120扇葉數量的不同，能避免離心式散熱風扇100持續產生高頻或低頻的噪音。
請再參考圖3，在本實施例中，扇葉組120的各扇葉還具有頂緣B1、底緣B5、內側緣B3與外側緣B6，其中內側緣B3與扇葉組110的扇葉的側緣A3相對並保持間隙G1，頂緣B1對應入風口151，底緣B5對應入風口152，而外側緣B6則用以對應出風口153、154。在此扇葉組120的各扇葉還具有位於外側緣B6的多個切口結構，其用以讓氣流增加並從出風口153、154排出時增加紊流的產生，以降低在出風口153、154所產生的噪音。
圖4是本發明另一實施例的離心式散熱風扇的局部示意圖，以側視視角繪示離心式散熱風扇的局部。請參考圖4，在本實 施例中，有別於前述實施例存在的一對弧形側緣A2、A4，本實施例的扇葉組110A的各扇葉僅具有朝向入風口151(軸向X1)與出風口154、154(徑向X2)的弧形側緣A21，而扇葉組120A也同樣僅具有朝向入風口151(軸向X1)與出風口153、154(徑向X2)的弧形側緣B21。惟不變的是，扇葉組110的徑向尺寸仍是由入風口151處(軸向X1)朝向出風口154、154處(徑向X2)漸增，以能順利地將氣流從入風口151導引至扇葉組120A。在此，扇葉組110A在其頂緣A11的徑向尺寸小於在其底緣A51的徑向尺寸。
圖5是本發明另一實施例的外層扇葉示意圖。請參考圖5並對照圖3，有別於前述實施例僅在外側緣B6具有切口結構，本實施例扇葉組120B的扇葉在其內側緣B61與外側緣B62皆具有切口結構，且在本實施例中，外側緣B62處的切口數量大於內側緣B61處的切口數量。
請再參考圖3，在本實施例中，輪架140與位於外層的扇葉組120是採異質材料結合，即扇葉組120的扇葉以金屬材質製成，而通過埋入射出的手段與輪架140結合在一起，其中內層的扇葉組110的部分扇葉也能一併結合至輪架140的連接部142或第一結合部141。在此，第二結合部143實質上是結合至扇葉組120的扇葉中央，且特別是對應至內側緣B3的凹口處。接著，請參考圖4，本實施例的輪架140A同樣包括第一結合部141A、第二結合部143A與連接部142A，而與前述實施例不同的是，輪架 140A是位於入風口151的相對處，進而使第一結合部141A是結合至輪轂130的底部，且第二結合部143A是結合至扇葉組120A的扇葉的底部，以搭配弧形側緣A21、B21的輪廓趨勢。
圖6是本發明另一實施例的離心式散熱風扇的示意圖。圖7是圖6的離心式散熱風扇的俯視圖。圖8是圖6的離心式散熱風扇的剖視圖，其是沿圖7所示剖線A-A而產生。請參考圖6至圖8，本實施例的扇葉結構較為接近前述圖4所示，即輪架140C包括連接部142C與結合部143C，且輪架140C實質上是與輪轂130呈一體成型結構，以讓連接部142C從輪轂130沿徑向X2延伸出後而連接至結合部143C。結合部143C例如是與輪轂130同心(同旋轉中心，也就是軸向X1)的輪環，並用以結合扇葉組120的每個扇葉。更重要的是，本實施例的扇葉組120即是前述實施例位於外層的扇葉組120，而結合部143C是與扇葉組120的底部相互結合，以讓扇葉組120的各扇葉通過結合部143C而作為其結合、支撐結構。
圖9是本發明的離心式散熱風扇的相關構件結合示意圖。請參考圖9，在此繪示的是輪架與位在外層的扇葉組120的可能結合處C1~C7，也就是輪架能結合至所述結合處C1~C7的至少其中之一。在此輪架與扇葉的結合處C1~C7的面積約為扇葉整體面積的10%~20%。也就是說，輪架可依據需求而結合所需位置，且也可同時結合至複數個結合處C1~C7，在扇葉組120能以輪架作為其支撐結構並確保扇葉的結構強度的前提之下，設計者 可依據扇葉的條件(例如外型、尺寸與厚度)而決定前述結合處C1~C7的所在位置。圖9中僅提供輪架連接至結合處C1~C3的可能形式，但不以此為限。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，離心式散熱風扇藉由在輪轂外圍沿徑向設置呈內層地、外層地環繞輪轂的雙層扇葉組，且使位於內層的扇葉組與位於外層的扇葉組之間沿徑向保持間隙，並以輪架連接輪轂與位於外層的扇葉組。如此一來，前述雙層扇葉組便能形成具有波葉(wave blade)特性的內層扇葉組與形成具有輪葉(wheel blade)特性的外層扇葉組，而以所述配置讓離心式散熱風扇能兼具波葉扇葉與輪葉扇葉的優點。
也就是說，對於雙層扇葉組而言，位於內層的扇葉組由於是與輪轂直接結合，故能維持現有金屬扇葉的設計邏輯，也就是維持氣流流入離心式散熱風扇的順暢度、具備較大氣流流量以及降低噪音的效果。再者，對於外層扇葉組而言，由於存在輪架作為結合與支撐結構，且特別是能以金屬扇葉搭配塑膠或金屬的異質材料結合手段，而有效地提高位在外層的扇葉組的結構強度，因此設計者能再進一步地降低外層扇葉組的扇葉厚度，此舉也相當於增加了外層扇葉組的扇葉數量，也使離心式風扇能提高其排風處的氣流壓力，而提高散熱效益。同時，外層扇葉組的扇葉數量也能因應內層扇葉組的扇葉數量進行調配設計，以利於進行噪音管控。
100:離心式散熱風扇
110、120:扇葉組
130:輪轂
140:輪架
150:殼體
151:入風口
153、154:出風口
G1:間隙
X1:軸向
X2:徑向

Claims (32)

  1. 一種離心式散熱風扇，包括：輪轂；輪架；以及雙層扇葉組，沿徑向呈內層地、外層地環繞該輪轂，位於該內層的該扇葉組與位於該外層的該扇葉組之間沿該徑向保持間隙，該輪架連接該輪轂與位於該外層的該扇葉組，其中該離心式散熱風扇具有沿軸向設置的至少一入風口與沿所述徑向設置的至少一出風口，位於該內層的該扇葉組的多個扇葉中，各該扇葉的徑向尺寸從該入風口處朝向該出風口處漸增。
  2. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的扇葉數量小於或等於位於該外層的該扇葉組的扇葉數量。
  3. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該輪轂與位於該內層的該扇葉組採異質材料結合。
  4. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該輪架與位於該外層的該扇葉組採異質材料結合。
  5. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該輪架。
  6. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的材質為金屬或塑膠。
  7. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的材質為金屬。
  8. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該輪架包括第一結合部、連接部與第二結合部，該第一結合部結合至該輪轂，該第二結合部結合至位於該外層的該扇葉組，該連接部連接在該第一結合部與該第二結合部之間。
  9. 如請求項8所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該連接部。
  10. 如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的扇葉厚度小於位於該內層的該扇葉組的扇葉厚度。
  11. 一種離心式散熱風扇，包括輪轂、輪架與雙層扇葉組，該雙層扇葉組沿徑向呈內層地、外層地環繞該輪轂，位於該內層的該扇葉組與位於該外層的該扇葉組之間沿該徑向保持間隙，該輪架連接該輪轂與位於該外層的該扇葉組，該離心式散熱風扇具有沿軸向設置的至少一入風口與沿所述徑向設置的至少一出風口，其中位於該內層的該扇葉組的多個扇葉中，各該扇葉具有至少一弧形側緣，該弧形側緣的凹口朝向該入風口與該出風口，以將從該入風口流入該離心式散熱風扇的氣流導引至位於該外層的該扇葉組。
  12. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的多個扇葉中，各該扇葉具有至少一另一弧形側 緣，該另一弧形側緣的凹口朝向該入風口與該輪轂，且該弧形側緣與該另一弧形側緣彼此相對，以接受該氣流。
  13. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的扇葉數量小於或等於位於該外層的該扇葉組的扇葉數量。
  14. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中該輪轂與位於該內層的該扇葉組採異質材料結合。
  15. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中該輪架與位於該外層的該扇葉組採異質材料結合。
  16. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該輪架。
  17. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的材質為金屬或塑膠。
  18. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的材質為金屬。
  19. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中該輪架包括第一結合部、連接部與第二結合部，該第一結合部結合至該輪轂，該第二結合部結合至位於該外層的該扇葉組，該連接部連接在該第一結合部與該第二結合部之間。
  20. 如請求項19所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該連接部。
  21. 如請求項11所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的扇葉厚度小於位於該內層的該扇葉組的扇葉厚度。
  22. 一種離心式散熱風扇，包括輪轂、輪架與雙層扇葉組，該雙層扇葉組沿徑向呈內層地、外層地環繞該輪轂，位於該內層的該扇葉組與位於該外層的該扇葉組之間沿該徑向保持間隙，該輪架連接該輪轂與位於該外層的該扇葉組，該離心式散熱風扇具有沿軸向設置的兩個入風口與沿所述徑向設置的至少一出風口，其中位於該內層的該扇葉組的多個扇葉中，各該扇葉具有一對弧形側緣，各該弧形側緣的凹口朝向該兩個入風口的其中之一與該出風口。
  23. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的多個扇葉中，各該扇葉具有另一對弧形側緣，所述另一對弧形側緣的凹口分別朝向該兩個入風口的其中之一與該輪轂，其中該對弧形側緣與該另一對弧形側緣彼此相對。
  24. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的扇葉數量小於或等於位於該外層的該扇葉組的扇葉數量。
  25. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中該輪轂與位於該內層的該扇葉組採異質材料結合。
  26. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中該輪架與位於該外層的該扇葉組採異質材料結合。
  27. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該輪架。
  28. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的材質為金屬或塑膠。
  29. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的材質為金屬。
  30. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中該輪架包括第一結合部、連接部與第二結合部，該第一結合部結合至該輪轂，該第二結合部結合至位於該外層的該扇葉組，該連接部連接在該第一結合部與該第二結合部之間。
  31. 如請求項30所述的離心式散熱風扇，其中位於該內層的該扇葉組的部分扇葉結合至該連接部。
  32. 如請求項22所述的離心式散熱風扇，其中位於該外層的該扇葉組的扇葉厚度小於位於該內層的該扇葉組的扇葉厚度。
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