TWM545842U - 葉輪 - Google Patents

Description

葉輪

本創作係關於一種葉輪，特別關於一種各葉片具有不同的葉片長度及葉片間夾角的葉輪。

散熱裝置已被廣泛的應用在各式的電子裝置，其中散熱風扇由於具有低成本、高散熱效果的優勢，且可靠度高，目前成為主要應用於各種系統的散熱裝置之一。

然而，在各式散熱風扇的設計考量下，除了滿足風量、風壓或轉速等條件需求之外，非常重要的一點還包含如何降低散熱風扇所產生的噪音，或是降低散熱風扇轉動時所發出的異常聲響。散熱風扇如若在運作時風扇會發出噪音、風切聲或是風扇轉動時會發出異常聲響，將明顯降低使用者對於產品的使用感受或滿意程度。換言之，散熱裝置如果在運作時，可具有較小的風扇噪音，將顯著提升使用者對於產品的滿意度。

因此，如何提供一種散熱裝置，當其運作時除了能夠有效地進行散熱之外還能夠有效降低風扇產生的噪音，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本創作之目的為提供一種葉輪與風扇。相較於習知的散熱裝置而言，本發明之葉輪與風扇能夠在運作時除了能夠有效地進行散熱之外，還能夠有效降低葉片產生的噪音。

為達上述目的，依本創作之一種葉輪，葉輪包括一輪轂以及複數葉片，葉片具有一葉片根部並透過葉片根部連接輪轂，各葉片具有不同的葉片長度，各葉片間的一夾角彼此不同，夾角係葉片根部與輪穀所夾角度，且葉片整體的一質心與葉輪的一軸心位置相同。

在一實施例中，夾角是逐葉片逐漸地變化，且葉片的葉片長 度係因應夾角的逐漸地變化而對應地增減，使得葉片整體的質心落在葉輪的軸心位置。

在一實施例中，葉片的葉片長度與夾角係等差式地逐漸地變化。

在一實施例中，相較於相鄰葉片，各葉片的葉片長度的變化幅度介於1%~10%。

在一實施例中，相較於相鄰葉片，各夾角的變化幅度介於1%~10%。

在一實施例中，各葉片導致的噪音頻率不同。

在一實施例中，葉輪更包括一葉片加強結構，葉片加強結構環繞輪轂並連接葉片。

在一實施例中，葉片為平衡不對稱結構，使葉片整體的質心與軸心位置相同。

為達上述目的，依本創作之一種葉輪，葉輪包括一輪轂、複數葉片以及一葉片加強結構，葉片具有一葉片根部並透過葉片根部連接輪轂，各葉片具有不同的葉片長度，各葉片間的一夾角彼此不同，夾角係葉片根部與輪穀所夾角度，且葉片整體的一質心與葉輪的一軸心位置相同，葉片加強結構環繞輪轂並連接於部分的葉片。

在一實施例中，葉片加強結構設置於該些葉片其中的至少兩片葉片或以上。

在一實施例中，夾角是逐葉片逐漸地變化，且葉片的葉片長度係因應夾角的逐漸地變化而對應地增減，使得葉片整體的質心落在葉輪的軸心位置。

在一實施例中，相較於相鄰葉片，各葉片的葉片長度的變化幅度介於1%~10%。

在一實施例中，相較於相鄰葉片，各夾角的變化幅度介於1%~10%。

在一實施例中，各葉片導致的噪音頻率不同。

在一實施例中，葉片為平衡不對稱結構，使葉片整體的質心 與軸心位置相同。

在一實施例中，葉片加強結構係間斷性環繞輪轂一圈來連接葉片。

承上所述，本創作之葉輪，葉輪包括一輪轂以及複數葉片，葉片具有一葉片根部並透過葉片根部連接輪轂，各葉片具有不同的葉片長度，各葉片間的一夾角彼此不同，夾角係葉片根部與輪穀所夾角度，且葉片整體的一質心與葉輪的一軸心位置相同。藉此，使得葉輪與風扇在運作時除了能夠有效地進行散熱，還能夠有效降低產生的噪音，提升使用者對於產品的滿意度。

1、2、3‧‧‧葉輪

11、21、31‧‧‧輪轂

12、121~1221、22、221~2221、32、321~3221‧‧‧葉片

121a~1221a‧‧‧葉片根部

121b~1221b‧‧‧葉片中段

121c~1221c‧‧‧葉片尾部

23、33‧‧‧葉片加強結構

C1‧‧‧軸心

C2‧‧‧質心

M‧‧‧馬達

R、R1~R21‧‧‧葉片長度

Y、Y1~Y21‧‧‧設置間距

θ、θ1~θ21‧‧‧夾角

圖1A為依據本發明一實施例的一種風扇的立體示意圖。

圖1B為依據本發明一實施例的一種葉輪的立體示意圖。

圖1C為圖1B之散熱裝置的葉片上視圖。

圖1D為圖1B之散熱裝置的葉片上視圖。

圖2A為依據本發明另一實施例的一種葉輪的立體示意圖。

圖2B為圖2A之散熱裝置的葉片上視圖。

圖3A為依據本發明另一實施例的一種葉輪的立體示意圖。

圖3B為圖3A之葉輪的葉片上視圖。

以下將參照相關圖式，說明依本創作較佳實施例之一種葉輪，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參照圖1A~圖1D所示，其中，圖1A為依據本發明一實施例的一種風扇的立體示意圖。圖1B為依據本發明一實施例的一種葉輪的立體示意圖。圖1C、圖1D為圖1B之葉輪的葉片上視圖。為了說明葉輪的結構，圖1A~圖1D之葉輪1的長度及形狀只是示意，實際的應用上可根據要散熱的電子裝置熱源及應用環境而定。

如圖1A所示，本實施例之葉輪1是以散熱風扇之葉輪為 例。風扇可適用於多種電子元件的散熱用途，例如但不限於電腦、功率元件、中央處理器(CPU)、顯示卡(VGA)、晶片(IC)或主機板(M/B)、燈具等易產生高溫熱能之電子元件。風扇可提供強制性的空氣對流吹拂連接電子元件的散熱器或散熱片，以去除電子元件或熱源所產生之熱能。

本實施例所提供之一種風扇，風扇包括有一葉輪1及一馬達M。葉輪1具有下述各實施例中的技術特徵；而馬達M則連接如下述各實施例中之輪轂。葉輪1包括一輪轂11以及複數葉片12。另外，風扇除了包含葉輪1之外，還可更包含上、下殼體、軸承與驅動裝置(馬達M)。各葉片12的一端(葉片根部)連接至輪轂11，而另一端則向輪轂11的外側彎曲並延伸，藉此可使各葉片12佈設於輪轂11之周邊，且輪轂11可旋轉的結合馬達M的一定子，而使定子可驅動輪轂11旋轉作動，並連帶帶動各葉片12旋轉以對應的提供強制性的空氣對流而達到散熱作用。此外，本實施例的風扇，其所具有之輪轂與葉輪的詳細技術特徵，可參考下述各實施例所載，此不贅述。

輪轂11及葉片12可採一體塑膠射出成形，並使用如聚丙烯PP、ABS樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯PBT等塑膠材質，或為了增強葉片的硬度而可另外使用複合材料，例如於其中加入玻璃纖維。或亦可選擇金屬材質，例如使用鋁合金。由於金屬葉片在高速運轉下的形變量比塑膠葉片低，因此可做出比塑膠葉片更長的成品長度及較好的剛性，延長葉輪的使用壽命。

另外，請參考圖1B，葉輪1具有一軸心C1，且葉片12的葉片數量亦可選擇奇數或是偶數的配置態樣，其中葉片之數量若為偶數的話，當運轉時，葉片12會穿過旋轉軸心C1分別位於兩側，震動會相互傳遞，易形成不必要的共振，降低輪轂11壽命的同時也會加大葉輪1運作時的噪音。若為奇數數量的葉片設計，葉片12之間雖也會相互傳遞震動，但由於葉片12兩兩之間並不在同一直線上，震動方向不同，較可以避免震動能量的疊加。

當氣體受到週期性的擾動時，例如散熱風扇之葉輪及其葉片(轉子)旋轉而驅動氣流進行散熱作用的過程中，容易產生相同振動頻率 的噪音，並經由空氣的傳遞進一步形成單一頻率的噪音，或空間中的氣體因為葉片與壓力場的移動而受到壓力波動影響，將產生窄頻噪音，且扇框與葉片之間隙也會進一步影響窄頻噪音的產生。

而一般散熱風扇例如安裝於電子元件時，會因葉片與機殼進氣網孔之間的相對風切，產生額外的高頻噪音。這使得葉輪單獨運轉時，或裝機後的噪音都會明顯增加。特別是一般的散熱風扇，其兩相鄰葉片間多呈等間隔、等間距或等夾角的分佈型態，因此當扇葉驅動氣流通過各扇葉的過程中，容易因為等間距排列之葉片設計，在葉片數與轉數的乘積所得的頻率，聲音能量在該頻率上會有疊加的現象，造成該頻率的聲音能量明顯突出相鄰頻率的聲音能量，同樣會產生噪音，即共振噪音，而此共振對於電子元件或風扇本身的使用壽命來說，亦造成負面影響。

此外，當該噪音頻率的聲音能量高於相鄰頻率的聲音能量7dB(分貝)時，人耳即可明顯感受到不悅耳的聲音，造成使用者對於散熱風扇的感受度及滿意度下降。對此，各葉片間若具有特定的不規則性，將可減緩上述噪音問題的產生，並降低所造成的影響。因此為了可更進一步解決上述產生噪音的缺點，本實施例的葉輪1更將葉片12設計為有別於習知散熱風扇的葉片結構。

請繼續參考圖1B~圖1D，葉輪1中的葉片12數量可為n個，分別為葉片121、122、123...12n。其中，本實施例設定複數葉片12的數量為n=21進行說明(21片葉)。另外，如圖1D所示，葉片121、122、123...1221分別具有一葉片根部、一葉片中段以及一葉片尾部。舉例而言，葉片121具有葉片根部121a、葉片中段121b以及葉片尾部121c，且各葉片121~1221可各自透過葉片根部121a、122a...1221a連接於輪轂11。並且，各二相鄰葉片之間則分別具有夾角θ1、θ2、θ3...θ21，且各葉片121、122、123...1221分別具有葉片長度R1~R21。而且，各葉片的葉片長度R1~R21不同(葉片長度R1=葉片尾部121c加上葉片根部121a以及葉片中段121b三者共同相加的長度)，各葉片間的夾角θ彼此不同。

在本實施例中，各葉片的葉片尾部121c、122c...1221c的長度彼此不同，但葉片根部121a~1221a及葉片中段121b~1221b的長度則 為固定，因而使各葉片121~1221具有不同的葉片長度R1~R21。以葉片121、122為例，葉片根部121a、122a及葉片中段121b、122b的長度兩者相等，但葉片尾部121c、122c的長度則兩者不同，因此葉片121、122具有不同的葉片長度R1及R2。夾角θ1~θ21係根據各葉片根部121a~1221a與輪穀11所夾角度而定義。另外，於各葉片121~1221的葉片尾部121c~1221c間還分別具有不等的設置間距Y1~Y21，設置間距在當葉片數量較多的情況下，其長度將近似於兩扇葉葉片尾部間的直線間隔距離。

本實施例各葉片121~1221的葉片長度R1~R21、夾角θ1~θ21與設置間距Y1~Y21皆為逐漸地調整，而非如同一般習知的葉片是以等間距的方式設置於輪轂11。另外，本實施例葉片121~1221的葉片長度R1~R21係進一步根據逐漸調整的夾角θ1~θ21而對應增減其長度，因此有別於一般散熱風扇的葉片只具有完全相同的葉片長度。換句話說，如果夾角θ1~θ21與設置間距Y1~Y21逐漸變大，葉片121~1221的葉片長度R1~R21會對應的跟著逐漸變長(只有葉片尾部121c~1221c會對應變長)，反之則逐漸變短。

另外，葉片121~1221是由葉片長度R1的葉片121，依序藉由夾角θ1~θ21於輪轂11周緣沿逆時鐘方向依序設置葉片122、123至1221。當然，在別的實施態樣下也可以是以順時鐘的方向依序設置各葉片，本創作並不限定。

而且，葉片121~1221的葉片長度R1~R21、設置間距Y1~Y21及夾角θ1~θ21皆係依照等差式地逐漸調整。也就是說，本實施例逐漸地調整方式為一種等差式地逐漸調整。亦即葉片121~1221各葉片間的夾角θ須滿足θ2=θ1+d、θ3=θ1+2d、θ4=θ1+3d...θ21=θ1+20d的角度關係，其中d為一等差角度。或者，設置間距Y須滿足Y2=Y1+Z、Y3=Y1+2Z、Y4=Y1+3Z...Y21=Y1+20Z，其中Y為設置間距長度，d為一等差間距。另外，由於葉片121~1221的葉片長度R1~R21，係進一步根據逐漸調整的夾角θ1~θ21而對應增減其長度，因此各葉片的葉片長度R1~R21須分別滿足R2=R1+D、R3=R1+2D、R4=R1+3D...R21=R1+20D的葉片長度關係，其中D為一等差葉片長度。

因此，葉片12是由輪轂11周緣沿逆時鐘方向，根據等差式地逐漸調整夾角θ1~θ21與設置間距Y1~Y21而依序設置逐漸增長的葉片121~1221，且在實際應用本實施例的葉輪1時，每次等差式地逐漸調整葉片時，相較於相鄰葉片，各葉片的葉片長度R及各夾角θ的變化幅度可介於1%~10%，較佳則介於3%~7%。如此一來，可使葉片12的葉片長度R、夾角θ改變的幅度維持在一定範圍內。因此，本實施例之各葉片除了利用各葉片間具有不同的夾角之外，還透過不同葉片長度、不同設置間距的設置，可更進一步提高各葉片12彼此間的不規則性。

除了滿足上述設置條件之外，更重要的是，該些葉片121~1221整體的一質心C2與葉輪1的軸心C1位置必須相同。也就是說，本實施例的葉片12為一種平衡不對稱結構的設置態樣，藉由不對稱地設置葉片12，但仍可使葉片12整體的質心C2可與軸心C1位置相同(質量中心還是在正中央)。因此葉輪1即使高速運轉，也能使裝置穩定，並不會因為不平衡的葉片旋轉而造成葉片損壞或是運轉中發出異常聲響。

在本實施例中，係藉由前述逐漸式調整對於葉片12的不規則處或不對稱處進行增減重的配重設計，以達成葉輪1運作時的動態平衡。其中維持動態平衡方法即是藉由使葉輪1中，具有較短葉片長度R及質量較小的葉片具有較大的設置密度(即具有較小的設置間距Y及夾角θ)，而具有較長葉片長度R及質量較大的葉片則對應具有較小的設置密度(即具有較大的設置間距Y及夾角θ)。因此，可使葉片12整體的質心C2最終仍可與葉輪1軸心C1位置保持相同。而且，於逐漸調整後因各該葉片之葉片長度及夾角角度皆不同，故可再對於葉輪1中的各葉片121~1221進行葉片長度檢測、設置間距檢測、角度校正以及動態平衡測試。據此，葉片12以上述逐漸式調整的設置方式，仍可達到葉輪1運作時之動態平衡。

另外，在其他的實施態樣下，葉片121~1221的葉片長度R1~R21以及葉片121~1221之間的夾角θ1~θ21與設置間距Y1~Y21，也可以使用不同的逐漸式調整方式，只要可以使葉片121~1221整體旋轉時可維持動態平衡狀態，讓整體的質心保持在與葉輪1的軸心位置相同即可。

在實際應用本實施例的葉輪1時，各葉片121~1221因透過葉片尾部121c~1221c連接輪轂11而被馬達驅動旋轉，並可由前述葉片長度R以及夾角θ與設置間距Y以逐漸式調整的設置方式，而可分別使葉片121~1221於葉輪1運作時，對應產生出頻率f1、f2、f3...f21的噪音頻率，各葉片導致的噪音頻率f1、f2、f3...f21不同。因此，葉輪1之葉片12旋轉而驅動氣流進行散熱作用的過程中，不會再因葉片的葉片長度、設置間距與夾角具有規則性，而產生相同頻率的噪音頻率。據此，可讓各葉片所發出的噪音頻率有效地被分散，不會因空氣的傳遞而進一步形成單一頻率的噪音頻率，各葉片導致的噪音頻率不同，聲音能量不會在特定頻率上有疊加的現象，如此即可避免特定頻率的聲音能量明顯突出於相鄰頻率的聲音能量，防止不必要的共振噪音產生。

接著請參考圖2A及圖2B，圖2A為依據本發明另一實施例的一種葉輪的立體示意圖。圖2B為圖2A之葉輪的葉片上視圖。圖2A中，葉輪2具有與葉輪1大部分相同的元件及元件間關係，不過於圖2A及圖2B的葉輪2僅顯示部份與葉輪1不同的元件。與葉輪1的不同之處在於，本實施例的葉輪2相較於葉輪1，還更包括一葉片加強結構23，且葉片加強結構23可環繞於輪轂21並連接葉片22。此外，本實施例的葉片加強結構23是完整的環繞輪轂21一圈並固定連接於葉片22。以此更能達到固定、強化葉片22外型與結構強度的效果。

葉片22的葉片長度R、設置間距Y及夾角θ，與葉片12同樣是利用逐漸式調整的設置方式，葉片22是由具有葉片長度R1的葉片221，藉由夾角θ1~θ21於輪轂21周緣同樣沿著逆時鐘方向依序設置葉片222~2221。不過，本實施例各葉片221~2221的葉片長度R與設置間距Y及夾角θ並不是以等差式地逐漸調整，而是單純以R1<R2<...<R21、θ1<θ2<...<θ21以及Y1<Y2<...<Y21此一逐漸變大的長度、角度關係依序設置葉片221~2221。

在另外的實施態樣下，葉輪可更包括一葉片加強結構，環繞輪轂並連接葉片，其中夾角是逐葉片逐漸地變化，且葉片的葉片長度係因應夾角的逐漸地變化而對應地增減，使得葉片整體的質心落在葉輪的軸心 位置，其中葉片的葉片長度與夾角係等差式地逐漸地變化，其中相較於相鄰葉片，各葉片的葉片長度的變化幅度介於1%~10%，其中相較於相鄰葉片，各夾角的變化幅度介於1%~10%，其中各葉片導致的噪音頻率不同，其中葉片為平衡不對稱結構，使葉片整體的質心與軸心位置相同。

據此，本實施例各葉片221~2221導致的噪音頻率不同，葉輪2同樣可使葉片22發出的聲音頻率有效的分散。在葉片旋轉而驅動氣流進行散熱作用的過程中，不會因葉片的葉片長度、設置間距與夾角具有規則性，而導致相同振動頻率的噪音頻率。亦不會因空氣的傳遞而進一步形成單一頻率的噪音頻率。同樣使聲音能量不會在特定頻率上有疊加的現象，可達到避免特定頻率的聲音能量明顯突出於相鄰頻率的聲音能量，除了防止不必要的共振噪音產生之外，透過葉片加強結構23完整的環繞輪轂21一圈並固定連接於葉片22，此配置可進一步再增強葉片的剛性及耐用度，使葉輪2具有更長的使用壽命。

此外，葉輪2的相關實施方式可參考前一實施例葉輪1的說明，於此不再贅述。

接著請參考圖3A及圖3B，圖3A為依據本發明另一實施例的一種葉輪的立體示意圖。圖3B為圖3A之葉輪的葉片上視圖。

圖3A與圖3B中，葉輪3具有與葉輪2大部分相同的元件及元件間關係。與葉輪2的不同之處在於，本實施例的葉輪3相較於葉輪2，本實施例的葉片加強結構33並非如同葉片加強結構23是完整地環繞輪轂21一圈連接葉片22，而是將葉片加強結構33設置於葉片32葉片長度R、夾角θ與設置間距Y改變幅度較大的地方。例如，可設定當改變幅度大於7%以上的葉片32才設置有葉片加強結構33。此外，本實施例係以葉片加強結構33設置於葉片32其中的至少兩片葉片或以上，因此葉片加強結構33係間斷性環繞於輪轂31一圈來連接葉片32，以達到固定、強化葉片32的外型與結構強度效果。

本實施例葉片32的葉片長度R與設置間距Y及夾角θ同樣並不是以等差式地逐漸調整，而是如同前一實施例以R1<R2<...<R21、θ1<θ2<...<θ21以及Y1<Y2<...<Y21此一逐漸變大的長度、角度關係依序設 置葉片32。因此，各葉片導致的噪音頻率不同，同樣可使葉片32發出的聲音頻率有效的分散，葉片32於葉輪3運行時將能夠避免產生相同頻率的單一噪音頻率。除了防止不必要的共振噪音產生之外，透過葉片加強結構33設置於葉片32改變幅度較大之處並固定連接於該些葉片32，此配置同樣可進一步再增強葉片的剛性及耐用度，使葉輪3具有更長的使用壽命。

此外，葉輪3的相關實施方式可參考前一實施例葉輪2的說明，於此不再贅述。

綜上所述，本創作之葉輪，葉輪包括一輪轂以及複數葉片，葉片具有一葉片根部並透過葉片根部連接輪轂，各葉片具有不同的葉片長度，各葉片間的一夾角彼此不同，夾角係葉片根部與輪穀所夾角度，且葉片整體的一質心與葉輪的一軸心位置相同。藉此，使得葉輪與風扇在運作時除了能夠有效地進行散熱，還能夠有效降低產生的噪音，提升使用者對於產品的滿意度。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧葉輪

11‧‧‧輪轂

12‧‧‧葉片

M‧‧‧馬達

Claims (11)

1. 一種葉輪，包括：一輪轂；以及複數葉片，具有一葉片根部並透過該葉片根部連接該輪轂，各該葉片具有不同的葉片長度，各該等葉片間的一夾角彼此不同，該夾角係該葉片根部與該輪穀所夾角度，且該些葉片整體的一質心與該葉輪的一軸心位置相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該等夾角是逐葉片逐漸地變化，且該葉片的葉片長度係因應該夾角的逐漸地變化而對應地增減，使得該些葉片整體的該質心落在該葉輪的該軸心位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之葉輪，其中該等葉片的葉片長度與該等夾角係等差式地逐漸地變化。
4. 如申請專利範圍第2項所述之葉輪，其中相較於相鄰葉片，各該等葉片的葉片長度的變化幅度介於1%~10%。
5. 如申請專利範圍第2項所述之葉輪，其中相較於相鄰葉片，各該等夾角的變化幅度介於1%~10%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中各該等葉片導致的噪音頻率不同。
7. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，更包括：一葉片加強結構，環繞該輪轂並連接該等葉片。
8. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該些葉片為平衡不對稱結構，使該些葉片整體的該質心與該軸心位置相同。
9. 一種葉輪，包括：一輪轂；複數葉片，具有一葉片根部並透過該葉片根部連接該輪轂，各該葉片具有不同的葉片長度，各該等葉片間的一夾角彼此不同，該夾角係該葉片根部與該輪穀所夾角度，且該些葉片整體的一質心與該葉輪的一軸心位置相同；以及一葉片加強結構，環繞該輪轂並連接於部分的該等葉片。
10. 如申請專利範圍第9項所述之葉輪，其中該葉片加強結構設置於該些葉片其中的至少兩片葉片或以上。
11. 如申請專利範圍第9項所述之葉輪，其中該葉片加強結構係間斷性環繞該輪轂一圈來連接該些葉片。