CN102465893B - 风扇组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风扇组件，其包括一框体、一第一承载结构、一第二承载结构、至少一驱动装置、一负载装置、一主动叶轮、以及一从动叶轮。框体内部具有一气流通道；第一承载结构及第二承载结构分别设置于气流通道的二端。驱动装置设置于第一乘载结构，并驱动主动叶轮转动；负载装置设置于第二承载结构。主动叶轮转动以产生一气流带动从动叶轮转动。

Description

风扇组件

技术领域

本发明涉及一种风扇组件，特别是涉及一种有效提升风能使用效率的减速气动风扇组件。

背景技术

在现有的风扇运用上，请参照图1，风扇包括转子11及定子12以及叶轮14，转子11枢设于一底座13上。当转子11与定子12在风扇通电运转后，因彼此相互作用而使叶轮14产生枢转时，各叶轮14上的叶片因转动而产生风力。

然而，在现有的技术中，为使风量增加，多半是增加叶片对空气作功的面积，亦即采用较大尺寸的风扇。此种方式会产生两个问题：

(一)、当叶片本身重量增加时，在设计上转子的重量也需要增加，因此需要配置较大型的驱动装置以提供驱动装置所需的扭力，这种方式不但使装置较为笨重，也增加建构上的成本。

(二)、当大尺寸的风扇作动时，风扇转速的上限受到限制，导致驱动装置无法在最佳工作效率下运转，所消耗的功率随即增加，因此在能量的使用效率上是相对没有效率的。

发明内容

由于现有技术中，无法针对大尺寸风扇提供较佳的设计方式，以解决大尺寸风扇笨重及能量使用效率不佳等问题。本发明的目的在于提出一种减速气动风扇组件，除了有效地提升能量使用的效率外，在设计上，也考量装置的耐用性、功能性以及装置后续保养维修等问题。

为达上述目的，本发明提供一种风扇组件，其包括：一框体、一第一承载结构、一第二承载结构、至少一驱动装置、一负载装置、一主动叶轮、以及一从动叶轮。框体内部具有一气流通道；第一承载结构及第二承载结构分别设置于气流通道的二端。驱动装置设置于第一乘载结构，并驱动主动叶轮转动；负载装置设置于第二承载结构。主动叶轮转动以产生一气流带动从动叶轮转动。

其中从动叶轮更包括多个第二从动叶环绕多个第一从动叶设置，从动叶轮更包括一第一环形导流结构，设置于多个第一从动叶与多个第二从动叶之间，并连接多个第一从动叶与多个第二从动叶，多个第二从动叶连接于第一环形导流结构的外壁，多个第一从动叶连接第一环形导流结构的内壁，第一环形导流结构的内壁围绕出一容置空间，至少部分主动叶延伸至容置空间内，且第一环形导流结构的内壁较佳为平行或倾斜于一轴线，轴线垂直于主动叶轮转动的平面，与气流通道延伸的方向大致平行。

主动叶轮可包括一第二环形导流结构，设置于主动叶的外缘，第二毂部、多个第一从动叶、多个第二从动叶及第一环形导流结构较佳为一体成型。多个主动叶与多个第一从动叶彼此轴向对应配置，多个第二从动叶径向环绕多个第一从动叶配置，从动叶轮更包括一圆环，绕设于第二从动叶的外缘。多个第二从动叶所导引的气流方向与多个主动叶所导引的气流方向可为相同或相反，多个第一从动叶在轴向上相互重叠。

本发明的风扇组件更包括多个驱动装置轴向串联，每一驱动装置具有一对应的主动叶轮设置于其上，多个驱动装置较佳为相隔于第一承载结构设置。框体可包括一夹层，用以容置电路板等电子元件。此风扇组件可包括一感测器设置于负载装置上，用以量测从动叶轮的转速或通过从动叶轮的气体流速。

驱动装置包括一第一底座、一电路板、一定子、一第一转轴、一磁性元件及至少一第一轴承，多个主动叶设置于第一毂部的外壁，磁性元件设置于第一毂部的内壁，电路板、该定子、第一转轴及第一轴承设置于第一毂部与第一底座所共同定义的空间内，且第一底座以螺丝锁固于第一承载结构。

负载装置包括一第二底座、一第二转轴及至少一第二轴承，多个第一从动叶设置于第二毂部的外壁，第二转轴及至少一第二轴承设置于第二毂部与第二底座所共同定义的空间内，且第二底座以螺丝锁固于第二承载结构。

主动叶轮与从动叶轮之间具有一间隙，彼此不相连接，第一承载结构或第二承载结构以螺丝锁固于框体，第一承载结构或第二承载结构为一保护罩、肋条或静叶，多个主动叶及多个第一从动叶分别于两相反侧具有一凹面及一凸面，多个主动叶的凹面与多个第一从动叶的凹面相对设置，多个主动叶及多个第一从动叶的转动方向相同。

因此，本发明提供一个风扇组件，其从动叶轮不通过马达驱动，而利用主动叶轮所产生的风压，带动从动叶轮旋转。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合图示，作详细说明如下。

附图说明

图1显示现有技术的示意图；

图2是本发明第一实施例的风扇组件的示意图；

图3A是本发明第一实施例的风扇组件的剖面示意图；

图3B是本发明第一实施例的风扇组件的剖面示意图；

图4是本发明第一实施例的风扇组件的部分元件分解图；

图5是本发明第一实施例的风扇组件的各扇叶结构的示意图；

图6是本发明第一实施例的风扇组件的部分元件结构的示意图；

图7是本发明应用于一封闭空间的示意图；

图8是本发明应用于一开放空间的示意图；

图9是本发明第二实施例的风扇组件的剖面示意图；

图10是本发明第二实施例的风扇组件的示意图。

主要元件符号说明

11～转子

12～定子

13～底座

14～叶轮

110、210～框体

111、211～气流通道

112、212～夹层

113、213～电子元件

120、220～第一承载结构

121、221～第二承载结构

130、230～驱动装置

131～第一底座

132～电路板

133～定子

135～第一转轴

136～第一轴承

137～磁性元件

140、240～负载装置

141～感测器

142～第二底座

144～第二转轴

145～第二轴承

150、250～主动叶

151～凸面

152～凹面

155、255～主动叶轮

156、256～第一毂部

251～第二环形导流结构

160、260～第一从动叶

161～凸面

162～凹面

165、265～从动叶轮

166、266～第二毂部

170、270～第一环形导流结构

171、271～容置空间

180、280～第二从动叶

182、282～圆环

a～轴线

t～切线

具体实施方式

为改善现有技术中，大尺寸风扇在使用上能量使用效率不佳及设计上较笨重等问题，本发明于是提出一风扇组件，以成就风扇整体轻量化的设置，进而实质提高驱动装置转速，维持运转效率。其详细实施内容说明如下：

请同时参阅图2及图3A。图2是本发明第一实施例的风扇组件100的示意图，图3A是本发明第一实施例的风扇组件100的剖面示意图。本实施例中，风扇组件100包括一框体110、一第一承载结构120、一第二承载结构121、一主动叶轮155、一从动叶轮165、一驱动装置130、一负载装置140、一第一环形导流结构170及多个第二从动叶180。

框体110具有一气流通道111贯穿，并设置有一夹层112，用以容置至少一电子元件113。第一承载结构120设置于框体110的气流通道111的一端；第二承载结构121设置于气流通道111相对于第一承载结构120的另一端。第一承载结构120与第二承载结构121是以螺丝锁固于框体110。

主动叶轮155包括一第一毂部156及多个主动叶150。从动叶轮165包括一第二毂部166及多个第一从动叶160。多个主动叶150设置于第一毂部156的外壁，多个第一从动叶160面对多个主动叶150而设置于第二毂部166的外壁。多个主动叶150与多个第一从动叶160彼此轴向对应配置。

驱动装置130是本风扇组件100的动力来源，设置于第一承载结构120上，其包括一第一底座131、一电路板132、一定子133、一第一转轴135、至少一第一轴承136及一磁性元件137，磁性元件137设置于第一毂部134的内壁，电路板132、定子133、第一转轴135及第一轴承136设置于第一毂部134与第一底座131所共同定义的空间内，且第一底座131以螺丝锁固于第一承载结构120。

负载装置140相对于驱动装置130设置于第二承载结构121上，其不具有定子等马达结构，负载装置140包括一第二底座142、一第二转轴144及至少一第二轴承145，第二转轴144及至少一第二轴承145设置于第二毂部166与第二底座142所共同定义的空间内，且第二底座142以螺丝锁固于第二承载结构121。负载装置140更包括一感测器141设置于其上。

主动叶轮155及从动叶轮165皆沿轴线a设置，且彼此间具有一间隙，彼此不相连接。轴线a垂直于主动叶轮155转动的平面，与气流通道111延伸的方向大致平行。驱动装置130驱动主动叶轮155转动；从动叶轮165设置于负载装置140上。设置于负载装置140上的感测器141则可用以侦测从动叶轮165的转速，或通过从动叶轮165的气体流速，便于监控本发明的风扇组件后续的运作情形。

请参阅图4，其为本发明第一实施例的风扇组件100的主动叶轮155、从动叶轮165的分解图。从动叶轮155更可包括多个第二从动叶180及一第一环形导流结构170。第一环形导流结构170设置于多个第一从动叶160与多个第二从动叶180之间，并连结多个第一从动叶160与多个第二从动叶180。多个主动叶150及多个第一从动叶160分别于两相反侧具有一凹面152、162及一凸面151、161，多个主动叶150的凹面152与多个第一从动叶160的凹面162相对设置，如图5所示，且该多个主动叶150与该多个第一从动叶160的转动方向相同。另外，第一环形导流结构170具有一高度且围绕出一容置空间171，且其内壁平行于轴线a，如图3A所示，但不限于此，其内壁也可倾斜于轴线a。

多个第一从动叶160与第一环形导流结构170的内壁连结；多个第二从动叶180径向环绕多个第一从动叶160配置，并连结于第一环形导流结构170的外壁。在本实施例中，多个第一从动叶160在轴线a方向上相互重叠，用以增加多个第一从动叶160的驱动风压；至少部分多个主动叶150延伸至容置空间171内(图3A)。另外，多个第二从动叶180的叶片长度大于第一从动叶160的叶片长度，且第二从动叶180的叶片末端至轴线a长度大于30公分以上。

多个第二从动叶180的外缘也可设置一圆环182，如图6所示，用以增强多个第二从动叶180结构上的强度。整体观之，第二毂部166、多个第一从动叶160、多个第二从动叶180及第一环形导流结构170为一体成型。

关于本实施例的物理作用原理说明如下，首先，驱动装置130对多个主动叶150所作的功为：

$(\mathrm{\ΔP}+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_a^2+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_t^2)Q_i$

轴线a方向流体动能

切线t方向流体动能

ΔP容置空间171中的压力与大气压的压力差

Q_i多个主动叶150所导引的气流流量

其中置于第一环形导流结构170中的多个主动叶150其切线t方向流体的运动必然遭第一环形导流结构170截断，使切线t方向流体的速度降至零，因此，切线t方向流体动能转移至多个第一从动叶160，再由第一从动叶160带动第二从动叶180转动(公式I)。

轴线a方向多个第二从动叶180导引的流体动能

Q_o轴线a方向多个第二从动叶180导引的流体流量

因此，利用本实施例的风扇组件100，多个主动叶150所导引的气流流量Q_o，通过切线t方向能量上的移转产生Q_o的气流流量，使整体的气流流量增加至Q_i+Q_o。

通过上述物理原理即可明了，本实施例中仅需安装一可驱动主动叶轮155在最佳工作效率下的驱动装置130，并通过第一环形导流结构170的设计，通过主动叶轮155产生的一气流带动从动叶轮165转动，成功增加气流流量，达到本实施例轻量化及增加气流流量的目标。另外，值得注意的是，由于多个第二从动叶180拥有较大的负载，在本实施例的风扇组件100运转期间，多个第一从动叶160将相对于多个主动叶150以较低的转速运转。

关于本实施例的应用说明如下。图7是本实施例的风扇组件100应用于一封闭空间510的示意图，图8是本实施例的风扇组件100应用于一开放空间520的示意图。依照使用者不同的需求，可针对本实施例中多个第二从动叶180的叶片角度相对于主动叶及多个第一从动叶160的叶片角度作调整。

举例来说，当本实施例的风扇组件100应用于封闭空间510时，多个主动叶150及多个第一从动叶160的设置角度，在设计上将会与多个第二从动叶180的设置角度有所不同。使得多个主动叶150及多个第一从动叶160对空气作功的方向皆为A，多个第二从动叶180的叶片对空气作功的方向则为B，方向A与方向B为相反(如图3B及图7所示)，于是可执行内部气流与外部气流的交换。

又举例来说，当本实施例的风扇组件100应用于开放空间520时，各叶片之间设置角度相同，使得多个主动叶150、多个第一从动叶160及多个第二从动叶180对空气作功的方向皆为A(如图3A及图8所示)，于是可将外部气流引入开放空间520内。如此一来，即便多个第一从动叶160与多个第二从动叶180的旋转方向维持相同，也可以依照使用者的需求，调整设计，进而达到所需的目的。

请同时参照图9及图10。图9是本发明第二实施例的风扇组件200的剖面示意图，图10是本发明第二实施例的风扇组件200的示意图，其中为清楚显示各元件的连结关系，框体210、第一环形导流结构270及第二环形导流结构251仅绘制部分结构，在此先予指明。本实施例中，风扇组件200包括一框体210、一第一承载结构220、第二承载结构221、二个主动叶轮255、一从动叶轮265、二个驱动装置230、一负载装置240、一第一环形导流结构270及多个第二从动叶280。

框体210具有一气流通道211贯穿，并设置有一夹层212，用以容置至少一电子元件213。第一承载结构220设置于框体210的气流通道211的一端；第二承载结构221设置于气流通道211相对于第一承载结构220的另一端。第一承载结构220与第二承载结构221是以螺丝锁固于框体210。

本实施例中，设置有二个驱动装置230，是本装置的动力来源，二个驱动装置230相隔于第一承载结构210同轴串联设置；负载装置240相对于驱动装置230设置于第二承载结构211上。二个驱动装置230及负载装置240皆沿轴线a设置(参考图9)。

主动叶轮255包括一第一毂部256及多个主动叶250。从动叶轮265包括一第二毂部266及多个第一从动叶260。多个主动叶250设置于第一毂部256的外壁，多个第一从动叶260面对多个主动叶250而设置于第二毂部266的外壁。多个主动叶250与多个第一从动叶260彼此轴向对应配置。

驱动装置230具有一对应的主动叶轮255，从动叶轮265则设置于负载装置240上。第二环形导流结构251则分别与多个主动叶250连结。第一环形导流结构270具有一高度且围绕出一容置空间271。多个第一从动叶260设置于容置空间271内并枢设于负载装置240上，其中多个第一从动叶260连结于第一环形导流结构270的内壁。多个第二从动叶280连结于第一环形导流结构270的外壁，且各叶片的面积较多个第一从动叶260的面积大。第二环形导流结构251及第一环形导流结构270装设时皆围绕轴线a设置，设计上，径向长度皆相等，且彼此串联，形成一连续的导流通道。

当本实施例的减速气动风扇200在运转时，驱动装置230驱动主动叶轮255，通过第二环形导流结构251及第一环形导流结构270的导引，主动叶250提供从动叶轮265所需的驱动风压，进而带动多个第二从动叶280对空气作功，产生空气对流。如此一来，本实施例中仅需安装足以驱动主动叶轮255在最佳工作效率下的驱动装置230，并通过第一环形导流结构270及第二环形导流结构251的设计导引气流，进而成功转换风能，达到本实施例轻量化及增加气流流量的设计目标。

值得注意的是，上述第二实施例中，第二环形导流结构251为本实施例目前较佳的实施方式，其目的在于导引主动叶轮255所驱动的气流进入容置空间271内，进而将切线t方向的流体动能转换为轴线a方向的流体动能。为达到设计上较佳的效能，故将第二环形导流结构251与多个主动叶250的叶片连结。

由以上叙述可知，本发明的风扇组件，空气通过主动叶的叶片后会产生切线方向气流，进而推动第一从动叶来带动第二从动叶对空气作功，由于第二从动叶有较大负载，因此会以较低转速运转。此一设计主要利用对散热较无贡献的切线气流加以回收利用来推动更大的扇叶，并让马达达到最佳的工作转速，提升整体风机的性能。本发明第一实施例及第二实施例的各组件间相互的关系及作用原理已于上述内容作详尽说明及解释。但应注意的是，以上所述的元件相对位置、数量、形状等限制，并不局限于本案图示及说明书的内容所示，在检视本案的发明时，应考量本发明的整体内容而视。

Claims (21)

1.一种风扇组件，包括：

框体，内部具有一气流通道；

第一承载结构，设置于该气流通道的一端；

第二承载结构，设置于该气流通道相对于该第一承载结构的另一端；

至少一驱动装置，设置于该第一承载结构；

负载装置，设置于该第二承载结构；

主动叶轮，包括第一毂部及多个主动叶，该驱动装置驱动该主动叶轮转动；以及

从动叶轮，包括第二毂部及多个第一从动叶，该从动叶轮设置于该负载装置上；

其中该主动叶轮转动以产生一气流，并通过该气流带动该从动叶轮转动；

且其中，该从动叶轮还包括多个第二从动叶，其环绕该多个第一从动叶设置；该从动叶轮还包括第一环形导流结构，其设置于该多个第一从动叶与该多个第二从动叶之间，并连接该多个第一从动叶与该多个第二从动叶，该多个第二从动叶连接于该第一环形导流结构的外壁，该多个第一从动叶连接该第一环形导流结构的内壁，

且其中，该第一环形导流结构的内壁围绕出一容置空间，至少部分该主动叶延伸至该容置空间内。

2.如权利要求1所述的风扇组件，其中该第一环形导流结构的内壁平行或倾斜于一轴线。

3.如权利要求1所述的风扇组件，其中该主动叶轮还包括第二环形导流结构，设置于该主动叶的外缘。

4.如权利要求1所述的风扇组件，其中该第二毂部、该多个第一从动叶、该多个第二从动叶及该第一环形导流结构为一体成型。

5.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个主动叶与该多个第一从动叶彼此轴向对应配置。

6.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个第二从动叶径向环绕该多个第一从动叶配置。

7.如权利要求1所述的风扇组件，其中该从动叶轮还包括圆环，绕设于该第二从动叶的外缘。

8.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个第二从动叶的叶片长度大于该第一从动叶的叶片长度。

9.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个第二从动叶所导引的气流方向与该多个主动叶所导引的气流方向相反或相同。

10.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个第一从动叶在一轴线方向上相互重叠。

11.如权利要求1所述的风扇组件，其包括多个驱动装置轴向串联，每一该驱动装置具有一对应的该主动叶轮设置于其上。

12.如权利要求11所述的风扇组件，其中该多个驱动装置相隔于该第一承载结构设置。

13.如权利要求1所述的风扇组件，其中该框体还包括一夹层，用以容置至少一电子元件。

14.如权利要求1所述的风扇组件，其还包括一感测器，其设置于该负载装置上，用以量测该从动叶轮的转速或通过该从动叶轮的气体流速。

15.如权利要求1所述的风扇组件，其中该驱动装置包括第一底座、电路板、定子、第一转轴、磁性元件及至少一第一轴承，该多个主动叶设置于该第一毂部的外壁，该磁性元件设置于该第一毂部的内壁，该电路板、该定子、该第一转轴及该第一轴承设置于该第一毂部与该第一底座所共同定义的空间内，且该第一底座以螺丝锁固于该第一承载结构。

16.如权利要求1所述的风扇组件，其中该负载装置包括第二底座、第二转轴及至少一第二轴承，该多个第一从动叶设置于该第二毂部的外壁，该第二转轴及该至少一第二轴承设置于该第二毂部与该第二底座所共同定义的空间内，且该第二底座以螺丝锁固于该第二承载结构。

17.如权利要求1所述的风扇组件，其中该主动叶轮与该从动叶轮之间具有一间隙，彼此不相连接。

18.如权利要求1所述的风扇组件，其中该第一承载结构或该第二承载结构以螺丝锁固于该框体。

19.如权利要求1所述的风扇组件，其中该第一承载结构或该第二承载结构为一保护罩、肋条或静叶。

20.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个主动叶及该多个第一从动叶分别于两相反侧具有凹面及凸面，该多个主动叶的该多个凹面与该多个第一从动叶的该多个凹面相对设置。

21.如权利要求1所述的风扇组件，其中该多个主动叶及该多个第一从动叶的转动方向相同。