TWI504812B - 離心式風扇 - Google Patents

Description

離心式風扇

本發明是有關於一種風扇，且特別是有關於一種離心式風扇。

一般而言，可攜式電子設備，尤其是筆記型電腦(Note Book Personal Computer)，為了能發揮最大的效能，需要有散熱模組以進行有效散熱。然而，筆記型電腦為了因應行動化的大眾市場之微型化的需求，機殼內部已無法預留出足夠的自然對流空間。因此筆記型電腦之散熱模組逐漸朝向以離心式風扇產生強制對流以進行散熱。

在離心式風扇的設計上，係利用風扇蝸形外殼產生之高靜壓高轉速的特性，來克服筆記型電腦系統內空間狹窄空氣對流不易的問題。然而，風扇葉片產生的尾流(Wake Flow)撞擊蝸形外殼舌口形狀處之渦型側板的表面時，每個衝擊點可視為產生窄頻噪音(Narrow Band Noise)之發音源，依照波的疊加原理，將會產生具有大振幅且固定頻率之扇葉通過頻率(Blade Pass Frequency)噪音。

一旦需提升散熱效能，勢必要增加風量。然而，流場增加將使風扇所產生的尾流擾動更劇烈，因而造成噪音與散熱難以取捨的瓶頸。

近年來有一種離心式風扇係利用扇葉噪音產生的來源主要分佈在葉片末端及周圍的特性，便於離心式風扇的葉片末端外加一環狀結構，以減少噪音的產生。但在實際的操作上，此環型離心式風扇對於噪音減少與風量的增加上的效率上，仍具有相當的改善空間。

有鑑於此，本發明提供一種可增進風量並減少噪音產生的離心式風扇。

本發明之一技術態樣為一種離心式風扇。

根據本發明一實施方式，一種離心式風扇包含殼體、驅動裝置及風扇扇葉。殼體內具有空腔，空腔中央處具有軸心。驅動裝置，固定於空腔內之軸心處。風扇扇葉，設置於殼體之空腔內，包含輪轂、葉片及肋片。輪轂，位於軸心中央，連接至驅動裝置。葉片環設於輪轂之周圍，每一葉片具有迎風表面及背風表面。每一肋片於每一葉片之迎風表面從軸心端向外以弧線方式延伸，並連接相鄰之另一葉片的背風表面以形成弧面。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，其中每一肋片位於每一葉片之中央位置，並與每一葉片垂直。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，每一肋片具有一翼型截面。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，此翼型截面為NACA0012截面。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，肋片外緣之切線與葉片之切線之間的夾角範圍從85度至90度

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，肋片之弧面與背風表面接觸時之切線與葉片之切線之間的夾角範圍為76度至89度。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，當葉片與軸心之直線距離為風扇扇葉半徑之0.58～0.61倍時，肋片之弧面與葉片之迎風表面的垂直距離為0.2～0.6公釐。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，當葉片與軸心之直線距離為風扇扇葉半徑之0.72～0.75倍時，肋片之弧面與葉片之迎風表面的垂直距離為0.6～2.1公釐。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，軸心至弧面與背風表面接觸之位置的直線距離為風扇扇葉半徑之0.85～0.87倍。

在本發明一實施方式中，其中上述離心式風扇，軸心至肋片外緣與背風表面接觸之位置的直線距離為風扇扇葉半徑之0.92～0.94倍。

在本發明上述實施方式中，應用本發明之離心式風扇具有較大的風量與較高的風壓且可使窄頻噪音達到改善，具有較高的聲音品質。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例的一種離心式風扇100移除殼體110之上蓋後之外觀結構圖。離心式風扇100包含殼體110、驅動裝置120及風扇扇葉130。

殼體110上具有一舌口113，殼體110內具有空腔111以容置風扇扇葉130，空腔111中央處具有軸心112。驅動裝置120，固定於空腔111內之軸心112處。風扇扇葉130位於殼體110之空腔111內，其包含輪轂131、葉片132及肋片133。輪轂131位於軸心112中央，連接至驅動裝置120。葉片132環設於輪轂131之周圍，每一葉片132具有迎風表面132a及背風表面132b。在本實施例中，風扇扇葉130係以順時針方向轉動。每一肋片133於每一葉片132之迎風表面132a從軸心112端向外以弧線方式延伸，並連接相鄰之另一葉片132的背風表面132b以形成弧面133a。此離心式風扇100將空氣從垂直軸心112的軸向方向的一端側吸入到空腔111內部，並將所述之空氣吹到徑向外部。

請參照第1A圖，其繪示依照本發明一實施例的風扇扇葉130之側面示意圖。由第1A圖可知，本實施例之每一肋片133大致位於每一葉片132之中央位置且與每一葉片132垂直。每一肋片133之截面為一種翼型截面，本實施例所使用的肋片133係為NACA0012截面，可因此增加風量且提供較穩定的尾流。在其他實施例中，肋片133之截面亦可使用其他具有相同功能的截面。

請參照第2圖，其繪示依照本發明一實施方式之風扇扇葉130尺寸示意圖。本實施例係使用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)軟體計算後，得到以下參數之數據。如第2圖所示，肋片133之外緣133b的切線與葉片132之背風表面132b切線之間的夾角α範圍為85度至90度。肋片133之弧面133a與背風表面132b接觸時之切線與葉片132之切線之間的夾角θ₁ 範圍為76度至89度。

在本實施例中，軸心到葉片132外緣之直線距離為風扇扇葉130之半徑r，而葉片132在距離軸心112之直線距離r₁ 之位置時，垂直葉片132並自此點發出形成一直線長度L₁ 為0.2～0.6公釐，其中直線距離r₁ 為風扇扇葉130半徑r之0.58~0.61倍。此直線長度L₁ 即表示為肋片133在直線距離r₁ 處之寬度。

葉片132在距離軸心112之直線距離r₂ 之位置時，垂直葉片132並自此點發出形成一直線長度L₂ 為0.6～2.1公釐，其中直線距離r₂ 為風扇扇葉130半徑r之0.72～0.75倍。直線長度L₂ 即表示為肋片133在直線距離r₂ 處之寬度。

軸心112至弧面133a與背風表面132b接觸之位置的直線距離r₃ 為風扇扇葉130半徑r之0.85～0.87倍。

軸心112至該肋片133之外緣133b與背風表面132b接觸之位置的直線距離r₄ 為風扇扇葉130半徑r之0.92～0.94倍。在本實施例中，具弧面133a之肋片133用以增進離心式風扇100之風量並減低噪音之產生。

請參閱第3圖，圖中橫向座標(cfm)與縱向座標(mm-Aq)，分別代表的是每分鐘的風量，以及毫米水柱的壓力值(也就是風壓)。根據實驗結果顯示，當在尺寸比例相同且使用相同之殼體的前提下，本發明與習知環形離心式風扇在相同風量下，本發明具有較高的風壓，在相同風壓下，本發明具有較大的風量。由此可知，本發明與習知環形離心式風扇的實驗數據相比較，更能清楚展現本發明之離心式風扇具有風量大、風壓高、散熱效果較佳的優勢。

請同時參閱第4A圖及第4B圖，其中第4A圖係繪示使用傳統環形離心式風扇之頻譜圖。如第4A圖所示，位於1000Hz及2000Hz之運轉頻率附近皆可觀察到明顯的扇葉窄頻噪音(如第4A圖之箭頭指示處)；第4B圖係繪示使用本發明一實施方式的一種離心式風扇扇之頻譜圖。由第4B圖所示，位於1000Hz及2000Hz附近的扇葉窄頻噪音已明顯降低。

由以上述較佳實施例經由噪音測量所得的實驗結果可知，本發明之離心式風扇之扇葉通過頻率(BPF)噪音大約為36分貝，低於傳統之環形離心式風扇之扇葉通過頻率(BPF)噪音的38分貝。故本發明能有效降低噪音的產生。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明與先前技術之環型離心式風扇相較，具有下列優點：

(1)本發明與先前技術相較，可以有效減少離心式風扇吸力面之流場分離現象以及降低空氣流在離開風扇扇葉後形成發展流後的流場混亂過程。參照附件1所示，環型離心式風扇(附件1左圖)與本發明之離心式風扇(附件1右圖)之軸向剖面速度分佈之分析可得之本發明之離心式風扇之流場分佈高速的區域較為集中，因此本發明之離心式風扇有效減少了吸力面之流場分離現象以及降低空氣流在離開風扇扇葉後形成發展流後的流場混亂過程。

(2)本發明與先前技術相較，具有控制流體均勻地被甩出扇葉時的方向能力。

(3)本發明與先前技術相較，具有較大的風量與較高的風壓。

(4)本發明與先前技術相較，窄頻噪音達到改善，具有較高的聲音品質。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．離心式風扇

110．．．殼體

111．．．空腔

112．．．軸心

113．．．舌口

120．．．驅動裝置

130．．．風扇扇葉

131．．．輪轂

132．．．葉片

132a．．．迎風表面

132b．．．背風表面

133．．．肋片

133a．．．弧面

133b．．．外緣

α．．．夾角

θ₁ ．．．夾角

r．．．半徑

r₁ ．．．直線距離

r₂ ．．．直線距離

r₃ ．．．直線距離

r₄ ．．．直線距離

L₁ ．．．直線長度

L₂ ．．．直線長度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖是依照本發明一實施方式的一種離心式風扇移除殼體上蓋之外觀結構圖。

第1A圖是依照本發明一實施方式的風扇扇葉之側面示意圖。

第2圖係繪示依照本發明一實施方式的風扇扇葉尺寸示意圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施方式的一種離心式風扇之風量-風壓實驗數據圖。

第4A圖係繪示使用傳統環形離心式風扇之頻譜圖。

第4B圖係繪示使用本發明一實施方式的一種離心式風扇之頻譜圖

100．．．離心式風扇

110．．．殼體

111．．．空腔

112．．．軸心

113．．．舌口

120．．．驅動裝置

130．．．風扇扇葉

131．．．輪轂

132．．．葉片

132a．．．迎風表面

132b．．．背風表面

133．．．肋片

133a．．．弧面

Claims (10)

1. 一種離心式風扇，包含：一殼體，具有一空腔，該空腔中央處具有一軸心；一驅動裝置，固定於該空腔內之該軸心處；以及一風扇扇葉，設置於該殼體之該空腔內，包含：一輪轂，連接至該驅動裝置；複數個葉片，環設於該輪轂之周圍，每一該些葉片具有一迎風表面及一背風表面；以及複數個肋片，每一該些肋片位於每一該些葉片之迎風表面，從每一該軸心端向外以一弧線方式延伸，並連接相鄰之另一該葉片的該背風表面以形成一弧面。
2. 如請求項1之離心式風扇，其中每一該肋片位於每一該葉片之中央位置，並與每一該葉片垂直。
3. 如請求項1之離心式風扇，其中每一該肋片具有一翼型截面。
4. 如請求項3之離心式風扇，其中該翼型截面為一NACA0012截面。
5. 如請求項1之離心式風扇，其中該肋片外緣之切線與該葉片之切線之間的夾角範圍從85度至90度。
6. 如請求項1之離心式風扇，其中該肋片之該弧面與該背風表面接觸時之切線與該葉片之切線之間的夾角範圍從76度至89度。
7. 如請求項1之離心式風扇，其中當該葉片與該軸心之直線距離為該風扇扇葉半徑之0.58~0.61倍時，該肋片之該弧面與該葉片之該迎風表面的垂直距離為0.2~0.6公釐。
8. 如請求項1之離心式風扇，其中當該葉片與該軸心之直線距離為該風扇扇葉半徑之0.72~0.75倍時，該肋片之該弧面與該葉片之該迎風表面的垂直距離為0.6~2.1公釐。
9. 如請求項1之離心式風扇，其中該軸心至該弧面與該背風表面接觸之位置的直線距離為該風扇扇葉半徑之0.85~0.87倍。
10. 如請求項1之離心式風扇，其中該軸心至該肋片外緣與該背風表面接觸之位置的直線距離為該風扇扇葉半徑之0.92~0.94倍。