TWI464327B - 風扇組件 - Google Patents

Description

風扇組件

本發明係有關於一種風扇組件，特別係有關於一種有效提升風能使用效率的減速氣動風扇組件。

在習知的風扇運用上，請參照第1圖，風扇包括轉子11及定子12以及葉輪14，定子12係樞設於一底座13上。當轉子11與定子12在風扇通電運轉後，因彼此相互作用而使葉輪14產生樞轉時，各葉輪14上之葉片因轉動而產生風力。

然而，在習知的技術中，為使風量增加，多半是增加葉片對空氣作功的面積，亦即採用較大尺寸的風扇。此種方式會產生兩個問題：

(一)、當葉片本身重量增加時，在設計上轉子的重量也需要增加，因此需要配置較大型的驅動裝置以提供驅動裝置所需的扭力，這種方式不但使裝置較為笨重，也增加建構上的成本。

(二)、當大尺寸的風扇作動時，風扇轉速的上限受到限制，導致驅動裝置無法在最佳工作效率下運轉，所消耗的功率隨即增加，因此在能量的使用效率上是相對沒有效率的。

由於習知技術中，無法針對大尺寸風扇提供較佳的設計方式，以解決大尺寸風扇笨重及能量使用效率不佳等問題。本發明於是提出一種減速氣動風扇組件，除了有效地提升能量使用的效 率外，在設計上，也考量裝置的耐用性、功能性以及裝置後續保養維修等問題。

本發明之一目的就是在提供一種風扇組件，包括：一框體、一第一承載結構、一第二承載結構、至少一驅動裝置、一負載裝置、一主動葉輪、以及一從動葉輪。框體內部具有一氣流通道；第一承載結構及第二承載結構分別設置於氣流通道之二端。驅動裝置設置於第一乘載結構，並驅動主動葉輪轉動；負載裝置設置於第二承載結構。主動葉輪轉動以產生一氣流帶動從動葉輪轉動。

其中從動葉輪更包括複數個第二從動葉環繞複數個第一從動葉設置，從動葉輪更包括一第一環形導流結構，設置於複數個第一從動葉與複數個第二從動葉之間，並連接複數個第一從動葉與複數個第二從動葉，複數個第二從動葉連接於第一環形導流結構之外壁，複數個第一從動葉連接第一環形導流結構之內壁，第一環形導流結構之內壁圍繞出一容置空間，至少部分主動葉延伸至容置空間內，且第一環形導流結構之內壁較佳為平行或傾斜於一軸線，軸線垂直於主動葉輪轉動之平面，與氣流通道延伸之方向大致平行。

主動葉輪可包括一第二環形導流結構，設置於主動葉之外緣，第二轂部、複數個第一從動葉、複數個第二從動葉及第一環形導流結構較佳為一體成型。複數個主動葉與複數個第一從動葉彼此軸向對應配置，複數個第二從動葉徑向環繞複數個第一從動葉配置，從動葉輪更包括一圓環，繞設於第二從動葉之外緣。複數個第二從動葉所導引之 氣流方向與複數個主動葉所導引之氣流方向可為相同或相反，複數個第一從動葉於軸向上相互重疊。

本發明之風扇組件更包括複數個驅動裝置軸向串聯，每一驅動裝置具有一對應之主動葉輪設置於其上，複數個驅動裝置較佳為相隔於第一承載結構設置。框體可包括一夾層，用以容置電路板等電子元件。此風扇組件可包括一感測器設置於負載裝置上，用以量測從動葉輪之轉速或通過從動葉輪之氣體流速。

驅動裝置包括一第一底座、一電路板、一定子、一第一轉軸、一磁性元件及至少一第一軸承，複數個主動葉設置於第一轂部之外壁，磁性元件設置於第一轂部之內壁，電路板、該定子、第一轉軸及第一軸承設置於第一轂部與第一底座所共同定義之空間內，且第一底座以螺絲鎖固於第一承載結構。

負載裝置包括一第二底座、一第二轉軸及至少一第二軸承，複數個第一從動葉設置於第二轂部之外壁，第二轉軸及至少一第二軸承設置於第二轂部與第二底座所共同定義之空間內，且第二底座以螺絲鎖固於第二承載結構。

主動葉輪與從動葉輪之間具有一間隙，彼此不相連接，第一承載結構或第二承載結構以螺絲鎖固於框體，第一承載結構或第二承載結構為一保護罩、肋條或靜葉，複數個主動葉及複數個第一從動葉分別於兩相反側具有一凹面及一凸面，複數個主動葉之凹面與複數個第一 從動葉之凹面相對設置，複數個主動葉及複數個第一從動葉之轉動方向相同。

因此，本發明提供一個風扇組件，其從動葉輪不透過馬達驅動，而利用主動葉輪所產生之風壓，帶動從動葉輪旋轉。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖示，作詳細說明如下。

為改善習知技術中，大尺寸風扇在使用上能量使用效率不佳及設計上較笨重等問題，本發明於是提出一風扇組件，以成就風扇整體輕量化的設置，進而實質提高驅動裝置轉速，維持運轉效率。其詳細實施內容說明如下：請同時參閱第2及3A圖。第2圖係本發明第一實施例之風扇組件100之示意圖，第3A圖係本發明第一實施例之風扇組件100之剖面示意圖。本實施例中，風扇組件100包括一框體110、一第一承載結構120、一第二承載結構121、一主動葉輪155、一從動葉輪165、一驅動裝置130、一負載裝置140、一第一環形導流結構170及複數個第二從動葉180。

框體110具有一氣流通道111貫穿，並設置有一夾層112，用以容置至少一電子元件113。第一承載結構120設置於框體110之氣流通道111之一端；第二承載結構121設置於氣流通道111相對於第一承載結構120之另一端。第一承載結構120與第二承載結構121係以螺絲鎖固於框體110。

主動葉輪155包括一第一轂部156及複數個主動葉150。從動葉輪165包括一第二轂部166及複數個第一從動葉160。複數個主動葉150設置於第一轂部156之外壁，複數個第一從動葉160面對複數個主動葉150而設置於第二轂部166之外壁。複數個主動葉150與複數個第一從動葉160彼此軸向對應配置。

驅動裝置130係本風扇組件100之動力來源，設置於第一承載結構120上，其包括一第一底座131、一電路板132、一定子133、一第一轉軸135、至少一第一軸承136及一磁性元件137，磁性元件137設置於第一轂部134之內壁，電路板132、定子133、第一轉軸135及第一軸承136設置於第一轂部134與第一底座131所共同定義之空間內，且第一底座131以螺絲鎖固於第一承載結構120。

負載裝置140相對於驅動裝置130設置於第二承載結構121上，其不具有定子等馬達結構，負載裝置140包括一第二底座142、一第二轉軸144及至少一第二軸承145，第二轉軸144及至少一第二軸承145設置於第二轂部166與第二底座142所共同定義之空間內，且第二底座142以螺絲鎖固於第二承載結構121。負載裝置140更包括一感測器141設置於其上。

主動葉輪155及從動葉輪165皆沿軸線a設置，且彼此間具有一間隙，彼此不相連接。軸線a垂直於主動葉輪155轉動之平面，與氣流通道111延伸之方向大致平行。驅動裝置130驅動主動葉輪155轉動；從動葉輪165設置於負載裝置140上。設置於 負載裝置140上之感測器141則可用以偵測從動葉輪165之轉速，或通過從動葉輪165之氣體流速，便於監控本發明之風扇組件後續之運作情形。

請參閱第4圖，其為本發明第一實施例之風扇組件100之主動葉輪155、從動葉輪165之***圖。從動葉輪155更可包括複數個第二從動葉180及一第一環形導流結構170。第一環形導流結構170設置於複數個第一從動葉160與複數個第二從動葉180之間，並連結複數個第一從動葉160與複數個第二從動葉180。複數個主動葉150及複數個第一從動葉160分別於兩相反側具有一凹面152、162及一凸面151、161，複數個主動葉150之凹面152與複數個第一從動葉160之凹面162相對設置，如第5圖所示，且該複數個主動葉150與該複數個第一從動葉160之轉動方向相同。另外，第一環形導流結構170具有一高度且圍繞出一容置空間171，且其內壁係平行於軸線a，如第3A圖所示，但不限於此，其內壁亦可傾斜於軸線a。

複數個第一從動葉160與第一環形導流結構170之內壁連結；複數個第二從動葉180徑向環繞複數個第一從動葉160配置，並連結於第一環形導流結構170之外壁。在本實施例中，複數個第一從動葉160於軸線a方向上相互重疊，用以增加複數個第一從動葉160的驅動風壓；至少部分複數個主動葉150延伸至容置空間171內(第3A圖)。另外，複數個第二從動葉180之葉片長度大於第一從動葉160之葉片長度，且第二從動葉180之葉片末端 至軸線a長度大於30公分以上。

複數個第二從動葉180之外緣也可設置一圓環182，如第6圖所示，用以增強複數個第二從動葉180結構上之強度。整體觀之，第二轂部166、複數個第一從動葉160、複數個第二從動葉180及第一環形導流結構170為一體成型。

關於本實施例之物理作用原理說明如下，首先，驅動裝置130對複數個主動葉150所作的功為：

軸線a方向流體動能

切線t方向流體動能

△P 容置空間171中之壓力與大氣壓之壓力差

Q _i 複數個主動葉150所導引的氣流流量

其中置於第一環形導流結構170中的複數個主動葉150其切線t方向流體之運動必然遭第一環形導流結構170截斷，使切線t方向流體之速度降至零，因此，切線t方向流體動能轉移至複數個第一從動葉160，再由第一從動葉160帶動第二從動葉180轉動(公式I)。

軸線a方向複數個第二從動葉180導引的流體動能

Q _o 軸線a方向複數個第二從動葉180導引的流體流量因此，利用本實施例之風扇組件100，複數個主動葉150所導引之 氣流流量Q _i ，透過切線t方向能量上之移轉產生Q _o 之氣流流量，使整體之氣流流量增加至Q _i +Q _o 。

透過上述物理原理即可明瞭，本實施例中僅需安裝一可驅動主動葉輪155於最佳工作效率下的驅動裝置130，並透過第一環形導流結構170之設計，藉由主動葉輪155產生之一氣流帶動從動葉輪165轉動，成功增加氣流流量，達到本實施例輕量化及增加氣流流量之目標。另外，值得注意的是，由於複數個第二從動葉180擁有較大的負載，在本實施例之風扇組件100運轉期間，複數個第一從動葉160將相對於複數個主動葉150以較低的轉速運轉。

關於本實施例之應用說明如下。第7圖係本實施例之風扇組件100應用於一封閉空間510之示意圖，第8圖係本實施例之風扇組件100應用於一開放空間520的示意圖。依照使用者不同的需求，可針對本實施例中複數個第二從動葉180之葉片角度相對於主動葉及複數個第一從動葉160之葉片角度作調整。

舉例來說，當本實施例之風扇組件100應用於封閉空間510時，複數個主動葉150及複數個第一從動葉160之設置角度，在設計上將會與複數個第二從動葉180之設置角度有所不同。使得複數個主動葉150及複數個第一從動葉160對空氣作功的方向皆為A，複數個第二從動葉180之葉片對空氣作功的方向則為B，方向A與方向B係為相反(如第3B及7圖所示)，於是可執行內部氣流與外部氣流的交換。

又舉例來說，當本實施例之風扇組件100應用於開放空間520時，各葉片之間設置角度相同，使得複數個主動葉150、複數個第一從動葉160及複數個第二從動葉180對空氣作功的方向皆為A(如第3A及8圖所示)，於是可將外部氣流引入開放空間520內。如此一來，即便複數個第一從動葉160與複數個第二從動葉180的旋轉方向維持相同，也可以依照使用者的需求，調整設計，進而達到所需之目的。

請同時參照第9及10圖。第9圖係本發明第二實施例之風扇組件200之剖面示意圖，第10圖係本發明第二實施例之風扇組件200之示意圖，其中為清楚顯示各元件的連結關係，框體210、第一環形導流結構270及第二環形導流結構251僅繪製部分結構，在此先予指明。本實施例中，風扇組件200包括一框體210、一第一承載結構220、第二承載結構221、二個主動葉輪255、一從動葉輪265、二個驅動裝置230、一負載裝置240、一第一環形導流結構270及複數個第二從動葉280。

框體210具有一氣流通道211貫穿，並設置有一夾層212，用以容置至少一電子元件213。第一承載結構220設置於框體210之氣流通道211之一端；第二承載結構221設置於氣流通道211相對於第一承載結構220之另一端。第一承載結構220與第二承載結構221係以螺絲鎖固於框體210。

本實施例中，設置有二個驅動裝置230，係本裝置的動力來源，二個驅動裝置230相隔於第一承載結構210同軸串聯設置；負載裝置240相對於驅動裝置230設置於第二承載結構211上。 二個驅動裝置230及負載裝置240皆沿軸線a設置(參考第9圖)。

主動葉輪255包括一第一轂部256及複數個主動葉250。從動葉輪265包括一第二轂部266及複數個第一從動葉260。複數個主動葉250設置於第一轂部256之外壁，複數個第一從動葉260面對複數個主動葉250而設置於第二轂部266之外壁。複數個主動葉250與複數個第一從動葉260彼此軸向對應配置。

驅動裝置230具有一對應之主動葉輪255，從動葉輪265則設置於負載裝置240上。第二環形導流結構251則分別與複數個主動葉250連結。第一環形導流結構270具有一高度且圍繞出一容置空間271。複數個第一從動葉260設置於容置空間271內並樞設於負載裝置240上，其中複數個第一從動葉260連結於第一環形導流結構270之內壁。複數個第二從動葉280連結於第一環形導流結構270之外壁，且各葉片之面積較複數個第一從動葉260之面積大。第二環形導流結構251及第一環形導流結構270裝設時皆圍繞軸線a設置，設計上，徑向長度皆相等，且彼此串聯，形成一連續的導流通道。

當本實施例之減速氣動風扇200於運轉時，驅動裝置230驅動主動葉輪255，藉由第二環形導流結構251及第一環形導流結構270的導引，主動葉250提供從動葉輪265所需之驅動風壓，進而帶動複數個第二從動葉280對空氣作功，產生空氣對流。如此一來，本實施例中僅需安裝足以驅動主動葉輪255於最佳工作效率下的驅動裝置230，並透過第一環形導流結構270及第二環 形導流結構251之設計導引氣流，進而成功轉換風能，達到本實施例輕量化及增加氣流流量之設計目標。

值得注意的是，上述第二實施例中，第二環形導流結構251為本實施例目前較佳的實施方式，其目的在於導引主動葉輪255所驅動的氣流進入容置空間271內，進而將切線t方向之流體動能轉換為軸線a方向之流體動能。為達到設計上較佳之效能，故將第二環形導流結構251與複數個主動葉250之葉片連結。

由以上敘述可知，本發明之風扇組件，空氣通過主動葉之葉片後會產生切線方向氣流，進而推動第一從動葉來帶動第二從動葉對空氣作功，由於第二從動葉有較大負載，因此會以較低轉速運轉。此一設計主要利用對散熱較無貢獻之切線氣流加以回收利用來推動更大的扇葉，並讓馬達達到最佳的工作轉速，提升整體風機的性能。本發明第一實施例及第二實施例之各組件間相互之關係及作用原理已於上述內容作詳盡說明及解釋。惟應注意的是，以上所述之元件相對位置、數量、形狀等限制，並不侷限於本案圖示及說明書之內容所示，在檢視本案之發明時，應考量本發明之整體內容而視。

11‧‧‧轉子

12‧‧‧定子

13‧‧‧底座

14‧‧‧葉輪

110、210‧‧‧框體

111、211‧‧‧氣流通道

112、212‧‧‧夾層

113、213‧‧‧電子元件

120、220‧‧‧第一承載結構

121、221‧‧‧第二承載結構

130、230‧‧‧驅動裝置

131‧‧‧第一底座

132‧‧‧電路板

133‧‧‧定子

135‧‧‧第一轉軸

136‧‧‧第一軸承

137‧‧‧磁性元件

140、240‧‧‧負載裝置

141‧‧‧感測器

142‧‧‧第二底座

144‧‧‧第二轉軸

145‧‧‧第二軸承

150、250‧‧‧主動葉

151‧‧‧凸面

152‧‧‧凹面

155、255‧‧‧主動葉輪

156、256‧‧‧第一轂部

251‧‧‧第二環形導流結構

160、260‧‧‧第一從動葉

161‧‧‧凸面

162‧‧‧凹面

165、265‧‧‧從動葉輪

166、266‧‧‧第二轂部

170、270‧‧‧第一環形導流結構

171、271‧‧‧容置空間

180、280‧‧‧第二從動葉

182、282‧‧‧圓環

a‧‧‧軸線

t‧‧‧切線

第1圖顯示習知技術之示意圖。

第2圖係本發明第一實施例之風扇組件之示意圖。

第3A圖係本發明第一實施例之風扇組件之剖面示意圖。

第3B圖係本發明第一實施例之風扇組件之剖面示意圖。

第4圖係本發明第一實施例之風扇組件之部分元件***圖。

第5圖係本發明第一實施例之風扇組件之各扇葉結構之示意圖。

第6圖係本發明第一實施例之風扇組件之部分元件結構之示意圖。

第7圖係本發明應用於一封閉空間之示意圖。

第8圖係本發明應用於一開放空間之示意圖。

第9圖係本發明第二實施例之風扇組件之剖面示意圖。

第10圖係本發明第二實施例之風扇組件之示意圖。

110‧‧‧框體

111‧‧‧氣流通道

112‧‧‧夾板

113‧‧‧電子元件

120‧‧‧第一承載結構

121‧‧‧第二承載結構

130‧‧‧驅動裝置

131‧‧‧第一底座

132‧‧‧電路板

133‧‧‧定子

135‧‧‧第一轉軸

136‧‧‧第一軸承

137‧‧‧磁性元件

140‧‧‧負載裝置

141‧‧‧感測器

142‧‧‧第二底座

144‧‧‧第二轉軸

145‧‧‧第二軸承

150‧‧‧主動葉

155‧‧‧主動葉輪

156‧‧‧第一轂部

160‧‧‧第一從動葉

165‧‧‧從動葉輪

166‧‧‧第二轂部

170‧‧‧第一環形導流結構

171‧‧‧容置空間

180‧‧‧第二從動葉

A‧‧‧氣流方向

a‧‧‧軸線

t‧‧‧切線

Claims (21)

1. 一種風扇組件，包括：一框體，內部具有一氣流通道；一第一承載結構，設置於該氣流通道之一端；一第二承載結構，設置於該氣流通道相對於該第一承載結構之另一端；至少一驅動裝置，設置於該第一承載結構；一負載裝置，設置於該第二承載結構；一主動葉輪，包括一第一轂部及複數個主動葉，該驅動裝置驅動該主動葉輪轉動；以及一從動葉輪，包括一第二轂部及複數個第一從動葉，該從動葉輪設置於該負載裝置上；其中該主動葉輪轉動以產生一氣流，並藉由該氣流帶動該從動葉輪轉動，其中該從動葉輪更包括複數個第二從動葉環繞該複數個第一從動葉設置，其中該從動葉輪更包括一第一環形導流結構，設置於該複數個第一從動葉與該複數個第二從動葉之間，並連接該複數個第一從動葉與該複數個第二從動葉，該複數個第二從動葉連接於該第一環形導流結構之外壁，該複數個第一從動葉連接該第一環形導流結構之內壁， 其中，該第一環形導流結構之內壁圍繞出一容置空間，至少部分該主動葉延伸至該容置空間內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該第一環形導流結構之內壁係平行或傾斜於一軸線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該主動葉輪更包括一第二環形導流結構，設置於該主動葉之外緣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該第二轂部、該複數個第一從動葉、該複數個第二從動葉及該第一環形導流結構為一體成型。
5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個主動葉與該複數個第一從動葉彼此軸向對應配置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個第二從動葉徑向環繞該複數個第一從動葉配置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該從動葉輪更包括一圓環，繞設於該第二從動葉之外緣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個第二從動葉之葉片長度大於該第一從動葉之葉片長度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個第二從動葉所導引之氣流方向與該複數個主動葉所導引之氣流方向相反或相同。
10. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個第一從動葉於一軸線方向上相互重疊。
11. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其包括複數個驅動裝置軸向串聯，每一該驅動裝置具有一對應之該主動葉輪設置於其上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之風扇組件，其中該複數個驅動裝置相隔於該第一承載結構設置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該框體更包括一夾層，用以容置至少一電子元件。
14. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其更包括一感測器設置於該負載裝置上，用以量測該從動葉輪之轉速或通過該從動葉輪之氣體流速。
15. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該驅動裝置包括一第一底座、一電路板、一定子、一第一轉軸、一磁性元件及至少一第一軸承，該複數個主動葉設置於該第一轂部之外壁，該磁性元件設置於該第一轂部之內壁，該電路板、該定子、該第一轉軸及該第一軸承設置於該第一轂部與該第一底座所共同定義之空間內，且該第一底座以螺絲鎖固於該第一承載結構。
16. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該負載裝置包括一第二底座、一第二轉軸及至少一第二軸承，該複數個第一從動葉設置於該第二轂部之外壁，該第二轉軸及該至少一第二軸承設置於該第二轂部與該第二底座所共同定義之空間內，且該第二底座以螺絲鎖固於該第二承載結構。
17. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該主動葉輪與該從動葉輪之間具有一間隙，彼此不相連接。
18. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該第一承載結構或該第二承載結構以螺絲鎖固於該框體。
19. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該第一承載結構或該第二承載結構為一保護罩、肋條或靜葉。
20. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個主動葉及該複數個第一從動葉分別於兩相反側具有一凹面及一凸面，該複數個主動葉之該等凹面與該複數個第一從動葉之該等凹面相對設置。
21. 如申請專利範圍第1項所述之風扇組件，其中該複數個主動葉及該複數個第一從動葉之轉動方向相同。