TWI464328B - 風扇結構 - Google Patents

Description

風扇結構

本發明係有關於一種風扇結構，特別係有關於一種具有多段式扇葉之風扇結構。

首先請參閱第1a圖，傳統的風扇結構通常包括一輪轂A以及複數個扇葉B，前述扇葉B固定於輪轂A周圍，當風扇結構旋轉時可透過扇葉B產生氣流。接著請參閱第1b圖，習知的扇葉B通常僅具有單曲面結構，當欲增加風扇流量時，必須大幅增加安裝角a或提升轉速，惟增加安裝角a容易使流體從扇葉B表面分離，如此將造成效率下降，同時會增加氣動噪音(Aerodynamic Noise)，而藉由提升轉速的方式則又容易引起振動及噪音等問題。

在習知風扇結構中，產生較大壓差的區域通常僅分佈於扇葉外側的部份翼面上(請參閱第1c圖中的區域D1所示)，此時流體較易產生渦流及分離現象，且氣體動能及壓差較難提昇。

本發明之一實施例提供一種風扇結構，可繞一中心軸旋轉，前述中心軸與一底平面相互垂直，其不僅可降低噪音且能提昇效率。前述風扇結構包括一圓形之輪轂以及複數個扇葉，此複數個扇葉環設於輪轂之外圍，其中每一扇葉包括一第一段部以及一第二段部，前述第一段部連接輪 轂，第二段部則連接第一段部，並且由第一段部朝風扇結構外側延伸。前述第一段部與輪轂之間形成一第一接合面，其中第一接合面與底平面之間具有一第一安裝角。前述第一、第二段部之間形成一第二接合面，且第二接合面與底平面之間具有一第二安裝角，其中第二安裝角小於第一安裝角。

於一實施例中，前述第一段部具有一弧狀之第一迎風面，連接第一、第二接合面並且朝第一段部內側凹陷，第二段部具有一弧狀之第二迎風面，連接第二、第三接合面並且朝第二段部內側凹陷。

於一實施例中，前述第一段部具有一弧狀之第一出風面，連接第一、第二接合面並且朝第一段部外側凸出，第二段部具有一弧狀之第二出風面，連接第二、第三接合面並且朝第二段部外側凸出。

於一實施例中，前述第一段部具有一第一中心線，其中第一中心線與第一、第二接合面等距離，此外第二段部具有一第二中心線，其中第二中心線與第二、第三接合面等距離，且第二中心線的長度大於第一中心線的長度。

於一實施例中，前述第一段部沿風扇結構徑向方向上的寬度大致等於第二段部沿風扇結構徑向方向上的寬度。

於一實施例中，前述第二段部沿中心軸方向上的高度小於或等於第一段部沿中心軸方向上的高度。

於一實施例中，前述第一、第二接合面的曲率中心皆位於中心軸上。

於一實施例中，前述扇葉更包括一第三段部，連接第 二段部並且由第二段部朝風扇結構外側延伸，前述第二、第三段部之間形成一第三接合面，且第三接合面與底平面之間具有一第三安裝角，其中第三安裝角小於第二安裝角。

於一實施例中，前述第三段部具有一弧狀之第三迎風面，連接第二、第三接合面並且朝第三段部內側凹陷。

於一實施例中，前述第三段部具有一弧狀之第三出風面，連接第二、第三接合面並且朝第三段部外側凸出。

於一實施例中，前述第三段部具有一端面，位於扇葉外側邊緣，其中端面與底平面之間具有一第四安裝角，且前述第四安裝角小於第三安裝角。

於一實施例中，前述第四安裝角與第一安裝角的角度差小於20°。

於一實施例中，前述第二段部具有一第二中心線，其中第二中心線與第二、第三接合面等距離，且第三段部具有一第三中心線，其中第三中心線與前述第三接合面和端面等距離，且第二中心線的長度大於第三中心線的長度。

於一實施例中，前述第三段部沿風扇結構徑向方向上的寬度大致等於第一、第二段部沿風扇結構徑向方向上的寬度。

於一實施例中，前述第三段部沿中心軸方向的高度小於或等於第二段部沿中心軸方向的高度。

於一實施例中，前述第三接合面的曲率中心位於中心軸上。

於一實施例中，前述端面的曲率中心位於中心軸上。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

首先請一併參閱第2、3圖，本發明一實施例之風扇結構主要包括一圓形之輪轂10以及複數個扇葉20，前述扇葉20固定於輪轂10的外側表面，當風扇結構繞一中心軸C旋轉時，可透過扇葉20產生穩定的氣流。如第2、3圖所示，前述扇葉20係由至少兩個段部所組成，於本實施例中的扇葉20係包括一第一段部21、一第二段部22以及一第三段部23，前述第一段部21連接輪轂10，第二段部22則連接第一段部21，並且由第一段部21朝風扇結構外側延伸；此外，前述第三段部23係連接第二段部22，並且由第二段部22朝風扇結構外側延伸。由第3圖中可以看出，本實施例之風扇結構大致平行於一底平面P，前述底平面P垂直於中心軸C，第一、第二、第三段部21、22、23於中心軸C的方向上分別具有高度H21、H22、H23，其中H21≧H22≧H23。

接著請一併參閱第4、5圖，前述每一個扇葉20的第一段部21與輪轂10之間形成有一第一接合面S1，第一與第二段部21、22之間形成有一第二接合面S2，第二與第三段部22、23之間則形成有一第三接合面S3，此外在第三段部23的外側邊緣具有一端面S4。由第4圖中可以看出，本實施例之第一、第二和第三接合面S1、S2、S3以及端面S4係以同心圓方式排列，也就是說第一、第二和第三接合面S1、S2、S3以及端面S4的曲率中心皆位於中心軸 C上。需特別說明的是，前述第一、第二和第三接合面S1、S2、S3與底平面P之間分別形成有一第一、第二、第三安裝角θ1、θ2、θ3(請參見第5圖)，而位在第三段部23外側邊緣之端面S4與底平面P之間則形成有一第四安裝角θ4，其中θ1>θ2>θ3>θ4，且θ1-θ4<20°。

請繼續參閱第4圖，前述第一、第二和第三段部21、22、23於風扇結構的徑向方向上分別具有寬度W1、W2、W3，其中W1=W2=W3，然而，前述各寬度比例亦可視不同的設計需求而調整。應了解的是，在第一、第二和第三段部21、22、23中央可分別定義出第一、第二和第三中心線L1、L2、L3，前述第一中心線L1與第一及第二接合面S1、S2等距離，第二中心線L2與第二及第三接合面S2、S3等距離，第三中心線L3則是與第三接合面以及端面S4等距離，其中第二中心線L2的長度大於第一中心線L1以及第三中心線L3的長度。然而，前述各中心線的長度大小亦可視不同的設計需求而調整。

再請參閱第6圖，由圖中可以看出在扇葉20的第一段部21上形成有弧狀之第一迎風面211以及第一出風面212，前述第一迎風面211連接第一及第二接合面S1、S2並且朝第一段部21的內側方向凹陷，第一出風面212則是連接第一及第二接合面S1、S2並且朝第一段部21的外側方向凸出。

同理，在扇葉20的第二段部22上形成有弧狀之第二迎風面221以及第二出風面222，其中第二迎風面221連接該第二及第三接合面S2、S3並且朝第二段部22的內側 方向凹陷，第二出風面222則是連接第二及第三接合面S2、S3並且朝第二段部22的外側方向凸出。此外，在扇葉20的第三段部23上形成有弧狀之第三迎風面231以及第三出風面232，其中第三迎風面231連接第三接合面S3和端面S4，並且朝第三段部23的內側方向凹陷，第三出風面232則是連接第三接合面S3和端面S4，並且朝第三段部23的外側方向凸出。

另外，由第1c圖可看出傳統翼形的壓力分佈最大壓差會發生扇葉外側的部份，翼面上流體較易產生渦流及分離現象，氣體動能及壓差較難提昇，而比較第7圖與第1c圖後可明顯看出，在本發明之風扇結構中，壓差較大的區域分佈較廣(如第7圖中的區域D2所示)，因此扇葉上的流體不易產生渦流或分離現象，進而可有效提升氣體動能、壓差以及效率。接著，請參閱第8圖，在比較本發明與習知風扇結構的靜壓-流量曲線(P-Q curve)以及全壓效率後可以發現，本發明的靜壓-流量曲線(P-Q curve)以及全壓效率曲線明顯地優於傳統的風扇結構。

綜上所述，本發明提供一種風扇結構，其主要係採用多段式的扇葉設計，前述每個扇葉可由兩個或兩個以上的段部所組成，且各段部和底平面之間所形成的安裝角具有向外遞減的特性。另一方面，本發明藉由在各段部的迎風面和出風面上分別形成有凹陷以及凸出的弧狀結構，兼具有集中氣流、增加流速以及降低噪音等優點，進而可大幅提升風扇結構的效率以達到省電節能之目的。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。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。

10、A‧‧‧輪轂

20、B‧‧‧扇葉

21‧‧‧第一段部

211‧‧‧第一迎風面

212‧‧‧第一出風面

22‧‧‧第二段部

221‧‧‧第二迎風面

222‧‧‧第二出風面

23‧‧‧第三段部

231‧‧‧第三迎風面

232‧‧‧第三出風面

a‧‧‧安裝角

C‧‧‧中心軸

D1、D2‧‧‧區域

P‧‧‧底平面

L1‧‧‧第一中心線

L2‧‧‧第二中心線

L3‧‧‧第三中心線

S1‧‧‧第一接合面

S2‧‧‧第二接合面

S3‧‧‧第三接合面

S4‧‧‧端面

θ1‧‧‧第一安裝角

θ2‧‧‧第二安裝角

θ3‧‧‧第三安裝角

θ4‧‧‧第四安裝角

H21、H22、H23‧‧‧高度

W1、W2、W3‧‧‧寬度

第1a圖為習知風扇結構示意圖；第1b圖為習知扇葉周圍之流場示意圖；第1c圖為習知風扇結構壓力分佈示意圖；第2圖為本發明一實施例之風扇結構示意圖；第3圖為第2圖中之風扇結構側視圖；第4圖為第2圖中之風扇結構上視圖；第5圖為第一、第二、第三接合面以及端面相對於底平面之安裝角示意圖；第6圖為第2圖中之風扇結構上視圖；第7圖為本發明一實施例之風扇結構壓力分佈示意圖；以及第8圖為本發明一實施例之風扇結構與習知風扇結構的靜壓-流量曲線以及全壓效率曲線示意圖。

10‧‧‧輪轂

20‧‧‧扇葉

21‧‧‧第一段部

22‧‧‧第二段部

23‧‧‧第三段部

C‧‧‧中心軸

Claims (12)

1. 一種風扇結構，其包括：一輪轂；複數個扇葉，環設於該輪轂之外圍，其中每一該扇葉包括：一第一段部，連接該輪轂，其中該第一段部與該輪轂之間形成一第一接合面，且該第一接合面與該風扇結構之一底平面之間具有一第一安裝角；一第二段部，連接該第一段部，並且由該第一段部朝該風扇結構外側延伸，其中該第一、第二段部之間形成一第二接合面，且該第二接合面與該底平面之間具有一第二安裝角，其中該第二安裝角小於該第一安裝角；以及一第三段部，連接該第二段部，並且由該第二段部朝該風扇結構外側延伸，其中該第二、第三段部之間形成一第三接合面，且該第三接合面與該底平面之間具有一第三安裝角，其中該第三安裝角小於該第二安裝角，其中該第三段部具有一端面，位於該扇葉外側邊緣，且該端面與該底平面之間具有一第四安裝角，其中該第四安裝角小於該第三安裝角，其中該第二段部具有一第二中心線，該第二中心線與該第二及第三接合面等距離，且該第三段部具有一第三中心線，該第三中心線與該第三接合面和該端面等距離，其中該第二中心線的長度大於該第三 中心線的長度，其中該第三段部沿該風扇結構徑向方向上的寬度大致等於該第一及第二段部沿該風扇結構徑向方向上的寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第一段部具有一弧狀之第一迎風面，連接該第一及第二接合面並且朝該第一段部內側凹陷，該第二段部具有一弧狀之第二迎風面，連接該第二及第三接合面並且朝該第二段部內側凹陷。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第一段部具有一弧狀之第一出風面，連接該第一及第二接合面並且朝該第一段部外側凸出，該第二段部具有一弧狀之第二出風面，連接該第二及第三接合面並且朝該第二段部外側凸出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第一段部具有一第一中心線，該第一中心線與該第一及第二接合面等距離，該第二段部具有一第二中心線，該第二中心線與該第二及第三接合面等距離，其中該第二中心線的長度大於該第一中心線的長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第二段部沿該中心軸方向上的高度小於或等於該第一段部沿該中心軸方向上的高度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第一及第二接合面的曲率中心皆位於該風扇結構之一中心軸上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第三段部具有一弧狀之第三迎風面，連接該第二及第三接合面並且朝該第三段部內側凹陷。
8. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第三段部具有一弧狀之第三出風面，連接該第二及第三接合面並且朝該第三段部外側凸出。
9. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該端面的曲率中心位於該風扇結構之一中心軸上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第一及第四安裝角之間的角度差小於20°。
11. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第三段部沿該中心軸方向的高度小於或等於該第二段部沿該中心軸方向的高度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之風扇結構，其中該第三接合面的曲率中心位於該中心軸上。