TWI832499B

TWI832499B - 可攜式電子裝置的離心式散熱風扇

Info

Publication number: TWI832499B
Application number: TW111139595A
Authority: TW
Inventors: 陳宗廷; 廖文能; 謝錚玟; 林光華; 陳偉今; 林育民
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-02-11
Also published as: US20240138098A1; TW202417745A; US20240237268A9

Abstract

一種可攜式電子裝置的離心式風扇。離心式散熱風扇包括輪轂、多個金屬葉片以及至少一輪環。金屬葉片環繞輪轂設置。金屬葉片包括多種徑向尺寸，其中徑向尺寸較短者的結構是徑向尺寸較長者的結構的局部。具有不同徑向尺寸的金屬葉片形成至少兩個環區，且所述至少兩個環區內的金屬葉片的分佈數量彼此相異。輪環環繞輪轂且連結金屬葉片。

Description

可攜式電子裝置的離心式散熱風扇

本發明是有關於一種離心式散熱風扇，且特別是有關於一種可攜式電子裝置的離心式散熱風扇。

由於電子裝置(例如筆記型電腦或平板電腦)的設計趨勢逐漸朝向輕薄化，因此在內部空間極為有限的情形下，其內安裝的散熱風扇也隨著被要求需以薄型化作為目標，進而造成在空間受限的情況下，散熱風扇的氣流並無法順利地進出散熱風扇，而影響其散熱效率。

以離心式散熱風扇為例，其流道需以類蝸型的漸擴設計方能讓工作流體進出風扇時產生足夠的壓力差變化，以藉由所述壓力差變化使工作流體從軸向進入風扇，而從徑向被排出風扇。然而此舉卻容易在流道漸擴處因工作流體產生高速的轉向(由軸向轉為徑向)，而產生噪音。尤其是，現有葉片多採等距式配置，同時為了增加葉片數量而需將輪轂擴大，但卻因此而產生週期性噪音且無助於風扇的入風量。

因此，如何改變現有離心式散熱風扇的相關結構，以利於降低所述噪音問題，實為相關技術人員所需思考的課題。

本發明提供一種可攜式電子裝置的離心式散熱風扇，其通過輪葉與波葉的分佈數量的相異搭配，而據以降低所產生的噪音。

本發明的可攜式電子裝置的離心式風扇。離心式散熱風扇包括輪轂、多個金屬葉片以及至少一輪環。金屬葉片環繞輪轂設置。金屬葉片包括多種徑向尺寸，其中徑向尺寸較短者的結構是徑向尺寸較長者的結構的局部。具有不同徑向尺寸的金屬葉片形成至少兩個環區，且所述至少兩個環區內的金屬葉片的分佈數量彼此相異。輪環環繞輪轂且連結金屬葉片。

基於上述，可攜式電子裝置的離心式散熱風扇，藉由將多個徑向尺寸的金屬葉片予以排列配置於輪轂周圍，而形成徑向尺寸不同的環區，其中這些環區內的金屬葉片的分佈數量彼此相異。如此一來，金屬葉片會形成輪葉與波葉相互搭配的狀態，也就是以輪環作為金屬葉片的結合結構，據以解決金屬葉片數量增加而無法皆與輪轂結合的情形發生，而得以兼具風扇效能(風量)增加以及負荷運轉的結構強度。再者，金屬葉片沿徑向區域而存在不同的分佈數量，也可進一步地分散因頻率單一而造成噪音集中的情形。

10:可攜式電子裝置

20、30:熱源

100:風扇

110:輪轂

111:結合部

120、220、320:金屬葉片

121、221、321:第一葉片

121a、121b、121c:結合部

122、222、322:第二葉片

130:外殼

131:入風口

132、133:出風口

141、142:輪環

223、323:第三葉片

324:第四葉片

A1、B1、C1:第一環區

A2、B2、C2:第二環區

B3、C3:第三環區

C4:第四環區

S1、S2、S4:區段

θ:夾角

圖1是依據本發明實施例的可攜式電子裝置的簡單示意圖。

圖2A是圖1的離心式風扇的部分構件俯視圖。

圖2B是圖2A的離心式風扇所採用的葉片示意圖。

圖2C與圖2D分別以不同視角繪示圖2A的風扇的局部結構。

圖3繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。

圖4A繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。

圖4B繪示圖4A的金屬葉片組成示意圖。

圖5A繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。

圖5B繪示圖5A的金屬葉片組成示意圖。

圖1是依據本發明實施例的可攜式電子裝置的簡單示意圖，其以俯視視角繪示在可攜式電子裝置10的內部空間設置兩個離心式散熱風扇(以下簡稱風扇100)，以對熱源20、30進行散熱，熱源20、30所產生熱量經由熱管(虛線繪示者)傳至鰭片。各風扇100包括輪轂110、多個金屬葉片120以及外殼130，其中外殼130具有位於軸向的入風口131以及位於徑向的兩個出風口132、133，其中出風口132正對熱源20、30的方向，出風口133正對鰭片與可攜式電子裝置10的外部，同時在所示兩個風扇100是彼此對應的配置情形下，而產生如圖1所示以虛線箭號所繪示的氣流，以多個路徑將熱量散逸出可攜式電子裝置10。

在此，可攜式電子裝置10是以筆記型電腦為例，或者也為平板電腦等類似的可攜式電子裝置。如前述，現有風扇技術受限於使用環境而對於可攜式電子裝置10所提供的散熱效能有限，而其他用於大型設備，例如使用於建築或使用於大型機具的渦輪，其結構及條件並不需要也無法順利地使用於本案的可攜式電子裝置。

圖2A是圖1的離心式風扇的部分構件俯視圖。圖2B是圖2A的離心式風扇所採用的葉片示意圖。請同時參考圖2A與圖2B，在本實施例中，金屬葉片120環繞輪轂110設置。金屬葉片120包括多種徑向尺寸(相當於以風扇100的旋轉軸為中心基準，沿放射方向的金屬葉片120的長度)，其中徑向尺寸較短者的結構是徑向尺寸較長者的結構的局部。在此，依據徑向尺寸而將金屬葉片120區分為第一葉片121與第二葉片122，其中第一葉片121的徑向尺寸大於第二葉片122的徑向尺寸。第一葉片121具有結合部121a，用以與輪轂110通過嵌入射出成型(insert molding)的工藝而相互結合，其中結合部121a包括鏤空結構與缺口結構而有利於增加第一葉片121與輪轂110的結合強度。

再者，正如前述不同徑向尺寸的第一葉片121與第二葉片122，其中第二葉片122的結構實質上是第一葉片121的結構的局部，如圖2B所示，第一葉片121具有不同的區段S1、S2，而第二葉片122即是等同於區段S1。換句話說，金屬葉片120是以模具沖壓成型出徑向尺寸較長者，取其部分再予以沖壓成型出徑向尺寸較短者。也就是先行製作出多個第一葉片121，再由這些第一葉片121取部分予以進一步沖壓成型，即能獲得多個第二葉片122。此舉代表金屬葉片120的沖壓成型模具僅需要針對最大尺寸者設計，也就是僅需針對第一葉片121設計，而將有助於簡化金屬葉片120的製作工藝並因此降低製作成本。此外，由於第二葉片122實質上是取第一葉片121鄰近末端處(遠離輪轂110)的局部結構而成，因此與輪轂110存在間距而無法如第一葉片121直接結構連接至輪轂110，因此本實施例的風扇100還包括輪環141、142，環繞輪轂110且連結金屬葉片120。

圖2C與圖2D分別以不同視角繪示圖2A的風扇的局部結構。請同時參考圖2B至圖2D，在本實施例中，輪環141、142沿輪轂110的旋轉軸向而分別結合金屬葉片120的上緣與下緣，且如圖2A所示，輪環141的徑向尺寸小於輪環142的徑向尺寸。相同於前述第一葉片121與輪轂110的結合工藝，其中第一葉片121的結合部121a實際上是被包覆於輪轂110的結合部111。本實施例的輪環141、142也是以嵌入射出成型而與金屬葉片120結合，且可將金屬葉片120依據圖2A所示排列於模具後，一併形成輪轂110與輪環141、142。如圖2B所示，第一葉片121與第二葉片122分別具有結合部121b、121c，例如是缺口結構，以利於輪環141、142能填充於缺口結構且還進一步地結合起相鄰的兩個金屬葉片120。

如此一來，這些具有不同徑向尺寸的金屬葉片120，也就是徑向尺寸較長的第一葉片121與徑向尺寸較短的第二葉片122，會在輪轂110的外圍形成具有不同徑向尺寸的第一環區A1與第二環區A2，且第一環區A1與第二環區A2的金屬葉片120的分佈數量彼此相異。在此，第二環區A2處的金屬葉片120的分佈數量大於第一環區A1處的金屬葉片120的分佈數量，也就是金屬葉片120在徑向尺寸較長的第二環區A2的分佈數量大於在徑向尺寸較短的第一環區A1的分佈數量。如圖2A所示，第一環區A1鄰近輪轂110，第二環區A2遠離輪轂110，第一葉片121從輪轂110經過第一環區A1而延伸至第二環區A2，而第二葉片122僅位於第二環區A2，進而使第一葉片121視為風扇100的波葉(wave blade)，而第二葉片122視為風扇100的輪葉(wheel blade)，其中，波葉是連接至輪轂110的長扇葉，而輪葉是未連接輪轂110的短扇葉。

在本實施例中，金屬葉片120是由40片的第一葉片121與120片的第二葉片122所構成，且第二葉片122實質上遠離輪轂110，進而在增加金屬葉片120數量時，能據以克服輪轂110的側面面積不足而無法使每一金屬葉片120穩固地結合至輪轂110的情形。亦即，以輪葉搭配波葉的配置，而在增加金屬葉片120數量的同時，通過輪環141、142與金屬葉片120結合以分散金屬葉片120在風扇100運轉時所受應力，以使金屬葉片120與輪轂 110的結構強度不致弱化，以讓金屬葉片120的厚度目標能達至0.05mm而不會產生斷裂的情形。

更重要的是，本實施例通過徑向尺寸不同的金屬葉片120而形成第一環區A1與第二環區A2，且金屬葉片120在這兩個環區的分佈數量彼此相異，以在風扇100運轉時藉以分散固定頻率的噪音。舉例來說，若風扇100轉速為每秒10圈(10rps)，且本實施例的金屬葉片120全為如第一葉片121的相同徑向尺寸(徑向尺寸)時，即相當於是160片的第一葉片121，則在入風口131所產生噪音會集中在頻率1600Hz，也就是該處的聲壓(sound pressure level,SPL)量測會在頻率1600Hz處看到明顯的峰值(peak)，相當於在1600Hz產生明顯的噪音。反觀本實施例，不同徑向尺寸的金屬葉片120，而相當於金屬葉片120在第一環區A1分佈有40片，在第二環區A2分佈有160片，因此聲壓量測時即使會在頻率400Hz與頻率1600Hz產生峰值，但相較於前述集中在頻率1600Hz的峰值，本實施例明顯產生能量分散的效果，也就是相當於前述僅在頻率1600Hz的峰值聲壓能量會分散至頻率400Hz與頻率1600Hz的峰值聲壓，而通過能量分散改善因固定頻率所產生的不悅耳聲音。

另一方面，本案的金屬葉片120在第一環區A1的相鄰葉片間距相異於金屬葉片120在第二環區A2的相鄰葉片間距，且實際上如圖2A所示，金屬葉片120在第一環區A1的相鄰葉片間距大於金屬葉片120在第二環區A2的相鄰葉片間距，以提高入風口 131處的進風量。

圖3繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。在此省略如前述實施例的外殼130而有利於辨識輪轂110與金屬葉片120的分佈情形。有別於前述的第一葉片121與第二葉片122是採固定式的搭配(1片第一葉片121搭配4片第二葉片122)。本實施例改以不同週期搭配第一葉片121與第二葉片122，其中在第一環區A1分佈有50片金屬葉片120，而在第二環區A2分佈有160片金屬葉片120。同時，第一葉片121與輪轂110之間的夾角θ也隨著所示配置方式不同而改變。換句話說，有別於前述固定週期變化的配置方式，本實施例改以浮動式週期變化配置金屬葉片120，亦即，設計者可據以改變或打亂金屬葉片120的配置週期，以亂數或不規則的方式排列金屬葉片120，以期達到前述將噪音峰值能量予以分散的效果。

圖4A繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。圖4B繪示圖4A的金屬葉片組成示意圖。請同時參考圖4A與圖4B，本實施例的金屬葉片220包括三種不同徑向尺寸的多個第一葉片221、多個第二葉片222與多個第三葉片223，其中第一葉片221的徑向尺寸大於第二葉片222的徑向尺寸，且第二葉片222的徑向尺寸大於第三葉片223的徑向尺寸一其中若以第一葉片221為基準，則類似於前述圖2B所示之實施例，本實施例的第三葉片223相當於第一葉片221於區段S1的部分結構，而第二葉片222則相當於第一葉片221於區段S1的部分結構加上區段S4，而區段S4是區段S2的部分結構。

據此，金屬葉片220將輪轂110的外圍區分為徑向尺寸不同的三個環區，從輪轂110起依序為第一環區B1、第二環區B2與第三環區B3，其中第一環區B1僅分佈有第一葉片221，第二環區B2分佈有第一葉片221與第二葉片222，而第三環區B3則分佈有第一葉片221、第二葉片222與第三葉片223，進而使金屬葉片220的分佈數量是第一環區B1小於第二環區B2，且第二環區B2小於第三環區B3，其中在第一環區B1分佈有40片金屬葉片220，在第二環區B2分佈有80片金屬葉片220，而在第三環區B3分佈有160片金屬葉片220。據此，金屬葉片220的分佈數量在這些環區彼此相異，而能有效地分散噪音峰值能量。

圖5A繪示本發明另一實施例的離心式風扇的俯視圖。圖5B繪示圖5A的金屬葉片組成示意圖。請同時參考圖5A與圖5B，本實施例的金屬葉片320包括四種不同徑向尺寸的多個第一葉片321、多個第二葉片322、多個第三葉片323與多個第四葉片324，其中第一葉片321的徑向尺寸大於第二葉片322的徑向尺寸，第二葉片322的徑向尺寸大於第三葉片323的徑向尺寸，且第三葉片323的徑向尺寸大於第四葉片324的徑向尺寸，其中若以第一葉片321為基準，則類似於前述實施例，本實施例的第二葉片322、第三葉片323與第四葉片324分別可視為第一葉片321的局部結構。

據此，金屬葉片320將輪轂110的外圍區分為徑向尺寸不同的四個環區，從輪轂110起依序為第一環區C1、第二環區C2、第三環區C3與第四環區C4，其中第一環區C1僅分佈有第一葉片321，第二環區C2分佈有第一葉片321與第二葉片322，而第三環區C3則分佈有第一葉片321、第二葉片322、第三葉片323與第四葉片324，第四環區C4分佈有第一葉片321、第二葉片322與第三葉片323。此舉相當於在第一環區C1分佈有40片金屬葉片320，在第二環區C2分佈有68片金屬葉片320，在第三環區C3分佈有160片金屬葉片320，在第四環區C4分佈有133片金屬葉片320，且金屬葉片320在各環區的分佈採不規則(非週期性)分佈，進而形成金屬葉片320在這些環區的分佈數量彼此相異，且能有效地分散噪音峰值能量。

還需提及的是，上述實施例需因應金屬葉片(120、220或320)的分佈情形對應調整風扇100的整體重心，例如在完成金屬葉片(110、220或320)的排列之後，據以模擬出風扇100的整體重心是否落於輪轂110的旋轉軸，若否，則可再進一步地調整輪轂110或輪環(141或142)的配置體積與重量，即能讓風扇100於運轉時保持固定的重心及動態平衡。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，可攜式電子裝置的離心式散熱風扇，藉由將多個徑向尺寸的金屬葉片予以排列配置於輪轂周圍，而形成徑向尺寸不同的環區，其中這些環區內的金屬葉片的分佈數量彼此相異。如此一來，金屬葉片會形成輪葉與波葉相互搭配的狀態，也就是以輪環作為金屬葉片的結合結構，據以解決金屬葉片數量增加而無法皆與輪轂結合的情形發生，而得以兼具風扇效能(風量)增加以及負荷運轉的結構強度。再者，金屬葉片沿徑向區域而存在不同的分佈數量，也可進一步地分散因頻率單一而造成噪音集中的情形。更重要的是，由於徑向長度較短的金屬葉片的結構實質上是徑向長度較長的金屬葉片的局部結構，因此還能進一步地節省金屬葉片的製作工藝，僅以單一沖壓成型模具即能先行取得徑向尺寸較長的金屬葉片，而後再從這些徑向尺寸較長的金屬葉片予以進一步沖壓成型出徑向尺寸較短的金屬葉片，據以有效降低風扇的製作成本。

110:輪轂

120:金屬葉片

121:第一葉片

122:第二葉片

141、142:輪環

A1:第一環區

A2:第二環區

Claims

一種可攜式電子裝置的離心式散熱風扇，所述離心式散熱風扇包括：輪轂；多個金屬葉片，環繞該輪轂設置，該些金屬葉片包括多種徑向尺寸，且該些金屬葉片中徑向尺寸較短者的結構，是該些金屬葉片中徑向尺寸較長者的結構的局部，其中具有不同徑向尺寸的該些金屬葉片形成至少兩個環區，且該至少兩個環區內的該些金屬葉片的分佈數量彼此相異；以及至少一輪環，環繞該輪轂且連結該些金屬葉片，其中該些金屬葉片包括多個第一葉片、多個第二葉片、多個第三葉片與多個第四葉片，該第一葉片的徑向尺寸大於該第二葉片的徑向尺寸，該第二葉片的徑向尺寸大於該第三葉片的徑向尺寸，該第三葉片的徑向尺寸大於該第四葉片的徑向尺寸，且該些金屬葉片將該輪轂外圍分隔為第一環區、第二環區、第三環區與第四環區，其中該第一葉片從該輪轂經過該第一環區、該第二環區、該第三環區而延伸至該第四環區，該第二葉片從該第二環區經過該第三環區延伸至該第四環區，該第三葉片從該第三環區延伸至該第四環區，該第四葉片位於該第三環區，其中在該第二環區的該些金屬葉片的分佈數量大於在該第一環區的該些金屬葉片的分佈數量，在該第四環區的該些金屬葉片的分佈數量大於在該第二環區的該些金屬葉片的分佈數量，且在該第三環區的該些金屬葉片的分佈數量大於在該第四環區的該些金屬葉片的分佈數量。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些金屬葉片是以模具沖壓成型出徑向尺寸較長者，取其部分再予以沖壓成型出徑向尺寸較短者。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些金屬葉片在徑向尺寸較長的該環區的分佈數量大於在徑向尺寸較短的該環區的分佈數量。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些第一葉片結合至該輪轂，且該些第一葉片分別與該輪轂的夾角隨著位置而改變。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該至少一輪環包括兩個輪環，沿該輪轂的旋轉軸向而分別結合該些金屬葉片的上緣及下緣。
如請求項5所述的離心式散熱風扇，其中該兩個輪環具有不同徑向尺寸。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些金屬葉片的部分藉由嵌入射出成型而與該輪轂、該輪環結合在一起。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些金屬葉片在所述至少兩個環區中鄰近該輪轂者的分佈數量小於在所述至少兩個環區中遠離該輪轂者的分佈數量。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該些金屬葉片在所述至少兩個環區中鄰近該輪轂者的相鄰葉片間距大於在所述至少兩個環區中遠離該輪轂者的相鄰葉片間距。
如請求項1所述的離心式散熱風扇，其中該至少兩個環區內的該些金屬葉片的相鄰葉片間距彼此相異。