專利名稱：高性能的軸流風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子冷卻環(huán)境中的冷卻風(fēng)扇，更具體地涉及沒(méi)有進(jìn)氣限制的高性能風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
風(fēng)扇是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的空氣泵，其可產(chǎn)生一定壓力下的空氣的體積流動(dòng)。稱為葉輪的風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)部分包括具有輻射狀葉片的輪轂，其可轉(zhuǎn)換電動(dòng)機(jī)的扭矩以提高輪轂上的靜壓力。增大的靜壓力提高了空氣質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能，使得它們可運(yùn)動(dòng)。因此，風(fēng)扇對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)和通風(fēng)來(lái)說(shuō)是有用的。
風(fēng)扇具有多種形式。軸流風(fēng)扇包括可旋轉(zhuǎn)以使大量空氣在低壓下運(yùn)動(dòng)的葉輪?？諝庋仄叫杏陲L(fēng)扇葉片軸線的方向運(yùn)動(dòng)。軸流風(fēng)扇可產(chǎn)生高速氣流且生產(chǎn)成本較低，但只能用于低壓環(huán)境下。另外，當(dāng)外界條件不利時(shí)，例如在空氣不足或氣流被阻塞如處于管道系統(tǒng)中時(shí)，軸流風(fēng)扇的噪音較大。
也稱為鼓風(fēng)機(jī)的離心式風(fēng)扇也包括帶有徑向延伸的葉片的旋轉(zhuǎn)板，然而鼓風(fēng)機(jī)采用離心力來(lái)使空氣運(yùn)動(dòng)。來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的氣流一般垂直于葉片軸線，并處于比軸流風(fēng)扇更低的流速下。離心式風(fēng)扇的生產(chǎn)成本高于軸流風(fēng)扇，并通常在軸流風(fēng)扇壓力的四倍左右的壓力下工作。
雖然風(fēng)扇具有多種形式，然而高質(zhì)量的風(fēng)扇可更安靜且更有效地工作。優(yōu)良質(zhì)量的風(fēng)扇可包括用于使葉輪更平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)的球軸承，并最好具有葉片和風(fēng)扇外殼之間的滑動(dòng)配合以保證在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生泄漏。精心的制造，例如保證各葉片在大小、重量和結(jié)構(gòu)方面均相匹配也可提高風(fēng)扇的效率。
由風(fēng)扇傳送的氣流量與風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)和設(shè)置有關(guān)。風(fēng)扇葉片的數(shù)量和長(zhǎng)度是很重要的，風(fēng)扇距其它物體的距離和風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的速度也很重要。歸根結(jié)底，風(fēng)扇效率由風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)和排列決定。
基于處理器的系統(tǒng)如臺(tái)式計(jì)算機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這些系統(tǒng)通常包括用于電源、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的風(fēng)扇，以及一個(gè)或多個(gè)置于會(huì)發(fā)熱的微處理器上的散熱器。令人驚訝地是，很少有人關(guān)注用于散熱的風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)內(nèi)的進(jìn)氣限制和對(duì)更有效的散熱器的不斷增長(zhǎng)的需求使得這種系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)扇設(shè)計(jì)受到極大的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種風(fēng)扇組件，其中可提高能夠被吸入到風(fēng)扇內(nèi)的空氣體積以及從風(fēng)扇中排出的空氣量。
根據(jù)這里介紹的一些實(shí)施例，公開(kāi)了一種可提高使用期間的吸氣和排氣的風(fēng)扇葉輪。葉輪采用了翼型形狀以對(duì)周圍空氣有效地施加動(dòng)量。從采用了所公開(kāi)的葉輪的風(fēng)扇中排出的空氣處于比相當(dāng)尺寸的現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇所傳送出的更高的壓力下。
風(fēng)扇葉輪對(duì)風(fēng)扇葉片采用了特殊的翼型形狀，以使外界空氣顯著地運(yùn)動(dòng)。使用翼型形狀和重疊的葉片提高了葉片的升力，并因此提高了質(zhì)量流量和出口壓力。從相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇來(lái)說(shuō)風(fēng)扇葉輪具有更平滑的風(fēng)扇曲線中可以清楚，葉片失速被消除。葉片掃描角被最優(yōu)地設(shè)置成可控制外界空氣的徑向流動(dòng)特性。在風(fēng)扇組件中去除了外殼側(cè)壁，以便消除寄生阻力并改善穿過(guò)風(fēng)扇的空氣運(yùn)動(dòng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的風(fēng)扇葉輪的頂視圖；圖2是圖1所示風(fēng)扇葉輪的立體圖；
圖3A和3B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的翼型的圖；圖4A-4C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的NACA翼型的圖；圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇曲線的圖；圖6是圖1所示風(fēng)扇葉輪和現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇的風(fēng)扇曲線的比較圖；圖7是重疊在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖4所示現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇曲線上的RPM與CFM的比較圖；圖8是重疊在圖1所示的風(fēng)扇葉輪的風(fēng)扇曲線上的RPM與CFM的比較圖；和圖9是包括有軸向和離心式氣流線的圖1所示風(fēng)扇葉輪的立體圖。
具體實(shí)施例方式
在下述詳細(xì)的描述中將參考附圖，附圖通過(guò)圖示顯示了可實(shí)施本發(fā)明的一些具體的實(shí)施例。然而應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了此公開(kāi)后可以容易地構(gòu)思出其它的實(shí)施例。因此，下述詳細(xì)的描述并不起限制作用，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。
在圖1和2中分別顯示了風(fēng)扇葉輪100的頂視圖和立體圖。葉輪100包括多個(gè)設(shè)置在輪轂14周圍的葉片10。為了更好地理解葉片的設(shè)置，在圖1中葉片的應(yīng)當(dāng)為虛線的其它隱藏邊顯示為可見(jiàn)。
葉輪100的輪轂14為圓柱體，葉片10連接在其上。葉片上最接近輪轂的部分稱為葉根58，其在輪轂14的圓柱壁上延伸。葉片上最遠(yuǎn)離輪轂的部分稱為葉尖68。如圖2所示，葉根58重疊在輪轂14的底部上。
輪轂14在一端被端蓋30所封住，端蓋30是平的圓形板，其與輪轂的頂部橫向地相連。設(shè)于端蓋30的中心處的葉片軸12可以是與端蓋30垂直的剛性桿。在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸12時(shí)風(fēng)扇葉輪100旋轉(zhuǎn)。葉片軸通常由電動(dòng)機(jī)(未示出)帶動(dòng)。
葉片10具有前緣22、后緣24、重疊部分18和葉片掃描角16。前緣22是葉片在前進(jìn)氣區(qū)域78中首先接觸外界空氣的部分。后緣24是葉片在后排氣區(qū)域88中最后接觸外界空氣的部分。
葉片幾何形狀風(fēng)扇葉輪100設(shè)計(jì)成可比典型的風(fēng)扇葉輪更有效地工作。葉片外形被優(yōu)化以在預(yù)定的速度或每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)的范圍下工作。葉片掃描角被優(yōu)化地設(shè)置成可控制外界空氣的徑向流動(dòng)特性。翼型設(shè)計(jì)和葉片10的角度或葉片角設(shè)計(jì)成可使風(fēng)扇葉輪100在特定的工作條件下最佳地操作。
變化的截面厚度與葉片全部處于均勻厚度的典型風(fēng)扇葉輪相比，風(fēng)扇葉輪100的葉片10具有變化的截面厚度。特別是，葉片10的截面表明，葉片10具有翼型形狀。翼型是設(shè)計(jì)成可使在其周圍流動(dòng)的空氣產(chǎn)生有效運(yùn)動(dòng)的表面。翼型通常用于描述機(jī)翼的截面，其一般設(shè)計(jì)成可產(chǎn)生升力。更廣泛地說(shuō)，翼型能有效地控制其周圍的空氣流動(dòng)。翼型的形狀會(huì)影響在翼型上方和下方流動(dòng)的空氣的速度。翼型形狀的葉片可減少氣流紊流，增大有效沖角，并且減少與聲級(jí)有關(guān)的問(wèn)題。翼型特性將在下文中更詳細(xì)地討論。
光滑的前緣除了具有翼型形狀之外，葉片10還具有倒圓的或光滑的前緣22。此光滑前緣可減小葉片阻力，這可提高葉輪100的效率。另外，與無(wú)此特征的葉片相比，帶有光滑前緣的葉輪葉片可產(chǎn)生更小的噪音。
下凹葉片在從前緣22處看去時(shí)，風(fēng)扇葉輪100的葉片10是下凹的，以便將空氣朝向風(fēng)扇葉輪的內(nèi)側(cè)抽吸。葉片的杯形提供了可提高被徑向和軸向地拉動(dòng)的空氣吸入量的收集效應(yīng)。與典型的風(fēng)扇葉輪相比，更大量的抽吸空氣使得葉輪100所排出的量更大。
來(lái)看圖1，在空氣從后方進(jìn)入到風(fēng)扇葉輪100中時(shí)，進(jìn)氣被描述為軸向的。在空氣從側(cè)面進(jìn)入到風(fēng)扇葉輪中時(shí)，進(jìn)氣被描述為徑向的。風(fēng)扇葉輪100在工作中同時(shí)利用了軸向和徑向的進(jìn)氣。
恒定的葉片角葉片10具有恒定的或幾乎恒定的葉片角。葉片角通過(guò)連接葉片的前緣和后緣之間的連線(稱為弦)來(lái)測(cè)量，在輪轂14水平地放置時(shí)此線與水平面相交。在圖2中顯示了葉片角36。在一些現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇葉輪中，葉片角在從葉根到葉尖的徑向上變化，這樣可以簡(jiǎn)化制造和/或產(chǎn)生均勻的軸向流動(dòng)。葉片可在從葉根到葉尖上扭曲，使得葉尖處的葉片角不同于葉根處的葉片角。相反，葉根58和葉尖68處的風(fēng)扇葉輪100的葉片角基本上相似或基本上恒定。換句話說(shuō)，風(fēng)扇葉輪100的葉片10不會(huì)在從葉根58到葉尖68上扭曲。
后緣比前緣長(zhǎng)50％葉片角36在從葉根到葉尖上的恒定性使得后緣24比前緣22大致長(zhǎng)50％。這顯著地增大了葉片面積，使得風(fēng)扇葉輪100可以更大的升力、更高的質(zhì)量流量和更高的出口壓力來(lái)工作。
較低的葉片角此外，葉片角52相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇葉輪來(lái)說(shuō)較低。葉片角52可在20到50度之間，最好是在30到40度之間。在一些實(shí)施例中，葉片角52為40度。在一些其它的實(shí)施例中，葉片角52為30度。
重疊葉片在風(fēng)扇葉輪100中，當(dāng)從葉片軸12的方向來(lái)看風(fēng)扇葉輪時(shí)，葉片表面是重疊的，如圖1所示。現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇葉輪通常設(shè)計(jì)成在從葉片軸12的方向來(lái)看時(shí)葉片不重疊。這使得葉輪100在制造期間(通常采用注塑模制)可被軸向地拉出，簡(jiǎn)化了注塑模具。葉輪100中存在著葉片重疊使得葉片角保持恒定，增大了葉片的表面積，代價(jià)是注塑模具稍微復(fù)雜一些。
葉片掃描角除了具有一個(gè)葉片的前緣22重疊在相鄰葉片的后緣24上的重疊部分18之外，葉片10的葉片掃描角16也可變化。
在圖1的頂視圖中，對(duì)于給定葉片10來(lái)說(shuō)，葉尖68在旋轉(zhuǎn)方向50上前于或先于葉根58。因此，葉片10“向前掃描”。葉片掃描角16大于90°但小于180°。向前掃描30的三角形狀突出了葉尖68，使得空氣體積被更均勻地整體吸入，因此風(fēng)扇葉輪100的紊流操作更少。
或者，葉片10可定位成使得沒(méi)有向前掃描。換句話說(shuō)，葉尖68在旋轉(zhuǎn)方向50上并未先于葉根58。相反，前緣22基本上正交于輪轂14而延伸，使得葉片掃描角16約為90°。在這種結(jié)構(gòu)中，葉片10稱為“無(wú)掃描”。
作為另一選擇，葉片10可定位成使得葉根58在旋轉(zhuǎn)方向50上先于葉尖68。葉片掃描角16大于180°但小于135°。因此葉片10“向后掃描”。風(fēng)扇葉輪100的葉片可向前掃描、向后掃描或無(wú)掃描，如葉片掃描角16所示。
翼型特性如上所述，風(fēng)扇葉輪100的葉片10為翼型。在圖3A和3B中分別顯示了翼型20A和20B。所討論的翼型的幾項(xiàng)有用的特征如下在風(fēng)扇葉輪100中已經(jīng)顯示出的前緣22和后緣24、拱弧線26、弦28和葉片角36。翼型20的前緣22是首先與周圍空氣接觸的那一部分。后緣24是經(jīng)過(guò)翼型20的上表面32的氣流與經(jīng)過(guò)翼型20的下表面34的氣流相匯合的點(diǎn)。弦28是穿過(guò)翼型并處于前緣22和后緣24之間的假想直線。拱弧線26順應(yīng)著上表面32和下表面34之間的中點(diǎn)。如圖3B所示，葉片角36由弦28和假想水平面38相交而形成。
葉片10所產(chǎn)生的升力54垂直于葉弦28。升力是翼型的特征，最好應(yīng)增大升力以實(shí)現(xiàn)有效的葉輪設(shè)計(jì)。升力54和阻力56的特征很大程度上取決于翼型形狀和葉片角36。風(fēng)扇葉輪100通過(guò)增大葉片角36而平衡了背壓或阻抗的增加。葉片角36的增加會(huì)使升力54增大，直到達(dá)到葉片失速點(diǎn)為止，在此時(shí)升力下降。在一些實(shí)施例中，通過(guò)風(fēng)扇葉輪100可實(shí)現(xiàn)最佳的葉片角，從而可避免失速(因葉片角太大而引起)和提升效率不高(因葉片角太小而引起)。
美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)曾經(jīng)收集了一系列用于航空研究和其它工程分析的翼型幾何形狀并對(duì)其進(jìn)行了分類。美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)成立于1915年，到1958年為止它作為美國(guó)安全部的代理機(jī)構(gòu)來(lái)運(yùn)作。各NACA翼型由多項(xiàng)式產(chǎn)生，其表示拱弧線的形狀和翼型的厚度。
在圖4A-4C中分別顯示了三個(gè)翼型NACA5404、NACA6404和NACA7404。采用編號(hào)系統(tǒng)來(lái)分類各翼型。在一個(gè)四位翼型中，首位數(shù)字(最左邊的數(shù)字)表示拱弧線的彎曲量(作為翼弦的百分比)。與第一位數(shù)字相鄰的第二位數(shù)字表示作為弦的百分比的彎曲中的最高點(diǎn)的位置。最右邊的二位數(shù)字表示作為翼弦的百分比的將增加到拱弧線中的厚度值。
對(duì)于風(fēng)扇葉輪100來(lái)說(shuō)，翼型的幾何形狀、升力系數(shù)、阻力系數(shù)和葉片的壓力分布均基于無(wú)限長(zhǎng)度的直線機(jī)翼。在采用如圖4A-4C所示的一種NACA幾何形狀時(shí)，風(fēng)扇葉輪100的葉片10保持流體似的氣流關(guān)系，根據(jù)一些實(shí)施例，這可保證徑向結(jié)構(gòu)具有可預(yù)測(cè)的翼型性能。
葉片失速的消除上述葉片特征被設(shè)計(jì)用于風(fēng)扇葉輪100的有效工作。另外，在風(fēng)扇葉輪100中的稱為葉片失速的狀況被減小或消除。在背壓或阻抗增加時(shí)，葉輪通過(guò)增大沖角、因而增大升力來(lái)與克服阻抗。然而在一些阻抗下，翼型無(wú)法增大升力，導(dǎo)致了脫流。
為了克服這一效應(yīng)，葉片角在葉輪100中保持為較小，使得減小或消除了脫流(或失速)。脫流是一種在氣流不再順應(yīng)葉片表面的輪廓時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。較小的葉片角允許利用整個(gè)葉片面積來(lái)提升，在一些實(shí)施例中，這導(dǎo)致了明顯更高性能的葉輪，并降低了噪音的產(chǎn)生。
大多數(shù)風(fēng)扇葉輪的風(fēng)扇曲線中的“彎曲處”為脫流點(diǎn)(或葉片失速點(diǎn))。如下所示，風(fēng)扇葉輪100在其風(fēng)扇曲線中無(wú)彎曲處。相反，葉輪100可從其翼型提升特征方面的初始工作平滑地過(guò)渡到更簡(jiǎn)單的渦流模式，從而能夠更有效地工作。
風(fēng)扇曲線圖5是典型的現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇葉輪的風(fēng)扇曲線40的圖。風(fēng)扇曲線40描繪了氣流與靜壓力的關(guān)系。風(fēng)扇可在給定環(huán)境下傳送一定量的氣流和一定的壓力。因此，在相對(duì)較高的壓力下，現(xiàn)有技術(shù)的葉輪傳送較低的氣流，如圖5所示。這由風(fēng)扇曲線40的渦流主導(dǎo)區(qū)42示出。當(dāng)風(fēng)扇葉輪在渦流主導(dǎo)區(qū)42中工作時(shí)，軸向氣流因背壓而減少，同時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速基本上不變。這使得離開(kāi)風(fēng)扇的空氣具有較高的渦流速度和較低的軸向速度。
風(fēng)扇曲線40還包括翼型主導(dǎo)區(qū)44。翼型主導(dǎo)區(qū)是風(fēng)扇曲線40上的壓力較低而氣流較高的部分。當(dāng)葉輪在翼型主導(dǎo)區(qū)44中工作時(shí)，氣流由此特定速度下的翼型特征決定。一般來(lái)說(shuō)，葉輪將在渦流主導(dǎo)區(qū)42和翼型主導(dǎo)區(qū)44之間的某處工作，如圖5中的過(guò)渡區(qū)48所示。
風(fēng)扇曲線40包括位于過(guò)渡區(qū)48中的彎曲處46，在此處盡管壓力下降，相對(duì)氣流也開(kāi)始下降。彎曲處46是許多現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇的效率開(kāi)始降低的點(diǎn)，這是因?yàn)轱L(fēng)扇速度(RPM)增大而壓力很少或沒(méi)有增加，并且氣流損耗明顯。
風(fēng)扇葉輪100針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇的效率不足來(lái)設(shè)計(jì)。采用彎曲且重疊的葉片外形中的高升力的翼型形狀、光滑的前緣22和葉片沿輪轂的位置，這些均有助于風(fēng)扇葉輪100的成功，如圖6中的風(fēng)扇曲線60所示。
與現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇曲線40相比，葉輪100的風(fēng)扇曲線60提供了沿曲線始終一致的較高氣流速度。另外，風(fēng)扇曲線60在渦流主導(dǎo)區(qū)42和翼型主導(dǎo)區(qū)44之間的過(guò)渡區(qū)中沒(méi)有可見(jiàn)的彎曲處，或者氣流的增加并不對(duì)應(yīng)于靜壓力的下降。相反，在現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇曲線40中明顯存在彎曲處46。在風(fēng)扇葉輪的典型工作區(qū)域即風(fēng)扇曲線60的過(guò)渡區(qū)48中，可以觀察到葉輪性能有明顯的提高。
在圖7中顯示了典型的現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇的脫流。曲線顯示了每分鐘轉(zhuǎn)速和每分鐘立方英尺之間的關(guān)系(RPM對(duì)CFM)，其重疊在風(fēng)扇曲線40上。在風(fēng)扇曲線40的彎曲處46，速度(RPM)顯著地增加，而壓力增加得很小，氣流存在較大的損耗。
在風(fēng)扇葉輪100上可以觀察到相反的效果，如圖8所示。在產(chǎn)生過(guò)渡的曲線的點(diǎn)處，速度(RPM)增加得較少。然后在風(fēng)扇葉輪100繼續(xù)克服增大的阻抗時(shí)，速度降低。風(fēng)扇葉輪100能夠克服進(jìn)一步增大的阻抗，這是通過(guò)從翼型主導(dǎo)操作過(guò)渡到渦流主導(dǎo)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
無(wú)外殼側(cè)壁風(fēng)扇葉輪100未包括外殼側(cè)壁。現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇葉輪通常具有外殼，其包圍了葉片并為風(fēng)扇提供了機(jī)械結(jié)構(gòu)。風(fēng)扇外殼側(cè)壁的消除保證了除軸向進(jìn)氣流動(dòng)路徑之外還可得到徑向進(jìn)氣流動(dòng)路徑?？赏瑫r(shí)得到軸向進(jìn)氣流動(dòng)和徑向進(jìn)氣流動(dòng)允許從翼型主導(dǎo)行為更平滑地過(guò)渡到渦流主導(dǎo)行為。
與軸向進(jìn)氣風(fēng)扇葉輪通常所發(fā)生的相比，徑向進(jìn)氣在葉片10上流過(guò)更大的距離。在風(fēng)扇葉輪100中，進(jìn)氣沿對(duì)角線流過(guò)葉片10。這減小了壓力梯度(即從進(jìn)入到離開(kāi)的氣流動(dòng)量的變化相同，但卻施加在增大的長(zhǎng)度上)，這可延遲脫流的發(fā)生。
另外，取消外殼側(cè)壁可去除任何潛在的寄生阻力，寄生阻力會(huì)因側(cè)壁上的邊界層而出現(xiàn)在風(fēng)扇葉片上。此邊界層還將阻止流經(jīng)風(fēng)扇的空氣的運(yùn)動(dòng)。
在圖9中，風(fēng)扇葉輪100的立體圖顯示了葉輪間隙的中間平面。實(shí)線箭頭顯示了葉輪100的渦流主導(dǎo)行為，而虛線箭頭顯示了翼型主導(dǎo)行為。
工作環(huán)境在一些實(shí)施例中，風(fēng)扇葉輪100用于與散熱器組件結(jié)合使用，以便在基于處理器的系統(tǒng)中將熱量從微處理器或其它發(fā)熱半導(dǎo)體器件中傳出。散熱器通常采用風(fēng)扇來(lái)增加散熱器和微處理器周圍的環(huán)境氣流。風(fēng)扇用更冷的外界空氣代替了被散熱器組件新近加熱的空氣。因此，風(fēng)扇通常提高了散熱器的效率。
一般來(lái)說(shuō)，用于計(jì)算環(huán)境中的風(fēng)扇如與散熱器、電源和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器一起使用的風(fēng)扇的設(shè)計(jì)并未考慮到風(fēng)扇葉片的翼型特性。這種忽略使得風(fēng)扇設(shè)計(jì)的效率不足且噪音較高。相反，簡(jiǎn)化制造和減少可動(dòng)件的數(shù)量的考慮通常會(huì)影響這些系統(tǒng)中的風(fēng)扇設(shè)計(jì)。葉片設(shè)計(jì)的考慮不足使得風(fēng)扇工作的效率嚴(yán)重不足。在將效率不足的風(fēng)扇連接到散熱器上時(shí)，散熱器設(shè)計(jì)的額定功率最終會(huì)受到限制。
對(duì)葉片幾何形狀和翼型原理的考慮使得風(fēng)扇葉輪100成為可與散熱器一起使用的最佳選擇。風(fēng)扇葉輪100還可用于其它的電子冷卻環(huán)境中，例如具有電源或其它發(fā)熱電子器件的環(huán)境。風(fēng)扇葉輪100還可以是工業(yè)環(huán)境如工廠或制造設(shè)施的一部分。
雖然已經(jīng)針對(duì)一些有限數(shù)量的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可對(duì)其進(jìn)行許多修改和變化。所附權(quán)利要求覆蓋了屬于本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)扇葉輪，包括圓柱形輪轂；和整體地連接在所述輪轂上并從所述輪轂中延伸出來(lái)的葉片，所述葉片具有翼型形狀的截面，其中所述葉片具有倒圓的前緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片還具有基本上恒定的葉片角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片還包括前緣和后緣，其中所述前緣重疊在相鄰葉片的后緣上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述后緣比所述前緣長(zhǎng)50％左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角在20到50度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角為40度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角為30度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述風(fēng)扇葉輪還包括軸向進(jìn)氣流動(dòng)路徑和徑向進(jìn)氣流動(dòng)路徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉輪在渦流主導(dǎo)區(qū)和翼型主導(dǎo)區(qū)中工作，當(dāng)所述葉輪在渦流主導(dǎo)操作和翼型主導(dǎo)操作之間過(guò)渡時(shí)，所述葉片不會(huì)發(fā)生失速。
10.一種風(fēng)扇葉輪，包括圓柱形輪轂；和多個(gè)整體地連接在所述輪轂上并從所述輪轂中徑向延伸出來(lái)的葉片，其中所述葉片具有基本上恒定的葉片角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片具有變化的截面厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片的變化的截面厚度為翼型形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述翼型形狀為美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)翼型。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述NACA翼型為NACA 5404翼型。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述NACA翼型為NACA 6404翼型。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述NACA翼型為NACA 7404翼型。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向向前掃描。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述多個(gè)葉片中的每一個(gè)均重疊在兩個(gè)相鄰葉片中的一個(gè)上。
19.一種風(fēng)扇葉輪，包括圓柱形輪轂；和與所述輪轂相連的葉片，所述葉片具有翼型截面；其中，所述風(fēng)扇葉輪可從渦流主導(dǎo)行為過(guò)渡到翼型主導(dǎo)行為而不會(huì)發(fā)生葉片失速。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片包括前緣和后緣，其中所述前緣是光滑的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述后緣比所述前緣長(zhǎng)50％左右。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片包括從葉根到葉尖基本上恒定的葉片角。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角約在20到50度之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角約為40度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片角約為30度。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉輪接受軸向和徑向的進(jìn)氣。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉輪包括葉片軸和第二葉片，其中在從所述葉片軸的方向上看去時(shí)所述第二葉片重疊在所述葉片上。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片向前掃描。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片無(wú)掃描。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的風(fēng)扇葉輪，其特征在于，所述葉片向后掃描。
全文摘要
作為風(fēng)扇組件的一部分，風(fēng)扇葉輪設(shè)計(jì)用于在使用期間增大進(jìn)氣和排氣。風(fēng)扇葉輪對(duì)風(fēng)扇葉片采用了特殊的翼型形狀，以使外界空氣顯著地運(yùn)動(dòng)。使用較低的恒定葉片角和重疊的葉片來(lái)提高葉片的升力，并因此提高了質(zhì)量流量和出口壓力。從更平滑的風(fēng)扇曲線中可以看出，消除了葉片失速，從而實(shí)現(xiàn)了更有效的操作。葉片掃描角被最優(yōu)地設(shè)置成可控制外界空氣的徑向流動(dòng)特性。在風(fēng)扇組件中去除了外殼側(cè)壁，以便消除寄生阻力并改善穿過(guò)風(fēng)扇的空氣運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F04D29/32GK1540170SQ200310102890
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者M·T·克羅克, M T 克羅克 申請(qǐng)人:英特爾公司