[发明专利]冷却风扇

说明书

本申请是申请号为2004100477318、申请日为2004年3月21日、发明名称为“用于具有反向旋转叶轮的轴流式风扇的叶轮片”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种冷却风扇，尤其涉及一种同轴反向旋转叶轮的多叶轮装置。本发明的多叶轮反向旋转轴流式风扇特别适用于冷却电子元件。

背景技术

传统的轴流式风扇一般包括一个驱动电动机、一个安装在与驱动电动机相连的电动机轴上的圆柱形中央轮毂部分、多个附于该轮毂的叶片和一个用于把风扇或叶轮包起来的外壳，此处所用的风扇或叶轮看作相同的术语。每个叶片从风扇的中央轮毂部分径向向外延伸。电动机轴从中心孔连接到轮毂部分，因此轮毂部分可以被驱动电动机通过机动轴驱动旋转。在这样的装置中，轮毂部分和叶片一起由电动机驱动绕外壳的轴旋转，从而推动气流从风扇的进气区域流到出气区域。风扇的叶片是翼面构型，以便使叶片在与其旋转方向相反的方向产生力和在与其旋转方向垂直的方向产生气流。

众所周知，例如由IMC磁性元件公司，即本申请的受让人生产的No.5920型轴流式风扇利用了一个使用四极电动机的单极绕组，但同时仅有两个绕组接通。这些风扇使用了包括大尺寸电路元件的电路系统，例如，一个用于减小启动电流的感应器，用于控制功率级足够大的晶体管和用于保护这些晶体管所需的大型箝位二极管。这样的轴流式见扇不能使用57V-64V范围内的输入电压，而被限制在最大输入电压约56V的范围内，更典型地在输入电压约48V下运行。

由于单极绕组所需匝数，同时也由于二极管、感应器和所用的晶体管的大尺寸，No.5920型风扇的轴宽为两英寸。而且，No.5920型风扇的轴宽被认为是它的五个叶片所造成的，其中每个叶片的特征在于近似描述为曲平面板的对称横截面。因此，这些叶片空气动力的效能不高，因而需要一个更大的弦长，来满足促使No.5920型风扇的尺寸达到两英寸轴宽的性能需要。

随着电路板上的电子元件的密度及承载能力的不断提高，以及由此产生的加热问题的间接增多，轴流式风扇越来越多地致力于解决这样的加热问题。在这样的轴流式风扇的设计中，重要的是在保持、或甚至提高它们冷却电子元件的能力的同时，要使它们尽可能的小以及成本尽可能的低。特别重要的是尽可能减小这种风扇的外形尺寸。例如，No.5920型风扇的两英寸轴宽比用于冷却电子元件的轴流式风扇所用的最佳尺寸要宽。因此，最好是在保持它的性能参数和设计约束条件的同时能减小它的尺寸。

减小这种风扇的外形尺寸的一种方法是，在保持性能参数和设计约束条件的同时消除大的电子元件以及减小其它元件的尺寸。例如，轴流式风扇的外壳可以用作吸热器，通过消除对单独吸热器的需要来减小风扇的轴宽。

另外，为了减小轴流式风扇的外形尺寸，最好是使用窄弦叶片。但是，这种窄弦叶片的使用导致性能降低，尤其是风扇压力和气流的降低。这些性能的降低必须通过改变设计参数来补偿。众所周知，在其它的因素中，弦长、叶形中心线弯曲角(Camber angle)、叶片安装角(stagger angle)和叶片的横截面形状是可能影响风扇性能的因素。另外，众所周知，通过沿着叶片展长改变工作分布，在保持性能参数的同时，弦长可以沿着叶片展长变化。

理论上，叶形中心线弯曲角越大，在固定冲角下的提升力越大。但是，如果叶形中心线弯曲角太大，叶片可能失速，导致性能下降以及噪声波形(noisesignature)增大。因此，叶形中心线弯曲角必须设计为合适的值。

通过一个更进一步的实例，工作分布在径向位置的降低将便于弦长的减小，伴随着在径向位置叶片输出速度的降低。因此，最好是在轮毂部分(叶片根部)使工作分布达到最小，因为这影响到轴宽，以及在叶片顶部使工作分布达到最大，以便在顶部产生最大的叶片输出速度。这种方法曾在美国专利No.5,320,493中公开。但是，由于叶片顶部输出速度的增加和从叶片顶部喷出的湍流空气的增加，这种方法可能会导致风扇的噪声波形过度增大。因此，最好是在处于根部和顶部间的某个有利位置确定最大工作分布。

此外，叶片的横截面形状影响它的速度分布。圆弧轮廓，例如NACA系列65个翼面示出一个流速分布图，该图导致速度在叶片尾缘沿着吸力面急剧下降。这样大的减速率导致边界层更加不稳定，促使边界层分离并因此导致升力损失和更大的输出叶片的湍流空气。因此，横截面翼面的流速分布图必须设计成会得到有利的流速分布图。