一种非同心轴空心杯散热风扇的制作方法

本实用新型涉及一种微型风扇，尤其是一种空心杯电机的电机转轴与风扇扇叶的转轴不在同一轴心上的非同心轴微型空心杯风扇。

背景技术：

现有的散热风扇尤其是微型散热风扇，比如笔记本电脑散热风扇、小型无人机散热风扇、投影仪散热风扇、口罩呼吸阀风扇、头戴式呼吸装置排气扇等等，以及一些通过电池驱动的小型移动设备的散热风扇，基本上都是采用的现有比较成熟的无刷静音风扇，技术成熟，使用寿命长，噪声小等优点明显，因此目前应用范围很广。

这样的微型散热风扇的厚度一般都可以做到较薄，但有一点，就是这样的无刷静音风扇的风量能效比不是太高，因为这样的无刷电机的结构特点限制，当做成微型的无刷电机风扇时，同样厚度同样直径的风扇，扇叶面积与直径的比例占比都不太高，输出的风量会随着风扇直径的降低会显著降低，一般来说，同样功率，同样直径的风扇，相同曲度的扇叶，相同转速情况下，扇叶面积越大，输出的风量也会越大，输出风量的能效比也会越高，当风扇直径低于40mm以下后，同样的功率下输出的风量风压会下降明显。

现有的无刷静音风扇如果作为散热风扇使用，因为这样的无刷电机中心轴占用直径都较大，多数超过了风扇直径的一般以上甚至7成，风扇直径越小，这个比例一般会越高，如果设计为轴流风扇，被散热体中间一般都会有散热盲区，因此，多数微型无刷静音风扇会选择采用径流扇叶的设计方案，比如笔记本基本上都是径流风扇。

在微型电机中，空心杯电机是一种能效比非常高的电机，具有体积小，转轴直径小，响应快伺服性好的特点，但因为微型空心杯电机绝大多数都是有刷的高转速电机，使用寿命相对较低，一般用于航模，震动等使用时长、使用寿命要求较低的产品上，一般不会将空心杯电机做成需要长时间运行的微型散热风扇，而且即使是在现有的空心杯电机的转轴上安装扇叶后做成空心杯风扇，因为其本身直长型的结构特点，最小厚度一般也会大于12-15mm以上，而无刷静音风扇有的可以做到厚度4mm左右，显然，如果直接采用空心杯做成散热风扇，有很多不能适应的场景，不能适用于一些要求较薄的产品内使用。

技术实现要素：

结合空心杯电机以及无刷静音散热风扇的优缺点，本实用新型提出了一种微型空心杯电机散热风扇的解决方案，一种电机的转轴与风扇扇叶的转轴不在同一轴心上的高能效比的非同心轴微型空心杯风扇，采用将空心杯电机的转轴与风扇扇叶的转轴的轴心线偏转一定角度的方法，可以充分地结合空心杯电机的高能效比的优势，通过采用非同心轴的方法降低风扇整体的厚度，因为空心杯电机的转轴直径很小，这样完全可以增加扇叶的面积直径比，能够满足和适应于众多小型无刷静音散热风扇在绝大部分场景下的替代使用，同样风量下能效比优势非常明显，相同的输出风量下，有的节能效果可以达到10倍以上甚至更多。

图1所示为本实用新型一个示例1的整体下侧视图，本示例1将采用微型610空心杯电机予以说明本申请所设计的非同心轴径流空心杯散热风扇01，本示例1所述风扇01与传统径流无刷静音风扇外表结构其实大致相同，具有径流扇叶31，上壳体11，下壳体12，所述下壳体12一边具有排气口121、下壳体12风道中间具有进气口120、安装固定孔8、轴承6。

图2所示为风扇01的上壳体11，中间具有微型轴承6，固定孔8。

图3所示为打开上壳体11后所述下壳体12的内部结构图，具有控制模块51，所述控制模块51具有外接导线511，具有空心杯电机21，本示例1采用610空心杯电机21，电机轴211一端具有锥齿轮41，具有轴承座61，所述轴承座61安装有轴承6，具有风扇扇叶31，扇叶31的转轴311上安装有锥齿轮41。

传统的几乎所有的风扇的的电机转轴和扇叶转轴都是连为一体的处于同一轴心的结构，如果按照传统的结构，在空心杯电机的转轴上直接装上扇叶，做成传统结构的空心杯风扇，以很短小的微型608空心杯为例，即便是安装一个2.5mm宽的径流扇叶，整体风扇的厚度最薄也只能做到13.5mm左右，虽然能效比很高，但这样的厚度在很多产品中是不能安装的，比如绝大多数笔记本电脑。

本实用新型于是提出了将电机转轴与风扇扇叶转轴不安装在同一轴心上的非同心轴风扇的方法，这样既可以保持空心杯电机高能效比的优势，又可以显著性地降低风扇的整体厚度，以满足和适应更多的安装场景。

图4所示为图3中的610空心杯电机21与风扇扇叶31的轴心线处于90度安装状态的示意图，所述电机21的转轴211的轴心线与所述扇叶31的转轴311的轴心线的夹角呈90°，这样将电机转轴211与扇叶转轴311成垂直状态设计的方法，就可以将风扇的整体厚度降低4mm左右，有时候虽然仅仅只降低了4mm，就因此可以适用于更多产品的使用场景了。

进一步地，为了更加降低风扇的整体厚度，如图4所示，本实用新型采用了将空心杯电机的转轴延长的方法，比如一般的610空心杯电机的轴露出电机外的部分只有3-6mm左右，本实用新型将电机转轴211的长度延长至大于风扇扇叶的半径，如图4所示，电机21的主体部分安装到了风扇扇叶的半径外，由于610电机的轴只有0.8mm，完全可以将电机转轴211安装在距离风扇扇叶0.5-1mm左右的距离处，对风扇气流影响不大，这样，还可以降低整体风扇的厚度2.5-3mm左右。

本实用新型按照图4所示的延长空心杯电机转轴的长度大于风扇扇叶半径，将空心杯电机主体安装在风扇扇叶半径外的设计方法，采用风扇扇叶叶片宽度2-2.5mm左右的风扇扇叶，完全可以将风扇整体厚度做到7mm左右了，这样的厚度就可以更加普遍地适用于更多产品的安装需求了。

进一步地，由于空心杯电机本身具有伺服性，控制性很好，完全可以不需要如图3中所示的在风扇壳体内增加控制模块，可以通过产品的控制模块进行控制，为了进一步地节省安装空间，还可以设计如图5所示的简化的空心杯风扇02，将所述风扇壳体13设计为如图所示的尽可能薄的结构，所述风扇壳体13为圆形，具有进气口130，排气口131，将所述空心杯电机21安装在壳体13外的电机座132处，这样，风扇主体部分可以尽可能进行极薄化设计，风扇壳体13主体部分厚度甚至可以做到4mm以下，而且还可以根据实际产品的设计空间需要，灵活地任意调整电机21的安装角度和位置。

进一步地，按照图5所示示例2的空心杯风扇02的设计方法，进一步拓展，还可以将电机21的转轴211与扇叶31的转轴311的轴心线的夹角不必局限于类似于风扇01和风扇02这样的90°夹角的垂直设计方案，例如将两者之间的夹角可以根据产品空间布局的实际情况，设计为30°、45°甚至其他任意的角度，只需要根据实际产品设计空间的需要，设计专门偏转角度的齿轮模数即可，这样就能够极大地解决紧凑型产品设计时的紧凑空间布局的烦恼。

一般情况下，电机转轴与扇叶转轴之间的动力传动，优选通过齿轮进行传动，是最简单的实施方法，但并不排除采用铰链、软轴、万向轴、蜗杆等进行传动，当电机转轴与扇叶转轴的夹角小于45度左右时，采用十字万向轴进行传动也是不错的选择，但成本会增加。

本实用新型所述电机转轴与扇叶转轴之间可以采用任意角度即可实施的非同心轴的解决方案，能够极大地解决将空心杯电机做成超薄型空心杯散热风扇的厚度问题，同时也充分地利用了空心杯电机高能效比的优势，还可以解决紧凑型产品空间布局的问题，是一种非常有益的创新思维。

图6所示为本实用新型示例3，示例3采用轴流扇叶的设计解决方案，图中所示，具有上壳体15，进气口150，下壳体16，排气口160，扇叶32，轴承6，固定孔8，锥齿轮41。

图7为示例3所示的非同心轴微型空心杯轴流风扇03上壳体15内部结构示意图，图8为风扇03下壳体16内部结构图，与前述示例1结构布局基本相同，所述风扇03具有控制模块51，控制模块导线511，上壳体15和下壳体16具有电机安装固定座155、165。

如图9所示，本示例3为安装710空心杯电机22，电机轴221与风扇扇叶32的转轴321也同样为互相垂直结构设计，本示例3采用5叶片轴流式扇叶，扇叶32的转轴321上端靠近上壳体15的轴承6一侧安装有锥齿轮41，这样的结构更有利于最薄化设计风扇03的厚度。

本实用新型示例3所述非同心轴微型空心杯轴流风扇03采用这样设计的最大好处是，可以将扇叶32中间的转轴321与风扇叶片连接处的叶片根部的轴根320的直径设计得更小，例如，本示例3风扇扇叶直径设计为30mm，可以将这个叶片根部的轴根320的直径设计4mm，甚至2mm。而同样30mm直径的传统轴流无刷静音风扇，风扇中间的叶片根部的整个主轴的直径一般在16mm左右，主轴直径虽然只大了4倍，但占用整个风扇风道的面积而却大了16倍，这样的传统轴流散热风扇中间的散热盲区太大，而采用本实用新型所述的非同心轴+空心杯的方法后，这么小的主轴轴根320，基本上就已经没有散热盲区了，所述风扇03的整体厚度依然可以做到8mm左右，对于一些不方便采用径流风扇进行散热的产品来说，这样的既无散热盲区，又超薄型轴流空心杯风扇，是一个能效比很高的非常不错的选择。

微型空心杯电机由于受自身结构的影响，使用寿命一般没有无刷静音风扇长，进一步地，要想提高风扇的使用寿命，本实用新型采用了降低负载电压的方法，通过选用低内阻的空心杯电机来提高能效比，通过降低负载的电压，能够明显地降低电机的转速，可以非常显著性地延长使用寿命甚至10倍以上，本申请人在先申请的申请号为2016108706229的专利申请中就有比较详细的说明。

由于可以将风扇扇叶的叶片根部的轴根320的直径设计得很小，因此叶片与主轴直径的占比更大，叶片受风面会更大，同样功率同样转速的风扇，同样曲度的叶片，在一定的叶片数量范围内，一般叶片面积越大，输出的风量也越大。

本实用新型所述风扇扇叶的轴根部位直径可以设计得很小，可以做到不超过风扇扇叶直径的四分之一以下，甚至十分之一以下，甚至与转轴直径相同，即便是四分之一，对于传统无刷静音风扇来说都是很难做到的，一般直径50mm以下的微型无刷静音散热风扇的转轴连接叶片的轴根部分直径与扇叶直径的比例基本上都在50%以上，甚至80%，设计做到30%的都是极致的。

这样可以将扇叶的质量做到更轻，对于需要采用间歇式运行控制的空心杯风扇来说，同样受风面积，扇叶越轻越节能，这是传统无刷静音电机根本无法比拟的优势特点。

事实上，以同样30mm直径扇叶的风扇为例，一个5V的30mm直径的3010轴流无刷静音风扇，功率在0.7W左右，要想输出同样的风量，本实用新型示例3所述的空心杯轴流风扇03，可以通过加大扇叶叶片面积，降低空心杯电机转速就可以实现与所述3010无刷静音风扇同等的风量。

例如选用15Ω内阻的710空心杯电机，将输出电压稳压调压至0.9V，所输出的风量实际已经大于该3010风扇的风量，而实际功耗只有0.05W左右，而功耗只有3010风扇的十几分之一。而一般DC3010无刷风扇的功率在0.3-1.5W左右，要输出相同的风量，是无论如何也不可能做到本实用新型所述的空心杯散热风扇这么小的功率的。

采用本实用新型所述非同轴心空心杯，采用增加叶片面积，降低电压，降低转速的方法，节能效果非常明显。优选通过降低负载电压来降低转速的方法来延长空心杯电机的使用寿命，将原本设计额定5V的优选降低到1.5V以下甚至0.8V左右，完全能够满足大部分产品的输出风量设计要求，并且能够延长微型空心杯电机的使用寿命至少10倍以上。

本实用新型所述非同心轴空心杯散热风扇优选采用直径16mm以下微型空心杯电机，可以在空间紧凑型产品中充分发挥能效比高，重量轻，空间占用小，设计灵活的优势，这样创新性的结构性变革方案，对采用电池驱动和空间紧凑型的产品具有非常有益的普适性。

进一步地，要解决产品在使用本实用新型所述空心杯风扇的使用寿命问题，例如，还可采用如图10所示的方法，将空心杯电机设计为可方便更换的结构设计方案，由于本实用新型所述非同心轴空心杯风扇的电机安装位置所特有的灵活的优势，可以将所述空心杯电机设计在可以方便更换的位置，可以将如图4所示电机21连同锥齿轮41一起整体进去更换，也可以如图10所示，将类似于图4所示的延长转轴211的电机21分割成图10所示的两个独立的部分，即图10中右边的短轴电机23为一部分，左边的转轴232与锥齿轮41的整体为一部分。

如图10所示，转轴232尾端具有卡套233，卡套233中间有卡槽235，所述短轴电机23的转轴231前段具有卡位，安装或更换时将转轴231前段的卡位卡紧在所述卡槽235中，电机23尾端具有方向卡条237，导线两极236采用接触片扁平化设计，方便直接更换，因为空心杯风扇整体成本并不高，也可设计为方便整体更换的结构。当然地，这样的更换方法还有很多种，不在此一一枚举。

综上，本实用新型为一种非同心轴空心杯风扇，其特征在于：所述风扇采用空心杯电机，所述空心杯风扇为空心杯电机的电机转轴与风扇扇叶的转轴不在同一轴心线上的非同心轴空心杯风扇，所述电机转轴与风扇扇叶的转轴的轴心线的夹角为不限于90度的任意角度，空心杯电机的转轴还可以是加长的延长轴，所述空心杯电机主体外的延长轴的长度大于风扇扇叶的半径，空心杯电机能够安装在风扇扇叶半径之外，以节省更多空间，所述空心杯电机的电机转轴与风扇扇叶的转轴之间通过齿轮、万向轴或其他传动机构进行传动，为方便更换电机，所述空心杯风扇的传动部分还可以设计为可更换式结构，空心杯风扇的传动轴的传动部分与空心杯电机分为为两个单独部分，所述风扇扇叶转轴的轴根部分直径优选设为小于风扇扇叶直径的四分之一以下。

通过上述非同心轴、可更换式、降压降速的方法，可以充分熔合空心杯电机高能效的优势，充分化解空心杯的劣势。

为方便说明，本说明书及附图中标注的完全相同的序号为可替代的具有相同功能或型号的部件或结构。

附图说明

图1所示为示例1的整体下侧视图。

图2所示为风扇01的上壳体11。

图3所示为打开上壳体11后下壳体12的内部结构图。

图4为空心杯电机与风扇扇叶的轴心线处于90度安装状态的示意图。

图5所示为简化的空心杯风扇示意图。

图6所示为示例3轴流扇叶风扇03。

图7为风扇03上壳体15内部结构示意图。

图8为风扇03下壳体16内部结构示意图。

图9为轴流空心杯风扇的扇叶转轴与电机转轴互相垂直设计示意图。

图10为空心杯电机设计为可方便更换电机的结构设计示意图。

图11所示为超微型径流空心杯风扇05。

图12所示为径流空心杯风扇05的风扇壳体17结构示意图。

图13所示为径流空心杯风扇05的上盖体。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型所述非同心轴微型空心杯散热风扇的实施方法。

实施例一，本实施例以上述示例3所示轴流空心杯风扇03为例予以说明，如图6所示，本实施例设计为30mm扇叶的轴流风扇，边框为边长40mm正方形，风道直径32mm，倒角半径5mm，具有4个直径2mm固定孔8，采用710空心杯电机22，风扇整体设计厚度9mm。

其实本实用新型与传统散热风扇外观结构相差不大，本实用新型的区别主要在于扇叶中间的叶片根部主轴的轴根320直径可以设计得更小，基本没有了散热盲区，这具有一般无刷静音散热风扇无法比拟的优势，采用空心杯电机能效比更高，也是一般无刷静音散热风扇无法比拟的优势，通过实施本实用新型提出非同心轴的结构设计方法，可以改变空心杯作为风扇的电机在厚度上的劣势，整体内部结构相对更复杂一点，但是业内相关技术人员看图即可明白。

如图7所示为本实施例所述空心杯风扇03的上壳体15，排气口150为十字型支撑结构，十字交叉点中间安装有微型轴承轴套6，本实施例采用5叶轴流扇叶，叶片根部主轴的轴根320设计为直径4mm，转轴部分设计为直径0.8mm，转轴长9mm，与通用0.8mm轴的710空心杯电机转轴直径相同，方便采用相同的锥齿轮41进行紧配安装，本实施例采用大端模数0.3模的9齿锥齿轮41予以装配，轴承6采用0.8mm内径，外径1.3mm的含油轴套6。

上壳体15一个对角部位具有半圆柱电机座凹槽155，用于固定安装空心杯电机22，所述上壳体15的一侧安装有控制模块51，通过导线511与设备连接。

如图8所示为风扇03的下壳体16，与所述电机座凹槽155对应的安装部位具有电机座凹槽165，进气口160的格栅为十字架构，与凹槽165相近的一根格栅宽度3.5mm，靠近进气口160中间圆心处5mm处设有轴承固定座62，安装有轴套6，用于定位固定电机22的转轴221，所述转轴221前段安装锥齿轮41,与所述风扇扇叶32的转轴321上的锥齿轮41配合进行旋转传动。

本实施例所述空心杯风扇03的电机转轴221与扇叶转轴321的轴心线为90度垂直夹角设计方案。

本实施例将所述空心杯风扇03的控制模块设置为输入0.9 -12v宽电压，具有普遍适用性， 可调为输出1.0V，功率0.05W，如果作为口罩呼吸阀风扇使用，其风量也足以满足运动时的呼吸量。

实施例二，如图11所示，本实施例为一款超微型径流空心杯风扇05，图12所示为风扇壳体17结构图，本实施例采用408微型空心杯电机25，18mm直径7叶片径流离心扇叶33，扇叶33叶片高度2mm，风道直径19mm，进气口170直径12mm，排气口171为3x14mm矩形排风口，风扇壳体为边长20mm的正方形,对角设有4个2mm直径固定孔8，风扇壳体扇叶部分主体厚度只有4mm。

本实施例采用4mm直径的408微型空心杯电机25，不设控制模块，通过装配产品的控制模块对空心杯电机25进行电压或电流调节进行调速控制，一般要求负载电压在0.8-1.5V左右，额定最大功率为1.5V0.05W，所输出的风量可以满足微型便携式产品的散热或排气。

本实施例为了尽可能节省产品内部的空间，采用对扇叶壳体17主体部分进行扁平化设计，这样风扇整体尺寸更小，质量更轻，更薄化设计，将所述408空心杯电机25设计安装在风扇壳体17主体外的一条对角线的位置，如图11所示，壳体17对角线处设有电机固定座250，用于安装固定电机25。

所述风扇壳体17的进气口也采用十字支撑，中间安装轴套6，所述壳体17风道上部壳体中间安装有轴套6，本实施例所述风扇扇叶33转轴直径0.8mm，扇叶主轴轴根处直径2.8mm，本实施例采用7齿0.25模锥齿轮42，如图12所示，所述风扇扇叶33的转轴331延伸出壳体17外的部分安装锥齿轮42。

所述电机25的转轴251的远端安装有锥齿轮42，这个锥齿轮轴心孔直径0.7mm，所述空心杯电机25的轴251的直径为0.7mm，为紧配安装。

如图12所示，在风扇壳体17的电机固定座250处安装电机25，盖上图13所示上盖体18，即为如图11所示超微型径流非同心轴空心杯风扇05，只需要将电机导线251插入适配的产品插针端口即可，整体质量不超过6g，主体厚度4mm，最高处上盖体18部分也不超过8.5mm，而且电机可以安装在壳体17的任意对角处，或者设计为其他非垂直的仰角，可以根据产品实际空间布局，本实用新型设计安装灵活、方便，重量轻，能效比非常高，普适性也很强。

本说明的示例和实施例的数据是可以缩小50%左右，也可以放大200%左右，并不是绝对一定的数据，上述所有实施例和示例所述的具体数据、使用材料、成型方式以及图形的比例，仅仅是为了方便描述而设置，不应作为限定本实用新型专利权的限制。然而，本领域技术人员可能会意识到其中一个或多个具体细节描述可能会被省略，或者还可以采用其他的方法、组件、或材料，在实施例中一些实施方式并没有描述或者没有详细描述。此外，本文中记载的特征、实施或特点还可以在一个或者多个实例中以任意合适的方式组合，不应以此限制本实用新型之专利权。