专利名称：风扇叶轮和风扇马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电子装置等中的冷却风扇马达和叶轮。特别是，本发明涉及必须产生高静压和足够气流容积的风扇马达，且本发明涉及用于该风扇马达的悬臂式叶轮。
背景技术：
图8是普通离心风扇马达的平面图。图9是沿图8中的线X1-O1-Y1-Z1的垂直剖视图。该离心风扇马达包括马达部件104，用于产生旋转驱动力；叶轮部件101，用于产生气流；以及壳体106。该离心风扇马达具有旋转轴线O1，如图8所示。
叶轮部件101布置成环绕马达部件104的外周，并包括底端壁102和叶片103。该底端壁102是在轴向方向底部位置处环绕马达部件104布置的环形板部件，并处在垂直于旋转轴线的平面内。叶片103的底端固定在底端壁102的表面上并在它的外侧径向边缘处。叶片103仅由底端壁102支承，该结构称为悬臂结构。当马达部件104以正常方向旋转时，叶片103产生沿箭头B1所示方向的气流。通过该气流B1的抽吸作用产生沿由箭头A1所示的方向的、通过空气进口108的吸入气流。另一方面，通过气流B1的吹动作用产生沿由箭头C1所示方向的喷射气流。
在构成用于电子装置等的普通离心风扇的叶轮部件101时，将使得叶片直径2r1大于高度h1，其中2r1表示叶片103的外周边的直径，而h1表示叶片103沿轴向方向的高度。采用该结构的一个目的时节约轴向空间。这样使叶片直径大于高度h1的另一目的是通过升高在叶片103的外周处的转速来提高喷射气流C1的空气容积和静压。因此，在具有悬臂叶轮并用于冷却电子装置等的普通离心风扇中，叶轮的具有薄形结构，其中保持关系式h1≤2r1。
在该普通离心风扇中，如图9所示，吸入气流A1推动气流B1，且因为叶片的高度h1较小，该气流B1向下撞上底端壁102，这将导致在向下气流和底端壁102的壁表面之间产生很大的风阻损失。这就是为什么会出现以下情况的原因，即，在与沿叶轮部件101的旋转轴线的点相对应的几个观察位置处测量风速分布时，在叶轮内的吸入气流的风速将在叶轮的底端壁102的上表面处最大。在壁表面的风阻损失可能降低由风扇产生的气流容积，并使冷却效率降低至低于风扇马达的固有性能。
同时，近来的电子装置制成为越来越小，以便适于携带，这与移动电话、移动式个人计算机以及其它要求进一步减小尺寸的装置的情况一样。同时，电子电路的集成性提高，电路处理速度也提高，这导致由LSI芯片和嵌入式电子电路产生的总热量将增加。因此，需要有一种风扇马达，它不仅尺寸更小，而且冷却效率更高。
发明内容
本发明的目的是提供这样一种风扇马达，该风扇马达可以用于超小型装置例如移动电话，且该风扇马达为超小尺寸，并有很高的冷却效率；以及提供这样一种叶轮，该叶轮用于这种风扇马达。本发明的另一目的是能够实现制造这样一种风扇马达，该风扇马达能够通过最小空气进口面积来实现最大冷却效率；以及能够实现制造一种用于该风扇马达的叶轮。
根据本发明，一种悬臂式风扇叶轮包括旋转力传递部分，用于从马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在旋转力传递部分上，用于构成垂直于叶轮旋转轴线的壁表面；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，这些叶片布置在底端壁部分的壁表面的外边缘上，并沿旋转轴线延伸。当风扇叶轮旋转时将产生气流，该气流沿旋转轴线从在叶轮叶片单元上端的开口进入，并流向壁表面。它满足关系式2r≤h和r≤12.5mm，其中，2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，而h表示叶轮叶片单元的轴向高度。在该风扇叶轮中，当驱动力从马达部件施加给旋转力传递部分时，所述底端壁部分和叶轮叶片单元与该旋转力传递部分一起旋转。这时将产生气流，该气流沿旋转轴线从在叶轮叶片单元上端的开口进入，并流向垂直于轴线的壁表面。然后，气流撞上壁表面并改变方向。因为2r≤h，与普通离心风扇相比，在底端壁部分的壁表面上的风阻损失减小，从而提高冷却效率。
进一步根据本发明，具有悬臂式叶轮的风扇马达满足关系式k≤100mm，其中k表示马达和叶轮的总轴向长度。此外，优选是k≤70mm。这使得风扇叶轮能够嵌入便携式电子装置或其它小型电子装置中。
在本发明的另一方面，具有悬臂式叶轮的风扇马达满足关系式n≥5000rpm，更优选是n≥10000rpm，其中n表示马达的转速。因此，根据本发明的具有沿旋转轴线延长的叶轮的风扇马达在以上述高转速工作时能够获得高静压和高冷却效率。
在本发明的另一方面，单独的悬臂式叶轮或者如上述用于风扇马达中的悬臂式叶轮可以整个或部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。这有助于减小风扇叶轮的重量和尺寸，同时保证叶轮的足够刚性和气流产生性能。
此外，根据本发明，在具有悬臂式叶轮的风扇马达中，马达部件包括旋转部分和固定部分以及一对轴向布置的轴承单元(滑动轴承或流体动压轴承)，该对轴承单元用于将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，且保持关系式0.5m＜h，其中，m表示在轴承单元的两个轴向端之间的距离。当h等于或大于0.5m时，将有助于控制在气流撞上底端壁部分的壁表面之前产生的损失(风阻损失)。因此可以形成高效风扇马达。而且，根据本发明，h优选是远远大于m。因为这时叶轮的长度更长，因此能够更好地控制在气流撞上底端壁部分的壁表面之前产生的风阻损失。因此，满足关系式m＜h的结构将抑制在底端壁部分上的风阻损失。且当满足关系式1.5m＜h时，将更好地控制在底端壁部分上的风阻损失。
还有，根据本发明，将满足关系式m＞h/5。增加m至大于h/5，其中，m相当于所谓的轴承跨距，这时，与轴承跨距小于h/5时的风扇马达结构相比，悬臂式叶轮可以在马达部件端部上更稳定地旋转。这有助于提高风扇叶轮的旋转稳定性，并使得由于悬臂式叶轮的端部的振动而引起的损失减至最小，因此，可以获得高效风扇马达。还优选是，根据本发明，m大于h/4，更优选是，m大于h/3。因此，轴承跨距进一步增加将使悬臂式叶轮更稳定地旋转。
本发明的还一方面是具有悬臂式叶轮的风扇马达，其中，该马达部件包括旋转部分和固定部分以及一对轴向分开的轴承单元，该对轴承单元用于将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，该固定部分包括定子，该对轴承单元布置成轴向夹住该定子。该对轴承单元沿马达旋转轴线布置成在定子的每一侧布置一个，这将使得轴向轴承跨距最大。这有助于使得作为马达负载的叶轮旋转波动变得稳定，从而可以获得高效风扇马达，同时减小由于振动产生的损失。
本发明的还一方面是具有悬臂式叶轮的风扇马达，其中，该马达部件包括旋转部分和固定部分，并装备有滑动轴承部分或流体动压轴承部分，该轴承部分用于将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，该固定部分包括定子，滑动轴承部分或流体动压轴承部分具有这样的结构，其中，沿旋转轴线的各端布置在轴向超过定子的各轴向端的位置处。该结构使得沿马达的旋转轴线的轴承跨距最大。这有助于使得作为马达负载的叶轮旋转波动变得稳定，从而可以获得高效风扇马达，同时减小由于振动产生的损失。
由上述结构的比较可知，本发明的风扇叶轮和风扇马达具有沿轴向比普通离心风扇更长的叶轮，且该叶轮以更高速度旋转。因此，在底端壁部分的壁表面处的风阻和其它损失可以减小，从而使风扇马达能够有比普通情况更高的静压。这可以在效率比普通情况高几倍的情况下冷却高密度电子装置和小型电子装置。
通过下面结合附图的详细说明，本领域技术人员很容易了解本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点。
图1是本发明实施例的离心风扇马达的平面图；
图2是沿图1中的线X-O-Y-Z的垂直剖视图；图3是图1中所示的离心风扇的叶轮部件的斜视图，它象图2的剖开一样表示了局部切除；图4是本发明另一实施例的风扇马达的垂直剖视图；图5是表示风阻损失和振动损失之间的关系的曲线图；图6是本发明还一实施例的风扇马达的垂直剖视图；图7是比较表示本发明的风扇马达和其它风扇马达的P/Q曲线的曲线图；图8是普通离心风扇马达的平面图；以及图9是沿图8中的线X1-O1-Y1-Z1的垂直剖视图。
具体实施例方式
参考图1和图2，图1是本发明实施例的离心风扇马达的平面图，而图2是沿图1中的线X-O-Y-Z的垂直剖视图。图2中的垂直方向对应于离心风扇马达的旋转轴线的方向。尽管在下面的描述中上侧和底侧根据图2来确定，但是该定义是为了便于说明，并不是意味着对风扇马达的实际安装姿势进行限制。
该风扇马达包括叶轮部件1、马达部件4和壳体6。叶轮部件1和马达部件4布置成轴向交叠并彼此连接，这些相互连接部件装在壳体6中。该离心风扇马达的旋转轴线在图1中以O表示。
下面参考图3，图3表示了叶轮部件1的局部切除斜视图，类似于图2的剖开。由图3可知，叶轮部件1是用于离心风扇马达的悬臂式叶轮。该叶轮部件1包括旋转力传递部分5，用于从马达部件4接收驱动力；底端壁部分2，该底端壁部分2固定在旋转力传递部分5上；以及叶轮叶片单元3，该叶轮叶片单元3有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分2的壁表面的外边缘上，且各叶片沿旋转轴线延伸至它的上端。叶轮叶片单元3的各个叶片为悬臂式，也就是，该叶片的底端固定在底端壁部分2上，而该叶片的上端没有任何支承。换句话说，叶轮叶片单元3的“底端”是固定端，而该叶轮叶片单元3的“上端”是自由端。开口9作为圆形空间，并由叶轮叶片单元3的多个叶片的上端确定。当叶轮部件1旋转时产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元3上端的开口9，并流向底端壁部分2的上表面。底端壁部分2为盘状部件，在本实施例中，它具有面对着旋转轴线的表面。底端壁部分2的上表面形成叶轮叶片单元3的底侧壁表面，并起到阻止沿轴向方向的气流的作用。如图2所示，叶轮叶片单元3的上缘部分装有环形连接部分10，该环形连接部分10使这些叶片保持在一起，以便进行增强。壳体6包围叶轮部件1的周边以及马达部件4的底端的周边。在壳体6的上部是空气进口6a。此外，马达部件4的底座固定在壳体6的底部的上表面上或与该上表面形成一体。
旋转力传递部分5与马达部件4的转子连接，叶轮叶片单元3的、沿轴向方向延伸的多个叶片随着马达的旋转而产生气流B，从而实现吹气功能。该气流B引起通过壳体6的空气进口6a和叶轮开口9的吸入气流A，因此产生气流A、B和C，由此气流C从壳体6的空气出口6b引导至冷却目标(未示出)上。
在本发明该方面的离心风扇马达中，与图8中所示的普通离心风扇马达相比，叶轮叶片单元3的外周的直径2r小于叶轮部件1的高度h(即，叶轮叶片单元3沿轴向方向的、能够产生排出气流的长度；更具体地说，沿轴向方向在底端壁部分2的上表面和环形连接部分10的底表面之间的距离)。另外，根据本发明该方面的风扇马达能够在很高静压下高效冷却便携式电子装置或小型装置，同时马达结构满足关系式r≤12.5mm。
当叶轮部件1的、沿轴向方向的高度大于叶轮叶片单元3的外周的直径2r时，通过旋转气流B而产生的吸入气流A在到达叶轮部件1的底端壁部分2之前平滑过渡至气流B，从而减小了在底端壁部分2的上表面处的风速，该旋转气流B由叶轮叶片单元3沿周向方向引起。
关于气流速度沿叶轮部件1的旋转轴线的分布，当h变得更高时，在与沿轴线的点相对应的多个位置处观察时，气流中的最大速度点将移向叶轮内部的点，同时在底端壁部分2的上表面处的气流速度比普通离心风扇减小。因此，在底端壁部分2的上表面处的风阻可以减小。这里，将指出在气流速度分布中作为最大风速点的、沿叶轮部件1的轴线的观察点。
在用于冷却电子装置的普通离心风扇中，在沿轴线的观察点中的最大风速点并不是出现在叶轮内部的点处；而是，气流速度将在底端壁部分2的上表面处最大。与之相反，当叶轮叶片单元3的外周的直径2r和叶轮部件1的高度h之间满足以下关系式(1)，且风扇的转速为5000rpm或更高时，沿轴线的最大风速点将出现在叶轮内部，因此，气流速度最大值将不再处于底端壁部分2的上表面上。
2r≤h (1)因此，与普通离心风扇比较，在底端壁部分2的上表面上的风阻减小。这样，可以获得与普通风扇相比具有高静压和高冷却效率的风扇。特别是，满足关系式r≤12.5mm的风扇将实现高冷却效率。
涉及以下情形的一个因素是叶轮部件的形状即，最大风速点是否沿轴线方向出现在叶轮内，以及它沿轴线方向出现在叶轮内的什么位置—。本发明明确提出，当在进入叶轮部件1内的吸入气流面积(也就是在叶轮部件的上端部分处垂直于轴线的横截面面积，即πr2)和由叶轮叶片单元3吹出的空气的排出气流面积(也就是用于吹出气流的、叶轮部件的叶轮叶片单元3的有效柱形面积，即2πrh)之间满足由下面采用参数α的表达式(2)和(3)所确定的关系时，气流速度最大值将不会在底端壁部分2的上表面上，因此叶轮高效产生气流。
2πrh＝απr2(2)4≤α≤40(3)因此，可以形成与普通离心风扇相比具有更小风阻和更高效率的风扇马达。
尽管即使当α＞40时气流速度最大值也不会出现在底端壁部分2的上表面上，但是当α大于该值时悬臂式叶轮将轴向过度延伸，从而难以实现叶轮稳定旋转，因此，由于叶轮振动或其它因素引起的损失可能增加，风扇的冷却效率可能降低。
在某些实际用途中，更优选是满足以下关系式(4)。
5≤α≤35(4)当5≤α时，最大风速点将沿轴线方向出现在叶轮内部，并位于相对远离底端壁部分2的位置处，从而使气流速度在底端壁部分2的上表面处充分降低。因此，在底端壁部分2的上表面处的风阻可以进一步减小，从而可以形成具有更高效率的离心风扇。
因为从范围的另一端α≤35开始，叶轮将不会轴向过度延伸，所以可以实现悬臂式叶轮的稳定旋转。这样，还可以减小叶轮振动，从而使风扇马达有更好的冷却效率。
在叶轮部件1的吸入气流面积和由叶轮叶片单元3吹出的空气的排出气流面积之间的上述比较可以用于以下情况，即，当叶轮的环面积2πrh与叶轮叶片单元3绕轴线的柱形横截面面积dh(其中d是叶片厚度)的总和dhZ(其中Z是叶轮叶片单元中的叶片数目)相比足够大时，这时后者可以忽略。不过，当叶轮叶片单元的外周直径2r减小，从而使叶轮叶片单元3的柱形截面面积的总和不能忽略时，必须考虑由以下等式(5)确定的间隙比ε。
ε＝(2πr-Zd)/2πr在本发明情况下，由叶轮叶片单元3吹出的空气的排出气流有效面积为2πrεh。这里，明确提出当满足由下面的表达式(6)和(7)确定的关系时，气流速度的最大值将不会在底端壁部分2的上表面上，因此可以获得具有更高静压的更高冷却效率。
2πrεh＝βπr2(6)3≤β≤30 (7)因此，可以获得与普通离心风扇相比具有更小风阻和更高效率的风扇马达。
3≤β的原因是当β值小于3时，气流速度最大值可能在底端壁部分2的上表面处，且在底端壁部分2的上表面处可能产生类似于普通离心风扇的风阻损失，从而导致风扇的冷却效率降低。另一方面，β≤30的原因是当β值大于30时，叶轮可能由于β的较大值而轴向过度延伸，从而即使气流速度的最大值并不在底端壁部分2的上表面上，也难以实现悬臂式叶轮的稳定旋转。因此，在某些实际用途中，β值优选是30或更小。
其它实施例下面将参考图4介绍仍然具有本发明效果的另一实施例。图4表示了风扇马达沿包括旋转轴线的平面的剖视图，且在风扇马达中，叶轮部件1和马达部件4构成一体。对于大部分部件，该风扇马达的结构与图2中所示相同，且在图4中具有相同功能的元件也使用相同的参考标号。在图4中的水平方向对应于离心风扇马达的旋转轴线的方向。尽管在下面的说明中，图4中的右侧称为“上侧”，而图4中的左侧称为“底侧”，但是这是为了便于说明，并不是对风扇马达的实际安装姿势的限制。
该风扇马达包括叶轮部件1和马达部件4。该叶轮部件1和马达部件4轴向交叠布置，并彼此连接。
叶轮部件1是用于离心风扇马达的悬臂式叶轮。该叶轮部件1包括驱动力传递部分11，用于从马达部件4接收驱动力；转子侧底端壁部分2和固定侧底端壁部分12，该转子侧底端壁部分2固定在该传递部分11上；以及叶轮叶片单元3，该叶轮叶片单元3有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分2的壁表面的外边缘上，且各个叶片沿旋转轴线延伸至它的上端。叶轮叶片单元3为悬臂式，也就是，它的底端固定在底端壁部分2上，而它的上端没有任何支承。当叶轮部件1旋转时产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元3上端的开口9，并流向底端壁部分2和12的上表面。底端壁部分2为属于转子侧的环形部分，而底端壁部分12是布置在底端壁部分2内部并属于固定侧的盘状部分。因此，它们两个一起构成盘状形状。叶轮部件1还包括环形连接部分10，用于在叶轮叶片单元3的叶片的上端部分处连接这些叶片。在本实施例中，驱动力传递部分11是从底端壁部分2沿马达部件4伸出的延伸部分；更具体地说，该传递部分11形成延伸的柱形部分，它包围马达部件4的整个外侧面。这样，与普通风扇马达相比，该叶轮部件1的驱动力传递部分11具有用于与转子保持器25(被一对轴承23和24支承的马达部件4的一部分)接触的更大面积，从而进一步提高了叶轮部件1的旋转稳定性，并可以减小振动损失。换句话说，风扇马达的效率进一步提高。而且，叶轮叶片单元3、底端壁部分2和驱动力传递部分11形成一体，以便构成具有单个单元结构的叶轮部件1。
马达部件4有所谓的外转子结构，其中，该马达部件4的旋转部分布置成沿周向环绕内部定子22。马达部件4的旋转部分包括转子保持器25和转子磁体26。该转子磁体26与转子保持器25的内表面接触并固定在该内表面上。作为由磁性材料制成的轭铁的转子保持器25构成磁路的一部分，还作为增强部件与驱动力传递部分11连接。转子保持器25沿旋转轴线延伸，并比转子磁体更长。它的两个轴向端轴向延伸得比转子磁体26的两端更长。另一方面，马达部件4的固定部分包括轴20、托架21和定子22，该定子22位于转子磁体26内部。轴20沿它的底端固定在托架21上。定子22固定在该轴20上，并通过间隙与转子磁体26径向相对；这两个部件形成磁路。定子22线圈与马达部件4外部的供电电线27连接。作为用于以可绕固定部分旋转的方式支承马达部件4的旋转部分的轴承结构，在沿旋转轴线的位置提供有一对轴承(滚珠轴承)23和24。轴承23是用于支承旋转部分的底端的部件，它的外座圈31固定在转子保持器25的底端内表面上，而它的内座圈32固定在从托架21的中部凸出的凸台上。此外，外座圈31的上表面固定在转子磁体26的底表面上。轴承24是用于可旋转地支承旋转部分的上端的部件，它的外座圈31固定在转子保持器25的上端内表面上，而它的内座圈32固定在轴20的上端部分上。而且，外座圈31的底表面固定在旋转磁体26的上端表面上。因此，轴承23和24成对地垂直布置在定子22的侧面，以便保证在它们之间有很宽跨距(其中，在图4中轴承跨距表示为m)，从而可以稳定地支承包括悬臂式叶轮的旋转部分。特别是，在轴承23和24之间的距离可以等于马达的轴向长度，或者该距离接近马达的轴向长度。因此，可以保证最大轴承跨距m，并可以使包括叶轮部件1的旋转部分的旋转振动减至最小。此外，因为轴承23和24的外座圈31固定在转子保持器25上，且内座圈32固定在轴部分上(更具体地说，固定在托架21的凸台上和轴20的上端上)，因此可以稳定支承旋转部分。
下面将介绍在马达部件4和叶轮部件1之间的连接结构。叶轮部件1的驱动力传递部分11设置成覆盖马达部件4的转子保持器25的整个外表面。转子保持器25的上端表面和轴承24的外座圈31的上表面固定在底端壁部分2的底表面上。这样，叶轮部件1的底端壁部分2的马达部件侧壁面以及与它连接的部件都直接固定在轴承24上，因此风扇马达沿轴向方向较短。也可选择，叶轮部件1的底端壁部分2的马达部件侧壁面以及与它连接的部件都可以通过轴承保持器固定在轴承24上。
此外，如上所述，叶轮部件1的底端壁部分2和12不仅起到在叶轮部件1中轴向阻止气流的作用，而且起到马达部件4的壁的作用。换句话说，马达部件4和叶轮部件1形成一体，且共用底端壁部分2和12作为公共部件。与在叶轮部件和马达部件之间的普通连接结构(如图2所示)相比，部件数目减小了，这使得风扇马达轴向减小尺寸。另外，风扇马达的重量可以减小。
本发明的目的是高效冷却小型和便携的电子装置，因此形成的叶轮部件包括沿旋转轴线延伸且为悬臂式结构的叶轮，从而甚至可以在5000rpm或更高转速下稳定旋转。例如尺寸r＝6.5mm和h＝23mm的本发明叶轮部件1包括叶轮叶片单元3，其中，该叶轮叶片单元3的各叶片由厚度为0.2mm的塑料树脂制成。在这种情况下，很难保证当叶轮两端由轴承保持时的结构的强度。而且，对于这些尺寸，将很难保证足够区域用于作为气流进口的开口9，这意味着不能获得充分的静压和冷却效率。因此，为了实现作为本发明特征的高静压和高效率的冷却性能，需要5000rpm或更高转速来出现最大风速点。这是因为必须产生充分的排出气流B(参见图2)，尽管2r小于h。为了使得在吸入气流A到达底端壁部分2和12的上表面时可能出现的损失保持最小，更优选是需要使转速为10000rpm或更高，从而使吸入气流A能够高效变成排出气流B。因此，可以获得与普通风扇马达相比具有更高静压和更高效率的较小风扇马达。
根据其它实际用途，具有例如尺寸r＝5mm和h＝10mm的叶轮且以30000rpm的速度旋转的本发明实施例的风扇马达将获得比普通风扇马达更高的效率。优选是，本发明的转速n高于5000rpm，更优选是高于10000rpm。
本发明的风扇马达用于冷却便携式电子装置或其它较小装置，因此，尽管风扇的尺寸较小，也希望在较高转速下使用风扇马达，以便获得更高的冷却效率。使用本发明的风扇马达的推荐转速范围通常为20000-30000rpm，不过必须满足的所需条件包括马达性能、在能耗和冷却性能之间的平衡、以及振动损失和噪音小于预定水平。当获得满足这些条件的高性能马达时，通过使它在高于30000rpm或40000rpm的转速下工作，可以获得具有更高静压和更高冷却效率的风扇马达。
在该转速下工作的本发明风扇马达的用途中，叶轮叶片单元的直径2r优选是25mm或更小。这是因为要嵌入该风扇马达的便携式电子装置的厚度通常大约25mm。此外，考虑到移动电话或其它用途，直径应当为12.5mm或更小。当然，本发明的风扇马达的特征可以用于具有更大直径例如30mm或40mm的叶轮叶片单元。不过，对于该较大叶轮叶片单元直径，需要使转速高于5000rpm，或者优选是高于10000rpm，以便能够避免由于吸入气流A和底端壁部分2和12之间的撞击而产生的损失；因此更大负载施加在具有更大风扇直径的马达上。尽管可以通过使用高性能马达来实现本发明风扇的特征，但是从可行性考虑，优选是使叶轮叶片单元设置成使它的直径2r等于或小于12.5mm，从而减小在马达上的叶轮负载。此外，更优选是直径2r等于或小于5mm。假定马达部件4和叶轮部件1的整个轴向长度(在轴承23的底端和叶轮叶片单元3的上端之间的轴向距离)表示为k，优选是k小于100mm。更优选是，当风扇叶轮嵌入便携式电子装置中时，k将小于70mm。
整个叶轮部件1或它的一部分优选是由液晶聚合物、碳纤维增强的液晶聚合物、玻璃纤维增强的液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强的液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。因此，叶轮部件1可以减小重量和降低尺寸，同时保证足够刚性。
如上所述，本发明通过使直径2r优选是25mm或更小的悬臂式叶轮在5000rpm或更高转速下旋转而获得具有很高静压和很高效率的风扇马达。在实际装置上的详细模拟和试验表明，作为本发明的风扇马达的高静压和高效率的前提条件，必须考虑下面两种情况。图5是表示模拟和试验的结果的曲线图。该曲线图的主要目的是表示趋势，为了容易理解，沿垂直轴线给出的能量值考虑到振动分量、风阻损失分量、和它们的乘积而进行了标准化。
第一条件是叶轮部件的高度h足够大，以便使风阻损失减至最小，因此，马达的轴向长度m小于h。这是因为考虑引起风阻损失的某些因素，这些因素包括由于在吸入气流A和底端壁部分2和12的上表面之间的撞击而引起的损失、由于在空气湍流中的漩涡尺寸增大而引起的损失以及其它损失，当m小于h时，可以消除这些因素。
第二条件是h不大于使叶轮的旋转振动和其它振动保持最小所需的尺寸；因此h/2小于m。这是因为在悬臂式叶轮中的旋转和其它振动将很容易产生，除非马达轴承单元的跨距m充分大于悬臂部分的高度h。
图5表示了当比例(h/m)变化时测量由于振动损失引起的能量损失以及由于风阻损失引起的能量损失的结果。在实验中，叶轮部件的尺寸为r＝6.5mm，h＝23mm，转速n为30000rpm，且轴承单元由一对陶瓷滚珠轴承构成。不过，根据本发明的另一测量结果，通过采用滑动轴承的马达以及采用流体动压轴承的马达(而不是滚珠轴承)也获得与图5相同的结果。
当h/m减小时，由于风阻的能量损失增加。因此，应当知道，当满足上述第一条件时(也就是在h/m＞0.5的范围内，优选是在h/m＞1.0的范围内，更优选是在h/m＞1.5的范围内)，由于风阻损失引起的能量损失可以充分减少。另一方面，当增加h/m时，由于振动损失引起的能量损失增加。因此，应当知道，当满足上述第二条件时(也就是在h/m＜5.0的范围内，优选是在h/m＜4.0的范围内，更优选是在h/m＜3.0的范围内)，由于振动损失引起的能量损失充分减小。通过改变部件的几何形状或通过改变其它参数以便满足上述第一条件或第二条件，可以获得总体能量损失充分小的状态。
此外，如图5所示，当通过计算因振动损失引起的能量损失和因风阻损失引起的能量损失的乘积来对它们进行总体估计时，在h/m＝0.5至5.0的范围内，能量损失将足够小，在h/m＝1.0至4.0的范围内，能量损失将更小，在h/m＝1.5至3.0的范围内，能量损失将最小。
尽管上述说明是针对固定轴和外部转子型马达，但是应当知道，同样结构也可用于旋转轴和内部转子型马达(未示出)。在后一种情况中，作为从叶轮部件向下延伸的柱形部分的驱动力传递部分11由用于连接轴的部件(未示出)代替，底端壁部分2并不固定在外座圈31上，而是固定在靠近轴承的内座圈32上。
下面将参考图6介绍本发明的另一实施例。图6以与图4相同的方式表示了沿包括风扇马达的旋转轴线的平面的剖视图，该风扇马达具有使得叶轮部件和马达部件形成一体的结构。本实施例的风扇马达与上述实施例的风扇马达的区别在于马达部件的支承部分采用滑动轴承或流体动压轴承，而不是滚珠轴承。
该风扇马达包括叶轮部件51和马达部件54。叶轮部件51和马达部件54轴向交叠布置，并彼此连接。
叶轮部件51是用于离心风扇马达的悬臂式叶轮。该叶轮部件51包括驱动力传递部分61，用于从马达部件54接收驱动力；底端壁部分52，该底端壁部分52形成在马达部件54和叶轮部件51之间的分离边界壁；凸出部分62；以及叶轮叶片单元53，该叶轮叶片单元53有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分52的壁表面的外边缘上，且各个叶片沿旋转轴线延伸至它的上端。叶轮叶片单元53为悬臂式，也就是，它的底端固定在底端壁部分52上，而它的上端没有任何支承。当叶轮部件51旋转时产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元53上端的开口59，并流向底端壁部分52的上表面。
底端壁部分52为环形部分，叶轮叶片单元53和驱动力传递部分61从它的周围边缘伸出，而在该底端壁部分52的内部设置有凸出部分62，该凸出部分62是轴向向上凸出的圆盘形部分，用于固定和保持轴78。在本实施例中，驱动力传递部分61是从底端壁部分52沿马达部件54的外周伸出的延伸部分；更具体地说，该驱动力传递部分51是延伸的柱形部分，它在马达部件4的整个轴向长度上包围马达部件4的外侧面。这样，该驱动力传递部分61具有与马达部件54的旋转部分接触的更大面积，这进一步提高了叶轮部件51的旋转稳定性，从而减小振动损失。因此，风扇马达的效率进一步提高。且叶轮叶片单元53、底端壁部分52、凸出部分62和驱动力传递部分61形成一体，以便构成具有单个单元结构的叶轮部件51。
马达部件54有所谓的外转子结构，其中，该马达部件54的旋转部分沿马达外周布置。马达部件54的旋转部分包括转子保持器75、转子磁体76和轴78。该转子磁体76固定在转子保持器75的内表面上。转子保持器75作为由磁性材料制成的轭铁而构成磁路的一部分。转子保持器75的轴向长度近似与转子磁体76的长度相同，且它们的轴向端基本彼此相同。轴78在一端固定在叶轮部件51的底端壁部分52的中心内，然后，该轴沿转子磁体76和转子保持器75的内部延伸。该轴78的另一端是马达部件54的固定部分，它包括定子72、轴承衬套74和托架71。轴承衬套74在它的底端固定在托架71上，且该轴承衬套74的整个其余部分沿转子磁体76和转子保持器75的内部延伸。轴78布置在轴承衬套74内。在轴78的外表面和轴承衬套74的内表面之间形成很小的径向间隙。该很小间隙充满油或气体，以便构成滑动轴承73。动压产生槽可以形成于至少一个间隙确定表面上，以便构成流体动压轴承。而且，轴78的底端表面可以由在托架71表面上的中心处的接触点来支承。此外，为了进一步保证在轴78一端固定在旋转部分上的位置处的连接，底端壁部分52可以由坚固材料例如金属制成，底端壁部分52的周围边缘可以固定连接在转子保持器75的上端部分上。
定子72固定在轴承衬套74的周向表面上，并与转子磁体76一起形成磁路部分，该转子磁体76通过间隙与定子72径向相对。因为定子72的长度方向的磁体中心沿轴向位于转子磁体76的长度方向磁体中心的下面，因此转子磁体76总是产生轴向向下的磁力。这样，转子磁体76沿旋转轴线方向进行磁偏压，以便平衡在托架71的表面中心处和轴78的端表面之间产生的轴向负载支承力。因此，将防止叶轮部件51和马达部件54的旋转部分从马达部件54的固定部分轴向向上浮动。该磁偏压可以通过如上述使定子的磁体中心轴向偏离转子磁体的中心来实现，或者通过将磁性部件布置在托架中并处于使它轴向对着转子磁体的位置处。也可选择，偏压力可以通过将磁体布置在托架和旋转部分上，同时使磁体的相同或相对磁极布置成轴向相对而实现，或者可以通过将另外的磁体和磁性部件分别布置在托架上和旋转部分上并处于轴向相对位置(专用于产生偏压力)而实现。
下面将介绍在马达部件54和叶轮部件51之间的连接结构。叶轮部件51的驱动力传递部分61固定在马达部件54的转子保持器75上，以便覆盖转子保持器75的整个外表面。转子保持器75的上端表面和转子磁体76的上端表面固定在底端壁部分52的底表面上。
这样，叶轮部件51的底端壁部分52不仅起到在叶轮部件1中轴向阻止气流的作用，而且起到马达部件54的壁的作用。换句话说，马达部件54和叶轮部件51形成一体，同时底端壁部分52作为公共壁。这使得部件数目减小，并能够使风扇马达轴向尺寸减小，另外，风扇马达的重量可以减小。
通过本实施例的风扇马达可以获得与参考图4所述的实施例相同的作用和效果。而且，因为该风扇马达采用滑动轴承或流体动压轴承作为马达部件轴承，因此可以使叶轮转速更高，并使叶轮噪音更低(降低振动和噪音)。
下面参考图7，图7是使本发明的风扇马达的性能与普通多叶片风扇(sirocco fan)和轴流式风扇的性能比较时的P/Q特性曲线图。该曲线图表示了在使各个风扇马达产生几乎相同噪音水平的马达转速下获得的P/Q特征比较。本发明的风扇马达包括直径为10mm且轴向长度为22mm的叶轮，而多叶片风扇包括在各侧直径为15mm且轴向长度为10mm的叶轮。也作为比较物的轴流式风扇有三个风扇马达，该风扇马达包括在各侧直径为10mm且轴向长度为7mm的叶轮，同时风扇马达布置成彼此径向邻接。各风扇马达有相同的轴承结构(即它们都是滚珠轴承)，叶轮在它们内部占据的容积都相等。
由图7可知，本发明的风扇马达与普通风扇相比具有非常高的静压。具有特定P/Q特性曲线的风扇马达将在这样工作点处工作，该工作点是P/Q曲线和它的系统阻抗曲线之间的相交点，该系统阻抗曲线对应于将被该风扇冷却的物体的空气阻力和气密性。图7表示了最典型的系统阻抗曲线，且系统阻抗值高于该曲线的冷却目标物体认为是具有高密度。本发明的风扇马达涉及小型电子装置的高效冷却，其中，它的冷却目标具有非常高的密度。对于该高密度冷却目标，阻抗曲线梯度更陡峭。因此，由图7可知，具有更高静压的风扇在更高位置的工作点工作，这意味着冷却效率更高。因此，根据本发明，静压比普通风扇更高的风扇马达能够高效冷却高密度电子装置。
如前所述，普通使用的离心风扇采用扁平叶轮，该叶轮有较短轴向长度以便使轴向空间减至最小。相反，本发明从改变普通思想出发，发展了一种具有笔形叶轮的高效离心风扇。因此，获得的冷却风扇适用于移动电话或移动个人计算机中的电子电路。本发明的笔形离心风扇的特征在于只提供了很小的圆形空气进口，由风扇产生的、朝着内部电子电路的气流可以以最大效率产生，同时由内部电子电路加热的气流可以从多个空气出口排出，这些空气出口布置在移动电话和移动个人计算机内的排出位置处。因此，尽管通常因为由电子电路工作产生的热量不能充分向外发散而使得很难减小电子装置的尺寸，但是本发明可以提供使电子装置充分冷却的功能，同时节省空间。因此，电子装置的尺寸可以进一步减小。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明的范围内可以进行多种变化。例如，尽管在上述实施例中，一起构成风扇马达的叶轮部件和马达部件轴向交叠，但是也可以将马达部件布置在叶轮部件的内部，与图9中所示的普通风扇一样(也就是，两个部件完全或部分轴向交叠)。
此外，叶轮叶片单元在沿它的旋转轴线的上端处的内部拐角部分可以局部或整个斜切成弧形或类似弧形曲线形状。对叶轮叶片单元的轴向上端的内部拐角部分进行弧形斜切能够使气流更平滑吸入叶轮内，以便控制保持不希望的湍流。因此，可以获得具有良好冷却效率的风扇叶轮和采用该风扇叶轮的风扇马达。
权利要求
1.一种悬臂式叶轮，其与马达部件连接以便形成用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，该叶轮包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，即，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，h表示叶轮叶片单元的轴向高度时，满足关系式2r≤h和r≤12.5mm。
2.根据权利要求1所述的悬臂式叶轮，其特征在于在所述叶轮叶片单元的上端开口处，叶片在它们的内侧拐角处至少部分斜切成弧形轮廓。
3.根据权利要求1所述的悬臂式叶轮，它至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
4.一种用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，该风扇马达包括叶轮和马达部件，该马达部件有旋转部分、固定部分和轴承，该轴承将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，以便绕马达旋转轴线旋转，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，所述叶轮与旋转部分相连，并包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，h表示叶轮叶片单元的轴向高度时，满足关系式2r≤h和r≤12.5mm。
5.根据权利要求4所述的离心风扇马达，其特征在于满足关系式r≤5mm。
6.根据权利要求4所述的离心风扇马达，其特征在于保持关系式n≥10000rpm，n表示马达转速。
7.根据权利要求6所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
8.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述马达部件和所述叶轮部件沿旋转轴线的总长度小于100mm。
9.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
10.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
11.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
12.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子具有芯部单元和线圈绕组，并沿轴向布置在所述一对轴承单元之间。
13.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述底端壁部分和所述叶轮的、与该底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
14.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮的、与底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
15.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述马达部件的旋转部分包括转子保持器，该转子保持器包围旋转部分；以及所述旋转力传递部分环绕所述转子保持器的周向表面并固定在该周向表面上。
16.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
17.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
18.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
19.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
20.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
21.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
22.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部和线圈绕组，所述定子的两侧位于所述轴承的轴向跨距内。
23.根据权利要求7所述的离心风扇马达，其特征在于在所述叶轮叶片单元的上端开口处，叶片在它们的内侧拐角处至少部分斜切成弧形轮廓。
24.一种悬臂式叶轮，其与马达部件连接以便形成用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，该叶轮包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，其中，所述叶轮叶片单元的旋转将产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元上端的开口，并流向所述底端壁的上表面，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，即，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径、h表示叶轮叶片单元的轴向高度、且α表示参数时，满足关系式2πrh＝απr2，4≤α≤40，且r≤12.5mm。
25.根据权利要求24所述的悬臂式叶轮，其特征在于在所述叶轮叶片单元的上端开口处，叶片在它们的内侧拐角处至少部分斜切成弧形轮廓。
26.根据权利要求24所述的悬臂式叶轮，它至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
27.一种用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，该风扇马达包括叶轮和马达部件，该马达部件有旋转部分、固定部分和轴承，该轴承将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，以便绕马达旋转轴线旋转，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，所述叶轮与旋转部分相连，并包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，其中，所述叶轮叶片单元的旋转将产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元上端的开口，并流向所述底端壁的上表面，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，即，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径、h表示叶轮叶片单元的轴向高度、且α表示参数时，满足关系式2πrh＝απr2，4≤α≤40，且r≤12.5mm。
28.根据权利要求27所述的离心风扇马达，其特征在于满足关系式r≤5mm。
29.根据权利要求27所述的离心风扇马达，其特征在于保持关系式n≥10000rpm，其中n表示马达转速。
30.根据权利要求29所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
31.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述马达部件和所述叶轮部件沿旋转轴线的总长度小于100mm。
32.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
33.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
34.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
35.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部单元和线圈绕组，并沿轴向布置在所述一对轴承单元之间。
36.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述底端壁部分和所述叶轮的、与该底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
37.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮的、与底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
38.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
39.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
40.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
41.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
42.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
43.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
44.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部和线圈绕组，所述定子的两侧位于所述轴承的轴向跨距内。
45.根据权利要求30所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部和线圈绕组，所述定子的两侧位于所述轴承的轴向跨距内。
46.一种悬臂式叶轮，其与马达部件连接以便形成用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，该叶轮包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，其中，所述叶轮叶片单元的旋转将产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元上端的开口，并流向所述底端壁的上表面，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，h表示叶轮叶片单元的轴向高度，且α表示参数时，满足关系式2πrh＝απr2，5≤α≤35，且r≤12.5mm。
47.根据权利要求46所述的悬臂式叶轮，其特征在于在所述叶轮叶片单元的上端开口处，叶片在它们的内侧拐角处至少部分斜切成弧形轮廓。
48.根据权利要求46所述的悬臂式叶轮，它至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
49.一种悬臂式叶轮，其与马达部件连接以便形成用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，该叶轮包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在所述叶轮底端上，用于从所述马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在所述旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，其中，所述叶轮叶片单元的旋转将产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元上端的开口，并流向所述底端壁的上表面，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，h表示叶轮叶片单元的轴向高度，Z表示在叶轮叶片单元中的叶片数目，d表示叶片单元的厚度，且β表示参数时，满足关系式2πrεh＝βπr2，3≤β≤30，2r≤h，且r≤12.5mm，其中ε＝(2πr-Zd)/2πr。
50.根据权利要求49所述的悬臂式叶轮，其特征在于在所述叶轮叶片单元的上端开口处，叶片在它们的内侧拐角处至少部分斜切成弧形轮廓。
51.根据权利要求49所述的悬臂式叶轮，它至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
52.一种用于冷却便携式电子装置和其它较小装置的离心风扇马达，该风扇马达包括叶轮和马达部件，该马达部件具有旋转部分、固定部分和轴承，该轴承将旋转部分可旋转地支承在固定部分上，以便绕马达旋转轴线旋转，与风扇马达的叶轮侧相对应的叶轮上端以及与风扇马达的马达部件侧相对应的叶轮底端沿叶轮旋转轴线确定，所述叶轮与旋转部分相连，并包括旋转力传递部分，该旋转力传递部分在叶轮底端，用于从马达部件接收驱动力；底端壁部分，该底端壁部分固定在旋转力传递部分上，用于构成壁；以及叶轮叶片单元，该叶轮叶片单元有多个叶片，每个叶片在它的底端固定在底端壁部分的壁表面的外边缘上，且每个叶片沿轴向延伸至它的上端，这些叶片一起确定了在叶轮上端的开口，其中，所述叶轮叶片单元的旋转将产生气流，该气流沿旋转轴线通过在叶轮叶片单元上端的开口，并流向所述底端壁的上表面，所述叶轮叶片单元的尺寸为这样，当假设2r表示叶轮叶片单元的外周的直径，h表示叶轮叶片单元的轴向高度，Z表示在叶轮叶片单元中的叶片数目，d表示叶片单元的厚度，且β表示参数时，满足关系式2πrεh＝βπr2，3≤β≤30，2r≤h，且r≤12.5mm，其中ε＝(2πr-Zd)/2πr。
53.根据权利要求52所述的离心风扇马达，其特征在于满足关系式r≤5mm。
54.根据权利要求52所述的离心风扇马达，其特征在于保持关系式n≥10000rpm，n表示马达转速。
55.根据权利要求54所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮至少部分由液晶聚合物、碳纤维增强液晶聚合物、玻璃纤维增强液晶聚合物、碳纤维和玻璃纤维增强液晶聚合物、软铁、不锈钢、铝或陶瓷制成。
56.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述马达部件和所述叶轮部件沿旋转轴线的总长度小于100mm。
57.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
58.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
59.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示在所述一对轴承单元之间的轴向分开距离。
60.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承包括一对轴向分开的轴承单元；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部单元和线圈绕组，并沿轴向布置在所述一对轴承单元之间。
61.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述底端壁部分和所述叶轮的、与该底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
62.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述叶轮的、与底端壁部分对齐的部分形成所述马达部件的上壁。
63.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
64.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.5＜h/m＜3.0，m表示轴向轴承跨距。
65.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
66.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式1.0＜h/m＜4.0，m表示轴向轴承跨距。
67.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
68.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成，并保持关系式0.5＜h/m＜5.0，m表示轴向轴承跨距。
69.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由滑动轴承形成；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部和线圈绕组，所述定子的两侧位于所述轴承的轴向跨距内。
70.根据权利要求55所述的离心风扇马达，其特征在于所述轴承由流体动力轴承形成；以及所述马达部件的固定部分包括定子，该定子有芯部和线圈绕组，所述定子的两侧位于所述轴承的轴向跨距内。
全文摘要
一种较小的高性能离心风扇用于冷却便携式电子装置。该离心风扇马达使用由叶轮叶片单元构成的悬臂式叶轮，该叶轮叶片单元包括底端壁部分，该底端壁部分在轴向一端，并具有用于阻断气流沿旋转轴线流动的壁表面；以及开口，该开口在另一轴向端。叶轮设置成这样，即叶轮叶片单元的外周的半径(r)小于叶轮的轴向高度(h)。当迫使通过叶轮开口进入的气流朝向叶轮叶片单元的外周时，在叶轮的底端壁部分的壁表面上的风阻损失减小，从而获得高冷却效率的马达性能。
文档编号F01D1/00GK1538073SQ20041003271
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月13日 优先权日2003年4月14日
发明者玉川彻, 吉田裕亮, 亮 申请人:日本电产株式会社