专利名称：离心风扇的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于吹送空气的离心风扇。
背景技术：
公知有这样的离心风扇，该风扇沿着平行于旋转轴线的轴向方向吸入空气并沿着垂直于该轴向方向的径向方向排出空气。该离心风扇包括叶轮，该叶轮具有围绕所述旋转轴线圆周布置并容纳在外壳中的多个叶片。
日本未审专利公开No.7-111756(下面，将其称为JP’756)描述了沿离心风扇的轴向方向设置在外壳两侧上的空气入口(即，从所述外壳两侧吸入空气)。这个技术增大了离心风扇中的流速。在JP’756的离心风扇中，具有开口的杯状部分布置在所述外壳中以向下打开。用于产生磁场的磁体布置在内侧面上。电枢布置在所述磁体的内侧。用于向电枢供应驱动电流的电路板布置在杯状部分的开口下方。该电路板沿径向部分布置在杯状部分的外周内侧。面对该杯状部分的开口的空气入口形成在这样的位置处，该位置与叶轮的叶片相对且因此在电路板的径向外侧。
日本未审专利公开No.2002-291194(下面，将其称为JP’194)公开了一种离心风扇，其中马达定子的一部分由电路板形成。空气入口设置成穿过该电路板，从而允许从该离心风扇的定子侧吸入空气。
日本未审专利公开No.2001-241395和日本未审实用新型公开No.62-115772(下面，将它们分别称为JP’395和JP’772)公开了一种离心风扇，其中用于驱动该离心风扇的电子元件和电路板径向布置在叶轮的叶片的外侧。
近年来，减少在电子设备中使用的离心风扇的尺寸的需求随着电子设备的尺寸减少而增加。但是，对要安装在电路板上的电子元件的尺寸减少存在技术上的限制。也就是说，即使所述杯状部分的尺寸减少，也难以使得电路板小于该杯状部分的外部轮廓，当沿着轴向方向看所述电路板和杯状部分时，该电路板近似对应于杯状部分的开口区域。因此，难以将整个电路板设置在该杯状部分的径向内侧，从而不干涉如JP’756所述的与叶轮的叶片相对的空气入口。
如JP’395和JP’772所公开的，为了防止电路板与空气入口发生干涉，可以将该电路板设置在叶轮的叶片的径向外侧。但是，在这种情况下，必须极大地减少叶轮的尺寸，以确保用于叶片径向外侧的电路板的空间。这会导致许多问题，例如，离心风扇的空气吹送性能下降，用于将尺寸减小的电枢电连接到电路板的工作繁重且复杂(在电枢过小的情况下，难以将电枢电连接到电路板)，以及增加了电枢与电路板之间发生断开的可能性。
另外，如JP’194所公开的，电路板可以形成外壳中的马达定子的一部分。但是，在这种情况下，当风扇被运送或安装到电子设备上时由于外力直接作用在电路板上，很容易发生断开。而且，当电路板上的电子元件布置在外壳内时，在外壳中产生的气流被电子元件干扰，从而产生噪音。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了具有如下结构的离心风扇。该离心风扇的轴可绕一旋转轴线旋转。一杯状部分向下开口并连接到所述轴上。在所述杯状部分的外侧沿垂直于所述旋转轴线的径向布置有多个叶片，所述多个叶片与所述轴一起旋转并产生气流。在所述杯状部分的开口内布置有一转矩产生装置，该转矩产生装置产生用于使所述轴、所述杯状部分和所述叶片旋转的转矩。设置有用于向所述转矩产生装置供应电力的电路。具有侧面以及在轴向上相互相对地面对的顶面和底面的外壳容纳所述轴、所述杯状部分、所述叶片、所述转矩产生装置和所述电路板。所述外壳的所述底面具有用于将空气吸入该外壳的空气入口。所述外壳的所述侧面具有用于排出空气的空气出口。所述底面包括基部，该基部在平行于所述旋转轴线的轴向方向上与所述杯状部分相对；以及还包括环形区域，该区域环绕所述基部并与所述叶片相对。所述外壳以这样的方式限定气流路径，以使得所述空气出口位于该路径的下游端。所述底面的其上形成有所述电路的部分包括位于所述底面的所述基部中的第一部分和位于所述环形区域中的第二部分。所述空气入口的至少一部分位于所述环形区域中预定角度范围内。其上形成有所述电路的所述部分的第二部分位于所述预定角度范围的沿所述气流流动方向的上游。
所述预定角度范围可以是从所述空气出口距离所述气流路径的上游端最远的边缘围绕所述旋转轴线±45°。或者，所述预定角度范围可以在从沿着与所述流动方向相反的方向相对于所述旋转轴线的虚拟基准线开始的255°到330°范围之外，其中所述虚拟基准线是将所述旋转轴线连接到所述空气出口的线条中的最短的一条。或者，所述预定角度范围可以是从所述空气出口的提供最大的流速的位置围绕所述旋转轴线±45°。
优选的是，所述电路由电路板形成，在该电路板上安装有至少一个电子元件。在这种情况下，所述电路板以这样的方式形成所述底面的其上形成有所述电路的所述部分上，使得所述电路板的一部分位于所述基部，且其余部分位于所述虚拟环形区域中。
优选的是，所述杯状部分的直径为10mm或更少。在这种情况下，所述底面的其上形成有所述电路的所述部分具有这样的外形，当沿着所述旋转轴线从轴向方向看时，该外形包括未被所述杯状部分覆盖的部分。
该离心风扇还可以包括形成在所述顶面中的另一个空气入口。
通过下面结合附图的详细描述可更清楚地理解上述和其他特点。在附图中，相同的附图标记表示相同的结构。所有的这些约定旨在为典型或示例性的，而不是限制性的。
图1是根据本发明的优选实施例的离心风扇的竖直剖面图；
图2是表示图1的离心风扇的外观的立体图；图3是表示图1的离心风扇的内部的立体图；图4是图1的离心风扇的主要结构的分解立体图；图5是表示图1的离心风扇的内部的平面图；图6是图1的电路板和外壳本体的平面图；图7以简化的方式示出外壳的底部；图8A至图8D以简化的方式示出了外壳，每个外壳都具有以270°的范围开口的底部空气入口；图9A至图9D以简化的方式示出了外壳，每个外壳都具有以180°的范围开口的底部空气入口；图10示出了均具有所述270°底部空气入口的离心风扇的PQ曲线；图11示出了均具有所述180°底部空气入口的离心风扇的PQ曲线；图12A至图12L以简化的方式示出了外壳，每个外壳都具有以90°范围开口的底部空气入口；图13A至图13L以简化的方式示出了外壳，每个外壳都具有以45°的范围开口的底部空气入口；图14示出了均具有所述90°底部空气入口的离心风扇的PQ曲线；图15示出了均具有所述45°底部空气入口的离心风扇的PQ曲线；图16示出了根据本发明另一优选实施例的叶轮；图17示出了根据本发明另一优选实施例的外壳。
具体实施例方式
参照图1至图16，将详细描述本发明的优选实施例。应注意在本发明的说明中，当不同部件之间的位置关系和方位被描述为上/下或左/右时，指的是在图中的最终的位置关系和方位；未示出这些部件当被组装成实际的设备时的方位和相互之间的位置关系。同时，在下面的描述中，轴向方向表示平行于旋转轴线的方向，而径向方向表示垂直于该旋转轴线的方向。
图1是根据本发明优选实施例的紧凑型离心风扇1的竖直剖面图。图2是表示离心风扇1的外观的立体图。图3是其中仅去除了外壳3的罩盖31的离心风扇1的立体图。图4是离心风扇1的主要结构的分解立体图。在图2至图4中，为了改善可视性，省略了细节。
参照图2，离心风扇1包括马达2。马达2包括作为旋转部件的转子21和作为静止部件的定子22。转子21包括绕旋转轴线J1旋转的叶轮213。离心风扇1还包括容纳该马达2的外壳3。在示出的示例中，外壳3具有大致长方体的形状，但是外壳3的形状并不限于此。外壳3包括侧面和在轴向方向上布置在马达2的两侧上的顶面和底面。该侧面在其中形成有开口36。开口36用作气流如下文所述退出离心风扇1所通过的端口，且因此该端口被称为“空气出口36”。
在外壳3的顶面中设置有另一开口311。顶面还被称为外壳3的“罩盖31”。罩盖31与马达2的杯状部分211的顶部相对，而外壳3的底面与杯状部分211的开口相对，如下文所述。开口311用作离心风扇1的空气入口。外壳3的罩盖31为板状且能从包括侧壁34的外壳本体32拆下，如图3所示。
参照图1，轴承23利用油的流体动压力以相对于定子22可旋转的方式支撑转子21。转子21包括杯状部分211和叶轮213。杯状部分211是中空的、圆筒形的、且向下开口。也就是说，该杯状部分211具有向下开放的开口。叶轮213也大致为圆筒形和中空的，且具有在旋转轴线J1上的中心。
杯状部分211的顶面与外壳3的罩盖31相对。杯状部分211朝向定子22(即图1中的向下方向)开口。该杯状部分211的直径大致为10mm或更少(在典型的实际产品中大约为8mm)。由于技术方面的原因，杯状部分211的直径被设置为近似4mm或更多。当杯状部分211被插入到叶轮213的中空处时，叶轮213的多个叶片214呈环形沿径向方向布置在杯状部分211的外侧，且这些叶片的中心设在旋转轴线J1上。
参照图1和图4，用于产生磁场的环形磁体212被磁化以实现多极磁体并具有在旋转轴线J1上的中心，该环形磁体212从下方(即，从杯状部分211的开口)插入杯状部分211。插入的环形磁体212固定在杯状部分211的内侧面上。在杯状部分211的顶面的中心形成有插入孔，以供轴承23的轴231插入到其中。轴231的待固定端(即，转子21侧端部)插入到所述插入孔中，从而将轴231固定到杯状部分211上。
轴213的自由端被插入到中空的圆筒形轴套232中，如图1所示，轴套232由含油的多孔金属制成。轴套232插入并固定到中空的圆筒形轴套座221。轴套座221具有待连接到外壳3的外壳本体32上的底部，如下文所述。因此，轴231和轴套232形成轴承23，该轴承用于相对于外壳3以可环绕旋转轴线J1旋转的方式支撑杯状部分211。轴承23的具体结构并不限于上述形式。例如，轴承23可以为球轴承。
在轴套座221的底部与轴231的自由端面相对的位置处设置止推板222。止推板222由摩擦系数低的合成树脂制成并沿轴向方向支撑轴231。
定子22的电枢223围绕轴套座221布置在磁场产生磁体212的径向内侧。电枢223的绕组连接到尾销2231。尾销2231被插入到形成在电路板24中的孔245中并焊接到电路板24与电枢223相对的面上。通过这种结构，即使小的电枢223也能容易地电连接到电路板24。电路板24可以是柔性板，例如柔性印刷电路(FPC)板。
电路板24包括用于向电枢223供应电力的电路。更具体的是，至少一个电子元件被包括在电路板24内并向围绕电枢223缠绕的绕组供应电流。也就是说，至少一个电子元件形成用于向电枢223供应电力的电路。控制从电路板24供应到电枢223的电流，从而在磁场产生磁体212和磁体212内侧(即，布置在磁场产生磁体212的旋转轴线侧上)的电枢223之间产生绕旋转轴线J1的转矩(旋转力)。也就是说，磁场产生磁体212和电枢223形成产生转矩的机构。这样产生的转矩使杯状部分211和固定到其上的叶轮213均沿预定旋转方向旋转。
参照图4，外壳本体32具有垂直于旋转轴线J1的板状底部33(见图1)。底部33沿轴向方向形成外壳3的底面。电路板24固定到底部33的顶面(罩盖侧的表面)上。中心定在旋转轴线J1上的固定孔331和241分别形成在底部33和电路板24中。轴套座221的下端(即底部)位于固定孔331和241中，从而将轴套座221固定到外壳本体32上。请注意，在制造过程中，在电枢223安装到轴套座221之前，轴套座221从底部33的下方被插入到固定孔331和241中。
图5是离心风扇1的平面图，在图中拆下了外壳3的罩盖31。图6仅是电路板24和外壳本体32的平面图。
在这个优选实施例中，外壳本体32的底部33的外形为大致方形。参照图6，底部33在电路板24将被定位在该处的位置处形成有两个孔332和333。在一个孔332中，布置有安装在电路板24的底表面(即，与外壳3的底部33相对的表面)上的电子元件242。形成另一孔333以确保用于将导线249的一端连接到形成在电路板24的底面上的端子243的空间(见图1)。另外，在电路板24的顶面上与磁场产生磁体212相对的位置处设置用于检测马达2的转速的至少一个孔元件244(见图1)。
参照图5，外壳本体32的本体侧壁34形成外壳3的侧面的一部分，该本体侧壁形成为直立在底部33上。本体侧壁34部分地围绕叶轮213的外周，在叶轮213旋转的过程中叶轮213的外周对应于叶片214的顶端路径。作为罩盖31的一部分的罩盖侧壁341形成外壳3的侧面的其余部分(见图3)。在图5中用双点划线表示罩盖侧壁341。因此，叶轮213和杯状部分211容纳在外壳3中，同时被罩盖31、底部33和由本体侧面34与罩盖侧壁341形成的侧面所环绕(见图3)。如前所述，外壳3包括形成在其侧壁中的空气出口36。因此，由本体侧壁34和罩盖侧壁341的内侧面与叶轮213的外周限定通向空气出口36的近似卷轴状的通道37。通道37在垂直于旋转轴线J1的剖面中的宽度朝向空气出口36逐渐增大。
如图5所示，在外壳3的底部33中，在与杯状部分211的开口和叶轮213(除叶片214之外)相对的圆形部分336的周围形成两个孔334和335，这两个孔为中心定在旋转轴线J1上(且在径向方向上具有特定直径)的弧形。底部33中的这个圆形部分336在图5和图6中由双点划线示出的内圆包围。下面，将这个圆形部分336称为“基部”。设置在底部33中的通孔334和335以及设置在罩盖31中的开口311(见图2)用作离心风扇1的空气入口。在下面的描述中，底部33中的通孔334和335被称为底部空气入口334和335，且罩盖31中的开口311被称为顶部空气入口311。
参照图6，假设线L1将旋转轴线J1连接到外壳3的侧面的沿底部33上的叶轮213的旋转方向的下游边缘。外壳3的侧面的下游边缘是空气出口36的一端，该一端是沿底部33上的叶轮213的旋转方向距离通道37的上游端(见图5)最远的一端。还假设线L2将旋转轴线J1连接到外壳3的侧面与底部33上的通道37的上游端最接近的边缘。侧面的这个边缘是空气出口36的另一端。请注意，叶轮213的旋转方向与由叶轮213的旋转而产生的气流的流动方向相同。
底部空气入口334覆盖线L1和L2，且在虚拟环形区域81中位于靠近空气出口36的位置处，该虚拟环形区域81大致与叶轮213的叶片214相对。虚拟环形区域81环绕基部336(夹在图5和图6中由双点划线表示的两个圆之间)。虚拟环形区域81中位于底部空气入口334和底部空气入口335之间的部分337(如图6所示)是小肋条，该部分337用于将基部336固定到底部33位于虚拟环形区域81的径向外侧的部分上。因此，在虚拟环形区域81中从线L1环绕旋转轴线J1的±90°或更多的范围大致完全地用作底部空气入口334和335。而且如图6中箭头θ所示，在虚拟环形区域81中围绕旋转轴线J1的90°或更多的范围被电路板24覆盖。
当安装到杯状部分211上的叶轮213沿逆时针方向Y1与杯状部分211一起旋转时，离心风扇1附近的空气不仅通过围绕外壳3的杯状开口侧上的基部336形成的底部空气入口334和335、而且还通过形成在外壳3的与杯状开口侧相对的一侧上的顶部空气入口311被吸入到外壳3内(见图2)。这样被吸入的空气大致沿着叶轮213的旋转方向移动并远离旋转轴线J1，然后在流动通过通道37之后从空气出口36退出。这样，离心风扇1通过沿轴向方向吸入空气并沿径向方向排出空气来吹动空气。
在当前实施例中，在空气出口36沿气流流动方向距离通道37的上游端最远的(即，图6中靠近线L1的与旋转轴线J1相对的一端)的边缘附近获得空气出口36的最大流速。当空气出口36和外壳的设计发生改变时，在其中实现最大流速的区域稍稍朝向空气出口36的另一边缘(即最靠近通道37的上游端的边缘)移动。
接下来，将描述离心风扇1中的不同尺寸和位置的底部空气入口的空气吹送性能的测量结果。请注意，下面描述的不同的底部空气入口并不被其他部件关闭。
图7以简化方式表示测量中使用的外壳3的底部33。就该测量而言，准备这样一种外壳，在该外壳中大致与叶轮213的叶片214相对并环绕基部336的虚拟环形区域81被完全打开。在该外壳中，通过部分地关闭虚拟环形区域81可改变底部空气入口的位置和尺寸。请注意，虽然在用于测量的外壳中没有设置肋条，但是在实际的外壳中存在有肋条，该肋条具有比较小的宽度并支撑虚拟环形区域81中的基部336。另外，虚拟环形区域81的外周位于图5中示出的外壳3和这些测量中使用的外壳中的叶轮213的叶片214的顶端路径的径向内侧(即，比叶轮213的叶片214的顶端稍微更靠近旋转轴线J1)。但是，底部33中与叶轮213的叶片214精确相对的环形区域(即，具有与叶片214的顶端的路径相一致的外周的区域)可以根据叶片214的形状被限定为虚拟环形区域81。
在测量过程中，在底部空气入口的圆周端部(对应于图7中虚拟环形区域81中没有阴影线的区域)之间形成的角度α被设置成270°和180°(虽然为了方便，图7中示出了90°的角度α)。在α范围内开口的底部空气入口的位置被改变，且相对于该位置测量离心风扇1的空气吹送性能。
在下面的描述中，虚拟基准线R1是从旋转轴线J1延伸至空气出口36的线条中的最短的一根线条，该虚拟基准线的位置被规定为0°位置，沿顺时针方向Y2(见图7)(该方向与图5中的叶轮213的旋转方向Y1相反)从该虚拟基准线R1围绕旋转轴线J1的角度被规定为正角度，且由底部空气入口的圆周端部相对于虚拟基准线R1的角度中比较小的一个来表示底部空气入口的角度位置β。在测量过程中，底部空气入口的角度位置对于每个角度α被设置为0°、90°、180°和270°位置。
图8A至图8D简单地表示均具有在270°(α＝270°)范围打开的底部空气入口的外壳。在外壳A1、A2、A3和A4中，分别在0°、90°、180°和270°位置处设置270°底部空气入口。图9A至9D简单地表示均具有在180°范围打开的底部空气入口的外壳。在外壳B1、B2、B3和B4中，分别在0°、90°、180°和270°位置处设置180°底部空气入口。在其中设置了270°底部空气入口的情况下，虚拟环形区域81中的90°的其余范围被关闭。在其中设置了180°底部空气入口的情况下，虚拟环形区域81中的180°的其余范围被关闭。
表1表示具有270°底部空气入口的离心风扇中的最大流速和最大静压力的测量结果。表2表示具有180°底部空气入口的离心风扇中的最大流速和最大静压力的测量结果。在表1和表2中，底部空气入口的角度位置被简称为“角度”，且当虚拟环形区域81被完全打开时和当虚拟环形区域81被完全关闭时获得的测量结果分别被表示为“角度”范围的“全开(Full)”和“关闭(Close)”。最大的流速和最大的静压力分别被简称为“流速”和“静压力”。“△Q”表示在每个角度位置(包括“全开”位置和“关闭”位置)处的最大流速与当虚拟环形区域81完全关闭(“关闭”)时的最大流速之间的差。“增加的百分比(△Q)”表示在每个角度位置处的流速差与当虚拟环形区域81完全关闭时获得的最大流速的比率。“△Ps”表示在每个角度位置处的最大静压力与在虚拟环形区域81完全关闭时获得最大静压力之间的差。“增加的百分比(△Ps)”表示在每个角度位置处的静压力差与在虚拟环形区域81完全关闭时获得的最大静压力的比率(同样适用于图3和图4)。
表1
表2
如在表1中所发现的，当270°底部空气入口布置在0°，180°，和270°位置时(外壳A1、A3和A4)时获得的流速的增加百分比和静压力的增加百分比与底部空气入口完全打开时(“全开”)获得的流速的增加百分比和静压力的增加百分比之间的差都在10％之内，这是好现象。另一方面，当在外壳A2中270°底部空气入口布置在90°位置时，流速的增加百分比和静压力的增加百分比与底部空气入口完全打开时获得的流速的增加百分比和静压力的增加百分比之间的差，与外壳A1、A3和A4所获得的相比要小得多。
另外，如在表2中所发现的，在180°底部空气入口的情况下，在其中底部空气入口布置在90°和180°位置时的外壳B2和B3中，流速的增加百分分别比外壳B1和B4中的小。就静压力的增加百分比而言，在其中180°底部空气入口布置在0°位置的外壳B1中获得的值大致与在其中虚拟环形区域81完全打开的外壳中获得的值处于相同的水平。
图10表示反映其中设置有270°底部空气入口的离心风扇的性能的P-Q曲线。图11表示其中设置有180°底部空气入口的离心风扇的P-Q曲线。通过为相应的离心风扇测量流速和对应的静压力而获得P-Q曲线，该曲线在水平轴线上表示流速且在竖直轴线上表示静压力。在图10和图11中，分别用与图8A至8D和图9A至9D中对应的外壳的附图标记相同的附图标记来标示当底部空气入口布置在0°、90°、180°和270°位置处时获得的曲线，且曲线RF1和RC1分别表示当虚拟环形区域81完全打开和关闭时的流速和静压力的特性。
如图10中所发现的，在其中270°底部空气入口布置在0°、180°和270°位置处的外壳A1、A3和A4分别提供与当虚拟环形区域81完全打开时获得的流速和静压力特性几乎相同的流速和静压力特性，而在其中270°底部空气入口布置在90°位置处的外壳A2中的流速和静压力特性下降(即，外壳2中在特定流速下的静压力低于在外壳A1、A3和A4中测量的静压力)。另外，如在图11中所发现的，在其中180°底部空气入口布置在90°和180°位置处的外壳B2和B3中的流速和静压力特性分别比在其中180°底部空气入口布置在0°和270°位置处的外壳B1和B4中的流速和静压力特性下降的更大。
如上所述，在利用外壳A2和外壳B2与B3中的任一个的情况下，空气吹送性能(即，最大的静压力、最大的流速以及流速和静压力特性(P-Q曲线))大大下降，其中在该外壳A2中，270°底部空气入口在虚拟环形区域81中布置在90°位置，且在所述外壳B2和B3中，180°底部空气入口在虚拟环形区域81中分别布置在90°和180°位置。在这些外壳A2、B2和B3中，在虚拟环形区域81中的从虚拟基准线R1沿顺时针方向(即，与旋转方向相反的方向)围绕旋转轴线J1的90°范围被关闭。由于在图7中示出的外壳3中形成在虚拟基准线R1与线条L1(见图6)之间的角度大约为45°，该线条L1将旋转轴线J1连接到空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘，因此在外壳A2、B2和B3中，虚拟环形区域81中的从空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘围绕旋转轴线J1的±45°的范围内没有设置空气入口。根据如上所述，在虚拟环形区域81中从空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘围绕旋转轴线J1的±45°的范围可以被认为是非常有助于从离心风扇的外壳底部侧抽吸空气的区域(在下文中，将这个范围称为“高度可吸气区域”)。通过将底部空气入口设置成包含高度可吸气区域，能确实改善离心风扇的空气吹送性能。
而且，如上所述，空气出口36中的流速在空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘附近是最大的。因此，还可以通过将底部空气入口设置成包含从获得空气出口36中的最大流速的位置围绕旋转轴线J1±45°的范围，来可靠地提高离心风扇1的空气吹送性能。
在具有如图6所示的外壳3的离心风扇1中，虚拟环形区域81中的环绕旋转轴线J1的90°或更多的范围被电路板24覆盖。但是，在虚拟环形区域81中，从空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘围绕旋转轴线J1的±90°或更多的范围用作底部空气入口334和335。因此，即使在离心风扇极紧凑的情况下，通过将底部空气入口334和335设置在虚拟环形区域81的优选范围内从而不被电路板24覆盖，能获得优异的空气吹送性能。
接下来，描述其他测量的结果。在这些测量中，底部空气入口在虚拟环形区域81中在围绕旋转轴线J1的90°和45°的范围内打开，且在虚拟环形区域81中底部空气入口的角度位置对于底部空气入口的各打开角度从0°到330°每30°进行改变。
图12A至图12L简化表示具有90°底部空气入口的外壳。在图12A至图12L中，分别用附图标记C1、C2、C3、...、C12表示外壳，在这些外壳中，90°底部空气入口布置在0°、30°、60°、...、330°位置处。图13A至图13L简化表示具有45°底部空气入口的外壳。在图13A至图13L中，分别用附图标记D1、D2、D3、...、D12表示外壳，在这些外壳中，45°底部空气入口布置在0°、30°、60°、...、和330°位置处。在具有90°底部空气入口的外壳中，虚拟环形区域81中的270°范围被关闭。在具有45°底部空气入口的外壳中，虚拟环形区域81中的315°范围被关闭。
表3表示具有90°底部空气入口的离心风扇的最大流速和最大静压力的测量结果。表4表示具有45°底部空气入口的离心风扇的最大流速和最大静压力的测量结果。图7中示出的虚拟环形区域81的一部分被如上所述的用于支撑基部336的肋条关闭。在其中提供了45°底部空气入口(即，具有较小开口的底部空气入口)的情况中，该肋条会使得最大流速和最大静压力的测量结果发生小的变化。
表3
表4
如在表3中所发现的，在具有90°底部空气入口的离心风扇中，当90°底部空气入口布置在240°和270°位置时(外壳C9和C10)，与其中90°底部空气入口布置在其他角度位置的情况相比，流速的增加百分比和静压力的增加百分比极小。如在表4中所发现的，在具有45°底部空气入口的离心风扇中，当45°底部空气入口布置在240°、270°、和300°位置时(外壳D9、D10和D11)，流速的增加百分比和静压力的增加百分比均不大于5％。
另外，在具有包含靠近虚拟环形区域81中的180°位置的区域的底部空气入口的外壳中(即，90°底部空气入口布置在90°至180°位置中的任一个位置处的外壳，以及45°底部空气入口布置在120°至180°位置中的任一个位置处的外壳)，最大的静压力比较大。这是因为，在测量使用的外壳中，底部空气入口的环形开口的径向宽度在150°至210°范围内的角度位置处稍大于在在其他角度位置处。
现在将结合表4中对具有45°底部空气入口的壳体的测量结果论述使流速的增加百分比和静压力的增加百分比都较小的边界条件。当45°底部空气入口布置在210°位置处时(即，虚拟环形区域81在210°至255°的范围内被打开)，静压力的增加百分比大约为20％。当45°底部空气入口布置在330°位置处时(即，虚拟环形区域81在330°到360°的范围内和0°至15°的范围内打开)，流速的增加百分比和静压力的增加百分比大约为10％。根据这些结果，通过确保底部空气入口在虚拟环形区域81中的一部分的至少45°的范围(而不是255°至330°的范围)内打开，能够获得足够等级的空气吹送性能。如图7所示，考虑到将通道37的上游端连接到底部33的旋转轴线J1上的线条L2大致处于外壳3中的330°位置处，为了获得足够等级的离心风扇的空气吹送性能，重要的是将在沿着叶轮213的旋转方向设置在从通道37的上游端围绕旋转轴线J1的75°范围之外的虚拟环形区域81中围绕旋转轴线J1在45°或更多(小于360°)的范围内打开的底部空气入口(这个75°的范围将被称为“特定范围”)，或者将底部空气入口的45°或更多范围设置成包含在虚拟环形区域81的特定范围之外的部分中。
考虑到关于270°底部空气入口和180°底部空气入口的试验结果(见表1和2)，还优选的是，底部空气入口覆盖将空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘连接到旋转轴线J1的线条L1。还优选的是，至少一部分电路板24(更优选的是，整个电路板24)覆盖前面关于虚拟环形区域81的有效使用所描述的特定范围。
还有，如在表3中所发现的，在其中90°底部空气入口被设置在300°位置处的情况下，虽然只有一部分的底部空气入口包含在虚拟环形区域81的高度可吸气范围内，但是流速的增加百分比和静压力的增加百分比都比较大。因此，即使在其中大于基部336的电路板24被固定到基部336上的情况下(即，固定到基部336上的电路板24的至少一部分位于基部336的径向外侧)，通过将至少一部分的底部空气入口设置成待包含在虚拟环形区域81中从空气出口36距离通道37的上游端最远的边缘开始±45°的高度可吸气范围中和将电路板24设置成仅覆盖一部分虚拟环形区域81而不覆盖底部空气入口，或者通过将至少一部分的底部空气入口设置成待包含在虚拟环形区域81中从空气出口36在该处实现最大流速的位置开始±45°范围内和将电路板24设置成仅覆盖一部分虚拟环形区域81而不覆盖底部空气入口，能在离心风扇中实现足够等级的空气吹送性能。
图14示出了具有90°底部空气入口的离心风扇的P-Q曲线，图15示出了具有45°底部空气入口的离心风扇的P-Q曲线。通过测量各个离心风扇的流速和相应的静压力而获得这些P-Q曲线，且这些曲线中的水平轴线表示流速而竖直轴线表示静压力。请注意，图14和图15只示出了当底部空气入口布置在0°、90°、180°和270°位置处时获得的P-Q曲线。分别用与图12A、12D、12G和12J以及图13A、13D、13G和13J中对应的外壳的附图标记相同的附图标记来标示在那些位置时的P-Q曲线。当虚拟环形区域81完全打开和关闭时分别获得曲线RF2和RC2。
如图14所示，在其中90°底部空气入口布置在270°位置处的外壳C10中的流速和静压力都小于在其中90°底部空气入口分别布置在0°、90°和180°位置处的外壳C1、C4和C7中的流速和静压力。同样，在其中45°底部空气入口布置在270°位置处的外壳D10中，流速和静压力都小于在其中45°底部空气入口分别布置在0°、90°和180°位置处的外壳D1、D4和D7中的流速和静压力。换句话说，图14和图15示出在外壳C10和D10中的流速和静压力特性下降，在外壳C10和D10中，在虚拟环形区域81的特定范围外侧中没有设置在45°或更多的范围内打开的开口。
基于上述测量结果，在本发明的离心风扇1中，外壳3的底部33上的底部空气入口的至少一部分设置在虚拟环形区域81中的优选角度范围内，且电路板24的在径向方向上未设置在杯状部分211内的部分布置在虚拟环形区域81的上述优选的角度范围的上游。优选的角度范围为从空气出口36距离气流路径的上游端最远的边缘围绕旋转轴线J1的±45°，或为从空气出口中提供最大流速的位置围绕旋转轴线J1的±45°。而且，优选的角度范围可以是沿着气流的流动方向从虚拟基准线R1围绕旋转轴线J1的255°至330°范围之外上文中描述了本发明的优选实施例。但是本发明并不限于此。可以以多种方式对本发明进行修改。
在上述实施例中，由电路板24形成用于向电枢223供应电力的电路，该电路板与外壳3分开。但是，该电路可以直接形成在外壳3上。在这种情况下，在其上形成有电路的外壳3的底面的一部分包括位于基部336中的部分和位于包围基部336的虚拟环形区域81中的部分。所述位于虚拟环形区域81中的部分布置在环形区域81优选的角度范围(即，高度可吸气范围)的上游，该环形区域81中布置有至少一部分底部空气入口36。
上述优选实施例的离心风扇1包括叶轮213，该叶轮具有从杯状部分211的外圆周表面附近的位置径向伸出的多个叶片214。或者，可以用叶轮213a代替叶轮213，叶轮213a包括多个环状布置在杯状部分211的径向外侧且中心位于旋转轴线J1上的多个叶片214a；和环形连接板，其从杯状部分211的下端(开口端)向外延伸并连接到叶片214a的下端。包括这种叶轮213a的离心风扇的空气吹送性能也可以通过以下方式来提高将底部空气入口的至少一部分设置成包含在环绕外壳底部上的基部的虚拟环形区域的高度可吸气范围内，或将底部空气入口设置成包含在虚拟环形区域中环绕旋转轴线J1的45°或更多的范围，但不是特定范围。请注意，在这个离心风扇中，基部的外圆周和虚拟环形区域的内圆周相互分开。
而且，空气出口36可以形成在离心风扇1中壳体3的两个连续的侧面中。另外，可以使用外壳3a，其中该外壳3a垂直于旋转轴线J1的截面的外形大致为圆形(或蜗状)，如图17所示(图17中省略了外壳的罩盖)。在包括该外壳3a的离心风扇中，还可以通过以下方式提高空气吹送性能将底部空气入口至少一部分设置成包括在围绕外壳3a底部上的基部的虚拟环形区域中的、从空气出口36距离通道的上游端最远的边缘环绕旋转轴线J1的±45°的范围内，或将底部空气入口设置成包含沿着与叶轮213的旋转方向相反的方向从虚拟基准线R1环绕旋转轴线J1的255至330°范围之外的虚拟环形区域中的围绕旋转轴线J1的45°或更多的范围。
而且，在上述实施例中，基部336与杯状部分211及叶轮213(除了叶片214)相对。优选的是，以这样的方式设置基部336，使得基部336的外圆周大致与叶轮213的外圆周一致。
根据设计，可以改变基部336与杯状部分211和叶轮213之间从轴向方向看的尺寸关系。但是，只要用于向电枢223供应电力的电路包括不被杯状部分211和叶轮213覆盖的部分，就能实现本发明的上述效果。
虽然上述优选实施例的离心风扇1包括外壳3沿轴线方向的两侧上的空气入口(顶部空气入口和底部空气入口)，但是根据离心风扇1的应用可以只设置底部空气入口。至少沿轴向方向抽吸空气的任意离心风扇中也可以使用上述方法，即将底部空气入口的至少一部分设置成包含在围绕外壳3的基部336的虚拟环形区域81中的高度可吸气范围内，或将底部空气入口设置成包含在虚拟环形区域中除特定范围之外的围绕旋转轴线J1的45°或更多的范围。但是，为了进一步提高这种离心风扇的空气吹送性能，如上述实施例中所述，优选的是，在外壳3与杯状开口侧的相对侧上设置顶部空气入口。
在上述优选实施例中，因为杯状部分211的直径为10mm或更少，所以外壳3的底部33上的基部336的直径近似为10mm或更少。另一方面，固定在外壳3的杯状开口侧上的电路板24上用于安装电子元件的面积一般为2mm2或更多。考虑到用于固定轴套座221的孔311的面积，如果离心风扇1的尺寸减小到使得杯状部分211的直径近似为6mm或更少，则包括电子元件的电路板24必然具有这样的尺寸，即一部分电路板24位于杯状部分211的径向外侧。但是，即使在这样的情况下，通过利用前述的方法也能提高离心风扇的空气吹送性能，也就是说，将底部空气入口的至少一部分设置在环绕基部336的虚拟环形区域81的高度可吸气范围内，或将底部空气入口设置成包含在虚拟环形区域中除特定范围之外的一部分中环绕旋转轴线J1的45°或更多的范围。在任意情况下，沿着气流的流动方向将电路板24设置在环形区域81中的高度可吸气范围(即，优选的角度范围)的上游。
如上所述，根据本发明，通过将空气入口设置在与外壳靠近杯状部分的开口的一侧上的叶轮的多个叶片相对的虚拟环形区域中的优选范围内、以及将电路板的至少一部分设置在虚拟环形区域中的优选范围沿着气流的流动方向的上游，能提高沿轴向方向吸气的离心风扇的空气吹送性能。具体的说，本发明有利于改善极紧凑的离心风扇的空气吹送性能。
仅选择了被选取的实施例来说明本发明。但是，对于本领域技术人员，通过前面的公开将能明白在不背离所附权利要求限定的本发明范围的情况能作出各种变化和修改。而且，提供对根据本发明的实施例的上述说明仅用于示出，而不是限制本发明，本发明由所附的权利要求及其等同来限定。
权利要求
1.一种离心风扇，该离心风扇包括轴，该轴用于围绕旋转轴线旋转；杯状部分，该杯状部分向下开口并安装到所述轴上；多个叶片，这些叶片沿着垂直于所述旋转轴线的径向方向布置在所述杯状部分的外侧，用于与所述轴一起旋转并产生气流；转矩产生装置，该转矩产生装置布置在所述杯状部分的开口内，用于产生使所述轴、所述杯状部分和所述多个叶片旋转的转矩；电路，该电路用于向所述转矩产生装置供应电力；外壳，该外壳具有侧面以及彼此轴向相对的顶面和底面，该外壳用于容纳所述轴、所述杯状部分、所述叶片、所述转矩产生装置和电路板，其中所述底面具有用于将空气吸入所述外壳的空气入口，所述侧面具有用于排出所述空气的空气出口，所述底面包括与所述杯状部分相对的基部和环绕所述基部并与所述叶片相对的环形区域，所述外壳限定了气流的路径，该路径具有布置在下游端的所述空气出口，其特征在于所述底面的其上形成所述电路的部分包括位于所述底面的所述基部中的第一部分和位于所述环形区域中的第二部分，所述空气入口的至少一部分位于所述环形区域中预定角度范围内，以及所述电路形成在其上的所述部分的所述第二部分位于所述预定角度范围的沿所述气流的流动方向的上游。
2.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述预定角度范围为从所述空气出口距离所述气流的路径的上游端最远的边缘环绕所述旋转轴线±45°。
3.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述预定角度范围在沿所述流动方向相反的方向从虚拟基准线相对于所述旋转轴线的255°至330°的范围之外，该虚拟基准线为将所述旋转轴线连接至所述空气出口的线条中的最短的一个。
4.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述预定角度范围为从所述空气出口中提供最大的流速的位置围绕所述旋转轴线±45°。
5.根据上述任一项权利要求所述的离心风扇，其特征在于，所述电路由电路板形成，在该电路板上安装有电子元件，该电路板形成在所述底面的在其上形成有所述电路的所述部分上，以使所述电路板的一部分位于所述基部上且其余部分位于所述虚拟环形区域中。
6.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述杯状部分的直径为10mm或更少，以及所述底面的在其上形成有所述电路的所述部分具有这样的外形，当沿着所述旋转轴线从轴向方向看时，该外形包括未被所述杯状部分覆盖的部分。
7.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，该离心风扇还包括形成在所述顶面中的另一空气入口。
全文摘要
本发明提供了一种离心风扇。公开了极紧凑的离心风扇中的底部空气入口和用于驱动转矩产生装置的电路的结构配置。在该极紧凑的离心风扇中，被电路占用的区域没有完全布置在杯状部分的径向内侧，叶轮连接到该杯状部分上。设置在离心风扇的外壳底部上的底部空气入口的至少一部分布置在虚拟环形部分的预定角度范围内，该虚拟环形部分环绕被所述杯状部分覆盖的基部。所述电路没有被所述杯状部分覆盖的部分布置在预定角度范围的沿气流的流动方向的上游。
文档编号F04D29/40GK101025165SQ20071007872
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月25日 优先权日2006年2月20日
发明者豊岛弘祥, 竹下和美, 永松秀规, 小西秀明, 高冈司, 依田圭人 申请人:日本电产株式会社