本發(fā)明是關(guān)于一種葉輪及風(fēng)扇。

背景技術(shù)：

根據(jù)風(fēng)扇的入風(fēng)與出風(fēng)的方向關(guān)系，一般風(fēng)扇可分為軸流式風(fēng)扇與離心式風(fēng)扇。一般軸流式風(fēng)扇的氣流由入風(fēng)口流入，再由出風(fēng)口流出，氣流由入風(fēng)口流入時(shí)之方向與氣流由出風(fēng)口流出時(shí)的方向大致相同。

一般軸流式風(fēng)扇的扇葉的設(shè)計(jì)，大部分是使用NACA 4-digit或5-digit翼截面并且搭配2至4等份的扇葉堆棧方式，將這些位在不同段的翼截面連續(xù)地連接而形成立體的扇葉。但是，這種設(shè)計(jì)方法對于扇葉表面細(xì)膩處將不容易有效描述。而且，為保持扇葉曲率連續(xù)性，扇葉各段也不容易各做變化。再者，以往靜音風(fēng)扇的扇葉的最大前傾角度大多為25至36度之間，但若使用更大前傾角度時(shí)，風(fēng)扇特性反而容易衰退。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種葉輪，包括一輪轂以及多個(gè)扇葉，輪轂具有一轉(zhuǎn)軸，扇葉環(huán)設(shè)于輪轂。葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，各扇葉區(qū)分成一前緣、一外緣、一中段部及一后緣，其中前緣、外緣及后緣圍繞中段部三側(cè)邊，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，前緣距扇葉最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種葉輪，包括一輪轂以及多個(gè)扇葉，輪轂具有一轉(zhuǎn)軸，扇葉環(huán)設(shè)于輪轂。葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，各扇葉區(qū)分成一前緣、一外緣、一中段部及一后緣，其中前緣、外緣及后緣圍繞中段部三側(cè)邊，在徑向上，扇葉靠近外緣處的上表面有一谷狀結(jié)構(gòu)，且于扇葉的下表面對應(yīng)谷狀結(jié)構(gòu)處有一峰狀結(jié)構(gòu)。

在一實(shí)施例中，中段部的前傾角大于25度，其中各扇葉的該中段部的中 心部位自該輪轂朝遠(yuǎn)離該輪轂連接形成一中心虛擬線，該前傾角為該中心部位與該輪轂連接處的法線與中心虛擬線之間的夾角。

在一實(shí)施例中，扇葉于靠近輪轂的部位，部分與前后扇葉軸向上重疊。

在一實(shí)施例中，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，扇葉安裝角為漸減，其中該扇葉安裝角為同一扇葉的同一徑向距離下之前緣與后緣之間的直線聯(lián)線與水平面的夾角。

在一實(shí)施例中，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，扇葉安裝角為先漸減再漸增，其中該扇葉安裝角為同一扇葉的同一徑向距離下之前緣與后緣之間的直線聯(lián)線與水平面的夾角。

在一實(shí)施例中，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，扇葉安裝角為先漸增再漸減，其中該扇葉安裝角為同一扇葉的同一徑向距離下之前緣與后緣之間的直線聯(lián)線與水平面的夾角。

在一實(shí)施例中，葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，扇葉外緣的前緣入風(fēng)角為最大，其中各扇葉的該中段部的中心部位自該輪轂朝遠(yuǎn)離該輪轂連接形成一中心虛擬線，該入風(fēng)角為空氣進(jìn)各扇葉的方向與該中心虛擬線的夾角。

一種風(fēng)扇，使用前述葉輪。

承上所述，本申請的葉輪及風(fēng)扇的扇葉中，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，前緣距扇葉最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可有效減少因扇葉上下表面的壓力差而自扇葉下表面所翻上來的氣流強(qiáng)度，進(jìn)而減少扇葉上的氣流擾動(dòng)及有效降低噪音。再者，在徑向上，扇葉靠近外緣處的上表面有一谷狀結(jié)構(gòu)，且于扇葉的下表面對應(yīng)谷狀結(jié)構(gòu)處有一峰狀結(jié)構(gòu)，因而也可降低葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所造成的噪音和紊流。前述扇葉的設(shè)計(jì)可提高風(fēng)壓風(fēng)量及有效降低噪音。

附圖說明

圖1A至圖1C為本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種葉輪的立體圖。

圖1D為圖1A所示葉輪的俯視圖。

圖1E為圖1A所示葉輪的半部放大視圖。

圖2A為翼截面的示意圖。

圖2B為翼截面的安裝示意圖。

圖3A為部分葉輪的俯視圖。

圖3B為在圖3A的A-A線段處扇葉的側(cè)視圖。

圖3C為在圖3A的B-B線段處扇葉的側(cè)視圖。

圖3D為在圖3A的C-C線段處扇葉的側(cè)視圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1：輪轂

11：外表面

12：頂面

13：輪轂軸心

14：轉(zhuǎn)軸

2：扇葉

21：內(nèi)緣

22：外緣

23：前緣

24：后緣

25：上表面

26：下表面

27：中段部

I：葉輪

R0：基線

ψ：前傾角

A：翼截面

R：曲率中心

d：軸向安裝位置

L：弦長

C：弧線

P：參數(shù)

Dmax：最大厚度

Dtail：后緣厚度

α：入風(fēng)角

θ：弓角

β：安裝角

G：谷狀結(jié)構(gòu)

Q：峰狀結(jié)構(gòu)

具體實(shí)施方式

以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種葉輪及風(fēng)扇，其中相同的組件將以相同的參照符號加以說明。

圖1A至圖1C為本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種葉輪I的立體圖，圖1B為圖1D所示葉輪I的俯視圖，而圖1E為圖1A所示葉輪I的半部放大視圖。扇框包括一輪轂1以及多個(gè)扇葉2，這些扇葉2環(huán)設(shè)于輪轂1，葉輪I可用于風(fēng)扇。本實(shí)施例是以五個(gè)扇葉2為例進(jìn)行說明，為清楚及方便說明，圖1A僅出示五個(gè)扇葉2的其中一個(gè)扇葉2。

如圖1A至圖1C，輪轂1為一柱狀結(jié)構(gòu)，并具有一外表面11、一頂面12、一輪轂軸心13及一轉(zhuǎn)軸14。在本實(shí)施例中，輪轂軸心13與頂面12相互垂直，即輪轂軸心13的延伸方向與頂面12的法線向量相互平行。輪轂軸心13連接轉(zhuǎn)軸14。

扇葉2連接于輪轂1的外表面11。葉輪I運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，各扇葉2區(qū)分成一內(nèi)緣21、一前緣(leading edge)23、一外緣22、一中段部27及一后緣(trailing edge)24，前緣23、外緣22及后緣24圍繞中段部27三側(cè)邊，在自輪轂1朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸14的方向上，前緣23距扇葉2最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增。在徑向上，扇葉2靠近外緣22處的上表面25有一谷狀結(jié)構(gòu)G，且于扇葉2的下表面26對應(yīng)谷狀結(jié)構(gòu)G處有一峰狀結(jié)構(gòu)Q。谷狀結(jié)構(gòu)G從前緣23附近往后緣24沿伸，其深度為逐漸變深再逐漸變淺。峰狀結(jié)構(gòu)Q從前緣23附近往后緣24沿伸，其高度為逐漸變凸再逐漸變平。

在本實(shí)施例中，這四個(gè)邊緣為曲線而非直線。內(nèi)緣21為扇葉2與輪轂1的外表面11連接的邊緣，而外緣22與內(nèi)緣21相對設(shè)置，即扇葉2上遠(yuǎn)離輪轂1的邊緣。另外，前緣23為葉輪I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扇葉2的入風(fēng)邊緣，而后緣24與前緣23相對設(shè)置，即扇葉的2出風(fēng)邊緣。其中內(nèi)緣21連接前緣23及后緣24，而外緣22也連接前緣23及后緣24。

扇葉2于靠近輪轂1之部位，部分與前后扇葉2軸向上重疊，由此來提高風(fēng)壓風(fēng)量。重疊部分如圖1D中符號OP所標(biāo)示。

如圖1A、圖1D與圖1E，內(nèi)緣21與外緣22之間可具有多個(gè)翼截面(airfoil)A。需先說明的是，本文所指的“翼截面”為弧面而非平面，此弧形翼截面A是由一虛擬弧線沿輪轂軸心13的延伸方向所延伸的弧面與扇葉2相交而成，其中虛擬弧線所對應(yīng)的曲率中心R即位于輪轂1的軸心延伸方向上，而虛擬弧線的曲率半徑R決定翼截面A的位置。于此，本實(shí)施例是以七個(gè)翼截面A(第一翼截面A1至第七翼截面A7)為例進(jìn)行說明，并分別以七個(gè)相異的曲率半徑R(第一曲率半徑R1至第七曲率半徑R7)定義這些翼截面A的位置，其中第一曲率半徑R1至第七曲率半徑R7的長度漸增。在本實(shí)施例中，第一曲率半徑R1與輪轂1外表面的半徑相同，也就是第一翼截面A1即為扇葉2的內(nèi)緣21，而第七翼截面A7為扇葉2的外緣22。

請參照圖2A及圖2B所示，其分別為翼截面的示意圖及翼截面的安裝示意圖。在本實(shí)施例中，每一個(gè)翼截面A皆包括下列的葉形參數(shù)：

弧線(camber line)C：翼截面上自前緣23連至后緣24的中心線，即位于上表面至弧線C的距離與下表面至弧線C的距離相等。本實(shí)施例包括第一弧線C1至第七弧線C7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。

弦長(chord line)L：同一扇葉2的同一徑向距離下的前緣23與后緣24之間的直線聯(lián)線，又稱安裝線。本實(shí)施例包括第一弦長L1至第七弦長L7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。

入風(fēng)角α：空氣進(jìn)入扇葉2的方向(或向量)與弦長L的夾角。本實(shí)施例包括第一入風(fēng)角α1至第七入風(fēng)角α7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。葉輪I運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，扇葉2外緣22的前緣23入風(fēng)角α7為最大，由此提高風(fēng)壓風(fēng)量及有效降低噪音。

弓角θ：弧線C的前緣切線與后緣切線相交的銳角。本實(shí)施例包括第一弓角θ1至第七弓角θ7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7，受到入風(fēng)角影響，葉輪I運(yùn)轉(zhuǎn)方向上，扇葉2外緣22的前緣23入風(fēng)角θ7為最大。

扇葉厚度(blade thickness)，扇葉上表面至下表面的厚度，包括最大厚度Dmax及后緣厚度Dtail。本實(shí)施例的最大厚度Dmax包括第一最大厚度 Dmax1至第七最大厚度Dmax7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7，而后緣厚度Dtail包括第一后緣厚度Dtail1至第七后緣厚度Dtail7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。另外，最大厚度Dmax的位置可由參數(shù)P決定，于此以弦長L作為基線段，并以前緣23為起點(diǎn)，后緣24為終點(diǎn)，而參數(shù)P即是此基線段的百分比位置，例如當(dāng)參數(shù)P為20％時(shí)，即最大厚度Dmax至后緣24的距離為最大厚度Dmax至前緣23的距離的四倍，其中本實(shí)施例的參數(shù)P為50％，即最大厚度Dmax位于弦長L的中間點(diǎn)。

如此一來，依據(jù)上述各葉形參數(shù)的數(shù)值可決定各翼截面A的形狀。接著，請參照圖1D、圖1E及圖2B所示，每一個(gè)位在不同曲率半徑R上的翼截面A再依據(jù)「安裝參數(shù)」而與輪轂1連結(jié)，其中安裝參數(shù)包括：

安裝角(stagger angle)β：弦長L與水平面HP的夾角。本實(shí)施例包括第一安裝角β1至第七安裝角β7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。通過每一個(gè)安裝角β的大小決定各翼截面A的傾斜關(guān)系。第一安裝角β1至第七安裝角β7之間有連續(xù)變化的關(guān)系，例如在自輪轂1朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸14的方向上，扇葉2安裝角從第一安裝角β1至第七安裝角β7為先漸減；或者是在自輪轂1朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸14的方向上，扇葉2安裝角從第一安裝角β1至第七安裝角β7為先漸增再漸減或先漸減再漸增。藉安裝角的逐漸變化可提高風(fēng)壓風(fēng)量。

軸向安裝位置d：定義軸向數(shù)在線，頂面12為軸向原點(diǎn)，且頂面12連接外表面11的方向?yàn)檎颍硪环较驗(yàn)樨?fù)向，軸向安裝位置d即為各翼截面A的前緣23于此軸向數(shù)在線所對應(yīng)的位置。其中，軸向安裝位置d可為正數(shù)或負(fù)數(shù)，以圖1C為例，當(dāng)軸向安裝位置d為正數(shù)時(shí)，前緣23位于頂面12的下方，當(dāng)軸向安裝位置d為負(fù)數(shù)時(shí)，前緣23位于頂面12的上方。另外，本實(shí)施例包括第一軸向安裝位置d1至第七軸向安裝位置d7，其分別對應(yīng)于第一翼截面A1至第七翼截面A7。在本實(shí)施例中，這些軸向安裝位置d1至d7中，第七翼截面A7的第七軸向安裝位置d7的値為最小，位于外緣22的第七翼截面A7位在最高的軸向安裝位置d7。在本實(shí)施例中，第一翼截面A1的第一軸向安裝位置d1為次高，第三翼截面A3的第三軸向安裝位置d3為最低。也就是說，內(nèi)緣21及外緣22上的翼截面A1、A7位在較高的軸向安裝位置，較中間的翼截面(例如第三翼截面A3、第四翼截面A4)位于較低 的軸向安裝位置，因此，在自輪轂1朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸14的方向上，前緣23距扇葉2最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增，扇葉2的前緣23呈凹形。

前傾角ψ：扇葉2中段部27之中心部位自輪轂1朝遠(yuǎn)離輪轂1連接形成一中心虛擬線，該中心部位與輪轂1連接處之法線與中心虛擬線之間的夾角就是前傾角。對于每一個(gè)翼截面A來說，前緣23與后緣24間中段部27的中間與輪轂軸心13的聯(lián)機(jī)與一基線R0之間的夾角為前傾角ψ。其中，基線R0為該中心部位與輪轂1連接處之法線，也就是第一翼截面A1的中間的法線。請參照圖1B所示。本實(shí)施例包括第一前傾角ψ1至第七前傾角ψ6，其分別對應(yīng)于第二翼截面A1至第七翼截面A7。第一翼截面A1與第七翼截面A7分別位于內(nèi)緣21與外緣22，這些翼截面的前傾角之間的關(guān)系如下：

ψn＝(7+0.1*(n+1))+ψn-1

但當(dāng)n＝6時(shí)，ψ6＝(7+0.1*(n+1))+ψ5+ψ6’

在本實(shí)施例中，中段部27的前傾角大于25度，由此降低噪音。扇葉2在外緣22的第七翼截面A7的前傾角ψ大于40度，例如44.1度。ψ6’是外加値，第七翼截面A7因受到ψ6’的影響，其前傾角ψ變化的較劇烈因而更明顯的前彎。因此，前緣23有較劇烈的曲率變化，此設(shè)計(jì)可降低葉輪I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所造成的噪音和紊流。

在本實(shí)施例中，各扇葉2系通過依序連續(xù)地連接七個(gè)位處不同段的翼截面所定義。舉例來說，通過上述安裝參數(shù)定義每一個(gè)翼截面A與輪轂1之間的關(guān)系，而各第一翼截面A1至第七翼截面A7經(jīng)由葉形參數(shù)及安裝參數(shù)定義后，將各翼截面A的前緣23彼此相連，以及后緣24彼此相連，即形成本實(shí)施例的扇葉2。

在本實(shí)施例中，扇葉2的上表面25及下表面26是由五個(gè)以上(例如七個(gè))不同段的翼截面連續(xù)地連接所定義，上表面25及下表面26的變化例如谷狀結(jié)構(gòu)G與峰狀結(jié)構(gòu)Q是連續(xù)漸進(jìn)的，而非突然的凸出或凹陷。谷狀結(jié)構(gòu)G與峰狀結(jié)構(gòu)Q位在第六翼截面A6。相較于傳統(tǒng)一般藉2至4等份的扇葉堆棧方式的設(shè)計(jì)，本案更可對扇葉的表面做更細(xì)部的設(shè)計(jì)，例如設(shè)計(jì)出前述谷狀結(jié)構(gòu)G與峰狀結(jié)構(gòu)Q。

圖3A為部分風(fēng)扇的上視圖，圖3B為在圖3A的AA線段處扇葉的側(cè)視圖，圖3C為在圖3A的BB線段處扇葉的側(cè)視圖，圖3D為在圖3A的CC 線段處扇葉的側(cè)視圖。

請同時(shí)參照圖3A至圖3D所示，在自輪轂1朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸14的方向上，前緣23距扇葉2最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增，前緣23呈凹形。在徑向上，扇葉2靠近外緣22處的上表面25有谷狀結(jié)構(gòu)G，且于扇葉2之下表面26對應(yīng)谷狀結(jié)構(gòu)G處有峰狀結(jié)構(gòu)Q。谷狀結(jié)構(gòu)G與峰狀結(jié)構(gòu)Q主要位在第六翼截面A6，從上表面25來看，第六翼截面A6在中段部27大部分是低于第五翼截面A5與第七翼截面A7，因而呈現(xiàn)局部谷狀；從下表面26來看，第六翼截面A6在中段部27大部分是低于第五翼截面A5與第七翼截面A7，因而呈現(xiàn)局部峰狀。

外緣22是基于圖2B的第七翼截面A7所設(shè)定，由于第七翼截面A7的前傾角相較內(nèi)側(cè)的翼截面大許多，因此，從頂面12上方俯視輪轂1可看到扇葉2的前緣23在外緣22處往前突出。另外，由于第七翼截面A7位在最高的第七軸向安裝位置d7，從側(cè)視圖來看，外緣22在前緣23附近往上突出。因此，整體來看，外緣22在前緣23附近上翹。

再者，在本實(shí)施例中，因翼截面的參數(shù)P為50％，這些翼截面的最大厚度Dmax位于弦長L的中間點(diǎn)。以輪轂軸心13為中心從第七翼截面A7的前緣23到最大厚度Dmax之間，外緣22仍較其他翼截面位在較高的位置，因此，外緣22從前緣23往后緣23的一段弧長會上翹。

因此扇葉2由內(nèi)緣21至外緣22的形狀并非線性的變化，其在外緣22上鄰近前緣23處具有上翹的結(jié)構(gòu)，如圖3B所示，下表面26在AA線段處的最低點(diǎn)至最高點(diǎn)之間有一段高度差H。如此一來，通過扇葉2的外緣22上翹結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)扇F轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可有效減少因扇葉2上下表面的壓力差而自扇葉2下表面所翻上來的氣流強(qiáng)度，進(jìn)而減少扇葉2上的氣流擾動(dòng)及有效降低噪音。

在本實(shí)施例中，谷狀結(jié)構(gòu)G及峰狀結(jié)構(gòu)Q的形狀是在上下表面是連續(xù)漸進(jìn)的，這些形狀本身亦非極大的變化，因此，這些結(jié)構(gòu)不至于對風(fēng)扇性能產(chǎn)生負(fù)面影響，還能提高風(fēng)壓風(fēng)量及有效降低噪音。

綜上所述，本案的葉輪及風(fēng)扇的扇葉中，在自輪轂朝遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向上，前緣距扇葉最低點(diǎn)所在水平面的高度為先漸減再漸增，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可有效減少因扇葉上下表面的壓力差而自扇葉下表面所翻上來的氣流強(qiáng)度，進(jìn)而 減少扇葉上的氣流擾動(dòng)及有效降低噪音。再者，在徑向上，扇葉靠近外緣處的上表面有一谷狀結(jié)構(gòu)，且于扇葉之下表面對應(yīng)谷狀結(jié)構(gòu)處有一峰狀結(jié)構(gòu)，因而也可降低葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所造成的噪音和紊流。前述扇葉的設(shè)計(jì)可提高風(fēng)壓風(fēng)量及有效降低噪音。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明之精神與范疇，而對其進(jìn)行之等效修改或變更，均應(yīng)包含于后附之權(quán)利要求中。