CN100508333C - 带旋转风扇电动机、相关的空冷装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供能直接从商用电源进行供电、容易进行连续运转、效率良好、且风量变更简单的小型高效的带旋转风扇电动机，本发明的带旋转风扇电动机由磁场铁心(8)、磁场线圈(9)、旋转轴(6)、轴承(5a、5b)、转子(7)和磁铁(10)形成的无刷电动机(2)；旋转风扇(12)和有AC/DC换流器(13)的驱动控制部(11)构成，并将驱动控制部(11)内藏在无刷电动机(2)的轴承支柱(4)的基端部(4a)中，能将商用电源直接进行供电并高效地进行运转。

Description

带旋转风扇电动机、相关的空冷装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及长时间运转的带旋转风扇电动机或搭载带旋转风扇电动机的冰箱(包括例如具有将清凉饮料水等的冷却为目的的冷却系统的“自动贩卖机”，以下，仅表示为“冰箱”)等电气设备和个人计算机或计算机服务器等电子设备。

背景技术

具有冰箱等冷却系统的电气设备或随着最近的因特网的普及以计算机服务器为代表的家庭用或产业用的电气或电子设备，通常24小时/365天连续地进行运转。

而且，在这样的设备中，搭载着冷气送风用的带旋转风扇电动机。

在带旋转风扇电动机中，有对磁场线圈施加直流电压而直流通电地进行运转的直流电动机的旋转轴上安装风扇后的直流鼓风机和对磁场线圈施加交流电压而交流通电地进行运转的交流电动机的旋转轴上安装风扇后的交流鼓风机，一般，所述直流鼓风机使用于风量少的小型的鼓风机，交流鼓风机与直流鼓风机相比时，较多地使用于大风量的大型的鼓风机。

作为所述直流电动机，较多地使用对于高效率和速度控制等具有优良特性的无刷电动机。另外，作为所述交流电动机，较多地使用冷凝器·运转方式的单相感应电动机或磁极屏蔽电动机(shaded—pole motor)。

但是，在使用直流电动机的直流鼓风机中，虽然是理所当然，但电动机的电源输入必须是直流，在仅为交流电源的场合，要重新设置直流电源、或不得不依赖于电池驱动，在电池驱动的场合是不适于连续运转的。

又，在使用交流电动机的交流鼓风机中，由于能从商用电源直接供电而容易驱动，故适合于连续运转，效率与用于直流鼓风机中的无刷电动机相比较差，在进行长时间的连续运转的场合消耗电力增多，具有电动机自身变为大型的缺点。

又，在交流鼓风机的场合，在根据情况需要对风量进行调节的场合，必需重新附加应用半导体开关元件等的控制电路，并进行交流电动机的旋转的速度控制，存在因该控制使噪音也变大的倾向。

发明内容

本发明的目的在于提供能从商用电源直接供电而容易进行连续运转、并效率良好、且风量变化更简单的小型高效的带旋转风扇电动机。

为了解决该课题，本发明的带旋转风扇电动机的特征是，具有无刷电动机、用所述无刷电动机进行旋转驱动的旋转风扇、有成为向所述无刷电动机进行通电的电源的AC/DC换流器的驱动控制部。

又，本发明的空冷装置的特征是，具有多个所述带旋转风扇电动机。

又，本发明的空冷装置具有多个带旋转风扇电动机和使所述带旋转风扇电动机运转的控制装置，该空冷装置的特征是，将所述控制装置构成为对带旋转风扇电动机的故障的发生进行检测而使不发生故障的带旋转风扇电动机的运转转速增速，并对风量降低进行补偿。

本发明的带旋转风扇电动机的特征是，设置有筒状的壳体，该壳体以轴承支柱在壳体的内侧处于中央的形态将所述轴承支柱的基端部的圆周方向上的多个部位通过支承臂连接并支承，设置有绝缘件，该绝缘件覆盖磁场铁心，夹在所述磁场铁心与卷绕在所述磁场铁心上的所述磁场线圈之间进行电气绝缘，在所述绝缘件的凸肋上以不与所述壳体接触的形态安装有驱动控制部，该驱动控制部由控制电路构成，该控制电路将AC/DC换流器输出的直流电压作为电源、对向所述磁场线圈的直流通电的定时进行控制而在所述磁场铁心中产生旋转磁场，所述AC/DC换流器是将商用电源用半导体元件降压为直流电压的非绝缘方式的AC/DC换流器，组装了所述磁场铁心和所述磁场线圈的所述绝缘件安装在所述轴承支柱的外周部，在所述绝缘件上设置有沿着所述轴承支柱向该轴承支柱的所述基端部延伸的筒状部，所述筒状部夹在所述轴承支柱与所述驱动控制部之间，在通过轴承支承在所述轴承支柱上的旋转轴上安装有转子，在所述转子的内侧以与所述磁场铁心相对的形态安装有磁铁，在所述转子的外径部安装有轴流型的旋转风扇，所述筒状部的端部与所述壳体接触，对所述磁场铁心和所述驱动控制部在所述壳体上的位置进行定位。

又，还具备所述AC/DC换流器由非绝缘类型的电路构成的特征。又，还具备旋转风扇为轴流风扇的特征。

此外，还具备将对无刷电动机的定子线圈进行通电的定时进行切换并使旋转磁场发生的所述驱动控制部作成不需要转子的旋转相位的检测用传感器的无传感器结构，并使该驱动控制部的发热部与安装了所述无刷电动机的筒状壳体进行热结合的特征。

所述无刷电动机具有轴承支柱、通过轴承被支承在所述轴承支柱的中心的旋转轴、安装在所述旋转轴上的转子、安装在所述轴承支柱的外周部的磁场铁心、绕在所述磁场铁心上的磁场线圈、与所述磁场铁心相对地安装在所述转子的内侧的磁铁，由电绝缘性材料成型的第1、第2绝缘件构成所述绝缘件，所述绝缘件对所述磁场铁心的与所述磁铁相对的部分以外的表面进行覆盖，在所述第1绝缘件的前端，在用第1、第2绝缘件将所述磁场铁心夹持的状态下，形成与所述第2绝缘件嵌合的台阶部。

又，还具备以镁作为所述壳体的材质的特征。

又，本发明的空冷装置的特征是，使用多个所述带旋转风扇电动机。

又，本发明提供了一种空冷装置的运转方法，其中空冷装置具有多个带旋转风扇电动机，且在所述带旋转风扇电动机外部设置有对全部所述带旋转风扇电动机进行控制的一个控制装置，其特征是，在无故障的正常状态下，对全部以额定转速以下的同一转速进行运转的带旋转风扇电动机中的任何一个或多个所发生的故障进行检测，对于未发生故障的带旋转风扇电动机的运转转速以额定转速为上限进行增速，以补偿由于故障导致的风量下降。

又，本发明的空冷装置的运转方法的特征是，对于装载在各带旋转风扇电动机上的驱动控制部进行监视，各驱动控制部对由自身的带旋转风扇电动机的磁场线圈发生的磁场进行检测，以检测出对旋转速度的异常检测输出，或自身的带旋转风扇电动机的磁场线圈的端子电压的异常，从而判定带旋转风扇电动机发生了故障。

附图说明

图1是本发明(实施形态1)的带旋转风扇电动机的剖视图。

图2是该实施形态的主视图。

图3是该实施形态的驱动控制部11的结构图。

图4是该实施形态的主要部分的放大剖视图。

图5是本发明(实施形态2)的带旋转风扇电动机的剖视图。

图6是该实施形态2的磁场铁心和对其进行绝缘的绝缘件的分解立体图。

图7是除了磁场铁心外与该实施形态2的绝缘件结合的状态的立体图。

图8是将该实施形态2的驱动控制部11的控制电路14作成无传感器结构时的剖视图。

图9是本发明(实施形态3)的空冷装置的结构图。

图10是表示该实施形态3的控制装置的结构的流程图。

具体实施方式

以下，根据图1—图10对本发明的各实施形态进行说明。

〔实施形态1〕

图1—图4表示本发明(实施形态1)的带旋转风扇电动机。

图1表示本发明的带旋转风扇电动机的剖面。

该带旋转风扇电动机是在所述冰箱等的电气设备和个人计算机或计算机服务器等电子设备中作为空冷用所安装的带旋转风扇电动机，在筒状的壳体1的一端侧，在圆周方向的多个部位形成有将外转子型的无刷电动机2支承在壳体1的中央的支承臂3。

无刷电动机2具有轴承支柱4；通过轴承5a、5b被支承在轴承支柱4的中心的旋转轴6；安装在旋转轴6上的转子7；安装在轴承支柱4的外周部上的磁场铁心8；绕在磁场铁心8上的磁场线圈9；与磁场铁心8相对地安装在所述转子7的内侧上的磁铁10；内藏在轴承支柱4的基端部4a中的驱动控制部11。磁铁10是对例如规定的图形进行充磁的环状磁铁。

在无刷电动机2的所述转子7的外径部上安装着轴流型的旋转风扇12。

磁场线圈9如图3所示，由多个相的线圈9u、9v、9w构成，在所述驱动控制部11中如图3所示，将使商用电源16的电压降至适当的直流电压的AC/DC换流器13和AC/DC换流器13的输出电压作为电源电压进行动作，并对向多个相的线圈9u、9v、9w的直流通电的定时进行控制而构成在所述磁场铁心8中产生旋转磁场的控制电路14。

在AC/DC换流器13的电路中不使用变压器等大型构件，而形成为用半导体元件和小型电子元件构成的非绝缘方式，能够非常小型化，在无刷电动机2的狭窄空间中可能内藏驱动控制部11。

由这样发生的旋转磁场与磁铁10的磁气作用使安装在转子7上的旋转风扇12进行旋转，构成贯穿壳体1的内侧并产生空气的流动15的轴流风扇。无刷电动机2与交流电动机相比，效率高、能根据施加电压的变更而简单地变更风量。

又，在检测出随着转子7的旋转而发生在线圈9u、9v、9w中的反电动势并对向线圈9u、9v、9w的通电的定时进行切换而构成所述控制电路14，在作成不需要转子7的旋转相位的检测用传感器的无传感器结构的场合，由于也不需要在该转子7的旋转相位的检测用传感器与控制电路14之间的配线等，并由于也不必将控制电路14配置成接近转子7的一侧，故有关驱动控制部11的配置自由度增高，如图1所示，能将驱动控制部11离开轴承5a、5b地进行配置，能使从驱动控制部11发生的热难以向轴承5a、5b传递。

图4表示内藏于无刷电动机2中的驱动控制部11的主要部分。

构筑驱动控制部11的电路的配线基板30与轴承支柱4的基端部接触固定。详细地说，配线基板30是将可挠性配线板32、33贴附在热传导性良好的金属板31上而构成的，在可挠性配线板32、33的电路图形上安装着电路元件34。电路元件34的发热通过金属板31和轴承支柱4而向壳体1散热。

[实施形态2]

图5—图8表示本发明(实施形态2)的带旋转风扇电动机。

又，对作成与实施形态1同样作用的构件标上相同的符号进行说明。

该带旋转风扇电动机是在所述冰箱等的电气设备和个人计算机或计算机服务器等电子设备中作为空冷用所安装的带旋转风扇电动机，在上述实施形态1中，将无刷电动机2安装在壳体1上所构成，而在本实施形态中，将形成于壳体1上的支承臂3与轴承支柱4一体地成型，并将无刷电动机2安装在该轴承支柱4上。

在本实施形态2中，如图5和图6所示，除了与磁场铁心8的所述磁铁10的相对部分以外对表面进行覆盖，设有由电气绝缘性高的树脂材料成型的第1、第2绝缘件17a、17b，并在用第1、第2绝缘件17a、17b覆盖磁场铁心8后对线圈9u、9v、9w进行卷装，故能提高与由线圈9u、9v、9w和磁场铁心8以及导电性金属材料形成的壳体1的电气绝缘性。图7表示对第1、第2绝缘件17a、17b进行卡合状态的立体图。空间19是磁场铁心8的收容空间。

第1、第2绝缘件17a、17b在第1绝缘件17a的盖部20的前端，在用第1、第2绝缘件17a、17b将磁场铁心8夹持的状态下，由于形成与第2绝缘件17b的盖部22的内侧嵌合的台阶部21，通过该台阶部21与盖部22的卡合能获得与临时固定同样的效果，在用第1、第2绝缘件17a、17b将磁场铁心8夹持的状态下，即使不用另外的零件对该3个零件临时固定，也能迅速地对线圈9u、9v、9w进行卷装。

在这样卷装线圈9u、9v、9w后，将驱动控制部11安装在第2绝缘件17b的凸肋17c上地进行组装，并进行线圈9u、9v、9w与驱动控制部11的通电连接，将该组装品安装在与壳体1一体成型的轴承支柱4。35是与驱动控制部11的控制电路14连接的检测用传感器，能对转子7的旋转相位进行检测。

在第2绝缘件17b的一端上，如上所述，为了保持组装后的定子，并由于形成向轴承支柱4的基端部延设的筒状部18，使筒状部18的端部与壳体1接触，能以数量较少的零件实现壳体1中的定子的定位。

又，由于筒状部18对轴承支柱4的外周面进行覆盖而能够夹在驱动控制部11与壳体1之间使电气绝缘的沿面距离增大，故不用增加零件个数就能充分满足将商用电源16引入驱动控制部11而构成的场合所要求的电气绝缘性能。

图8表示在作成不需要对转子7的旋转相位进行检测用的传感器的无传感器结构的场合，由于也不需要转子7的旋转相位的检测用传感器与控制电路14之间的配线等，故能将控制电路14离开转子7地进行配置。

[实施形态3]

图9和图10表示本发明(实施形态3)的空冷装置。

该空冷装置是作为空冷用而安装在所述冰箱等电气设备和个人计算机或计算机服务器等电子设备的装置，用空冷装置本体23和对向空冷装置本体23的带旋转风扇电动机25₁—25₉的通电进行控制的控制装置24来构成多个(在图9的例子中为9个)上述实施形态1或实施形态2的带旋转风扇电动机。

将微机作为主要部分所构成的控制装置24如图10所示地构成。

控制各带旋转风扇电动机25₁—25₉的旋转速度的控制装置24通过光耦合器向各带旋转风扇电动机25₁—25₉供给PWM信号，将各带旋转风扇电动机25₁—25₉控制成以1个个的额定速度或其以下的旋转速度进行运转的状态。

具体地说，即使在因带旋转风扇电动机25₁—25₉中的几个、例如1个发生故障而停止的场合，由于控制装置24将转速控制成图10所示的运转流程图的状态，故从最初的旋转速度N1(包括安全系数的转速)，也能将在故障检测出后残留的带旋转风扇电动机的速度(旋转风扇4的运转旋转速度)增加至旋转速度N2(故障检测出后的旋转速度)，能获得对冷却必需的规定风量。又，N2是用图10所示的计算式所决定的旋转速度，式中的“n”是搭载于设备上的带旋转风扇电动机单元1的总数，“m”是故障的台数。

更具体地说，如图9所示，在将搭载9台的带旋转风扇电动机25₁—25₉、并能容许带旋转风扇电动机25₁—25₉的各额定旋转速度为3000rpm的故障台数为2台的场合，在正常状态下，控制装置24将N1定位约2300rpm(N1＝3000×(7/9))进行运转。在这样的状态中，在检测出2台发生故障的装置的场合，因将剩下的7台的旋转速度控制成N2＝(2300×9/(9-2))≒3000rpm，所以控制装置24对因故障的2台部分的带旋转风扇电动机的原因引起的风量的降低自动地进行补偿。

根据控制装置24对各带旋转风扇电动机25₁—25₉1个个地进行是否发生故障的判定，构成为利用在带旋转风扇电动机25₁—25₉的控制电路14中所具有的“FG输出功能”，通过自身的无刷电动机进行旋转而发生的旋转检测信号，空冷装置的控制装置24对是否成为运转指示的N2进行判定、或空冷装置的控制装置24对是否发生在利用带旋转风扇电动机25₁—25₉的控制电路14中所具有的“锁定检测功能”而自身的无刷电动机在旋转停止的场合发生的锁定检测信号进行判定。

又，“FG输出功能”是从频率发电机的输出对电动机的旋转速度进行监视的功能，一般是搭载有电动机的设备为了检测电动机的旋转速度所使用的众所周知的功能。具体地说，对从磁场线圈发生的磁场进行检测并输出旋转速度。又，“锁定检测功能”是对电动机的锁定进行检测的功能，这也是一般作为电动机的安全对策所使用的功能，在对磁场线圈的端子电压进行监视并判定为旋转系统停止时输出信号。

又，不仅在带旋转风扇电动机25₁—25₉因故障而停止的场合，即使在其旋转速度降低后的场合，只要将上述的方法作为基准控制对该旋转速度进行检测就可以。

另外，安全率(能容许的故障台数)的事项只要分别进行设定就可以，对该时的旋转速度N2是否设定成额定旋转速度也是任意的设定事项。

这样，控制装置24对带旋转风扇电动机25₁—25₉的各个时候的旋转状态进行判定，由于以自动地对风量的降低进行补偿的状态进行运转，故尤其是通过作为空冷装置使用于连续运转的计算机服务器，能期待提高计算机服务器的可靠性。

又，以镁作为带旋转风扇电动机25₁—25₉的壳体1的材质时，能抑制振动向计算机服务器的传递。这是由镁具有的振动衰减效果所引起的。

又，在上述说明中，对计算机服务器作了记载，而对于所述冰箱等电气设备那样长时间运转、例如24小时/365天连续运转的设备也是合适的。

在上述实施形态1、实施形态2中，举例对外转子型的无刷电动机的情况作了说明，也可以是内转子型的无刷电动机。

以镁作为上述实施形态1、实施形态2的带旋转风扇电动机的壳体1的材质时，能抑制向安装对象的振动传递。

在上述各实施形态中，在将控制电路14作成无传感器结构的场合，使构筑AC/DC换流器13和控制电路14的驱动控制部2的发热部与壳体1接近而进行热结合，或可以将AC/DC换流器13和控制电路14中至少一方的发热部与壳体1接触或接近地进行热结合并散热的状态，可防止轴承5a、5b因长时间的连续运转引起的温度上升，故能期待提高可靠性。

如上所述，由于本发明的带旋转风扇电动机具备外转子型的无刷电动机、用所述无刷电动机进行旋转驱动的旋转风扇、有成为向所述无刷电动机进行通电的电源的AC/DC换流器的驱动控制部，所述无刷电动机的定子由定子铁心、组装在该定子铁心上的线圈和夹在所述定子铁心与线圈之间而电绝缘的绝缘件构成，将所述绝缘件的一部分沿用于保持所述定子的轴承支柱进行延设并被夹在所述轴承支柱与所述驱动控制部之间，所以在仅能供给交流电源的场所，也能获得能送风的带旋转风扇电动机。又，能提高电动机的效率、实现节能。此外，由于将所述绝缘件的一部分沿用于保持所述定子的轴承支柱进行延设并被夹在所述轴承支柱与所述驱动控制部之间，所以，不仅能以较少的零件个数实现定子的定位，还能增大电绝缘的沿面距离。

又，由于用非绝缘类型的电路构成AC/DC换流器，故AC/DC换流器成为小型的，不会使无刷电动机的外观增大，能内藏具有AC/DC换流器的驱动控制部。

又，在作成无传感器结构的无刷电动机的场合，在内藏具有AC/DC换流器的驱动控制部时，也不会限制其设置位置，并能将控制电路配置在可抑制因热量向对其寿命影响大的轴承进行传热的位置，能实现带旋转风扇电动机的长寿命化。

又，由于以镁作为安装了所述无刷电动机的筒状壳体的材质，故能抑制向搭载有带旋转风扇电动机单元的设备的振动传递，并能实现设备的低振动、低噪音化。

又，通过将具有上述特有效果的带旋转风扇电动机搭载在电气或电子设备上，即使在设备的24小时/365天连续运转中，也能减少消耗电力、并能实现提高对于振动弱的电气设备或电子设备的可靠性。

又，通过使用多个上述带旋转风扇电动机来构成空冷装置，能提高空冷装置的可靠性。

又，作为具有多个带旋转风扇电动机和使所述带旋转风扇电动机运转的控制装置的空冷装置，在将所述控制装置构成为对带旋转风扇电动机的故障的发生进行检测、并对不发生故障的带旋转风扇电动机的运转转速进行增速、且对风量降低进行补偿的场合，即使在带旋转风扇电动机发生故障时，也能更可靠地进行一定量的送风，并能提高电气或电子设备的可靠性。

Claims (4)

1、一种带旋转风扇电动机，其特征在于，

设置有筒状的壳体，该壳体以轴承支柱在壳体的内侧处于中央的形态将所述轴承支柱的基端部的圆周方向上的多个部位通过支承臂连接并支承，

设置有绝缘件，该绝缘件覆盖磁场铁心，夹在所述磁场铁心与卷绕在所述磁场铁心上的所述磁场线圈之间进行电气绝缘，

在所述绝缘件的凸肋上以不与所述壳体接触的形态安装有驱动控制部，该驱动控制部由控制电路构成，该控制电路将AC/DC换流器输出的直流电压作为电源、对向所述磁场线圈的直流通电的定时进行控制而在所述磁场铁心中产生旋转磁场，所述AC/DC换流器是将商用电源用半导体元件降压为直流电压的非绝缘方式的AC/DC换流器，

组装了所述磁场铁心和所述磁场线圈的所述绝缘件安装在所述轴承支柱的外周部，

在所述绝缘件上设置有沿着所述轴承支柱向该轴承支柱的所述基端部延伸的筒状部，所述筒状部夹在所述轴承支柱与所述驱动控制部之间，

在通过轴承支承在所述轴承支柱上的旋转轴上安装有转子，

在所述转子的内侧以与所述磁场铁心相对的形态安装有磁铁，

在所述转子的外径部安装有轴流型的旋转风扇，

所述筒状部的端部与所述壳体接触，对所述磁场铁心和所述驱动控制部在所述壳体上的位置进行定位。

2、如权利要求1所述的带旋转风扇电动机，其特征在于，所述绝缘件由利用电绝缘性材料成型的第1、第2绝缘件构成，所述绝缘件对所述磁场铁心的与所述磁铁相对的部分以外的表面进行覆盖，

在所述第1绝缘件的前端，在用第1、第2绝缘件将所述磁场铁心夹持的状态下，形成与所述第2绝缘件嵌合的台阶部。

3、一种空冷装置的运转方法，所述空冷装置具有多个如权利要求1所述的带旋转风扇电动机，且在所述带旋转风扇电动机外部设置有对全部所述带旋转风扇电动机进行控制的一个控制装置，其特征在于，

在无故障的正常状态下，对全部以额定转速以下的同一转速进行运转的带旋转风扇电动机中的任何一个或多个所发生的故障进行检测，

对于未发生故障的带旋转风扇电动机的运转转速以额定转速为上限进行增速，以补偿由于故障导致的风量下降。

4、如权利要求3所述的空冷装置的运转方法，其特征在于，

对于装载在各带旋转风扇电动机上的驱动控制部进行监视，

各驱动控制部对由自身的带旋转风扇电动机的磁场线圈发生的磁场进行检测，以检测出旋转速度的异常，或自身的带旋转风扇电动机的磁场线圈的端子电压的异常，从而判定带旋转风扇电动机发生了故障。

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