JP2002021781A - ファン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ファンによる効率的な送風を実現し、かつファ
ン舌部での騒音を軽減した遠心ファン装置を提供する。 【解決手段】遠心ファン装置は、羽根１を中央部を省
き、外周部のみの配置とするために、モータ２に支持さ
れたスポーク６に中央部が空洞となったドーナツ形状の
ドーナツ板５が接続され、このドーナツ板５の上部に複
数の羽根１を配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパーソナルコンピュ
ータ等に用いられる電子部品の冷却装置に関し、特にフ
ァンにより発熱する電子部品に冷却風をあてるファン装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パーソナルコンピュータ（以下パ
ソコン）等では、パソコン内に実装されるＣＰＵなどの
発熱部品を冷却するための冷却ファン装置が内蔵されて
いる。この冷却ファン装置の種類として遠心ファンと称
するものがあり、この遠心ファンは、ファンの回転軸に
垂直な方向に風を吹き出すことができるため、軸流ファ
ンに比較して扁平な筐体内での使用に適し、最近の薄型
のノートパソコンに使用されつつある。図３は従来の一
般的な遠心ファンを示す平面図、底面図、断面図、羽根
部上面図を示す図である。回転軸方向に対して、後退方
向に取り付けられた複数の羽根１１を持つモータ１２が
モータ支持部１３によりファンケース１４に保持されて
いる。空気の流れは、モータ１２の軸方向（羽根上下）
から吸気を行い、モータ軸に垂直方向（図３の上方向）
から排気を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示すよ
うな従来の遠心ファンを使用した場合には、（１）モー
タの位置、出口角、吸気面積の問題、（２）舌部での騒
音の問題があった。以下、従来の遠心ファンの問題点そ
れぞれ詳述する。 （１）モータの位置、出口角、吸気面積の問題 図３に示すように薄型のファンユニット１０を構成する
ためにはモータ１２がファンの羽根部１１と重なる位置
になければならず，羽根１１はモータ１２の側面に接続
される。通常、直線状あるいは直線に近い形状の羽根１
１が用いられているが、直線的な羽根を使用するとファ
ン外周部での羽根の出口角Ｅ大きくなり、羽根１１から
流出する空気の円周方向の速度が必要以上に大きくな
る。例えば，羽根直径４０ｍｍ，回転数５０００ｒｐｍ
のとき羽根先端の周速は１０ｍ／ｓを超えるため、出口
角Ｅが大きいと１０ｍ／ｓ近い流速で流出するが，ファ
ンユニット１０に接続されたフィン（図示せず）を通過
するまでに流速は１〜３ｍ／ｓに減速し、損失が大きい
流れとなり、効率が低下する原因になっている。さら
に、上面吸気孔１５、下面吸気口１６の中心付近をモー
タ１２が塞ぐため、吸気はモータ１２と吸気孔との間の
環状の領域で行われるが，この部分に羽根１１があると
吸気エリアが小さく、吸気抵抗が大きくなるいう問題が
ある．そのため，モータ１２寄りの領域の羽根の高さを
低くすることが試みられているが，製造時の羽根の変形
の抑制が困難である。

【０００４】（２）舌部の騒音 出口角Ｅが大きいとファンケース１４の舌部１７におい
て急激に羽根１１とケース１４が近づくため騒音が大き
くなるという問題がある．騒音を低減するために舌部１
７と羽根先端との距離をとることが行われることもある
が，距離が大きいと羽根１１から出た空気の一部がファ
ンケース１４出口へ向かわずにファンケース１４内でル
ープしてしまうという現象が発生し、効率が良くない。
そこで、本発明はファンによる効率的な送風を実現し、
かつファン舌部での騒音を軽減した遠心ファン装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、１枚以上のド
ーナツ形状板と、このドーナツ形形状板の片面あるいは
両面に配置された複数の羽根と、前記ドーナツ形状板を
回転させるモータと、このモータを固定するよう複数の
モータ支持部を有するを有する基台と、このモータと前
記ドーナツ形状板を接続する複数のスポークとを具備
し、前記羽根の数、スポークの数及びモータ支持部の数
が１以外の公約数を持たず、かつ前記羽根の数、スポー
クの数、モータ相数が１以外の公約数を持たないことを
特徴とする。このようなファン装置により、羽根枚数、
モータ支持数、モータ層数のバランスにより、ファンが
発生する音の周波数を干渉させファンで発生する騒音を
減少させることができる。また、本発明は、前記羽根と
前記スポークが前記モータの回転に対して、後退方向に
傾き、前記モータ支持部が前進方向に傾いていることを
特徴する。このようなファン装置によれば、羽根および
スポークとモータ支持部の角度が同一であると、回転時
に羽根およびスポークとモータ支持部の内側から外側ま
で同時に空気の圧力変化が起き、同一周波数のノイズ
（騒音）が大きくなるが、これらの角度を変えることに
より、羽根及びスポークとモータ支持部がすれ違う時間
を延長させることができ、より小さな圧力変化を継続さ
せることにより、ファンより発生する騒音の最大値を低
減することができる。

【０００６】また、本発明は、前記ドーナツ形状板が円
錐面をなし、ファンケースの吸気孔の縁が前記円錐面に
総形状であることを特徴とする。このようにドーナツ形
状板が円錐面となっていることにより、円の外側ほど流
路高さが小さくなり，外側ほど円周が長くなることと組
み合わさった結果として流路断面積の変化を小さくす
る。これは、排気される空気の流れは羽根に沿うため、
回転する羽根に固定した座標系で見たときの回転方向逆
向きの速度成分が大きくなり、羽根が回転していること
による回転方向の速度成分との和が大きくなりすぎるこ
とを防ぎ、結果、ファンを出てフィンに流入するまでの
速度変化を抑制でき、流体を駆動するエネルギの損失を
抑制することができる。また、本発明は、前記スポーク
はファンケースと、前記モータの軸方向で位置が重なる
ことを特徴とする。このようにスポークとファンケース
を重ねることで、羽根の厚みを（ファンケースの内側の
みで実現する場合より）大きく取ることができ、風量を
増加させることができる。また、本発明は、前記スポー
クはひねり形状を有することを特徴とする。このように
スポークをひねり形状にすることにより、羽根部による
遠心ファン効果に加え、軸流ファンのような積極的な吸
気が行え、風量を増加させることができる。

【０００７】また、本発明は、前記ファンケースの舌部
にゴム、ウレタン、金属等の多孔質材料を用いるか，あ
るいは舌部形状がのこぎり歯状など、羽根の先端形状に
対して、少なくとも一部が平行でないことを特徴とす
る。ファンケースの舌部に設ける多孔質体は、羽根が舌
部近くを通過することに起因する羽根枚数と回転数の積
の周波数を持つ騒音を低減させる。多孔質体の大きさや
材料，孔の大きさを変化させることにより，ファンケー
スの金型の変更なしに，ファンケース内部でループする
流量と騒音を調整できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施形態を説明する。図１は本発明の遠心ファン装置を
示す構成図である。図１に示すように、遠心ファン装置
は、羽根１の中央部を省き、外周部のみの配置とするた
めに、モータ２に支持されたスポーク６に中央部が空洞
となったドーナツ形状のドーナツ板５が接続され、この
ドーナツ板５の上部に複数の羽根１を配置していること
が特徴である。詳述すると、本実施例のファンユニット
は、中央部に円形の切り欠きを有するファンケース４に
対し、モータ支持部３がそファンケースの底面部より固
定される。このモータ支持部は、ファンケース４に固定
するために、３本の支持脚により固定されている。そし
て、モータ支持部の中央には、モータ２が回転可能に支
持される。そして、ファンケースの上面、及び下面に形
成された吸気口８より吸気し、モータ２により回転され
た羽根１により発生した風を排気する構造となってい
る。モータ２は、その周囲に５本のスポーク６が固定さ
れ、モータ２の回転に同調して回転する。このモータ２
は、２相のモータであり、Ｎ極、Ｓ極１対のモータが２
組設けられているものであり、合計４個の磁石が格納さ
れているものである。そしてスポーク６のそれぞれの先
端部には、中央部が空洞となったドーナツ形状のドーナ
ツ板５の下面と固定されている。この際ドーナツ板とス
ポーク６とが一体成形されていても良い。そして、この
ドーナツ板５の上面には、複数枚の羽根１が設けられて
いる。この羽根１はドーナツ板上に設けられることによ
り、従来のようにモータ中央部への羽根１の配置を省い
ている。このようにモータ中央部への羽根１の配置を省
くことにより、中央部吸気口から吸入される風の抵抗を
少なくして騒音を減少させることができる。遠心ファン
装置をこのような構成のもと、本実施例の遠心ファン装
置は、さらに下記２点の特徴を有し、ファンから発生す
るノイズ周波数を分散させ、同回転数当たりの排気風量
を増加させる。

【０００９】（１）羽根枚数とスポーク数とモータ支持
数は１以外の公約数を持たないと同時に羽根枚数と、ス
ポーク数と、モータ相数は１以外の公約数を持たない。 （２）羽根１とスポーク６がモータ２の回転に対して後
退方向に傾き、モータ支持部３が前進方向に傾いてい
る。 羽根枚数、スポーク数、モータ相数のコントロールによ
り、騒音を減少できる原理を説明する。これはまず、フ
ァン装置の騒音の原因が、騒音源である羽根、スポー
ク、モータ相数の周波数ピークの共振により増大するこ
とに起因している。これは、羽根枚数が例えば１３枚で
あれば、１３の倍数付近の周波数に騒音のピーク値がで
て、スポークの本数が５本ならば５の倍数付近の周波数
部分にピーク値がでる。このようなピーク値の発生範囲
を各発生源それぞれについてずらすことにより、周波数
成分の共振による騒音の増大を防止することができる。
それも、単に周波数のピーク範囲をずらすだけでは、各
騒音発生源となる羽根やスポークの数の公倍数の領域に
共振部分が生じてしまうので、公倍数部分の周波数ピー
クの発生しない、即ち１以外の公約数のない数とするこ
とにより、各騒音発生源（羽根、スポーク、モータ相
数）の周波数ピーク値が分散され、結果的に騒音を減少
することができるものである。

【００１０】更に、本実施形態では、スポーク６とファ
ンケース４の位置を、モータ２の軸方向で重ねることに
より、羽根１の高さ（羽根面積）を増加させ排気風量を
増加させることができる。また、本実施例のドーナツ板
５は、図１のＢＢ断面図に示すように中央部を低部とし
て、外周方向にせり上がる円錐形状となっている。そし
て、この円錐面に羽根を設けたものである。このよう
に、ドーナツ板が円錐面となっていることにより、円の
外側ほど流路高さが小さくなり，外側ほど円周が長くな
ることと組み合わさった結果として流路断面積の変化を
小さくする。これは、排気される空気の流れは羽根に沿
うため、回転する羽根に固定した座標系で見たときの回
転方向逆向きの速度成分が大きくなり、羽根が回転して
いることによる回転方向の速度成分との和が大きくなり
すぎることを防ぎ、結果、ファンを出てフィンに流入す
るまでの速度変化を抑制でき、流体を駆動するエネルギ
の損失を抑制することができる。また、本実施例のスポ
ーク６は、図１の平面図、底面図に示すように、ひねり
形状となっている。このようなひねり形状とすることに
より、羽根１による遠心ファン効果に加えて、軸流ファ
ンのような積極的な吸気が行え、風量を増加させること
ができる。

【００１１】また、図１に平面図に示すように、ファン
ケース４の排気口端部には、羽根の回転による騒音を低
減させるための舌部７が形成され、この舌部７にゴム、
ウレタンや金属などの多硬質材料８を用いるか、あるい
は舌部形状をのこぎり歯状など、羽根の先端形状に対し
て少なくとも一部を平行でないように形成している。フ
ァンケース４の舌部７に設ける多硬質体は、羽根１が舌
部近くを通過することに起因する羽根枚数と回転数の積
の周波数を持つ騒音を低減させる。また、多硬質体の大
きさや材料、孔の大きさを変化させることにより、ファ
ンケースの金型の変更なしにファンケース内部 でルー
プする流量と騒音を調整することもできる。また、上記
実施例の変形例として以下に説明する図２乃至図８に示
すような実施形態が考えられる。図２では、ドーナツ板
５がスポーク６からストレートにに構成しているもので
あり、必ずしもドーナツ板を円錐形状にしなくてもいい
例である。また、この図２の実施形態では、スポーク６
とファンケース４の位置をモータ２の軸方向で重ねてい
ない例であるが、このように軸方向で重ねなくとも、本
発明の効果は得られる。図３では、ドーナツ板５がスポ
ーク６からストレートに構成されるもので、ファンケー
ス４の一部の厚みを薄くしたものである。この際、スポ
ーク６とファンケース４はモータ２の軸方向に重ねてい
る。

【００１２】図４は、ドーナツ板５と、スポーク６を羽
根１の中央部に配置し、ファンケース４の上面、下面よ
りそれぞれ吸気した風邪をドーナツ板５の上下面にそれ
ぞれ設けられた羽根１により送風する構造となってい
る。図５は、ドーナツ板５の上下面に配置されている羽
根１の数、形状、位置を異ならせたものである。このよ
うに羽根１の構成を上下面で異ならせることにより、羽
根１で発生する周波数成分を減少させることができ、騒
音を減少させることができる。このとき、上下の羽根１
の周波数成分は、半ピッチずつずらすように、羽根の
数、形状、位置を調整している。図６は、ドーナツ板５
の半径を羽根１の最外周の経よりも小さくしたものであ
る。このような構成とすることにより、ファン外周部の
羽根の高さ、大きさを広げられることができ、送風量を
増加させることができる。図７は、図６で示した遠心フ
ァンのスポーク６を削除した構造としている。このうよ
な構造とすることにより、スポーク部分で発生する風き
り音を減少させることができる。この時図７に示すよう
に、ファンユニット外側の隙間等の設置状況に影響され
る上下の吸気口から流入する空気の量の合計が最大にな
るように、たとえば空気量に比例するような上下隙間が
できるように、ドーナツ板５の上下方向の位置を調整す
ることにより、騒音を最少に抑えることができる。

【００１３】以上、本発明によれば羽根枚数、モータ支
持数、モータ層数のバランスにより、ファンが発生する
音の周波数を干渉させファンで発生する騒音を減少させ
ることができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によるファン装置によれば、羽根
枚数、モータ支持数、モータ層数のバランスにより、フ
ァンが発生する音の周波数を干渉させファンで発生する
騒音を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わるファン装置を
示す、上面図、底面図、及び断面図。

【図２】本発明の変形例を示す断面図。

【図３】本発明の変形例を示す断面図。

【図４】本発明の変形例を示す断面図。

【図５】本発明の変型例を示す断面図。

【図６】本発明の変形例を示す断面図、上面図および横
断面図。

【図７】本発明の変形例を示す上面図。

【図８】従来のファン装置を示す図。

【符号の説明】 １…羽根 ２…モータ ３…モータ支持部 ４…ファンケース ５…ドーナツ板 ６…スポーク ７…舌部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 29/44 Ｆ０４Ｄ 29/44 Ｘ 29/66 29/66 Ｍ Ｎ Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB02 BB06 BB10 BB20 CC01 CC03 DD06 DD27 DD29 EE06 EE08 3H034 AA02 BB02 BB06 BB10 BB20 CC01 CC03 DD09 DD24 EE06 EE08 3H035 CC01 CC06 DD04 DD05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１枚以上のドーナツ形状板と、このドーナ
   ツ形形状板の片面あるいは両面に配置された複数の羽根
   と、前記ドーナツ形状板を回転させるモータと、このモ
   ータを固定するよう複数のモータ支持部を有するを有す
   る基台と、このモータと前記ドーナツ形状板を接続する
   複数のスポークとを具備し、前記羽根の数、スポークの
   数及びモータ支持部の数が１以外の公約数を持たず、か
   つ前記羽根の数、スポークの数、モータ相数が１以外の
   公約数を持たないことを特徴とするファン装置。
2. 【請求項２】前記羽根と前記スポークが前記モータの回
   転に対して、後退方向に傾き、前記モータ支持部が前進
   方向に傾いていることを特徴する請求項1記載のファン
   装置。
3. 【請求項３】前記ドーナツ形状板が円錐面をなし、ファ
   ンケースの吸気孔の縁が前記円錐面に総形状であること
   を特徴とする請求項１記載のファン装置。
4. 【請求項４】前記スポークはファンケースと、前記モー
   タの軸方向で位置が重なることを特徴とする請求項１記
   載のファン装置。
5. 【請求項５】前記スポークはひねり形状を有することを
   特徴とする請求項1のファン装置。
6. 【請求項６】前記ファンケースの舌部にゴム、ウレタ
   ン、金属等の多孔質材料を用いるか，あるいは舌部形状
   がのこぎり歯状など、羽根の先端形状に対して、少なく
   とも一部が平行でないことを特徴とする請求項1のファ
   ン装置。
7. 【請求項７】前記羽根は、前記ドーナツ形状板の上下面
   に複数設けられており、その上下で前記羽根の数、形
   状、位置を異ならせるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のファン装置。
8. 【請求項８】前記ドーナツ形状板の半径が前記羽根の半
   径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１記載のフ
   ァン装置。
9. 【請求項９】１枚以上のドーナツ形状板と、このドーナ
   ツ形形状板の片面あるいは両面に配置された複数の羽根
   と、前記ドーナツ形状板を回転させるためこのドーナツ
   板と接続されたモータと、このモータを固定するよう複
   数のモータ支持部を有するを有する基台とを具備し、前
   記羽根の数、スポークの数及びモータ支持部の数が１以
   外の公約数を持たず、かつ前記羽根の数、モータ相数が
   １以外の公約数を持たないことを特徴とするファン装
   置。