JP2003188325A

JP2003188325A - ファン一体型ヒートシンク

Info

Publication number: JP2003188325A
Application number: JP2001381488A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suganuma; 滋菅沼
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みが少なく、且つ床面積も増加しないヒー
トシンクを提供する。【解決手段】底面に大規模集積回路２０３が取り付け
られ上面に複数のフイン２０１ａ〜２０１ｎを有するヒ
ートシンク２０１と、筐体がフイン２０１ａ〜２０１ｎ
に結合されファンの羽根部分２２１の先端とこれに対応
する部分に回転力を発生させる電磁駆動素子対を有する
モーター一体型ファン２０２とを含んで構成される。フ
ァンの羽根部分２２１の先端部分には複数の永久磁石が
取り付けられ、これに対応する筐体部分にはモーター用
電磁石２２３を設け、モーター用電磁石２２３の各コイ
ルに供給する電源の位相を変化させて、中心軸のないフ
ァンの羽根部分２２１に回転力を生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はファン一体型ヒート
シンク、特に、コンピュータシステムで用いられる大規
模集積回路の冷却用として用いられるファン一体型（ま
たはファン取り付け済み）ヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路、特にマイクロプロセッ
サは、動作クロックの高速化の影響から、消費電力およ
び発熱量が、年々増加している。そのため、これらの大
規模集積回路は冷却目的で、当初はヒートシンクが、次
いで、ファン一体型ヒートシンクが取り付けられるよう
になった。更に、大規模集積回路の発熱増加に対処する
ため、ファンの高速化や大型化、ヒートシンクの材質や
形状の工夫が行われている。

【０００３】従来のファン一体型ヒートシンクについて
図面を参照して詳細に説明する。

【０００４】図３は第１の従来例を示す斜視図である。
（例えば、特開２００１−２１０７６６号公報参照）。
図３に示すヒートシンクは、発熱素子１１５を取り付け
るベース１０１と、ベース１０１からの熱を空気中に熱
伝達させるフィン１０２とから構成されており、アルミ
押し出し材またはアルミダイキャストなどか作られてい
る。冷却方法は、前記フィン１０２上部にプロペラファ
ン１１３を備え付けヒートシンク上方からベース面に冷
却空気を吹付け冷却させている。そのためファンの厚
みＴ（１０ｍｍ程度）を加えたヒートシンク部分の高さ
（Ｔ＋Ｈ）は、通常２０ｍｍ以上となり、ノート型パソ
コンなどの様にパソコン自身の厚みが２０ｍｍ以下のも
のに搭載が困難であるため、発熱素子冷却においてヒー
トパイプ等の熱拡散を行うヒートシンク以外の部品が必
要とされていた。しかしながら、ヒートパイプ使用にお
いてそのコストと、ヒートパイプとヒートシンクの接合
による熱伝導ロスが問題になった。また、発熱素子取り
付け面は通常ベース１０１面のため応用性に乏しいかっ
た。

【０００５】図４は第２の従来例を示す斜視図である。
（例えば、特開２００１−２１０７６６号公報参照）。
図３に示すファン一体型ヒートシンクは、フィン１０５
を有する下蓋部分１０４と上蓋部分１０３とを嵌合させ
てできた中空部分に、シロッコファン１２３を組み込ん
でいる。ここではヒートシンク自体をシロッコファンケ
ースと兼用している。

【０００６】図３に示した冷却ファンは、羽根の回転中
心部分に駆動モータが配置されていることから、空気が
流通する部分の有効面積（有効面積＝空気流通部分の直
径Ｄ−駆動モータの胴径ｄ）が減少してしまって充分な
風量が得られないという問題点があった。なお、前記駆
動モータの小型化には限度があるため、冷却ファンを小
型化すればするほど空気流通部分の占める割合は減少す
る。そこで、小型化しても空気流通部分の占める割合が
減少しない冷却ファンが提案されている。

【０００７】図５（ａ），（ｂ）は第３の従来例を示す
概念図である。（例えば、特開平０８−３１７５９７号
公報参照）。

【０００８】この電子装置の冷却に用いられる冷却ファ
ンは、回転中心に近い部分が回転軸３に固定され、回転
中心から遠い外周部分に極性方向の揃った板状の永久磁
石５がそれぞれ独立的に固定された複数の羽根７を有す
る可動子１と、供給電流の極性を変化させることによっ
て前記永久磁石５の外周面と対向する側に発生する磁極
の極性が変化するコイル１５を前記羽根７対応に有する
固定子１０と、によって構成された羽根駆動部１１を装
備してなる。

【０００９】この冷却ファンは、回転中心Ｏに最も近い
部分が回転軸３に固定され、回転中心Ｏから最も遠い外
周部分に極性方向の揃った永久磁石５が固定された複数
の羽根７を有してなる可動子１と、供給電流の極性を変
化させることによって前記永久磁石５の外周面と対向す
る側に発生する磁極の極性が変化する複数のコイル１５
を前記羽根７対応に有してなる固定子１０と、によって
羽根駆動部１１を構成すると共に、前記永久磁石５とコ
イル１５の相対位置対応にコイル１５に供給する電流の
極性を変化させる制御部２０と、を装備している。図
中、３０はコイル１５に対する電源供給を“断”にした
ときに可動子１が停止する位置を制御するための可動子
位置制御部材である。

【００１０】以下、可動子１が回転する原理を説明す
る。図５（ａ）は可動子１が回転を開始するときの状態
を示している。このときの各コイル１５の可動子１と対
向する側にはＮ極が発生している。このため、各可動子
１の外周部分に配置されている各永久磁石５のＮ極は反
発力によってコイル１５から遠ざかる方向に押しやら
れ、反対にＳ極は吸引力によってコイル１５に接近する
方向に引きつけられ、その結果、可動子１は矢印Ｒ方向
に回転する。

【００１１】そして、前記可動子１が図５（ｂ）に示す
位置まで回転して永久磁石５のＳ極がコイル１５の中心
位置に到達すると、今度はコイル１５に供給される電流
の極性が逆になって各コイル１５の可動子１と対向する
側にはＳ極が発生する。このため、各永久磁石５のＳ極
は反発力によってコイル１５から遠ざかる方向に押しや
られ、反対にＮ極は吸引力によってコイル１５に接近す
る方向に引きつけられ、その結果、可動子１は矢印Ｒ方
向の回転を続ける。

【００１２】以上述べたコイル１５の極性転換はコイル
１５に供給する電流の方向（極性）を変化させる制御を
行うことによって実現可能であるが、この制御は前記制
御部２０が司ることになる。なお、この制御部２０は、
可動子１を始動させるときに、コイル１５の可動子１と
対向する側に常に一定の磁極を発生させる制御と、永久
磁石５の後端部（この場合はＳ極が発生している部分を
指す）とコイル１５の中心位置が一致すると同時に（或
いはその直前に）コイル１５に供給する電流の方向を逆
にして永久磁石５と対向する側に発生する磁極の極性を
逆にする制御を行う。

【００１３】前記可動子位置制御部材３０は、固定子１
０のコイル１５に対する通電を停止したときに可動子１
をスタンバイ位置で停止させる部材であって、この可動
子位置制御部材３０を配置しておくことによって可動子
１をスタンバイ位置で停止させる制御が容易化される。

【００１４】この可動子位置制御部材３０は、例えばコ
イル１５から発生する磁界よりも弱い磁界を発生させる
永久磁石を用いるようにしても良い（このようにする
と、コイル15に通電したときに可動子１は可動子位置制
御部材３０による吸引力を無視して回転するから）し、
前記コイル１５に電流を供給する回路と可動子位置制御
部材30に電流を供給する回路を交番的に切り換えるスイ
ッチを介してコイル１５に対する通電と可動子位置制御
部材３０に対する通電が交互に行われるような回路構成
にしても良い。なお、後者の場合はこの可動子停止位置
制御部材３０は電磁石等を用いることになる。

【００１５】この冷却ファンは、羽根駆動部１１を可動
子１の外周部分に配置することで羽根７の回転中心Ｏに
近い部分までが羽根として有効に作用することから、駆
動モータ５５を羽根の中心部分に配置した従来の冷却フ
ァンに比して冷却効率が高い。

【００１６】図６（ａ），（ｂ）に示すように、この冷
却ファンは、回転中心Ｏに最も近い部分が回転軸３に固
定され、回転中心Ｏから最も遠い外周部分に極性方向の
揃った永久磁石５がそれぞれ独立的に固定された複数
（この場合は６枚）の羽根７を有してなる可動子１と、
前記永久磁石５の外周面と一定間隔を隔てる位置にこれ
ら永久磁石５と対向する形で配置された複数のコイル１
５を有してなる固定子１０と、からなる羽根駆動部１１
と、永久磁石５とコイル１５の相対位置対応にコイル１
５に供給する電流の極性を変化させる制御部２０と、コ
イル１５に対する通電を停止したときに可動子１をスタ
ンバイ位置で停止させる可動子位置制御部材３０と、を
フレーム部40内に装備している。図中、４０はフレーム
部、４１は冷却ファンを電子装置等に実装するときに使
用する実装孔、４５は可動子１の回転軸３を回転可能に
保持する軸受部材、４４は軸受部材４５をフレーム部４
０に固定する固定ねじ４６を螺入するねじ孔、をそれぞ
れ示す。

【００１７】この冷却ファンは、羽根７の外周部分に配
置された薄板状の永久磁石５と小径の回転軸３を除く全
ての部分が羽根７として有効に作用することから、小型
化しても風量が低下することはない。

【００１８】以下、図７（ａ）〜（ｃ）に基づいて可動
子の構成を説明する。可動子１は、回転中心Ｏに近い
“扇の要”に相当する部分が回転軸３に固定された６枚
の羽根７と、これら６枚の羽根７の回転中心Ｏから最も
遠い外周部分に極性方向の揃った６個の永久磁石５がそ
れぞれ独立的に配置された部材である。この可動子１は
回転軸３を回転中心として矢印Ｒ方向に回転することに
よって矢印Ａ方向の空気流が発生する。この例では羽根
７の数を６個にしているが、この羽根７の数については
特定しない。

【００１９】次は、図８（ａ），（ｂ）もとづいて軸受
部材の構成を説明する。この軸受部材４５は、中心部分
に前記可動子１の回転軸３を回転可能に保持する軸受部
４５ａが形成され、この軸受部４５ａから４方向に支持
アーム４５ｂが放射状に形成された部材で、これら４本
の支持アーム４５ｂの先端部にはこの軸受部材４５を前
記フレーム部４０に固定する固定ねじ４６が係入するね
じ挿通孔４５ｃが形成されている。

【００２０】この軸受部材４５は、前記軸受部４５ａが
銅合金粉等の金属粉を焼結して得られた焼結軸受に潤滑
油を含浸させた周知の焼結含油合金等で構成され、その
他の部分が例えば金属鋳物等で構成された部材であっ
て、この軸受部材４５は、２個の軸受部材４５でフレー
ム部４０内の可動子１を両側から挟むように保持した状
態でフレーム部４０に固定ねじ４６を用いて固定され
る。

【００２１】なお、プロペラファンの中心軸が存在しな
いリニア・プロペラ（（例えば、特開２００１−５５９
９５号公報参照）を利用することも考えられる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のファン
一体型ヒートシンクは、その厚さは減少できるが、床面
積が増加してしまうという欠点があった。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明のファン一体
型ヒートシンクは、大規模集積回路を冷却するためのヒ
ートシンクと前記ヒートシンク上に取り付けられた電動
プロペラファンとからなるファン一体型ヒートシンクお
いて、前記電動プロペラファンとしてリニア・プロペラ
を用いる。

【００２４】第２の発明のファン一体型ヒートシンク
は、第１の発明において、ファンの電磁駆動部が前記フ
ァンの外周部に設けられる。

【００２５】第３の発明のファン一体型ヒートシンク
は、第２の発明において、前記電動プロペラファンの中
心に回転軸とその軸受けを設ける。

【００２６】第４の発明のファン一体型ヒートシンク
は、プロペラファンの各羽根の先端を連結するリングを
有する空気推進体と、前記空気推進体の前記リングを機
械的に駆動することより冷却風を発生させる。

【００２７】第５の発明のファン一体型ヒートシンク
は、第４の発明において、前記リングをベルトを用いて
駆動する。

【００２８】第６の発明のファン一体型ヒートシンク
は、第４の発明において、前記リングをギヤを用いて駆
動する。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。

【００３０】図１および図２はは本発明の一実施形態を
示す斜視図および模式断面図ある。図１に示すファン一
体型ヒートシンクは、底面に大規模集積回路２０３が取
り付けられ上面に複数のフイン２０１ａ〜２０１ｎを有
するヒートシンク２０１と、筐体がフイン２０１ａ〜２
０１ｎに結合されファンの羽根部分２２１の先端とこれ
に対応する部分に回転力を発生させる電磁駆動素子対を
有するモーター一体型ファン２０２とを含んで構成され
る。

【００３１】ファンの羽根部分２２１の先端部分には複
数の永久磁石（図示省略）が取り付けられ、これに対応
する筐体部分にはモーター用電磁石２２３を設け、モー
ター用電磁石２２３の各コイルに供給する電源の位相を
変化させて、中心軸のないファンの羽根部分２２１に回
転力を生じさせる。

【００３２】ファンの羽根部分２２１の上方から吸い込
まれた冷却風２４１ａは、下方に吹き付けられ、ヒート
シンク２０１に当り、複数のフイン２０１ａ〜２０１ｎ
の間を通過して、風の流れ２４０ｂ，２４１ｃとして左
右に放出される。

【００３３】ファンの羽根部分２２１の中央には、冷却
風の通過を阻害するモーター等が存在しないので、空冷
風のよどみ領域２４２は無視しうるほど小さくできるた
め、冷却効率がよくなる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のファン一体型ヒートシンクは、
ファンの中心部から周辺部へモーターを移設したので、
厚みが少なく、且つ床面積も増加しないという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を説明するための模式断面
図である。

【図３】第１の従来例を示す斜視図である。

【図４】第２の従来例を示す斜視図である。

【図５】（ａ），（ｂ）はは第３の従来例を示す概念図
である。

【図６】（ａ），（ｂ）は第３の従来例を示す概念図で
ある。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は可動子の構成を説明する図で
ある。

【図８】（ａ），（ｂ）は軸受け部材の構成を説明する
図である。

【符号の説明】

２０１ヒートシンク２０２モーター一体型ファン２０３大規模集積回路２２１ファンの羽根部分２２３モーター用電磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大規模集積回路を冷却するためのヒート
シンクと前記ヒートシンク上に取り付けられた電動プロ
ペラファンとからなるファン一体型ヒートシンクおい
て、前記電動プロペラファンとしてリニア・プロペラを
用いることを特徴とするファン一体型ヒートシンク。
【請求項２】ファンの電磁駆動部が前記ファンの外周
部に設けられた請求項１記載のファン一体型ヒートシン
ク。
【請求項３】前記電動プロペラファンの中心に回転軸
とその軸受けを設け請求項２記載のファン一体型ヒート
シンク。
【請求項４】プロペラファンの各羽根の先端を連結す
るリングを有する空気推進体と、前記空気推進体の前記
リングを機械的に駆動することより冷却風を発生させる
ことを特徴とするファン一体型ヒートシンク。
【請求項５】前記リングをベルトを用いて駆動する請
求項４記載のファン一体型ヒートシンク。
【請求項６】前記リングをギヤを用いて駆動する請求
項４記載のファン一体型ヒートシンク。