JP2005023814A - Fan motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子機器等に用いられる冷却用ファンモータに関し、特に、高静圧および高風量が要求されるファンモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の遠心型ファンモータは、軸方向長さが比較的短い扁平状ファンインペラを用いて構成されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この従来の遠心型ファンモータを図8及び図9を用いて説明する。図8は遠心型ファンモータの平面図を示し、図9は図8のX−O−Y−Z線に関する縦断面図を示す。このファンモータは、回転駆動力を生み出すモータ部4、気流を生み出すインペラ部1,およびハウジング6により構成される。なお、このファンモータは、図8のOを回転軸としている。
【0004】
インペラ部1は、モータ部4の外周側に配置され、下端壁2と翼3により構成されている。下端壁2は、モータ部4の軸方向下部の回りに配置された環状の板部材であり、軸方向に平面が向いている。翼3は、下端壁2の外周側部分に下端が固定されている。翼3は下端壁2にのみ支持される、いわゆる片持ち構造を有している。モータ部4の正回転に伴い、翼3は矢印Bの方向の気流を生みだす。この気流に引き込まれる形で、吸気口8から吸気流が矢印Aの方向に生じ、他方この気流Bに押し出される形で、排気流が矢印Cの方向で生じる。そして翼3の外形部半径をr、軸線方向の長さをhとすると、従来の電子機器等の冷却用に使用される遠心ファンのインペラ部1の形状は、翼半径rをその長さhに対して大きくする傾向にあった。これは、軸方向の省スペース化が目的であるが、更に翼3の回転周速向上による排気流Bの風量および静圧の向上をも目的としていたからである。従って本発明に直接関連する電子機器等の冷却用途における片持ちインペラを有する従来の遠心型ファンモータでは、そのインペラは、r>hの関係を有する薄型形状であった。
【0005】
【特許文献1】
特開2003−031093号公報
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の遠心型ファンモータでは、図9に示す吸気流Aが気流Bを押し下げることから、気流Bは下端壁2にぶつかり、壁面との間で大きな風損が生じている。なぜなら、インペラ部1の回転軸上の風速分布を考えると、吸入されるインペラ内気流の風速は、インペラ下端壁2の上面で最大になっていることが予想されるからである。この風損のため、ファンの流量は減少し、このファンモータが本来有する性能に比較して、それ以下の冷却効率しか実現できなかった。
【0006】
一方、近年、電子機器の超小型化・携帯化が進み、携帯電話やモバイル用パーソナルコンピュータ等の装置は一層の小型化が要請されてきている。その反面、電子回路の集積度は向上し、処理スピードも増大していることから、LSIチップおよび内蔵電子回路部の総発熱量は増加傾向にあり、より小型で冷却効率の高いファンモータが求められていた。
【0007】
本発明の目的は、例えば携帯電話等の超小型装置にも対応可能な超小型・高冷却効率のファンモータを提供することである。本発明の他の目的は、最少の吸込み口面積で最大の冷却効果を上げるファンモータを提供することである。本発明のさらに他の目的は、より広範囲で被冷却構造に適した冷却を実現し得るファンモータを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明に係るファンモータは、軸方向両側に回転軸が導出された回転駆動部と、両回転軸の端部にそれぞれ連結され回転軸と共に回転する一対の遠心型ファンインペラと、回転駆動部及び両ファンインペラを覆い吸気口及び排気口が形成されたケーシングとから構成されている。この一対のファンインペラはそれぞれ、回転軸が連結された円盤状端壁部と、この端壁部の外周部より立ち上がる形で軸方向に延設され回転軸の軸心を中心とした円周上に配列された複数のインペラ翼とを備えており、かつ、各インペラ翼の軸方向長さが各インペラ翼で構成する円の外径以上に設定されている。また、ケーシングには、両ファンインペラの端壁部との反対側に形成された開口部に対向して吸気口が形成されると共に、両ファンインペラの外周部に対向して排気口が形成されている。
【0009】
回転駆動部が動作すると、その軸方向両側に位置する一対のファンインペラが回転し、ケーシングの2箇所の吸気口より両ファンインペラのそれぞれの開口部を通して内部に空気が吸引され、両ファンインペラにおいて、その各インペラ翼より外周方向に押しやられた空気がケーシングの2箇所の排気口よりそれぞれ排出される。
【0010】
ファンインペラ内部においては、その開口部から端部壁に向かって流れる軸方向の気流が生じるが、インペラ翼の軸方向長さがインペラ翼の外周部外径以上に設定されていることから、インペラ翼の内部の気流はその大半が端壁部に到達するまでに周方向外側に向かって流れ、端壁部の壁面では十分な気流流速の低下が生じている。このため、従来の遠心型ファンモータに比べて、端壁部の壁面での風損が低下し、冷却効率が向上する。
【0011】
ここで、上述したファンモータにおいて、回転駆動部を、固定部に支持されたステータの駆動コイルとロータに設けられたロータマグネットとを備えた1組の磁気回路部を用いて構成することができる。この場合、ロータと一体になって回転する回転軸は回転駆動部を貫通するように固定部に回転自在に支持されることが必要であり、この回転軸の軸方向両端部を回転駆動部より導出させ、これにそれぞれファンインペラを連結する。
【0012】
或いは、前記回転駆動部を、固定部に支持され駆動コイルを有するステータとロータに設けられたロータマグネットとを備えた磁気回路部を2組備え、それぞれのロータと一体になって回転する回転軸を固定部に回転自在に支持し、それぞれの回転軸の端部を回転駆動部より導出してファンインペラを連結するようにしてもよい。
【0013】
特に、回転駆動部を同一形状の一対のモータ部から構成し、両モータ部をそれぞれの基端部を背合わせにして一体に連設し、両モータ部のそれぞれの先端部側の回転軸端部にファンインペラを連結する構成とすることもできる。
【0014】
また、上述したファンモータにおいて、ケーシングを細長筒状に形成し、その長手方向両端部にそれぞれ吸気口を形成すると共に、対のファンインペラにそれぞれ対向した二つの排気口をケーシングの側面において軸心に対する同一回転位置に配置することができる。このケーシングに形成された二つの排気口は、当該ファンモータが適用される電子機器等の装置の冷却レイアウトに応じては、ケーシングの側面において互いに軸心に対し異なる回転位置に配置することもでき、例えば互いに軸心に対し90度の回転対象関係にある位置に配置したり、軸心に対し180度の回転対象関係にある位置に配置することもでき、冷却風の送風バリエーションを適宜選定することが可能になる。
【0015】
なお、上述したファンインペラは、樹脂成形で構成するのが望ましく、例えば液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー等で構成できる。勿論、これに限らず、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部を構成することもできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明による遠心型ファンモータの実施形態につき図面を用いて説明する。図1〜図4は第1の実施形態を示し、図1はファンモータの概略正面図、図2は切断正面図、図3は側面図、図4はファンモータによる気流を説明する概略斜視図である。なお、図1,図2の左右方向が遠心型ファンモータの回転軸線方向であり、以下の説明では図1,図2に従って「上側」、「下側」等を規定するが、それは説明の便宜のためであってファンモータの実際の取り付け姿勢を限定するものではない。
【0017】
このファンモータは、図1に示すように、左右方向に細長の筒状ケーシング10、このケーシング10の中央部に回転軸心を左右方向に配置して固定された回転駆動部としてのモータ部20、及びこのモータ部20の左右両側に配置されそれぞれモータ部20によって回転駆動される一対の遠心型ファンインペラ30,40により構成される。両ファンインペラ30,40のそれぞれの回転軸心はモータ部20の回転軸心と一致している。
【0018】
ケーシング10は、図4に示すように、モータ部20のハウジング21外周面を含み、このハウジング21にそれぞれ有底筒状のインペラカバー11,12を連結して構成され、両インペラカバー11,12の底面つまりケーシング10の左右端面にそれぞれ円形の吸気口13,14が形成されると共に、両インペラカバー11,12のそれぞれの筒部周面の一部に横長の排気口15,16が形成されている。この両排気口15,16はケーシング21の周方向同一の方向に向くよう(具体的には前方に向いて)配置されている。
【0019】
回転駆動部としてのモータ部20は、ブラシレスDCモータからなり、図2に示すように、基盤部21aの外周に周壁部21bを設けたハウジング21と、このハウジング21の基盤部21aに支持固定された環状ステータ22と、基盤部21aの中心部及びステータ22の内側に貫通固定された左右方向に長いスリーブ軸受(すべり軸受)23と、このスリーブ軸受23の内側に挿通されて回転自在に支持された回転軸24と、回転軸24と一体的回転可能なように連結され内側にステータ22に対向するよう円筒状ロータマグネット25を装着してロータを構成するロータヨーク26とを備えてなる。このロータヨーク26は例えば磁性金属板をプレス加工することによりカップ状に形成され、その天板中央部を回転軸に圧入等で連結している。回転軸24の左右両端部(軸方向両端部)はモータ部20よりそれぞれ軸方向両側に導出されている。
【0020】
ステータ22は、プレス抜き成形された磁性鋼板(ラミネーション)を複数枚軸方向に積層して構成され、周方向に例えば4極の磁極歯を有し、この各磁極歯に多相(例えば2相)のコイルを巻回して構成されている。多相のコイルのコイル終端は円盤部21aを通してその裏面(左面)に貼着されたフレキシブル回路基板の端子に半田付等で電気的に接続されており、このフレキシブル回路基板のリード端子はハウジング21より外部に引き出されている。この実施形態では、図示していないがファンモータの外部にドライバ回路が備えられ、フレキシブル回路基板のリード端子がこのドライバ回路に接続されている。そして、このドライバ回路を作動させてステータ22のコイルに通電してこれを励磁すると、ステータ22とロータマグネット25との相互の電磁作用でロータに回転力が作用し、回転軸24と共に回転する。
【0021】
ケーシング10の両インペラカバー11,12内にはそれぞれ有底円筒状のファンインペラ30,40が収容されている。このファンインペラ30,40はそれぞれ、図2及び図3に示すように、円盤状端壁部31,41と、この端壁部31,41の外周部より立ち上がる形で軸方向に延設され端壁部31,41の軸心を中心とした円周上に周方向等間隔に配列された複数のインペラ翼32,42とを備えて構成され、各インペラ翼32,42の先端部は円環状連結部33,43で連結され、この先端部分での強度が確保されている。そして、上記モータ部20における回転軸24の両端部にそれぞれ端壁部31,41をその軸心部で連結することにより、両ファンインペラ30,40が回転軸24に片持ち支持され、回転軸24と共に回転できるようになっている。両ファンインペラ30,40は、排気流を発生可能なインペラ翼32,42の軸線方向長さH1,H2が各インペラ翼32,42で構成する円の外径R1,R2(例えばR1=R2)以上に設定されている。
【0022】
対のファンインペラ30,40はそれぞれのインペラ翼32,42の回転軸線に対する傾きが、モータ部20に対して左右対称になるように設定され、両ファンインペラ30,40が回転軸24と共に同一方向に回転することにより共に径方向外方つまり遠心方向へ気流が生じるようになっている。すなわち、両ファンインペラ30,40が回転軸24と共に一定方向に回転すると、それぞれのインペラ翼32,42の作用により内周側から外周側への空気の流れが生じ、これに伴ってファンインペラ30,40の端壁部31,41との反対側の開口部34,44より内部へ吸引する気流が発生し、それぞれ遠心ファンとして機能する。
【0023】
上述したケーシング10の両端面の吸気口13,14はそれぞれファンインペラ30,40の開口部34,44に同軸上に近接対向している。また、ケーシング10の両インペラカバー11,12における内周面は、各インペラ翼32,42より遠心方向に流れた空気をファンインペラ30,40の回転方向に移動させインペラカバー11,12のそれぞれの排気口15,16に案内するような曲面に形成されている。従って、両ファンインペラ30,40の回転によりそれぞれ生じる気流は、外部空気をケーシング10の両吸気口13,14から開口部34,44を経てファンインペラ30,40内部にそれぞれ引き込み、次にファンインペラ30,40の外周方向に吐き出し、さらにインペラカバー11,12の内周面を通ってそれぞれ排気口15,16より前面に吐き出す流れとなり、送風機能を有することになる。
【0024】
このように構成されたファンモータにあっては、これを例えば携帯可能な電子機器または小型の装置の内部に、ファンモータのケーシング10の両側に吸気のための空間を確保した上で、ケーシング10の前面の位置に被冷却体が位置するような配置で収容する。そして、ファンモータのモータ部20を駆動することにより、ケーシング10の両側の吸気口13,14より機器内部・装置内部の空気が取り込まれてこれがケーシング10の前面の排気口15,16より吹き出される気流が生じ、この空気流が被冷却体に導かれて強制風冷されることになる。
【0025】
本発明に係るファンモータでは、図8に示した従来の遠心型ファンモータに比較して、ファンインペラ30,40の各インペラ翼32,42の外径R1,R2が、ファンインペラ30,40における排気流を発生可能なインペラ翼32,42の軸線方向長さ(より具体的には端壁部31,41の開口部側の面と円環状連結部34,44の端壁部側の面との間の部分の軸線方向長さ)H1,H2(例えばH1=H2)より長い形状を有している。加えて本発明に係るファンモータは、携帯可能な電子機器または小型の装置を高い静圧により高効率に冷却することを可能にしており、R1,R2<20mmであることを特徴としている。
【0026】
インペラ翼32,42の軸線方向長さH1,H2を、インペラ翼32,42の外径R1,R2に比較して長くすると、インペラ翼32,42による回転外周方向の気流により生じた吸気流は、開口部34,44より端壁部31,41に到達するまでに上記回転外周方向の気流にスムーズに乗り変わり、端壁部31,41の面での風速を低減することが可能となり、損失の小さい高効率の空気流を発生できることになる。加えて、モータ部21の駆動によりその両側に配置したファンインペラ30,40を同時に駆動し、それぞれにおいて空気流を発生して被冷却体に送風できることになるため、風量が格段に増加し、高密度実装の小型機器・装置における内部冷却に十分対応できることになる。
【0027】
特に、図4に示すように、両ファンインペラ30,40のそれぞれの作動により、ケーシング10の両側の吸気口13,14より矢印A1,A2の如く吸気した空気をケーシング10内部に吸引し、ケーシング10の前面の排気口15,16より矢印C1,C2の如く吹き出す2系統の気流を形成する構成としている。このような構成の場合、吸気と排気とがほぼ同一平面上で行われるため、例えばノートパソコンのような扁平薄型の電子機器内部に空気流を形成するに適している。
【0028】
このように、本発明に係るファンモータは、特に携帯可能な電子機器や小型装置の冷却用に開発されたものであり、より高い冷却効率を得るためには、ファン形状が小さい分、より高速の回転数で使用することが望ましい。通常20000rpm〜30000rpmの範囲で使用することが推奨されるが、これはモータ性能、消費電力対冷却性能のバランス、一定以下の振動損失や雑音量を実現すること等の要求条件を満たす必要があるからである。これらの条件を十分クリアする高性能モータを実現できれば、30000rpm以上、更には40000rpmを越える回転数で稼動させることにより、一層の高静圧・高冷却効率のファンモータを実現することができる。
【0029】
他方この場合のインペラ翼の直径R1,R2は、実用上20mm以下であること望ましい。携帯可能な電子機器の厚さが、通常20mm前後であり、これに内蔵する必要があるからである。また携帯電話等を考慮した場合、インペラ翼の径は10mm以下であることが好ましい。勿論本発明のファンモータの特性は、これより径の大きい15mmや20mm径のインペラ翼においても実現することが可能であるが、端壁部31,41への吸気流の衝突によるロスを抑えるためには、5000rpm以上、望ましくは10000rpm以上の高速回転が必要となり、ファンの半径が大きくなると、モータに負担がかかることとなる。高性能モータを使用することにより実現可能であるが、実用的にはよりモータ負荷の少ないR1,R2<20mmのインペラ翼を採用することが望ましい。また、R1,R2<10mmであることがさらに好ましい。
【0030】
ファンインペラ30,40は、液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部が構成されていることが好ましい。この結果、ファンインペラ30,40は十分な剛性を確保した上で軽量化・小型化を実現できる。
【0031】
なお、上述の実施形態においては、ファンモータによって作り出す2系統の気流を同一方向に吹き出す構成としたが、これに限らず、一方の送風方向に対して他方の送風方向を角度を変えて設定することが可能である。すなわち、図4に示すように、矢印C2の吹き出しに対しこれと90度の角度差を形成して矢印C1’の吹き出しを設定したり、180度の角度差を形成して矢印C1”の吹き出しを設定することもできる。これは例えばケーシング10の左側のインペラカバー11を右側のインペラカバー12に対して90度、180度回転させて結合することにより実現する。勿論、60度や30度等の他の角度差を設定してもよい。
【0032】
このように、一つのファンモータで異なる2方向に同時に空気流を形成できるものとすれば、高密度実装の小型機器・装置における内部構造,レイアウト,発熱源形状等に応じ、最適な冷却システムを構築できることになる。
【0033】
<他の実施形態>
次に図5に基づき、本発明の第2の実施形態について説明する。図5は、ファンモータの一部を回転駆動部を中心に示したものであり、第1の実施形態で説明したものと同一符号のものは同一もしくは相当するものを示すものとする。
【0034】
図5に示す実施形態では、回転駆動部としてのモータ部20のロータを片側のインペラファン40の端壁部41に一体に連結している。すなわち、ファンインペラ40の端壁部41におけるモータ部20側の面の外周部寄りにかしめ用円環状突起45を形成し、円筒体からなるロータヨーク26のファンインペラ40側の端部に内周側への折曲げにより環状端縁27を形成し、この環状端縁27を円環状突起45の外側に嵌合した上で、環状突起45を外周方向に塑性変形してかしめることにより、ロータヨーク26を端壁部41に一体に結合している。この場合、端壁部41がロータの一部を構成することになる。
【0035】
このような構成の実施形態によれば、モータ部20のロータと片側のファンインペラ40とを一体構造とすることができ、ファンインペラ40において軸方向の気流を阻止する機能のみならず、モータ部20の壁面としての機能をも有している。このため、部品点数が少なくなるとともに、第1の実施形態に比較して長手方向寸法を小さくすることができ、ファンモータが軸線方向に小型化される。さらにはファンモータが軽量化される。
【0036】
次に図6に基づき、本発明の第3の実施形態について説明する。この実施形態では、回転駆動部を一対のモータ部120A,120Bにより構成し、このモータ部120A,120Bの回転軸にそれぞれ遠心型ファンインペラ130,140を連結してモータ部120A,120Bによりそれぞれファンインペラ130,140を回転できるように構成し、両モータ部120A,120Bを背合わせ状態で一体的に連結し、これを横長筒状のケーシング110に収容して両翼型ファンモータを構成したものである。
【0037】
ファンインペラ130,140はそれぞれ、第1、第2の実施形態の場合と同様に、回転駆動部側に端壁部を有し、この端壁部の外周部より立ち上がる形で軸方向に延設され回転軸心を中心とした円周上に配列された複数のインペラ翼を備え、回転駆動部との反対側に開口部を設けている。両ファンインペラ130,140はそれぞれ、端壁部をモータ部120A,120Bの回転軸に連結することにより片持ち支持されている。
【0038】
ケーシング110の長手方向両端面にはそれぞれ吸気口が形成され、両ファンインペラ130,140のそれぞれの開口部が吸気口に対向し、ファンインペラ130,140の回転により吸気口より外部空気を吸引するようになっている。ケーシング110の周側面には、両ファンインペラ130,140にそれぞれ対応して排気口が形成されており、ファンインペラ130,140の各インペラ翼より周方向外側に吹き出された空気がケーシング110の内周面を通って排気口に案内され、該排気口より外部に送風される。
【0039】
この場合、モータ部120A,120Bはその回転軸を互いに反対方向に回転させるような構成になっており、両モータ部120A,120Bを背合わせ配置することにより結果的に両ファンインペラ130,140を同一方向に回転させることができる。勿論、両モータ部120A,120Bをその回転軸を同一方向に回転させる構成とし、両モータ部120A,120Bを背合わせ配置して両ファンインペラ130,140を互いに反対方向に回転させる構成とすることもでき、この場合ケーシング110の内面形状をファンインペラ130,140に合わせて設定することにより、図4で説明したような種々の送風(C1,C1’,C1”とC2)を実現できる。
【0040】
次に、図7に基づき本発明の第4の実施形態について説明する。この実施形態は、第3の実施形態と同様に回転駆動部を一対のモータ部220A,220Bにより構成したものであるが、第3の実施形態と異なる点は、このモータ部220A,220Bとこれによりそれぞれ回転される一対のファンインペラ230,240とを一体的に構成し、加えて、モータ部220A,220Bのハウジング221A,221Bとこれにそれぞれ連結されたインペラカバー211,212とでファンモータのケーシングを構成した点である。
【0041】
背合わせ状態で一体に連結された両モータ部220A,220BはブラシレスDCモータからなり、基盤部の外周に周壁部を設けた構成のハウジング221A,221Bと、このハウジング221A,221Bの基盤部に支持固定された環状ステータ222A,222Bと、基盤部の中心部及びステータ222A,222Bの内側に固定された左右方向に長いスリーブ軸受223A,223Bと、このスリーブ軸受223A,223Bの内側に挿通されて回転自在に支持された回転軸224A,224Bと、回転軸24と一体的回転可能なように連結され内側にステータ222A,222Bに対向するよう円筒状ロータマグネット225A,225Bを装着した円筒状ヨーク226A,226Bとを備えてなる。回転軸224A,224Bのそれぞれの基端はそれぞれハウジング221A,221Bによりスラスト支持されている。
【0042】
一方、ファンインペラ230,240はそれぞれ、円盤状端壁部231,241と、この端壁部231,241の外周部より軸方向外方に立ち上がる形で延設され端壁部231,241の軸心を中心とした円周上に周方向等間隔に配列された複数のインペラ翼232,242と、端壁部231,241の外周部に軸方向内方に延設された円筒状部235,245とを例えば樹脂により一体成形して構成されている。
【0043】
そして、モータ部220A,220Bの回転軸224A,224Bの先端部がそれぞれファンインペラ230,240の中心に連結されると共に、円筒状部235,245の内周面にヨーク226A,226Bを介してロータマグネット225A,225Bが装着され、これにより端壁部231,241及び円筒状部235,245がロータホルダを兼用し、モータ部220A,220Bとファンインペラ230,240とが一体的に構成されることになる。
【0044】
ファンインペラ230,240の外周を覆うインペラカバー211,212はそれぞれハウジング221A,221Bの周壁部に連結され、ハウジング221A,221Bの周壁部及びインペラカバー211,212によりファンモータのケーシング210が構成される。両インペラカバー211,212には、ケーシング210の両端面に位置する吸気口213,214がそれぞれ形成され、これがそれぞれファンインペラ230,240の開口部234,244に同軸上に近接対向している。また、ケーシング210の両インペラカバー211,212における内周面は、各インペラ翼232,242より遠心方向に流れた空気をファンインペラ230,240の回転方向に移動させインペラカバー211,212のそれぞれの排気口(図示せず)に案内するような曲面に形成されている。
【0045】
この実施形態においても、対のモータ部220A,220Bの回転方向は同一方向でも異なる方向であってもよく、インペラカバー211,212に形成される排気口も共に同一方向を向けることも互いに角度差(90度,180度)を設けることもできる。特にこの実施形態の場合、モータ部220A,ファンインペラ230,インペラカバー211と、モータ部220B,ファンインペラ240,インペラカバー212とをそれぞれ片翼ファンとしてユニット構成しておけば、両ユニットを背合わせに結合することで両翼ファンモータを得ることができ、製造が簡単になる。
【0046】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲であれば、様々な変更が可能である。例えば、前記実施形態ではファンモータを構成するファンインペラとモータ部は軸線方向に並んで配置されていたが、図9に示す従来技術のようにモータ部がインペラ部の内周側に配置された(つまり、両者が軸線方向に全部又は一部が重なった)構成としてもよい。
【0047】
またインペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部の一部または全部が円弧形状またはこれに近似する曲線形状で面取りされていてもよい。インペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部に円弧状の面取りを施すことにより、インペラへの吸気流がよりスムースに流入すると同時に、不要な乱流を抑制する。その結果、冷却効率の良いファンインペラ、およびこれを用いたファンモータを実現できる。
【0048】
さらに、前記実施形態におけるモータ部では、回転軸を支持する軸受としてすべり軸受であるスリーブ軸受を用いた場合を示したが、これが一対のボール軸受を使用する形態のものであってもよく、或いは動圧軸受を用いるものであってもよい。また、実施形態ではモータ部がアウターロータタイプモータの場合であるが、インナーロータタイプモータとして構成することもできる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のファンモータによれば、従来の遠心ファンに比べて軸方向に長いファンインペラを高速回転させる構成としたため、端壁部の壁面での風損等が低下し、従来にない高静圧のファンモータを実現でき、しかも回転駆動部の両側にこれによりそれぞれ回転される一対のファンインペラを設けたため、高静圧でありながら必要な風量を確保でき、その結果密度の高い小型の電子機器や電子装置を従来の数倍の効率で冷却することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のファンモータの第1の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】図1の詳細を示す縦断面図である。
【図3】図2の側面図である。
【図4】図1の気流の様子を説明するためのケーシングの斜視図である。
【図5】本発明のファンモータの第2の実施形態を示す一部の縦断面図である。
【図6】本発明のファンモータの第3の実施形態を示す概略構成図である。
【図7】本発明のファンモータの第4の実施形態を示す縦断面図である。
【図8】従来の遠心型ファンモータの平面図である。
【図9】図8のX−O−Y−Z線にて切断した縦断面図である。
【符号の説明】
10,110,210 ケーシング
11,12,211,212 インペラカバー
13,14,213,214 吸気口
15,16 排気口
20,120A,120B,220A,220B モータ部
21,221A,221B ハウジング
22,222A,222B ステータ
24,224A,224B 回転軸
25,225A,225B ロータマグネット
30,40,130,140,230,240 ファンインペラ
31,41,231,241 端壁部
32,42,232,242 インペラ翼[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a cooling fan motor used in electronic equipment and the like, and more particularly to a fan motor that requires high static pressure and high air volume.
[0002]
[Prior art]
A conventional centrifugal fan motor is configured using a flat fan impeller having a relatively short axial length (for example, see Patent Document 1).
[0003]
This conventional centrifugal fan motor will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a plan view of the centrifugal fan motor, and FIG. 9 is a longitudinal sectional view taken along the line X-O-Y-Z in FIG. The fan motor includes a
[0004]
The
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2003-031093 A
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional centrifugal fan motor, since the intake air flow A shown in FIG. 9 pushes down the air flow B, the air flow B collides with the
[0006]
On the other hand, in recent years, electronic devices have been miniaturized and ported, and devices such as mobile phones and mobile personal computers have been required to be further downsized. On the other hand, the degree of integration of electronic circuits has been improved and the processing speed has increased, so the total heat generation of LSI chips and built-in electronic circuit sections is increasing, and a fan motor with a smaller size and higher cooling efficiency is required. It was done.
[0007]
An object of the present invention is to provide an ultra-small and high cooling efficiency fan motor that can be applied to ultra-small devices such as mobile phones. Another object of the present invention is to provide a fan motor that achieves a maximum cooling effect with a minimum inlet area. Still another object of the present invention is to provide a fan motor capable of realizing cooling suitable for a structure to be cooled in a wider range.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a fan motor according to the present invention includes a rotation drive unit in which rotation shafts are led out on both sides in the axial direction, and a pair of centrifugal types that are connected to the ends of both rotation shafts and rotate together with the rotation shafts. The fan impeller and a casing that covers the rotation drive unit and both fan impellers and has an air inlet and an air outlet are formed. Each of the pair of fan impellers has a disk-shaped end wall portion to which the rotation shaft is connected, and a circumferentially extending centering on the axis of the rotation shaft extending in the axial direction so as to rise from the outer peripheral portion of the end wall portion. And the length of each impeller blade in the axial direction is set to be greater than or equal to the outer diameter of a circle formed by each impeller blade. Further, the casing is formed with an intake port facing an opening formed on the opposite side to the end wall portions of both fan impellers, and an exhaust port is formed facing the outer peripheral portion of both fan impellers. ing.
[0009]
When the rotation drive unit operates, a pair of fan impellers positioned on both sides in the axial direction rotate, and air is sucked into the inside of the two fan impellers through the respective opening portions of the two fan impellers. The air pushed from the impeller blades in the outer peripheral direction is discharged from two exhaust ports of the casing.
[0010]
Inside the fan impeller, an axial airflow that flows from the opening toward the end wall is generated, but since the axial length of the impeller blade is set to be greater than or equal to the outer diameter of the outer periphery of the impeller blade, the impeller Most of the airflow inside the wings flows toward the outer side in the circumferential direction before reaching the end wall portion, and the airflow velocity is sufficiently lowered on the wall surface of the end wall portion. For this reason, compared with the conventional centrifugal fan motor, the windage loss at the wall surface of the end wall portion is reduced, and the cooling efficiency is improved.
[0011]
Here, in the fan motor described above, the rotational drive unit can be configured using a set of magnetic circuit units including a stator drive coil supported by the fixed unit and a rotor magnet provided on the rotor. . In this case, the rotating shaft that rotates integrally with the rotor needs to be rotatably supported by the fixed portion so as to penetrate the rotation driving portion, and both axial ends of the rotating shaft are supported by the rotation driving portion. The fan impeller is connected to each of them.
[0012]
Alternatively, the rotation drive unit includes two sets of magnetic circuit units each including a stator having a drive coil supported by a fixed unit and a rotor magnet provided on the rotor, and a rotation shaft that rotates integrally with each rotor. May be rotatably supported by the fixed portion, and the end of each rotating shaft may be led out from the rotation driving portion to connect the fan impeller.
[0013]
In particular, the rotational drive unit is composed of a pair of motor units having the same shape, and both motor units are integrally connected with their base ends back to back, and the rotation shaft ends on the respective distal end sides of both motor units It can also be set as the structure which connects a fan impeller to a part.
[0014]
Further, in the fan motor described above, the casing is formed in an elongated cylindrical shape, the intake ports are formed at both ends in the longitudinal direction, and the two exhaust ports respectively opposed to the pair of fan impellers are axially arranged on the side surfaces of the casing. At the same rotational position. The two exhaust ports formed in the casing can be arranged at different rotational positions with respect to the axial center on the side surface of the casing, depending on the cooling layout of the device such as an electronic device to which the fan motor is applied. For example, they can be arranged at positions that are in a rotation target relationship of 90 degrees with respect to the shaft center or at positions that are in a rotation target relationship of 180 degrees with respect to the shaft center. It becomes possible.
[0015]
The above-described fan impeller is preferably formed by resin molding, and can be formed of, for example, a liquid crystal polymer, a carbon fiber reinforced liquid crystal polymer, a glass fiber reinforced liquid crystal polymer, a carbon fiber, and a glass fiber reinforced liquid crystal polymer. Needless to say, the present invention is not limited to this, and a part or the whole thereof can be constituted by soft iron, stainless steel, aluminum, or ceramic.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a centrifugal fan motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show a first embodiment, FIG. 1 is a schematic front view of a fan motor, FIG. 2 is a cut front view, FIG. 3 is a side view, and FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining airflow by the fan motor. It is. 1 and 2 is the direction of the rotational axis of the centrifugal fan motor. In the following description, "upper side", "lower side", etc. are defined according to FIGS. 1 and 2, but this is for convenience of description. Therefore, the actual mounting posture of the fan motor is not limited.
[0017]
As shown in FIG. 1, the fan motor includes a
[0018]
As shown in FIG. 4, the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Inside the impeller covers 11 and 12 of the
[0022]
The pair of
[0023]
The
[0024]
In the fan motor configured as described above, for example, a space for air intake is secured on both sides of the
[0025]
In the fan motor according to the present invention, the outer diameters R1 and R2 of the
[0026]
When the axial lengths H1 and H2 of the
[0027]
In particular, as shown in FIG. 4, by the operation of both
[0028]
As described above, the fan motor according to the present invention has been developed especially for cooling portable electronic devices and small devices, and in order to obtain higher cooling efficiency, the fan shape is smaller and the speed is higher. It is desirable to use at the number of rotations. It is usually recommended to use in the range of 20000 rpm to 30000 rpm, but this must satisfy the requirements such as motor performance, balance of power consumption vs. cooling performance, realization of vibration loss and noise amount below a certain level, etc. Because. If a high-performance motor that sufficiently satisfies these conditions can be realized, a fan motor with higher static pressure and higher cooling efficiency can be realized by operating at a rotational speed of 30000 rpm or more, and further exceeding 40000 rpm.
[0029]
On the other hand, the impeller blade diameters R1 and R2 in this case are preferably 20 mm or less in practice. This is because the thickness of the portable electronic device is usually around 20 mm and needs to be built in the portable electronic device. In consideration of a mobile phone or the like, the diameter of the impeller blade is preferably 10 mm or less. Of course, the characteristics of the fan motor of the present invention can be realized even with impeller blades having a diameter of 15 mm or 20 mm larger than this, but in order to suppress the loss due to the collision of the intake flow with the
[0030]
The
[0031]
In addition, in the above-mentioned embodiment, although it was set as the structure which blows off two airflows created with a fan motor in the same direction, it is not restricted to this, The other ventilation direction is set changing an angle with respect to one ventilation direction. It is possible. That is, as shown in FIG. 4, an angle difference of 90 degrees is formed with respect to the balloon indicated by the arrow C2 to set the balloon indicated by the arrow C1 ′, or an angle difference of 180 degrees is formed and the balloon indicated by the arrow C1 ″. This can be realized by, for example, rotating the
[0032]
In this way, if an air flow can be formed simultaneously in two different directions with a single fan motor, an optimal cooling system can be selected according to the internal structure, layout, heat source shape, etc. of small equipment and devices with high-density mounting. It can be built.
[0033]
<Other embodiments>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a part of the fan motor with the rotation drive unit as the center, and the same reference numerals as those described in the first embodiment denote the same or corresponding parts.
[0034]
In the embodiment shown in FIG. 5, the rotor of the
[0035]
According to the embodiment having such a configuration, the rotor of the
[0036]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the rotation drive unit is composed of a pair of
[0037]
Each of the
[0038]
Air inlets are formed on both end surfaces of the
[0039]
In this case, the
[0040]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, as in the third embodiment, the rotation drive unit is configured by a pair of
[0041]
The
[0042]
On the other hand, the
[0043]
And the front-end | tip part of
[0044]
Impeller covers 211 and 212 covering the outer peripheries of
[0045]
Also in this embodiment, the rotation directions of the pair of
[0046]
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the fan impeller and the motor unit constituting the fan motor are arranged side by side in the axial direction, but the motor unit is arranged on the inner peripheral side of the impeller unit as in the prior art shown in FIG. It is good also as a structure (that is, both overlapped in the axial direction all or one part).
[0047]
Further, part or all of the inner peripheral corner portion on the upper end side in the rotation axis direction of the impeller blades may be chamfered with an arc shape or a curved shape approximating this. By applying an arc-shaped chamfer to the inner peripheral corner portion on the upper end side in the rotational axis direction of the impeller blade, the intake air flow into the impeller flows more smoothly and at the same time, unnecessary turbulence is suppressed. As a result, a fan impeller with good cooling efficiency and a fan motor using the same can be realized.
[0048]
Furthermore, in the motor unit in the above embodiment, the case where a sleeve bearing which is a sliding bearing is used as a bearing for supporting the rotating shaft is shown, but this may be a form using a pair of ball bearings, or A hydrodynamic bearing may be used. In the embodiment, the motor unit is an outer rotor type motor, but may be configured as an inner rotor type motor.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the fan motor of the present invention, since the fan impeller that is longer in the axial direction than the conventional centrifugal fan is configured to rotate at high speed, the windage loss or the like on the wall surface of the end wall portion is reduced. An unprecedented high static pressure fan motor can be realized, and a pair of fan impellers that are rotated on each side of the rotary drive unit are provided, so that the required air volume can be secured despite high static pressure, resulting in density It is possible to cool a small electronic device or electronic device with high efficiency at several times the conventional efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a fan motor of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing details of FIG. 1;
FIG. 3 is a side view of FIG. 2;
4 is a perspective view of a casing for explaining a state of the airflow of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view showing a second embodiment of the fan motor of the present invention.
FIG. 6 is a schematic block diagram showing a third embodiment of the fan motor of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the fan motor of the present invention.
FIG. 8 is a plan view of a conventional centrifugal fan motor.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view cut along line X-O-YZ of FIG.
[Explanation of symbols]
10, 110, 210 casing
11, 12, 211, 212 Impeller cover
13, 14, 213, 214 Inlet
15,16 Exhaust port
20,120A, 120B, 220A, 220B Motor part
21, 221A, 221B Housing
22, 222A, 222B Stator
24,224A, 224B Rotating shaft
25, 225A, 225B Rotor magnet
30, 40, 130, 140, 230, 240 Fan impeller
31,41,231,241 end wall
32, 42, 232, 242 Impeller blades
Claims (6)
軸方向両側に負荷連結用端部を有する回転軸を備えた回転駆動部と、回転軸の両端部にそれぞれ連結され該回転軸と共に回転する一対の遠心型ファンインペラと、前記回転駆動部及び両ファンインペラを覆い吸気口及び排気口が形成されたケーシングと、からなり、
前記一対のファンインペラはそれぞれ、回転軸が連結された円盤状端壁部と、この端壁部の外周部より立ち上がる形で軸方向に延設され回転軸の軸心を中心とした円周上に配列された複数のインペラ翼とを備え、かつ、各インペラ翼の軸方向長さが各インペラ翼で構成する円の外径以上に設定されており、
前記ケーシングには、両ファンインペラの端壁部との反対側に形成された開口部に対向して吸気口が形成されると共に、両ファンインペラの外周部に対向して排気口が形成されており、
前記ファンインペラの回転によってケーシングの吸気口より開口部を通してファンインペラ内部に空気が吸引されると共に、ファンインペラの各インペラ翼より外周方向に押しやられた空気がケーシングの排気口より排出されることを特徴とするファンモータ。A fan motor for cooling portable electronic devices or small devices,
A rotary drive unit having a rotary shaft having load connecting ends on both sides in the axial direction, a pair of centrifugal fan impellers connected to both ends of the rotary shaft and rotating together with the rotary shaft, the rotary drive unit and both A casing that covers the fan impeller and has an air inlet and an air outlet,
Each of the pair of fan impellers has a disk-like end wall portion to which a rotating shaft is connected, and a circumferentially extending around the axis of the rotating shaft extending in the axial direction so as to rise from the outer peripheral portion of the end wall portion. A plurality of impeller blades arranged in the axial direction length of each impeller blade is set to be greater than or equal to the outer diameter of the circle formed by each impeller blade,
In the casing, an air inlet is formed facing an opening formed on the opposite side to the end wall portions of both fan impellers, and an air outlet is formed facing the outer peripheral portion of both fan impellers. And
By rotating the fan impeller, air is sucked into the fan impeller through the opening from the intake port of the casing, and air pushed from the impeller blades of the fan impeller in the outer peripheral direction is discharged from the exhaust port of the casing. Features a fan motor.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006291875A (en) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Nidec Copal Electronics Corp | Blower |
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-
2003
- 2003-07-01 JP JP2003189283A patent/JP2005023814A/en not_active Withdrawn
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