JP2007014187A - 磁気固定モーター - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効果を増し、ファン動作の安定性を保持するだけでなく、製造コストを大幅に上げない磁気固定モーターを提供する。
【解決手段】本発明の磁気固定モーターは、ベース８と、前記ベース８に設置された固定子７と、固定子７の中心に延びた軸６０を有し、その中に前記固定子７の外側を囲んだ磁気リング６１が設置された回転子６と、前記軸６０を囲んで前記回転子６の内側中心部に設置された磁石６２と、を含む。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、磁気固定モーターおよびファンに関し、特に、回転子部または固定子部に設置された磁石部（エレメント）すなわち磁石を有し、それが対応する位置にある磁石結合部と引力を発生するような磁気固定モーターおよびファンに関するものである。

様々な製品において熱を排出するために、例えば特許文献１に示すような放熱装置としてのモーターを備えたファンが提供されている。ところが、現在の電子部品の作動速度が速くなるにつれ、発生されるエネルギーもそれに伴って増え、結果的に放熱用のファンも大きくならざるを得なくなり、モーターの回転子が回転する時の振動が常時発生するようになっている。

図１を参照すると、ここには従来の放熱ファンの概略図が示されている。前記ファンＣ１は、回転子１と、積層したシリコンスチールシートの外側にコイルを巻装して構成された固定子２と、回転子１の軸１０の上部と下部をそれぞれ囲み、支持する玉軸受３および含油したスリーブ軸受４と、を含む。

モーター回転子としての回転子１の外側壁は、複数の回転翼１１を有し、内側壁は磁気リング１２を有する。磁気リング１２は、固定子２のシリコンスチールシートに磁気的に結合される。磁気リング１２とシリコンスチールシート間の引力と高さの差を用いて、磁気バイアスを形成することができる。磁気バイアスによって発生された下向きの引力は、回転子１が高速で回転する時の浮力を克服することができる。これらの玉軸受と含油軸受を有する軸受構造のファンは、既に広く用いられているが、体積が大きく、重いファンには不適用である。これは、ファンの体積が大きくなるにつれ、回転子の重量もそれに伴って大きくなるためで、磁気リングとシリコンスチールシート間の引力だけで回転子の高速回転時の浮力を抑制するのには不十分であるからである。

もう１つの従来の放熱ファンが図２に示されている。このファンＣ２が図１に示すファンＣ１と主に異なるところは、２つの玉軸受３を用いて回転子１の軸１０の上部と下部をそれぞれ囲み、支持しているところである。また、回転子１の中心部の近くと、軸１０の上部を支持している一方の玉軸受３との間に、予め圧縮されたバネ５を設置して互いに接続している。バネ５は、予圧力を発生することができ、ファンＣ２の回転子１が高速で回転する時に、バネ５が提供する復元力を用いて元の位置に保持することで、回転子１からの浮力を克服すると共に、振動を減少することができる。このタイプの２つの玉軸受を有する構造は、体積が比較的大きなファンに適用させることができるが、玉軸受の価格は高く、ファンの製造コストを大幅に上げるため、理想的ではない。
特開２００２‐１１２４９９号公報

よって、ファンを大きくしなければならない趨勢で如何に放熱効果を増し、ファン動作の安定性を保持するだけでなく、製造コストを大幅に上げずにできるかが本発明の目的である。

本発明は、回転子の内側中心部に磁石部すなわち磁石が設置された磁気固定ファン（若しくはモーター）を提供し、磁石と固定子の金属物質との間にある引力を用いて、ファンの回転子が運転している時に、所定の位置に回転子を保持させることができる。また、ファンの固定子に磁石部すなわち磁石を設置して、磁石と回転子の金属部との間にある引力を用いて、ファンの回転子が運転している時に、所定の位置に回転子を保持する効果を同じように得ることができ、高速運転時における回転子の振動および浮遊と、軸と軸受との間の摩擦を減少することができる。本発明によれば、２つの玉軸受の構造を用いることなく、１つの玉軸受と１つの含油軸受、或いは１つの含油軸受または１つの玉軸受だけを用い、或いは軸受を含まない構造を用いて製造コストを低下させることができる。

上述の目的を達成するために、本発明は、フレームと、回転子と、固定子とを含む磁気固定ファンを提供する。固定子は回転子の内側にあって、フレームの底面上に配置されており、回転子と結合する。且つ、固定子と回転子は、それぞれフレームの内部に収容される。回転子は、この回転子の中心部に配置され、固定子の中心に軸方向に延びた軸を有し、回転子の外側壁の周囲には、複数の回転翼が設置されると共に、回転子の内側壁は、一周を囲んだ磁気リングが設置される。

前記固定子は、主に積層したシリコンスチールシートから形成された鉄心部と、鉄心部の外側に巻かれたコイルから構成される。本発明の特徴は、回転子の内側中心部に、軸を囲んだ磁石を設置し、この磁石を適当な位置に設けることによって、磁石と固定子のシリコンスチールシートが適当な引力を発生することで、回転子が高速で回転する時に発生する浮遊と振動の現象を克服できることにある。

また、固定子の上部中心表面に、軸を囲み、且つ、前記磁石を引き付ける磁石材料またはその他の金属材料を更に設置することができる。この磁石材料または金属材料は、異なるサイズのファンに適用できる。

また、前記磁石を固定子の上部中心表面に配置し、この磁石に対応して、回転子に磁石材料または金属材料を設置して同じ機能を有することができる。

また、回転子の内表面に、金属ハウジングを形成し、軸を囲んで固定子の上部中心表面に磁石を設置することで、磁石と金属ハウジングとの間の引力によって回転子を位置決めする目的を達成することもできる。

本発明において、軸を支持する軸受構造は、１つの玉軸受と１つの含油軸受で構成したり、または１つの含油軸受または１つの玉軸受で構成したり、または軸受を必要としない構造とすることができ、高価な２つの玉軸受を用いる必要なく、体積が比較的大きなファンを製造する時の製造コストを低下させることができる。

本発明は、体積が比較的大きなファンを製造する時に、２つの玉軸受の構造を用いることなく、またファンの回転子が高速で回転している時に浮遊と振動を防ぐことができるため、製造コストを大幅に減少することができる。

本発明についての目的，特徴，長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図３および図４を参照すると、本発明の磁気固定ファン（図５ａ参照）に用いられる磁気固定モーターＭは、玉軸受３と含油したスリーブ軸受４を有する軸受構造と、保持部６００を有する回転子６と、軸６０と、回転子６の内側壁に配置される磁気リング６１と、前記支持部６００に設けられる磁石部すなわち磁石６２と、固定子７と、ベース８とからなる。玉軸受３と含油軸受４は、回転子６の軸６０の異なる箇所をそれぞれ囲み、支持している。軸６０は、回転子６の内側中心部において前記支持部６００に設けられ、この内側中心部から固定子７の中心に軸方向に延びる。固定子７は、回転子６の内側の下方に位置され、回転子６と結合する。ベース８は、回転子６の軸６０を受ける収容空間８００を有し、固定子７をその外側に嵌合設置させることができる。収容空間８００の内側は、玉軸受３と含油軸受４がそれぞれ配置され、軸６０を支持する。収容空間８００にある玉軸受３は、含油軸受４よりも磁石６２の近くに設置される。

固定子７は、主に積層されたシリコンスチールシートと、その外側に巻かれた複数のコイルから構成される。回転子６の内側壁は固定子７の外側を囲むようにして磁気リング６１が設置され、回転子６の磁気リング６１は、固定子７に通電して発生された磁力で作用を起こし、それにより回転子６を回転することができる。

モーターＭの回転子６の内側中心部に、軸６０を囲んで磁石６２を更に設置する。支持部６００は回転子６の内側中心部から延びていて、軸６０の基端を取り囲んでいる。位置決め磁石としての磁石６２は、前記支持部６００の外側壁に円周状に配置される。

ここでは、玉軸受３と磁石６２により発生する磁気的な干渉を避けるために、固定子７の上端表面よりも下方すなわち磁石６２から離れる方向に、玉軸受３の上端表面が配置される。このように磁石６２や玉軸受３を適当な位置に設けることによって、磁石６２と固定子部７のシリコンスチールシートが適当な引力を発生することで、回転子７が高速で回転する時に発生する浮遊と振動の現象を防止できる。

図５Ａ，図５Ｂおよび図６を参照すると、ここでは前述した磁気固定モーターＭを放熱用の磁気固定ファンＦに用いた状態を表している。放熱ファンＦは、更に複数の回転翼６３と、外郭をなすフレーム９を含む。フレーム９の底部は、上述に示したベース８を含み、回転子６の外側壁の周囲に、複数の回転翼６３が更に設置され、回転子６と固定子７は、フレーム９内に収容される。回転子６と、磁石６２と、固定子７と、回転子６の軸６０を支持する玉軸受３と含油軸受４の接続関係と対応位置は、図３と図４の磁気固定モーターＭと同じである。

磁石６２と固定子７のシリコンスチールシートに安定した引力を発生させるために、玉軸受３の設置位置をシリコンスチールシートの上端表面より低くし、玉軸受３が磁石６２と固定子７の間の作用力に影響しないように確保しなければならない。

磁石６２は、様々な方法で回転子６に固定することができる。例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、回転子６の内側中心部から軸方向下向きに延びた複数のフック６４を磁石６２の外周部に係合して固定することができる。また、軸６０を取り囲むのに回転子６の内側中心部から下向きに延び、磁石６２の中心孔に嵌合する支持部６００ａを形成することもできる。その目的も磁石６２をしっかりと固定することにある。

図８Ａ〜図８Ｃを参照すると、ここでは磁石６２’も磁性がＮ極とＳ極にそれぞれ相反する２つの磁石６２１，６２２により構成することができる。軸６０を取り囲むのに回転子６ｂの内側中心部から軸方向下向きに延びる支持部６００ｂの外側壁には、一周を囲む溝６５を設ける。溝６５の幅と磁石６２’の厚さは同じである。溝６５の外径は、磁石６２’の孔径の大きさと等しく、よって、２つの磁性が相反する磁石６２１，６２２は、支持部６００ｂに形成した溝６５で互いに吸引して結合し、溝６５の中にしっかりとはめ込まれる。

図９Ａと図９Ｂを参照すると、支持部６００ｃの上部６０００の外径は、磁石６２の孔径より少しだけ大きく設計され、磁石６２を支持部６００ｃの下端から上向きに嵌めた後、磁石６２の孔の側壁と支持部６００ｃの上部６０００の外壁が締まりばめにより嵌合し、そこに磁石６２を緊密に固定することができる。

図１０Ａと図１０Ｂを参照すると、ここでの回転子６ｄの支持部６００ｄは、磁石６２を係合保持する少なくとも一つの突起６６を備えている。この実施例の突起６６は、磁石６２を引っ掛けるフック構造からなり、支持部６００ｄの外側に形成されたひれ状のフィン部材として、磁石６２を所定の位置に支持固定している。

図１１Ａと図１１Ｂを参照すると、ここでは回転子６ｅの支持部６００ｅの外壁に接着剤が塗布され、この接着剤によって磁石６２を回転子６ｅの表面に接合固定している。

また、図１２に示すように、本実施例の磁気固定ファンは、磁石６２の引力を増すために、固定子７のシリコンスチールシート上方の中心部表面に、磁石６２に面してこの磁石６２と相反する磁極の磁石結合部７２を増設して固定することができる。または、図１３に示すように、固定子７のシリコンスチールシート上方の中心部表面に、磁石６２に面して磁石６２に結合された例えば鉄シートの金属シート７３を増設して固定することができる。

その他の実施例として、図１４に示すように、磁石６２を固定子７のシリコンスチールシート上方の中心部軸方向表面に設置して固定し、磁石６２と相反する磁極の磁石結合部７２、または金属シート７３を、軸６０を囲むように回転子部６の支持部６００に設置する。図１５に示すように、もう１つの実施例は、磁石６２を固定子７のシリコンスチールシート上方の中心部軸方向表面に設置して固定するが、支持部６００には何も設置せず、回転子６の内壁の表面に形成された金属ハウジング６７が回転子６の中心に延びて覆っている。磁石６２と、それに対応する磁石結合部としての金属ハウジング６７によって発生される引力を用いて、回転子６が回転する時、この回転子６を所定の位置に保持する。

上述の各種の実施例は、玉軸受３と含油軸受４の両方を軸受構造として用いることに限定されることはなく、例えば磁石６２とシリコンスチールシートとの間で、ファンの回転中に回転子６を所定の位置に維持するのに十分な引力（磁気作用）が発生していれば、図１６と図１７に示すように、単一の含油軸受４だけの軸受構造、または、図１８に示すように、単一の玉軸受３だけの軸受構造を用いることもできることに注意すべきである。または、図１９に示すように、回転子６の磁気リング６１とシリコンスチールシートとの間の引力と、磁石６２とシリコンスチールシートとの間の引力（磁気作用）が十分であれば、軸受構造がなくても、軸６０は、安定してベース８に接触して回転することができる。

こうして上記各実施例では、体積が比較的大きなファンＦやモーターＭを製造する時に、２つの玉軸受の構造を用いることなく、またファンＦやモーターＭの回転子６が高速で回転している時に浮遊と振動を防ぐことができるため、製造コストを大幅に減少することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や同様の装置を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の放熱ファンの断面図である。 従来の別な放熱ファンの断面図である。 本発明の一実施例における磁気固定モーターの断面図である。 図３における磁気固定モーターの分解図である。 本発明の一実施例における磁気固定ファンの断面図である。 図５Ａの点線で囲まれた領域における部分拡大図である。 図５Ａにおける磁気固定ファンの分解図である。 回転子から延びた複数のフックを用いて位置決め固定された磁石部の概略図である。 図７Ａにおける組立構造の分解図である。 回転子の支持部の外壁に形成された溝を用いて位置決め固定された磁石部の概略図である 図８Ａにおける回転子の支持部の概略図である。 図８Ａにおける磁石部の平面図である。 締まりばめにより回転子の支持部に位置決め固定された磁石部の概略図である。 図９Ａにおける組立構造の分解図である。 回転子の支持部における突起を用いて位置決め固定された磁石部の概略図である。 図１０Ａにおける組立構造の分解図である。 接着剤を用いて回転子の支持部に位置決め固定された磁石部の概略図である。 図１１Ａにおける組立構造の分解図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。 本発明の別な実施例における磁気固定ファンの概略図である。

符号の説明

１，６ 回転子
６３ 回転翼
１０，６０ 軸
６４ フック
１１ 回転翼
６５ 溝
１２、６１ 磁気リング
６６ ひれ状物
２，７ 固定子
６７ 金属ハウジング
３ 玉軸受
７２ 接合磁石
４ 含油軸受
７３ 金属シート
５ バネ
８ ベース
６２ 磁石
９ フレーム

Claims (16)

1. ベースと、
   前記ベースに設置された固定子と、
   前記固定子の中心に延びた軸を有し、その中に前記固定子の外側を囲んだ磁気リングが設置された回転子と、
   前記軸を囲んで前記回転子の内側中心部に設置された磁石と、を含む磁気固定モーター。
2. 前記ベースは、前記回転子の前記軸を受ける収容空間を有し、前記収容空間の中に設置され、前記軸を支える軸受構造を更に含む請求項１に記載の磁気固定モーター。
3. 前記軸受構造は、玉軸受と含油軸受からなり、前記玉軸受は、前記含油軸受よりも前記磁石の近くに設置される請求項２に記載の磁気固定モーター。
4. 前記玉軸受の上端表面は、前記固定子の上端表面よりも前記磁石から更に離れている請求項３に記載の磁気固定モーター。
5. 前記軸受構造は、含油軸受または玉軸受からなる請求項２に記載の磁気固定モーター。
6. 前記回転子の内側中心部から、前記磁石に係合する複数のフックが軸方向に延びている請求項１または２に記載の磁気固定モーター。
7. 前記回転子部の内側中心部から、前記軸を囲むように支持部が延びており、前記磁石は前記支持部の外側壁に設置される請求項１または２に記載の磁気固定モーター。
8. 前記磁石は、磁極が相反する２つの結合磁石より構成され、前記支持部の外側壁に一周を囲む溝を有し、前記磁性が相反する前記２つの磁石を溝で互いに吸引させ、結合させる請求項７に記載の磁気固定モーター。
9. 前記支持部は、前記磁石を支持する少なくとも１つの突出部またはフィン状部材を有する請求項７に記載の磁気固定モーター。
10. 前記支持部の外壁と前記磁石は、接着剤によって接合される請求項７に記載の磁気固定モーター。
11. 前記支持部の一部の外径は、前記磁石と前記支持部が締まりばめで緊密固定されるように、前記磁石の孔径よりやや大きい請求項７に記載の磁気固定モーター。
12. 前記固定子部の中心部の前記磁石に面する表面に、前記磁石に相反する磁極の磁石結合部が更に設置される請求項１または２に記載の磁気固定モーター。
13. 前記固定子部の中心部の前記磁石に面する表面に、前記磁石に結合された金属シートが更に設置される請求項１または２に記載の磁気固定モーター。
14. ベースと、
    前記ベースに設置された固定子と、
    前記固定子の中心に延びた軸を有し、その中に前記固定子の外側を囲んだ磁気リングが設置された回転子と、
    前記軸を囲んで前記固定子の中心部の軸方向表面に設置された磁石と、
    前記ベースの中に設置され、前記軸を囲んで支える軸受構造と、
    前記回転子部の内側に固定され、前記磁石と磁力作用を発生する磁気結合部と、を含む磁気固定モーター。
15. 前記磁気結合部は、前記回転子の内壁に形成された金属ハウジングからなる請求項１４に記載の磁気固定モーター。
16. 前記磁気結合部は、前記回転子部の内側の中心部に設置され、前記軸を囲む金属シートからなる請求項１４に記載の磁気固定モーター。

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