JP2007016760A

JP2007016760A - 遠心ファン

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Publication number: JP2007016760A
Application number: JP2005202324A
Authority: JP
Inventors: Shinji Takemoto; 心路竹本
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: US7903406B2; US20070020085A1; JP4815906B2

Abstract

【課題】送風性能や低騒音性を犠牲にすることなく発熱部品の放熱効果を高めた構造を有する遠心ファンを提供する。
【解決手段】略円筒形状のハウジング１の内部にインペラとその駆動用モータ及び略円板状の回路基板が同軸状に重なるように収容され、インペラの回転に伴って、ハウジング１の軸方向から吸い込まれた空気がハウジング１の外周面に設けられた排出口１ａから排気されるように構成された遠心ファンにおいて、ハウジング１の軸方向の片側の壁面１１に略環状の吸気口１１ａが設けられ、この壁面１１の内側に配置された回路基板の外周が吸気口１１ａの内周の内側にほぼ収まり、回路基板の外周端部に発熱する電子部品４１が実装され、吸気口１１から吸い込まれる空気の一部が電子部品４１の近傍を流れることによって電子部品４１を冷却するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、略円筒形状のハウジングの内部にインペラとその駆動用モータ及び略円板状の回路基板が同軸状に重なるように収容された遠心ファンに関し、特に回路基板に実装された発熱する電子部品の冷却効果を高めるための構造に関する。

電子機器に内蔵される小形で軸方向の寸法が小さい冷却用ファンは、ハウジングの内部にインペラとその駆動用モータ及び略円板状の回路基板が同軸状に重なるように収容された構造を有するものが多い。回路基板にはモータの駆動制御用の集積回路のような発熱する電子部品が実装されている。インペラの回転数が増加するほど集積回路の発熱が大きくなるので、十分な送風性能を得るには集積回路の放熱効果を高める必要がある。そこで、インペラの回転に伴って生ずる空気流の一部を利用して集積回路のような電子部品の放熱効果を高めることが従来から行われている（特許文献１及び２参照）。

この種の冷却用ファンは、大きく分類すると軸流ファンと遠心ファンとに分かれる。特許文献１に記載された冷却用ファンは軸流ファンの従来例であり、インペラの回転に伴って軸方向の一方から吸い込まれた空気がそのまま軸方向の他方から排気される。この従来例では、インペラの軸方向片側（吸気側又は排気側）に設けた回路基板の外周端部の全周に放熱膜（導電パターン）を設け、これに集積回路の放熱用端子を接続している。そして、インペラの回転に伴って生ずる空気流の一部が放熱膜を冷却し、もって集積回路の冷却効果を高めるようにしている。

また、特許文献２に記載された冷却用ファンは軸流ファンの従来例である。軸流ファンでは、軸方向両側又は片側に設けられた吸気口から吸い込まれた空気がハウジング内で周方向に送られた後、ハウジングの外周面に設けられた排出口から径方向外側（遠心方向）に排出される。この従来例では、直方体形状の変則的なハウジングが使用され、その内部空間のうちのインペラの外周端から外れたコーナー部に発熱部品を配置している。なお、ハウジングの軸方向片側の壁面は回路基板が兼ねており、矩形の回路基板のコーナー部に発熱部品を実装することによって上記のような構造を得ている。そして、そのハウジングの内部空間を周方向に流れる空気の一部が発熱部品を冷却するように構成されている。
特開２００４−３１９９４９号公報特開２００２−２９１１９４号公報

遠心ファンにおける回路基板に実装された発熱部品の冷却のための構造としては、上記の特許文献２に記載されているような構造が知られているが、この構造では以下のような短所がある。第１に、ハウジングの一面を構成する回路基板のサイズが大きくなると共に、この面にも吸気口を設ける場合はそれに対応する開口を回路基板に形成する必要がある。したがって、回路基板の無駄な部分が多くなり、コスト的に不利である。また、通常の遠心ファンでは略円筒形状のハウジングを用いて、その内部空間の断面が排出口に向かって周方向に徐々に大きくなるように形成されるが、この従来例の構造では直方体形状の変則的なハウジングが使用されるので、内部空間（空気流路）の断面が周方向に変化し、円滑な送風性能を得にくい。しかも、その空気流路の中に発熱部品が存在するので気流の乱れが生じやすく、その結果、送風性能や騒音（ノイズ）に関して問題が生じやすい。

本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、送風性能や低騒音性を犠牲にすることなく発熱部品の放熱効果を高めた構造を有する遠心ファンを提供することを目的とする。

本発明による遠心ファンの第１の構成（請求項１）は、略円筒形状のハウジングの内部にモータ及び略円板状の回路基板が同軸状に重なるように収容され、前記モータの外周側には複数の羽根を有する送風用のインペラが備えられ、前記インペラの回転に伴って、前記ハウジングの軸方向から吸い込まれた気体が前記ハウジングの外周面に設けられた排出口から排気されるように構成された遠心ファンにおいて、前記ハウジングの軸方向の少なくとも回路基板配置側の壁面には吸気口が設けられ、当該壁面の吸気口は略環状に形成され、当該壁面の内側に配置された前記回路基板の外周が前記吸気口の内周の内側にほぼ収まり、前記回路基板の外周端部に発熱する電子部品が実装され、前記略環状の吸気口から吸い込まれる気体の一部が前記電子部品の近傍を流れることによって前記電子部品を冷却するように構成されていることを特徴とする。このような構成によれば、軸方向の片側の壁面に形成された略環状の吸気口から吸い込まれる気体の一部が発熱する電子部品の近傍を流れて冷却効果を高めるので、送風性能や低騒音性にほとんど影響を与えない。これにより、送風性能や低騒音性に優れた遠心ファンを提供することができる。また。回路基板は、略環状の吸気口の内周の内側に収まる略円板形状であるので無駄が少なく、コスト面で有利である。

本発明による遠心ファンの第２の構成（請求項２）は、上記第１の構成において、前記略環状の吸気口の内周側の壁面部が、前記電子部品が露出するように切り欠いた形状であることを特徴とする。

本発明による遠心ファンの第３の構成（請求項３）は、上記第１又は第２の構成において、前記電子部品が放熱用端子を有する集積回路であり、その放熱用端子が前記回路基板の外周側を向くように配置されていることを特徴とする。このような集積回路として、ファンモータの駆動制御用の集積回路が使用され、その発熱はインペラの回転数が増加するほど大きくなる。放熱用端子が回路基板の外周側を向くように配置されていることによって略環状の吸気口から吸い込まれる気体による集積回路の冷却が一層効果的に行われる。

本発明による遠心ファンの第４の構成（請求項４）は、上記いずれかの構成において、前記電子部品の放熱用端子が半田付けされる前記回路基板の導電パターンが、前記回路基板の外周端に沿って形成されていることを特徴とする。例えば、従来例として挙げた特許文献１に記載されている軸流ファンの回路基板のように、回路基板の外周端に沿って全周を囲むように導電パターンを設けてもよいし、その一部に円弧状に導電パターンを設けてもよい。この導電パターンが略環状の吸気口から吸い込まれる気体によって冷却されるので、電子部品の放熱効果が一層高くなる。

本発明による遠心ファンの第５の構成（請求項５）は、上記いずれかの構成において、前記回路基板の円周状外周端の少なくとも１箇所に突出部が設けられ、当該突出部に前記電子部品が配置されていることにより、前記電子部品の端部が前記略環状の吸気口に露出するように構成されていることを特徴とする。このような構成によれば、電子部品の端部を積極的に吸気口に露出させることができるので、吸気口から吸い込まれる気体による電子部品の冷却効果が一層高くなる。

本発明による遠心ファンの第６の構成（請求項６）は、上記いずれかの構成において、前記電子部品は、前記回路基板の周方向において前記ハウジングの排出口に近い位置に配置されていることを特徴とする。遠心ファンでは、軸方向に垂直な壁面に形成された環状の吸気口から吸い込まれる気体の流量は、周方向における排出口に近い位置で最も多くなる。この位置に電子部品を配置することにより、吸気口から吸い込まれる気体による電子部品の冷却効果を一層高めることができる。

本発明による遠心ファンの第７の構成（請求項７）は、上記いずれかの構成において、前記電子部品の表面が、熱伝導性の高い粘着テープを介して金属薄板からなる銘板に接着されていることを特徴とする。このような構成によれば、吸気口から吸い込まれる気体による電子部品の冷却効果に加えて、金属薄板からなる銘板を介した自然放熱効果が得られるので、電子部品の冷却（放熱）が一層促進される。

本発明によれば、遠心ファンの軸方向片側の壁面に形成された略環状の吸気口から吸い込まれる気体の一部が発熱する電子部品の近傍を流れて冷却効果を高めるので、送風性能や低騒音性にほとんど影響を与えない。したがって、送風性能や低騒音性を犠牲にすることなく発熱部品の放熱効果を高めた構造を有する遠心ファンを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。なお、以下の説明において各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を意味し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を意味するわけではない。

図１は、本発明の実施例に係る遠心ファンの外観を示す斜視図である。（ａ）は軸方向の片側を上にした斜視図であり、（ｂ）は（ａ）と反対側を上にした斜視図である。また、図２は、本発明の実施例に係る遠心ファンの軸方向の断面を示す図である。図２において上下方向が遠心ファンの軸方向に相当し、左右方向が遠心ファンの径方向に相当する。図２における下側の面は図１（ａ）における上面に対応し、以下の説明で基端面（又は軸方向基端側）という。図２における上側の面は図１（ｂ）における上面に対応し、以下の説明で先端面（又は軸方向先端側）という。また、図３は、本発明の実施例に係る遠心ファンの軸方向基端側から見た平面図であり、中央部に貼付される円形の銘板を剥がした状態を示している。

本実施例の遠心ファンは、略円筒形状のハウジング１の内部にインペラ２とその駆動用モータ及び略円板状（正確にはドーナツ状）の回路基板３が同軸状に重なるように収容された構造を有する。モータは後述するステータ電機子（以下、単にステータという）、ロータマグネット、ロータハブ、回転軸、軸受機構等で構成されている。

ハウジング１は、軸方向基端側の壁面（基端面）１１に略環状の吸気口１１ａを備え軸方向先端側の壁面（先端面）１２の略中央部に円形の吸気口１２ａを備えている。図１（ａ）に示すように、略環状の吸気口１１ａは４本の連結部１１３で周方向に分断されている。つまり、図３からも分かるように、基端面１１の中心部１１１と外周部１１２とが４本の連結部１１３で接続されている。また、図１（ｂ）に示すように、ハウジング１の先端面１２に設けられた円形の吸気口１２ａの内側には、インペラ２の中央円筒部２１が見えている。ハウジング１の外周部には略矩形の排出口１ａが形成されている。

インペラ２が回転すると、図１及び図２に矢印線で示すように、ハウジング１の軸方向の吸気口１１ａ，１２ａから吸い込まれた空気がハウジング１の内部で周方向に送られ、ハウジング１の外周面に設けられた排出口１ａから排気される。なお、ハウジング１の内部の導風路は、図３から分かるように、周方向に沿って排出口１ａに向かって徐々に断面積が広がるように構成されている。

インペラ２は、軸方向に延びる複数の羽根が周方向に一定間隔で設けられた外周羽根部２２と中央円筒部２１とが複数の連結部２３で連結された構造を有する。図１（ａ）及び（ｂ）において、インペラ２の外周羽根部２２を構成する複数の羽根（軸方向の線）が吸気口１１ａ、１２ａの隙間に見えている。中央円筒部２１の中心には軸方向先端側から基端側に延びる回転軸４が圧入され、接着等の手段で固定されている。図２に示すように、ハウジング１の基端面１１（中心部１１１）の中心には、円筒状の軸受部１１４が立設され、その内側にオイルが含浸された焼結金属又はセラミック製のスリーブ５が固定されている。このスリーブ５によって回転軸４のラジアル軸受が構成されている。また、軸受部１１４の底面には金属又はセラミック製のスラスト板６が埋め込まれており、図２に示すようにスラスト板６の上面と回転軸４の基端側端面とが対向してスラスト軸受が構成されている。

ハウジング１の基端面１１に立設された軸受部１１４の外周にはステータ７が固定されている。また、インペラ２の中央円筒部２１の内周面２１ａには略円筒状のロータヨーク８が内嵌固定され、さらにロータヨーク８の内周面には、円筒形状のロータマグネット９が内嵌固定されている。ステータ７の外周面とロータマグネット９の内周面は所定のギャップを隔てて対向している。

上述の軸受部１１４、回転軸４、スリーブ５、スラスト板６を含む軸受機構と、ステータ７と、ロータマグネット９とがブラシレス型のモータを構成している。モータのステータ７が励磁されると回転磁界が発生し、ロータマグネット９に回転力が与えられる。そして、ロータマグネット９、ロータヨーク８、インペラ２等が一体として回転する。その結果、前述のように、ハウジング１の軸方向の吸気口１１ａ，１２ａから吸い込まれた空気がハウジング１の内部で周方向に送られ、ハウジング１の外周面に設けられた排出口１ａから排気される。

図４は、本発明の実施例に係る遠心ファンの回路基板を基端側から見た平面図である。回路基板３は、ガラス基材又は紙基材の両面又は片面に銅箔の回路パターンを形成したものであり、図４に示すような略円板状（ドーナッツ状）に打ち抜かれている。中央の略円形の開口３ａは、ハウジング１の基端面１１に立設された軸受部１１４を逃げるための開口である。図２及び図３から分かるように、回路基板３は、ハウジング１の基端面１１の内側に配置され、その外周は吸気口１１ａの内周の内側にほぼ収まる。但し、回路基板３の円周状外周端の１箇所に突出部３１が設けられ、この突出部３１は吸気口１１ａに露出している（図３参照）。

図４に示すように、回路基板３の基端側の面には、集積回路４１、ホール素子５１、チップ抵抗、チップコンデンサ等の表面実装部品が実装されている。ホール素子５１は、モータのロータ側の回転速度（及び位相）を検出するための素子であり、その出力信号が集積回路４１に入力されている。集積回路４１は、ホール素子５１からの信号等に基づいてモータの回転駆動制御、すなわちステータ７の励磁電流の制御を行う。この集積回路４１は発熱部品であり、ロータ側の回転数が増加するほど（平均励磁電流が増加するほど）集積回路４１の発熱が大きくなる。したがって、十分な送風性能を得るには集積回路４１の放熱性能を向上する必要がある。

本実施例の遠心ファンでは、以下に説明するようないくつかの工夫によって集積回路４１の放熱性能を向上している。まず、集積回路４１を上記のような回路基板３の突出部３１に配置することによって、図３からよく分かるように、集積回路４１の一部が吸気口１１ａに露出している。したがって、吸気口１１ａから吸い込まれる空気の流れによる集積回路４１の冷却効果が得られる。また、本実施例における集積回路４１は長手方向一端側に一対の放熱用端子４１ａを備えており、集積回路４１の内部で発生した熱がこの放熱用端子４１ａを介して効率的に外部へ放熱されるようになっている。そこで、本実施例では、集積回路４１の放熱用端子４１ａが回路基板３の外周側を向くように配置されている。これによって吸気口１１ａから吸い込まれる空気の流れによる集積回路４１の冷却効果が一層高められる。

集積回路４１の放熱のための他の工夫点として、放熱用端子４１ａが半田付けによって接続される放熱用パターン（導電パターン）３２が、図４にハッチングで示すように、回路基板３の外周端に沿って形成されている。吸気口１１ａから吸い込まれる空気は回路基板３の外周端の近傍を流れるので、集積回路４１の内部で発生した熱が放熱用端子４１ａから放熱用パターン３２へ逃げ、吸気口１１ａから吸い込まれる空気によって効果的に放熱される。なお、図４に示す実施例では回路基板３の外周端に沿って全周を囲むように導電パターン３２が形成されているが、外周端の一部に沿って円弧状の放熱用パターンを設けてもよい。

また、回路基板３における集積回路４１の周方向位置、すなわち突出部３１の周方向位置は、図３からよく分かるように、ハウジング１の排出口１ａに近い位置になるように設計されている。この種の遠心ファンでは、軸方向の側面（本実施例では基端面１１）に形成された環状の吸気口１１ａから吸い込まれる空気の流量は、周方向において排出口１ａに近い位置で最も多くなる。そこで、この位置に集積回路４１を配置することにより、吸気口１１ａから吸い込まれる空気による集積回路４１の冷却効果を一層高めることができる。

集積回路４１の放熱のためのさらに別の工夫点として、図２及び図３から分かるように、集積回路４１の表面が、熱伝導性の高い粘着テープ４２を介して金属薄板からなる銘板４３に接着されている。但し、図３では、銘板４３を剥がした状態が示されており、銘板４３の円形輪郭が破線で示されている。ハウジング１の基端面１１の中心部１１１には、銘板４３の厚みにほぼ相当する深さの円形凹部１１ｂが形成されており、例えばアルミニウムの薄板からなる銘板４３が円形凹部１１ｂに嵌め込まれるようにして貼付される。ハウジング１の基端面１１の中心部１１１には、その円周部の一部を切り欠く矩形の切り欠き部１１ｃが形成されており、この切り欠き部１１ｃは集積回路４１の逃げ部となっている（図３参照）。そして、集積回路４１の表面と銘板４３の裏面（先端側の面）とが僅かな隙間で対向するように寸法設計されている。

したがって、集積回路４１の表面に粘着テープ４２を貼付してから銘板４３をハウジング１の基端面１１の中心部１１１に形成された円形凹部１１ｂに貼付すれば、集積回路４１の表面と銘板４３の裏面とが粘着テープ４２を介して接着される。こうすることにより、集積回路４１の熱が粘着テープ４２及び銘板４３を介して放熱されやすくなる。つまり、上述のような吸気口１１ａから吸い込まれる空気による冷却効果に加えて、金属薄板である銘板４３を介した自然放熱効果が得られるので、集積回路４１の放熱が一層促進される。

以上説明したように、本実施例の遠心ファンでは、回路基板３に実装された発熱部品である集積回路４１の放熱が上述したような構造によって促進されるので、送風性能を向上することができる。しかも、ハウジング１の内部の空気流路には突出物が存在しないので気流の乱れや騒音が発生しにくい。したがって送風性能や低騒音性を犠牲にすることなく発熱部品の放熱効果を高めた構造を有する遠心ファンが提供される。

以上、本発明の実施例について、適宜変形例に言及しながら説明したが、本発明は、これらの実施例及び変形例に限らず種々の形態で実施することができる。例えば、回路基板３に実装された発熱部品は集積回路に限らず、パワートランジスタや抵抗等の電子部品であってもよい。また、上記の実施例では回路基板３の径方向寸法に対して発熱部品（集積回路４１）のサイズが比較的大きいが、発熱部品のサイズが比較的小さい場合も考えられる。この場合は、発熱部品を回路基板３の外周端部近くに寄せて配置することにより、吸気口１１ａから吸い込まれる空気が発熱部品の近傍を流れることによる発熱部品の冷却効果が高められる。この場合は、回路基板３の円周状外周端に突出部３１を設ける必要は必ずしも無いが、突出部３１を設けてそこに発熱部品を配置すれば、発熱部品の冷却効果が一層高められる。

本発明の実施例に係る遠心ファンの外観を示す斜視図である。本発明の実施例に係る遠心ファンの軸方向の断面を示す図である。本発明の実施例に係る遠心ファンの軸方向基端側から見た平面図である。本発明の実施例に係る遠心ファンの回路基板を基端側から見た平面図である。

符号の説明

１ハウジング
１ａ排出口
２インペラ
３回路基板
１１基端面（軸方向の片側の壁面）
１１ａ吸気口
３１突出部
３２放熱用パターン（導電パターン）
４１集積回路（発熱する電子部品）
４１ａ放熱用端子
４２粘着テープ
４３銘板

Claims

略円筒形状のハウジングの内部にモータ及び略円板状の回路基板が同軸状に重なるように収容され、前記モータの外周側には複数の羽根を有する送風用のインペラが備えられ、前記インペラの回転に伴って、前記ハウジングの軸方向から吸い込まれた気体が前記ハウジングの外周面に設けられた排出口から排気されるように構成された遠心ファンであって、
前記ハウジングの軸方向の少なくとも回路基板配置側の壁面には吸気口が設けられ、当該壁面の吸気口は略環状に形成され、当該壁面の内側に配置された前記回路基板の外周が前記吸気口の内周の内側にほぼ収まり、前記回路基板の外周端部に発熱する電子部品が実装され、前記略環状の吸気口から吸い込まれる気体の一部が前記電子部品の近傍を流れることによって前記電子部品を冷却するように構成されていることを特徴とする遠心ファン。
前記略環状の吸気口の内周側の壁面部が、前記電子部品が露出するように切り欠いた形状であることを特徴とする
請求項１記載の遠心ファン。
前記電子部品が放熱用端子を有する集積回路であり、その放熱用端子が前記回路基板の外周側を向くように配置されていることを特徴とする
請求項１又は２記載の遠心ファン。
前記電子部品の放熱用端子が半田付けされる前記回路基板の導電パターンが、前記回路基板の外周端に沿って形成されていることを特徴とする
請求項１、２又は３記載の遠心ファン。
前記回路基板の円周状外周端の少なくとも１箇所に突出部が設けられ、当該突出部に前記電子部品が配置されていることにより、前記電子部品の端部が前記略環状の吸気口に露出するように構成されていることを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の遠心ファン。
前記電子部品は、前記回路基板の周方向において前記ハウジングの排出口に近い位置に配置されていることを特徴とする
請求項１から５のいずれか１項記載の遠心ファン。
前記電子部品の表面が、熱伝導性の高い粘着テープを介して金属薄板からなる銘板に接着されていることを特徴とする
請求項１から６のいずれか１項記載の遠心ファン。