JP2019080446A - 空気動圧軸受用カバー - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの空気動圧軸受として気密性を保つために設けられ、モータの小型化を図るための空気動圧軸受用カバーを提供することにある。【解決手段】 軸受カバー７は、モータ本体１の回転軸となるシャフト１１の変動を空気動圧により抑制する空気動圧軸受の気密性を保つための空気動圧軸受用カバーであって、円板形状でシャフト１１よりも大きい径の円柱形状の空洞７３が設けられたカバー本体７１と、円板形状の側面の円周に設けられ、圧入されることで空気動圧軸受の気密性を保つ圧入部７２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの空気動圧軸受に用いる空気動圧軸受用カバーに関する。

一般に、ファンなどのモータに空気動圧軸受を用いることが知られている。例えば、扁平高トルクアウターロータ型モータに空気動圧軸受を用いたファンが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−２２８７５２号公報

しかしながら、モータに空気動圧軸受を用いた場合、回転軸のスラスト方向の一方の端部に、気密性を保つためのカバーが必要となる。このカバーは、回転軸が衝突しても抜けないように確実に固定されている必要がある。カバーを固定するために、接着剤や止め輪を用いることが考えられるが、この場合は、接着剤のフィレットや止め輪を設けるための空間が必要となる。したがって、このようにカバーを固定すると、モータの小型化の妨げとなる。

本発明の実施形態の目的は、モータの空気動圧軸受として気密性を保つために設けられ、モータの小型化を図るための空気動圧軸受用カバーを提供することにある。

本発明の観点に従った空気動圧軸受用カバーは、モータの回転軸となるシャフトの変動を空気動圧により抑制する空気動圧軸受の気密性を保つための空気動圧軸受用カバーであって、円板形状で前記シャフトよりも大きい径の円柱形状の空洞が設けられたカバー本体と、前記円板形状の側面の円周上に設けられ、圧入されることで前記空気動圧軸受の気密性を保つ圧入部とを備える。

本発明の実施形態によれば、モータの空気動圧軸受として気密性を保つために設けられ、モータの小型化を図るための空気動圧軸受用カバーを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図。 第１の実施形態に係る軸受カバー７を上方から見た斜視図。 第１の実施形態に係る軸受カバー７を下方から見た斜視図。 第１の実施形態に係る軸受カバーを側面から見た断面図。 本発明の第２の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図。 第２の実施形態の変形例に係る軸受カバーを側面から見た断面図。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る軸流ファン１０の構成を示す断面図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、異なる部分を主に説明する。

軸流ファン１０は、例えば、サーバを冷却するための冷却ファンとして用いられる。軸流ファン１０は、モータ本体１、インペラー２、外枠３、軸受スリーブ４、磁気軸受５、固定部材６、及び、軸受カバー７を備える。

モータ本体１は、シャフト１１、シャフトホルダ１２、フレーム１３、マグネット１４、コア１５、複数のコイル１６、及び、基板１７で構成される。

モータ本体１は、回転する回転体と、回転体の回転に対して静止している静止部分とに分けられる。モータ本体１の回転体は、シャフト１１、シャフトホルダ１２、フレーム１３、及び、マグネット１４で構成される。モータ本体１の静止部分は、コア１５、複数のコイル１６、及び、基板１７で構成される。

その他に、モータ本体１には、様々な支持部材が含まれてもよい。例えば、支持部材は、モータ本体１の静止部分に対して回転体が回転するように支持する部材、又は、モータ本体１の静止部分が外枠３に固定されるように支持する部材などである。具体例としては、支持部材は、コア１５及びコイル１６を配置するための部材、又は、基板１７に設けられた小さい穴に貫通させて、静止部分を外枠３に固定する棒状の部材などである。

シャフト１１は、円柱形状であり、回転体の回転軸である。シャフト１１は、鉄などの金属製である。例えば、シャフト１１の長さは、軸流ファン１０の出力の仕様などにより決定される。

シャフトホルダ１２は、リング形状である。シャフトホルダ１２は、表面の中央の穴にシャフト１１の上部を嵌合した状態で接合される。シャフトホルダ１２の底面部分は、フレーム１３の上部に接合される。シャフトホルダ１２は、真鍮などの金属製である。

フレーム１３は、円筒形状の一端を塞ぐ円形状の表面（上面）にシャフト１１が突き出す穴が中央に設けられた形状である。フレーム１３の上面の穴は、シャフト１１が貫通した状態で、シャフト１１とフレーム１３との間にできる隙間をシャフトホルダ１２により覆うように塞がれた状態になる。フレーム１３は、鉄などの金属製である。フレーム１３は、プレス加工されることにより成形される。

マグネット１４は、モータ本体１のロータとしての機能を持つ永久磁石である。マグネット１４は、円筒形状をしており、フレーム１３の内側に取り付けられる。例えば、マグネット１４は、一枚の板状のゴム磁石を円筒状に丸め、フレーム１３の内側に取り付けてもよい。

コア１５及びコイル１６は、フレーム１３の内部に設けられる。各コイル１６は、コア１５に巻かれて、シャフト１１の周りを円周上に等間隔に配置される。コイル１６及びコア１５は、モータ本体１のステータとしての機能を持つ。なお、コア１５は、いくつの部材で構成されてもよい。例えば、コア１５は、薄い板を回転軸方向に積み重ねて形成し、渦電流損失を抑制する構造でもよい。

基板１７は、シャフト１１及び軸受スリーブ４などが貫通する穴が中央に設けられた円板形状をしている。基板１７は、モータ本体１を駆動するための制御回路が実装される。なお、基板１７には、ロータの回転位置を検出するセンサが設けられていてもよい。また、基板１７は、モータ本体１ではなく、外枠３に取り付けられていてもよい。

インペラー２は、円筒形状の一端が塞がれた形状に複数の羽根が設けられた形状である。これらの羽根は、シャフト１１と共にインペラー２が回転すると回転軸方向に風を流すような形状に成形される。インペラー２の表面（上面）には、シャフトホルダ１２の外周面が嵌合する穴が中央に設けられる。インペラー２の内側の形状は、フレーム１３が上部から嵌るような形状である。インペラー２は、フレーム１３に被せるようにして、上面の穴にシャフトホルダ１２の外形が嵌るように取り付けられる。インペラー２の内周面とフレーム１３の外周面は、接着剤などで接合される。インペラー２は、例えば、プラスチックなどの樹脂製である。

外枠３は、軸流ファン１０の最も外側を覆う部分である。外枠３は、モータ本体１が収納される円筒形状部分の両端に、軸流ファン１０を実装箇所に取り付けるための穴が設けられた四角形状のフランジ部分が取り付けられた形状である。外枠３の底面側の中央には、モータ本体１が実装される箇所となるカップ部分３１が設けられる。モータ本体１は、インペラー２が上になるように、カップ部分３１に設置される。カップ部分３１は、外枠３の外形部分と複数の静止翼（リブ）で接続される。静止翼は、モータ本体１の回転体の回転に応じて、隣接する２つの静止翼の間を回転軸方向に風が通り抜けるような形状に成形される。静止翼は、空気の流動特性を確保するために、樹脂などの柔軟性のある素材で、薄い形状に成形される。

軸受スリーブ４は、外枠３のカップ部分３１の中央に、垂直になるように設けられる。軸受スリーブ４は、円筒形状である。モータ本体１は、軸受スリーブ４にシャフト１１が挿入されるように実装される。軸受スリーブ４は、シャフト１１のラジアル方向の変動を抑制するための空気動圧軸受である。シャフト１１が回転すると、シャフト１１の周りの空気動圧により、シャフト１１と軸受スリーブ４との隙間が一定に保たれることで、シャフト１１の変動が抑制される。したがって、シャフト１１の回転時では、シャフト１１と軸受スリーブ４は、非接触に保たれる。

磁気軸受５は、軸受スリーブ４の底面に位置する部分に設けられる。磁気軸受５は、主に永久磁石で構成される。磁気軸受５は、永久磁石同士の磁気による引力又は反発力などを利用して、シャフト１１のスラスト方向の変動を抑制する。したがって、シャフト１１と磁気軸受５は、非接触に保たれる。なお、シャフト１１のスラスト方向の変動を抑制する軸受ならば、磁気軸受５に限らないが、磁気軸受５のように、シャフト１１が非接触に保たれる非接触型の軸受であれば、耐久性が良く、高速回転に適している。

固定部材６は、軸受スリーブ４及び磁気軸受５などを外枠３のカップ部分３１に固定するための部材である。固定部材６は、いくつの部材で構成されてもよい。例えば、固定部材６は、外枠３に固定するためのネジなどが含まれてもよい。

図２は、本実施形態に係る軸受カバー７を上方から見た斜視図である。図３は、本実施形態に係る軸受カバー７を下方から見た斜視図である。図４は、本実施形態に係る軸受カバー７を側面から見た断面図である。

軸受カバー７は、軸受スリーブ４の底面側に設けられ、空気動圧軸受として気密性を保つためのカバーである。軸受カバー７は、接着剤などを用いずに、固定部材６に設けられる円形状の穴に圧入により固定される。軸受カバー７は、例えば、樹脂製又は金属製であるが、どのような材質でもよい。

軸受カバー７は、カバー本体７１に圧入部７２が設けられた形状である。

カバー本体７１は、円板形状の上側（シャフト１１側）の中央に円柱形状の空洞７３が設けられた形状である。具体例としては、空洞７３の深さは、カバー本体７１の厚さの約半分程度であり、空洞７３の径は、カバー本体７１の径よりも少し小さい程度である。空洞７３の径は、シャフト１１が回転中に変動しても、カバー本体７１の縁に当たらずに空洞７３の内部に納まるように、シャフト１１の径よりも大きければよい。

圧入部７２は、カバー本体７１の側面の円周が凸形状に盛り上がるように設けられる。圧入部７２は、圧入にされることより固定部材６と密着することで、軸受カバー７が固定部材６に固定され、かつ、空気動圧軸受である軸受スリーブ４の内部にある空気が漏れないように気密性を保つようにする。圧入部７２は、カバー本体７１の上半分にある位置に設けられる。即ち、カバー本体７１の側面の圧入部７２がある位置の内側には、空洞７３が位置する。なお、圧入部７２は、カバー本体７１の上半分に限らず、どの位置に設けられてもよいし、固定部材６と接触する平面部分の幅はどのくらいの長さでもよい。例えば、カバー本体７１の側面が全て圧入部７２でもよい。圧入部７２の断面は、例えば、台形または長方形である。

軸受カバー７により気密性が保たれることで、空気動圧軸受の内部が空気ダンパーとしての役割を持つ。具体的には、シャフト１１が上方に動くと、気密性が保たれていることで、空気動圧軸受の内部の下方にある空気が上方に引っ張られる。したがって、上方に引っ張られた空気は、縮むように戻ろうとするため、これにより、シャフト１１を下方に引き戻すような力が働く。一方、シャフト１１が下方に動いたとすると、空気動圧軸受の内部の下方にある空気が圧縮される。これにより、圧縮した空気が膨らむように戻ろうとすることで、空気がクッションの役割を果すため、シャフト１１が軸受カバー７に加える衝撃を和らげる。

本実施形態によれば、軸流ファン１０に軸受カバー７を用いることで、以下の作用効果を得ることができる。なお、本実施形態では、軸流ファン１０について説明したが、モータを用いる装置であれば、どのような装置に軸受カバー７を用いても、同様の作用効果を得ることができる。

軸受カバー７の上側に空洞７３が設けられていることにより、シャフト１１と軸受カバー７との距離が長くなるため、シャフト１１がスラスト方向に変動しても、シャフト１１が軸受カバー７に衝突することが軽減され、仮に、シャフト１１が軸受カバー７に衝突しても、その衝撃が軽減される。

軸受カバー７の上側に空洞７３が設けられていることにより、空洞７３が設けられていない底面側が下方に曲がるように変形し易くなる。さらに、圧入部７２がカバー本体７１の上半分に設けられていれば、圧入部７２と固定部材６との接触点が支点となることで、より底面側が下方に曲がるように変形し易くなる。これにより、シャフト１１が軸受カバー７に衝突しても、軸受カバー７が下方に曲がることで、シャフト１１の衝突による衝撃が軽減され、軸受カバー７が脱落し難くなる。

軸受カバー７の側面に圧入部７２を設けることで、軸受カバー７を圧入で軸流ファン１０に取り付けることができる。ここで、軸受カバー７は、上述したように、シャフト１１が衝突しても、衝撃を軽減することができるため、フィレットを設けて接着剤を使用したり、止め輪を用いたりしなくても、シャフト１１の衝突による脱落を抑制することができる。なお、軸受カバー７の側面を全て圧入部７２として、軸受カバー７が脱落し難くなるようにしてもよい。この場合、軸受カバー７を金属などの剛性の高い材質にすることで、より脱落を防止することができる。

したがって、軸受カバー７を用いることで、接着剤のためのフィレットや止め輪を設けなくてもよいため、軸流ファン１０を小型化することができる。
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る軸流ファン２０の構成を示す断面図である。

軸流ファン２０は、図１に示す第１の実施形態に係る軸流ファン１０と同様の２つの軸流ファン１０ａ，１０ｂを底面側同士で接合して構成した二重反転ファンである。したがって、軸流ファン２０が二重反転ファンとして構成されるように、２つの軸流ファン１０ａ，１０ｂのそれぞれのシャフト１１の回転方向は、互いに逆回転となり、２つの軸流ファン１０ａ，１０ｂのそれぞれから発生した風の向きは、同一方向に流れるように構成される。その他の点については、２つの軸流ファン１０ａ，１０ｂは、それぞれ第１の実施形態に係る軸流ファン１０と同様である。

２つの軸流ファン１０ａ，１０ｂのそれぞれの軸受カバー７は、互いに空洞７３が設けられていない側の底面が対向するように配置される。２つの軸受カバー７は、接触しなくてもよいが、接着されてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

二重反転ファンである軸流ファン２０において、２つの軸受カバー７を互いに底面が対向するように配置することで、第１の実施形態よりもより確実に２つの軸受カバー７の脱落を防止することができる。例えば、各軸受カバー７の圧入部７２の固定部材６と接触する平面部分の幅は、軸受カバー７の厚さに対して、１０分の１程度でもよい。各軸受カバー７の材質を、金属よりも一般的に剛性の低い樹脂を用いても、脱落を確実に防止することができる。

なお、本実施形態の変形例として、図６に示すように、２つの軸受カバー７の底面を接合して一体化した軸受カバー７Ａを用いてもよい。軸受カバー７Ａは、２つの軸受カバー７のそれぞれのカバー本体７１を１つの部材で成形することで一体化したものをカバー本体７１Ａとしている。これにより、軸流ファン２０の部品点数を減らすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。

１…モータ本体、２…インペラー、３…外枠、４…軸受スリーブ、５…磁気軸受、６…固定部材、７…軸受カバー、１０…軸流ファン、１１…シャフト、１２…シャフトホルダ、１３…フレーム、１４…マグネット、１５…コア、１６…コイル、１７…基板、３１…カップ部分。

Claims (7)

1. モータの回転軸となるシャフトの変動を空気動圧により抑制する空気動圧軸受の気密性を保つための空気動圧軸受用カバーであって、
   円板形状で前記シャフトよりも大きい径の円柱形状の空洞が設けられたカバー本体と、
   前記円板形状の側面の円周上に設けられ、圧入されることで前記空気動圧軸受の気密性を保つ圧入部と
   を備えたことを特徴とする空気動圧軸受用カバー。
2. 前記圧入部は、内側が前記空洞に位置する前記カバー本体の側面に設けられ、内側が前記空洞に位置しない前記カバー本体の側面に設けられていないこと
   を特徴とする請求項１に記載の空気動圧軸受用カバー。
3. 二重反転ファンを構成する２つの前記モータにそれぞれ用いられ、それぞれの前記カバー本体が、互いに前記空洞が設けられていない側で対向するように配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の空気動圧軸受用カバー。
4. それぞれの前記カバー本体が、互いに前記空洞が設けられていない側で対向するように一体化されたこと
   を特徴とする請求項３に記載の空気動圧軸受用カバー。
5. モータの回転軸となるシャフトと、
   前記シャフトの変動を空気動圧により抑制する空気動圧軸受と、
   前記空気動圧軸受の気密性を保つための空気動圧軸受用カバーとを備え、
   前記空気動圧軸受用カバーは、
   円板形状で前記シャフトよりも大きい径の円柱形状の空洞が設けられたカバー本体と、
   前記円板形状の側面の円周上に設けられ、圧入されることで前記空気動圧軸受の気密性を保つ圧入部とを備えたこと
   を特徴とするモータ。
6. モータの回転体と共に回転するインペラーと、
   前記モータの回転軸となるシャフトと、
   前記シャフトの変動を空気動圧により抑制する空気動圧軸受と、
   前記空気動圧軸受の気密性を保つための空気動圧軸受用カバーとを備え、
   前記空気動圧軸受用カバーは、
   円板形状で前記シャフトよりも大きい径の円柱形状の空洞が設けられたカバー本体と、
   前記円板形状の側面の円周上に設けられ、圧入されることで前記空気動圧軸受の気密性を保つ圧入部とを備えたこと
   を特徴とする軸流ファン。
7. 請求項６に記載の軸流ファンを２つ備え、
   ２つの前記軸流ファンは、それぞれの前記空気動圧軸受用カバーが、互いに前記空洞が設けられていない側で対向するように構成されたこと
   を特徴とする二重反転ファン。

Images