JP2020165527A - 気体動圧軸受、モータおよびファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト軸受部用のマグネットを配置するスペース、および回転部を支持するための軸受スペースを確保しつつ、スラスト軸受部がスラスト方向の負荷を支持できる磁力を確保できる構造を提供する。【解決手段】中心軸９を中心に回転可能でありシャフト動圧部３１５を有するシャフト３１と、シャフト動圧部と径方向に隙間を介して対向するスリーブ動圧部２５５を有するスリーブ２５とを有する気体動圧軸受であって、気体動圧軸受の軸方向一方側には、シャフトに支持された回転側マグネット３１１およびスリーブに支持された固定側マグネット２５１により軸方向に位置決め可能なスラスト軸受部５を有する。固定側マグネットの軸方向両端部には、強磁性体の固定側補助部材２５３を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、気体動圧軸受と、当該気体動圧軸受を有するモータと、当該モータおよびインペラを有するファンモータとに関する。

従来、気体動圧軸受を用いたモータが知られている。モータの回転部材は、静止部材に対して、気体動圧軸受を介して回転可能に支持される。気体動圧軸受が形成される部位における、回転部材と静止部材との間には、微小な間隙が設けられる。また、回転部材と静止部材の少なくとも一方の、当該間隙を構成する面には、動圧発生溝が設けられる。さらに、モータの回転部材を、静止部材に対してスラスト方向に支持するスラスト軸受が設けられる。モータの回転部材は、スラスト軸受の磁石によりスラスト方向に支持される。従来の気体動圧軸受を用いたモータの構造については、例えば、特開２００３−１６６５３４公報に記載されている。
特開２００３−１６６５３４公報

特開２００３−１６６５３４公報のモータでは、動圧気体軸受装置において、フランジ部の外周側面とフランジ部の外周側面に対向するハブ内面との間に、ハブをスラスト方向に支持するスラスト軸受を設けた構造が開示されている。しかし、上記のスラスト軸受を、軸受付近の限られたスペースに配置する構造を適用すると、スラスト軸受用のマグネットを配置するスペース、またはスラスト方向の負荷を支持できる磁力を確保できない虞がある。

本発明の目的は、気体動圧軸受のスラスト方向を支持するスラスト軸受部において、スラスト軸受部用のマグネットを配置するスペース、および回転部を支持するための軸受スペースを確保しつつ、スラスト軸受部がスラスト方向の負荷を支持できる磁力を確保できる構造を提供することである。

本発明の例示的な発明は、中心軸を中心に回転可能でありシャフト動圧部を有するシャフトと、前記シャフト動圧部と径方向に隙間を介して対向するスリーブ動圧部を有するスリーブとを有する気体動圧軸受であって、前記気体動圧軸受の軸方向一方側には、前記シャフトに支持された回転側マグネットおよび前記スリーブに支持された固定側マグネットにより軸方向に位置決め可能なスラスト軸受部を有する。前記回転側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、軸方向に異なる磁極を有する。前記固定側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、前記回転側マグネットと径方向に隙間を介して対向し、前記回転側マグネットの前記磁極と径方向に異なる磁極を有する。前記固定側マグネットの軸方向両端部には、強磁性体の固定側補助部材を有する。

また、前記気体動圧軸受と、前記シャフトと一体に回転するロータと、前記スリーブと一体のステータとを有するモータ。

また、前記ロータと一体に回転する羽根を有するインペラと、前記ステータと一体のハウジングとを有する軸流ファンモータ。

本発明の例示的な発明によれば、補助部材によって、気体動圧軸受をスラスト方向に支持するスラスト軸受部の磁石からの磁力をスラスト軸受部に有効に使用することが出来るため、少ないスペースでスラスト負荷の支持に必要な磁力を得ることが出来る。

また、本発明で開示するモータは、負荷に対するスラスト方向の変動を小さくすることができる。従って、振動または騒音の低減などが可能となる。

また、本発明で開示する軸流ファンモータは、振動または騒音の低減とともに、安定した風量、風圧を得ることが出来る。

図１は、第１実施形態に係るファンモータの縦断面図である。 図２は、第１実施形態に係るスリーブの縦断面図である。 図３は、第１実施形態に係るスラスト軸受部の縦断面図である。 図４は、変形例に係るスラスト軸受部の縦断面図である。 図５は、他の変形例に係るスラスト軸受部の縦断面図である。 図６は、さらに別の変形例に係るスラスト軸受部の縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、後述するモータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、後述するベース部材に対して回転部側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータおよびファンモータの使用時の向きを限定する意図はない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。また、軸方向の一方側は、図１における下側を指し、軸方向の他方側は、図１における上側を指す。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．ファンモータの構成＞
本発明の第１実施形態に係るファンモータ１は、例えば、パソコンの筐体の内部に搭載され、冷却用の空気流を供給する装置として使用される。ただし、ファンモータ１は、冷蔵庫等の家電製品、車載用ヘッドライト等の高温となる機器、または複数の電子機器が配置されたサーバシステム等の空間に、冷却用の空気流を供給する装置として用いられてもよい。図１は、本発明の第１実施形態に係るファンモータ１の縦断面図である。図１に示すとおり、ファンモータ１は、モータ１０と、インペラ５０と、ハウジング６０とを有する。

＜１−２．モータの構成＞
続いて、モータ１０の構成について説明する。モータ１０は、駆動電流に応じてインペラ５０を回転させる装置である。図１に示すとおり、モータ１０は、静止部２と回転部３とを有する。静止部２は、ハウジング６０に固定され、ハウジング６０に対して相対的に静止している。回転部３は、静止部２に対して、上下に延びる中心軸９を中心として後述する気体動圧軸受４を介して回転可能に支持される。

静止部２は、ベース部材２１、ステータ２２、回路基板２３、および軸受部２４を有する。

ベース部材２１は、ステータ２２および回路基板２３の一方側において径方向に拡がる板状の部材である。ベース部材２１の材料には、例えば、樹脂が用いられる。ただし、ベース部材２１の材料には、金属が用いられてもよい。ベース部材２１は、中心軸９の周囲において、ベース部材２１を軸方向に貫通する貫通孔２１０を有する。ベース部材２１は、後述するハウジング６０に、例えば、ねじ止めで固定される。ただし、ベース部材２１は、ハウジング６０と単一の部材として形成されてもよい。

ステータ２２は、ステータコア４１、複数のコイル４２、インシュレータ４３、および絡げピン４４を有する電機子である。ステータ２２は、ベース部材２１の少なくとも一部よりも上方に位置する。ステータコア４１は、例えば、珪素鋼板等の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。ステータコア４１を含むステータ２２は、例えば、後述するスリーブ２５の外周面に、接着剤で直接的に固定されることによって、ベース部材２１に間接的に支持される。なお、ステータ２２は、別部材（図示省略）を介して、後述するスリーブ２５の外周面に間接的に固定されてもよい。

また、ステータコア４１は、円環状のコアバック４１１と、コアバック４１１から径方向外側へ向けて突出する複数のティース４１２と、を有する。インシュレータ４３は、後述する複数のコイル４２を構成する導線とステータコア４１とを絶縁するために用いられる。インシュレータ４３は、ステータコア４１の表面の少なくとも一部を覆う。また、インシュレータ４３は、後述するスリーブ２５の径方向外側に位置する。インシュレータ４３の材料には、絶縁体である樹脂が用いられる。インシュレータ４３の詳細な構成については、後述する。複数のコイル４２は、複数のティース４１２の周囲にインシュレータ４３を介して巻かれた、導線の集合体である。複数のティース４１２および複数のコイル４２は、好ましくは、中心軸９を中心とした周方向に、円環状に略等間隔に配列される。

回路基板２３は、ステータ２２の少なくとも一部の一方側に位置し、中心軸９に対して略垂直に配置される。回路基板２３は、インシュレータ４３の一方側端部付近に、例えば、溶着により固定される。回路基板２３は、ステータ２２と電気的に接続される。回路基板２３には、コイル４２に駆動電流を供給するための電気回路が搭載される。コイル４２を構成する導線の端部は、回路基板２３の電気回路と電気的に接続される。モータ１０の駆動電流は、外部電源（図示省略）から、回路基板２３および導線を介して、コイル４２に供給される。

ステータ２２の絡げピン４４は、コイル４２を構成する導線の回路基板２３への接続を容易にして接続不良を低減するために用いられる。コイル４２から引き出された導線の端部は、絡げピン４４に絡げられる。絡げピン４４の一方側端部は、回路基板２３に電気的に接続されるとともに、回路基板２３に半田付けにより固定される。また、インシュレータ４３は、絡げピン４４の外周面の一部を円筒状に覆う。これにより、絡げピン４４が支持されるとともに、絡げピン４４に絡げられた導線の端部以外のコイル４２と絡げピン４４とが短絡することによる耐圧不良を防止できる。

軸受部２４は、後述するシャフト３１を回転可能に支持する部位である。軸受部２４の材料には、例えば、金属が用いられる。軸受部２４は、シャフト３１の周囲において、軸方向に円筒状に延びるスリーブ２５と、シャフト３１とスリーブ２５をスラスト方向に支持するスラスト軸受部５と、スリーブ２５の一方側端部の開口を塞ぐ円盤状のキャップ２６とを有する。スリーブ２５の内周面は、シャフト３１の外周面と、径方向に対向している。スリーブ２５の一方側は、ベース部材２１の貫通孔２１０内に挿入され、例えば接着剤で、ベース部材２１に固定される。

スリーブ２５の一方側の内周面側のスラスト軸受部５には、固定側マグネット２５１が、例えば、接着剤で固定される。固定側マグネット２５１は、中心軸９を中心として筒状に配置される。固定側マグネット２５１の内周面は、Ｎ極とＳ極とが軸方向に配列された磁極面となっている。また、固定側マグネット２５１の内周面は、後述する回転側マグネット３１１の外周面と、径方向に間隙を介して対向する。

固定側マグネット２５１の軸方向端面には、固定側補助部材２５３、２５４が、例えば接着剤で固定されている。固定側補助部材２５３、２５４は、中心軸９を中心として環状に配置される。固定側補助部材２５３、２５４の内周面径は、固定側マグネット２５１の内周面径と略同じである。また、固定側補助部材２５３、２５４の内周面は、後述する回転側補助部材３１３、３１４の外周面と、径方向に間隙を介して対向する。

回転部３は、シャフト３１、ロータハブ部３２、および駆動マグネット３３を有する。

シャフト３１は、中心軸９に沿って配置され、軸方向に延びる円柱状の部材である。シャフト３１は、ロータハブ部３２と一体であっても、別の部材であってもよい。シャフト３１の材料には、例えば、ステンレス等の金属が使用される。シャフト３１の外周面と、スリーブ２５の内周面とは、僅かな隙間３００を介して径方向に対向する。また、シャフト３１の一方側は、一方側へ向かうにつれて段階的に径が小さくなる。シャフト３１の一方側端部付近の外周面側に位置するスラスト軸受部５には、回転側マグネット３１１が、例えば、接着剤で固定される。回転側マグネット３１１は、中心軸９を中心として筒状に配置される。回転側マグネット３１１の外周面は、Ｓ極とＮ極とが軸方向に配列された磁極面となっている。また、回転側マグネット３１１の外周面は、固定側マグネット２５１の内周面と、径方向に対向する。これにより、回転側マグネット３１１の外周面と固定側マグネット２５１の内周面との間の磁力の引き合いにより、固定側マグネット２５１を含むスリーブ２５に対して、回転側マグネット３１１を含むシャフト３１が、軸方向に非接触状態で支持される。その結果、モータ１０の駆動時における、回転部３の軸方向の位置が安定する。

また、回転側マグネット３１１の軸方向端面には、回転側補助部材３１３、３１４が、例えば接着剤で固定されている。回転側補助部材３１３、３１４は、中心軸９を中心として環状に配置される。回転側補助部材３１３、３１４の外周面径は、回転側マグネット３１１の外周面径と略同じである。また、回転側補助部材３１３、３１４の外周面は、上記固定側補助部材２５３、２５４の内周面と、径方向に間隙を介して対向する。

ロータハブ部３２は、シャフト３１の周囲において環状に拡がる部材である。ロータハブ部３２は、ハブ天板部３２１とハブ筒状部３２２とを有する。ハブ天板部３２１は、ステータ２２の他方側に位置し、シャフト３１の他方側端部付近から径方向外側へ向けて円環状に拡がる部位である。ハブ天板部３２１の径方向内側には、ロータハブ部３２を軸方向に貫くハブ貫通孔３２０が設けられている。シャフト３１の他方側端部付近の部位は、ロータハブ部３２の当該ハブ貫通孔３２０に圧入される。これにより、ロータハブ部３２は、インシュレータ４３よりも軸方向他方側においてシャフト３１に固定される。ただし、シャフト３１とロータハブ部３２とは、接着または焼き嵌め等の他の方法で、互いに固定されてもよい。ハブ筒状部３２２は、ハブ天板部３２１の外縁から一方側へ向けて略円筒状に延びる部位である。ハブ筒状部３２２は、中心軸９と略同軸に配置される。ハブ筒状部３２２の内周面には、駆動マグネット３３の外周面が固定される。そして、ハブ筒状部３２２は、駆動マグネット３３を支持する。ロータハブ部３２の材料には、鉄等の磁性体が用いられる。これにより、駆動マグネット３３から発生した磁束が外部に逃げてしまうことを抑制できる。

駆動マグネット３３は、ロータハブ部３２のハブ筒状部３２２の内周面に、例えば、接着剤で固定される。駆動マグネット３３は、略円筒形状であり、ステータ２２の径方向外側に位置する。駆動マグネット３３の内周面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。また、駆動マグネット３３の内周面は、複数のティース４１２の径方向外側の端面と、僅かな間隙を介して径方向に対向する。すなわち駆動マグネット３３は、ステータ２２と径方向に対向する磁極面を有する。ただし、略円筒形状の駆動マグネット３３に代えて、複数のマグネットを用いてもよい。複数のマグネットを用いる場合には、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが周方向に交互に並ぶように、ハブ筒状部３２２の内周面に配置すればよい。なお、駆動マグネット３３は、鉄製のヨークを介してハブ筒状部３２２に間接的に固定されてもよい。

このようなモータ１０において、コイル４２に駆動電流を供給すると、コイル４２の磁芯である複数のティース４１２に磁束が生じる。また、ステータ２２および駆動マグネット３３を通る磁気回路が形成される。そして、ティース４１２と駆動マグネット３３との間の磁束の作用により、静止部２と回転部３との間に、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部２に対して回転部３が、後述する気体動圧軸受４を介して中心軸９の周りを回転する。また、ロータハブ部３２に支持された後述するインペラ５０は、回転部３とともに中心軸９を中心として回転する。

ここで、気体動圧軸受４の構成について説明する。上述のとおり、スリーブ２５を含む静止部２と、シャフト３１を含む回転部３とは、微小な隙間３００を介して径方向に対向している。隙間３００には、空気等の気体が介在している。ただし、隙間３００には、空気以外の気体、または空気と空気以外の気体との混合気体が介在していてもよい。

図２は、スリーブ２５の縦断面図である。図２に示すとおり、スリーブ２５は、その内周面に、上ラジアル溝列５１１と下ラジアル溝列５１２とを有する。上ラジアル溝列５１１と下ラジアル溝列５１２とは、軸方向に間隔をあけて設けられている。上ラジアル溝列５１１は、一方側へ向かうにつれて周方向一方側へ傾斜する複数の溝を有する。当該複数の溝は、互いに平行に配置される。また、下ラジアル溝列５１２は、他方側へ向かうにつれて周方向一方側へ傾斜する複数の溝を有する。当該複数の溝は、互いに平行に配置される。ここで、周方向一方側は、図２における左側を示し、モータ１０の回転部３の回転方向と同方向となる。なお、上ラジアル溝列５１１および下ラジアル溝列５１２は、いずれも、軸方向の中央部へ向かうにつれて周方向一方側へ傾斜する、所謂ヘリングボーン状の溝列であってもよい。モータ１０の駆動時には、上ラジアル溝列５１１および下ラジアル溝列５１２によって、上ラジアル溝列５１１と下ラジアル溝列５１２との軸方向の間に動圧が誘起される。これにより、スリーブ２５に対するシャフト３１の径方向の支持力が発生する。

すなわち、このモータ１０では、スリーブ２５の内周面と、シャフト３１の外周面とが、気体が介在する隙間３００を介して径方向に対向することにより、気体動圧軸受４であるラジアル軸受部が構成される。なお、上ラジアル溝列５１１および下ラジアル溝列５１２は、スリーブ２５の内周面およびシャフト３１の外周面のいずれか一方に設けられていればよい。

上述のとおり、静止部２におけるスリーブ２５と、回転部３におけるシャフト３１と、これらの間の隙間３００に介在する気体とで、気体動圧軸受４が構成されている。回転部３は、気体動圧軸受４によって径方向に支持され、中心軸９を中心として非接触状態で回転する。また、スラスト軸受部５に設けられた固定側マグネット２５１と回転側マグネット３１１との間に生じる磁束によって、スリーブ２５に対してシャフト３１が、軸方向に非接触状態で支持される。

＜１−３．インペラおよびハウジングの構成＞
続いて、インペラ５０およびハウジング６０の構成について説明する。

インペラ５０は、インペラカップ５１と、複数の羽根５２とを有する。インペラカップ５１は、ロータハブ部３２のハブ天板部３２１の他方側面とハブ筒状部３２２の外周面とに固定される。各羽根５２は、インペラカップ５１から径方向外側に向かって拡がる。複数の羽根５２は、互いに周方向に略等間隔に配列されている。インペラカップ５１および複数の羽根５２は、例えば、樹脂の射出成型により、一繋がりの部材として形成される。ただし、インペラカップ５１と複数の羽根５２とが、材料の異なる別体の部材で構成されていてもよい。インペラカップ５１および複数の羽根５２は、モータ１０の回転部３とともに、中心軸９を中心として回転する。

なお、変形例として、インペラ５０は、ロータハブ部３２を介さずに、シャフト３１に直接固定される構造であってもよい。例えば、インペラ５０は、シャフト３１の他方側端部に固定され、かつシャフト３１の周囲において環状に拡がるインペラカップ５１と、インペラカップ５１から径方向外側へ拡がる複数の羽根５２と、を有していてもよい。そして、インペラ５０は、インペラカップ５１の内周面に鉄製のヨークを介して駆動マグネット３３の外周面が固定されることによって、駆動マグネット３３を支持する構造であってもよい。

ハウジング６０は、モータ１０およびインペラ５０の周囲において、軸方向に筒状に延びる。ハウジング６０は、モータ１０およびインペラ５０を径方向内側に収容する。ハウジング６０の一方側の内周面には、モータ１０のベース部材２１の外周面が固定される。すなわち、モータ１０のベース部材２１は、ファンモータ１の一方側面を形成する。ハウジング６０の径方向内側の空間は、ハウジング６０の他方側の開口６００を介して外部に露出する。また、ハウジング６０の一方側には、ベース部材２１を軸方向に貫通する排気口（図示省略）が設けられている。

インペラ５０が回転することにより、開口６００を介してハウジング６０の内部の空間へ、軸方向に気体が吸引される。また、ハウジング６０内に吸引された気体は、インペラ５０により加速され、インペラ５０とハウジング６０との間の風洞を、軸方向一方側に流れる。その後、気体は、ベース部材２１の排気口（図示省略）を通って、ハウジング６０の外部へ排出される。

＜１−４．スラスト軸受部の詳細な構成＞
続いて、スラスト軸受部５の詳細な構成について説明する。

図３は、第１実施形態に係るスラスト軸受部の縦断面図である。スラスト軸受部５は、気体動圧軸受４の軸方向一方側で、シャフト３１に支持された回転側マグネット３１１およびスリーブ２５に支持された固定側マグネット２５１により軸方向に位置決め可能な軸受である。

スリーブ２５は、固定側マグネット２５１を支持する固定側マグネット支持部２５２と、シャフト動圧部３１５と径方向に対向するスリーブ動圧部２５５と、スリーブ動圧部２５５と固定側マグネット支持部２５２とを接続するスリーブ段部２５６と、を有する。つまり、スリーブ段部２５６は、スリーブ動圧部２５５の内径と固定側マグネット支持部２５２の内径とを接続する、中心軸９に略垂直な部位である。

スリーブ動圧部２５５の内径は、固定側マグネット支持部２５２の内径よりも小さい。また、固定側マグネット２５１の内径は後述する回転側マグネット３１１よりも大きい。その為、固定側マグネット支持部２５２の内径で支持する固定側マグネット２５１の外径を大きくすることで、固定側マグネット２５１の磁力を強くすることが出来る。

固定側マグネット２５１は、軸方向に延びる筒状であって、軸方向に異なる磁極を有する。また、回転側マグネット３１１と径方向に隙間を介して対向する。固定側マグネット２５１の少なくとも一つの磁極は、回転側マグネット３１１の少なくとの一つの磁極と径方向に異なる磁極と対向する。更に、固定側マグネット２５１の軸方向両端部には、強磁性体の固定側補助部材２５３、２５４を備えている。

固定側補助部材２５３、２５４は、固定側マグネット支持部２５２と径方向に嵌合することで、スリーブ２５との高い同軸度を容易に得ることが出来る。また、固定側補助部材２５３、２５４の材質は、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体が望ましい。

スリーブ２５と固定側マグネット２５１との組立は、固定側マグネット支持部２５２の内周面へ接着剤を塗布する。次いで、固定側補助部材２５３を挿入し、固定側マグネット２５１を挿入し、更に固定側補助部材２５４を挿入する。さらに、後述のキャップ２６を挿入し、接着剤を硬化する。また、固定側マグネット２５１と２つの固定側補助部材２５３、２５４とを組立後に、固定側マグネット支持部２５２に挿入接着または圧入してもよい。また、圧入、接着、カシメ等の様々な固定方法を選ぶことができる。また、固定側補助部材２５３、２５４は、固定側マグネット２５１に磁力で固定されてもよい。

軸受部２４は、スリーブ２５の軸方向一方側の開口を覆うキャップ２６を有する。固定側補助部材２５４の軸方向一方側端面は、キャップ２６の軸方向他方側と軸方向に当接している。こうすることで、軸方向一方側から、固定側補助部材２５３、２５４と回転側補助部材３１３、３１４の対向面などへの異物の侵入を抑制できる。

スリーブ段部２５６は、スリーブ動圧部２５５と固定側マグネット支持部２５２とを接続する。スリーブ動圧部２５５の内径は、固定側マグネット支持部２５２の内径よりも小さい。その為、固定側補助部材２５３、２５４を固定側マグネット支持部２５２に挿入し、スリーブ段部２５６と軸方向に位置決めすることが出来る。固定側マグネット２５１は、固定側補助部材２５３、２５４を介して、キャップ２６とスリーブ段部２５６との間に支持される。その為、固定側マグネット２５１を、固定側マグネット支持部２５２、スリーブ段部２５６、キャップ２６にて支持することが出来るため、径方向、軸方向共に正確な位置に収めることが容易である。また、キャップ２６の軸方向位置を、スリーブ段部２５６からの長さと、固定側補助部材２５３、２５４および固定側マグネット２５１の長さで決めることが出来るので、容易に組み立てることが出来る。

また、キャップ２６の径方向外面は、スリーブ２５の径方向内面と径方向に嵌合している。そのため、キャップ２６とスリーブ２５との結合力により、固定側マグネット２５１を軸方向により確実に固定できる。キャップ２６の径方向外面と嵌合するスリーブ２５の径方向内面は、固定側マグネット支持部２５２の内径と同じであるが、異なっていてもよい。

シャフト３１は、回転側マグネット３１１が支持される回転側マグネット支持部３１２と、回転側マグネット支持部３１２の外径よりも外径寸法が大きいシャフト動圧部３１５とを有する。シャフト動圧部３１５は、シャフト３１の外周面の一部であって、スリーブ２５の内周面と気体が介在する隙間３００を介して径方向に対向する。つまり、気体動圧軸受４であるラジアル軸受部が構成される部位である。シャフト動圧部３１５の一部は、上ラジアル溝列５１１および下ラジアル溝列５１２と気体が介在する隙間３００を介して径方向に対向する。

回転側マグネット３１１は、軸方向に延びる筒状であって、軸方向に異なる磁極を有する。また、固定側マグネット２５１と径方向に隙間を介して対向する。回転側マグネット３１１の少なくとも一つの磁極は、固定側マグネット２５１の少なくとの一つの磁極と径方向に異なる磁極と対向する。更に、回転側マグネット３１１の軸方向両端部には、強磁性体の回転側補助部材３１３、３１４を備えている。

回転側補助部材３１３、３１４は、回転側マグネット支持部３１２と径方向に嵌合することで、シャフト３１との高い同軸度を容易に得ることが出来る。また、回転側補助部材３１３、３１４の材質は、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体が望ましい。また、鉄の場合には、シャフト３１との固定方法において、圧入、接着、カシメ等の様々な方法が選ぶことができる。また、回転側補助部材３１３、３１４は、回転側マグネット３１１に接着などで固定されてもよい。

シャフト動圧部３１５は、スリーブ動圧部２５５の内径とわずかな隙間３００を介して対向することで気体動圧軸受４となる。従って、スリーブ動圧部２５５の内径は、シャフト動圧部３１５の外径よりも僅かに大きい。一方、シャフト動圧部３１５の外径は、回転側マグネット３１１の外径よりも大きい。従って、回転側マグネット３１１はスリーブ２５の内径を通すことが出来るので、組立が容易である。

固定側マグネット２５１の軸方向両端面からは、径方向外側に向かう磁束が発生する。この磁束は、径方向内側に配置された回転側マグネット３１１と直接干渉せず、スラスト軸受部５として作用しない。固定側補助部材２５３、２５４を備えることで、多くの磁束が固定側マグネット２５１に向かい、スラスト軸受部５に有効な磁束として作用する。したがって、スラスト軸受に必要な磁力をより少ないスペースで得ることができる。

同様に、回転側マグネット３１１の軸方向両端面からは、径方向内側に向かう磁束が発生する。径方向内側に向かう磁束は、径方向外側に配置された固定側マグネット２５１と直接干渉せず、スラスト軸受部５として作用しない。回転側補助部材３１３、３１４を備えることで、径方向内側に向かう磁束が低減し、発生した磁束の多くが径方向外側に配置した固定側マグネット２５１に向かい、スラスト軸受部５に有効な磁束として作用する。したがって、スラスト軸受に必要な磁力をより少ないスペースで得ることができる。

また、回転側マグネット３１１と、固定側マグネット２５１の軸方向長さは等しいことが望ましい。径方向に互いに対向する軸方向長さが同じであれば、互いの軸方向位置が変化したときに、元に戻す方向のスラスト方向の力が働きやすく、スラスト軸受部５として機能する。

ここで、図１に示すように、シャフト３１の軸方向一方側の端面とキャップ２６の軸方向他方側の端面との隙間は、静止部２と回転部３との軸方向における隙間の中で最も狭い。より詳細に述べると、シャフト３１の軸方向一方側の端面とキャップ２６の軸方向他方側の端面との隙間は、インペラカップ５１の軸方向一方側の端面と回路基板２３の軸方向他方側の端面との隙間よりも狭い。また、シャフト３１の軸方向一方側の端面とキャップ２６の軸方向他方側の端面との隙間は、ハブ天板部３２１の軸方向一方側の端面とスリーブ２５の軸方向他方側の端面との隙間よりも狭い。これにより、静止部２と回転部３が近づいたとしても、始めにシャフト３１とキャップ２６が接触するため、インペラカップ５１が静止部２と接触することがない。したがって、インペラ５０に歪みを生じることを抑えることができる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

図４は、変形例に係るスラスト軸受部５ａの縦断面図である。図３に示すスラスト軸受部５は、固定側マグネット２５１の磁極と回転側マグネット３１１の磁極とがそれぞれ径方向に対向した構造である。しかし、すべての磁極が径方向に対向していなくてもよい。たとえは、図４では、固定側マグネット２５１ａの磁極と回転側マグネット３１１ａの磁極とのそれぞれ一つの磁極が径方向に対向した構造である。より具体的には、固定側マグネット２５１ａは、軸方向に他方側からＮ極、Ｓ極の磁極を持っている。また、回転側マグネット３１１ａは、軸方向に他方側からＮ極、Ｓ極の磁極を持っている。そして、固定側マグネット２５１ａのＳ極と回転側マグネット３１１ａのＮ極が径方向に対向した構造である。

以上のように、本実施形態で開示する固定側補助部材２５３ａ、２５４ａおよび回転側補助部材３１３ａ、３１４ａを使用することで、スラスト軸受部５ａのマグネットを配置するスペース、および回転部を支持するための軸受スペースを確保しつつ、スラスト軸受部５ａがスラスト方向の負荷を支持できる磁力を確保できる構造を提供することができる。

また、回転方向が決まっている場合や、回転方向によってスラスト負荷の向きや大きさが異なるモータや、ファンモータの気体動圧軸受を支持するスラスト軸受では、スラスト負荷の大きさ、向きに合わせてスラスト軸受部の構成を決めることが出来る。

＜３．他の変形例＞
図５は、他の変形例に係るスラスト軸受部の縦断面図である。なお、上記実施形態と共通の内容については、記載を省略する。

図５において、回転側マグネット３１１の軸方向一方側の端部にのみ、強磁性体の回転側補助部材３１４を有する。すなわち、回転側マグネット３１１の軸方向他方側の端部には回転側補助部材３１３は配置されない。また、固定側マグネット２５１の軸方向両端部には、固定側補助部材２５３，２５４は配置されない。言い換えると、回転側マグネット３１１の軸方向他方側の端面は、シャフト３１の段差面に直接接触する。また、固定側マグネット２５１の軸方向他方側の端面は、スリーブ２５のスリーブ段部２５６に直接接触する。なお、固定側マグネット２５１の軸方向一方側の端部は、図１に示すようなキャップ２６に接触してもよく、露出してもよい。

本実施形態において、軸方向他方側から軸方一方側へと向かって空気が流れる。すなわち、ファンモータ１の軸方向他方側が吸気側であり、軸方向一方側が排気側である。ここで、ファンモータ１が回転する際、スラスト軸受部５における磁力が小さい場合、インペラ５０が揚力によって吸気側（軸方向他方側）へ浮上しやすくなる。インペラ５０が浮上する量が大きいと、インペラ５０がハウジング６０の外部に飛び出してしまうという課題が考えられる。一方で、補助部材を多く取り付けることで、部品公差の影響が磁力のばらつきにつながり、回転時にインペラ５０が擦れるという課題も考えられる。

そこで、本実施形態において、回転側マグネット３１１の軸方向一方側のみに補助部材を配置することにより、シャフトおよびスリーブに直接マグネットが接触し、補助部材の部品公差による磁力のばらつきを抑えることができる。さらに、マグネットの軸方向一方側はシャフトおよびスリーブに接触しておらず、より磁束をひきつけやすい。したがって、回転側マグネット３１１の軸方向一方側のみに補助部材を配置することにより、スラスト軸受部５に必要な磁力をより少ないスペースで得ることができる。

さらに、回転側マグネット３１１および回転側補助部材３１４を合わせた軸方向の長さは、固定側マグネット２５１の軸方向の長さよりも長い。すなわち、回転側においてオーバーハングとなる。これにより、通常は漏れ磁束となっていた固定側マグネット２５１の軸方向端面から流れる磁束を、回転側補助部材３１４により回転側へとひきつけることができる。したがって、スラスト軸受部５における、磁力を上げることができる。

図５において、回転側マグネット３１１の径方向の長さと回転側補助部材３１４の径方向の長さは同じである。一方で、図６に示すように、回転側補助部材３１４は、回転側マグネット３１１よりも径方向外側に突出してもよい。図６は、さらに別の変形例に係るスラスト軸受部の縦断面図である。この時、回転側マグネット３１１と固定側マグネット２５１とのエアギャップを広く確保し、磁力のばらつきを抑えることができる。

なお、気体動圧軸受、スラスト軸受部、モータおよびファンモータの細部の形状は、本願の各図に示された構成および形状と、相違していてもよい。また、上述の実施形態や変
形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

例えば、本実施形態において、単一のファンモータのみを例示しているが、それに限らない。例えば、軸方向に２つのファンが並んだ直列軸流ファンであってもよい。また、上記２つのファンが互いに異なる方向を向く直列反転軸流ファンであってもよい。

本発明は、モータおよびファンモータに利用できる。

１ ファンモータ
２ 静止部
３ 回転部
４ 気体動圧軸受
５、５ａ スラスト軸受部
９ 中心軸
１０ モータ
２１ ベース部材
２２ ステータ
２３ 回路基板
２４ 軸受部
２５ スリーブ
２５１、２５１ａ 固定側マグネット
２５２ 固定側マグネット支持部
２５３、２５４ 固定側補助部材
２５５ スリーブ動圧部
２５６ スリーブ段部
２５７ 円周溝
２６ キャップ
３００ 隙間
３１ シャフト
３１１、３１１ａ 回転側マグネット
３１２ 回転側マグネット支持部
３１３、３１４ 回転側補助部材
３１５ シャフト動圧部
３２ ロータハブ部
３３ 駆動マグネット
４１ ステータコア
４１１ コアバック
４１２ ティース
４２ コイル
４３ インシュレータ
４４ ピン
５０ インペラ
５１ インペラカップ
５２ 羽根
６０ ハウジング
２１０ 貫通孔
３２０ ハブ貫通孔
３２１ ハブ天板部
３２２ ハブ筒状部
６００ 開口

Claims (17)

1. 中心軸を中心に回転可能であり、シャフト動圧部を有するシャフトと、
   前記シャフト動圧部と径方向に隙間を介して対向するスリーブ動圧部を有するスリーブと、
   を有する気体動圧軸受であって、
   前記気体動圧軸受の軸方向一方側には、前記シャフトに支持された回転側マグネットおよび前記スリーブに支持された固定側マグネットにより軸方向に位置決め可能なスラスト軸受部を有し、
   前記回転側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、軸方向に異なる磁極を有し、
   前記固定側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、前記回転側マグネットと径方向に隙間を介して対向し、前記回転側マグネットの前記磁極と径方向に異なる磁極を有し、
   前記固定側マグネットの軸方向両端部には、強磁性体の固定側補助部材を有する。
2. 請求項１に記載の気体動圧軸受であって、
   前記スリーブは、前記固定側マグネットを支持する固定側マグネット支持部を有し、
   前記固定側マグネット支持部の内径は、前記スリーブ動圧部の内径より大きい。
3. 請求項２に記載の気体動圧軸受であって、
   前記固定側補助部材は、前記固定側マグネット支持部と径方向に嵌合している。
4. 請求項２または３に記載の気体動圧軸受であって、
   前記スリーブは、前記スリーブ動圧部と前記固定側マグネット支持部とを接続するスリーブ段部を有し、
   前記スリーブ段部は、前記固定側補助部材と軸方向に接している。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の気体動圧軸受であって、
   前記スリーブの軸方向一方側の開口を覆うキャップを有し、
   前記キャップの軸方向他方側は、前記固定側補助部材の軸方向一方側端面と軸方向に接している。
6. 請求項５に記載の気体動圧軸受であって、
   前記キャップの径方向外面は、前記スリーブの径方向内面と径方向に嵌合している。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の気体動圧軸受であって、
   前記回転側マグネットの軸方向長さは、前記固定側マグネットの軸方向長さと等しい。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の気体動圧軸受であって、
   前記回転側マグネットの軸方向両端部には、強磁性体の回転側補助部材を有する。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の気体動圧軸受であって、
   前記シャフトは、前記回転側マグネットを支持する回転側マグネット支持部を有し、
   前記回転側マグネットの外径は、前記シャフト動圧部の外径よりも小さい。
10. 請求項９に記載の気体動圧軸受であって、
    前記回転側補助部材は、前記回転側マグネット支持部と径方向に嵌合している。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の気体動圧軸受と、
    前記シャフトと一体に回転する回転部と、
    前記スリーブと一体の静止部と、
    を有するモータ。
12. 請求項１１に記載の前記モータと、
    前記回転部と一体に回転する羽根を有するインペラと、
    前記静止部と一体のハウジングと、
    を有するファンモータ。
13. 中心軸を中心に回転可能であり、シャフト動圧部を有するシャフトと、
    前記シャフト動圧部と径方向に隙間を介して対向するスリーブ動圧部を有するスリーブと、
    を有する気体動圧軸受であって、
    前記気体動圧軸受の軸方向一方側には、前記シャフトに支持された回転側マグネットおよび前記スリーブに支持された固定側マグネットにより軸方向に位置決め可能なスラスト軸受部を有し、
    前記回転側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、軸方向に異なる磁極を有し、
    前記固定側マグネットは、軸方向に延びる筒状であって、前記回転側マグネットと径方向に隙間を介して対向し、前記回転側マグネットの前記磁極と径方向に異なる磁極を有し、
    前記回転側マグネットの軸方向一方側の端部にのみ、強磁性体の回転側補助部材を有する。
14. 請求項１３に記載の気体動圧軸受であって、
    前記回転側マグネットおよび前記回転側補助部材を合わせた軸方向の長さは、前記固定側マグネットの軸方向の長さよりも長い。
15. 請求項１４に記載の気体動圧軸受であって、
    前記回転側補助部材は、前記回転側マグネットよりも径方向外側に突出する。
16. 請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の気体動圧軸受と、
    前記シャフトと一体に回転する回転部と、
    前記スリーブと一体の静止部と、
    を有するモータ。
17. 請求項１６に記載の前記モータと、
    前記回転部と一体に回転する羽根を有するインペラと、
    前記静止部と一体のハウジングと、
    を有するファンモータ。

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