JP2021025516A - ファン - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく冷却することができるファンを提供する。【解決手段】ファン１は、シャフト（回転軸）２と、シャフト２の外周側ｃに設けられているハウジング３と、ハウジング３に囲まれたインペラ４と、径方向においてハウジング３とインペラ４との間に設けられているディフューザ５と、径方向においてインペラ４の外周側ｃに設けられているステータ６と、を備えている。当該ファン１は、径方向においてステータ６はインペラ４の外周部４１２に対向し、回転軸ｘ方向においてステータ６がディフューザ５の開口部５３に対向している。【選択図】図１

Description

本発明は、ファンに関する。

従来、シャフトと、シャフトを回転させるモータと、シャフトに固定されたインペラと、を備え、インペラを回転させることにより吸い込んだ空気を排出するファンが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１１５２５３号公報

上述のようなファンでは、モータを効率よく冷却することが求められている。

本発明は、効率よく冷却することができるファンを提供することを課題の一例とする。

上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明のファンは、回転軸と、ステータと、ハウジングと、前記ハウジングに囲まれたインペラと、径方向において、前記ハウジングと前記インペラとの間に設けられているディフューザと、を備え、径方向において前記ステータは前記インペラの外周部に対向し、回転軸方向において前記ステータが前記ディフューザの開口部に対向している。

本発明のファンにおいては、マグネットと、軸受と、前記軸受を囲むスリーブと、を備え、回転軸方向において、前記マグネットは前記インペラと前記スリーブとの間に設けられているものとすることができる。
また、本発明のファンにおいては、回転軸方向において、前記マグネットは前記インペラの外周部に対向しているものとすることができる。
さらに、本発明のファンにおいては、回転軸方向において、前記ディフューザの開口部には、前記ステータのコイルが対向しているものとすることができる。
また、本発明のファンにおいては、前記ハウジングと前記インペラとの間に第１の空間が形成され、前記ハウジングと前記ディフューザとの間に第２の空間が形成され、前記第１の空間と、前記第２の空間とが連通しているものとすることができる。

本発明の一例である実施形態にかかるファンの斜め上方から見た断面斜視図である。 図１のファンの一部の抜き出した部分拡大斜視図である。 本発明の一例である実施形態にかかるファンにおける風の流れを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態にかかるファンについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一例である実施形態にかかるファン１の斜め上方から見た断面斜視図であり、図２は図１のファン１の一部分を抜き出した部分拡大斜視図である。

なお、本実施形態の説明において、軸線ｘ方向において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線ｘに垂直な方向（以下、「径方向」ともいう。）において、軸線ｘから遠ざかる方向（矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。そして、回転軸ｘを中心とする円周方向（矢印ｅ及びｆ方向）を周方向ｅ（以下、「時計回り」ともいう。）及び周方向ｆ（以下、「反時計回り」ともいう。）とする。

図１に示すように、本実施形態のファン１は、シャフト（回転軸）２と、シャフト２の外周側ｃに設けられているハウジング３と、ハウジング３に囲まれたインペラ４と、径方向においてハウジング３とインペラ４との間に設けられているディフューザ５と、径方向においてインペラ４の外周側ｃに設けられているステータ６と、を備えている。

また、ファン１は、インペラ４の下側ｂに設けられているマグネット７と、マグネット７を保持する円環部材８（環状の形状を有する基体）と、シャフト２を回転可能に支える軸受９と、軸受９の外周側ｃに設けられているスリーブ１０と、ディフューザ５の下側ｂに設けられている回路基板１１（基板）と、を備えている。

シャフト２は、回転軸方向（以下、「軸線ｘ方向」と呼称する。）の上側ａにインペラ４が固定される固定部２１を含み、軸線ｘを中心に反時計回りｆに回転する。
ハウジング３は、上側ａに設けられたハウジング（以下、上側ａに設けられたハウジング３を「第１のハウジング」と称する。）３１と、下側ｂに設けられたハウジング（以下、下側ｂに設けられたハウジング３を「第２のハウジング３２」と称する。）３２と、を含む。

ハウジング３の第１のハウジング３１は、軸線ｘを中心とする略円盤状の上壁部３１１と、上壁部３１１から上側ａへ突出した筒部３１２と、上壁部３１１の外周部３１１ｃに連なり下側ｂに延びてディフューザ５の外周側ｃを囲む側壁部３１３と、を含む。
筒部３１２には、上側ａに円形状の開口が形成されている。この開口は、空気を取り込む吸気口３０ａとなっている。
側壁部３１３は、上壁部３１１の外周側ｃから下側ｂに向けて延びる第１の側壁部３１４と、第１の側壁部３１４の下側ｂに設けられて第２のハウジング３２の外周側ｃを囲む第２の側壁部３１５と、からなる。即ち、側壁部３１３は、第１の側壁部３１４と、第２の側壁部３１５とに分割されている。

第１の側壁部３１４には、外周側ｃで下側ｂに向けて突出した突部３１４ａと、内周側ｄで下側ｂの端部から上側ａに向けて凹んだ凹部（切り欠かれた切欠部）３１４ｂが形成されている。また、第２の側壁部３１５には、内周側ｄで上側ａに向けて突出した突部３１５ａと、外周側ｃで上側ａの端部から下側ｂに向けて凹んだ凹部（切り欠かれた切欠部）３１５ｂが形成されている。
第１の側壁部３１４と第２の側壁部３１５とは、第１の側壁部３１４の突部３１４ａを第２の側壁部３１５の切欠部３１５ｂに、及び、第２の側壁部３１５の突部３１５ａを第１の側壁部３１４の切欠部３１４ｂに相互に係合させることにより連結される。

ハウジング３の第２のハウジング３２は、軸線ｘを中心とする環状の底壁部３２１と、底壁部３２１の外周側ｃから上側ａへ延びてステータ６の外周側ｃを囲む外壁部３２２と、底壁部３２１の内周側ｄから上側ａへ延びてスリーブ１０の外周側ｃを囲む内壁部３２３と、を含む。

外壁部３２２の上側ａの上端３２２ａは、ディフューザ５の下側の面に接している。また、内周側ｄの内周面３２２ｄには、ステータ６が固定される固定部３２４が設けられている。この固定部３２４は、上端３２２ａの内周側ｄが上側ａから下側ｂに向けて凹んだ凹部（切り欠かれた形状を有する切欠部）を有している。
外壁部３２２の外周側ｃの外周面３２２ｃが、径方向において第１のハウジング３１の側壁部３１３の内周側ｄの内周面３１２ｄと所定の間隔を空けて設けられていることにより、環状の開口が形成されている。この環状の開口は、空気を排出する排気口３０ｂとなっている。

内壁部３２３の上側ａには、回路基板１１が固定される固定部３２５が設けられている。この固定部３２５は、上側ａの上端３２３ａの外周側ｃが上側ａから下側ｂに向けて凹んだ凹部（切り欠かれた形状を有する切欠部）を有している。

インペラ４は、本体部（以下、インペラ４の本体部を「インペラ本体部」と称する。）４１と、インペラ本体部４１の外周面４１ｃに設けられた複数の羽根４２と、を含む。
インペラ４は、上側ａが第１のハウジング３１の筒部３１２の内部に収容され、下側ｂは第１のハウジング３１の上壁部３１１及び側壁部３１３に取り囲まれて内部に収容されている。
インペラ４とハウジング３との間には第１の空間Ｓ１が形成されている。具体的には、第１のハウジング３１の内周側ｄに向く内周面３１ｄと所定の間隔を空けて、インペラ４が設けられていることにより、ハウジング３とインペラ４との間に第１の空間Ｓ１が形成されている。

インペラ本体部４１は、内周側ｄから外周側ｃへ向けて下り勾配に傾斜し、軸線ｘを中心とする略円盤状を有している。
インペラ本体部４１の内周側ｄの内周部４１１は、シャフト２の固定部２１に固定されている。したがって、インペラ４はシャフト２の回転に連れ回るようになっている。

インペラ本体部４１の外周側ｃの外周部４１２は、径方向においてディフューザ５及びステータ６に対向し、軸線ｘ方向においてマグネット７と対向している。なお、以下の本実施形態の説明において、「対向」とは、互いに間隔を空けて配置されている場合のみならず、互いに接している場合も含み、「接触」も対向の概念に含まれるものとする。
具体的には、図２に示すように、外周部４１２は、径方向において外周側ｃの外周面４１２ｃがディフューザ５及びステータ６に対向し、軸線ｘ方向において下側ｂの下面４１２ｂがマグネット７と接触している。

インペラ４の複数の羽根４２は、第１のハウジング３１の内周面３１ｄに向けて突出している。この複数の羽根４２の回転によって、吸気口３０ａから空気を吸い込み排気口３０ｂから排出される空気流が生じるようになっている。

ディフューザ５は、軸線ｘを中心とする円盤状の本体部（以下、ディフューザ５の本体部を「ディフューザ本体部」と称する。）５１と、ディフューザ本体部５１から上側ａに向けて突出した羽根（以下、ディフューザ５の羽根を「整流羽根」と称する。）５２と、ステータ６に対向する複数の開口部５３と、を有している。このディフューザ５は、第１のハウジング３１の上壁部３１１及び側壁部３１３に取り囲まれて内部に収容されており、第２のハウジング３２の固定部３２４に固定されている。
ディフューザ５とハウジング３との間には第２の空間Ｓ２が形成されている。具体的には、ディフューザ５が、第１のハウジング３１の内周面３１ｄと所定の間隔を空けて設けられていることにより、ディフューザ５との間に第２の空間Ｓ２が形成されている。ハウジング３とインペラ４との間の第１の空間Ｓ１と、第２の空間Ｓ２とは連通している。即ち、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とは空間的に繋がっている。

整流羽根５２は、時計周りｅ側が凸になるように湾曲しており、吸気口３０ａから吸い込んだ空気が内周側ｄから外周側ｃへ流れるようになっている。即ち、整流羽根５２は、吸気口３０ａから吸い込んだ空気を第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２へと導いている。
ディフューザ５の開口部５３は、ディフューザ本体部５１の上側ａの空間と、下側ｂの空間とを連通し、ステータ６を露出させている。具体的には、開口部５３はステータ６の上側ａに向く面の一部を露出させている。

ステータ６は、軸線ｘを中心として周方向ｅに沿って所定の間隔（実施例では等間隔）に複数設けられ、それぞれ鉄心６１と、鉄心６１の外周に巻回されたコイル６２と、を含む。ステータ６は、軸線ｘ方向においてディフューザ５の開口部５３に対向し、当該開口部５３から露出した状態になっている。また、ステータ６は、第２のハウジング３２の外壁部３２２の固定部３２４に固定されている。

マグネット７は、軸線ｘを中心とするリング状の形状を有しており、外周側ｃがＮ極に着磁された領域と、Ｓ極に着磁された領域とが周方向ｅに沿って一定周期で交互に設けられている。
このマグネット７は、軸線ｘ方向においてインペラ４とスリーブ１０との間に設けられ、径方向において円環部材８とステータ６との間に設けられている。

円環部材８は、軸線ｘを中心とする円盤状の本体部（以下、円環部材８の本体部を「円環部材本体部」と称する。）８１と、円環部材本体部８１の外周側ｃから下側ｂに向けて延びる外周部８２と、円環部材本体部８１の内周側ｄから下側ｂに向けて延びる内周部８３と、を含む。
外周部８２の外周側ｃにはマグネット７が固定されており、軸線ｘを中心として反時計回りｆに回転可能になっている。
内周部８３は、シャフト２の外周面２ｃに固定されており、マグネット７及び円環部材８の回転にシャフト２が連れ回るようになっている。

軸受９は、シャフト２の軸線ｘ方向において、下側ｂの端部２ｂに設けられた軸受９ａ、及び上側ａの端部２ａと下側ｂの端部２ｂとの中間である中間部２ｅに設けられた軸受９ｂの２つを有する。
軸受９ａ，９ｂは、同一構成（形状、構造、大きさ、材質が同一）の部材を用いている。このため、以下では、軸受９ａ，９ｂを軸受９として説明する。

軸受９は、外周輪９１と、内周輪９２と、外周輪９１及び内周輪９２間に介在するベアリングボール９３と、からなる、いわゆるボールベアリングである。ベアリングボール９３が外周輪９１と内周輪９２との間で転がることにより、外周輪９１に対する内周輪９２の回転抵抗が大幅に少なくなるようになっている。
外周輪９１はスリーブ１０の内周面に固定されており、内周輪９２はシャフト２の外周面に固定されている。

スリーブ１０は、径方向において第２のハウジング３２の内壁部３２３の内周面３２３ｄと接触している。スリーブ１０は、シャフト２の軸線ｘ方向における中間部２ｅから端部２ｂの外周側ｃを覆う円筒形状を有し、内部に軸受９ａ，９ｂを収容している。
回路基板１１は、軸線ｘを中心とする円盤状を有しており、軸線ｘ方向においてディフューザ５と第２のハウジング３２の底壁部３２１との間に設けられている。また、回路基板１１は、内周側ｄの端面１１ｄが第２のハウジング３２の内壁部３２３の固定部３２５に固定されている。

次に、本実施形態のファン１による風の流れについて説明する。図３は、ファン１による風の流れを模式的に示す断面図である。
不図示の外部電源から所定の電圧が印加されると、回路基板１１を介してコイル６２に制御された電流が供給される。そして、ステータ６が生じる磁力と、マグネット７との間の作用によってシャフト２が軸線ｘを中心に反時計回りｆに回転すると、シャフト２に固定されたインペラ４が反時計回りｆに回転することにより吸気口３０ａ付近の空気が矢印Ｄ１方向へ吸い込まれる。即ち、インペラ４の羽根４２の回転によって第１の空間Ｓ１に空気流が発生し、吸気口３０ａ付近の空気が矢印Ｄ１方向へ導入される。

吸気口３０ａから導入された空気は、矢印Ｄ２方向に流れる。矢印Ｄ２方向に流れた空気は、整流羽根５２によって矢印Ｄ３方向に流れて第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２に流れる。この時、ステータ６がディフューザ５の開口部５３から露出しているため、矢印Ｄ２方向から矢印Ｄ３方向に流れる空気によってステータ６が冷却される。
そして、第２の空間Ｓ２に流れた空気は、矢印Ｄ４方向から矢印Ｄ５方向に流れて排気口３０ｂから排出される。このように、吸気口３０ａから排気口３０ｂへの空気流が生じる。

本実施形態にかかるファン１は、径方向においてハウジング３とインペラ４との間にディフューザ５が設けられており、径方向においてステータ６はインペラ４の外周部４１２に対向し、軸線ｘ方向においてステータ６がディフューザ５の開口部５３に露出している。そのため、吸気口３０ａから導入された空気は、ディフューザ５の整流羽根５２によって排気口３０ｂへ導かれるとともに、ディフューザ５の開口部５３によってステータ６が冷却される。したがって、ファン１による風の流れを途中で分岐等されることなく、そのままの空気流を利用してステータ６を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態にかかるファン１は、軸線ｘ方向において、マグネット７は、インペラ４と、軸受９を有するスリーブ１０との間に設けられている。このため、スリーブ１０ごと交換することにより、例えば劣化した軸受９を新しい軸受と容易に交換することができる。

さらに、本実施形態にかかるファン１は、径方向においてステータ６はインペラ４の外周部４１２に対向し、マグネット７はインペラ４の外周部４１２と軸線ｘ方向に接触している。このため、ステータがインペラの下側に設けられている従来のファンに比して軸線ｘ方向における高さ寸法を小さくすることができる。したがって、ファン１を小型のものにすることができる。

また、本実施形態にかかるファン１は、ディフューザ５の開口部５３には、ステータ６のコイル６２が対向している。このため、よりステータ６を効率よく冷却することができる。

そして、本実施形態にかかるファン１は、ハウジング３とインペラ４との間の第１の空間Ｓ１と、ハウジング３とディフューザ５との間の第２の空間Ｓ２とが連通している。このため、第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２への空気流を容易に生じさせることができる。
以上のように、本実施形態にかかるファン１は、ステータ６を効率よく冷却することができる。

以上、本発明のファンについて、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明のファンは、上記の実施形態や変形例の構成に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態のファンにおいては、ディフューザ５の開口部５３は、ステータ６の上側ａに向く面の一部を露出させている例を挙げて説明したが、開口部５３はステータ６の上側ａに向く面の全部を露出させていても構わない。

また、上記の実施形態のファン１では、第１のハウジング３１の側壁部３１３は、第１の側壁部３１４と、第２の側壁部３１５と、に分割されている例を挙げて説明したが、第１の側壁部３１４と第２の側壁部３１５とが一体的に形成されていても構わない。

なお、本発明の「ファン」は、送り出した先の風を利用する、いわゆる「送風装置」のみならず、空気を吸い込む負圧を利用する、言わば「吸引装置」としても使用可能である。「吸引装置」においても風は送られるものであり、本発明の「ファン」は、この「吸引装置」を含む概念とする。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のファンを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１…ファン、２…シャフト、２ａ，２ｂ…端部、２ｃ…外周面、２ｅ…中間部、３…ハウジング、４…インペラ、５…ディフューザ、６…ステータ、７…マグネット、８…円環部材、９，９ａ，９ｂ…軸受、１０…スリーブ、１１…回路基板、１１ｄ…端面、２１…固定部、３０ａ…吸気口、３０ｂ…排気口、３１…第１のハウジング、３１ｄ…内周面、３２…第２のハウジング、４１…インペラ本体部、４１ｃ…外周面、４２…羽根、５１…ディフューザ本体部、５２…整流羽根、５３…開口部、６１…鉄心、６２…コイル、８１…円環部材本体部、８２…外周部、８３…内周部、９１…外周輪、９２…内周輪、９３…ベアリングボール、３１１…上壁部、３１２…筒部、３１２ｄ…内周面、３１３…側壁部、３１４…第１の側壁部、３１４ａ…突部、３１４ｂ…切欠部、３１５…第２の側壁部、３１５ａ…突部、３１５ｂ…切欠部、３２１…底壁部、３２２…外壁部、３２２ａ…上端、３２２ｃ…外周面、３２２ｄ…内周面、３２３…内壁部、３２３ｄ…内周面、３２４…固定部、３２５…固定部、３２３ａ…上端、４１１…内周部、４１２…外周部、４１２ｂ…下面、４１２ｃ…外周面

Claims (5)

1. 回転軸と、
   ステータと、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに囲まれたインペラと、
   径方向において、前記ハウジングと前記インペラとの間に設けられているディフューザと、を備え、
   径方向において前記ステータは前記インペラの外周部に対向し、回転軸方向において前記ステータが前記ディフューザの開口部に対向している、ファン。
2. マグネットと、
   軸受と、
   前記軸受を囲むスリーブと、を備え、
   回転軸方向において、前記マグネットは前記インペラと前記スリーブとの間に設けられている、請求項１に記載のファン。
3. 回転軸方向において、前記マグネットは前記インペラの外周部に対向している、請求項２に記載のファン。
4. 回転軸方向において、前記ディフューザの開口部には、前記ステータのコイルが対向している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファン。
5. 前記ハウジングと前記インペラとの間に第１の空間が形成され、前記ハウジングと前記ディフューザとの間に第２の空間が形成され、前記第１の空間と、前記第２の空間とが連通している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のファン。

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