JP2021180606A - ファンモジュール及びモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】コンピュータシステムを冷却するためのファンモジュール及びモータを提供する。【解決手段】ファンモジュールは、フレームと、フレームの軸を中心に回転するように構成されたファンであって、ハブを有し、ハブから半径方向に延在する複数のブレードを有するファンと、軸を中心にファンを回転させるように構成された電動モータと、を含む。電動モータは、第１の軸受ホルダ端部でフレームに接続され、第２の軸受ホルダ端部でハブ内に延在する軸受ホルダであって、第１の軸受ホルダ端部及び第２の軸受ホルダ端部の直径より小さい第１の直径を有する第１のセクションを有する軸受ホルダと、第１の軸受ホルダ端部で軸受ホルダによって保持された第１の軸受と、第２の軸受ホルダ端部で軸受ホルダによって保持された第２の軸受と、第１の軸受及び第２の軸受によって保持されたシャフトと、軸受ホルダの第１のセクションを囲む固定子と、を含む。【選択図】図２

Description

本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９の下、２０２０年５月１５日に出願され、「ＣＯＭＰＡＣＴ ＭＯＴＯＲ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＡＸＩＡＬ／ＡＸＩＡＬ ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ ＦＡＮ，」と題された米国仮特許出願番号第６３／０２５，６７４号の優先権を主張するものであり、これらの全ての内容は、引用によって本願に援用される。
本発明は、ファンモジュール及びモータに関し、特に、コンピュータシステムを冷却するためのファンモジュール及びモータに関する。
図１は、コンピュータシステムを冷却するように構成された従来のファンモジュール１００を示す斜視図である。ファンモジュール１００は、フレーム１０２を含む。ファンモジュール１００は、フレーム１０２の軸Ｘを中心に回転するファン１０４をさらに含む。ファン１０４は、ハブ１０８から半径方向に延在する複数のブレード１０６を含む。ファンモジュール１００の長さＬ１は、ファン１０４の直径に対応する。ファンモジュール１００の長さＬ２は、ファン１０４のハブ１０８の直径に対応する。
コンピュータシステムを冷却するために用いられる従来のファンモジュールは、伝統的に、Ｌ２／Ｌ１比率が約０．６である。この比率は、直径４０ｍｍのファンを備えた従来のファンモジュールに特に当てはまる。例えば、直径４０ｍｍのファン１０４（例えば、Ｌ１＝４０ｍｍ）の場合、ハブ１０８は、約２６ｍｍ（例えば、Ｌ２＝２６ｍｍ）の直径を有する。この大きな比率は、大きな面積がハブ１０８によって占有されるため、ファンモジュール１００の効率を制限する。
従って、より高い効率を有するコンピュータシステム用のファンモジュール及びモータが必要とされる。本開示の態様は、この問題および他の問題を解決する。
コンピュータシステムを冷却するためのファンモジュール及びモータを提供する。
一実施形態によれば、フレームと、フレームの軸を中心に回転するように構成されたファンと、を含むファンモジュールが開示される。ファンは、ハブを有し、ハブから半径方向に延在する複数のブレードを有する。ファンモジュールは、軸を中心にファンを回転させるように構成された電動モータをさらに含む。電動モータは、第１の軸受ホルダ端部でフレームに接続され、第２の軸受ホルダ端部でハブ内に延在する軸受ホルダを含む。軸受ホルダは、第１の軸受ホルダ端部及び第２の軸受ホルダ端部の直径より小さい第１の直径を有する第１のセクションを有する。モータは、第１の軸受ホルダ端部で軸受ホルダによって保持された第１の軸受と、第２の軸受ホルダ端部で軸受ホルダによって保持された第２の軸受と、をさらに含む。モータは、第１の軸受及び第２の軸受によって保持されたシャフトと、軸受ホルダの第１のセクションを囲む固定子と、をさらに含む。
実施形態の態様は、第２の部品に取り外し可能に結合された第１の部品で形成された軸受ホルダを含む。実施形態の態様は、第１の部品が第１の軸受ホルダ端部であり、第２の部品が第１のセクション及び第２の軸受ホルダ端部であることも含む。実施形態の態様は、第１のセクションが、軸受ホルダの第２の部品内の第２の軸受ホルダ端部に取り外し可能に結合されていることも含む。実施形態の態様は、フレーム又は軸受ホルダの少なくとも１つに結合されたプリント回路基板も含む。実施形態の態様は、プリント回路基板が、モータを制御するように構成されており、ハブの直径より小さい半径寸法を有することも含む。実施形態の態様は、ファンの直径が、ハブの直径より少なくとも約２．６倍大きいことも含む。実施形態の態様は、ハブの直径が約１５ｍｍであることも含む。実施形態の態様は、ファンの直径が約４０ｍｍであることも含む。実施形態の態様は、シャフトが、第１のシャフト端部で第１の軸受によって保持され、第２のシャフト端部で第２の軸受によって保持されることも含む。実施形態の態様は、第１の軸受ホルダ端部の直径と第２の軸受ホルダ端部の直径とが同じであることも含む。実施形態の態様は、第１の軸受ホルダ端部の直径と第２の軸受ホルダ端部の直径とが異なることも含む。実施形態の態様は、固定子の内径が、第１の軸受及び第２の軸受の外径より小さいことも含む。
もう１つの実施形態によれば、ファンモータが開示されている。ファンモータは、第１の軸受ホルダ端部及び第２の軸受ホルダ端部を有する軸受ホルダを含む。軸受ホルダは、第１の軸受ホルダ端部及び第２の軸受ホルダ端部の直径より小さい第１の直径を有する第１のセクションを有する。前記モータは、前記第１の軸受ホルダの端部で前記軸受ホルダによって保持された第１の軸受と、前記第２の軸受ホルダの端部で前記軸受ホルダによって保持された第２の軸受と、をさらに含む。モータは、第１の軸受及び第２の軸受によって保持されたシャフトと、軸受ホルダの第１のセクションを囲む固定子と、をさらに含む。
実施形態の態様は、第２の部品に取り外し可能に結合された第１の部品で形成された軸受ホルダを含む。実施形態の態様は、第１の部品が第１の軸受ホルダ端部を有しており、第２の部品が第１のセクション及び第２の軸受ホルダ端部を有することも含む。実施形態の態様は、第１のセクションが、軸受ホルダの第２の部品内の第２の軸受ホルダ端部に取り外し可能に結合されていることも含む。実施形態の態様は、フレーム又は軸受ホルダの少なくとも１つに結合されたプリント回路基板も含む。プリント回路基板は、モータを制御するように構成されており、ハブの直径より小さい半径寸法を有する。実施形態の態様は、シャフトが、第１のシャフト端部で第１の軸受によって保持され、第２のシャフト端部で第２の軸受によって保持されることも含む。本実施形態では、固定子の内径が、第１の軸受及び第２の軸受の外径より小さいことも含む。
上述した概要は、本開示の各実施形態又は全ての態様を表すことを意図するものではない。むしろ、上述した概要は、本明細書に記載された新規な態様及び特徴のいくつかの例を提供するに過ぎない。本開示の上述した特徴及び利点、並びに、他の特徴及び利点は、添付の図面及び添付の特許請求の範囲と関連して、本発明を実施するための代表的な実施形態及び態様についての以下の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。
本開示、並びに、その利点および図面は、例示的な実施形態の以下の説明及び添付の図面からよりよく理解されるであろう。これらの図面は、例示的な実施形態のみを示しており、従って、様々な実施形態又は特許請求の範囲を限定するものと見なされるべきではない。
従来のファンモジュールを示す斜視図である。 本開示の態様による、ファンモジュールを示す斜視図である。 本開示の態様による、ファンモジュールを示す断面図である。 従来のファンモジュールを通過する気流を示す半透明の側面図である。 本開示の態様による、ファンモジュールを通過する気流を示す半透明の側面図である。
添付の図面を参照しながら本発明を説明するが、同様の参照番号は、図面全体を通して同様又は同一の要素を示すのに用いられる。図面は、本発明を説明するためのものであり、縮尺通りに描かれるとは限らない。多数の特定の詳細、関係及び方法が、本発明の十分な理解を提供するために示されていることを理解されたい。しかしながら、当業者であれば、様々な実施形態が、これらの特定の詳細無しに又は他の方法を用いて実施できることを容易に理解するであろう。その他の実施形態において、周知の構造又は操作は、様々な実施形態の特定の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳述されていない。様々な実施形態は、動作又はイベントの図示された順序に限定されるものではなく、いくつかの動作は、異なる順序で、及び／又は、他の動作又はイベントと同時に起こり得る。また、全ての図示された動作又はイベントが、本発明による方法を実施するために必要とされているわけではない。
例えば、概要、要約及び詳細な説明で開示されているが、特許請求の範囲に明記されていない要素及び限定は、含意、推論又はその他により、単独で又は一括して、特許請求の範囲に組み込まれるべきではない。詳細な説明の目的のために、特に断りのない限り、単数形は複数形を含み、その逆も同様である。「含む」という用語は、「制限なしに含む」ことを意味する。また、例えば、「約（about）」、「ほとんど（almost）」、「実質的に（substantially）」、「おおよそ（approximately）」等の近似の用語は、ここでは、例えば、「…で（at）」、「…の近くで（near）」、「…に近接して（nearly at）」、「…の３〜５％内で」、「許容可能な製造公差内で」、又は、これらの任意の論理的組み合わせの意味を含むことができる。
本開示に関して、「コンピューティングデバイス」、「コンピューティングシステム」、「コンピュータシステム」又は「コンピュータ」という用語は、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又は、ファームウェアコンポーネントを備えた任意の電子駆動又はバッテリー駆動の機器を指しており、ソフトウェア及び／又はファームウェアのコンポーネントは、デバイス上の機能を操作するように構成され得る。
図２は、本開示の態様による、ファンモジュール２００を示す斜視図である。ファンモジュール２００は、フレーム２０２を含む。フレーム２０２は、ファンモジュール２００をコンピュータシステム（図示省略）内に固定するように構成されてもよい。ファンモジュール２００は、ファン２０４をさらに含む。ファン２０４は、フレーム２０２の軸Ｘ’を中心に回転するように構成されている。ファン２０４は、ハブ２０８から半径方向に延在する複数のブレード２０６を含む。５つのブレード２０６がハブ２０８から延在しているように示されているが、５つより多い又は少ないブレード２０６であってもよい。さらに、複数のブレードの構成（サイズ、形状等）は、図示されているものと異なっていてもよい。ファンモジュール２００の長さＬ３は、ファン２０４の直径に対応する。ファンモジュール２００の長さＬ４は、ファン２０４のハブ２０８の直径に対応する。
上記の従来のファンモジュール（図１）とは異なり、ファン２０４の直径（例えば、Ｌ３）に対するハブ２０８の直径（例えば、Ｌ４）の比は、０．６以下である。より具体的には、比率Ｌ４／Ｌ３は、約０．３８以下であってもよい。例えば、直径４０ｍｍのファン２０４を有するファンモジュール２００は、直径約１５ｍｍのハブ２０８を有してもよい。これにより、Ｌ４／Ｌ３の比率は約０．３７５となる。その結果、ファンモジュール２００は、ファンモジュール１００と比較して、同様の４０ｍｍのファンの体積で空気流量が約２５％増加する。２５％の増加は、同じサイズのフレーム（例えば、図１のフレーム１０２及びフレーム２０２）においてかなりの効率である。
図３を参照すると、本開示の態様による、ファンモジュール２００の断面図が示されている。図３は、フレーム２０２とファン２０４とを含む。ファン２０４は、ハブ２０８から半径方向に延在する複数のブレード２０６を含む。上述したように、ファン２０４は、フレーム２０２の軸Ｘ’を中心に回転するように構成されている。
ハブ２０８内には、フレーム２０２の軸Ｘ’を中心にファン２０４を回転させるように構成された電動モータ３１０が部分的に収容されている。電動モータ３１０は、第１の軸受ホルダ端部３１４でフレーム２０２に接続された軸受ホルダ３１２を含む。軸受ホルダ３１２は、第２の軸受ホルダ端部３１６でハブ２０８内に延在する。第２の軸受ホルダ端部３１６は、自立しており、例えば、ハブ２０８のフレーム２０２に直接接続されていない。第１の軸受ホルダ端部３１４の直径Ｄ１は、第２の軸受ホルダ端部３１６の直径Ｄ２と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
軸受ホルダ３１２は、直径Ｄ３を有するセクション３１８をさらに含む。図３に示すように、セクション３１８の直径Ｄ３は、第１の軸受ホルダ端部３１４及び第２の軸受ホルダ端部３１６の各々の直径Ｄ１及びＤ２より小さい。
電動モータ３１０は、第１の軸受ホルダ端部３１４で軸受ホルダ３１２によって保持された第１の軸受３２０と、第２の軸受ホルダ端部３１６で軸受ホルダ３１２によって保持された第２の軸受３２２と、をさらに含む。シャフト３２６は、第１の軸受３２０から第２の軸受３２２まで延在し、第１の軸受３２０及び第２の軸受３２２によって保持される。シャフト３２６は、フレーム２０２の軸Ｘ’に沿って長手方向に延在し、軸Ｘ’を中心に回転するように構成されている。
電動モータ３１０は、軸受ホルダ３１２のセクション３１８の少なくとも一部を囲む固定子３２８をさらに含む。固定子３２８は、第１の軸受ホルダ端部３１４及び第２の軸受ホルダ端部３１６でなく、セクション３１８を囲むため、固定子３２８の内径を、第１の軸受３２０及び第２の軸受３２２の外径より小さくすることができる。ハブ２０８の内面３３０には、電動モータ３１０の電源がオンにされたときに固定子３２８と相互作用して、ファン２０４をフレーム２０２の軸Ｘ’を中心に回転させる複数の磁石３３２が設けられている。
電動モータ３１０は、オプションとして、動作中に電動モータ３１０を制御するように構成されたプリント回路基板３２４（ＰＣＢ３２４）を含むことができる。例えば、ＰＣＢ３２４は、ファンモジュール２００を含むコンピュータシステム（図示省略）を冷却するために、ファン２０４の動作（例えば、速度等）を制御するように構成されたハードウェア、ファームウェア、及び／又は、ソフトウェアを有することができる。ＰＣＢ３２４は、ハブ２０８の直径Ｌ４より小さい半径寸法を有しており、気流が、ファンモジュール２００内のＰＣＢ３２４によって実質的に制限されなくなる。
軸受ホルダ３１２を再度参照すると、第１の軸受ホルダ端部３１４及び第２の軸受ホルダ端部３１６の各々の直径Ｄ１，Ｄ２より小さいセクション３１８の直径Ｄ３によって、ハブ２０８の全径をより小さくすることができる。例えば、従来のファンモジュール（例えば、ファンモジュール１００）は、より小さい直径Ｄ３を有するセクション３１８を有していない。その代わりに、ファンモジュール１００内の任意の軸受ホルダは、その長さに沿った単一の一定の直径である。より小さい直径Ｄ３を有するセクション３１８の結果として、ハブ２０８内でよりコンパクトな構成を可能する空間の節約があり、ハブ２０８の小径化（例えば、小径化Ｌ４）も可能にする。従って、同じサイズのフレーム２０２内に複数のブレード２０６のためのより大きな面積があり、これにより、複数のブレード２０６がファン２０４のより全体的な領域を占めることが可能になる。例えば、ファン２０４の直径Ｌ３は、ハブ２０８の直径Ｌ４より少なくとも約２．６倍の大きさにすることができる。この関係は、第１の軸受ホルダ端部３１４及び第２の軸受ホルダ端部３１６の各々の直径Ｄ１，Ｄ２より小さい直径Ｄ３を有するセクション３１８に基づいている。従って、ファン２０４が約４０ｍｍの直径Ｌ３を有する場合、ハブ２０８の直径Ｌ４を、例えば、約１５ｍｍとすることができる。
軸受ホルダ３１２の組み立てを可能にするために、軸受ホルダ３１２は、第２の部品（piece）３３６に取り外し可能に結合された第１の部品３３４を含む。第１の部品３３４は、第１の軸受ホルダ端部３１４を含むことができる。第２の部品３３６は、セクション３１８及び第２の軸受ホルダ端部３１６を含むことができる。第２の部品３３６に取り外し可能に結合されている第１の部品３３４によって、第１の軸受ホルダ端部３１４及び第２の軸受ホルダ端部３１６の直径Ｄ１，Ｄ２が大きすぎて固定子３２８内に収まらなくとも、セクション３１８が固定子３２８の間に挿入されるのを可能にする。１つ以上の実施形態では、セクション３１８は、第２の軸受ホルダ端部３１６に取り外し可能に結合されてもよく、この場合、第２の部品３３６を、第２の軸受ホルダ端部３１６とは別のセクション３１８に分離することができる。
図４及び図５は、本開示の態様による、従来のファンモジュール４００（図４）及びファンモジュール５００（図５）を通過する気流を示す半透明の側面図を示している。図５と図４との比較は、本開示の態様によれば、同じ形状因子（form factor）（例えば、４０ｍｍのファンモジュール）では、ファンモジュール５００が、ファンモジュール４００より高い気流速度を生成することを示している。これは、図５のファンモジュール５００のハブ５０８の直径が図４のファンモジュール４００のハブ４０８の直径より小さく、その結果、ファンモジュール５００を通過する気流がファンモジュール４００より多くなるからである。
単一のファン及びモータを有するものとして主に開示されているが、１つ以上の実装形態では、本開示によるファンモジュールは、図５に示すように、２つのファンを含むことができる。例えば、図５のファンモジュール５００は、ファン５０４ａ，５０４ｂを含む。各ファン５０４ａ，５０４ｂには、各ファン５０４ａ，５０４ｂを駆動する電動モータ（図示省略）が含まれている。ファン５０４ａ，５０４ｂの間には、ファン５０４ａ又はファン５０４ｂに接続された別のファン５０４ｃを設けることができ、ファン５０４ａ又は５０４ｂの回転によってファン５０４ｃを回転させることができる。あるいは、ファン５０４ｃは静翼（static blade）であってもよい。さらに、ファンとして記載されているが、１つ以上の実装形態では、本明細書に記載された軸受ホルダの構成は、軸流圧縮機に適用されてもよい。
本発明の様々な実施形態について上述したが、それらは限定ではなく単なる例として提示されたものであることを理解されたい。本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に対する多数の変更を、本明細書の開示に従って行うことができる。従って、本発明の幅及び範囲は、上記の実施形態の何れかによって限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物に従って定義されるべきである。
本発明を１つ以上の実施形態に関して詳細に述べてきたが、本明細書及び添付の図面を読み理解すれば、当業者には同等の修正及び変更が生じるであろう。また、本発明の特定の特徴は、複数の実施法案のうち１つのみに関連して述べられているが、このような特徴は、所定の又は特定のアプリケーションにとって必要とされ且つ有利な１つ以上の他の実施法案の他の特徴と組み合わせられてもよい。
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するものであって、本発明を限定するものではない。本明細書では、単数形の「一つの（a）」、「一つの（an）」及び「その（the）」は、文脈によって他の明確な指示がされない限り、複数形も含む。さらに、「含む」、「有する」又はこれらの変形は、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲で使用される限りにおいて、「備える」という用語と同様に包括的であることが意図される。
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
１００，２００，４００，５００…ファンモジュール
１０２，２０２…フレーム
１０４，２０４，５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ…ファン
１０６，２０６…ブレード
１０８，２０８，４０８，５０８…ハブ
３１０…電動モータ
３１２…軸受ホルダ
３１４…第１の軸受ホルダ端部
３１６…第２の軸受ホルダ端部
３１８…セクション
３２０…第１の軸受
３２２…第２の軸受
３２４…プリント回路基板
３２６…シャフト
３２８…固定子
３３０…ハブの内面
３３２…磁石
３３４…第１の部品
３３６…第２の部品
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…直径
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…長さ／直径
Ｘ、Ｘ’ …フレームの軸

Claims (10)

  1. フレームと、
    前記フレームの軸を中心に回転するように構成されたファンであって、ハブを有し、前記ハブから半径方向に延在する複数のブレードを有するファンと、
    前記軸を中心に前記ファンを回転させるように構成された電動モータと、を含むファンモジュールであって、
    前記電動モータは、
    第１の軸受ホルダ端部で前記フレームに接続され、第２の軸受ホルダ端部で前記ハブ内に延在する軸受ホルダであって、前記第１の軸受ホルダ端部及び前記第２の軸受ホルダ端部の直径より小さい第１の直径を有する第１のセクションを有する軸受ホルダと、
    前記第１の軸受ホルダ端部で前記軸受ホルダによって保持された第１の軸受と、
    前記第２の軸受ホルダ端部で前記軸受ホルダによって保持された第２の軸受と、
    前記第１の軸受及び前記第２の軸受によって保持されたシャフトと、
    前記軸受ホルダの前記第１のセクションを囲む固定子と、を含む、ファンモジュール。
  2. 前記軸受ホルダは、第２の部品に取り外し可能に結合された第１の部品を含む、請求項１に記載のファンモジュール。
  3. 前記第１の部品は、前記第１の軸受ホルダ端部を含み、前記第２の部品は、前記第１のセクション及び前記第２の軸受ホルダ端部を含む、請求項２に記載のファンモジュール。
  4. 前記第１のセクションは、前記軸受ホルダの前記第２の部品内の前記第２の軸受ホルダ端部に取り外し可能に結合されている、請求項３に記載のファンモジュール。
  5. 前記フレーム又は前記軸受ホルダの少なくとも１つに結合されたプリント回路基板をさらに含む、請求項１に記載のファンモジュール。
  6. 前記プリント回路基板は、前記モータを制御するように構成されており、前記ハブの直径より小さい半径寸法を有する、請求項５に記載のファンモジュール。
  7. 前記ファンの直径は、前記ハブの直径より少なくとも約２．６倍大きい、請求項１に記載のファンモジュール。
  8. 第１の軸受ホルダ端部でフレームに接続され、第２の軸受ホルダ端部でハブ内に延在する軸受ホルダであって、前記第１の軸受ホルダ端部及び前記第２の軸受ホルダ端部の直径より小さい第１の直径を有する第１のセクションを有する軸受ホルダと、
    前記第１の軸受ホルダ端部で前記軸受ホルダによって保持された第１の軸受と、
    前記第２の軸受ホルダ端部で前記軸受ホルダによって保持された第２の軸受と、
    前記第１の軸受及び前記第２の軸受によって保持されたシャフトと、
    前記軸受ホルダの前記第１のセクションを囲む固定子と、を含む、ファンモータ。
  9. 前記フレーム又は前記軸受ホルダの少なくとも１つに結合されたプリント回路基板をさらに含み、前記プリント回路基板は、モータを制御するように構成されており、前記ハブの直径より小さい半径寸法を有する、請求項８に記載のファンモータ。
  10. 前記固定子の内径は、前記第１の軸受及び前記第２の軸受の外径より小さい、請求項８に記載のファンモータ。
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