JP4167861B2

JP4167861B2 - 空気移動アセンブリ

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Publication number: JP4167861B2
Application number: JP2002201065A
Authority: JP
Inventors: エムツァイクハミロイ; エルビレイディクリスチャン; デボンヒラルドマイク; シーサイモングレン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: US6508621B1; US20030021674A1; JP2003113799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気動力学的流れに関するシステムおよび方法に関し、更に詳細には、高性能空気移動アセンブリおよびその構成要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファン（扇風機）および送風機（ブロワ）のような空気移動装置は、現在の電子装置（たとえば、中央処理装置（ＣＰＵ）のようなコンピュータ装置、記憶装置、サーバ装置、ビデオカード）に採用されている冷却システムのような冷却システムの重要な一面である。電子装置の場合には、このような空気移動装置は通常、熱溜め（ヒートシンク）を横断するように空気を押したり、または引出したりするほかに、電子装置の構成要素から廃熱を除去するのにも使用されている。その上、電子装置を通過する空気流を発生する他に、ファン、送風機などは、システムの背圧にも打ち勝たなければならない。背圧は、装置での空気動力学的抵抗によって失われる圧力である。システムの背圧は、装置にある熱溜めの数の他に、装置内の他の構成要素の数、のような事項によって決まる。
【０００３】
一つのファンが故障すると、残りのファンが機能しないファンを補償するのに十分な流れを与えることができないことが通常なので、上述の冷却設備に採用されているファン、送風機などにとって、特に上位モデルの電子装置用の場合には、信頼性が必要である。残念ながら、これらのファンなどの故障率は高く、その最も多い原因は軸受故障である。このため、ほとんどのシステム設計者は、単一のファンの故障を補償するためにＮ＋１ファン構成を採用している。Ｎ＋１システム設計の例を図１Ａおよび図１Ｂに示してある。
【０００４】
Ｎ＋１構成には二つの期待される恩恵がある。第１に、Ｎ＋１構成では、一つのファンが故障すると、冗長ファンがシステムを通じて空気を押し込み続け、それによって冷却システムの信頼性が増大する。第２に、Ｎ＋１直列構成では、特に図１Ｂの構成では、Ｎおよび＋１のファンの両方が動作すれば、理論的に、単一のファンによって与えられるものに比較して直列を成す二つのファンによって（圧力は加算的であると仮定して）２倍の圧力が与えられるはずである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、たとえあったとしても、期待される第２の恩恵が生ずることはめったに無い。この一つの理由は、第１のファンを出る空気流に通常幾らかの「渦」があるということであり、これは、空気流の速度に回転成分がある他に、軸方向成分もあることを意味する。この現象を図２に示してある。図２で見ることができるように、ファン２１０に入る空気流は、図２に速度ベクトル２００で表わした速度を有している。ファン２１０を通過してから、速度ベクトル２００は、軸方向成分２２０および回転成分２３０の両方を発生する。第１のファン２１０によって与えられる渦は通常、第２のファン２４０の性能を低下させる。この一つの理由は、通常第１のファン２１０を出る空気流は第２のファン２４０の羽根の回転と同じ方向に旋回しながら進むことである。その結果、第２のファン２４０の羽根の回転速度が実質的に減少する。
【０００６】
上記に加えて、Ｎ＋１構成には別の顕著な短所があり、それは、Ｎ＋１構成を組み込むのにかなりな空間が必要であることである。多くの場合、電子装置および／または冷却システムに対する望ましい構成は、Ｎ＋１構成に十分な空間を残さない。その結果、冷却システムの構成および／または電子装置の構成をＮ＋１構成を収容するように妥協しなければならない。
【０００７】
従来技術の空気移動アセンブリの別の短所は、空気がアセンブリを通過するときの空気流の膨張および収縮による損失である。
【０００８】
また、Ｎ＋１構成の短所には、一つのファンが故障すると、機能しないファンが冷却システムに大きいインピーダンス（すなわち、空気流の妨害）を発生するということが含まれる。したがって、一つのファンが機能していない状態で直列に構成されている二つのファンは、冷却システムにとって、一つのファンのみの場合よりも悪い。
【０００９】
Ｎ＋１構成の他の望ましくない副作用は、音響うなり周波数を含む、望ましくない雑音である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高性能空気移動アセンブリを対象としている。一実施形態では、空気移動アセンブリは、第１の空気移動装置（たとえば、ファン、送風機）および固定子を備えており、固定子はアセンブリを通過する空気流の一つの膨張および／または収縮を少なくとも減らすように機能する。好適には、固定子は、前記固定子を通過する空気流に渦を与えるように、または渦を調節するようにも機能できる。少なくとも一つの実施形態では、固定子は何らかの渦を与えるかまたは調節することによって、空気移動アセンブリを出るや否や空気流には渦がほとんどまたは全く無いようになる。更に、本発明の空気移動アセンブリのさまざまな実施形態は、二つ以上の空気移動装置および／または二つ以上の固定子を備えている。少なくとも一つの実施形態では、本発明の空気移動アセンブリは、電子装置の冷却用に採用されている。
【００１１】
その上、少なくとも一つの実施形態では、空気移動アセンブリは、第１の空気移動装置の他に、支材アセンブリに結合された第２の空気移動装置をも備えている。これらの実施形態のうちの少なくとも一つでは、支材アセンブリは、第１の空気移動装置を出る空気流の渦の方向を逆にするように機能できる固定子を備えている。
【００１２】
本発明の少なくとも一つの実施形態の一側面の一つの技術的長所は、従来技術の空気移動装置の効率を通常妨害する望ましくない渦が打ち消され、その結果性能の高い空気移動装置となることを認識すべきである。加えて、膨張および収縮のような、従来技術のシステムに生ずる特定の損失が本発明のさまざまな実施形態では減少している（および特定の場合には、除去されている）。その上、本発明の少なくとも一つの実施形態では、貴重な装置スペースが構成要素を空気移動装置間で共有すること（たとえば、共有支材アセンブリ）によって節約される。更に、少なくとも一つの実施形態では、本発明の空気移動アセンブリは、機能しないファン（すなわち、故障したファンの状態）から生ずるインピーダンスを、少なくとも部分的に補償するのに役立っている。他に、少なくとも一つの実施形態では、音響うなり周波数が本発明によって制限されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図３Ａは、本発明の空気移動アセンブリの例示の実施形態を示す。図３Ａの実施形態では、図３Ａに速度ベクトル３１０によって表してある一定の速度を有する空気流がファンアセンブリ３００のファン３２０を通過する。ファン３２０を通過する結果、速度ベクトル３１０は軸方向成分３４０および回転成分３５０（「渦」または半径方向速度ともいう）を共に発達させる。図３Ａの実施形態では、ファン３２０の羽根は時計回りに回転している。したがって、回転成分３５０は時計回り回転成分である。
【００１４】
ファン３２０を通過した後の或る時点で、空気流は、固定子（ステータ）３８０を通過して変化する。好適な実施形態では、回転成分の方向が反転する。したがって、固定子３８０を通過してから、空気流の速度ベクトル３１０は、軸方向成分３６０および反時計回り回転成分３７０を有する。
【００１５】
固定子３８０を通過してから、空気流はファン３３０を通過する。図３の実施形態では、ファン３３０の羽根がファン３２０の方向と同じ方向に回転する。好適な実施形態では、ファン３３０を通過した後の空気流の速度は、軸方向成分３９０だけを有しており、すなわち、回転成分を持たない。ファン３３０に入る空気流とファン３３０の羽根との間の、回転方向における差によって、少なくとも部分的に空気流の回転成分が除去されることが促進されることが望ましい。というのは、空気流の回転成分を除去することによって、渦に付随する運動エネルギが、圧力の所望の増加という観点において位置エネルギに変換されるからである。
【００１６】
図３Ｂは、ファン３２０および３３０の他に固定子３８０がアセンブリ３００を通過する空気流にどう影響するかを、上から見た斜視図で示している。図３Ｂで、ファン３２０に入る空気流は速度ベクトル３１０で表した速度を有している。理解できるように、ファン３２０に入る際には、空気流の速度は軸方向成分Ｖ_aだけを有する。しかし、ファン３２０を通過している間、回転羽根３２５−１、３２５−２、および３２５−ｎ（ファン３２０の羽根を表す）が空気流をら旋運動するように偏向し、それによって速度を加速し、空気流がファン３２０の羽根を出るとき、空気流の速度がＶ_aからＶ_totalまで増大しているようになる。Ｖ_totalは、軸方向成分Ｖ_aの他に、回転成分（Ｖ_r）および所定の渦巻き角（角度θ）（渦巻き角は空気流の回転角である）を有している。図示したように、羽根３２５−１、３２５−２、および３２５−ｎ（ファン３２０の羽根を表す）は時計回りに回転している。したがって、図３Ｂの実施形態では、Ｖ_rは時計回りである。
【００１７】
ファン３２０の羽根を出た後の或る時点で、空気流は固定子３８０を通過し、その結果、空気流に対するＶ_rが変化する。特に、固定子３８０を通過する間、空気流は固定子羽根３８５−１、３８５−２、および３８５−ｎ（固定子３８０の固定子羽根を表す）の等高線（ｃｏｎｔｏｕｒｌｉｎｅ）に従い、空気流が固定子３８０を出るとき、Ｖ_rの方向が逆転している。
【００１８】
図３Ｂの実施形態では、固定子３８０を出てから、空気流は、羽根３３５−１、３３５−２、および３３５−ｎ（ファン３３０の羽根を表す）を通過する。理解できるように、羽根３３５−１、３３５−２、および３３５−ｎは時計回りに回転している。したがって、ファン３３０が回転すると、空気流が多かれ少なかれ軸方向に戻り、それによって空気速度がＶ_totalからＶ_aまで減少する（すなわち、空気流は軸方向成分だけを有する状態でファン３３０の羽根を出る）。先に説明したように、空気流の速度は減少するが、全圧力は増大する。
【００１９】
図３Ａに話を戻すと、ファン３２０および３３０を、プロペラファン、チューブ軸流ファン、ベーン軸流ファン、遠心ファン、軸流ファン、前曲型車輪送風機、後曲型車輪送風機、かご型送風機、などを含めて、現在公知の、または将来開発される幾つかのファンまたは他の空気移動装置のどんなものとしてもよい。ファンアセンブリ３００の少なくとも一つの実施形態では、ファン３３０の構造はファン３２０の構造と同一である。しかし、ファン３３０の構造をファン３２０の構造と違えてよいことが認識されよう。
【００２０】
図４は、ファン３２０および／または３３０として採用できるファン４００の例示実施形態を示す。ファン４００は、モータアセンブリ４７０を備えている。モータアセンブリ４７０にインペラ４８０が結合している。少なくとも一つの実施形態では、インペラ４８０は、ハブ４１０およびそれと一体化されたまたはそれに取り付けられた一つ以上の羽根（図４で羽根４２０−１および４２０−２で表した一つ以上の羽根）を備えている。少なくとも一つの実施形態では、アセンブリ４７０は、インペラ４８０と共に、支材４９０がかけ渡されており開放された内部領域を備えている基体４４０内に設置され、好適にはそれに固定されている。支材４９０は、アセンブリ４７０の他にインペラ４８０も取付けられている中心位置４３０を支持している。少なくとも一つの実施形態では、基体４４０は更に、既知のやり方で、通常はハブ４１０を中心として回転対称を成すエーロフォイルに似た内面を有する静止（固定）ベンチュリ（図示せず）を備えている。静止ベンチュリは回転羽根４２０−１および４２０−ｎの遠端を越えた部分で半径方向に密接して設置されている。その上、好適には、基体４４０に取付けられるかまたは基体４４０と一体化されているのは、第１のフィンガーガード４５０および第２のフィンガーガード４６０である。更に、羽根４２０−１および４２０−ｎは、合衆国特許出願０９／８６７，１９４号に説明されているようにウィングレットを備えることができる。
【００２１】
図５Ａおよび図５Ｂは、固定子３８０の例示の実施形態を示す。図５Ａの実施形態では、固定子３８０は枠５２０を備え、枠５２０自身は、長方形外面５３０および長方形内面５４０を備えている。また図５Ａの実施形態が備えているのは固定子ハブ５００である。ハブ５００および枠５２０に結合した（たとえば、それと一体化された）羽根５１０−１および５１０−ｎのような一つ以上の固定子羽根（案内羽根（ベーン）ともいう）がある。ハブ５００および羽根５１０−１および５１０−ｎは静止しており、すなわち、ハブ５００の中心軸の周りを回転しない。更に、固定子羽根は真っすぐな羽根であり、各羽根の弦線（ｃｈｏｒｄｌｉｎｅ）が真っすぐであることを意味している（弦線は羽根の前縁の中心と後縁の中心とを結ぶ線である）。少なくとも一つの実施形態では、羽根５１０−１および５１０−ｎの縁の一つ以上が丸められて空気動力学特性を向上させている。その上、少なくとも一つの実施形態では、固定子羽根はエーロフォイル形状をしている。
【００２２】
図５Ｂの実施形態では、図５Ａと同様に、固定子３８０は枠５５０を備えている。しかし、枠５２０と異なり、枠５５０は、長方形外面５６０および円形内面５７０を備えている。また、固定子３８０（図５Ｂ）は固定子ハブ５８０を備えている。ハブ５８０および枠５５０と結合されおよび／または一体化されているのは、羽根５９０−１および５９０−ｎのような、一つ以上の固定子羽根である。ハブ５８０ならびに羽根５９０−１および５９０−ｎは静止して（固定されて）おり、すなわち、ハブ５８０の中心軸の周りを回転しない。その上、図５Ａの固定子と異なり、図５Ｂの固定子羽根は曲がり（カーブの付けられた）羽根であり、羽根に対する弦線が曲線になっていることを意味する。
【００２３】
少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０は、アセンブリ３００を通過する空気流の一つの膨張および／または一つの収縮を少なくとも減らす（好適には無くす）ように作用することが可能である。一実施形態では、固定子３８０は、その環状域がファン３２０および／またはファン３３０の表面（端面）と合致する表面を備えることによって、一つの膨張および／または一つの収縮を少なくとも減らして（好適には無くして）いる。加えて、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０のハブの環状域（空気通過部分）は、ファン３２０および／またはファン３３０の環状域と合致させられて膨張および／または収縮を十分に減らし、または好適には解消している。その上、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０の厚さは、ファン３２０および３３０の厚さと同程度である。
【００２４】
加えて、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０の第１の表面の環状域はアセンブリ３００の一方の構成要素の表面の環状域と合致するが、固定子３８０の第２の表面の環状域は、アセンブリ３００の他方の構成要素の表面の環状域と合致し、後者の構成要素の表面は、前者の構成要素の表面の環状域とは異なる環状域を備えている。たとえば、図５Ｃは、ファン３３０と空気ダクト３９５との間に設置された固定子３８０の一実施形態の側面図を示す。ファン３３０をダクト３９５の入口または出口に置いてよい。理解できるように、ファン３３０の少なくとも一つの表面の環状域は、空気ダクト３９５の少なくとも一つの表面の環状域とは異なっている。アセンブリ３００を通過する空気流の少なくとも一つの膨張および／または少なくとも一つの収縮を減らす（好適には無くす）には、固定子３８０の少なくとも一方の表面の環状域がファン３３０の少なくとも一方の表面の環状域と合致するが、固定子３８０の少なくとも他方の表面の環状域が空気ダクト３９５の少なくとも他方の表面の環状域と合致する。この合致の一部として、図５Ｃの実施形態では、固定子３８０の内面がファン３３０の表面の環状域から空気ダクト３９５の表面の環状域まで先細になっている。図５Ｄの実施形態では、固定子３８０の内面が先細になっているばかりでなく、外面も同様に先細になっている。固定子３８０の固定子羽根（図５Ｃおよび図５Ｄには示してない）は、先細内面が広がっている内部領域のどこかに設置されている。図５Ｃおよび図５Ｄでは固定子３８０の内面がファン３３０の右の構成要素の表面の環状域からその左にある構成要素の表面の環状域まで先細になっているが、或る実施形態では、その反対も成り立つことが認識されよう。
【００２５】
好適には、固定子３８０が備えている固定子羽根の数は、ファン３２０および／または３３０が備えているファン羽根の数よりも多い。固定子３８０の特定の実施形態に対する羽根の好適な数は、固定子３８０がそこを通過する空気流に与える所要の影響
（効果）によって決まる。羽根の好適数を決定する一つの方法は、所要の影響が得られるまで羽根の数について実験することである。
【００２６】
同様に、固定子３８０の一つ以上の羽根に対する羽根角は、固定子３８０の一実施形態がそれを通過する空気流に及ぼす所要の影響によって決まる（羽根角は、羽根の弦線と空気流の軸方向の平面との間の角度である）。たとえば、上に説明したように、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０がそれを通過する空気流の速度の回転成分の方向を逆転することが望ましい。したがって、このような実施形態では、固定子３８０の一つ以上の羽根に対する好適な羽根角は、回転成分の方向を逆転しやすくする羽根角となる。
【００２７】
上記を達成する適切な羽根角は、一つ以上の方法で決定できる。限定を目的としない例として、固定子３８０が空気流に所要の影響を与えやすい適切な羽根角を、以下のように決定し得る。
・固定子３８０の羽根のさまざまな羽根角について繰り返して固定子３８０および／もしくはファンアセンブリ３００を出る空気流の実験的測定（コンピュータ・シミュレーションを含んでよい）を行なう
・ファンアセンブリ３００の機械的モックアップの実験的測定（コンピュータ・シミュレーションを含んでよい）を行なう
・空気流ネットワーク法を使用する羽根角の計算、ならびに／または、
・流体動力学のコンピュータ・ソフトウェアを使用する羽根角の計算。
一実施形態では、上の方法または全く異なる一つ以上の他の方法の一部として、固定子３８０に入る空気流の渦巻き角を以下の公式を使用して決定する。
【００２８】
【数１】

【００２９】
【数２】

【００３０】
【数３】

次に渦巻き角を使用して、回転成分に与える所要影響を達成する適切な羽根角度を決定する。更に、少なくとも一つの実施形態では、所要の羽根角の決定には、少なくとも部分的に、ファン３２０および／またはファン３３０の動作点の決定が関わってくる。
【００３１】
その上、固定子３８０の一つ以上の羽根の曲率は、固定子３８０の一実施形態がそこを通過する空気流に及ぼす所要の影響によって決まる。記したとおり、少なくとも一つの実施形態について、固定子３８０がそこを通過する空気流の速度の回転成分の方向を逆転させることが望ましい。したがって、このような実施形態では、固定子３８０の一つ以上の羽根の好適な曲率は、回転成分の方向の逆転を促進する曲率である。
【００３２】
更に、先の説明と同様であるが、固定子３８０の一つ以上の羽根の適切な曲率を、
・固定子３８０の一つ以上の羽根の曲率についてさまざまに繰り返して固定子３８０および／もしくはファンアセンブリ３００を出る空気流を実験的に測定（コンピュータ・シミュレーションを含むことがある）することによって、
・ファンアセンブリ３００の機械的モックアップの実験的測定（コンピュータ・シミュレーションを含むことがある）によって、
・空気流ネットワーク法を使用する曲率の計算によって、ならびに／または、
・流体動力学のコンピュータ・ソフトウェアを使用する曲率の計算によって、
決定できる。更に、少なくとも一つの実施形態では、所要の影響を発生させるために、固定子３８０の羽根の曲率をファン３２０を出る空気流の渦巻き角に合わせている。
【００３３】
一実施形態では、固定子３８０はシートメタルから製作されている。代わりの実施形態では、固定子３８０は射出成形によって形成されている。これらの実施形態のうちの一つでは、枠、ハブ、および羽根は、別々の部品として形成された後に互いに結合されている。別の実施形態では、枠、ハブ、および羽根は、一体物として形成されている。少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０を上述のいずれかの組合せで形成することができる。
【００３４】
少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０は、Ｎ＋１直列ファン構成の性能を増すようにＮ＋１直列ファン構成の二つのファンの間に挿入できるドロップイン・モジュールである。その上、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０を既知の空気移動装置に採用して（たとえば、前または後で結合または挿入して）装置の性能を上げることができる。たとえば、固定子３８０を管（チューブ）軸流ファンに採用して羽根（ベーン）軸流ファンを有効に作ることができる。
【００３５】
図５Ａおよび図５Ｂに示した固定子３８０の構成は単なる例示であり、固定子３８０に多数の他の構成を与えることができることが認識されよう。たとえば、枠５２０は円形内面を有することができる。同様に、枠５５０は長方形内面を有することができる。その上、枠５２０および／または枠５５０が円形外面および円形内面の双方を、または長方形もしくは円形以外の任意の形状を有することができる。他に、図５Ａおよび図５Ｂに示したように、ハブ・羽根構成として組み込むのではなく、固定子３８０が代わりにハニカム（蜂の巣）構成を有することができる。
【００３６】
図５Ａおよび図５Ｂに示した固定子３８０の構成が単なる例示というだけでなく、図３Ａに示したファンアセンブリ３００の構成も同様であり、というのは、ファンアセンブリ３００は幾つかの構成を有することができるからである。たとえば、ファンアセンブリ３００は、図３Ａに示したものよりも多くの数のファンおよび固定子を備えることができる。たとえば、一実施形態では、ファンアセンブリ３００を通過する空気流は、ファン３２０に入る前に固定子を通過できる。同様に、一実施形態では、ファンアセンブリ３００を通過する空気流は、ファン３００を出てから固定子を通過できる。その上、ファンアセンブリ３００は、図３Ａに示すもの以外の構成要素を備えることができる。
【００３７】
図３Ａにおけるファン３２０と固定子３８０との間の距離および／または固定子３８０とファン３３０との間の距離は例に用いただけであり、ファン３２０、ファン３３０、および固定子３８０の間の距離について図３Ａに示したより小さくまたは大きくしてよいことに注目すべきである。事実、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０は、ファン３２０および／またはファン３３０のフィンガーガードに組み込まれている。その上、一実施形態では、ファンアセンブリ３００は、一つ以上のスタンドアロン固定子と一つ以上のフィンガーガード固定子との組合せを備えている。加えて、少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０はファン３２０および／またはファン３３０につながれている。
【００３８】
少なくとも一つの実施形態では、アセンブリ３００は、図３Ａに示したものよりも少ない数のファンを備えている。たとえば、少なくとも一つの実施形態では、アセンブリ３００は、ファン３２０を備えていない。少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０は、その回転方向がファン３３０の羽根の回転方向とは反対である空気流に渦をもたらす。その結果、好適な実施形態では、ファン３３０を出る空気流はその速度に軸方向成分しか有していない。その上、少なくとも一つの実施形態では、アセンブリ３００は、ファン３３０を備えていない。少なくとも一つの実施形態では、固定子３８０は、ファン３２０から生ずる渦を減らしている（または好適には除去している）。先に記したとおり、上述の構成の一つの長所は、渦に関連する運動エネルギの位置エネルギへの変換から生ずる圧力の増大である。
【００３９】
少なくとも一つの実施形態では、ファンアセンブリ３００は固定子を備えていない。図６は、このような実施形態を示している。図６の実施形態では、ファンアセンブリ３００は、第１のモータアセンブリ６１０を備えている。図６の実施形態で第１のモータアセンブリ６１０に結合しているのは第１のインペラ６２５で、このインペラ自身、第１のハブ６３０、およびこれに組み込まれたまたは取付けられた一つ以上の羽根（図６では羽根６３５−１および６３５−ｎで表してある）を備えている。図６の実施形態では、第１のモータアセンブリ６１０、ひいては、それに結合している第１のインペラ６２５が支材アセンブリ６２０に結合している。図６の実施形態では、支材アセンブリ６２０は支材６７５を備えている。支材６７５は、モータアセンブリ６１０およびインペラ６２５が取付けられている中心位置６７０を支持している。また、図６の実施形態で中心位置６７０に取付けられているのは第２のモータアセンブリ６１５である。好適には、第２のモータアセンブリ６１５に第２のインペラ６４０が結合し、インペラ６４０自身が、第２のハブ６４５、およびそれに一体化されたまたは取付けられた一つ以上の羽根（図６では６５０−１および６５０−ｎで示してある）を備えている。図６の実施形態では、第１のモータアセンブリ６１０、第１のインペラ６２５、支材アセンブリ６２０、第２のモータアセンブリ６１５、および第２のインペラ６４０から成るこの集合体（アセンブリ）がハウジング６５０の内部に設置され、好適には、そこに固定されている。更に、少なくとも一つの実施形態では、ハウジング６５０に第１のフィンガーガード６６０および第２のフィンガーガード６６５が取付けられるか、または一体化されている。
【００４０】
図６の実施形態では、第１のインペラ６２５から生ずる渦を補償するために、第２のインペラ６４０を第１のインペラ６２５の回転方向とは逆の方向に回転させることができる。その上、このような実施形態では、羽根６５０−１および６５０−ｎの寸法および向きは羽根６３５−１および６３５−ｎの鏡像であるから、第２のインペラ６４０から少なくとも部分的に生ずる空気流は、第１のインペラ６２５から少なくとも部分的に生ずる空気流と同じ方向である。
【００４１】
図６に示したファンアセンブリ３００の実施形態は別の構成を備えることができる。たとえば、図６のファンアセンブリ３００は、図６に示したものより少ないかまたは多い数の構成要素を備えることができる他に、図６に示したもの以外の一つ以上の構成要素をも備えることができる。たとえば、少なくとも一つの実施形態では、第１のモータアセンブリ６１０および第２のモータアセンブリ６１５は、別々の支材アセンブリに結合されている。更に、一実施形態では、第１のモータアセンブリ６１０および第２のモータアセンブリ６１５は、電子回路を共有できる。更に、一実施態では、第１のインペラ６２５および第２のインペラ６４０は、モータアセンブリを共有できる。加えて、ハウジング６５０は更に、既知のやり方で、通常はハブ６３０および／またはハブ６４５の周りに回転対称を成すエーロフォイルに似た内面を有する静止ベンチュリ（図示せず）を備えることができる。このエーロフォイルは、回転羽根６３５−１および６３５−ｎおよび／または６５０−１および６５０−ｎの遠端を越えた部分で半径方向に密接して設置されている。更に、羽根６３５−１および６３５−ｎおよび／または６５０−１および６５０−ｎは、アメリカ合衆国特許出願、出願番号０９／８６７，１９４に関して先に説明したようなウィングレットを備えることができる。更に、少なくとも一つの実施形態では、上述の逆回転ではなく、図６のファンアセンブリを第１のインペラ６２５および第２のインペラ６４０が同じ方向に回転するように構成できる。
【００４２】
ファンアセンブリ３００の少なくとも一つの実施形態では、ファンアセンブリの組込み電子回路を、第１のモータアセンブリ６１０または第２のモータアセンブリ６１５が故障すれば、残りの機能するモータアセンブリがそれに結合しているインペラの回転の速さを上げて故障したファンを補償するように設計できる。その上、一実施形態では、第１のインペラ６２５および第２のインペラ６４０の回転を、音響うなり周波数の数を制限するように同期させることができる。
【００４３】
付け加えると、図６に示したファンアセンブリ３００の実施形態は、固定子が存在しない構成に限定されない。少なくとも一つの実施形態では、固定子（たとえば、固定子３８０）は、第１のインペラ６２５と第２のインペラ６４０との間に設置されている。その上、少なくとも一つの実施形態では、固定子（たとえば、固定子３８０）は、支材（ストラット）アセンブリ６２０の一部（たとえば、支材６９０および／または中心位置６７０の一部）として設けられている。少なくとも一つの実施形態では、第１のインペラ６２５および第２のインペラ６４０は同じ方向に回転できる。さらに、第１のインペラ６２５と第２のインペラ６４０との間に設置されている固定子に加えて、またはその代わりに、ファンアセンブリ３００が別の場所に一つ以上の固定子を備えることができる。たとえば、固定子を第１のフィンガーガード６６０および／または第２のフィンガーガード６６５に取付けるか、またはそれと一体化させることができる。その上、ハウジング６５０に取付け、一体化または内部に設置されてはいない固定子がファンアセンブリに存在しても良い。
【００４４】
少なくとも一つの実施形態では、上述の空気移動アセンブリ、またはその少なくとも幾つかの構成要素を電子装置の冷却用に採用している。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のさまざまな実施形態は従来技術に付随する問題を克服している。たとえば、本発明のさまざまな実施形態は従来技術の装置の効率を阻害する不必要な渦を打ち消すことができる。本発明の少なくとも一つの実施形態では、不必要な渦が打ち消されているので、従来技術によって予想されている所要の圧力増加が達成され、いくつかの実施形態では、それが予想を上回った。その上、本発明の少なくとも一つの実施形態では、所要圧力増加が、従来技術では好ましくない渦と考えられているものを意図的に与えることによって達成されている。
【００４６】
更に、従来技術のシステムで生ずる、膨張損失および収縮損失のような一定の損失が本発明のさまざまな実施形態では減っている（或る場合には、除去されている）。少なくとも一つの実施形態では、固定子は、固定子と空気移動装置との間の一つの膨張および／または一つの収縮を少なくとも減らすのに十分な寸法を備えている。たとえば、少なくとも一つの実施形態では、固定子の表面の環状域は、アセンブリの一つ以上の他の構成要素（たとえば、空気移動装置）の表面の環状域と同じである。
【００４７】
同様に、さまざまな実施形態において、本発明の実施形態の固定子を、既知の空気移動装置および／もしくはアセンブリに挿入するか、またはさもなくばそのような装置および／もしくはアセンブリと共に使用するかして、このような装置および／もしくはアセンブリの性能を増進させることができる。たとえば、一実施形態では、固定子をＮ＋１直列構成の二つのファンの間に挿入してその構成の性能を増進させることができる。他の例として、他の実施形態では、固定子を使用して、あまり高価でない管軸流ファンを比較的高価な羽根軸流ファンに変えることができる。
【００４８】
他に、本発明の少なくとも一つの実施形態では、空気移動装置間で構成要素を共有することによって（たとえば、共有支材アセンブリ、共有モータアセンブリ、共有電子回路、および／または共有ハウジング）、貴重な装置スペースを節約している。したがって、冷却システム設計および／または電子装置設計を、従来技術で必要だったように、何らかの空気移動システム構成（たとえば、Ｎ＋１構成）に適応するように妥協して設計する必要がない。
【００４９】
少なくとも一つの実施形態では、本発明の空気移動アセンブリは、固定子および／または逆回転ファンを用いて、実施の形態のファンアセンブリによって生ずる全圧力を増大させることによって、機能しないファン（すなわち、故障したファンの状態）から生ずるインピーダンスを補償するのに役立っている。
【００５０】
その他に、少なくとも一つの実施形態では、音響うなり周波数の数を制限するようにファンの回転を同期させている。以上のように本発明には様々な態様が存在するが、例えば以下のような態様が可能である。
【００５１】
［実施の態様１］空気の流れを発生するように動作できる空気移動アセンブリであって、
空気移動装置と、
固定子（３８０）と
を備え、
前記固定子が、前記アセンブリを通過する空気流の一つの膨張または一つの収縮を少なくとも減らすように機能できるアセンブリ。
【００５２】
［実施の態様２］前記固定子（３８０）が、前記アセンブリを通過する空気流の一つの膨張または一つの収縮を少なくとも減らすように機能できる実施の態様１に記載のアセンブリ。
【００５３】
［実施の態様３］前記固定子（３８０）が、前記アセンブリを通過する空気流の一つの膨張および一つの収縮を無くすように機能できる実施の態様２に記載のアセンブリ。
【００５４】
［実施の態様４］前記固定子（３８０）の表面の環状域が、前記空気移動装置の表面の環状域に合致する実施の態様１に記載のアセンブリ。
【００５５】
［実施の態様５］前記固定子（３８０）の別の表面の環状域が、前記空気移動アセンブリの別の構成要素の表面の環状域に合致する実施の態様４に記載のアセンブリ。
【００５６】
［実施の態様６］前記空気移動装置の前記表面の前記環状域が、該空気移動アセンブリの前記別の構成要素の前記表面の前記環状域とは異なっている実施の態様５に記載のアセンブリ。
【００５７】
［実施の態様７］少なくとも別の空気移動装置を更に備える実施の態様１に記載のアセンブリ。
【００５８】
［実施の態様８］前記固定子が更に、前記空気移動装置のインペラの回転方向とは反対の方向の渦（３７０）を与える実施の態様１に記載のアセンブリ。
【００５９】
［実施の態様９］前記固定子が前記空気移動装置よりも多くの羽根を備える実施の態様１に記載のアセンブリ。
【００６０】
［実施の態様１０］前記固定子が前記空気移動装置のフィンガーガードの一部である実施の態様１に記載のアセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示のＮ＋１並列ファンシステム構成（A）と、例示のＮ＋１直列ファンシステム構成（B）を示す模式図である。
【図２】例示のファンを通過する空気流によって生ずる渦現象を示す模式図である。
【図３】本発明による空気移動アセンブリの一つの例示の実施形態を示す模式図（Ａ）と、図３（Ａ）の空気移動アセンブリを通過する空気流によって生ずる変化を示す模式図（Ｂ）である。
【図４】図３（Ａ）のファンアセンブリに採用できるファンの例示の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明による固定子の第１および第２の例示の実施形態を示す斜視図（Ａ，Ｂ）と、本発明による固定子の第３および第４の例示の実施形態を示す模式図（Ｃ，Ｄ）である。
【図６】本発明の空気移動アセンブリの第２の例示の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
３００ファンアセンブリ
３７０渦
３８０固定子
４８０，６２５，６４０インペラ

Claims

空気移動装置と、
固定子と、
前記空気移動装置の端面の空気通過部分と異なる空気通過部分を有する別の構成要素とを備えた空気移動アセンブリにおいて、
前記固定子は、内面と外面を備えた枠と、前記枠に取付けられた少なくとも１つの羽根とを備え、前記固定子を通過する空気流の速度の回転成分の方向を逆転させて前記空気移動装置で生じる渦を減らし、前記固定子の端面の空気通過部分が、前記空気移動装置の端面の空気通過部分に合致し、前記固定子の別な端面の空気通過部分が、前記別の構成要素の端面の空気通過部分に合致して、空気流の膨張または収縮を減らし、前記空気移動装置の前記固定子の空気通過部分の内面が先細または先細の逆になっていることを特徴とする空気の流れを発生する空気移動アセンブリ。
ストラットアセンブリと、
前記ストラットアセンブリに取付けられた第１の空気移動アセンブリと、
前記ストラットアセンブリに取付けられ、前記第１の空気移動アセンブリと同じ中心位置を有する第２の空気移動アセンブリとを備え、
前記ストラットアセンブリが固定子を有し、前記固定子は、内面と外面を備えた枠と、前記枠に取付けられた少なくとも１つの羽根とを備え、前記固定子を通過する空気流の速度の回転成分の方向を逆転させて前記第１の空気移動アセンブリと前記第２の空気移動アセンブリが生じる渦を減らし、前記第１の空気移動アセンブリと第２の空気移動アセンブリとがハウジング内に設置されて、空気流の膨張または収縮を減らし、前記第１の空気移動アセンブリと前記第２の空気移動アセンブリの回転を音響うなり周波数を制限するように同期させることを特徴とする空気の流れを発生する空気移動装置。
前記第１の空気移動アセンブリが故障すると前記第２の空気移動アセンブリのインペラの回転の速さを上げるように機能することを特徴とする請求項２に記載の空気の流れを発生する空気移動装置。