JP4544375B1

JP4544375B1 - 送風装置

Info

Publication number: JP4544375B1
Application number: JP2010045159A
Authority: JP
Inventors: 浩二吉岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP2011179420A

Abstract

【課題】足部の固有振動数を調節することでモータの振動の周波数と近い値となることを防ぎ、騒音を抑えることができる送風装置を提供することを目的とする。
【解決手段】円筒形状の外周面を有するハブ部の外周面から遠心方向に延びるファンブレード５と、ファンブレード５を支持し、駆動させる駆動部と、駆動部を支持し、吸気口４を有するファンフレーム２ａとを備え、ファンフレーム２ａは、吸気口４の駆動部側内周端部と外周端部とを接続する足部９ａ〜９ｃを備え、ファンフレーム２ａの外周端部側に、足部９ａ〜９ｃを延長させる切り込み１０を入れたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子機器の筐体内部に実装されるＣＰＵなどの発熱体の冷却装置に用いられる送風装置に関するものである。

従来の送風装置として、（特許文献１）に示すようなものがあり、ファンフレームに設けられた吸気口の径は吸気口からファンケース内に流入する空気の風量と静圧との関係によりある一定の範囲内に限られていた。すなわち、発熱部品の冷却に用いる際、発熱部品の冷却に求められる風量を確保するため、吸気口の径は大きく設けることが必要である。しかしながら、吸気口が大きすぎると静圧が低くなり、実装密度の高い機器、流露の狭い機器には搭載できない。従って、吸気口の径は風量と静圧とを両立するようなある一定の範囲内に限られていたため、ファンフレームとモータ部をつなぐ足部の直径の長さも吸気口の直径に連動して同じ径で設けられていた。

特開２００１−０５７４９３号公報

しかしながら、ファンブレードを駆動するモータ部とファンフレームとをつなぐ足部の直径の長さが一定の範囲内で限定されると、足部の剛性が高くなってしまう。その結果、足部の固有振動数がモータ部の回転数に依存した磁極による振動の周波数と近い値となり、モータの振動がファンフレームで共振、増幅され、振動による騒音として組み込まれる機器の騒音問題を引き起こしていた。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、足部の固有振動数を調節することでモータの振動の周波数と近い値となることを防ぎ、騒音を抑えることができる送風装置を提供することを目的とする。

そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、円筒形状の外周面を有するハブ部の外周面から遠心方向に延びるファンブレードと、前記ファンブレードを支持し、駆動させる駆動部と、前記駆動部を支持し、吸気口を有するファンフレームとを備え、前記ファンフレームは、前記吸気口の前記駆動部側内周端部と前記内周端部と対向する外周端部とを接続する足部を備え、前記ファンフレームの前記外周端部側に、前記足部を延長させる切り込みを入れたことを特徴とする送風装置である。

以上の構成により、本発明は、足部を延長して直径を大きくすることで剛性を低くし、足部の固有振動数を調節することできる。その結果、モータの振動の周波数と近い値となることを防いで騒音を抑えることができる効果を有するものである。

本実施例における遠心ファン装置のファンフレーム側からみた斜視図本実施例における遠心ファン装置のファンブレード側からみた斜視図（ａ）本実施例におけるファンフレームの上面図、（ｂ）本実施例におけるファンフレームの断面図図１の領域Ａにおける足部とファンフレームとの接続部分の拡大図本実施例における足部の直径の大きさＷｄと足部の固有振動数との関係を示した図本実施例における足部の直径を変化させた場合のモータの回転速度と音圧との関係を示した図本実施例における足部の幅Ｗｓと足部の固有振動数との関係を示した図本実施例における足部の厚みＷｔと足部の固有振動数との関係を示した図（ａ）本実施例における足部の長手方向に平行である切り込みと略直角方向である切り込みとを設けたファンフレームの上面図、（ｂ）本実施例における吸気口の周囲全体に複数層になるように切り込みを設けたファンフレームの上面図

請求項１に記載の発明は、円筒形状の外周面を有するハブ部の外周面から遠心方向に延びるファンブレードと、ファンブレードを支持し、駆動させる駆動部と、駆動部を支持し、吸気口を有するファンフレームとを備え、ファンフレームは、吸気口の駆動部側内周端部と内周端部と対向する外周端部とを接続する足部を備え、ファンフレームの外周端部側に、足部を延長させる切り込みを入れたことを特徴とする送風装置であって、足部を延長して直径を大きくすることで剛性を低くし、足部の固有振動数を調節することできるので、モータの振動の周波数と近い値となることを防いで騒音を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、前記ファンフレームに、前記ファンブレードを前記ファンフレームとともに挟み込んで支持するファンカバーと前記ファンフレームとを接続する接続部を設け、前記接続部は前記足部の延長線上を避けて配置されることを特徴をする請求項１に記載の送風装置であって、モータの振動による騒音が大きくなることを更に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、前記切り込みは、前記足部の長手方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の送風装置であって、成型するための金型が単純となり製造が容易となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
（実施例）
本実施例では、本発明の送風装置を発熱備品の冷却に使用する場合について説明する。

図１は本実施例における遠心ファン装置のファンフレーム側からみた斜視図である。遠心ファン装置１のファンケース２は、下部に位置するファンフレーム２ａとその上部に位置する図示しないファンカバーにより構成されている。ここで、ファンフレーム２ａは、樹脂成型やアルミニウム合金のダイカスト成型などにより底面と側面が一体的に形成される。その一方の側面に吸気した空気を排気する排気口３が配設されており、その底面には吸気口４が配設されている。また、ファンカバーは、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料の打ち抜き成形や樹脂成形によりプレート状に成形されており、その中央部に空気を吸気する略円形状の吸気口４が配設されている。

そして、そのファンフレーム２ａとファンカバーとに挟まれて収容されるようにファンブレード５が配置される。

図２は本実施例における遠心ファン装置のファンブレード側からみた斜視図である。図２において、ファンブレード５は円筒形状の外周面を有するハブ部６とその外周面から遠心方向へ略放射状に延びる複数のブレード部７とから構成されている。また、モータ部はハブ部６の内側に設けられている。

また、ファンブレード５はモータ部によって回転駆動され、ブレード部７の回転方向の面（正圧面）の所定の領域における回転軸方向の表面形状は、そのブレード部７の上下方向の両側端部がブレード部７の中央部よりも回転方向側に位置する形状となっている。更に、ブレード部７の外周部において回転軸方向の上側端部に連続的に連なる上側円環板８が設けられている。

ファンブレード５が高速で回転すると、そのハブ部６の上面に対向するようにファンカバーの中央部に配設された吸気口４と、ファンフレーム２ａの底面に配設された吸気口４とから、空気が吸気される。そのとき、後述するファンブレード５の回転軸（図示せず）方向より吸気され、更にその吸気された空気が複数のブレード部７の回転運動によりファンケース２の内部でそのブレード部７の遠心方向へと風向きが変えられる。従って、吸気された空気の大部分はフレーム２ａやカバー２ｂの内壁にぶつかりながら、その内壁に沿ってファンブレード５の回転方向と同一の方向へそれらの空気が送られて排気口３から排気される。

次に、本発明の特徴点であるファンフレーム２ａについて詳細に説明する。

図３（ａ）は本実施例におけるファンフレームの上面図、図３（ｂ）は本実施例におけるファンフレームの断面図である。また、図４は図１の領域Ａにおける足部とファンフレームとの接続部分の拡大図である。

足部９ａ、９ｂ、９ｃは、吸気口４の端部であってモータ部とファンフレーム２ａとを接続する接続孔１１側の内駆動部側内周端部１４と、接続孔１１と対向する吸気口４の外側端部１３とを接続する。ファンフレーム２ａはファンブレード５を支持するモータ部を支持している。ファンフレーム２ａに足部９ａ〜９ｃを延長させるような切り込み１０を設けることによって、足部９ａ〜９ｃの直径Ｗｄを吸気口４の外側端部１３の直径よりも大きくしている。ファンフレーム２ａは接続孔１１によってモータ部と接続しており、複数設けられた接続部１２によってファンカバーと接続する。

また、図３（ａ）に示すように足部９ａ〜９ｃは、足部９ａ〜９ｃの長手方向の延長線上に接続部１２が配置されないように設けることが好ましい。すなわち、モータ部の振動は足部９ａ〜９ｃを足部９ａ〜９ｃの長手方向に沿って伝わるため、その延長線上に接続部１２を設けると接続部１２からファンカバーに伝わりやすくなり、騒音が大きくなってしまう。従って、本実施例のように足部９ａ〜９ｃの長手方向の延長線上以外に接続部１２を配置することで、モータの振動による騒音が大きくなることを更に抑えることができる。

また、切り込み１０の形状は、図４のように足部９ａ〜９ｃの長手方向と平行であることで成型するための金型が単純となり製造が容易となるが、このように必ずしも平行である必要はない。すなわち、切り込み１０によって足部９ａ〜９ｃの長さを吸気口４の駆動部側内周端部１４と外周端部１３との間の距離よりも長くすることで、足部９ａ〜９ｃの剛性を低くし、足部９ａ〜９ｃの固有振動数を調節することができればよい。例えば、切り込み１０がファンフレーム２ａと接続する部分の近傍を八の字のように外側に向かって広がるように形成してもよい。このように構成することによって、足部９ａ〜９ｃの固定振動数に影響を与えることなく足部９ａ〜９ｃとファンフレーム２ａとの接続を丈夫にすることができる。従って、足部９ａ〜９ｃとファンフレーム２ａとの接続部における切り込み１０の角度αは略０〜６０度が好適であり、本実施例では幅ｄが１ｍｍ程度〜５ｍｍ程度である。切り込み１０の角度αが略０〜３０度（本実施例のおいては幅ｄが略１ｍｍ）と小さい場合には吸気口４の面積がほとんど変わらず静圧がほとんど変化しないので、実装密度の高い機器、流路の狭い機器であっても影響がないような高い静圧で吸気することができる。また、切り込み１０の角度αが略３０〜６０度（本実施例のおいては幅ｄが略５ｍｍ）と大きい場合には、キャビティノイズの発生を抑えることができる。キャビティノイズとは、細い溝の上を風が通ると溝の中で風が渦状となり、その結果騒音となるものである。

本実施例においては吸気口４の外側端部１３の直径は３５ｍｍであるが、吸気口４の直径はファンブレード５の大きさに依存するため３５ｍｍに限定されるものではない。例えば、ノートＰＣの電気機器の冷却装置としては吸気口４の外側端部１３の直径が３０ｍｍ〜４６ｍｍが一般的であるし、それ以外の大きさの冷却装置でもよい。なお、図３中のＷｄは足部９ａ〜９ｃがファンフレーム２ａと接続する足部９ａ〜９ｃの端部を結んだ円の直径を表し、Ｗｓは足部９ａ〜９ｃの幅、Ｗｔは足部９ａ〜９ｃの厚みを示す。

次に、足部９ａ〜９ｃの固有振動数とモータ部の振動周波数との関係について説明する。モータ部はロータとステータを備える。ロータにはファンブレード５のブレード部７と、内周には複数の磁極を設けたロータマグネットが設けられている。ステータは、インシュレータに巻き線が巻き回され、インシュレータに内挿されるようにインサート成型され、金属の電子鋼板が設けられている。このロータを回転させるためにステータをロータマグネットの磁極に応じてＯＮ／ＯＦＦすることによって、磁力の変動によるロータのスラスト方向（ロータの回転軸に平行な方向）の上下振動が発生する。

従って、モータの振動の周波数の基本周波数は、モータの回転数にロータマグネットの磁極をかけたもので表現される。この基本周波数の整数倍の周波数と足部９ａ〜９ｃの固有振動数とが近い値となると、モータの振動がファンフレーム２ａで共振、増幅され、振動による騒音が大きくなる。通常、基本周波数の帯域では共振、増幅は問題にならず、基本周波数の２〜３倍の周波数と足部９ａ〜９ｃの固有振動数とが近い値となると、共振、増幅が最も大きくなってしまう。従って、足部９ａ〜９ｃの固有振動数を基本周波数の２〜３倍の周波数から離れた値とすることが重要となる。

なお、一般的には、例えば２０００〜６０００ｒ／ｍｉｎでモータが回転すると、モータの振動の周波数の基本周波数は１３３〜４００Ｈｚとなる。前述したようにこの帯域ではモータの振動がファンフレーム２ａで共振、増幅され、振動による騒音が問題となることは少ない。この場合では足部９ａ〜９ｃの固有振動数を基本周波数の２〜３倍である５００〜１２００Ｈｚから遠ざけることが必要となる。

次に、足部９ａ〜９ｃの直径の大きさＷｄとその固有振動数との関係について説明する。図５は本実施例における足部の直径の大きさＷｄと足部の固有振動数との関係を示した図である。なお、図５中のグラフａは足部９ａ〜９ｃの幅が３ｍｍ、厚みが１．２ｍｍであり、本実施例では足部９ａ〜９ｃの材料が例えばＰＢＴといった樹脂の場合である。グラフｂは足部９ａ〜９ｃの幅が３ｍｍ、厚みが０．４ｍｍであり、実施例では足部９ａ〜９ｃの材料が例えばＳＥＣＣといった鉄材の場合である。

足部９ａ〜９ｃの長さが長くなると、足部９ａ〜９ｃの剛性は一般的に低くなり、固有振動数は低くなる。また足部９ａ〜９ｃの長さが短くなると、足部９ａ〜９ｃの剛性は一般的に高くなり、固有振動数は高くなる。これは、固有振動数が剛性（バネ定数）の平方根に比例するからである。すなわち、例えば、モータ部から足部９ａ〜９ｃに伝わる振動の波長は足部９ａ〜９ｃの長さによって決まり、足部９ａ〜９ｃが長いと波長も長くなるので、その結果、振動の伝達の速さは変化しないので固有振動数が低くなる。

従って、図５に示されるように、足部９ａ〜９ｃの直径Ｗｄが大きくなるほど足部９ａ〜９ｃの固有振動数は低くなっている。

以上のように足部９ａ〜９ｃの直径を切り込み１０を設けて長さを延長させることによって、モータ部の振動がファンフレーム２ａで共振、増幅され、振動による騒音となることを防ぐ。

図６は本実施例における足部の直径を変化させた場合のモータの回転速度と音圧との関係を示した図である。なお、図６に示されるグラフは足部９ａ〜９ｃの幅Ｗｓが１ｍｍ、厚みＷｔが１．２ｍｍ、吸気口４の直径は３５ｍｍの場合である。

図６中のグラフａは足部９ａ〜９ｃの直径が吸気口４の直径と等しい３５ｍｍであり、切り込み１０を設けていない状態である。この場合は、切り込み１０を設けて足部９ａ〜９ｃを長くした場合のグラフｂ〜ｅに比較して、明らかにモータの振動がファンフレーム２ａで共振、増幅され、振動による騒音が大きくなっていることがわかる。

グラフｂは足部９ａ〜９ｃの直径が吸気口４の直径よりも５ｍｍ大きい４０ｍｍであり、モータの振動がファンフレーム２ａであまり共振、増幅せず安定していることがわかる。また、グラフｃは足部９ａ〜９ｃの直径が吸気口４の直径よりも９ｍｍ大きい４４ｍｍであり、グラフｂと同様モータの振動がファンフレーム２ａであまり共振、増幅せず安定していることがわかる。また、グラフｄは足部９ａ〜９ｃの直径が吸気口４の直径よりも１１ｍｍ大きい４６ｍｍであり、グラフａよりも騒音は小さいが、モータの回転速度が４３００ｒ／ｍｉｎ程度で少し共振、増幅していることが分かる。その他の回転速度では、モータの振動がファンフレーム２ａであまり共振、増幅せず安定している。更に、グラフｅは足部９ａ〜９ｃの直径が吸気口４の直径よりも１３ｍｍ大きい４８ｍｍであり、グラフｄと同様グラフａよりも騒音は小さいが、モータの回転速度が４４００ｒ／ｍｉｎ程度で少し共振、増幅していることが分かる。その他の回転速度では、モータの振動がファンフレーム２ａであまり共振、増幅せず安定している。また、全体として、どのモータの回転速度でも足部９ａ〜９ｃの直径が４０ｍｍまたは４４ｍｍの場合が音圧が小さいことが分かる。この結果は吸気口４の直径が３５ｍｍの場合のみではなく、３４〜３６ｍｍの場合においても同様の結果となり、足部９ａ〜９ｃの直径が４０ｍｍまたは４４ｍｍの場合において音圧が小さい。また、吸気口４の直径が３４〜３６ｍｍであることによって、モータの振動の周波数と近い値となることを防ぐのが容易となり、より騒音を抑えることができる。

また、足部９ａ〜９ｃの固有振動数はその直径Ｗｄの長さだけに依存するものではなく、幅Ｗｓ、厚みＷｔにも依存する。

図７は本実施例における足部の幅Ｗｓと足部の固有振動数との関係を示した図であり、このグラフは足部９ａ〜９ｃの厚みＷｔが１．２ｍｍ、直径Ｗｄが３５ｍｍ、４０ｍｍ、４６ｍｍのそれぞれの場合を示す。また、図８は本実施例における足部の厚みＷｔと足部の固有振動数との関係を示した図であり、このグラフは足部９ａ〜９ｃの直径Ｗｄが４０ｍｍ、幅Ｗｓが３ｍｍの場合を示す。

図７から分かるように、足部９ａ〜９ｃの幅Ｗｓは小さいほうが足部９ａ〜９ｃの固有振動数が小さくなる。これは、足部９ａ〜９ｃの幅Ｗｓが小さいほど、足部９ａ〜９ｃの剛性が小さくなるからである。また、図８から分かるように、足部９ａ〜９ｃの厚みＷｔは小さいほうが足部９ａ〜９ｃの固有振動数が小さくなる。これは、足部９ａ〜９ｃの厚みＷｔが小さいほど、足部９ａ〜９ｃの剛性が小さくなるからである。

次に、足部９ａ〜９ｃ、切り込み１０の別の形態について説明する。図９（ａ）は本実施例における足部の長手方向に平行である切り込みと略直角方向である切り込みとを設けたファンフレームの上面図であり、図９（ｂ）は本実施例における吸気口の周囲全体に複数層になるように切り込みを設けたファンフレームの上面図である。

図９（ａ）のように足部９ａ〜９ｃの長手方向に平行である切り込み１０と略直角方向である切り込み１０とを設けることによって、モータ部から足部９ａ〜９ｃの長手方向に伝わってきた振動を略直角方向に方向変換させることによって、よりファンフレーム２ａの外側や接続部１２に伝わりにくくすることができる。その結果、ファンフレーム２ａのモータ部の振動からなる騒音を小さく抑えることができる。また、図９（ａ）の形態は前述した図３（ａ）の形態と同様、非常に成型しやすいため製造が簡単となる。また、図９（ｂ）のように吸気口４の周囲全体に複数層になるように切り込み１０を設けることによって、モータ部から足部９ａ〜９ｃの長手方向に伝わってきた振動を吸気口４の周囲全体に向かって方向変換させることによって、よりファンフレーム２ａの外側や接続部１２に伝わりにくくすることができる。その結果、ファンフレーム２ａのモータ部の振動からなる騒音を小さく抑えることができる。また、どのような形態であっても、足部９ａ〜９ｃの長手方向の延長線上に接続部１２が配置されないように設けることが好ましい。

以上のように、足部９ａ〜９ｂとファンフレーム２ａとの接続部に切り込み１０を入れることによって足部９ａ〜９ｃの直径Ｗｄの長さを吸気口４の外側端部１３の直径よりも長く構成し、剛性を低くして足部９ａ〜９ｃの固有振動数を下げることができる。このような構成とすることによって、足部９ａ〜９ｃの固有振動数がモータの振動の基本周波数の整数倍の値と近くなることを防ぎ、モータの振動がファンフレーム２ａで共振、増幅され、振動による騒音となることを防ぐことができる。

本発明の送風装置によれば、足部の直径を大きくすることで剛性を低くし、足部の固有振動数をモータの振動の周波数よりも低くして騒音を抑えることができるので、例えばノートＰＣなどの電子機器を冷却する送風装置として有用である。

１遠心ファン装置
２ファンケース
２ａファンフレーム
３排気口
４吸気口
５ファンブレード
６ハブ部
７ブレード部
８円環板
９ａ、９ｂ、９ｃ足部
１０切り込み

Claims

円筒形状の外周面を有するハブ部の外周面から遠心方向に延びるファンブレードと、
前記ファンブレードを支持し、駆動させる駆動部と、
前記駆動部を支持し、吸気口を有するファンフレームとを備え、
前記ファンフレームは、前記吸気口の前記駆動部側内周端部と前記内周端部と対向する外周端部とを接続する足部を備え、
前記ファンフレームの前記外周端部側に、前記足部を延長させる切り込みを入れたことを特徴とする送風装置。
前記ファンフレームに、前記ファンブレードを前記ファンフレームとともに挟み込んで支持するファンカバーと前記ファンフレームとを接続する接続部を設け、前記接続部は前記足部の延長線上を避けて配置されることを特徴をする請求項１に記載の送風装置。
前記切り込みは、前記足部の長手方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。