JP4757656B2

JP4757656B2 - ファンモータおよび電機装置

Info

Publication number: JP4757656B2
Application number: JP2006038666A
Authority: JP
Inventors: 明宏浮田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007218150A

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ等の電機装置等の放熱を行うファンモータおよびこれを用いた電機装置に関する。

近年、電機装置、例えばパーソナルコンピュータは、中央演算装置（ＣＰＵ）の高集積化や、高クロック化、小型化等により発熱密度が増加しており、効率的に冷却可能な冷却装置が望まれている。冷却装置としては、冷却液を用いる液冷方式や空気の吸排気による空冷方式等がある。液冷方式は冷却液パイプを電機装置内の発熱部に直接接触させ、あるいは発熱部に設けたフィン等に接触するように冷却液を循環させるだけで吸熱でき、騒音の発生も少ない。しかし、冷却液パイプの取り回しが必要となり、部品コストも高いという難点がある。

一方、空冷方式は、例えばファンモータにより電機装置内に送風するだけで冷却が可能であるので、簡単な機構で冷却できるという利点がある。しかし、ファンモータは、羽根を回転させて送風しているため、様々な騒音を発生させるため、静穏なオフィス環境や住居環境を破壊する原因となる。ファンモータの騒音としては、例えばロータの軸受け部のボールベアリグとシャフトとの接触による騒音や、羽根の風切り音等が挙げられる。

このため、低騒音化を目的として様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。図１に示すように、特許文献１では、ロータ１０１によって回転する羽根１０２の先端部と、その先端部に対向するケース部１０３の内面との間で発生する乱流による騒音を低減するため、ケース部１０３に羽根１０２側から径方向外側に貫通する多数のスリット１０４を設けたファンモータ１００が開示されている。

また、図２に示すように、特許文献２では、ファン１０１の吸入口側に吸音材１１１を環状に設け、さらに吸音材１１１の外側を被覆材１１２で巻回した送風機１１０が開示されている。
特開２００１−３９００号公報特開２００１−９９０９９号公報

上記特許文献１では、羽根１０２の先端部に対向するケース部１０３にスリット１０４が設けられているので羽根１０２の先端部とケース部１０３の内面とが互いに対向する面積が減少し、それらの間で発生する乱流が抑制されるため、低騒音化が期待される。しかしながら、吸入口から流入した空気がスリット１０４を通じて外部に漏れてしまうため、ファンモータの風量が低下し、送風効率が低下するという問題がある。

また、上記特許文献２では、羽根１０２の先端部の吸入口側に設けた吸音材１１１により乱流の発生が抑制され、低騒音化が期待される。しかしながら、本願発明者の検討によれば、被覆材１１２が吸音材１１１の外面を覆っているのでファン１０１の正面および背面側の低減される騒音量が少ないという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、風量の低下を回避して低騒音化が可能なファンモータおよびこれを用いた電機装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、一方の側に空気吸入口および他方の側に空気吐出口を有し、羽根を回転させて送風するファンモータであって、ケーシングと、その風洞部内に前記羽根が設けられたロータファンとを備え、前記ケーシングは、ロータファンを連続面により囲む胴体部と、該ロータファンよりも空気吸入口側に胴体部から延在する乱流防止部材とを有し、前記乱流防止部材は、風洞部側と当該乱流防止部材の外側とを空気が流通可能な細孔を有することを特徴とするファンモータが提供される。

本発明によれば、ケーシングに胴体部よりも空気吸入口側に乱流防止部材を設けることで、空気吸入口側の羽根先端部付近に生じる渦巻乱流の発生が抑制あるいは防止され、低騒音化が可能である。また、本発明によれば、胴体部の内面は連続面により形成されており径方向に貫通する開口部は設けられていない。したがって、胴体部では空気が外部に逃げることはないため、風量低下が回避され、効率的に冷却が可能である。

また、前記乱流防止部材は、多孔質材料からなる構成としてもよい。多孔質材料は、多数の細孔が形成されている。細孔とは、孔状のものに加え、繊維と繊維との隙間をも含む。

本発明の他の観点によれば、筐体と、筐体内に発熱体と、上記いずれかのファンモータとを備え、前記ファンモータにより強制的に送風して放熱する電機装置が提供される。

本発明によれば、ファンモータは風量低下を回避する共に低騒音化が図られているので、効率的に冷却が可能でかつ静穏なオフィス環境や住居環境を破壊することなく使用できる。

本発明によれば、風量の低下を回避して低騒音化が可能なファンモータおよびこれを用いた電機装置を提供できる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図３は本発明の第１の実施の形態に係るファンモータの斜視図、図４は図３に示すファンモータの構成を示す図である。なお、図４は図の右半分が側面図、左半分が断面図である。

図３および図４を参照するに、ファンモータ１０は、胴体部１２等に円筒状の風洞部１１Ｃを有するケーシング１１と、風洞部１１Ｃ内に設けられ、複数の羽根１４が設けられたロータファン１３、ステータ（不図示）、軸受け部１７等から構成される。ファンモータ１０は、空気の吸入および吐出方向がロータファン１３の回転軸に対して平行な方向となる、いわゆる軸流式のファンモータである。図３に示すファンモータ１０は空気吸入口側から見た図であり、矢印Ｘ₁，Ｘ₂は空気の流れ（軸流）の方向を示しており、矢印Ｘ₁が空気吸入口側、矢印Ｘ₂が空気吐出口側を示している。

ロータファン１３およびステータの回転駆動機構の詳細は図示を省略しているが、公知の機構を用いることができ、また、軸受け部１７はスリーブベアリングでも流体軸受けのいずれを採用してもよい。

また、ケーシング１１は、例えば金属製（例えばアルミダイカスト）であり、空気吸入口側および空気吐き出し口の両方にフランジ１１ａ，１１ｂが設けられ、フランジ１１ａ，１１ｂの各々の４隅にはファンモータ１０の取付け用穴１８が設けられている。

また、ケーシング１１は、その胴体部１２には円筒状の風洞部１１Ｃを有し、胴体部１２はその内面１２ａがロータファン１３の周囲の全部を連続面で覆うように形成されている。すなわち、ロータファン１３の羽根先端部１４ａと対向する胴体部１２には、風洞部１１Ｃと胴体部１２の外部とを貫通する開口部は設けられていない。

ケーシング１１には、さらに胴体部１２の空気吸入口側に乱流防止部材１５が設けられている。乱流防止部材１５は、空気吸入口側の風洞部１１Ｃの周囲の全部を覆うように設けられている。

乱流防止部材１５は空気が流通可能な材料、すなわち、多数の細孔が形成された多孔質材料からなる。なお、ここで、細孔とは、孔状のものに加え、繊維と繊維との隙間をも含んでいる。多孔質材料としては、スポンジ、ポリウレタンフォーム、ポリエーテルフォーム、ポリスチレンフォーム等の発泡樹脂材料や、多数の繊維を隙間を保持しつつ樹脂等で接着した不織布や、多数の繊維を編み込んだ織布等の繊維集合体材料、グラスウール、ロックウール等が挙げられる。

乱流防止部材１５として上述した材料は、一般的に吸音材として用いられている材料も含まれるが、本願発明者の検討によれば、本発明の乱流防止部材１５として好適な材料は、空気の透過抵抗が比較的少ない材料、すなわち、一般的な吸音材よりも圧力損失が少ない材料を用いることが好ましい。このような材料として、上述した不織布や織布等の繊維集合体材料からなるエアフィルタ材料が挙げられる。エアフィルタ材料は、例えば、風速が１ｍ／ｓにおける圧力損失が１Ｐａ〜４０Ｐａの範囲の材料が好ましい（エアフィルタの厚さは１０ｍｍとする。）。なお、圧力損失は、次のようにして測定する。ダクト中に測定対象のエアフィルタをダクトの開口部を塞ぐように固定し、ダクト中に所定の速度の空気を流し、エアフィルタの上流側と下流側の静圧を測定する。そして、上流側静圧と下流側静圧との差（上流側静圧−下流側静圧）差が圧力損失となる。好適な乱流防止部材１５としては、例えば、ブリジストン社製、商品名エバーライトスコット（型式ＨＲ−２０、厚さ９ｍｍ）が挙げられる。

また、ケーシング１１の胴体部１２と空気吸入口側のフランジ１１ａとを接続する複数のリブ１６が設けられている。リブ１６は、乱流防止部材１５の外面側に沿って設けられ、乱流防止部材１５が接着剤等で固定されている。リブ１６が乱流防止部材１５の外面を覆う面積は少ないほど乱流防止部材１５の空気の流通がより円滑となるので騒音低減の点で好ましい。

本願発明者は、本発明の騒音低減化の作用について次のように推察している。すなわち、ロータファン１３の空気吸入口側の羽根先端部１４ｂの付近では、羽根先端部１４ｂに対向する面が仮にアルミダイカスト等の連続面の場合、羽根先端部１４ｂの移動により渦巻乱流が生じる。渦巻乱流はそれ自体によって乱流騒音が生じさせ、さらに渦巻乱流と羽根１４との衝撃により圧力騒音が生じる。本発明では、胴体部１２の空気吸入口側に乱流防止部材１５が設けられており、空気吸入口側の羽根先端部１４ｂの移動によって生じたかけた渦巻乱流はその流れが乱流防止部材１５中を抜け外部に流れ、抜けた空気の分が外周側から乱流防止部材１５中を抜けて風洞部１１Ｃに入ってくる。この空気の流れは渦巻乱流を形成しないため、渦巻乱流の発生が抑制あるいは防止されるので低騒音化される。

また、背景技術で説明した特許文献２では、先の図２に示すように吸音材１１１の外周側を被覆材１１２により覆う構造を有する。このような構造の場合、本願発明者の検討によればファン１０１の正面および背面側の騒音の低減量は少なく、本実施の形態の場合よりも極めて劣ることが確認されている。これは、被覆材１１２により風洞部（内部）から外部への空気の流れが抑制されるため、渦巻乱流の発生を十分に抑制できないためであると推察される。

なお、図４に示すように、乱流防止部材１５の内面１５ａは、胴体部内面１２ａと略同一面を形成することが好ましいが、胴体部内面１２ａよりも外側に配置されてもよい。また、乱流防止部材１５の内面１５ａに乱流防止部材１５をより確実に固定するための金属あるいは樹脂製の網材等の固定部材を設けてもよい。ただし、網材は開口率が大きいほど好ましく、１００％に近いほどより好ましい。

また、胴体部内面１２ａの空気吸入口側の周縁部１２ｂは、図４に示すようにその断面が尖っているが、丸みを形成してもよい。これにより、乱流の発生をさらに抑制できる。

第１の実施の形態によれば、ケーシング１１に胴体部１２よりも空気吸入口側に乱流防止部材１５を設けることで、空気吸入口側の羽根先端部１４ｂ付近に生じる渦巻乱流の発生が抑制あるいは防止されるので、低騒音化が可能である。また、第１の実施の形態によれば、胴体部１２の内面１２ａは連続面により形成されており風洞部１１Ｃと胴体部１２の外部とを貫通する開口部は設けられていない。したがって、胴体部１２では空気が外部に逃げることはないため、風量低下が回避される。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るファンモータは第１の実施の形態に係るファンモータの変形例である。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係るファンモータの構成を示す図である。なお、図５は図の右半分が側面図、左半分が断面図である。

図５を参照するに、ファンモータ２０は、空気吸入口側にフランジ１１ａ上にフィルタ２１が設けられ、さらにフィルタ２１を固定する矩形の枠状のフランジ２２が設けられている以外は、図３および図４に示す第１の実施の形態に係るファンモータ１０と同様の構成を有する。

フィルタ２１は、シート状であるいは板状であり、風洞部１１Ｃの空気吸入口側の全体を覆うように設けられている。フィルタ２１は、ロータファン１３の羽根１４とフィルタ２１との間に空間を形成するように羽根１４から離隔して配置される。これは、羽根１４とフィルタ２１とを近接しすぎると、その間で乱流が生じ易くなり、騒音発生源となるからである。

また、フィルタ２１は、第１の実施の形態において説明した乱流発生防止部材１５の材料を用いることができるが、その材料のうち、エアフィルタ材料を用いることが好ましい。これにより、圧力損失が抑制されるため、フィルタ２１を通過した後の静圧の低下を抑制できるので、ファンモータ２０の風量を確保できる。また、フィルタ２１は吸音材として機能するため、空気吸入口側に放出される騒音を抑制できる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、さらに、風洞部１１Ｃの空気吸入口側の全体を覆うフィルタ２１を設けたことで、さらなる騒音抑制が可能となり、これと同時に空気清浄化が可能となる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るファンモータは第１の実施の形態に係るファンモータの変形例である。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係るファンモータの斜視図、図７は、図６に示すファンモータの構成を示す図である。なお、図７は図の右半分が側面図、左半分が断面図である。

図６および図７を参照するに、ファンモータ３０は、ケーシング３１の胴体部１２の空気吸入口側に設けられた乱流防止部材３５がブロック体である以外は図３および図４に示す第１の実施の形態に係るファンモータ１０と略同様の構成を有する。なお、ケーシング３１は、以下に説明する事項以外は第１の実施の形態で説明した構成および特徴を有する。

乱流防止部材３５は、円筒状の開口部３５ａを有するブロック体であり、その開口部３５ａは、風洞部１１Ｃに連通するように形成されている。すなわち、乱流防止部材３５の開口部３５ａは、風洞部１１Ｃの一部となっている。このように、乱流防止部材３５をブロック体とすることで、乱流防止部材３５のケーシング３１への取付けが容易となる。

乱流防止部材３５は、第１の実施の形態において説明した乱流発生防止部材を用いる。なお、乱流防止部材３５のブロック体形状は、図６および図７に示す直方体以外に、その外面を開口部３５ａの円筒形状と同軸の円筒形状としてもよい。

また、ケーシング３１の胴体部１２と空気吸入口側のフランジ１１ａとを接続する複数のリブ３１を設けてもよい。リブ３１は乱流防止部材内を貫通するように設ける。なお、リブ３１は、乱流防止部材３５の外側に設けてもよい。図６および図７では、リブ３１は、フランジ１１ａ，１１ｂに形成された取付け用穴１８に連通する貫通孔を有してもよい。これによりファンモータ３０と空気吸入口側あるいは空気吐出側のいずれか一方の側から取付け用ねじ（不図示）を挿入することでファンモータ３０を固定可能となる。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、さらに、乱流防止部材３５は、円筒状の開口部３５ａを有するブロック体とすることで、乱流防止部材３５のケーシング３１への取付けが容易となる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る電機装置は、筐体内に発熱体とファンモータ
を備えている。

図８は、本発明の第４の実施の形態に係る電機装置の概略断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図８を参照するに、電機装置としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）本体４０を例として説明する。

ＰＣ本体４０は、筐体４１と、筐体４１内に中央演算装置（ＣＰＵ、不図示）等の電子素子を搭載した回路基板４２と、光ディスク装置および磁気ディスク装置等の記憶装置４３と、電源４４と、ファンモータ１０とを備えている。ファンモータ１０は、第１の実施の形態に係るファンモータと同様の構成を有している。ファンモータ１０は、空気排出口側が筐体４１に固定されている。ファンモータ１０の空気排出口側の筐体４１には開口部が設けられファンガード（不図示）が設けられている。筐体４１内はＣＰＵ等の電子素子の発熱により温度が上昇する。ファンモータ１０は、筐体４１の内部から空気を排出し筐体４１内に気流を生じさせ、ファンモータ１０を介して筐体４１の外部に温められた空気を排出することで、筐体４１内部を冷却する。

ファンモータ１０は、ロータファン１３の空気吸入口側に乱流防止部材１５が設けられており、風量低下を回避する共に低騒音化が図られている。ファンモータ１０は、上述した第２あるいは第３の実施の形態に係るファンモータでもよい。また、ＰＣ本体４０の他の構成要素は公知のものを使用可能であり特に限定されない。

第４の実施の形態によれば、ＰＣ本体４０はファンモータ１０を備えており、ファンモータ１０は風量低下を回避する共に低騒音化が図られているので、効率的に冷却が可能でかつ静穏なオフィス環境や住居環境を破壊することなく使用できる。

なお、第４の実施の形態においてはＰＣ本体４０を例に説明したが、これに限定されず、ファンモータ１０は、発熱体を有する電機装置にあまねく適用できることはいうまでもない。電機装置として、半導体検出素子を用いた放射線検出装置、例えば、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）装置や単一光子放射形コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）装置の冷却装置に適用できる。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上記の第１〜第３の実施の形態においては軸流式のファンモータを例に説明したが、本発明はロータファンの回転軸に対して、空気の吸入が平行でかつ吐出方向が垂直方向となる遠心式のファンモータや、ロータファンの回転軸に対して、空気の吸入が平行でかつ吐出方向が斜め方向となる斜流式のファンモータに適用可能であることはいうまでもない。

また、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせてもよく、その組み合わせたファンモータを第４の実施の形態に係る電機装置に採用してもよい。

従来のファンモータの斜視図である。従来の送風機の斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係るファンモータの斜視図である。図３に示すファンモータの構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るファンモータの構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係るファンモータの斜視図である。図６に示すファンモータの構成を示す図である。本発明の第４の実施の形態に係る電機装置の概略断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４５ファンモータ
１１ケーシング
１１ａ，１１ｂフランジ
１１Ｃ風洞部
１２胴体部
１３ロータファン
１４羽根
１４ａ羽根先端部
１４ｂ空気吸入口側の羽根先端部
１５，３５乱流防止部材
１６，３１リブ
２１フィルタ
４０パーソナルコンピュータ（ＰＣ）本体

Claims

一方の側に空気吸入口および他方の側に空気吐出口を有し、羽根を回転させて送風するファンモータであって、
ケーシングと、その風洞部内に前記羽根が設けられたロータファンとを備え、
前記ケーシングは、ロータファンを連続面により囲む胴体部と、該ロータファンよりも空気吸入口側に胴体部から延在する乱流防止部材とを有し、
前記乱流防止部材は、風洞部側と当該乱流防止部材の外側とを空気が流通可能な細孔を有することを特徴とするファンモータ。
前記乱流防止部材は、風洞部の空気吸入口側の周囲の略全部を覆うように設けられてなることを特徴とする請求項１記載のファンモータ。
前記乱流防止部材は、開口部を有するブロック体であり、該開口部は前記風洞部の一部を形成してなることを特徴とする請求項１または２記載のファンモータ。
前記乱流防止部材は、多孔質材料からなることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載のファンモータ。
前記ケーシングは、羽根の空気吸入口側から離隔して空気吸入口を覆うフィルタがさらに設けられてなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載のファンモータ。
筐体と、筐体内に発熱体と、請求項１〜５のうちいずれか一項記載のファンモータとを備え、
前記ファンモータにより強制的に送風して放熱する電機装置。