JP4899523B2

JP4899523B2 - 遠心ファン

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Publication number: JP4899523B2
Application number: JP2006042784A
Authority: JP
Inventors: 弘祥豊島; 和美竹下; 秀規永松; 秀明小西; 司高岡; 圭人依田
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: CN100516548C; DE602007000091D1; US20070194668A1; EP1820971B1; US7967575B2; EP1820971A1; CN101025165A; JP2007218234A

Description

本発明は、送風に用いられる電動式の遠心ファンに関する。

回転軸を中心とする周方向に配列された複数の翼を有するインペラ部がハウジングの内部に設けられ、軸方向に吸気して径方向に排気する遠心ファンが従来より用いられている。例えば、特許文献１では、軸方向に関してハウジングの両側に吸気口を設けることにより（すなわち、両面吸気とすることにより）、遠心ファンにおける風量を増大する手法が開示されている。特許文献１の遠心ファンでは、有蓋円筒状のカップ部の内側面に設けられる界磁用磁石の内側に電機子が設けられ、電機子に駆動電流を供給する回路基板がカップ部の下方であって、カップ部の外周よりも内側に配置されることにより、ハウジングにおけるカップ部の開口部側の吸気口が、回路基板よりも外側においてインペラの複数の翼に対向する位置に設けられる。

また、特許文献２では、ハウジングにおいて、モータのステータ部の一部となる部位を回路基板にて構成し、回路基板に吸気口を設けることにより、ステータ部側からの吸気を行う遠心ファンが開示されている。

なお、特許文献３および４では、インペラ部の複数の翼よりも外側に、ファンの駆動に用いられる電子部品や回路基板を配置した遠心ファンが開示されている。
特開平７−１１１７５６号公報特開２００２−２９１１９４号公報特開２００１−２４１３９５号公報実開昭６２−１１５７７２号公報

ところで、近年、電子機器の小型化に伴い、電子機器に用いられるファンの小型化の要求が高まっている。しかしながら、ファンの駆動に用いられる回路基板では、実装される電子部品の微小化に技術的な限界があるため、小型化されたカップ部の中心軸に垂直な断面の外形（カップ部の開口にほぼ等しい。）よりも回路基板を小さくすることができない。したがって、回路基板の全体をカップ部の外周よりも内側に配置することができず、特許文献１のファンのように、ハウジングのカップ部の開口部側において、インペラ部の複数の翼に対向する環状の領域の全体に吸気口を設けることが困難となり、吸気口を環状の領域中の一部分にしか設けることができなくなる。

特許文献３および４のように、インペラ部の複数の翼よりも外側に回路基板を配置することも考えられるが、回路基板用のスペースを確保するためにインペラ部を必要以上に小さくしなければならなくなり、ファンの送風特性が低下する、あるいは、微小化された電機子と回路基板との電気的な接続作業が煩雑となる（電機子の大きさによっては接続が困難となる）、さらには、電機子と回路基板との間にて断線が生じる可能性が高くなる等の問題がある。

また、特許文献２のように、ハウジングにおいてモータのステータ部側の面を回路基板にて構成することも考えられるが、ファンの持ち運びや電子機器への取り付けの際に外力が回路基板に直接作用するため、断線が生じ易くなり、さらに、回路基板上の電子部品がハウジングの内側に配置される場合には、ハウジング内部にて発生する気流が電子部品にて乱されて騒音が発生するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ハウジングのカップ部の開口部側においてインペラ部の複数の翼に対向する環状の領域中の好ましい範囲に、回路基板と重なることなく吸気口を設けることにより、少なくともカップ部の開口部側から吸気を行う遠心ファンにおいて、送風特性を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、遠心ファンであって、所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板とを備え、前記ハウジングが、側面に形成された排気口と、前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口とを備え、前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記流路の上流側の端部から最も離れた前記排気口のエッジから前記中心軸を中心として±４５度の範囲内に前記吸気口の少なくとも一部が含まれ、前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なる。

請求項２に記載の発明は、遠心ファンであって、所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板とを備え、前記ハウジングが、側面に形成された排気口と、前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口とを備え、前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記中心軸を中心として前記流路の上流側の端部から前記回転方向に７５度の範囲である第１の範囲の外であり、かつ、前記中心軸を中心とする４５度以上の第２の範囲が前記吸気口に含まれ、前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の遠心ファンであって、前記第１の範囲に前記回路基板の少なくとも一部が重なっており、前記第２の範囲が前記流路の上流側の端部から最も離れた前記排気口のエッジと前記中心軸とを結ぶ線分と重なる。

請求項４に記載の発明は、遠心ファンであって、所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板とを備え、前記ハウジングが、側面に形成された排気口と、前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口とを備え、前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記中心軸を中心として前記排気口における風量が最大となる位置から±４５度の範囲内に前記吸気口の少なくとも一部が含まれ、前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の遠心ファンであって、前記カップ部の直径が１０ミリメートル以下である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心ファンであって、前記ハウジングが、前記カップ部の前記開口部とは反対側に設けられたもう１つの吸気口をさらに備える。

本発明によれば、ハウジングのカップ部の開口部側においてインペラ部の複数の翼に対向する環状の領域中の好ましい範囲に、回路基板と重なることなく吸気口を設けることにより、少なくともカップ部の開口部側から吸気を行う遠心ファンにおいて、送風特性を向上することができる。

また、請求項５の発明では、小型の遠心ファンにおいて送風特性を向上することができ、請求項６の発明では、送風特性をさらに向上することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係る小型の遠心ファン１の内部構成を示す縦断面図である。図２は、遠心ファン１の外観を示す斜視図であり、図３は遠心ファン１のハウジング３のカバー部３１のみを取り外して示す斜視図であり、図４は遠心ファン１の主要な構成を分解して示す斜視図である。なお、図２ないし図４において細部については簡略化している。

図２に示すように遠心ファン１は、インペラ部２１３を有するとともに所定の中心軸Ｊ１を中心に回転するモータ部２、および、モータ部２を収容するハウジング３を備え、直方体のハウジング３の一の側面には開口３６（後述するように、遠心ファン１の排気口となるため、以下、「排気口３６」という。）が形成され、ハウジング３の上面（カバー部３１）にも開口３１１が設けられる（後述するように、開口３１１は遠心ファン１の吸気口となる。）。図３に示すように、ハウジング３では、板状のカバー部３１が側壁部３４を有するハウジング本体３２から取り外し可能となっている。

図１に示すように、モータ部２は回転体であるロータ部２１、および、固定体であるステータ部２２を有し、ロータ部２１はオイルによる流体動圧を利用した軸受機構２３によりステータ部２２に対して回転可能に支持される。ロータ部２１は、中心軸Ｊ１を中心とする略有蓋円筒状であってステータ部２２側に（図１中の下方）に向かって開口するカップ部２１１、および、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であって外周面に複数の翼２１４が形成されるインペラ部２１３を有する。カップ部２１１の直径は１０ミリメートル（ｍｍ）以下（実際には８ｍｍであり、技術的には４ｍｍ以上）とされ、カップ部２１１がインペラ部２１３の内部に挿入されて固定されることにより、複数の翼２１４がカップ部２１１の外側にて中心軸Ｊ１を中心として環状に配列される。

図１および図４に示すようにカップ部２１１には、多極に着磁されるとともに中心軸Ｊ１を中心とする円環状の界磁用磁石２１２が下方から（すなわち、カップ部２１１の開口部側から）挿入されて内側面に固定される。また、カップ部２１１の（蓋部分の）中央には、軸受機構２３のシャフト２３１が挿入される挿入孔が形成されており、シャフト２３１の固定端側（すなわち、ロータ部２１側）が挿入孔に挿入されてシャフト２３１がカップ部２１１に固定される。

図１に示すように、シャフト２３１の自由端側は、含油性の多孔質金属体からなる円筒状のスリーブ２３２に挿入されており、スリーブ２３２は有底円筒状のスリーブ保持部２２１に挿入されて固定される。後述するように、スリーブ保持部２２１はハウジング３のハウジング本体３２に取り付けられるため、シャフト２３１およびスリーブ２３２により、中心軸Ｊ１を中心にカップ部２１１をハウジング３に対して回転可能に支持する軸受機構２３が構成される。なお、軸受機構２３は、シャフト２３１およびスリーブ２３２の組合せ以外に、例えば、ボール軸受を利用するもの等であってもよい。また、スリーブ保持部２２１内の底面においてシャフト２３１の自由端側の端面に対向する位置には、スラストプレート２２２が設けられる。スラストプレート２２２は低摩擦性の合成樹脂材にて形成され、中心軸Ｊ１方向に関してシャフト２３１を支持する。

スリーブ保持部２２１の周囲には電機子２２３が配置され、電機子２２３の巻線は端子ピン２２３１に接続される。端子ピン２２３１は回路基板２４のホール２４５に挿入され、回路基板２４の電機子２２３とは反対側の面上にてはんだにより接続される。これにより、微小な電機子２２３が回路基板２４に容易に電気的に接続される。なお、回路基板２４は可撓性を有するもの（例えば、ＦＰＣ（ＦｌｅｘiｂlｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃuｉｔ））であってもよい。遠心ファン１では、回路基板２４から電機子２２３に供給される電流が制御されることにより、界磁用磁石２１２と界磁用磁石２１２の内側（中心軸Ｊ１側）に配置される電機子２２３との間で中心軸Ｊ１を中心とするトルク（回転力）を発生し（すなわち、界磁用磁石２１２および電機子２２３が駆動機構を構成する。）、カップ部２１１に固定されたインペラ部２１３がカップ部２１１と共に所定の回転方向に回転する。

図４に示すように、ハウジング本体３２は中心軸Ｊ１に垂直な方向に広がる（図１参照）板状の底部３３を有し、回路基板２４は底部３３の上面（すなわち、カバー部３１側の面）に固定される。底部３３および回路基板２４には中心軸Ｊ１を中心とする固定孔３３１，２４１がそれぞれ形成されており、スリーブ保持部２２１の下側の端部が固定孔３３１，２４１挿入されて（実際には、電機子２２３が取り付けられる前に、底部３３の下面側から挿入される。）、スリーブ保持部２２１がハウジング本体３２に固定される。

図５は、遠心ファン１をカバー部３１を取り外して示す平面図であり、図６は、回路基板２４およびハウジング本体３２のみを示す平面図である。

図６に示すように、ハウジング本体３２の底部３３の外形はほぼ正方形となっている。底部３３には、回路基板２４と重なる位置に２つの孔部３３２，３３３が形成されており、一方の孔部３３２内には回路基板２４の下面（すなわち、底部３３に対向する面）に実装される電子部品２４２が配置される。回路基板２４の下面には、導線２４９（図１参照）が接続される端子２４３も形成されており、他方の孔部３３３により導線２４９の端部と端子２４３との接続に必要な空間が確保される。さらに、回路基板２４の上面上において、界磁用磁石２１２と対向する位置にはモータ部２の回転速度を検出するための複数のホール素子２４４が設けられる（図１参照）。

図５に示す底部３３上には、インペラ部２１３の外周（すなわち、回転するインペラ部２１３における複数の翼２１４の先端の軌跡に相当する。）を一部を除いて覆う側壁部３４が形成される。正確には、側壁部３４の一部はカバー部３１に形成されており（図３中にて符号３４１を付す部位であり、図５では二点鎖線にて示している。）、インペラ部２１３およびカップ部２１１は、カバー部３１、底部３３および側壁部３４により周囲が囲まれてハウジング３内に収容される（図３参照）。既述のように、ハウジング３の一の側面には排気口３６が形成されており、側壁部３４の内側面とインペラ部２１３の外周との間には排気口３６に向かう流路３７（略スクロール状の流路）が形成される。遠心ファン１の中心軸Ｊ１に垂直な断面において流路３７の幅は排気口３６に向かって漸次増大する。

図５に示すように、底部３３上においてカップ部２１１の開口部およびインペラ部２１３（ただし、翼２１４を除く）に正確に対向する円形の領域（すなわち、図５および図６中にて二点鎖線にて示す２つの円のうちの符号３３６を付す内側の円に含まれる領域であり、以下、「ベース部３３６」という。）の周囲には、２つの貫通孔３３４，３３５が中心軸Ｊ１を中心とする円弧状（中心軸Ｊ１を中心とする径方向に幅を有する円弧）に形成される。後述するように、ベース部３３６の周囲に配置される貫通孔３３４，３３５は、カバー部３１に設けられる開口３１１（図２参照）と共に遠心ファン１の吸気口としての役割を果たすため、以下の説明において、底部３３の貫通孔３３４，３３５を下側吸気口３３４，３３５と呼び、カバー部３１の開口３１１を上側吸気口３１１と呼ぶ。

図６の底部３３上において中心軸Ｊ１と流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジ（図５参照）とを結ぶ線分Ｌ１、および、流路３７の上流側の端部（排気口３６における線分Ｌ１に対応するエッジとは反対側の側壁部上のエッジ近傍となる。）と中心軸Ｊ１とを結ぶ線分Ｌ２とを想定すると、下側吸気口３３４は線分Ｌ１，Ｌ２の双方と重なっており、ベース部３３６の周囲においてインペラ部２１３の複数の翼２１４にほぼ対向する環状の領域（図５および図６中にて二点鎖線にて示す２つの円にて挟まれる符号８１を付す領域であり、以下、「環状領域８１」という。）のうち、下側吸気口３３４は排気口３６の近傍の範囲を占めている。また、図６中の環状領域８１において、下側吸気口３３４と下側吸気口３３５との間の部位３３７はベース部３３６を底部３３に対して固定するための微小なリブであるため、環状領域８１では中心軸Ｊ１を中心として線分Ｌ１から±９０度以上の範囲のほぼ全体が下側吸気口３３４，３３５となっているといえる。また、図６中に符号θを付す矢印にて示すように、環状領域８１上において中心軸Ｊ１を中心として９０度以上の範囲が回路基板２４と重なっている。

遠心ファン１では、カップ部２１１に取り付けられたインペラ部２１３が、反時計回り（図５中にて矢印Ｙ１にて示す回転方向）に回転することにより、カップ部２１１の開口部に対向するベース部３３６の周囲の下側吸気口３３４，３３５、および、カップ部２１１の開口部とは反対側に設けられた上側吸気口３１１（図２参照）の双方から、遠心ファン１の近傍のエアがハウジング３内へと取り込まれ、取り込まれたエアはインペラ部２１３の回転方向におよそ沿うとともに中心軸Ｊ１から離れる方向に排出され、流路３７を経由して排気口３６から排気される。このように、遠心ファン１ではエアが中心軸Ｊ１方向に吸気され、中心軸Ｊ１から離れる径方向に排気されて、送風が行われる。このとき、排気口３６では、流路３７における回転方向の上流側の端部から最も離れたエッジの位置近傍（すなわち、図６中の線分Ｌ１の中心軸Ｊ１とは反対側の端点近傍）にて風量が最大となる。

次に、遠心ファン１における下側吸気口の大きさおよび位置を複数通りに変更して送風特性を測定した実験結果について述べる。ただし、変更された下側吸気口は他のいずれの部材によっても閉塞されていないものとする。

図７は、本実験におけるハウジングの底部３３を簡略化して示す図である。本実験では、ベース部３３６の周囲にてインペラ部２１３の複数の翼２１４におよそ対向する環状領域８１の全体が開口したハウジングを準備し、環状領域８１を部分的に閉塞することにより、下側吸気口の大きさおよび位置を変更している。なお、実際には、ベース部３３６を支持する微小な幅のリブが環状領域８１上に存在している。図５のハウジング３および本実験に用いられるハウジングでは環状領域８１の外周はインペラ部２１３の複数の翼２１４の先端よりも僅かに中心軸Ｊ１側に位置するが、翼２１４の形状によってはインペラ部２１３の複数の翼２１４に正確に対向する底部３３上の環状の領域（すなわち、外周が複数の翼２１４の先端と重なる環状の領域）が環状領域８１とされてもよい。

本実験においては、環状領域８１において下側吸気口（図７中の環状領域８１のうち平行斜線が付されていない領域）の中心軸Ｊ１を中心とする角度範囲αを２７０度または１８０度とし（ただし、図７中の下側吸気口の角度範囲αは図示の都合上９０度となっている。）、各角度範囲αの下側吸気口の位置を変更して、遠心ファン１の送風特性を測定した。以下の説明では、図７に示す底部３３上において中心軸Ｊ１の位置から排気口３６に向かって垂直に伸びる線Ｒ１（すなわち、底部３３の排気口３６の位置におけるエッジに垂直な線であり、以下、「基準線Ｒ１」という。）の位置を０度とし、基準線Ｒ１から中心軸Ｊ１を中心とする時計回り（すなわち、図５のインペラ部２１３の回転方向Ｙ１とは反対向きであり、図７中にて符号Ｙ２を付す矢印にて示す向き）を正として、下側吸気口の周方向に垂直な２つのエッジのうちの角度が小さい方のエッジの基準線Ｒ１に対する角度を当該下側吸気口の角度位置βとする。ここでは、各角度範囲αとされる下側吸気口の環状領域８１中における角度位置は０度、９０度、１８０度、２７０度の４通りに変更された。

図８は、角度範囲２７０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図であり、図８中では、下側吸気口の角度位置が０度、９０度、１８０度、２７０度とされるハウジングにそれぞれ符号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を付している。また、図９は、角度範囲１８０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図であり、図９中では、下側吸気口の角度位置が０度、９０度、１８０度、２７０度とされるハウジングにそれぞれ符号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を付している。なお、角度範囲２７０度の下側吸気口が設けられる場合は環状領域８１のうち９０度の角度範囲が閉塞されており、角度範囲１８０度の下側吸気口が設けられる場合は環状領域８１のうち１８０度の角度範囲が閉塞される。

表１は角度範囲２７０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの最大風量および最大静圧の測定結果を示し、表２は角度範囲１８０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの最大風量および最大静圧の測定結果を示している。なお、表１および表２では角度位置を単に「角度」と記し、環状領域８１の全体を開口させた場合および環状領域８１の全体を閉塞した場合の測定結果もそれぞれ角度の項目に「Ｆｕｌｌ」および「Ｃｌｏｓｅ」と記して示している。また、表１および表２において、最大風量および最大静圧をそれぞれ単に「風量」および「静圧」と記し、「風量差」と示す項目は各角度位置（ＦｕｌｌおよびＣｌｏｓｅを含む。以下同様。）における最大風量と環状領域８１の全体を閉塞した場合（Ｃｌｏｓｅの場合）における最大風量との差を示し、「風量増大率」と示す項目は各角度位置における風量差の環状領域８１の全体を閉塞した場合における最大風量に対する割合を示し、「静圧差」と示す項目は各角度位置における最大静圧と環状領域８１の全体を閉塞した場合における最大静圧との差を示し、「静圧増大率」と示す項目は各角度位置における静圧差の環状領域８１の全体を閉塞した場合における最大静圧に対する割合を示している（後述の表３および表４において同様。）。

角度範囲２７０度の下側吸気口を有するハウジングを備える遠心ファンでは、表１に示すように、下側吸気口が角度位置０度、１８０度、２７０度に配置される場合（ハウジングＡ１，Ａ３，Ａ４）に、風量増大率および静圧増大率のそれぞれにおいて、環状領域８１の全体を開口させた場合との差が１０％以内となり、良好な結果が得られるのに対して、下側吸気口が角度位置９０度に配置されるハウジングＡ２（を有する遠心ファン）ではハウジングＡ１，Ａ３，Ａ４に比べて風量増大率および静圧増大率が大幅に小さくなっている。

また、角度範囲１８０度の下側吸気口を設ける場合には、表２に示すように、下側吸気口が角度位置９０度、１８０度に配置されるハウジングＢ２，Ｂ３において風量増大率が他のハウジングＢ１，Ｂ４に比べて大幅に小さくなり、静圧増大率は、下側吸気口が角度位置０度に配置されるハウジングＢ１において環状領域８１の全体を開口させた場合とほぼ同等となっている。

図１０は角度範囲２７０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図であり、図１１は角度範囲１８０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。図１０および図１１では縦軸に静圧を示し、横軸に風量を示している。また、図１０および図１１では、角度位置０度、９０度、１８０度、２７０度の場合における風量−静圧特性を示す線に、図８中の対応するハウジングと同符号を付し、環状領域８１の全体を開口させた場合および環状領域８１の全体を閉塞した場合における風量−静圧特性を示す線に符号ＲＦ１，ＲＣ１をそれぞれ付している。

図１０では、角度範囲２７０度の下側吸気口が角度位置０度、１８０度、２７０度に配置されるハウジングＡ１，Ａ３，Ａ４において、環状領域８１の全体を開口させた場合とほぼ同等の風量−静圧特性が得られ、下側吸気口が角度位置９０度に配置されるハウジングＡ２では風量−静圧特性が低下する（すなわち、同じ風量値における静圧が低い）ことが判る。また、図１１より、角度範囲１８０度の下側吸気口が角度位置９０度、１８０度に配置されるハウジングＢ２，Ｂ３では、下側吸気口が角度位置０度、２７０度に配置されるハウジングＢ１，Ｂ４に比べて、風量−静圧特性の低下が大きくなっていることが判る。

以上のように、環状領域８１において角度範囲２７０度の下側吸気口が角度位置９０度に配置されるハウジングＡ２、並びに、角度範囲１８０度の下側吸気口が角度位置９０度、１８０度に配置されるハウジングＢ２，Ｂ３を用いる場合に送風特性（すなわち、最大静圧および最大風量、並びに、風量−静圧特性）が大幅に低下し、ハウジングＡ２，Ｂ２，Ｂ３では共に、環状領域８１において基準線Ｒ１から中心軸Ｊ１を中心として時計回りに９０度の範囲が閉塞されている。ここで、図７の底部３３上において流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジと中心軸Ｊ１とを結ぶ線分Ｌ１（図６参照）と基準線Ｒ１とのなす角はほぼ４５度となっており、ハウジングＡ２，Ｂ２，Ｂ３では共に、環状領域８１のうち流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジから中心軸Ｊ１を中心として±４５度の範囲内に下側吸気口が全く含まれていないといえる。よって、遠心ファンでは、環状領域８１のうち流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジから中心軸Ｊ１を中心として±４５度の範囲（以下、「高吸気範囲」という。）が遠心ファンにおける底部３３側からの吸気に大きく寄与する領域と考えられ、高吸気範囲が下側吸気口に含まれることにより、遠心ファンにおいて送風特性を確実に向上することができるといえる。

また、既述のように、排気口３６において流路３７の上流側の端部から最も離れたエッジ近傍にて風量が最大となるため、環状領域８１のうち、中心軸Ｊ１を中心として排気口３６における風量が最大となる位置から±４５度の範囲が下側吸気口に含まれることにより、遠心ファンにおいて送風特性を確実に向上することができるともいえる。

ここで、図６に示すハウジング３を有する遠心ファン１では、環状領域８１のうち中心軸Ｊ１を中心として９０度以上の範囲が回路基板２４と重なるが、流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジから中心軸Ｊ１を中心として±９０度以上の範囲が下側吸気口３３４，３３５とされる。このように、ハウジング３のカップ部２１１の開口部側においてインペラ部２１３の複数の翼２１４に対向する環状領域８１中の好ましい範囲に、回路基板２４と重なることなく下側吸気口３３４，３３５が設けられることにより、超小型の遠心ファン１では、優れた送風特性を得ることが可能となっている。

次に、環状領域８１において下側吸気口の中心軸Ｊ１を中心とする角度範囲を９０度および４５度とし、各角度範囲とされる下側吸気口の環状領域８１中における角度位置を０度から３０度刻みで３３０度まで１２通りに変更して上記と同様にして行った実験結果について述べる。

図１２は、角度範囲９０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図であり、図１２中では、下側吸気口の角度位置が０度、３０度、６０度、・・・、３３０度とされるハウジングにそれぞれ符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・，Ｃ１２を付している。また、図１３は、角度範囲４５度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図であり、図１３中では、下側吸気口の角度位置が０度、３０度、６０度、・・・、３３０度とされるハウジングにそれぞれ符号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，Ｄ１２を付している。なお、角度範囲９０度の下側吸気口が設けられる場合は環状領域８１のうち２７０度の角度範囲が閉塞されており、角度範囲４５度の下側吸気口が設けられる場合は環状領域８１のうち３１５度の角度範囲が閉塞される。

表３は角度範囲９０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの最大風量および最大静圧の測定結果を示し、表４は角度範囲４５度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの最大風量および最大静圧の測定結果を示している。なお、既述のように、図７の環状領域８１の一部はベース部３３６を支持するリブにより閉塞されており、開口面積が小さい角度範囲４５度の下側吸気口が設けられる場合では、この影響により最大風量および最大静圧の測定結果が僅かにばらついている。

角度範囲９０度の下側吸気口を有するハウジングを備える遠心ファンでは、表３に示すように、下側吸気口が角度位置２４０度、２７０度に配置される場合（ハウジングＣ９，Ｃ１０）に、他の場合に比べて風量増大率および静圧増大率のそれぞれが極めて低くなっている。また、角度範囲４５度の下側吸気口を有するハウジングを備える遠心ファンでは、表４に示すように、下側吸気口が角度位置２４０度、２７０度、３００度に配置される場合（ハウジングＤ９，Ｄ１０，Ｄ１１）に風量増大率および静圧増大率の双方が５％以下となっている。なお、環状領域８１中の角度位置１８０度近傍の領域を含む下側吸気口を有するハウジング（角度範囲９０度の下側吸気口が９０度〜１８０度の角度位置に配置されるハウジング、および、角度範囲４５度の下側吸気口が１２０度〜１８０度の角度位置に配置されるハウジング）では、最大静圧が比較的大きくなっているが、これは、実験に用いられたハウジングにおいて角度位置１５０度〜２１０度の範囲にて環状の開口の中心軸Ｊ１を中心とする径方向の幅が他の範囲に比べて僅かに大きくなっていることが影響していると考えられる。

ここで、角度範囲４５度の下側吸気口を有するハウジングにおける表４の測定結果において風量増大率および静圧増大率の双方が低くなる境界条件について考えると、角度範囲４５度の下側吸気口が角度位置２１０度に配置される場合（すなわち、環状領域８１のうち角度位置２１０〜２５５度の範囲が開口する場合）に静圧増大率が約２０％となり、下側吸気口が角度位置３３０度に配置される場合（すなわち、角度位置３３０〜３６０度および０〜３０度が開口する場合）に風量増大率および静圧増大率のそれぞれが約１０％となることを考慮すれば、環状領域８１において角度位置２５５〜３３０度の範囲以外にて少なくとも角度範囲４５度の下側吸気口が確保されることにより、一定の送風特性が得られるといえる。したがって、図７の底部３３上において、流路３７の上流側の端部と中心軸Ｊ１とを結ぶ線分Ｌ２の角度位置がほぼ３３０度となることを考慮すれば、環状領域８１のうち、中心軸Ｊ１を中心として流路３７の上流側の端部からインペラ部２１３の回転方向に７５度の範囲（以下、「特定範囲」とも呼ぶ。）外に、中心軸Ｊ１を中心とする角度範囲４５度以上（３６０度未満）の下側吸気口（または、下側吸気口の特定範囲外における角度範囲４５度以上の部位）が設けられることが、遠心ファンにおいて一定の送風特性を得るという点で重要となる。また、この場合においても、角度範囲２７０度、１８０度とされる下側吸気口の実験結果（表１および表２参照）を考慮すれば、下側吸気口は流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジと中心軸Ｊ１とを結ぶ線分Ｌ１と重なることが好ましく、環状領域８１を効率よく利用するという観点では、回路基板２４の少なくとも一部（より好ましくは、回路基板２４の全体）が特定範囲に重なることが好ましい。

さらに、角度範囲９０度の下側吸気口が角度位置３００度に配置される場合では、表３に示すように環状領域８１の高吸気範囲内に下側吸気口の一部が含まれるのみであるにもかかわらず風量増大率および静圧増大率共に高い値となっている。したがって、遠心ファン１では、ベース部３３６よりも大きい回路基板２４をベース部３３６に固定する場合であっても、環状領域８１のうち流路３７の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジから中心軸Ｊ１を中心として±４５度の高吸気範囲内に下側吸気口の少なくとも一部を含ませ、回路基板２４を環状領域８１の当該下側吸気口外の範囲にのみ重ならせる、または、環状領域８１のうち中心軸Ｊ１を中心として排気口３６における風量が最大となる位置から±４５度の範囲内に下側吸気口の少なくとも一部を含ませ、回路基板２４を環状領域８１の当該下側吸気口外の範囲にのみ重ならせることにより、一定の送風特性を得ることができる。なお、ハウジングの設計によっては環状領域８１の下側吸気口外の範囲の一部においてのみ回路基板２４が重ねられてもよい。すなわち、ベース部３３６よりも大きい回路基板２４を用いるハウジングでは、環状領域８１の下側吸気口外の範囲の少なくとも一部が回路基板２４と重なっている。

図１４は角度範囲９０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図であり、図１５は角度範囲４５度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。図１４および図１５では縦軸に静圧を示し、横軸に風量を示している。また、図１４および図１５では、角度位置０度、９０度、１８０度、２７０度の場合における風量−静圧特性のみを示しており、風量−静圧特性を示す線に、図１２および図１３中の対応するハウジングと同符号を付し、環状領域８１の全体を開口させた場合および環状領域８１の全体を閉塞した場合における風量−静圧特性を示す線に符号ＲＦ２，ＲＣ２をそれぞれ付している。

図１４では、角度範囲９０度の下側吸気口が角度位置２７０度に配置されるハウジングＣ１０において、角度位置０度、９０度、１８０度に配置されるハウジングＣ１，Ｃ４，Ｃ７に比べて風量および静圧が共に低くなっている。また、角度範囲４５度の下側吸気口が角度位置２７０度に配置されるハウジングＤ１０においても同様に、角度位置０度、９０度、１８０度に配置されるハウジングＤ１，Ｄ４，Ｄ７に比べて風量および静圧が共に低くなっている。このように、環状領域８１の特定範囲外に、中心軸Ｊ１を中心とする角度範囲４５度以上の開口が設けられていないハウジングＣ１０，Ｄ１０では、風量−静圧特性も低くなっていることが図１４および図１５からも判る。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態における遠心ファン１では、カップ部２１１の外側面近傍から放射状に伸びる複数の翼２１４を有するインペラ部２１３が用いられるが、図１６に示すように、カップ部２１１の外側にて中心軸Ｊ１を中心とする環状に配列された複数の翼２１４ａと、カップ部２１１の下側（開口部側）から外側に向かって広がるとともに複数の翼２１４ａを下側で連結する環状の連結板とを有するインペラ部２１３ａが遠心ファンに用いられてもよい。この場合においても、ハウジングの底部においてベース部の周囲の環状領域（ただし、この場合、ベース部の外周と環状領域の内周とが離れている。）の高吸気範囲内に下側吸気口の少なくとも一部が含まれ、または、環状領域の特定範囲外における中心軸Ｊ１を中心とする４５度以上の範囲が下側吸気口に含まれることにより、遠心ファンにおいて送風特性を向上することができる。

また、遠心ファン１のハウジング３では、２つの側面に亘って排気口３６が形成されてもよく、さらには、図１７に示すように、中心軸Ｊ１に垂直な断面の外形が略円形（または、蝸牛形状）のハウジング３ａが用いられてもよい（ただし、図１７ではカバー部の図示を省略している。）。図１７のハウジング３ａが用いられる遠心ファンにおいても、ハウジング３ａの底部においてベース部の周囲の環状領域のうち流路の上流側の端部から最も離れた排気口３６のエッジから中心軸Ｊ１を中心として±４５度の範囲内に下側吸気口の少なくとも一部が含まれ、または、環状領域のうち中心軸Ｊ１を中心として流路の上流側の端部からインペラ部２１３の回転方向に７５度の範囲外における中心軸Ｊ１を中心とする４５度以上の範囲が下側吸気口に含まれることにより、遠心ファンにおいて送風特性を向上することができる。

上記実施の形態における遠心ファン１では、中心軸Ｊ１方向におけるハウジング３の両面に吸気口（上側吸気口および下側吸気口）が設けられるが、遠心ファン１の用途によっては、下側吸気口のみが設けられてもよい。すなわち、ハウジング３のベース部３３６の周囲の環状領域８１における高吸気範囲内に下側吸気口の少なくとも一部を含ませ、または、環状領域８１の特定範囲外において中心軸Ｊ１を中心とする４５度以上の範囲を下側吸気口に含ませる上記手法は、少なくともカップ部２１１の開口部側からエアを取り込む遠心ファンにおいて用いることができる。ただし、遠心ファンにおいて送風特性をさらに向上するには、上記実施の形態のように、ハウジング３においてカップ部２１１の開口部とは反対側にも吸気口が設けられることが好ましい。

上記実施の形態では、カップ部２１１の直径が１０ｍｍ以下とされるため、ハウジング３の底部３３上のベース部３３６の直径もほぼ１０ｍｍ以下となっている。一方で、ハウジング３のカップ部２１１の開口部側に固定される回路基板２４上において電子部品が実装される領域は通常２ｍｍ四方以上となる。ここで、仮に、カップ部２１１の直径が６ｍｍ以下となる程度まで遠心ファン１の小型化が進められた場合には、スリーブ保持部２２１の固定用の貫通孔３３１の領域も考慮すれば、電子部品を有する回路基板２４は確実にカップ部２１１の直径よりも大きくなってしまう。しかしながら、このような場合であっても、ハウジング３のベース部３３６の周囲の環状領域８１の高吸気範囲内に下側吸気口の少なくとも一部を含ませ、または、特定範囲外において中心軸Ｊ１を中心とする４５度以上の範囲を下側吸気口に含ませる上記手法を用いることにより、遠心ファンにおいて送風特性を向上することが実現される。

遠心ファンの内部構成を示す縦断面図である。遠心ファンの外観を示す斜視図である。遠心ファンの内部を示す斜視図である。遠心ファンの主要な構成を分解して示す斜視図である。遠心ファンの内部を示す平面図である。回路基板およびハウジング本体を示す平面図である。ハウジングの底部を簡略化して示す図である。角度範囲２７０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図である。角度範囲１８０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図である。角度範囲２７０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。角度範囲１８０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。角度範囲９０度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図である。角度範囲４５度の下側吸気口を有するハウジングを簡略化して示す図である。角度範囲９０度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。角度範囲４５度の下側吸気口を設けた場合における遠心ファンの風量−静圧特性を示す図である。インペラ部の他の例を示す図である。ハウジングの他の例を示す図である。

符号の説明

１遠心ファン
３，３ａハウジング
２３軸受機構
２４回路基板
３４側壁部
３６排気口
３７流路
８１環状領域
２１１カップ部
２１２界磁用磁石
２１３，２１３ａインペラ部
２１４，２１４ａ翼
２２３電機子
３１１上側吸気口
３３４，３３５下側吸気口
３３６ベース部
Ｊ１中心軸
Ｌ１線分

Claims

遠心ファンであって、
所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、
前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、
前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、
前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、
前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、
前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、
前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板と、
を備え、
前記ハウジングが、
側面に形成された排気口と、
前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、
前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、
前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口と、
を備え、
前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、
前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記流路の上流側の端部から最も離れた前記排気口のエッジから前記中心軸を中心として±４５度の範囲内に前記吸気口の少なくとも一部が含まれ、
前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なることを特徴とする遠心ファン。
遠心ファンであって、
所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、
前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、
前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、
前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、
前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、
前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、
前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板と、
を備え、
前記ハウジングが、
側面に形成された排気口と、
前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、
前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、
前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口と、
を備え、
前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、
前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記中心軸を中心として前記流路の上流側の端部から前記回転方向に７５度の範囲である第１の範囲の外であり、かつ、前記中心軸を中心とする４５度以上の第２の範囲が前記吸気口に含まれ、
前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なることを特徴とする遠心ファン。
請求項２に記載の遠心ファンであって、
前記第１の範囲に前記回路基板の少なくとも一部が重なっており、前記第２の範囲が前記流路の上流側の端部から最も離れた前記排気口のエッジと前記中心軸とを結ぶ線分と重なることを特徴とする遠心ファン。
遠心ファンであって、
所定の中心軸を中心とする略有蓋円筒状のカップ部と、
前記カップ部の内側面に固定された界磁用磁石と、
前記カップ部の外側にて前記中心軸を中心として環状に配列された複数の翼を有し、前記カップ部と共に回転することにより、少なくとも前記カップ部の開口部側からエアを取り込んで前記中心軸から離れる方向に前記エアを排出するインペラ部と、
前記カップ部および前記インペラ部を収容するハウジングと、
前記中心軸を中心に前記カップ部を前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受機構と、
前記界磁用磁石の内側に配置され、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生することにより前記インペラ部を所定の回転方向に回転する電機子と、
前記ハウジングの前記カップ部の前記開口部側に固定されるとともに、前記電機子が電気的に接続される回路基板と、
を備え、
前記ハウジングが、
側面に形成された排気口と、
前記インペラ部の外周を覆い、前記インペラ部との間にて前記排気口に向かう流路を形成する側壁部と、
前記カップ部の前記開口部に対向し、前記回路基板が固定されるベース部と、
前記ベース部の周囲から前記インペラ部へとエアを取り込む吸気口と、
を備え、
前記吸気口が、前記回路基板と重なることなく設けられ、
前記ベース部の周囲の前記複数の翼に対向する環状領域のうち、前記中心軸を中心として前記排気口における風量が最大となる位置から±４５度の範囲内に前記吸気口の少なくとも一部が含まれ、
前記環状領域の前記吸気口外の範囲の少なくとも一部が、前記回路基板と重なることを特徴とする遠心ファン。
請求項１ないし４のいずれかに記載の遠心ファンであって、
前記カップ部の直径が１０ミリメートル以下であることを特徴とする遠心ファン。
請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心ファンであって、
前記ハウジングが、前記カップ部の前記開口部とは反対側に設けられたもう１つの吸気口をさらに備えることを特徴とする遠心ファン。