JP6666492B2 - モータベース部に装着されたモータ及び送風ファン - Google Patents

Description

本発明は送風ファンに関するものであり、特に、電子機器等の機器内部の冷却等に用いられる送風ファンに関するものである。

一般的に送風ファンは、中央に空洞部(開口)を有するケーシングと、回転軸と、複数の羽根を有して回転軸と一体に回転するインペラと、回転軸を回転させるモータと、モータを保持するモータベース部とを備えており、インペラとモータとモータベース部はケーシングの空洞部内に収容されている。

モータベース部は、その中央に回転軸を支持する軸受を設けた中空円筒状の軸受ハウジングが嵌合されて取り付けられるボス部が一体に形成されている。そのボス部に取り付けられた軸受ハウジングには、その外側にモータのステータが装着され、内側に回転軸が軸受を介して回転可能に装着されている。また、モータベース部は複数のスポークにてケーシングと連結されている。

そして、モータを駆動させると、回転軸がインペラと共に回転し、そのインペラの回転によって流体(空気)がケーシングの空洞部の一端側、すなわち吸い込み口からインペラ内に吸い込まれ、ケーシング内部を通過して、ケーシングの空洞部の他端側、すなわち吐き出し口からケーシング外部に吹き出される。このとき、ケーシング外部に吹き出される流体の圧力を高める必要がある場合には、ケーシングの吐き出し口付近に固定翼を設ける場合があり、またスポークが固定翼を兼ねる場合もある。なお、上記ケーシングとモータベースとスポークは、樹脂や金属等で一体成型にて形成されている。

ところで、このような送風ファンは、電子機器に装着され、電子機器内部の電子部品から発生する熱を、電子機器外部に効率よく排出して、電子部品を冷却するのに用いられている。そのため、送風ファンの高風量(単位時間にファンが送出する空気量)が求められている。また、サーバ等の電子機器では筺体内部の高密度実装によって、空気が流れる空間がますます小さくなっており、筺体内部を冷却する送風ファンには前記高風量に加えて高静圧(ファンが空気を送り出す力)も求められている。

その送風ファンの高風量と高静圧を得るためには、インペラを回転させるモータを高速で回転させる必要がある。しかし、高速でモータを回転させた場合、モータの高速回転に伴う振動が軸受を介してケーシングに伝わり、送風ファンを装着した電子機器にも振動が伝達され、電子機器にも振動が生じてしまう問題がある。特に、モータの回転に伴う振動がケーシングの固有振動数と共振した場合には、振動が大きくなり、その結果、電子機器に異常振動が生じて大きな問題となる虞がある。

このような問題に対して、モータベース部に複数の強化補強リブを形成して、ハウジングの構造を強化し、振動の発生を抑えるようにした送風ファンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５７６３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、モータベース部に複数の強化補強リブを形成することにより、ハウジングの構造を強化した送風ファンであるが、モータベース部に形成した強化補強リブの形状や構造を十分に開示しているものではない。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、モータベースを介してケーシングに伝達される振動の影響を少なくすることができる、モータベース部に装着されたモータ、送風ファンを提供することを目的としている。

本発明の構成は以下の通りである。
本発明のモータベース部に装着されたモータは、磁性ヨークとロータマグネットを有するロータと、ステータと、回転軸と、軸受ハウジングと、軸受ハウジングの内周に装着された、回転軸を支持する軸受と、軸受ハウジングを支持するボス部と、複数の補強リブと、を有するモータベース部と、を備え、軸受ハウジングとボス部は一体であり、軸受に対向する軸受ハウジングの内面は、回転軸の長手方向において、軸受の一端から他端にかけて、軸受の外周面に沿っており、一体であるボス部及び軸受ハウジングは、モータベース部のロータ側の面から突出しており、径方向において、複数の補強リブは一体であるボス部及び軸受ハウジングを介して軸受と対向しており、径方向において、モータベース部側における回転軸の端部は、複数の補強リブ又はモータベース部のロータ側の面と対向している。
上記において、円板状のモータベース部のロータ側の面には複数の補強リブが設けられてもよい。
上記において、ボス部側にある複数の補強リブは、モータベース部の外周側における複数の補強リブに対して幅広であってもよい。
上記において、回転軸方向において、モータベース部側における回転軸の端部は、ボス部と補強リブの一部とが連結している位置に対して、外側にも配置されてもよい。
本発明の送風ファンは、上記のいずれかにおけるモータベース部に装着されたモータと、インペラと、吸い込み口を有するケーシングと、ケーシングとモータベース部とを連結するスポークと、を備え、モータベース部はケーシングの内側に配置されている。

本発明によれば、異常振動を起こすことのない送風ファンを提供することができる。

本発明の一実施形態として示す送風ファンの断面図である。 図１に示す送風ファンのケーシングを示す斜視図である。 図２のケーシングを示し、(ａ)はその平面図、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線拡大断面図である。 モータベース部に形成した補強リブの数とハウジングの固有振動数の値を示したグラフである。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下の方向を示す表現は絶対的なものではなく、本発明の送風ファンの各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図１に示すように、本発明の実施形態の一例における送風ファン１０は、軸流ファンであって、ケーシング１１と、回転軸１２と、外周に複数の羽根１３を有して回転軸１２と一体に回転するインペラ１４と、回転軸１２を回転させるモータ１５と、回転軸１２を支持する上下１対の軸受１６ａ、１６ｂが装着された中空円筒状の軸受ハウジング１７と、軸受ハウジング１７を支持するボス部１８ａを有するモータベース部１８等を備え、回転軸１２とインペラ１４とモータ１５と軸受ハウジング１７及びモータベース部１８は、ケーシング１１内に配設されている。

更に詳述すると、図１〜図３に示すように、前記ケーシング１１は、中央に前後に貫通している円形をした通気用の空洞部１９を設けて平面視で四角形の枠体として形成されている。また、ケーシング１１は、その空洞部１９の中央に前記モータベース部１８を配設し、その空洞部１９内周面とモータベース部１８外周面の間を複数のスポーク２０(実施例では７本)で連結するようにして、モータベース部１８及びスポーク２０と一体に樹脂成形されている。そして、図１に示すように、空洞部１９の上下端にそれぞれ吸い込み口１９ａと吐き出し口１９ｂが形成されている。

前記複数のスポーク２０は、図１に示すように、ケーシング１１の吐き出し口１９ｂ側に配設され、また図３(ａ)に示すように、円周方向において均等の角度で、モータベース部１８の外周面から空洞部１９の内周面に向かって放射状に形成されている。それら複数のスポーク２０は、それぞれケーシング１１の外部に吹き出される空気の圧力を高めると共に、吐き出す空気を整流するようにして、回転軸１２に直交する面に対して所定の角度で傾斜させており、固定翼としても機能する。

前記スポーク２０によりケーシング１１に支持されているモータベース部１８は、スポーク２０と共にケーシング１１の吐き出し口１９ｂ側に設けられている。また、図２、図３に示すように、中央に吸い込み口１９ａ側に向かって突出された中空円筒状のボス部１８ａを一体に設けて、平面視で円板状に形成されている。そのボス部１８ａ内には、前記軸受ハウジング１７の一端側が嵌合挿入されて同心的に固定取り付けされる。その軸受ハウジング１７の固定には接着剤が使用される。

さらに、モータベース部１８のボス部１８aが突出されている面、すなわち吸い込み口１９ａと対向する面には、前記スポーク２０にそれぞれ対応して、ボス部１８aの外周面からモータベース部１８の外周方向で、かつモータベース部１８とスポーク２０との接合箇所Ｃに向かって放射状に延伸する複数の補強リブ２１（実施例では７本）が設けられている。その各補強リブ２１は、図３(ａ)のＡ−Ａ線断面として図３(ｂ)に示すように、モータベース部１８の裏面から外側に断面山形状に突出し、そのモータベース部１８と一体に形成されている。なお、補強リブ２１の断面形状は、図３(ｂ)に示す形状に限ることなく、それ以外の三角形、四角形、台形等に形成してもよい。

その各補強リブ２１は、図３(ａ)、(ｂ)に示すように、円周方向において均等の角度で、またすべて同じ形状で、ボス部１８aの外周面から接合箇所Ｃまでの間が同じ幅(円周方向)Ｗ、同じ高さ(軸方向)Ｈで形成されている。そして、このようにして複数の補強リブ２１を設けることにより、接合箇所Ｃの強度を高め、同時にケーシング１１全体の強化を図るようにしている。より詳しくは後述するが、モータ１５の回転を２００００ｒｐｍで回転させたときに、ケーシング１１の固有振動数が、モータ１５の回転がケーシング１１に伝わる振動数よりも高くなるように設定する。

なお、ケーシング１１とモータベース部１８とスポーク２０と補強リブ２１は樹脂で一体成形にて形成しているが、金属などで一体成形してもよい。また、軸受ハウジング１７はモータベース部１８のボス部１８ａと一体に樹脂成形してもよい。

図１に示すように、前記回転軸１２は、軸受ハウジング１７の内周に装着された１対の軸受１６ａ、１６ｂを上下に貫通して、回転可能に支持されており、その上端にインペラ１４が一体に取り付けられている。

なお、本実施形態では軸受ハウジング１７を別体の部品としたが、ボス部１８ａと一体であってもよい。

前記インペラ１４は、回転軸１２と一体に回転するハブ２２を有し、そのハブ２２の外周面に前記複数の羽根１３を設けている。

前記ハブ２２は、一般的な樹脂材料(ＰＢＴ、ＡＢＳ等の合成樹脂)を射出成形してなり、その成形時に、成形金型(図示せず)内に、一端(上端)側が閉じられ、他端(下端)側が開口されて、内周面に前記モータ１５のロータマグネット２３を取り付けてなる断面円形の概略カップ状に形成された磁性ヨーク２４と、回転軸１２とを配置し、その後、成形金型内に樹脂材を注入することにより、図１に示すように、回転軸１２に連結支持される円板状の天井部２２ａと軸方向に延伸して設けられた円筒部２２ｂを設けて上端側が閉じられ下端側が開口されてなる、断面円形の概略カップ状に形成される。また、同時に、ハブ２２の円筒部２２ｂの外周面に前記複数の羽根１３が一体に形成される。

前記モータ１５は、図１に示すように、インペラ１４側の磁性ヨーク２４と該磁性ヨーク２４の内周面に取り付けられたロータマグネット２３とよりなるロータ１５ａと、ケーシング１１側で軸受ハウジング１７の外周に固定して取り付けられるステータ１５ｂとからなり、ステータ１５ｂに対してロータ１５ａを回転させることで、インペラ１４と回転軸１２を一体に回転させる。

前記ステータ１５ｂは、図１に示すように、吸い込み口１９ａ側から軸受ハウジング１７の外周面に取り付けられている。そのステータ１５ｂは、軸受ハウジング１７の外周に嵌合されて取り付けられた鉄心２５と、その鉄心２５にインシュレータ２６を介して巻回された駆動用のコイル２７とを備えている。また、ステータ１５ｂの下部には、コイル２７に供給する駆動電流を制御するための電子部品を実装したモータ駆動用の回路基板２８が、インシュレータ２６に固定して取り付けられており、回路基板２８は、図示しないリード線を介して同じく図示しない外部電源と電気的に接続される。

このように構成された送風ファン１０は、回路基板２８からモータ１５のコイル２７に駆動電流が供給されると、ロータ１５ａが可動して回転軸１２とインペラ１４が一体に回転する。また、インペラ１４が回転すると、流体である空気がケーシング１１の吸い込み口１９ａからインペラ１４の羽根１３内に吸い込まれ、ケーシング１１の内部を通過して、ケーシング１１の吐き出し口１９ｂからケーシング１１の外部に吹き出される。このとき、ケーシング１１の吐き出し口１９ｂ側に設けた複数のスポーク２０は、ケーシング１１の外部に吹き出される空気を整流すると共に、空気の圧力を高める。この結果、この送風ファン１０を取り付けているサーバ等の電子機器では、換気(または空気循環)が行われて内部冷却がなされる。

ところで、サーバ等の電子機器では筺体内部の高密度実装によって、空気が流れる空間がますます小さくなっており、筺体内部を冷却する送風ファン１０には高風量、高静圧が求められている。このため、送風ファン１０の高風量、高静圧を得るためにインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数を２００００ｒｐｍまで回転させる場合がある。高速でモータ１５を回転させた場合、それに伴う振動が軸受１６ａ、１６ｂを介してケーシング１１に伝わり、送風ファン１０を装着した電子機器にも振動が伝達されて、その結果、電子機器にも振動が生じる。この場合、モータ１５の回転に伴う振動がケーシング１１の固有振動数と共振した場合には、振動がより一層大きくなり、その結果、電子機器に異常振動が生じる虞がある。

表１は、ケーシング１１のモータベース部１８に形成した補強リブ２１の数とスポーク２０の数をパラメータとして、その場合のケーシング１１の固有振動数(Ｈｚ)を解析にて推定した値、及びそれに基づくモータ１５の共振回転数を示している。なお、解析による推定方法の詳細は省略する。

表１中で、比較例１は、スポーク２０が４本で、補強リブ２１も４本に形成したケーシング１１である。比較例２は、スポーク２０が６本で、補強リブ２１も６本に形成したケーシング１１である。実施例１は、本発明の実施形態である図１〜図３に示すケーシング１１を用いており、スポーク２０が７本で、補強リブ２１も７本である。なお、比較例１、比較例２、実施例１ともに同じケーシング１１の形状で、補強リブ２１はスポーク２０がモータベース部１８と接合する箇所Ｃに合わさるように形成している。

表１に示すように、解析にて推定したケーシングの固有振動数はそれぞれ比較例１が約２５２Ｈｚ、比較例２が約２７５Ｈｚ、実施例１が約３６５Ｈｚである。このことから、スポーク２０と補強リブ２１の数を同数とした場合には、スポーク２０と補強リブ２１の数を増加させるとケーシング１１の固有振動数が大きくなることがわかる。ここで、実施例１において、送風ファン１０のインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数が２００００ｒｐｍとした場合のＸ（加振振動数という）を、回転数比(３６５：Ｘ＝２１９１０：２００００)から求めると、Ｘ＝３３４、すなわちモータ１５の回転の加振における振動数は約３３４Ｈｚであることが判る。

このため、予め解析により求めたケーシング１１の固有振動数が加振振動数３３４Ｈｚよりも低い場合には、モータ１５の回転に伴うケーシング１１の振動数とケーシング１１の固有振動数とが共振する可能性がある。その結果、電子機器等に異常振動が生じる虞がある。

このことから、表１に示すように、比較例１、比較例２のケーシング１１では、ケーシング１１の固有振動数がそれぞれ２５２Ｈｚ、２７５Ｈｚであることからいずれも３３４Ｈｚよりも低い値となる。このため、送風ファン１０のインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数を２００００ｒｐｍとした場合、これに伴って発生するケーシング１１の振動数が、ケーシング１１の固有振動数と共振する可能性がある。

これに対して、図１〜図３に示す実施例１は、ケーシング１１の固有振動数は３３４Ｈｚよりも高い値（３６５Ｈｚ）を示している。この結果、送風ファン１０のインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数が２００００ｒｐｍの場合であっても共振点に達することがなく、送風ファン１０を装着した電子機器等に生じる異常振動を防止できる。

表２は、図１〜図３に示した実施形態である送風ファン１０(実施例１)におけるケーシング１１において、スポーク２０の数を７本に設定し、モータベース部１８に形成した補強リブ２１の本数をパラメータとして、その場合のケーシング１１の固有振動数を解析にて推定した値、及びそれに基づくモータ１５の共振回転数をそれぞれ示している。図４は表２に示す補強リブ２１の数を変えたときのケーシング１１の固有振動数を推定した値を示したグラフである。

表２において、ケーシングＡは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１を形成していないケーシングである。ケーシングＢは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１の数を４本に形成したケーシングである。ケーシングＣは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１の数が５本に形成したケーシングである。ケーシングＤは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１の数を６本に形成したケーシングである。ケーシングＥは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１の数も７本に形成したケーシングであって、図１〜図３に示した本発明の実施形態であるケーシング(実施例１)である。ケーシングＦは、スポーク２０の数が７本で、補強リブ２１の数が９本に形成したケーシングである。なお、ケーシングはすべて同じ形状であり、本発明の実施形態である実施例１のケーシングＥのみ、補強リブ２１はスポーク２０がモータベース部１８と接合する箇所Ｃに合わさるように形成している。

表２及び図４に示すように、ケーシング１１のスポーク２０を７本に形成した場合、モータベース部１８に形成した補強リブ２１を６本以上に形成することにより、送風ファン１０のインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数が２００００ｒｐｍの場合においても、ケーシング１１の固有振動数を解析にて推定した値である３３４Ｈｚよりも高く（３３７Ｈｚ）することができる。

しかし、モータベース部１８に形成した補強リブ２１が６本の場合、その値は送風ファン１０の加振振動数３３４Ｈｚよりもわずかに高い値であり、十分に余裕があるとはいえない。このため、モータベース部１８に形成する補強リブ２１の数はスポーク２０と同じ数である７本以上形成することにより、ケーシング１１の固有振動数は送風ファン１０の加振振動数３３４Ｈｚよりも余裕をもった高い値（３６５Ｈｚ）を得ることができる。この結果、モータベース部１８に形成した補強リブ２１は、少なくとも６本以上、より好ましくは７本以上にすると、送風ファン１０のインペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数が２００００ｒｐｍの場合であっても、モータベース部１８を介してケーシング１１に伝達される振動の影響を少なくして、送風ファン１０を装着した電子機器等に生じる異常振動を防止できる。

また、モータベース部１８に形成する補強リブ２１はスポーク２０と同じ数である場合、補強リブ２１はスポーク２０がモータベース部１８と接合する箇所に合わさるように形成することが望ましい。

なお、実施例では、スポーク２０の数が７本の場合について説明したが、７本以上であれば良いものである。スポーク２０の数を少なくとも７本形成した場合、モータベース部１８に補強リブ２１を７本以上形成すると、インペラ１４を回転させるモータ１５の最大回転数が２００００ｒｐｍのとき、ケーシング１１の固有振動数の方がモータ１５の回転の加振による振動数よりも高くなり、異常振動が生じるのを防止できる。

また、複数の補強リブ２１は、ボス部１８aの外周側からモータベース部１８の外周側面まで同じ幅(円周方向)Ｗ、同じ高さ(軸方向)Ｈで延伸してなる構成を開示したが、ボス部１８aの外周側からモータベース部１８の外周側に延伸するに従って幅Ｗが漸減する、高さＨが漸減するようにして延伸してなる構成としてもよいものである。このように、複数の補強リブ２１の幅をボス部１８ａでは幅広とし、モータベース部１８外周側に延伸するに従い幅が漸減させることにより、ボス部１８ａを効率的に補強し、余剰の補強を押さえ、ケーシング１１の軽量化を図ることができる。

さらに、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれものである。

１０ 送風ファン
１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３ 羽根
１４ インペラ
１５ モータ
１５ａ ロータ
１５ｂ ステータ
１６ａ、１６ｂ 軸受
１７ 軸受ハウジング
１８ モータベース部
１９ 空洞部
１９ａ 吸い込み口
１９ｂ 吐き出し口
２０ スポーク
２１ 補強リブ

Claims (4)

1. 磁性ヨークとロータマグネットを有するロータと、
   ステータと、
   回転軸と、
   軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングの内周に装着された、前記回転軸を支持する軸受と、
   前記軸受ハウジングを支持するボス部と、複数の補強リブと、を有するモータベース部と、を備え、
   前記軸受ハウジングと前記ボス部は一体であり、
   前記軸受に対向する前記軸受ハウジングの内面は、前記回転軸の長手方向において、当該軸受の一端から他端にかけて、当該軸受の外周面に沿っており、
   前記一体であるボス部及び軸受ハウジングは、前記モータベース部の前記ロータ側の面から突出しており、
   径方向において、前記複数の補強リブは前記一体であるボス部と軸受ハウジングを介して前記軸受と対向しており、
   径方向において、前記モータベース部側における前記回転軸の端部は、前記複数の補強リブ又は前記モータベース部の前記ロータ側の面と対向しており、
   前記ボス部側にある前記複数の補強リブは、前記モータベース部の外周側における前記複数の補強リブに対して幅広である、モータベース部に装着されたモータ。
2. 円板状の前記モータベース部の前記ロータ側の面には前記複数の補強リブが設けられている、請求項１に記載のモータベース部に装着されたモータ。
3. 回転軸方向において、前記モータベース部側における前記回転軸の端部は、前記ボス部と前記補強リブの一部とが連結している位置に対して、外側にも配置されている、請求項１又は２に記載のモータベース部に装着されたモータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータベース部に装着されたモータと、
   インペラと、
   吸い込み口を有するケーシングと、
   前記ケーシングと前記モータベース部とを連結するスポークと、を備え、
   前記モータベース部は前記ケーシングの内側に配置されている、送風ファン。

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