WO2019064881A1

WO2019064881A1 - 軸流ファン

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Publication number: WO2019064881A1
Application number: PCT/JP2018/028352
Authority: WO
Inventors: 悠輔齋藤; 正岡部; 雅俊大林; 内田　俊哉; 中田　佑希; 恭佑笹生
Original assignee: 日本電産コパル電子株式会社
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-04-04
Also published as: TW201915338A; JP2021028471A

Abstract

軸流ファン（１０）は、モータ本体（１）と、モータ本体（１）の回転体に設けられ、モータ本体（１）の回転軸方向に風を流す形状の羽根が設けられたインペラー（２）と、モータ本体（１）のインペラー（２）が設けられた側と反対側が底面に設置されたカップ部分（３１）と、モータ本体（１）を覆うように設けられた外形部分（３３）と、カップ部分（３１）と外形部分（３３）とを接続するように設けられ、回転軸方向に風が通り抜ける形状の複数の静止翼（３２）と、中央の穴にモータ本体（１）の回転軸が位置し、カップ部分（３１）に固定されるように設けられ、モータ本体（１）を制御するための円板形状の基板（１５）と、カップ部分（３１）に対して固定の部分と基板（１５）との間に設けられ、内部摩擦により振動を抑制するダンパー（ＤＰ）とを備える。

Description

軸流ファン

　本発明は、軸流ファンに関する。

　一般に、様々な軸流ファンが知られている。例えば、アウターロータ型の送風ファンにおいて、機器取り付け部の固有振動数を異ならせる調整部材を設け、共振が発生するのを抑制することが開示されている（特許文献１参照）。

　しかしながら、静止翼を備える軸流ファンの場合、空気の流動特性を保つために、静止翼にある程度の柔軟性を持たせる必要がある。このため、静止翼がバネのような働きをし、共振をすると振動が大きくなることがある。

特許第６１８３９９５号公報

　本発明の実施形態の目的は、共振による振動を抑制する軸流ファンを提供することにある。

　本発明の観点に従った軸流ファンは、モータと、前記モータの回転体に設けられ、前記モータの回転軸方向に風を流す形状の羽根が設けられたインペラーと、前記モータの前記インペラーが設けられた側と反対側が底面に設置されたカップ部分と、前記モータを覆うように設けられた外形部分と、前記カップ部分と前記外形部分とを接続するように設けられ、前記回転軸方向に風が通り抜ける形状の複数の静止翼と、中央の穴に前記モータの回転軸が位置し、前記カップ部分に固定されるように設けられ、前記モータを制御するための円板形状の基板と、前記カップ部分に対して固定の部分と前記基板との間に設けられ、内部摩擦により振動を抑制するダンパーとを備える。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図である。図３は、第１の実施形態に係るモータ本体の構成を示す斜視図である。図４は、第１の実施形態に係るインペラーの下側からの構成を示す斜視図である。図５は、第１の実施形態に係るインペラーがモータ本体に取り付けられた状態を示す斜視図である。図６は、第１の実施形態に係る外枠を垂直に切断した構成を示す斜視図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図である。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る軸流ファン１０の構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る軸流ファン１０の構成を示す断面図である。

　軸流ファン１０は、例えば、サーバを冷却するための冷却ファンとして用いられる。軸流ファン１０は、モータ本体１、インペラー２、及び、外枠３を備える。

　図３は、第１の実施形態に係るモータ本体１の構成を示す斜視図である。

　モータ本体１は、回転する回転体と、回転体の回転に対して静止している静止部分とに分けられる。

　モータ本体１の回転体は、シャフト１１、シャフトホルダ１２、フレーム１３、及び、マグネット１４で構成される。シャフトホルダ１２及びフレーム１３は、ロータホルダーを形成する。

　モータ本体１の静止部分は、基板１５、複数のコイル１６、コア１７、及び、複数の支持部材１８で構成される。

　シャフト１１は、回転体の回転軸であり、円柱形状をしている。シャフト１１は、鉄などの金属製である。

　シャフトホルダ１２は、リング形状で、表面は平面であり、裏面はフレーム１３の穴に嵌合するような形状である。シャフトホルダ１２は、表面の中央の穴にシャフト１１の上部を嵌合した状態で接合される。シャフトホルダ１２の底面部分は、フレーム１３の上部に接合される。シャフトホルダ１２の素材は、フレーム１３の素材の金属と線膨張係数の近いものを選ぶことで、熱膨張によるシャフトホルダ１２とフレーム１３のズレが抑制される。具体的には、フレーム１３が鉄製である場合、シャフトホルダ１２は、真鍮製又は鋼製などが望ましい。真鍮は、鋼よりも錆び難いため、シャフトホルダ１２の素材に適している。

　フレーム１３は、円筒形状の一端を塞ぐ円形状の表面（上面）にシャフト１１が突き出す穴が中央に設けられた形状である。フレーム１３の上面の穴は、シャフト１１が貫通した状態で、シャフト１１とフレーム１３との間にできる隙間をシャフトホルダ１２により覆うように塞がれた状態になる。フレーム１３は、鉄などの金属製である。フレーム１３は、プレス加工されることにより成形される。

　マグネット１４は、モータ本体１のロータとしての機能を持たすための永久磁石である。マグネット１４は、円筒形状をしており、フレーム１３の内側に取り付けられる。

　基板１５は、シャフト１１が貫通する穴が中央に設けられた円板形状をしている。基板１５は、モータ本体１を駆動するための制御回路が実装される。基板１５には、ロータの回転位置を検出するセンサ１５１が設けられる。なお、基板１５は、センサ１５１が設けられていないセンサレスモータに用いるものでもよい。

　コイル１６及びコア１７は、フレーム１３の内部に設けられる。各コイル１６は、コア１７に巻かれて、シャフト１１の周りを円周上に等間隔に配置される。コイル１６及びコア１７は、モータ本体１のステータとしての機能を持つ。なお、コア１７は、いくつの部材で構成されてもよい。例えば、コア１７は、薄い板を回転軸方向に積み重ねて形成し、渦電流損失を抑制する構造でもよい。

　複数の支持部材１８は、モータ本体１の静止部分に対して回転体が回転するように支持する部材、及び、モータ本体１の静止部分が外枠３に固定されるように支持する部材を含む。例えば、支持部材１８は、コイル１６及びコア１７を配置するための部材、又は、基板１５に設けられた小さい穴に貫通させて、静止部分を外枠３に固定する棒状の部材などである。

　図４は、第１の実施形態に係るインペラー２の下側からの構成を示す斜視図である。図５は、第１の実施形態に係るインペラー２がモータ本体１に取り付けられた状態を示す斜視図である。

　インペラー２は、プラスチックなどの樹脂製である。インペラー２は、円筒形状の一端が塞がれた形状のインペラー本体２１に複数の羽根２２が設けられた形状である。インペラー本体２１は、円形状の表面（上面）にシャフトホルダ１２の外周面が嵌合する穴が中央に設けられた形状である。インペラー本体２１の上面の穴の周りは、熱膨張によるクラックを防止するために十分な厚さを持たせてある。インペラー本体２１の内側の形状は、フレーム１３が上部から嵌るような形状である。インペラー本体２１の内側には、フレーム１３と接着するための接着剤を塗布する窪みが設けられていてもよい。羽根２２は、回転すると回転軸方向に風を流す形状に成形される。インペラー２は、フレーム１３に被せるようにして、上面の穴にシャフトホルダ１２の外形が嵌るように取り付けられる。インペラー２の上面の穴に、シャフトホルダ１２の外形を嵌めることで、モータ本体１の芯出しがされた状態になる。インペラー本体２１の内周面とフレーム１３の外周面は、接着剤で接着される。

　図６は、第１の実施形態に係る外枠３を垂直に切断した構成を示す斜視図である。

　外枠３は、カップ部分３１、複数の静止翼（リブ）３２、外形部分３３、軸受スリーブ３４、及び、磁気軸受３５を備える。

　カップ部分３１は、外枠３の底面部分の中央に配置される。カップ部分３１は、モータ本体１が実装される箇所である。モータ本体１は、インペラー２が上になるように、カップ部分３１の底面に設置される。基板１５は、カップ部分３１の内部に固定されるように配置される。カップ部分３１の外形は、基板１５の外形よりも一回り大きい。したがって、モータ本体１が実装された状態では、カップ部分３１の外周にある垂直方向に延びた外縁と基板１５との間には少し隙間がある。

　静止翼３２は、カップ部分３１の外周面と外形部分３３の内周面とを接続するように、カップ部分３１の周りに等間隔で設けられる。静止翼３２は、回転体の回転に応じて、隣接する２つの静止翼３２の間を回転軸方向に風が通り抜けるような形状に成形される。静止翼３２は、空気の流動特性を確保するために、樹脂などの柔軟性のある素材で、薄い形状に成形される。

　外形部分３３は、軸流ファン１０の最も外側を覆う部分である。外形部分３３は、モータ本体１が収納される円筒形状部分の両端に、軸流ファン１０を実装箇所に取り付けるための穴が設けられた四角形状のフランジ部分が取り付けられた形状である。

　軸受スリーブ３４は、カップ部分３１の中央に設けられる。軸受スリーブ３４は、円筒形状である。モータ本体１は、軸受スリーブ３４にシャフト１１が挿入されるように実装される。軸受スリーブ３４は、シャフト１１がラジアル方向に変動するのを抑制するための空気動圧軸受である。シャフト１１が回転すると、シャフト１１の周りの空気動圧により、シャフト１１と軸受スリーブ３４との隙間が一定に保たれることで、シャフト１１の変動が抑制される。したがって、シャフト１１の回転時では、シャフト１１と軸受スリーブ３４は、非接触に保たれる。なお、シャフト１１がラジアル方向に変動するのを抑制する軸受ならば、軸受スリーブ３４に限らず、どのようなものでもよい。軸受スリーブ３４のように、シャフト１１が非接触に保たれる非接触型の軸受であれば、耐久性が良く、高速回転に適しているが、ボールベアリング軸受のように接触型のものでもよい。

　磁気軸受３５は、軸受スリーブ３４の底面に位置する部分に設けられる。磁気軸受３５は、主に永久磁石で構成される。磁気軸受３５は、永久磁石同士の磁気による引力又は反発力などを利用して、シャフト１１がスラスト方向に変動するのを抑制する。したがって、シャフト１１と磁気軸受３５は、非接触に保たれる。なお、軸受スリーブ３４と同様に、シャフト１１がスラスト方向に変動するのを抑制する軸受ならば、磁気軸受３５に限らず、接触型など、どのようなものでもよい。

　図２を参照して、ダンパー部ＤＰについて説明する。

　ダンパー部ＤＰは、カップ部分３１の垂直方向に延びる内周面と基板１５の外縁に位置する側面との間に設けられる。ダンパー部ＤＰの素材は、例えば樹脂である。具体例としては、ダンパー部ＤＰは、硬化後の弾力性があるシリコンゴム系の接着剤である。モータ本体１が外枠３に取り付けられた状態で、カップ部分３１と基板１５を接着するように、ダンパー部ＤＰとなる接着剤を塗布する。ダンパー部ＤＰは、弾力性のある材料の内部摩擦により、振動を吸収する。

　なお、ダンパー部ＤＰは、内部摩擦により振動を吸収するような素材であれば、どのような素材でもよい。例えば、ダンパー部ＤＰは、エラストマーである。また、ダンパー部ＤＰは、カップ部分３１と基板１５の両方に接触するように設けられていれば、どの位置に設けられていてもよい。さらに、ダンパー部ＤＰの形状は、どのような形状でもよい。例えば、ダンパー部ＤＰは、Ｏリング形状でもよいし、ブロック状で複数設けられてもよい。ダンパー部ＤＰがブロック状である場合、ダンパー部ＤＰは、いくつ設けられてもよい。また、ダンパー部ＤＰは、カップ部分３１と基板１５の両方に接着されてもよいし、いずれか片方にのみ接着されてもよいし、両方に接着されずに挿入されているだけでよい。

　本実施形態によれば、カップ部分３１と基板１５の両方に接触するように、ダンパー部ＤＰを設けることで、共振による振動を抑制することができる。例えば、ダンパー部ＤＰを設けることで、軸流ファン１０を様々な回転数で使用する場合でも、任意の固有振動数での共振による振動を抑制することができる。

　また、シャフト１１の軸受に、非接触型の空気動圧軸受を採用することで、接触型のボールベアリング軸受と比較すると、高速回転に適した耐久性の高い軸流ファン１０にすることができる。さらに、スラスト軸受として非接触型の磁気軸受３５を採用することで、より高速回転に適し、耐久性に優れた軸流ファン１０にすることができる。

（第２の実施形態）
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る軸流ファン１０Ａの構成を示す断面図である。

　軸流ファン１０Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る軸流ファン１０において、モータ本体１側に設けられた基板１５の代わりに、基板１５Ａを外枠３側に設けたものである。その他の点については、第１の実施形態と同様である。

　基板１５Ａの外縁に位置する側面は、カップ部分３１の垂直方向に延びた外縁の内周面に固定される。基板１５Ａの中央の穴には、シャフト１１及び軸受スリーブ３４が位置する。基板１５Ａは、第１の実施形態のセンサ１５１が設けられていないセンサレスモータ用の基板である。なお、基板１５Ａには、センサ１５１が設けられてもよい。

　図７を参照して、ダンパー部ＤＰについて、第１の実施形態と異なる部分を主に説明する。

　ダンパー部ＤＰは、基板１５Ａの中央の穴の内側にあり、カップ部分３１の中央で固定されている支持部材１８と、基板１５Ａの中央の穴の内側との間に設けられる。

　なお、ダンパー部ＤＰの基板１５Ａとの反対側は、支持部材１８に限らず、カップ部分３１に固定された部分であれば何処でもよい。また、ダンパー部ＤＰは、支持部材１８（カップ部分３１に固定された部分）と基板１５Ａの両方に接触するように設けられていれば、どの位置に設けられていてもよい。さらに、ダンパー部ＤＰは、基板１５と支持部材１８との両方に接着されてもよいし、いずれか片方にのみ接着されてもよいし、両方に接着されずに挿入されているだけでよい。

　本実施形態によれば、基板１５Ａが外枠３側に設けられた場合でも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

　なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。

Claims

　モータと、
　前記モータの回転体に設けられ、前記モータの回転軸方向に風を流す形状の羽根が設けられたインペラーと、
　前記モータの前記インペラーが設けられた側と反対側が底面に設置されたカップ部分と、
　前記モータを覆うように設けられた外形部分と、
　前記カップ部分と前記外形部分とを接続するように設けられ、前記回転軸方向に風が通り抜ける形状の複数の静止翼と、
　中央の穴に前記モータの回転軸が位置し、前記カップ部分に固定されるように設けられ、前記モータを制御するための円板形状の基板と、
　前記カップ部分に対して固定の部分と前記基板との間に設けられ、内部摩擦により振動を抑制するダンパーと
を備えたことを特徴とする軸流ファン。
　前記ダンパーは、前記固定の部分が前記カップ部分の一部であること
を特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
　前記ダンパーは、前記固定の部分が前記カップ部分に固定された部材であること
を特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
　前記ダンパーは、前記基板の前記中央の穴の内側に設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
　前記ダンパーは、前記基板の外縁に設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
　空気動圧により前記モータの回転軸のラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の軸流ファン。
　磁気により前記回転軸のスラスト方向の変動を抑制する磁気軸受
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の軸流ファン。