JP2013128371A - Fan motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファンモータに関する。 The present invention relates to a fan motor.
従来、パソコン等の電子機器には、内部冷却用のファンモータが、搭載されている。ファンモータを駆動させると、電子機器を構成する筐体の内部に、気流が生じる。これにより、筐体の内部における熱の蓄積が、抑制される。また、多くの電子機器は、冷却の必要がないときにはファンモータを停止させ、冷却の必要が生じたときにのみ、ファンモータを駆動させている。従来のファンモータの構造については、例えば、特開2009−213225号公報に開示されている。
ファンモータの駆動を停止させているときに、ファンモータの吸気側より排気側の方が高圧になると、ファンモータに、インペラを逆回転させようとする圧力が掛かる。例えば、電子機器に複数のファンモータが搭載されていて、その中の一部のファンモータのみを駆動させたときには、停止中のファンモータの付近において、上記の状況が生じ得る。 When the drive of the fan motor is stopped, if the exhaust side has a higher pressure than the intake side of the fan motor, a pressure is applied to the fan motor to reversely rotate the impeller. For example, when a plurality of fan motors are mounted on an electronic device and only some of the fan motors are driven, the above situation may occur in the vicinity of the stopped fan motor.
また、従来、ファンモータの軸受には、主としてボールベアリングが使用されていた。しかしながら、近年、ファンモータの駆動時の振動をさらに低減したいという要求が高まっている。この要求に応えるためには、例えば、ファンモータの軸受に、流体動圧軸受を適用することが、考えられる。 Conventionally, ball bearings have been mainly used as fan motor bearings. However, in recent years, there has been an increasing demand for further reducing vibration during driving of the fan motor. In order to meet this requirement, for example, it is conceivable to apply a fluid dynamic pressure bearing to a fan motor bearing.
流体動圧軸受は、静止部側の軸受面と、回転部側の軸受面とを、潤滑液を介して対向させた構造を有している。また、静止部側または回転部側の軸受面には、潤滑液に動圧を発生させる動圧溝が、設けられている。定常駆動時には、潤滑液に生じる動圧によって、潤滑液の外部への漏れが、抑制されている。しかしながら、上述のように、ファンモータが逆回転すると、動圧の向きが変わる。その結果、流体動圧軸受から潤滑液が漏れ出す虞が生じる。また、動圧が分散するため、静止部側の軸受面と、回転部側の軸受面とが、接触する虞が生じる。 The fluid dynamic pressure bearing has a structure in which a bearing surface on the stationary part side and a bearing surface on the rotating part side are opposed to each other via a lubricating liquid. A dynamic pressure groove for generating a dynamic pressure in the lubricating liquid is provided on the bearing surface on the stationary part side or the rotating part side. During steady driving, leakage of the lubricating liquid to the outside is suppressed by the dynamic pressure generated in the lubricating liquid. However, as described above, when the fan motor rotates in the reverse direction, the direction of the dynamic pressure changes. As a result, there is a risk that the lubricating liquid leaks from the fluid dynamic pressure bearing. Further, since the dynamic pressure is dispersed, the bearing surface on the stationary part side and the bearing surface on the rotating part side may come into contact with each other.
本発明の目的は、駆動時の振動を低減でき、かつ、軸受機構の損傷を防止できるファンモータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fan motor capable of reducing vibration during driving and preventing damage to a bearing mechanism.
本願の例示的な第1発明は、静止部と、前記静止部に回転可能に支持される回転部と、前記静止部と前記回転部との間に介在する動圧軸受機構と、前記回転部の回転駆動を制御する駆動制御機構と、を備え、前記静止部は、コイルを有し、前記回転部は、前記コイルに対向するマグネットと、インペラとを有し、前記回転部は、定常駆動時に一方向に回転駆動し、前記動圧軸受機構は、前記静止部側に設けられた静止軸受面と、前記回転部側に設けられた回転軸受面と、前記静止軸受面と前記回転軸受面との間に介在する潤滑液と、を有し、前記静止軸受面および前記回転軸受面の少なくとも一方に動圧溝列が設けられ、前記動圧溝列は、前記回転部が前記一方向に回転するときに、前記潤滑液に、液面から遠ざかる方向へ向かう動圧を発生させ、前記駆動制御機構は、駆動信号を供給する駆動信号供給部と、前記駆動信号に応じてスイッチング動作を行い、前記コイルに駆動電流を供給するスイッチング素子と、を有し、前記駆動信号供給部は、非駆動時または前記回転部が逆回転した時に、前記コイルに、前記回転部の逆回転に抵抗する磁界を発生させる制動信号を出力するファンモータである。 An exemplary first invention of the present application includes a stationary part, a rotating part rotatably supported by the stationary part, a hydrodynamic bearing mechanism interposed between the stationary part and the rotating part, and the rotating part. A drive control mechanism for controlling the rotational drive of the motor, wherein the stationary part has a coil, the rotary part has a magnet facing the coil and an impeller, and the rotary part is driven in a steady state. The dynamic pressure bearing mechanism is sometimes rotationally driven in one direction, and includes a stationary bearing surface provided on the stationary portion side, a rotating bearing surface provided on the rotating portion side, the stationary bearing surface, and the rotating bearing surface. And a fluid pressure groove array is provided on at least one of the stationary bearing surface and the rotary bearing surface, and the dynamic pressure groove array has the rotating portion in the one direction. When rotating, the lubricating fluid generates dynamic pressure in the direction away from the liquid surface The drive control mechanism includes: a drive signal supply unit that supplies a drive signal; and a switching element that performs a switching operation according to the drive signal and supplies a drive current to the coil. The unit is a fan motor that outputs a braking signal for generating a magnetic field that resists reverse rotation of the rotating unit to the coil when not driven or when the rotating unit rotates reversely.
本願の例示的な第1発明によれば、動圧軸受機構を用いることによって、ファンモータの駆動時の振動を低減できる。また、インペラの逆回転を抑制できるため、潤滑液の漏れ等による動圧軸受機構の損傷を、抑制できる。 According to the first exemplary invention of the present application, vibration during driving of the fan motor can be reduced by using the hydrodynamic bearing mechanism. Further, since the reverse rotation of the impeller can be suppressed, damage to the hydrodynamic bearing mechanism due to leakage of the lubricating liquid or the like can be suppressed.
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、ファンモータの中心軸に沿う方向を「軸方向」、ファンモータの中心軸に直交する方向を「径方向」、ファンモータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向の一方側を「上」、他方側を「下」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、本発明に係るファンモータの使用時の向きを限定するものではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this application, the direction along the central axis of the fan motor is referred to as “axial direction”, the direction orthogonal to the central axis of the fan motor is referred to as “radial direction”, and the direction along the arc centered on the central axis of the fan motor is referred to as “circumferential direction”. Direction ". In the present application, the shape and positional relationship of each part will be described with one side in the axial direction as “upper” and the other side as “lower”. However, this is defined only for the sake of convenience of explanation, and does not limit the orientation when the fan motor according to the present invention is used.
<1.第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るファンモータ1Aの縦断面図である。図1に示すように、ファンモータ1Aは、静止部2A、回転部3A、動圧軸受機構5A、および駆動制御機構4Aを、備えている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a
動圧軸受機構5Aは、静止部2Aと回転部3Aとの間に介在している。これにより、回転部3Aは、静止部2Aに対して、回転可能に支持されている。また、静止部2Aは、コイル62Aを有している。回転部3Aは、コイル62Aに対向するマグネット37Aと、インペラ35Aとを有している。回転部3Aは、定常駆動時に一方向に回転駆動する。
The
動圧軸受機構5Aは、静止部2A側に設けられた静止軸受面221Aと、回転部3A側に設けられた回転軸受面312Aと、を有している。また、動圧軸受機構5Aは、静止軸受面221Aと回転軸受面312Aとの間に介在する潤滑液50Aを、有している。
The
また、図1の例では、回転軸受面312Aに、動圧溝列313Aが設けられている。動圧溝列313Aは、回転部3Aが上記の一方向に回転するときに、潤滑液50Aに、液面51Aから遠ざかる方向へ向かう動圧を発生させる。動圧軸受機構5Aを用いれば、ボールベアリングや滑り軸受等の他方式の軸受機構を用いる場合より、ファンモータ1Aの駆動時の振動を低減できる。なお、動圧溝列は、静止軸受面221Aおよび回転軸受面312Aの少なくとも一方に、設けられていればよい。
In the example of FIG. 1, a dynamic
駆動制御機構4Aは、回転部3Aの回転駆動を制御する。駆動制御機構4Aは、駆動信号を供給する駆動信号供給部49Aと、スイッチング素子80Aとを有している。スイッチング素子80Aは、駆動信号に応じてスイッチング動作を行う。その結果、コイル62Aに駆動電流が供給される。
The drive control mechanism 4A controls the rotation drive of the
また、このファンモータ1Aでは、駆動信号供給部49Aが、非駆動時または回転部が逆回転した時に、コイル62Aに制動信号を出力する。制動信号によって、コイル62Aに、回転部3Aの逆回転に抵抗する磁界が発生する。このようにすれば、インペラ35Aの逆回転を抑制できる。したがって、潤滑液50Aの漏れ等による動圧軸受機構5の損傷を、抑制できる。
In the
<2.第2実施形態>
続いて、本発明の第2実施形態について、説明する。
<2. Second Embodiment>
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described.
<2−1.ファンモータを備えた電子機器について>
本実施形態のファンモータ1は、パソコン等の電子機器10に、内部冷却用として搭載される。図2は、ファンモータ1を搭載した電子機器10の概略断面図である。図2に示すように、電子機器10は、筐体11を有している。筐体11の内部には、発熱源となる種々の部品12が、配置されている。また、筐体11の側部には、気体取り込み口13が設けられている。そして、図2の例では、気体取り込み口13に、4つのファンモータ1が配置されている。
<2-1. Electronic equipment with fan motor>
The
本実施形態のファンモータ1は、軸方向に気流を発生させる軸流型のファンである。電子機器10は、筐体11の内部の温度に応じて、4つのファンモータ1を個別に制御する。各ファンモータ1を駆動させると、筐体11の外部から筐体11の内部へ向けて、気体が取り込まれる。これにより、筐体11の内部の部品12が過度に昇温することが、抑制される。
The
ここで、4つのファンモータ1のうち、3つのファンモータ1のみを駆動させ、残りの1つのファンモータ1を停止させている状況を想定する。このような状況は、例えば、必要とされる冷却が、3つのファンモータ1で十分に達成できる場合や、あるいは、1つのファンモータ1がメンテナンス中である場合などが、該当する。当該状況では、3つのファンモータ1による気体の取り込みによって、筐体11の内部の気圧が上昇する。そうすると、残りの1つのファンモータ1のインペラに対して、筐体11の内部側から圧力が掛かる。この圧力は、当該ファンモータ1を、通常の回転の向きとは逆向きに回転させようとする圧力となる。
Here, it is assumed that only three
しかしながら、本実施形態のファンモータ1は、インペラの逆回転を抑制する機能を有している。したがって、上記の状況においても、停止中の1つのファンモータ1において、インペラの逆回転が抑制される。インペラの逆回転が抑制されれば、停止中のファンモータ1を介して気体が外部へ漏れ出すことも、抑制される。したがって、電子機器10の冷却効率を向上させることができる。インペラの逆回転を抑制する機能の詳細については、後述する。
However, the
<2−2.ファンモータの構造>
図3は、本実施形態に係るファンモータ1の縦断面図である。図3に示すように、ファンモータ1は、静止部2と回転部3とを、有している。静止部2は、上述した電子機器10の筐体11に、固定される。回転部3は、静止部2に対して、回転可能に支持されている。
<2-2. Fan motor structure>
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the
本実施形態の静止部2は、ハウジング21、スリーブ22、キャップ23、およびステータユニット24を有している。
The
ハウジング21は、筒状の外側筒部211と、外側筒部211より径方向内側に配置された筒状の内側筒部212と、を有している。外側筒部211と内側筒部212とは、ベース部213を介して接続されている。スリーブ22およびステータユニット24は、内側筒部212に支持されている。また、外側筒部211と内側筒部212との間には、軸方向に貫通する風洞214が形成されている。ハウジング21の材料には、例えば、樹脂や、アルミニウム等の金属が使用される。
The
スリーブ22は、軸方向に延びる略円筒状の部材である。スリーブ22は、ハウジング21の内側筒部212の内周面に、固定されている。キャップ23は、スリーブ22の下部の開口を塞ぐ、略円板状の部材である。スリーブ22およびキャップ23により形成される有底略円筒状のカップの内側には、後述するシャフト31が挿入されている。スリーブ22およびキャップ23の材料には、例えば、ステンレス鋼やりん青銅等の金属が使用される。
The
ステータユニット24は、ステータコア61と複数のコイル62とを有する。本実施形態のステータコア61は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板により、形成されている。ステータコア61は、円環状のコアバック611と、コアバック611から径方向外側へ向けて突出した複数本のティース612と、を有する。コアバック611は、ハウジング21の内側筒部212の外周面に、固定されている。複数本のティース612は、周方向に等間隔に配列されている。また、コイル62は、各ティース612に巻かれた導線により、構成されている。
The
図4は、外側筒部211を除くファンモータ1の横断面図である。図4に示すように、本実施形態のステータコア61は、9本のティース612を有している。9本のティース612は、3相バイポーラ駆動(3相全波駆動)のU相、V相、およびW相の各相に対応するティース612を、3本ずつ含んでいる。また、これらの9本のティース612のそれぞれに、コイル62が取り付けられている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図3に戻る。本実施形態の回転部3は、シャフト31、下環状部材32、上環状部材33、ロータホルダ34、インペラ35、ヨーク36、および複数のマグネット37を有している。
Returning to FIG. The
シャフト31は、軸方向に延びる略円柱状の部材である。シャフト31の材料には、例えば、ステンレス等の金属が使用される。シャフト31は、スリーブ22の内側に挿入されている。シャフト31は、スリーブ22およびキャップ23に支持されつつ、中心軸9を中心として回転する。また、シャフト31は、スリーブ22の上面より上方に突出した頭部311を有する。
The
下環状部材32は、シャフト31の下端部に固定された円環状の部材である。下環状部材32は、スリーブ22の下面と、キャップ23の上面との間に、配置されている。上環状部材33は、シャフト31の頭部311に固定された、円環状の部材である。上環状部材33は、スリーブ22の上方に配置されている。
The lower
ロータホルダ34は、側壁部341および天板部342を有している。側壁部341は、ステータユニット24の径方向外側に配置された、略円筒状の部位である。天板部342は、側壁部341の上端部から径方向内側へ向けて、広がっている。本実施形態では、天板部342の内周部が、上環状部材33を介して、シャフト31に固定されている。ただし、天板部342の内周部は、シャフト31に直接的に固定されていてもよい。
The
インペラ35は、側壁部341の径方向外側に設けられている。インペラ35は、周方向に配列された複数の羽根351を有している。ロータホルダ34およびインペラ35は、例えば、樹脂の射出成型により、一繋がりの部材として形成される。ただし、ロータホルダ34とインペラ35とが、別体の部材で構成されていてもよい。また、ロータホルダ34およびインペラ35の材料に、金属が使用されていてもよい。
The
ヨーク36は、磁性体により形成された略円環状の部材である。ヨーク36は、ロータホルダ34の側壁部341の内周面に、固定されている。複数のマグネット37は、ヨーク36の内周面に固定されている。各マグネット37の径方向内側の面は、ステータユニット24と径方向に対向する磁極面となっている。複数のマグネット37は、N極の磁極面とS極の磁極面とが交互に並ぶように、周方向に等間隔に配列されている。なお、複数のマグネット37に代えて、N極とS極とが周方向に交互に着磁された1つの円環状のマグネットが、使用されていてもよい。
The
また、このファンモータ1は、回路基板4を有している。本実施形態では、ベース部213の上方、かつ、ステータユニット24の下方に、回路基板4が配置されている。ただし、回路基板4は、他の位置に設けられていてもよい。回路基板4は、回転部3の回転駆動を制御する駆動制御機構を構成している。回路基板4には、後述する電子回路40が、実装されている。当該電子回路40の一部分には、コイル62から引き出された導線が、電気的に接続されている。
The
回路基板4を介してコイル62に駆動電流を与えると、ステータコア61のティース612に、磁束が発生する。そして、ティース612とマグネット37との間の磁束の作用により、周方向のトルクが生じる。その結果、静止部2に対して回転部3が、中心軸9を中心として回転する。このファンモータ1では、定常駆動時には、回転部3が一方向に回転する。そして、インペラ35の回転によって、軸方向に気流が発生する。
When a drive current is applied to the
<2−3.動圧軸受機構について>
図5は、スリーブ22、キャップ23、シャフト31、および下環状部材32の縦断面図である。図5に示すように、スリーブ22およびキャップ23と、シャフト31および下環状部材32との間には、潤滑液50が介在している。潤滑液50には、例えば、ポリオールエステル系オイルや、ジエステル系オイルが使用される。本実施形態では、スリーブ22、キャップ23、シャフト31、下環状部材32、および潤滑液50が、動圧軸受機構5を構成している。回転部3は、静止部2に対して、動圧軸受機構5を介して回転可能に支持されている。
<2-3. About hydrodynamic bearing mechanism>
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the
図6は、スリーブ22の縦断面図である。図6に示すように、スリーブ22の内周面221には、ヘリングボーン状のラジアル動圧溝列222が、上下2段に形成されている。ファンモータ1の定常駆動時には、スリーブ22に対してシャフト31が、一方向に回転する。このとき、ラジアル動圧溝列222によって、スリーブ22とシャフト31との間に介在する潤滑液50に、動圧が発生する。シャフト31は、当該動圧によって、スリーブ22に対して径方向に支持される。すなわち、本実施形態では、静止軸受面であるスリーブ22の内周面221と、回転軸受面であるシャフト31の外周面312と、これらの間に介在する潤滑液50とで、ラジアル軸受部が構成されている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the
図7は、スリーブ22の下面図である。図7に示すように、スリーブ22の下面223には、ヘリングボーン状の第1スラスト動圧溝列224が、設けられている。また、図8は、キャップ23の上面図である。図8に示すように、キャップ23の上面231には、ヘリングボーン状の第2スラスト動圧溝列232が、設けられている。ファンモータ1の定常駆動時には、スリーブ22およびキャップ23に対して、下環状部材32が、一方向に回転する。このとき、第1スラスト動圧溝列224および第2スラスト動圧溝列232によって、潤滑液50に動圧が発生する。下環状部材32は、当該動圧によって、スリーブ22およびキャップ23に対して、軸方向に支持される。すなわち、本実施形態では、静止軸受面であるスリーブ22の下面223およびキャップ23の上面231と、回転軸受面である下環状部材32の上環状面321および下環状面322と、これらの間に介在する潤滑液50とで、スラスト軸受部が構成されている。
FIG. 7 is a bottom view of the
図5に戻る。本実施形態では、スリーブ22およびキャップ23と、シャフト31および下環状部材32との間に、連続した袋状の間隙が形成されている。そして、当該間隙に、潤滑液50が保持されている。潤滑液50は、スリーブ22の上端部付近の内周面と、シャフト31の外周面との間に、単一の液面51を有する。
Returning to FIG. In the present embodiment, a continuous bag-like gap is formed between the
ファンモータ1の定常駆動時には、上述したラジアル動圧溝列222が、液面51付近の潤滑液50に、下方向へ向かう動圧を発生させる。これにより、潤滑液50の外部への漏れが、抑制されている。特に、本実施形態では、潤滑液50の液面51が、一箇所のみとなっている。このため、動圧軸受機構潤5から潤滑液50が、さらに漏れにくくなっている。
During the steady driving of the
また、本実施形態では、静止軸受面であるスリーブ22の内周面221と、回転軸受面であるシャフト31の外周面312との間隙が、比較的広く形成されている。具体的には、当該間隔が、5μm以上かつ20μm以下とされている。また、本実施形態では、スリーブ22の下面223と下環状部材32の上環状面321との間隙や、キャップ23の上面231と下環状部材32の下環状面322との間隙もまた、比較的広く形成されている。具体的には、これらの各間隔が、10μm以上40μm以下とされている。
In the present embodiment, the gap between the inner
上記の各間隙が広く形成されていると、動圧は発生しにくくなる。そのため、仮に、回転部3およびインペラ35の逆回転によって、上方向へ向かう動圧が発生したとしても、上記の各間隙を狭く形成した軸受部より、潤滑液50の漏れを抑制できる。
If each of the above gaps is formed widely, dynamic pressure is less likely to be generated. Therefore, even if the upward dynamic pressure is generated by the reverse rotation of the
動圧軸受機構5を用いると、潤滑液によるダンパー効果によって、ファンモータ1の駆動時の振動が、抑制される。特に、ボールベアリングや滑り軸受等の他方式の軸受機構を用いる場合より、振動の小さいファンモータ1を、得ることができる。また、動圧軸受機構5を用いると、ボールベアリングを用いる場合に比べて、ファンモータ1の製造コストを低減できる。
When the
<2−4.回路基板に搭載された電子回路について>
図9は、回路基板4に搭載された電子回路40の構成を示した図である。電子回路40は、複数の電子部品と、各電子部品を接続する複数の配線とで、構成されている。図9に示すように、本実施形態の電子回路40は、電圧入力部41、基準電位部42、制御信号入力部43、複数の集積回路44、およびコイル結線部45を有している。
<2-4. Electronic circuits mounted on circuit boards>
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the
コイル結線部45では、3相交流のU相、V相、およびW相に対応するコイル62U,62V,62Wの一方の端部が、1つの中性点450に接続されている。すなわち、本実施形態では、複数のコイル62U,62V,62Wが、Y結線で接続されている。また、各コイル62U,62V,62Wの他端部側には、電圧入力部41側へ向けて延びる第1配線46と、基準電位部42側へ向けて延びる第2配線47とが、接続されている。
In the
各第1配線46には、スイッチング素子81,82,83が、それぞれ設けられている。また、各第2配線47には、スイッチング素子84,85,86が、それぞれ設けられている。スイッチング素子81〜86は、ソース801とゲート802との電位差に基づいて、接続状態と切断状態とを切り替える素子である。各スイッチング素子81〜86が接続状態とされたときには、ソース801とドレイン803との間で、電流が流れる。スイッチング素子81〜86には、例えば、MOSFETを使用することができる。
Each
また、各スイッチング素子81〜86のゲート802は、集積回路44と電気的に接続されている。集積回路44は、制御信号入力部43から入力される制御信号に基づいて、各スイッチング素子81〜86に駆動信号を出力する。これにより、各スイッチング素子48のゲート802の電位が変化する。その結果、スイッチング素子81〜86の接続状態と切断状態とが、切り替えられる。すなわち、スイッチング動作が行われる。
The
各コイル62U,62V,62Wには、スイッチング素子81〜86の状態に応じて、駆動電流が供給される。これにより、各コイル62U,62V,62Wに磁束が発生し、ファンモータ1が駆動される。
A drive current is supplied to each of the
(1)短絡ブレーキについて
このファンモータ1は、図9の電子回路40を利用して、非駆動時におけるインペラ35の逆回転を抑制する機能を有している。当該機能について、以下に説明する。
(1) Short-circuit brake The
ファンモータ1の非駆動時には、制御信号入力部43に、ファンモータ1の駆動を停止する旨を示す信号が、入力される。集積回路44は、当該信号を受信すると、第1配線46上の各スイッチング素子81〜83のゲート802に対して、スイッチング素子81〜83を接続状態とするためのON電圧を与える。一方、集積回路44は、第2配線47上の各スイッチング素子84〜86のゲート802に対して、スイッチング素子84〜86を切断状態とするためのOFF電圧を与える。本実施形態では、これらのON電圧およびOFF電圧が、制動信号となる。
When the
第1配線46上の各スイッチング素子81〜83が接続状態とされ、第2配線47上の各スイッチング素子84〜86が切断状態とされると、図9中の破線で囲まれた領域70に、複数の閉回路が形成される。具体的には、領域70内の任意の2つのコイルを含み、その両端部を、第1配線46上の2つのスイッチング素子を介して短絡する閉回路が、3組形成される。
When the switching
この状態において、インペラ35が逆回転すると、コイル62に発生する誘導起電圧によって、上記の閉回路に電流が生じる。当該電流は、ステータユニット24とマグネット37との間に、回転部3の逆回転に抵抗する磁界を生じさせる。これにより、インペラ35の逆回転が抑制される。すなわち、領域70内の閉回路によって、回転部3に、短絡ブレーキが作用する。
In this state, when the
なお、集積回路44は、ファンモータ1の非駆動時に、第1配線46上の各スイッチング素子81〜83のゲート802にOFF電圧を与え、第2配線47上の各スイッチング素子84〜86のゲート802にON電圧を与えてもよい。その場合には、第1配線46上の各スイッチング素子81〜83が切断状態とされ、第2配線47上の各スイッチング素子84〜86が接続状態とされる。したがって、コイル62と第2配線47とを含む複数の閉回路が、形成される。この場合にも、当該閉回路によって、回転部3に、短絡ブレーキを作用させることができる。
The
回転部3の逆回転を抑制すれば、動圧軸受機構5からの潤滑液50の漏れが、抑制される。また、動圧溝列222,224,232によって、潤滑液50に生じる動圧が分散する問題も、抑制できる。その結果、動圧軸受機構5の損傷が抑制され、ファンモータ1を長寿命化できる。
If the reverse rotation of the
(2)固定磁界によるブレーキについて
続いて、インペラ35の逆回転を抑制する第2の方法について、説明する。
(2) Brake by fixed magnetic field Next, a second method for suppressing reverse rotation of the
第2の方法では、ファンモータ1の非駆動時に、集積回路44が、例えば、2つのスイッチング素子81,86のゲート802に、制動信号としてのON電圧を与える。また、集積回路44は、他の4つのスイッチング素子82〜85のゲート802に、制動信号としてのOFF電圧を与える。このようにすると、図9に矢印で示したように、スイッチング素子81、コイル62W、コイル62U、およびスイッチング素子86をこの順に通る、固定磁界用電流90が生じる。
In the second method, when the
固定磁界用電流90は、コイル62U,62Wに対して、それぞれ特定の方向に、連続的または断続的に流れる。これにより、コイル62U,62Wに、特定の方向に磁界が生じる。そうすると、当該コイル62U,62Wに、複数のマグネット37の特定の磁極が、引き付けられる。その結果、インペラ35の逆回転が抑制される。
The fixed magnetic field current 90 flows continuously or intermittently in specific directions with respect to the
図4のように、本実施形態のファンモータ1は、6つのマグネット37と、9つのコイル62とを有している。すなわち、本実施形態のファンモータ1は、6ポール9スロットモータである。このため、中心軸9に対する同相のコイル62の角度間隔と、中心軸9に対する同極のマグネット37の角度間隔とが、いずれも120°となっている。したがって、同相の3つのコイル62の径方向外側に、同極の3つのマグネット37を、それぞれ配置することができる。よって、固定磁界によるブレーキを効かせやすい。
As shown in FIG. 4, the
なお、6ポール9スロットに限らず、4ポール6スロットや、8ポール12スロットであっても、同相のコイル62の角度間隔と、同極のマグネット37の角度間隔とが一致する。コイル62の数をs,マグネット37の極数をmとして、s/3=m/2が成立する場合には、固定磁界による回転部3の制動を、効かせやすいと言える。
Note that the angular interval of the in-
固定磁界用電流90を流すと、電力が消費される。この点を考慮し、集積回路44に、固定磁界用電流90をPWM制御する機能を持たせてもよい。また、集積回路44に、固定磁界用電流90の電流値を、定常駆動時の駆動電流より抑える電流制限の機能を、持たせてもよい。固定磁界用電流90に対して、PWM制御または電流制限を行えば、非駆動時の消費電力を抑えつつ、インペラ35の逆回転を抑制できる。
When the fixed magnetic field current 90 is supplied, power is consumed. Considering this point, the
また、固定磁界用電流は、図9中の固定磁界用電流90とは異なるルートで流れるものであってもよい。例えば、固定磁界用電流は、コイル62Uとコイル62Vとを通って流れる電流であってもよく、コイル62Vとコイル62Wとを通って流れる電流であってもよい。すなわち、固定磁界用電流は、スイッチング素子を介してコイル供給され、特定方向に連続的または断続的に流れるものであればよい。
Further, the fixed magnetic field current may flow through a route different from the fixed magnetic field current 90 in FIG. For example, the fixed magnetic field current may be a current flowing through the
また、固定磁界によるブレーキを作用させるためには、3相交流の少なくとも1つの相に対応するコイルに、固定磁界用電流を流せばよい。例えば、電子回路のコイル結線部に、Y結線以外の結線方法を採用し、1つの相に対応するコイルのみに、固定磁界用電流を流すようにしてもよい。 In order to apply a brake by a fixed magnetic field, a fixed magnetic field current may be passed through a coil corresponding to at least one phase of a three-phase alternating current. For example, a connection method other than the Y connection may be employed for the coil connection portion of the electronic circuit, and the fixed magnetic field current may be supplied only to the coil corresponding to one phase.
また、インペラ35が逆回転したときに、まず、上記(1)の短絡ブレーキで、インペラ35の回転速度を低下させ、その後、上記(2)の固定磁界によるブレーキで、インペラ35を停止させるようにしてもよい。
When the
<3.変形例>
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。以下では、種々の変形例について、上記の第2実施形態との相違点を中心に説明する。
<3. Modification>
As mentioned above, although exemplary embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment. Hereinafter, various modifications will be described focusing on differences from the second embodiment.
<3−1.単相モータの例>
図10は、一変形例に係る電子回路40Bの構成を示した図である。図10の電子回路40Bは、単相駆動のファンモータに対応している。図10の例では、単相のコイル62Bの両端部に、電圧入力部41B側へ向けて延びる一対の第1配線46Bと、基準電位部42B側へ向けて延びる一対の第2配線47Bとが、それぞれ接続されている。
<3-1. Example of single-phase motor>
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an
一対の第1配線46Bおよび一対の第2配線47Bには、スイッチング素子81B〜84Bが設けられている。また、各スイッチング素子81B〜84Bと並列に、ダイオード71B〜74Bが接続されている。各ダイオード71B〜74Bは、電圧入力部41B側へ向かう電流を通し、基準電位部42B側へ向かう電流を遮断する。
Switching
また、スイッチング素子81B,82Bのソース801Bと集積回路44Bとの間にも、ダイオード75Bが設けられている。このダイオード75Bは、電圧入力部41Bからスイッチング素子81B,82Bのソース801Bへ向かう電流を通し、スイッチング素子81B,82Bのソース801Bから集積回路44Bへ向かう電流を遮断する。
A
図10の回路図では、インペラが逆回転して、コイル62Bに誘導起電圧が発生すると、ダイオード71B,72Bを通って、スイッチング素子81B,82Bの各ソース801Bへ、誘導電流が流れる。これにより、スイッチング素子81B,82Bの各ソース801Bの電位が変化する。一方、誘導電流は、ダイオード75Bより集積回路44B側へは、流れない。このため、コイル62Bの誘導起電圧によって、スイッチング素子81B,82Bの各ゲート802Bの電位が変化することはない。
In the circuit diagram of FIG. 10, when the impeller rotates reversely and an induced electromotive voltage is generated in the
したがって、図10の電子回路40Bでは、コイル62Bの誘導起電圧を利用して、スイッチング素子81B,82Bのソース801Bとゲート802Bとの電位差を、変化させることができる。これにより、スイッチング素子81B,82Bを接続状態とすることができる。このようにすれば、外部電源を得ることができない状況であっても、図10の領域70B内に、コイル62Bの両端部をスイッチング素子81B,82Bを介して接続する閉回路を、形成することができる。したがって、回転部に、短絡ブレーキを作用させることができる。
Therefore, in the
図10の例では、ダイオード71B,72Bが、スイッチング素子81B,82Bに駆動信号を供給する駆動信号供給部を、構成している。そして、誘導電流が、制動信号として利用されている。また、図10の例では、ダイオード75Bが、閉回路から集積回路44B側へ向かう電流を遮断する遮断部を、構成している。ただし、ダイオード75Bに代えて、スイッチング素子を、遮断部として用いてもよい。また、集積回路44Bに、遮断部の機能を持たせてもよい。
In the example of FIG. 10, the
また、図10の電子回路40Bで、固定磁界によるブレーキを実現することもできる。固定磁界を発生させるときには、集積回路44Bが、例えば、2つのスイッチング素子81B,84Bのゲート802Bに、ON電圧を与える。また、集積回路44は、他の2つのスイッチング素子82B,83Bのゲート802Bに、OFF電圧を与える。このようにすると、図10に矢印で示したように、スイッチング素子81B、コイル62B、およびスイッチング素子84Bをこの順に通る、固定磁界用電流90Bが生じる。したがって、コイル62Bに、特定の方向に磁界が生じる。その結果、コイル62Bに、複数のマグネットの特定の磁極が引き付けられ、インペラの逆回転が抑制される。
Further, the
なお、集積回路44Bは、2つのスイッチング素子81B,84Bのゲート802Bに、OFF電圧を与え、他の2つのスイッチング素子82B,83Bのゲート802Bに、ON電圧を与えてもよい。その場合には、スイッチング素子82B、コイル62B、およびスイッチング素子83Bをこの順に通る、固定磁界用電流が生じる。
The
<3−2.動圧軸受機構の構造が異なる例>
図11は、他の変形例に係るファンモータ1Cの縦断面図である。図11のファンモータ1Cは、動圧軸受機構5Cの構造が、上記の第2実施形態と相違する。
<3-2. Example of different structure of hydrodynamic bearing mechanism>
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a fan motor 1C according to another modification. The fan motor 1C of FIG. 11 is different from the second embodiment in the structure of the dynamic
図11の例では、静止部2C側のスリーブ22C、キャップ23C、およびスリーブハウジング25Cと、回転部3C側のシャフト31C、下環状部材32C、および上環状部材33Cと、潤滑液50Cとで、動圧軸受機構5Cが構成されている。
In the example of FIG. 11, the sleeve 22C, the
スリーブ22Cは、略円筒状のスリーブハウジング25Cの内側に、固定されている。キャップ23Cは、スリーブハウジング25Cの下部の開口を、塞いでいる。この例では、スリーブ22Cとスリーブハウジング25Cとで、スリーブ部が構成されている。
The sleeve 22C is fixed inside a substantially cylindrical sleeve housing 25C. The
また、上環状部材33Cは、シャフト31に固定される内側環状部331Cと、内側環状部331Cの径方向外側において下方へ延びる円筒部332Cと、を有している。円筒部332Cは、スリーブハウジング25Cの径方向外側に位置している。そして、潤滑液50Cの液面51Cが、スリーブハウジング25Cの外周面と円筒部332Cの内周面との間に位置している。
Further, the upper
この例では、スリーブ22Cの内周面、スリーブ22Cの下面、スリーブ22Cの上面、キャップ23Cの上面、スリーブハウジング25Cの下端部付近の内周面、スリーブハウジング25Cの上面、およびスリーブハウジング25Cの上端部付近の外周面が、静止軸受面となっている。また、シャフト31Cの外周面、下環状部材32Cの下面、下環状部材32Cの上面、内側環状部331Cの下面、および円筒部332Cの内周面が、回転軸受面となっている。そして、静止軸受面および回転軸受面の少なくとも一方に、動圧溝列が設けられている。
In this example, the inner peripheral surface of the sleeve 22C, the lower surface of the sleeve 22C, the upper surface of the sleeve 22C, the upper surface of the
<3−3.他の変形例>
本発明のファンモータは、電子機器以外の装置に搭載されるものであってもよい。また、本発明のファンモータは、冷却以外の目的で使用されるものであってもよい。また、ファンモータの細部の形状や、電子回路の細部の構成については、本願の各図面と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
<3-3. Other variations>
The fan motor of the present invention may be mounted on a device other than an electronic device. The fan motor of the present invention may be used for purposes other than cooling. Further, the detailed shape of the fan motor and the detailed configuration of the electronic circuit may be different from those of the drawings of the present application. Moreover, you may combine suitably each element which appeared in said embodiment and modification in the range which does not produce inconsistency.
本発明は、ファンモータに利用できる。 The present invention can be used for a fan motor.
1,1A,1C ファンモータ
2,2A,2C 静止部
3,3A,3C 回転部
4 回路基板
4A 駆動制御機構
5,5A,5C 動圧軸受機構
9,9A 中心軸
10 電子機器
11 筐体
21 ハウジング
22,22C スリーブ
23,23C キャップ
24 ステータユニット
25C スリーブハウジング
31,31C シャフト
32,32C 下環状部材
33,33C 上環状部材
34 ロータホルダ
35,35A インペラ
36 ヨーク
37 マグネット
40,40B 電子回路
41,41B 電圧入力部
42,42B 基準電位部
43 制御信号入力部
44,44B 集積回路
45 コイル結線部
49A 駆動信号供給部
50,50A,50C 潤滑液
51,51A,51C 液面
61 ステータコア
62,62A,62B,62U,62V,62W コイル
71B〜75B ダイオード
80A,81〜86,81B〜84B スイッチング素子
90,90B 固定磁界用電流
221A 静止軸受面
222 ラジアル動圧溝列
224 第1スラスト動圧溝列
232 第2スラスト動圧溝列
312A 回転軸受面
313A 動圧溝列
801,801B ソース
802,802B ゲート
803 ドレイン
1, 1A,
Claims (13)
前記静止部に回転可能に支持される回転部と、
前記静止部と前記回転部との間に介在する動圧軸受機構と、
前記回転部の回転駆動を制御する駆動制御機構と、
を備え、
前記静止部は、コイルを有し、
前記回転部は、前記コイルに対向するマグネットと、インペラとを有し、
前記回転部は、定常駆動時に一方向に回転駆動し、
前記動圧軸受機構は、
前記静止部側に設けられた静止軸受面と、
前記回転部側に設けられた回転軸受面と、
前記静止軸受面と前記回転軸受面との間に介在する潤滑液と、
を有し、
前記静止軸受面および前記回転軸受面の少なくとも一方に動圧溝列が設けられ、
前記動圧溝列は、前記回転部が前記一方向に回転するときに、前記潤滑液に、液面から遠ざかる方向へ向かう動圧を発生させ、
前記駆動制御機構は、
駆動信号を供給する駆動信号供給部と、
前記駆動信号に応じてスイッチング動作を行い、前記コイルに駆動電流を供給するスイッチング素子と、
を有し、
前記駆動信号供給部は、非駆動時または前記回転部が逆回転した時に、前記コイルに、前記回転部の逆回転に抵抗する磁界を発生させる制動信号を出力するファンモータ。 A stationary part;
A rotating part rotatably supported by the stationary part;
A hydrodynamic bearing mechanism interposed between the stationary part and the rotating part;
A drive control mechanism for controlling the rotational drive of the rotating unit;
With
The stationary part has a coil,
The rotating part includes a magnet facing the coil and an impeller.
The rotating unit is rotationally driven in one direction during steady driving,
The hydrodynamic bearing mechanism is
A stationary bearing surface provided on the stationary part side;
A rotating bearing surface provided on the rotating part side;
A lubricating liquid interposed between the stationary bearing surface and the rotary bearing surface;
Have
A dynamic pressure groove array is provided on at least one of the stationary bearing surface and the rotary bearing surface,
The dynamic pressure groove array generates a dynamic pressure in a direction away from the liquid surface in the lubricating liquid when the rotating portion rotates in the one direction,
The drive control mechanism is
A drive signal supply unit for supplying a drive signal;
A switching element that performs a switching operation according to the drive signal and supplies a drive current to the coil;
Have
The drive signal supply unit is a fan motor that outputs a braking signal that causes the coil to generate a magnetic field that resists reverse rotation of the rotating unit when not driven or when the rotating unit rotates reversely.
前記駆動制御機構は、前記コイルの両端部を、前記スイッチング素子を介して短絡する閉回路を有するファンモータ。 The fan motor according to claim 1,
The drive control mechanism is a fan motor having a closed circuit that short-circuits both ends of the coil via the switching element.
前記スイッチング素子は、ソースとゲートとの電位差に基づいて、接続状態と切断状態とを切り替える素子であり、
前記ソースが、前記コイルの誘導起電圧により電圧が変化する部分に接続され、
前記ゲートが、前記コイルの誘導起電圧により電圧が変化しない部分に接続されているファンモータ。 The fan motor according to claim 2,
The switching element is an element that switches between a connected state and a disconnected state based on a potential difference between a source and a gate,
The source is connected to a portion where the voltage changes due to the induced electromotive voltage of the coil,
A fan motor in which the gate is connected to a portion where the voltage does not change due to an induced electromotive voltage of the coil.
前記閉回路から前記駆動信号供給部側へ向かう電流を遮断する遮断部をさらに有するファンモータ。 The fan motor according to claim 3,
A fan motor further comprising a blocking unit configured to block a current from the closed circuit toward the drive signal supply unit.
前記スイッチング素子は、ソースとゲートとの電位差に基づいて、接続状態と切断状態とを切り替える素子であり、
前記ファンモータの非駆動時に、前記駆動信号供給部は、前記ゲートに対して、前記スイッチング素子を接続状態とするための電圧を与えるファンモータ。 The fan motor according to claim 2,
The switching element is an element that switches between a connected state and a disconnected state based on a potential difference between a source and a gate,
When the fan motor is not driven, the drive signal supply unit applies a voltage for connecting the switching element to the gate.
前記駆動制御機構は、前記ファンモータの非駆動時に、前記スイッチング素子を介して前記コイルに、特定方向に流れる固定磁界用電流を、連続的または断続的に供給するファンモータ。 The fan motor according to claim 1,
The drive control mechanism is a fan motor that continuously or intermittently supplies a fixed magnetic field current flowing in a specific direction to the coil via the switching element when the fan motor is not driven.
前記静止部は、3相バイポーラまたは3相全波の各相に対応する複数のコイルを有し、
前記駆動制御機構は、前記ファンモータの非駆動時に、少なくとも1つの相に対応するコイルに対して、前記固定磁界用電流を与えるファンモータ。 The fan motor according to claim 6,
The stationary part has a plurality of coils corresponding to each phase of three-phase bipolar or three-phase full wave,
The drive control mechanism is a fan motor that applies the fixed magnetic field current to a coil corresponding to at least one phase when the fan motor is not driven.
前記コイルの数をs、前記マグネットの極数をmとして、
s/3=m/2
が成立するファンモータ。 The fan motor according to claim 7,
S is the number of coils and m is the number of poles of the magnet.
s / 3 = m / 2
Is a fan motor.
前記駆動制御機構は、前記固定磁界用電流に対して、PWM制御または電流制限を行うファンモータ。 In the fan motor according to any one of claims 6 to 8,
The drive control mechanism is a fan motor that performs PWM control or current limitation on the fixed magnetic field current.
前記動圧軸受機構は、前記静止軸受面と前記回転軸受面との間に、連続した袋状の間隙を有し、
前記間隙に保持された前記潤滑液が、単一の液面を有するファンモータ。 The fan motor according to any one of claims 1 to 9,
The dynamic pressure bearing mechanism has a continuous bag-like gap between the stationary bearing surface and the rotary bearing surface,
A fan motor in which the lubricating liquid held in the gap has a single liquid level.
前記静止部は、
前記コイルの径方向内側に配置された略円筒状のスリーブ部
をさらに有し、
前記回転部は、
前記スリーブ部の内側に挿入されたシャフトと、
前記シャフトに固定され、前記スリーブ部の軸方向の端面と軸方向に対向する環状面を有する環状部材と、
をさらに有し、
前記動圧軸受機構は、
前記スリーブ部の内周面と、前記シャフトの外周面と、これらの間に介在する潤滑液とで構成されるラジアル軸受部と、
前記スリーブ部の軸方向の端面と、前記環状部材の前記環状面と、これらの間に介在する潤滑液とで構成されるスラスト軸受部と、
を有するファンモータ。 The fan motor according to claim 10, wherein
The stationary part is
And further comprising a substantially cylindrical sleeve portion arranged on the radially inner side of the coil,
The rotating part is
A shaft inserted inside the sleeve portion;
An annular member fixed to the shaft and having an annular surface facing the axial end surface of the sleeve portion in the axial direction;
Further comprising
The hydrodynamic bearing mechanism is
A radial bearing portion composed of an inner peripheral surface of the sleeve portion, an outer peripheral surface of the shaft, and a lubricating liquid interposed therebetween;
A thrust bearing portion composed of an axial end surface of the sleeve portion, the annular surface of the annular member, and a lubricating liquid interposed therebetween,
Having a fan motor.
前記潤滑液の液面が、前記スリーブ部の内周面と前記シャフトの外周面との間に位置するファンモータ。 The fan motor according to claim 11,
A fan motor in which a liquid surface of the lubricating liquid is located between an inner peripheral surface of the sleeve portion and an outer peripheral surface of the shaft.
前記環状部材は、前記スリーブ部の径方向外側に位置する円筒部を有し、
前記潤滑液の液面が、前記スリーブ部の外周面と前記円筒部の内周面との間に位置するファンモータ。 The fan motor according to claim 11,
The annular member has a cylindrical portion located on the radially outer side of the sleeve portion,
The fan motor in which the liquid surface of the lubricating liquid is located between the outer peripheral surface of the sleeve portion and the inner peripheral surface of the cylindrical portion.
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