JP3856973B2 - ファン装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器、電子機器等を冷却するためのファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、電子機器等に用いられるファン装置は、機器本体に取り付けられるファンハウジングと、ファンハウジングに対して回転自在であるロータ本体と、ロータ本体に設けられた複数枚の羽根とを備えている。そして、ロータ本体の内周面にはマグネットが装着され、このマグネットに対向してステータが配設されている。ファンハウジングは、送風流路が形成されたハウジング本体を有し、このハウジング本体の送風流路にロータ本体が配設されている。また、ファンハウジングは、ハウジング本体に接続壁を介して接続された支持壁部を有し、ロータ本体はこの支持壁部に軸受手段を介して回転自在に支持されている。
【０００３】
このようなファン装置では、ロータ本体が所定方向に回動すると、これと一体に複数枚の羽根も回転し、かかる羽根の回動によって送風流路を軸線方向に流れる空気が生成され、この空気流によって機器本体内が冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このファン装置を用いて電気機器、電子機器等の機器本体内を充分に冷却しようとすると、従来、ロータ本体及び羽根の回転数を上昇させてファン装置の静圧を増大させ、空気が機器本体内の隅々まで流れるようにしていた。しかしながら、ロータ本体の回転数を上げると、それに伴う騒音も大きくなり、新たに騒音の問題が生じる。また、回転数を大きくすると消費電力も増大する。近年、電気機器、電子機器等は使用する周囲環境を考慮して低騒音化の傾向にあり、また小電力化の傾向にあり、ファン装置の回転数を上昇させることはこれらの傾向に逆行することになる。従って、この解決策としては、回転数を上昇させずにファン装置の静圧特性を大きくすることである。
【０００５】
本発明の目的は、回転数が小さくても比較的大きい静圧を得ることができるファン装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送風流路が形成されたハウジング本体及びこのハウジング本体に接続壁を介して接続された支持壁部を有するファンハウジングと、前記送風流路内に配設され、前記支持壁部に回転自在に支持されたロータ本体と、前記ロータ本体の外周面に設けられた複数枚の羽根と、前記ロータ本体の内周面に装着されたマグネットと、前記マグネットに対向して前記支持壁部に装着されたステータとを具備するファン装置において、
前記支持壁部の外周部には軸線方向内方に突出する環状突部が設けられ、前記環状突部の内径は前記ロータ本体の外径よりも大きく、前記環状突部が前記複数枚の羽根の回転経路に近接して位置していることを特徴とする。
【０００７】
本発明に従えば、ファンハウジングの支持壁部の外周部には軸線方向内方に突出する環状突部が設けられ、この環状突部の内径はロータ本体の外径よりも大きく形成されている。従って、この環状突部はロータ本体の半径方向外方に位置し、この環状突起によってハウジング本体の送風流路が小さく狭められ、これによって送風抵抗が大きくなって小さい回転数で比較的大きな静圧が得られる。従って、このファン装置を電子機器等に装着した際に風圧が比較的大きくなり、装置本体内の隅々まで空気流が流れ、装置本体内を充分に冷却することができる。また、ロータ本体の回転数を低く設定できるので消費電力も小さく、省エネルギー化も達成することができる。更に、支持壁部に設けられた環状突部は羽根の回転経路に近接して位置しているので、このことによっても送風抵抗が大きくなり、ファン装置の静圧が一層高められ、これによっても大きな静圧が得られる。
【０００８】
また、本発明では、前記支持壁部には軸線方向に延びるスリーブ壁部が設けられ、前記スリーブ壁部に軸受手段を介して前記ロータ本体の軸部が回転自在に支持されており、前記スリーブ壁部と前記環状突部との間には環状凹部が形成され、前記環状凹部に前記ロータ本体の下端部が収容されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、ファンハウジングの支持壁部に設けられたスリーブ壁部と上記環状突部との間には環状凹部が形成され、この環状凹部にロータ本体の下端部が収容されている。それ故に、ハウジング本体の送風流路を流れる空気の一部がロータ本体内部に流入するのを抑えてロータ本体の浮き上がりを防止することができる。また、ロータ本体の下端部を環状凹部に収容することによって、ファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
また、本発明では、前記ファンハウジングの前記環状凹部には回路基板が収容されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、ファンハウジングの支持壁部に形成された環状凹部に回路基板を収容してので、このことに関連してもファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
【００１１】
更に、本発明では、前記ファンハウジングには、前記ハウジング本体と前記支持壁壁部との間の開口の面積を変えるためのカバー部材が選択的に装着されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、ファンハウジングにカバー部材が選択的に装着されるので、このカバー部材を装着した場合と装着しない場合とで送風流路の開口面積、換言するとハウジング本体と支持壁部との間の流路面積を変えることができ、これによってファン装置の静圧特性を変えることができる。また、大きさの異なる複数種のカバー部材を選択的に装着することによって、ファン装置の静圧特性を所望の特性に調整することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うファン装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従うファン装置の一実施形態を示す正面図であり、図２は、図１のファン装置を示す背面図であり、図３は、図１のファン装置の左半分を示す部分断面図であり、図４は、図１のファン装置の一部を示す部分斜視図である。
【００１４】
図１及び図２を参照して、図示のファン装置は矩形状のファンハウジング２を備え、このファンハウジング２は、その大部分に円形状の送風流路４が規定されたハウジング本体６を有している。ファンハウジング２は、また、送風流路４内に配設された円形状の支持壁部８を有し、この支持壁部８が複数個（実施形態では４個）の接続壁１０（図２参照）を介してハウジング本体６の軸線方向（図１及び図２において紙面に垂直な方向、図３において上下方向）の一端部（図３において下端部）に接続されている。
【００１５】
図３をも参照して、支持壁部８の略中央部には中空円筒状のスリーブ壁部１２が設けられ、このスリーブ壁部８は上記軸線方向に延びている。スリーブ壁部１２の基部には軸支持壁部１４が設けられ、軸支持壁部１４はスリーブ壁部１２の基部を閉塞している。このようなファンハウジング２は、例えば合成樹脂の一体成形によって形成される。
【００１６】
ファン装置は、また、ファンハウジング２に対して回転自在であるロータ本体１６を備えている。ロータ本体１６はカップ状であり、円筒状の周壁部１８と、この周壁部１８の一端部（図３において上側端部）に設けられた端壁部２０を有し、端壁部２０の中央部には、軸部を構成する回転軸２２が固定され、回転軸２２の自由端部が上記軸線方向にファンハウジング２の支持壁部８に向けて延びている。
【００１７】
ロータ本体１６は、軸受手段を介して支持壁部８に回転自在に支持されている。この実施形態では、軸受手段は、潤滑油を含む多孔質材料から形成された含油スリーブ軸受２４と合成樹脂から形成されたスラスト軸受片２６から構成されている。スリーブ軸受２４はスリーブ壁部１２の内周面に装着され、ロータ本体１６の回転軸２２の外周面を支持し、ロータ本体１６に作用するラジアル荷重を支持する。また、スラスト軸受片２６は、軸支持壁部１４の内面に形成された凹部に装着され、上記回転軸２２の自由端を支持し、ロータ本体１６に作用するスラスト荷重を支持する。尚、軸受手段としては、上述した構成に代えて、一対の玉軸受の組合せ、玉軸受と含油スリーブ軸受との組み合わせ、ラジアル及びスラスト動圧流体軸受の組み合わせ等を用いることができる。
【００１８】
ロータ本体１６の周側壁１８の内周面には環状のヨーク部材２８を介して環状マグネット３０が装着されている。この実施形態では、周側壁１８の内周面には周方向に間隔を置いて複数個の小突条３２が設けられ、かかる小突条３２の弾性変形を利用してヨーク部材２８が装着されている。マグネット３０にはＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。このロータ本体１６の周側壁１８の外周面には、周方向に間隔を置いて複数枚（この実施形態では７枚）の羽根３４が一体的に設けられている（特に図１、図３参照）。羽根３４が設けられたロータ本体１６は、ハウジング本体６の送風流路４内に配設され、各羽根３４は略半径方向外方に送風流路４の内面近傍まで延びている。このような羽根付きロータ本体１６は、例えば合成樹脂の一体成形によって形成される。
【００１９】
ロータ本体１６に装着されたマグネット３０に対向してステータ３６が配設されている。ステータ３６は、複数枚のコアプレートを積層することによって形成されるステータコア３８と、このステータコア３８に所要の通りに巻かれたコイル４０とを有し、ステータコア３８が支持壁部８のスリーブ壁部１２の外周面に装着されている。この実施形態では、ステータコア３８は、例えば合成樹脂から形成されたインシュレータ４２によって覆われている。インシュレータ４２の内周上端部には、半径方向内方に向けて上方に突出する係合爪部４４が設けられ、一方、ファンハウジング２のスリーブ壁部１２の上端部外周面には環状係合凹部４６が形成され、またこのスリーブ壁部１２の基部外周面には肩部４８が設けられている。ステータコア３８の下端部をスリーブ壁部１２の肩部４８に当接させ、インシュレータ４２の係合爪部４４をスリーブ壁部１２の環状係合凹部４６に係合させることによって、ステータコア３８はスリーブ壁部１２に弾性的に装着保持される。
【００２０】
ファンハウジング２の支持壁部８とステータ３６との間には、ロータ本体１６を回転制御するための回路基板５０が配設されている。回路基板５０には所定の回路パターン（図示せず）が形成され、回路パターンには駆動用ＩＣ等の電子部品（図示せず）が電気的に接続され、また、ステータ３６のコイル４０もこの回路パターンに電気的に接続されている。この実施形態では、インシュレータ４２の内周下端部には、下方に延びる取付壁部５２が設けられ、この取付壁部５２の外周面に回路基板５２が弾性的に装着されている。このインシュレータ４２の外周下端部には下方に延びる脚部５４が設けられ、かかる脚部５４によって、回路基板５０とステータ３６との間隔が所定の間隔に維持される。また、支持壁部８の内面にはステータ３６に向けて上方に突出する当接突部５６が設けられ、かかる当接突起５６によって、回路基板５０の取付壁部５２からの離脱が防止される。回路基板５０にはリード線５８（図１、図２参照）が電気的に接続され、外部からの駆動電流は、かかるリード線５８を通して回路基板５０に供給される。このリード線５８の引出様式については、後述する。
【００２１】
このようなファン装置では、リード線５８及び回路基板５０を通してステータ３６のコイル４０に駆動電流が供給される。このようにして駆動電流が供給されると、コイル４０を流れる電流によってステータコア３８が磁化され、ステータコア３８とマグネット３０との相互磁気作用によってロータ本体１６及び羽根３４が所定方向に回転駆動され、羽根３４の回転によって矢印６０で示す方向の空気流が生成され、かくしてファン装置の送風流路４を通して軸線方向に空気が流れる。このファン装置は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ等の電子機器、電気機器等に用いられ、上述した如くして生成する空気流によって機器本体内の空気を機器本体外に排出し、このようにして機器本体を冷却する。
【００２２】
このファン装置では、ロータ本体１６の回転数が低くても比較的大きい静圧が得られるように、更に次の通りに構成されている。ファンハウジング２の支持壁部８の外周部に、上記軸線方向に突出する環状突部６２が設けられ、この環状突部６２の内径は、ロータ本体１６の外径よりも大きく設定されている（特に図３参照）。このように形成することによって、支持壁部８の外周部はロータ本体１６を越えて半径方向外方に延び、支持壁部８の環状突部６２によってハウジング本体６の送風流路４の内周領域が塞がれる。従って、送風流路４の流路面積が小さく狭められ、これによって送風抵抗が大きくなって低い回転数においても比較的大きい静圧が得られる。従って、ファン装置によって生成される空気流の風圧が大きくなり、このファン装置を電気機器等に取り付けた場合、低い回転数でもって電子機器等の機器本体内の隅々まで空気を送ることができ、この機器本体内を充分に冷却することができる。支持壁部８に設けられる環状突部６２は、図３にも示すように、複数枚の羽根３４の回転経路に近接するように、即ち環状突部６２の内面と複数枚の羽根３４の側端面との間隔Ｈ（図３）が例えば１．５〜５．０ｍｍ程度となるように設けられる。このように環状突部６２を羽根３４に近接させることによって、送風抵抗が更に大きくなり、ファン装置の静圧を更に高めることができる。
【００２３】
この実施形態では、更に、支持壁部８の外周部に環状突部６２を設けることによって、この環状突部６２とスリーブ壁部１２との間に環状凹部６４が形成され、この環状凹部６４にロータ本体１６の周側壁１８の下端部（解放された端部）が収容されている（図３参照）。このようにロータ本体１６の一部を環状凹部６４に収容することによって、送風流路４を矢印６０で示す方向に流れる空気流の一部がロータ本体１６内に流入することが防止され、ロータ本体１６の浮き上がりを抑えることができる。尚、この浮き上がりが大きくなると、ロータ本体１６がファンハウジング２から外れるようになる。また、このように構成することによって、ファン装置の軸線方向の大きさを小さくすることができ、ファン装置のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
この実施形態では、更に、回路基板５０が支持壁部８の環状突部６２とスリーブ壁部１２との間の環状凹部６４に収容されている。このように回路基板５０を環状凹部６４に収容することによって、ファン装置の軸線方向の大きさを更に小さくすることができる。
【００２５】
このファン装置では、ファンハウジング２のスリーブ壁部１２の基部内周面には、周方向に間隔を置いて複数個、例えば４個の外側リブ６６が設けられている。各外側リブ６６は略三角状であり、スリーブ壁部１２と軸支持壁部１4との角部に一体的に設けられている。このように外側リブ６６を設けることによって、軸支持壁部１４の肉厚を薄くしても充分な強度を確保することができる。また、上記スリーブ壁部１２の基部外周面には、周方向に間隔を置いて複数個、例えば６個の内側リブ６８が設けられている。各内側リブ６８は略三角状であり、スリーブ壁部１２と支持壁部８との角部に一体的に設けられ、このように内側リブ６８を設けることによって、樹脂成形時のスリーブ壁部１２の倒れを防止することができる。
【００２６】
また、ファンハウジング２には、図２に示すように、これと一体的にフィンガーガード壁７０が設けられている。図示のフィンガーガード壁７０は、隣接する接続壁１０の間に弧状に設けられ、各フィンガーガード壁７０の中央部が補助接続部７２を介してハウジング本体６に接続されている。このようにフィンガーガード壁７０を設けることによって、簡単な構成でもってある程度の安全性を確保することができる。尚、この実施形態では、ファン装置を機器本体に取り付けるために、ハウジング本体６に一対の取付手段７４が設けられている。この取付手段７４は、ハウジング本体６に一体的に設けられた取付部材７６から構成され、各取付部材７６には取付凹部７８が形成され、機器本体側の取付凸部（図示せず）が取付部材７６の取付凹部７８に着脱自在に装着される。
【００２７】
更に、リード線５８の引出様式は、次の通りである。図２とともに図４を参照して、この形態ではファンハウジング２の接続壁１０に対応して、支持壁部８の外面には補強突部８０が設けられ、特定の接続壁１０（図２において右下の接続壁）及びこれに対応する補強突部８０の幅は、残りの接続壁１０及びこれらに対応する補強突部８０の幅よりも広く形成されており、これら接続壁１０及び補強突部８０に渡って収容凹部８２が形成され、この収容凹部８２はハウジング本体６の特定角部に向けて延びている。ハウジング本体６の特定角部はその角部が削除され、上記収容凹部８２は削除された角部を上記軸線方向に延びている。また、ハウジング本体６の上記特定角部近傍には、上記収容凹部８２の上方に向けて略Ｌ字状に延びる係止突起８４が一体的に設けられている。従って、回路基板５０からのリード線５８は、図３に示すように補強突部８０及び特定接続壁１０の収容凹部８２に収容されて半径方向外方に導かれ、更に、図４に示すようにハウジング本体４の特定角部において収容凹部８２から係止突起８４の下方を通り、ハウジング本体６の一部に形成された切欠き８６を通して外部に導出され、このように構成することによって、簡単な構成でもってリード線５８の浮き上がりを防止しながら確実に導出することができる。
【００２８】
このファン装置においては、例えば図５に示すように、カバー部材９０を着脱自在に装着してハウジング本体６の流路面積を小さくすることもできる。図５において、図示のカバー部材９０は円形状のカバー本体９２を有し、このカバー本体９２の内側外周部に環状位置付け突起９４が一体的に設けられている。カバー本体９２の外径はファンハウジング２の支持壁部８の外径、即ち環状突部６２の外径よりも大きく設定される。
【００２９】
このようなカバー部材９０は、環状位置付け突起９４が環状突部６２の外周壁９６の内側に位置するようにファンハウジング２に装着され、例えば接着剤又は取付ねじを用いて支持壁部８に固定される。このようにカバー部材９０を装着すると、その外周部が支持壁部８を越えて半径方向外方に送風流路４内に突出し、このカバー部材９０によって送風流路４の流路面積が狭められる。従って、単にカバー部材９０を取り付けることによって、送風流路４の流路面積を小さくすることができ、換言するとファン装置の送風抵抗を大きくすることができ、比較的低い回転数において、カバー部材９０を装着しない場合に比してファン装置の静圧特性を大きくすることができる。
【００３０】
図５では一種類のカバー部材９０を示したが、相互に外径が異なるカバー部材９０を予め複数種形成し、それらのカバー部材９０を適宜選択して取り付けることによって、ファン装置の静圧特性を所望の特性にすることができる。尚、図５の形態では、カバー部材を装着することによってハウジング本体６の送風流路４の流路面積を変えているが、このようなカバー部材９０を取り付けることに代えて、例えば流路面積を可変にするためのスライド機構を設け、このスライド機構によって流路面積を変えるようにすることもできる。
実施例比較例
上述したファン装置の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。ファン装置の基本的構成が実質上同一であるが、ファンハウジングの支持壁部の外径が異なる３種類（タイプＡ〜Ｃ）のファン装置を用いてＰ（静圧）−Ｑ（風量）特性を測定した。３種類のファン装置の基本的構成は、図１〜図４に示すものと実質上同一であり、共通構成部分の大きさ等は、下記の通りであった。
【００３１】
ファンハウジングの高さ：３７ｍｍ 送風流路の内径：１０２ｍｍ
ロータ本体の外径：３８ｍｍ ロータ本体の高さ：２２ｍｍ
接続壁の個数：４個 羽根の枚数：７枚
ハウジング本体の内周面と羽根の先端との間隔：１．２ｍｍ
フィンガーガード壁：全周に渡り１個
３種類のファン装置の相互に異なる構成部分の大きさ等は、下記の通りであった。理解を容易にするために、支持壁部の環状突部の内径Ｄ１、その外径Ｄ２、支持壁部と羽根との間隔Ｈ１及び支持壁部の環状凹部の深さＨ２を図３に示す。
【００３２】
（１）ファン装置のタイプＡ
支持壁部の環状突部の内径Ｄ１：４０ｍｍ
支持壁部の環状突部の外径Ｄ２：７７ｍｍ
支持壁部と羽根との間隔Ｈ１：２ｍｍ
支持壁部の環状凹部の深さＨ２：５ｍｍ
（２）ファン装置のタイプＢ
支持壁部の環状突部の内径Ｄ１：４０ｍｍ
支持壁部の環状突部の外径Ｄ２：５７ｍｍ
支持壁部と羽根との間隔Ｈ２：２ｍｍ
支持壁部の環状凹部の深さＨ２：５ｍｍ
（３）ファン装置のタイプＣ
支持壁部の環状突部：削除する 支持壁部の外径３９ｍｍ
タイプＡ〜Ｃの各ファン装置についてＰ−Ｑ特性を測定した結果、図６に示す通りの測定結果が得られた。図６は、所定風量（ｍ３／ｍｉｎ）を流したときのファン装置の静圧（ｍｍＡｑ）及び回転数（ｒｐｍ）を示しており、一点鎖線ＡがタイプＡのファン装置の測定結果であり、破線ＢがタイプＢのファン装置の測定結果であり、また実線ＣがタイプＣのファン装置の測定結果である。かかる測定結果から、２２００ｒｐｍ程度の比較的低い回転数においては、風量が約０．６ｍ３ ／ｍｉｎより少ないと、タイプＣよりもタイプＢの方が静圧が大きく、このタイプＢよりもタイプＡの方が静圧が更に大きかった。この測定結果から、ファンハウジングの支持壁部の外径を大きくしてハウジング本体の送風流路の流路面積を狭くした方が静圧が大きくなることが確認された。
【００３３】
以上、本発明に従うファン装置の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３４】
例えば、図示の実施形態では、ファンハウジング２に一体的にフィンガーガード壁７０を設けているが、安全性が問題とならない場合等においてはこのフィンガーガード壁７０を省略してもよい。尚、フィンガーガード壁７０を削除した場合、送風抵抗が幾分低下するので、比較的低回転数におけるファン装置の静圧特性は、フィンガーガード壁がある場合に比して幾分小さくなる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１のファン装置によれば、比較的低い回転数において大きな静圧が得られる。また、ロータ本体の回転を低く設定できるので消費電力も小さく、省エネルギー化が達成できる。
【００３６】
また、本発明の請求項２のファン装置によれば、送風流路を流れる空気の一部がロータ本体内部に流入するのを抑えてロータ本体の浮き上がりを防止することができ、またファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
また、本発明の請求項３のファン装置によれば、ファン装置全体の軸線方向の大きさを一層小さくすることができる。
【００３７】
更に、本発明の請求項４のファン装置によれば、カバー部材を装着した場合と装着しない場合とでファン装置の静圧特性を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うファン装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のファン装置を示す背面図である。
【図３】図１のファン装置の左半分を示す部分断面図である。
【図４】図１のファン装置の一部を示す部分斜視図である。
【図５】図１のファン装置にカバー部材を装着した状態の左半分を示す断面図である。
【図６】３種類のファン装置のＰ−Ｑ特性の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
２ ファンハウジング
４ 送風流路
６ ハウジング本体
８ 支持壁部
１０ 接続壁
１２ スリーブ壁部
１６ ロータ本体
２４ 含油スリーブ軸受
２６ スラスト軸受片
３０ マグネット
３４ 羽根
３６ ステータ
５０ 回路基板
５８ リード先
６２ 環状突部
６４ 環状凹部
９０ カバー部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器、電子機器等を冷却するためのファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、電子機器等に用いられるファン装置は、機器本体に取り付けられるファンハウジングと、ファンハウジングに対して回転自在であるロータ本体と、ロータ本体に設けられた複数枚の羽根とを備えている。そして、ロータ本体の内周面にはマグネットが装着され、このマグネットに対向してステータが配設されている。ファンハウジングは、送風流路が形成されたハウジング本体を有し、このハウジング本体の送風流路にロータ本体が配設されている。また、ファンハウジングは、ハウジング本体に接続壁を介して接続された支持壁部を有し、ロータ本体はこの支持壁部に軸受手段を介して回転自在に支持されている。
【０００３】
このようなファン装置では、ロータ本体が所定方向に回動すると、これと一体に複数枚の羽根も回転し、かかる羽根の回動によって送風流路を軸線方向に流れる空気が生成され、この空気流によって機器本体内が冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このファン装置を用いて電気機器、電子機器等の機器本体内を充分に冷却しようとすると、従来、ロータ本体及び羽根の回転数を上昇させてファン装置の静圧を増大させ、空気が機器本体内の隅々まで流れるようにしていた。しかしながら、ロータ本体の回転数を上げると、それに伴う騒音も大きくなり、新たに騒音の問題が生じる。また、回転数を大きくすると消費電力も増大する。近年、電気機器、電子機器等は使用する周囲環境を考慮して低騒音化の傾向にあり、また小電力化の傾向にあり、ファン装置の回転数を上昇させることはこれらの傾向に逆行することになる。従って、この解決策としては、回転数を上昇させずにファン装置の静圧特性を大きくすることである。
【０００５】
本発明の目的は、回転数が小さくても比較的大きい静圧を得ることができるファン装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送風流路が形成されたハウジング本体及びこのハウジング本体に接続壁を介して接続された支持壁部を有するファンハウジングと、前記送風流路内に配設され、前記支持壁部に回転自在に支持されたロータ本体と、前記ロータ本体の外周面に設けられた複数枚の羽根と、前記ロータ本体の内周面に装着されたマグネットと、前記マグネットに対向して前記支持壁部に装着されたステータとを具備するファン装置において、
前記支持壁部の外周部には軸線方向内方に突出する環状突部が設けられ、前記環状突部の内径は前記ロータ本体の外径よりも大きく、前記環状突部が前記複数枚の羽根の回転経路に近接して位置していることを特徴とする。
【０００７】
本発明に従えば、ファンハウジングの支持壁部の外周部には軸線方向内方に突出する環状突部が設けられ、この環状突部の内径はロータ本体の外径よりも大きく形成されている。従って、この環状突部はロータ本体の半径方向外方に位置し、この環状突起によってハウジング本体の送風流路が小さく狭められ、これによって送風抵抗が大きくなって小さい回転数で比較的大きな静圧が得られる。従って、このファン装置を電子機器等に装着した際に風圧が比較的大きくなり、装置本体内の隅々まで空気流が流れ、装置本体内を充分に冷却することができる。また、ロータ本体の回転数を低く設定できるので消費電力も小さく、省エネルギー化も達成することができる。更に、支持壁部に設けられた環状突部は羽根の回転経路に近接して位置しているので、このことによっても送風抵抗が大きくなり、ファン装置の静圧が一層高められ、これによっても大きな静圧が得られる。
【０００８】
また、本発明では、前記支持壁部には軸線方向に延びるスリーブ壁部が設けられ、前記スリーブ壁部に軸受手段を介して前記ロータ本体の軸部が回転自在に支持されており、前記スリーブ壁部と前記環状突部との間には環状凹部が形成され、前記環状凹部に前記ロータ本体の下端部が収容されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、ファンハウジングの支持壁部に設けられたスリーブ壁部と上記環状突部との間には環状凹部が形成され、この環状凹部にロータ本体の下端部が収容されている。それ故に、ハウジング本体の送風流路を流れる空気の一部がロータ本体内部に流入するのを抑えてロータ本体の浮き上がりを防止することができる。また、ロータ本体の下端部を環状凹部に収容することによって、ファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
また、本発明では、前記ファンハウジングの前記環状凹部には回路基板が収容されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、ファンハウジングの支持壁部に形成された環状凹部に回路基板を収容してので、このことに関連してもファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
【００１１】
更に、本発明では、前記ファンハウジングには、前記ハウジング本体と前記支持壁壁部との間の開口の面積を変えるためのカバー部材が選択的に装着されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、ファンハウジングにカバー部材が選択的に装着されるので、このカバー部材を装着した場合と装着しない場合とで送風流路の開口面積、換言するとハウジング本体と支持壁部との間の流路面積を変えることができ、これによってファン装置の静圧特性を変えることができる。また、大きさの異なる複数種のカバー部材を選択的に装着することによって、ファン装置の静圧特性を所望の特性に調整することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うファン装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従うファン装置の一実施形態を示す正面図であり、図２は、図１のファン装置を示す背面図であり、図３は、図１のファン装置の左半分を示す部分断面図であり、図４は、図１のファン装置の一部を示す部分斜視図である。
【００１４】
図１及び図２を参照して、図示のファン装置は矩形状のファンハウジング２を備え、このファンハウジング２は、その大部分に円形状の送風流路４が規定されたハウジング本体６を有している。ファンハウジング２は、また、送風流路４内に配設された円形状の支持壁部８を有し、この支持壁部８が複数個（実施形態では４個）の接続壁１０（図２参照）を介してハウジング本体６の軸線方向（図１及び図２において紙面に垂直な方向、図３において上下方向）の一端部（図３において下端部）に接続されている。
【００１５】
図３をも参照して、支持壁部８の略中央部には中空円筒状のスリーブ壁部１２が設けられ、このスリーブ壁部８は上記軸線方向に延びている。スリーブ壁部１２の基部には軸支持壁部１４が設けられ、軸支持壁部１４はスリーブ壁部１２の基部を閉塞している。このようなファンハウジング２は、例えば合成樹脂の一体成形によって形成される。
【００１６】
ファン装置は、また、ファンハウジング２に対して回転自在であるロータ本体１６を備えている。ロータ本体１６はカップ状であり、円筒状の周壁部１８と、この周壁部１８の一端部（図３において上側端部）に設けられた端壁部２０を有し、端壁部２０の中央部には、軸部を構成する回転軸２２が固定され、回転軸２２の自由端部が上記軸線方向にファンハウジング２の支持壁部８に向けて延びている。
【００１７】
ロータ本体１６は、軸受手段を介して支持壁部８に回転自在に支持されている。この実施形態では、軸受手段は、潤滑油を含む多孔質材料から形成された含油スリーブ軸受２４と合成樹脂から形成されたスラスト軸受片２６から構成されている。スリーブ軸受２４はスリーブ壁部１２の内周面に装着され、ロータ本体１６の回転軸２２の外周面を支持し、ロータ本体１６に作用するラジアル荷重を支持する。また、スラスト軸受片２６は、軸支持壁部１４の内面に形成された凹部に装着され、上記回転軸２２の自由端を支持し、ロータ本体１６に作用するスラスト荷重を支持する。尚、軸受手段としては、上述した構成に代えて、一対の玉軸受の組合せ、玉軸受と含油スリーブ軸受との組み合わせ、ラジアル及びスラスト動圧流体軸受の組み合わせ等を用いることができる。
【００１８】
ロータ本体１６の周側壁１８の内周面には環状のヨーク部材２８を介して環状マグネット３０が装着されている。この実施形態では、周側壁１８の内周面には周方向に間隔を置いて複数個の小突条３２が設けられ、かかる小突条３２の弾性変形を利用してヨーク部材２８が装着されている。マグネット３０にはＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。このロータ本体１６の周側壁１８の外周面には、周方向に間隔を置いて複数枚（この実施形態では７枚）の羽根３４が一体的に設けられている（特に図１、図３参照）。羽根３４が設けられたロータ本体１６は、ハウジング本体６の送風流路４内に配設され、各羽根３４は略半径方向外方に送風流路４の内面近傍まで延びている。このような羽根付きロータ本体１６は、例えば合成樹脂の一体成形によって形成される。
【００１９】
ロータ本体１６に装着されたマグネット３０に対向してステータ３６が配設されている。ステータ３６は、複数枚のコアプレートを積層することによって形成されるステータコア３８と、このステータコア３８に所要の通りに巻かれたコイル４０とを有し、ステータコア３８が支持壁部８のスリーブ壁部１２の外周面に装着されている。この実施形態では、ステータコア３８は、例えば合成樹脂から形成されたインシュレータ４２によって覆われている。インシュレータ４２の内周上端部には、半径方向内方に向けて上方に突出する係合爪部４４が設けられ、一方、ファンハウジング２のスリーブ壁部１２の上端部外周面には環状係合凹部４６が形成され、またこのスリーブ壁部１２の基部外周面には肩部４８が設けられている。ステータコア３８の下端部をスリーブ壁部１２の肩部４８に当接させ、インシュレータ４２の係合爪部４４をスリーブ壁部１２の環状係合凹部４６に係合させることによって、ステータコア３８はスリーブ壁部１２に弾性的に装着保持される。
【００２０】
ファンハウジング２の支持壁部８とステータ３６との間には、ロータ本体１６を回転制御するための回路基板５０が配設されている。回路基板５０には所定の回路パターン（図示せず）が形成され、回路パターンには駆動用ＩＣ等の電子部品（図示せず）が電気的に接続され、また、ステータ３６のコイル４０もこの回路パターンに電気的に接続されている。この実施形態では、インシュレータ４２の内周下端部には、下方に延びる取付壁部５２が設けられ、この取付壁部５２の外周面に回路基板５２が弾性的に装着されている。このインシュレータ４２の外周下端部には下方に延びる脚部５４が設けられ、かかる脚部５４によって、回路基板５０とステータ３６との間隔が所定の間隔に維持される。また、支持壁部８の内面にはステータ３６に向けて上方に突出する当接突部５６が設けられ、かかる当接突起５６によって、回路基板５０の取付壁部５２からの離脱が防止される。回路基板５０にはリード線５８（図１、図２参照）が電気的に接続され、外部からの駆動電流は、かかるリード線５８を通して回路基板５０に供給される。このリード線５８の引出様式については、後述する。
【００２１】
このようなファン装置では、リード線５８及び回路基板５０を通してステータ３６のコイル４０に駆動電流が供給される。このようにして駆動電流が供給されると、コイル４０を流れる電流によってステータコア３８が磁化され、ステータコア３８とマグネット３０との相互磁気作用によってロータ本体１６及び羽根３４が所定方向に回転駆動され、羽根３４の回転によって矢印６０で示す方向の空気流が生成され、かくしてファン装置の送風流路４を通して軸線方向に空気が流れる。このファン装置は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ等の電子機器、電気機器等に用いられ、上述した如くして生成する空気流によって機器本体内の空気を機器本体外に排出し、このようにして機器本体を冷却する。
【００２２】
このファン装置では、ロータ本体１６の回転数が低くても比較的大きい静圧が得られるように、更に次の通りに構成されている。ファンハウジング２の支持壁部８の外周部に、上記軸線方向に突出する環状突部６２が設けられ、この環状突部６２の内径は、ロータ本体１６の外径よりも大きく設定されている（特に図３参照）。このように形成することによって、支持壁部８の外周部はロータ本体１６を越えて半径方向外方に延び、支持壁部８の環状突部６２によってハウジング本体６の送風流路４の内周領域が塞がれる。従って、送風流路４の流路面積が小さく狭められ、これによって送風抵抗が大きくなって低い回転数においても比較的大きい静圧が得られる。従って、ファン装置によって生成される空気流の風圧が大きくなり、このファン装置を電気機器等に取り付けた場合、低い回転数でもって電子機器等の機器本体内の隅々まで空気を送ることができ、この機器本体内を充分に冷却することができる。支持壁部８に設けられる環状突部６２は、図３にも示すように、複数枚の羽根３４の回転経路に近接するように、即ち環状突部６２の内面と複数枚の羽根３４の側端面との間隔Ｈ（図３）が例えば１．５〜５．０ｍｍ程度となるように設けられる。このように環状突部６２を羽根３４に近接させることによって、送風抵抗が更に大きくなり、ファン装置の静圧を更に高めることができる。
【００２３】
この実施形態では、更に、支持壁部８の外周部に環状突部６２を設けることによって、この環状突部６２とスリーブ壁部１２との間に環状凹部６４が形成され、この環状凹部６４にロータ本体１６の周側壁１８の下端部（解放された端部）が収容されている（図３参照）。このようにロータ本体１６の一部を環状凹部６４に収容することによって、送風流路４を矢印６０で示す方向に流れる空気流の一部がロータ本体１６内に流入することが防止され、ロータ本体１６の浮き上がりを抑えることができる。尚、この浮き上がりが大きくなると、ロータ本体１６がファンハウジング２から外れるようになる。また、このように構成することによって、ファン装置の軸線方向の大きさを小さくすることができ、ファン装置のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
この実施形態では、更に、回路基板５０が支持壁部８の環状突部６２とスリーブ壁部１２との間の環状凹部６４に収容されている。このように回路基板５０を環状凹部６４に収容することによって、ファン装置の軸線方向の大きさを更に小さくすることができる。
【００２５】
このファン装置では、ファンハウジング２のスリーブ壁部１２の基部内周面には、周方向に間隔を置いて複数個、例えば４個の外側リブ６６が設けられている。各外側リブ６６は略三角状であり、スリーブ壁部１２と軸支持壁部１4との角部に一体的に設けられている。このように外側リブ６６を設けることによって、軸支持壁部１４の肉厚を薄くしても充分な強度を確保することができる。また、上記スリーブ壁部１２の基部外周面には、周方向に間隔を置いて複数個、例えば６個の内側リブ６８が設けられている。各内側リブ６８は略三角状であり、スリーブ壁部１２と支持壁部８との角部に一体的に設けられ、このように内側リブ６８を設けることによって、樹脂成形時のスリーブ壁部１２の倒れを防止することができる。
【００２６】
また、ファンハウジング２には、図２に示すように、これと一体的にフィンガーガード壁７０が設けられている。図示のフィンガーガード壁７０は、隣接する接続壁１０の間に弧状に設けられ、各フィンガーガード壁７０の中央部が補助接続部７２を介してハウジング本体６に接続されている。このようにフィンガーガード壁７０を設けることによって、簡単な構成でもってある程度の安全性を確保することができる。尚、この実施形態では、ファン装置を機器本体に取り付けるために、ハウジング本体６に一対の取付手段７４が設けられている。この取付手段７４は、ハウジング本体６に一体的に設けられた取付部材７６から構成され、各取付部材７６には取付凹部７８が形成され、機器本体側の取付凸部（図示せず）が取付部材７６の取付凹部７８に着脱自在に装着される。
【００２７】
更に、リード線５８の引出様式は、次の通りである。図２とともに図４を参照して、この形態ではファンハウジング２の接続壁１０に対応して、支持壁部８の外面には補強突部８０が設けられ、特定の接続壁１０（図２において右下の接続壁）及びこれに対応する補強突部８０の幅は、残りの接続壁１０及びこれらに対応する補強突部８０の幅よりも広く形成されており、これら接続壁１０及び補強突部８０に渡って収容凹部８２が形成され、この収容凹部８２はハウジング本体６の特定角部に向けて延びている。ハウジング本体６の特定角部はその角部が削除され、上記収容凹部８２は削除された角部を上記軸線方向に延びている。また、ハウジング本体６の上記特定角部近傍には、上記収容凹部８２の上方に向けて略Ｌ字状に延びる係止突起８４が一体的に設けられている。従って、回路基板５０からのリード線５８は、図３に示すように補強突部８０及び特定接続壁１０の収容凹部８２に収容されて半径方向外方に導かれ、更に、図４に示すようにハウジング本体４の特定角部において収容凹部８２から係止突起８４の下方を通り、ハウジング本体６の一部に形成された切欠き８６を通して外部に導出され、このように構成することによって、簡単な構成でもってリード線５８の浮き上がりを防止しながら確実に導出することができる。
【００２８】
このファン装置においては、例えば図５に示すように、カバー部材９０を着脱自在に装着してハウジング本体６の流路面積を小さくすることもできる。図５において、図示のカバー部材９０は円形状のカバー本体９２を有し、このカバー本体９２の内側外周部に環状位置付け突起９４が一体的に設けられている。カバー本体９２の外径はファンハウジング２の支持壁部８の外径、即ち環状突部６２の外径よりも大きく設定される。
【００２９】
このようなカバー部材９０は、環状位置付け突起９４が環状突部６２の外周壁９６の内側に位置するようにファンハウジング２に装着され、例えば接着剤又は取付ねじを用いて支持壁部８に固定される。このようにカバー部材９０を装着すると、その外周部が支持壁部８を越えて半径方向外方に送風流路４内に突出し、このカバー部材９０によって送風流路４の流路面積が狭められる。従って、単にカバー部材９０を取り付けることによって、送風流路４の流路面積を小さくすることができ、換言するとファン装置の送風抵抗を大きくすることができ、比較的低い回転数において、カバー部材９０を装着しない場合に比してファン装置の静圧特性を大きくすることができる。
【００３０】
図５では一種類のカバー部材９０を示したが、相互に外径が異なるカバー部材９０を予め複数種形成し、それらのカバー部材９０を適宜選択して取り付けることによって、ファン装置の静圧特性を所望の特性にすることができる。尚、図５の形態では、カバー部材を装着することによってハウジング本体６の送風流路４の流路面積を変えているが、このようなカバー部材９０を取り付けることに代えて、例えば流路面積を可変にするためのスライド機構を設け、このスライド機構によって流路面積を変えるようにすることもできる。
実施例比較例
上述したファン装置の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。ファン装置の基本的構成が実質上同一であるが、ファンハウジングの支持壁部の外径が異なる３種類（タイプＡ〜Ｃ）のファン装置を用いてＰ（静圧）−Ｑ（風量）特性を測定した。３種類のファン装置の基本的構成は、図１〜図４に示すものと実質上同一であり、共通構成部分の大きさ等は、下記の通りであった。
【００３１】
ファンハウジングの高さ：３７ｍｍ 送風流路の内径：１０２ｍｍ
ロータ本体の外径：３８ｍｍ ロータ本体の高さ：２２ｍｍ
接続壁の個数：４個 羽根の枚数：７枚
ハウジング本体の内周面と羽根の先端との間隔：１．２ｍｍ
フィンガーガード壁：全周に渡り１個
３種類のファン装置の相互に異なる構成部分の大きさ等は、下記の通りであった。理解を容易にするために、支持壁部の環状突部の内径Ｄ１、その外径Ｄ２、支持壁部と羽根との間隔Ｈ１及び支持壁部の環状凹部の深さＨ２を図３に示す。
【００３２】
（１）ファン装置のタイプＡ
支持壁部の環状突部の内径Ｄ１：４０ｍｍ
支持壁部の環状突部の外径Ｄ２：７７ｍｍ
支持壁部と羽根との間隔Ｈ１：２ｍｍ
支持壁部の環状凹部の深さＨ２：５ｍｍ
（２）ファン装置のタイプＢ
支持壁部の環状突部の内径Ｄ１：４０ｍｍ
支持壁部の環状突部の外径Ｄ２：５７ｍｍ
支持壁部と羽根との間隔Ｈ２：２ｍｍ
支持壁部の環状凹部の深さＨ２：５ｍｍ
（３）ファン装置のタイプＣ
支持壁部の環状突部：削除する 支持壁部の外径３９ｍｍ
タイプＡ〜Ｃの各ファン装置についてＰ−Ｑ特性を測定した結果、図６に示す通りの測定結果が得られた。図６は、所定風量（ｍ３／ｍｉｎ）を流したときのファン装置の静圧（ｍｍＡｑ）及び回転数（ｒｐｍ）を示しており、一点鎖線ＡがタイプＡのファン装置の測定結果であり、破線ＢがタイプＢのファン装置の測定結果であり、また実線ＣがタイプＣのファン装置の測定結果である。かかる測定結果から、２２００ｒｐｍ程度の比較的低い回転数においては、風量が約０．６ｍ３ ／ｍｉｎより少ないと、タイプＣよりもタイプＢの方が静圧が大きく、このタイプＢよりもタイプＡの方が静圧が更に大きかった。この測定結果から、ファンハウジングの支持壁部の外径を大きくしてハウジング本体の送風流路の流路面積を狭くした方が静圧が大きくなることが確認された。
【００３３】
以上、本発明に従うファン装置の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３４】
例えば、図示の実施形態では、ファンハウジング２に一体的にフィンガーガード壁７０を設けているが、安全性が問題とならない場合等においてはこのフィンガーガード壁７０を省略してもよい。尚、フィンガーガード壁７０を削除した場合、送風抵抗が幾分低下するので、比較的低回転数におけるファン装置の静圧特性は、フィンガーガード壁がある場合に比して幾分小さくなる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１のファン装置によれば、比較的低い回転数において大きな静圧が得られる。また、ロータ本体の回転を低く設定できるので消費電力も小さく、省エネルギー化が達成できる。
【００３６】
また、本発明の請求項２のファン装置によれば、送風流路を流れる空気の一部がロータ本体内部に流入するのを抑えてロータ本体の浮き上がりを防止することができ、またファン装置全体の軸線方向の大きさを小さくすることができる。
また、本発明の請求項３のファン装置によれば、ファン装置全体の軸線方向の大きさを一層小さくすることができる。
【００３７】
更に、本発明の請求項４のファン装置によれば、カバー部材を装着した場合と装着しない場合とでファン装置の静圧特性を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うファン装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のファン装置を示す背面図である。
【図３】図１のファン装置の左半分を示す部分断面図である。
【図４】図１のファン装置の一部を示す部分斜視図である。
【図５】図１のファン装置にカバー部材を装着した状態の左半分を示す断面図である。
【図６】３種類のファン装置のＰ−Ｑ特性の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
２ ファンハウジング
４ 送風流路
６ ハウジング本体
８ 支持壁部
１０ 接続壁
１２ スリーブ壁部
１６ ロータ本体
２４ 含油スリーブ軸受
２６ スラスト軸受片
３０ マグネット
３４ 羽根
３６ ステータ
５０ 回路基板
５８ リード先
６２ 環状突部
６４ 環状凹部
９０ カバー部材
Claims (4)
- 送風流路が形成されたハウジング本体及びこのハウジング本体に接続壁を介して接続された支持壁部を有するファンハウジングと、前記送風流路内に配設され、前記支持壁部に回転自在に支持されたロータ本体と、前記ロータ本体の外周面に設けられた複数枚の羽根と、前記ロータ本体の内周面に装着されたマグネットと、前記マグネットに対向して前記支持壁部に装着されたステータとを具備するファン装置において、
前記支持壁部の外周部には軸線方向内方に突出する環状突部が設けられ、前記環状突部の内径は前記ロータ本体の外径よりも大きく、前記環状突部が前記複数枚の羽根の回転経路に近接して位置していることを特徴とするファン装置。 - 前記支持壁部には軸線方向に延びるスリーブ壁部が設けられ、前記スリーブ壁部に軸受手段を介して前記ロータ本体の軸部が回転自在に支持されており、前記スリーブ壁部と前記環状突部との間には環状凹部が形成され、前記環状凹部に前記ロータ本体の下端部が収容されていることを特徴とする請求項１記載のファン装置。
- 前記ファンハウジングの前記環状凹部には回路基板が収容されていることを特徴とする請求項２記載のファン装置。
- 前記ファンハウジングには、前記ハウジング本体と前記支持壁壁部との間の開口の面積を変えるためのカバー部材が選択的に装着されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のファン装置。
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