JP3968084B2 - 放熱装置およびそのモーター構造 - Google Patents

Description

本発明は、放熱装置およびそのモーター構造に関し、特に、単一の固定子および制御回路、ならびに２つの回転子から構成されるファンモーターに関する。

軸流ファンは、構造がシンプルでコストが低い上に、風量が比較的大きいという特性を持つことから、コンピュータやその周辺機器などといったシステムの放熱ファンとして広く使用されている。

ところが、上記のようなシステム中に装着された軸流ファンが故障すると、システムが作動しなくなってしまうので、それを回避する目的で、通常は、メインの放熱ファンに予備用のファンが直列に接続されており、これによって当該システムやその内部の電子素子がオーバーヒートにより損壊するのを防止している。

さて、いわゆる直列多段式ファンとは、２つの独立して動作する軸流ファンが直列に接続されてなるファンのことである。図１には公知の直列多段式ファンが示してあり、これは、モーター１１とプロペラ構造１２をフレーム１３内に組み付けてなる２つのファンをねじで結合させて構成されたものである。しかし、このような設計によるファンは組立が複雑であるので、製造に要される時間とコストが増加し、かつ、それが実装されるシステム内で大きなスペースをとる。

また、既存の直列多段式ファン製品の中には、２つの独立したファンを直列に配したことによっても、その風圧に相乗効果が生じないばかりか、２つのファンが互いにインピーダンスを増大させあって、却って両方の動作効率を低下させているものさえある。よって、相互干渉を低減するには、直列に配される２つのファン同士の距離をより大きくとる必要があるが、実装スペースが制約されている状況にあっては、この手段も実施不能である。

ところで、軸流ファンや一般的な送風機またはブロワでは、いずれも単一のモーターと単一の回転子でファンを駆動・制御しているが、こうした構成はファンの性能を大きく制限するのみならず、体積とコストも大幅に増加させてしまう。

よって、直列多段式ファンを、占有スペースが小さく、組立が簡便かつ迅速に行えると共に、コストが低く抑えられ、なおかつ、２つのファンの相互干渉が効果的に低減され得るように設計する必要がある。

上述の問題に鑑み、本発明者は、検討を重ね、鋭意研究を行った結果、占有スペースが小さくてすみ、組立が簡便かつ迅速に行えると共に、コストが低く、さらに２つのファンの相互干渉を効果的に低減することのできる放熱装置を創作するに至った。よって、本発明の目的は、これらの長所を備えた放熱装置およびそのモーター構造を提供することにある。

すなわち、本発明は、ベースと、前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、前記ベースに設けられて、前記少なくとも２個の回転子の回転を制御する制御素子と、前記ベースに嵌挿される複数個のケイ素鋼片または鉄心と複数個の巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とを備える放熱装置に関する。

また、本発明は、ベースを内装させたハウジングと、前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、前記ベース内に嵌挿された励磁部材と巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とを備える放熱装置に関する。

前記ベースは、連接部を介し前記ハウジングの内周面と連接して前記ハウジング内で固定されていることが好ましい。

前記連接部が複数個のリブまたは静止翼からなることが好ましい。

前記ベースの相反する両側に、前記少なくとも２個の回転子の回転軸および該回転軸を支持する軸受けをそれぞれ嵌装させる複数個のスリーブが設けられていることが好ましい。

前記ベースは、前記ベースを貫通して前記ベースの相反する両側からそれぞれ突き出すように形成されると共に、貫通孔を備えた中空部を有しており、前記励磁部材は前記貫通孔内に嵌挿され、前記巻線は前記ベースの中空部外側に巻装されていることが好ましい。

複数個の電子素子を搭載させ、前記放熱装置を駆動すると共にその回転状態を制御する制御素子をさらに備えることが好ましい。

前記少なくとも２個の回転子は、それぞれ主動回転子と従動回転子であり、前記主動回転子は、前記制御素子に設けられたホール素子が磁界の変化を検知して前記巻線の磁力の切替を制御することにより回転し、前記従動回転子は、前記巻線の磁力の切替に応じ、前記主動回転子に同期して同方向または逆方向に回転することが好ましい。

前記主動回転子と従動回転子は、ボスと、複数個の羽根と、リングマグネットおよび鉄片をそれぞれ備え、かつ、前記鉄片と前記リングマグネットとがこの順で前記ボスの内側表面に着接されてなり、前記主動回転子と従動回転子の各リングマグネットは、前記励磁部材の両端に配されて磁界を検知することが好ましい。

前記従動回転子の回転数を検知するためのホール素子をさらに備えることが好ましい。

前記制御素子はプリント回路板（ＰＣＢ）であることが好ましい。軸流ファン、送風機、ブロワまたは遠心ファンであることが好ましい。前記励磁部材はケイ素鋼片または鉄心からなることが好ましい。

さらに、本発明は、ベースを備えたファンに用いられるモーター構造であって、前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、前記ベースに嵌挿される励磁部材と巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とから構成されるモーター構造に関する。

本発明が提供する放熱装置によれば、単一の固定子と、単一の制御回路および２個の回転子からなる、薄型化されたモーター構造を備えてなるため、放熱装置全体の体積および製造コストを有効に減少させることができる。さらに、本発明にかかわる放熱装置は、複数個の回転子を単一のハウジング内で直列に配置させて設けた上で、静止翼を回転子間に介在させた構成となっているので、風圧と風量が大幅に高まる。

本発明にかかわる放熱装置は、ベースを内装させたハウジングと、ベースに設けられる少なくとも２個の回転子と、前記ベース内に嵌挿される複数個の励磁部材と複数個の巻線とから構成されて、少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とからなる。ベースは、連接部を介してハウジングの内周面と連接することでハウジングに固定される。連接部は、複数個のリブまたは静止翼であり得る。ベースの相反する両面側には、少なくとも２個の回転子の回転軸をそれぞれ嵌入させると共に、該回転軸の軸受けを軸支するためのスリーブが突設されている。また、ベースは、その相反する両側面から突き出し、貫通孔を備えた中空部を有している。励磁部材はこの中空部内に嵌挿され、巻線はこの中空部外側に巻装される。励磁部材には、ケイ素鋼片または鉄心を用いることができる。

本発明にかかわる放熱装置は、ベース上に設けられる制御素子（例えば、プリント回路板）をさらに備えている。この制御素子は、放熱装置を駆動し、その回転状態を制御する複数個の電子素子を設けてなるものである。また、少なくとも２個の回転子は、それぞれ主動回転子と従動回転子であって、主動回転子は、制御素子に設けられたホール素子が磁界の変化を検知して巻線の磁力を切り替えることにより回転し、従動回転子は、巻線の磁力の切替に応じ、主動回転子に同期して同方向または逆方向に回転する。これら主動回転子と従動回転子は、ボスと、複数個の羽根と、リングマグネットおよび鉄片をそれぞれ有し、鉄片とリングマグネットをボスの内表面にこの順番で着接させてそれぞれ構成されている。主動回転子および従動回転子のリングマグネットは、励磁部材の両端に配されることとなって、それぞれ磁界を検知する。さらに、放熱装置は、従動回転子の回転数を検出するためのホール素子をもう１つ含んでいてもよい。

なお、本発明にかかわる放熱装置は、軸流ファン、送風機、ブロワまたは遠心ファンであり得る。

以下に、図面と対応させながら好適な実施形態を挙げて本発明をより詳細に説明する。

図２Ａに示すのは、本発明にかかわる放熱装置の好適な一実施形態を説明する長手方向断面図である。この放熱装置は、直列多段式ファンの構成をとっており、ハウジング２１、ベース２１１、２個の回転子２２，２２’、および固定子を備えている。ベース２１１はハウジング２１内に設けられ、連接部２１２がハウジング２１の内周面に連接することでハウジング２１内に固定されている。この連接部２１２は、複数個のリブまたは静止翼（固定翼）からなる。ベース２１１には、ベース２１１の両面側から互いに相反する方向に延びて、軸受け２９をそれぞれ挿嵌させて２個の回転子の回転軸２２５をそれぞれ軸支する２個の２１３，２１３’が突設されている。さらに、ベース２１１は、ベース２１１内を貫通し、貫通孔を有する４つの中空部２１４を備えている。

固定子は複数個のケイ素鋼片２４と複数個の巻線２８から構成されており、これらケイ素鋼片２４は、ベース２１１に形成された４つの中空部２１４の貫通孔内にそれぞれ嵌挿され、一方、巻線２８はベース２１１中空部２１４外部の一方側だけを外嵌するように巻装されている。なお、ケイ素鋼片の代わりに、鉄心またはそのほか同様の機能を持った部材を用いることもできる。図２Ｂには、図２Ａに示す放熱装置における４個のケイ素鋼片と４個の巻線を説明する径方向局部拡大断面図が示してある。図示するように、４個のケイ素鋼片２４と４個の巻線２８により、モーターの４極の磁極が形成されることとなる。

また、本発明にかかわる放熱装置は、回転を駆動・制御する複数個の電子素子２７を搭載させた、例えばプリント回路板（ＰＣＢ）２３である制御素子を、ベース２１１の巻線２８が巻装された側に対して他方側に備えている。

本実施形態では回転子を２個用いているが、これらはそれぞれ主動回転子２２と従動回転子２２’である。これら回転子はそれぞれボス２２１、複数個の羽根２２２、リングマグネット２２３および鉄片２２４から構成されている。鉄片２２４とリングマグネット２２３とは、ボス２２１の内表面にこの順番で着接しており、複数個の羽根２２２はボス２２１外周に周設されている。

図３Ａおよび図３Ｂに示すのは、図２ＡにおけるＡおよびＢの側から本発明にかかわる放熱装置をそれぞれ観察した際の各立体分解図である。図示するように、２個の回転子２２，２２’は、ベース２１１に軸支された状態で、ハウジング２１内で直列に配設されている。これら回転子２２，２２’の羽根２２２，２２２’は、同一または異なる構成とすることができる。鉄片２２４，２２４’およびリングマグネット２２３，２２３’は、この順番でそれぞれボス２２１，２２１’内表面に着接している。プリント回路板２３はベース２１１のいずれか一方側の面のみに取り付けられ、複数個の電子素子２７を搭載させている。４個のケイ素鋼片または鉄心２４は、ベース２１１を貫通するかたちで中空部２１４の貫通孔にそれぞれ嵌挿されており、ベース２１１のプリント回路板２３が配置された側の面に対して他方側の面には、４個の巻線２８が中空部２１４外部に巻装されている。また、ベース２１１は、複数個の静止翼２１２（またはリブ）を介してケージング２１の内周面と連接し、ケージング２１内にて保持、固定されている。

組立が完成した状態では、２個の回転子２２，２２’のリングマグネット２２３，２２３’は、ケイ素鋼片または鉄心２４の両端にそれぞれ配されることとなって、磁界が検知されるようになる。放熱装置が始動すると、主動回転子２２は、プリント回路板２３上のホール素子が磁界の変化を検知して巻線２８の磁力を切り替えることにより回転し、このとき、従動回転子２２’は、巻線２８の磁力の切替に応じ、主動回転子に同期して同方向または逆方向に回転する。そして、もう１つのホール素子が従動回転子２２’の回転数を検知する。

図４に示すのは、公知の直列多段式ファンと本発明にかかわる放熱装置の風圧・風力特性を比較したグラフである。この図から明らかなように、本発明にかかわる放熱装置が生じる風圧と風量は、公知の直列多段式ファンの風圧および風量よりもはるかに高い。

なお、上述した実施形態では、４極の磁極を有するモーターを例にしているが、本発明においては、モーター構造中の磁極数はこれに限られない。

以上、好適な実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはなく、本発明の精神と範囲を脱しない限りにおいて、当業者は各種変更お修飾を加えることができる。すなわち、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定義された範囲が基準となる。

公知の軸流ファンの長手方向断面図である。 本発明の一実施形態による放熱装置の長手方向断面図である。 同放熱装置局部の径方向断面図である。 図２Ａで示される放熱装置をＡの側から観察したときの立体分解図である。 図２Ａで示される放熱装置をＢの側から観察したときの立体分解図である。 従来の直列多段式ファンと本発明にかかわる放熱装置の風圧と風量を比較したグラフである。

符号の説明

２１ ハウジング
２１１ ベース
２２，２２’ 回転子
２１２ 連接部（静止翼）
２１３，２１３’ スリーブ
２９ 軸受け
２２５ 回転軸
２１４ 中空部
２４ ケイ素鋼片または鉄心
２８ 巻線
２３ 制御素子（プリント回路板）
２７ 電子素子
２２１，２２１’ ボス
２２２，２２２’ 羽根
２２３，２２３’ リングマグネット
２２４，２２４’ 鉄片

Claims (13)

1. ベースと、
   前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、
   前記ベースに設けられて、前記少なくとも２個の回転子の回転を制御する制御素子と、
   前記ベースに嵌挿される複数個のケイ素鋼片または鉄心と複数個の巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とを備え、
   且つ、前記ベースは、該ベースを貫通して前記ベースの相反する両側からそれぞれ突き出すように形成されると共に貫通孔を備えている中空部を有しており、前記ケイ素鋼片または鉄心は前記貫通孔内に嵌挿され、前記巻線は前記ベースの中空部外側に巻装されている構成とした放熱装置。
2. ベースを内装させたハウジングと、
   前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、
   前記ベース内に嵌挿された励磁部材と巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とを備え、
   前記ベースは、該ベースを貫通して前記ベースの相反する両側からそれぞれ突き出すように形成されると共に貫通孔を備えている中空部を有しており、前記励磁部材は前記貫通孔内に嵌挿され、前記巻線は前記ベースの中空部外側に巻装されている構成とした放熱装置。
3. 前記ベースは、連接部を介し前記ハウジングの内周面と連接して前記ハウジング内で固定されている請求項１または２記載の放熱装置。
4. 前記連接部が複数個のリブまたは静止翼からなる請求項３記載の放熱装置。
5. 前記ベースの相反する両側に、前記少なくとも２個の回転子の回転軸および該回転軸を支持する軸受けをそれぞれ嵌装させる複数個のスリーブが設けられている請求項１または２記載の放熱装置。
6. 複数個の電子素子を搭載させ、前記放熱装置を駆動すると共にその回転状態を制御する制御素子をさらに備える請求項２記載の放熱装置。
7. 前記少なくとも２個の回転子は、それぞれ主動回転子と従動回転子であり、前記主動回転子は、前記制御素子に設けられたホール素子が磁界の変化を検知して前記巻線の磁力の切替を制御することにより回転し、前記従動回転子は、前記巻線の磁力の切替に応じ、前記主動回転子に同期して同方向または逆方向に回転する請求項１または６記載の放熱装置。
8. 前記主動回転子と従動回転子は、ボスと、複数個の羽根と、リングマグネットおよび鉄片をそれぞれ備え、かつ、前記鉄片と前記リングマグネットとがこの順で前記ボスの内側表面に着接されてなり、前記主動回転子と従動回転子の各リングマグネットは、前記励磁部材の両端に配されて磁界を検知する請求項７記載の放熱装置。
9. 前記従動回転子の回転数を検知するためのホール素子をさらに備える請求項７記載の放熱装置。
10. 前記制御素子はプリント回路板（ＰＣＢ）である請求項１または６記載の放熱装置。
11. 軸流ファン、送風機、ブロワまたは遠心ファンである請求項１または２記載の放熱装置。
12. 前記励磁部材はケイ素鋼片または鉄心からなる請求項２記載の放熱装置。
13. ベースを備えたファンに用いられるモーター構造であって、
    前記ベースに配置される少なくとも２個の回転子と、
    前記ベースに嵌挿される励磁部材と巻線とから構成されて、前記少なくとも２個の回転子を駆動する固定子とを備え、
    前記ベースは、該ベースを貫通して前記ベースの相反する両側からそれぞれ突き出すように形成されると共に貫通孔を備えている中空部を有しており、前記ケイ素鋼片または鉄心は前記貫通孔内に嵌挿され、前記巻線は前記ベースの中空部外側に巻装されている構成としたモーター構造。
    

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