JP5392330B2 - 遠心ファン - Google Patents

Description

本発明は、羽根車を有する遠心ファンに関する。

従来技術において、例えば特許文献１には、羽根車の吐き出し方向に対して垂直な方向の両面に、吸気口を備えた遠心ファンが開示されている。

しかし、ノート型パソコンのようなモバイル機器では、ＣＰＵの発熱量が増加するに従って、遠心ファンの高風量化が求められているだけでなく、近年では静音化も強く求められている。また、こうしたモバイル機器の筐体の薄型化が進むに従って、遠心ファンの吸気スペースが十分に確保できなくなり、冷却に必要な風量が得られないという問題も生じている。

特開２００４−９２４４６号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、薄型化された筺体内であっても吸気が容易で、風量を維持しながら静音化も可能な遠心ファンを提供することを、その目的とする。

本発明の請求項１における遠心ファンは、上記目的を達成するために、羽根車の吐き出し方向に位置して、ケーシングに排気口を設けた遠心ファンにおいて、前記羽根車の吹出し方向にあたる前記ケーシングの側壁の一部に、吸気口と、突起状のスタビライザーを設け、前記羽根車を構成するブレードの先端部の向きが、該羽根車の中心を通るように形成したことを特徴とする。

本発明の請求項２における遠心ファンは、前記ブレードを該羽根車の中央部から分離し、それぞれの前記各ブレードを回転方向に対して互い違いの位置に形成したことを特徴とする。

本発明の請求項３における遠心ファンは、羽根車の吐き出し方向に位置して、ケーシングに排気口を設けた遠心ファンにおいて、前記羽根車の吐き出し方向と垂直な方向に第１の吸気口を設け、前記羽根車の吹出し方向にあたる前記ケーシングの側壁の一部に、第２の吸気口と、突起状のスタビライザーを設け、前記羽根車を構成するブレードの先端部の向きが、該羽根車の中心を通るように形成したことを特徴とする。

本発明の請求項４における遠心ファンは、前記ブレードを該羽根車の中央部から分離し、それぞれの前記各ブレードを回転方向に対して互い違いの位置に形成したことを特徴とする。

請求項１の遠心ファンでは、羽根車の吐き出し方向にあたるケーシングの側壁の一部に吸気口を設けることにより、吸気口から羽根車とケーシングとの間の流路を経由して、排気口に至る風の流れを一直線状に形成することができる。そのため、薄型化された筺体内であっても、吸気口から容易に吸気を行なって、冷却に必要な風量を維持できる。また、冷却に必要な風量に対し、ここでの遠心ファンは従来のものよりも著しく騒音が低下し、静音化が可能になる。また、ケーシングの側壁の一部に突起状のスタビライザーを設けることで、排気口から排出される風量や向きなどを決定することができ、遠心ファンとして好ましい風量を得ることができる。

さらに、羽根車を構成するブレードを、前進翼と後進翼のほぼ中間の形状とすることにより、羽根車の回転によって吸気口から効率よく吸気を行ないつつ、排気口に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

請求項２の遠心ファンでは、羽根車の中央部から分離したそれぞれのブレードが、羽根車の回転方向に対して互い違いの位置に設けられるので、羽根車の回転によって吸気口から効率よく吸気を行ないつつ、排気口に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

請求項３の遠心ファンでは、羽根車の吐き出し方向にあたるケーシング側壁の一部に第２の吸気口を設けることにより、この第２の吸気口から羽根車とケーシングとの間の流路を経由して、排気口に至る風の流れを一直線状に形成することができる。そのため、薄型化された筺体内において、羽根車の吐き出し方向と垂直な方向に設けられた第１の吸気口から、十分な吸気風量が得られない場合であっても、別な第２の吸気口から容易に吸気を行なって、冷却に必要な風量を維持できる。また、冷却に必要な風量に対し、ここでの遠心ファンは従来のものよりも著しく騒音が低下し、静音化が可能になる。また、ケーシングの側壁の一部に突起状のスタビライザーを設けることで、排気口から排出される風量や向きなどを決定することができ、遠心ファンとして好ましい風量を得ることができる。

さらに、羽根車を構成するブレードを、前進翼と後進翼のほぼ中間の形状とすることにより、羽根車の回転によって第１および第２の吸気口から効率よく吸気を行ないつつ、排気口に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

請求項４の遠心ファンでは、羽根車の中央部から分離したそれぞれのブレードが、羽根車の回転方向に対して互い違いの位置に設けられるので、羽根車の回転によって第１および第２の吸気口から効率よく吸気を行ないつつ、排気口に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

本発明の第１実施例を示す遠心ファンの外観斜視図である。 同上、図１のＡ方向から見た遠心ファンの外観斜視図である。 同上、遠心ファンの断面図である。 同上、カバーを取り外した状態での遠心ファンの要部外観図である。 同上、羽根車のブレード形状を模式的にあらわす説明図である。 同上、従来品と本発明の遠心ファンにおいて、筺体とのギャップに対し風量がどのように変化するのかを示すグラフである。 同上、従来品と本発明の遠心ファンにおいて、最大風量に対し騒音がどのように変化するのかを示すグラフである。 本発明の第２実施例を示すカバーを取り外した状態での遠心ファンの要部外観図である。 本発明の第３実施例を示す遠心ファンを含む冷却ユニットの外観図である。

以下、本発明に係る遠心ファンについて、添付図面を参照しながらその好ましい各実施形態を順に説明する。なお、各実施例に共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１〜図７は、本発明の第１実施例を示すもので、先ず遠心ファン１００の全体的な構成を図１〜図４で説明すると、１は回転する羽根車であり、２は羽根車１を内部に備えたケーシングである。前記羽根車１は、複数の翼たるブレード３と、カップ状のエンペラ４とにより構成され、羽根車１の中央部をなすエンペラ４の円周部に、遠心ファン本体としてのブレード３が放射状に形成される。また、エンペラ４の内側には、羽根車１の駆動部となるモータ５が配設される。当該モータ５は、巻線を装着した鉄心（コア）を有するステータ６と、エンペラ４の内周部に取付けられ、ステータ６からの磁力により回転するロータ（ヨーク）７と、ステータ６および他の各素子を実装して、モータ５としての電気回路を構成する回路基板８とにより構成される。

遠心ファン１００の外郭をなすケーシング２は、羽根車１を取り囲む有底状のケース１１と、ケース１１の上部開口を覆うカバー１２とを備え、これらは何れも熱伝導性に優れた部材で形成される。またケース１１には、スポーク１３によってその周囲部と繋がれた島状のモータ取付け壁１４が形成され、このモータ取付け壁１４に前記モータ５を設置して、モータ取付け壁１４側を除くモータ５のほぼ全面を、カップ状のエンペラ４で取り囲んでいる。より具体的には、モータ取付け部たるモータ取付け壁１４には、筒状のベアリングチューブ１５が圧入固定される一方で、前記エンペラ４の中心には回転軸たるシャフト１６が取付けられ、このシャフト１６は軸受１７によりベアリングチューブ１５内で回動自在に支承される。そして、ロータ７の内周面に取付けられたマグネット１８と、これに対向するステータ６との電磁作用により、シャフト１６を中心としてロータ７および羽根車１が回転するようになっている。なお、１９はステータ６との電気的接続を図るリード線である。

前記モータ取付け壁１４はケース１１の一部をなし、ケース１１には羽根車１の吐き出し方向と同一方向に排気口２１とケーシング２が形成される。また、ケース１１には羽根車１の吐き出し方向と垂直な方向に吸気口２２が形成されると共に、この吸気口２２に対向して、ケース１１に取付けられたカバー１２にも、羽根車１の吐き出し方向と垂直な方向に別な吸気口２３が形成される。吸気口２２は、ケース１１のモータ取付け壁１４と周囲部との間をスポーク１３で部分的に繋ぐことで形成される。また、吸気口２２，２３の開口面積は、各吸気口２２，２３の吸込み量を考慮して適宜決定すればよい。前記遠心ファン１００の排気口２１は、羽根車１の放射方向に沿った吐き出し方向の一側に位置して、箱状に形成されたケーシング２の側壁に開口形成されるが、羽根車１およびモータ５を間に挟んで、前記吐き出し方向の一側と反対側に位置するケーシング２の側壁には、さらに別な複数の吸気口２４，２５が開口形成される。これにより、羽根車１の放射方向において、吸気口２４，２５から羽根車１の外側を周回して排気口２１に至る直線状の風路２７が形成される。

図４に示すように、前記風路２７が形成されるケーシング２の内部には、適宜形状のスタビライザー２８が設けられる。このスタビライザー２８は、遠心ファン１００として必要な風量を得るためのもので、特に本実施例では、風路２７から吸気口２４に向かおうとする逆方向の風の流れを遮断する位置に、突起状のスタビライザー２８が配設される。勿論、図４とは異なる位置にスタビライザー２８を設けてもよいし、また複数のスタビライザー２８であってもよい。

また各ブレード３は、その基端がエンペラ４の外周面に直接連結する構造であっても、或いはその基端がエンペラ４の外周面から分離していても構わない。後者の場合、ブレード３とエンペラ４との間には、特に吸気口２２，２３から取り込んだ空気を整流して、ブレード３間に均等に送り出す整流板２９が連結される（図４参照）。

図５は、本実施例で採用するブレード３の形状を模式的に示している。またこの図では、比較のために従来知られているターボファンのブレード３Ａと、シロッコファンのブレード３Ｂも示されている。矢印Ｒの向きにエンペラ４ひいては羽根車１が回転する場合、ターボファンのブレード３Ａは、その先端がエンペラ４の回転方向とは逆方向に向いている（後進翼）。逆にシロッコファンのブレード３Ｂは、その先端がエンペラ４の回転方向と同一方向に向いている（前進翼）。本実施例で採用する遠心ファン１００のブレード３は、その先端が羽根車１の回転軸中心Ｃを通って放射方向に延びる直線αに向いている。こうしたブレード３の形状により、羽根車１が回転すると、この羽根車１の回転軸方向に設けられた吸気口２２，２３のみならず、回転軸と直交する放射方向に設けられた吸気口２４，２５からも、効率よく空気（流体）を吸込んで、風量を増加させることが可能になる。

こうして、羽根車１のほぼ内側にモータ５が配置される構成であるため、ノート型パソコンなどのモバイル機器に望まれている薄型の筺体に実装するには、本実施例のような遠心ファン１００が最も適した形状である。

次に、上記構成についてその作用を説明する。本実施例における遠心ファン１００は、ノート型パソコンなどのモバイル機器に実装する発熱部品などを冷却するために、図示しないモバイル機器の筐体内に実装される。そして、モータ５のステータ６に電力を供給し、このステータ５とロータ７の内周面に取付けられたマグネット１８との電磁作用によって、羽根車１を矢印Ｒの方向に回転させると、筺体とケーシング２の上面との隙間と、筺体とケーシング２の下面との隙間に存在する暖かい空気が、吸気口２２，２３からそれぞれ吸込まれると共に、筺体とケーシング２の側面との間に存在する暖かい空気が、別な吸気口２４，２５から吸込まれる。吸気口２２，２３から取り込まれた空気は、羽根車１の整流板２９によって整流され、回転するブレード３の間から風路２７に送り出されて、排気口２１から遠心ファン１００ひいては筺体の外部に排出される。また、別な吸気口２４，２５から取り込まれた空気は、ケーシング２内に形成された風路２７に沿って、羽根車１の外側を周回して排気口２１に至り、そこから遠心ファン１００ひいては筺体の外部に排出される。その際、風路２７から吸気口２４に向かおうとする逆方向の風の流れは、ケース１１に設けられたスタビライザー２８によって遮断され、排気口２１に向けて案内され、結果的に排気口２１からの風量を増加することが可能になる。

ところで、近年はモバイル機器の筐体が薄型化され、羽根車１の吐出し方向と垂直な方向からの吸気が著しく困難になってきた。そこで、本発明の遠心ファン１００は羽根車１の吐出し方向にあたるケーシング２の一部に吸気口２４，２５を形成したので、筐体と遠心ファン１００とのギャップが少なくなっても、吸気口２４，２５から必要量の吸気が得られ、冷却に必要な風量が維持できる。また、冷却に必要な同一風量における騒音を比較したときに、本発明の遠心ファン１００は著しく騒音が低下し、近年望まれている静音化に対し大きく貢献できる。

図６は、従来品と本発明の遠心ファン１００における同一騒音での風量特性の比較を示している。この図では、ケーシング２と筺体とのギャップが、風量にどのような影響を及ぼすのかを表わしているが、本発明の遠心ファン１００は、ケーシング２と筺体とのギャップが狭くなるに従って、風量が改善されていることがわかる。

図７は、ケーシング２と筺体とのギャップが１．５ｍｍの条件下で、風量に対する騒音特性を、従来品と本発明の遠心ファン１００で比較したものである。この図からも明らかなように、風量が６８Ｌ／ｍｉｎである場合に、従来品と本発明では騒音が８ｄｂ低下していることがわかる。

以上のように本実施例では、羽根車１の吐き出し方向に位置して、ケーシング２の側壁に排気口２１を設けた遠心ファン１００において、このケーシング２の側壁の一部に吸気口２４，２５を設けている。

こうすると、羽根車１の吐き出し方向にあたるケーシング２の側壁の一部に吸気口２４，２５を設けることにより、吸気口２４，２５から羽根車１とケーシング２との間の流路である風路２７を経由して、排気口２１に至る風の流れを一直線状に形成することができる。そのため、薄型化されたモバイル機器などの筺体内であっても、吸気口２４，２５から容易に吸気を行なって、冷却に必要な風量を維持できる。また、冷却に必要な風量に対し、ここでの遠心ファン１００は従来のものよりも著しく騒音が低下し、静音化が可能になる。

また、特に本実施例では、羽根車１の吐き出し方向と垂直な方向に第１の吸気口２２，２３を設け、ケーシング２の側壁の一部に別な第２の吸気口２４，２５を設けているので、羽根車１の吐き出し方向と垂直な方向に設けられた第１の吸気口２２，２３から、十分な吸気風量が得られない場合であっても、別な第２の吸気口２４，２５から容易に吸気を行なって、冷却に必要な風量を維持できる。また、冷却に必要な風量に対し、ここでの遠心ファンは従来のものよりも著しく騒音が低下し、静音化が可能になる。

ここで、第１の吸気口２２，２３や第２の吸気口２４，２５は、本実施例のように複数設けることが好ましく、それにより必要な吸気面積を確保して、遠心ファン１００としての風量を増すことが可能になる。

また本実施例では、ケーシング２の側壁の一部に突起状のスタビライザー２８を設けている。こうすると、排気口２１から排出される風量や向きなどを、スタビライザー２８の位置や形状で決定することができ、遠心ファン１００として好ましい風量を得ることができる。

さらに本実施例では、羽根車１を構成するブレード３の先端部の向きが、該羽根車１の中心である回転軸中心Ｃを通る直線上に形成される。こうすると、羽根車１を構成するブレード３が、前進翼と後進翼のほぼ中間の形状となり、羽根車１の回転によって第１の吸気口２２，２３および第２の吸気口２４，２５から効率よく吸気を行ないつつ、排気口２１に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

図８は、本発明の第２実施例を示す遠心ファン１００のカバー１２を外した状態の外観斜視図である。同図において、ここでは羽根車１の先端部をなすブレード３１，３２が、異なる形状で互い違いに形成されている。ブレード３１，３２は、羽根車１の回転軸方向に沿った高さが相違し、ブレード３２よりもブレード３１が高くなるように形成される。本実施例では、円周上に配置された隣接するブレード３１，３１の間に、１枚のブレード３２が設けられるが、例えば２枚以上のブレード３２を設けても構わない。それ以外の構成は、前記第１実施例と共通である。

本実施例の遠心ファン１００は、羽根車１を構成するブレード３１，３２を、この羽根車１の中央部であるカップ状のエンペラ４から分離し、ブレード３１，３２とエンペラ４との間に整流板２９を設けると共に、それぞれの各ブレード３１，３２を回転方向に対して互い違いの位置に形成している。こうすると、羽根車１のエンペラ４から分離したそれぞれのブレード３１，３２が、羽根車１の回転方向に対して互い違いの位置に設けられるので、羽根車１の回転によって吸気口２２，２３から取り込まれた空気は、羽根車１の整流板２９によって整流され、回転するブレード３１，３２の間から排気口２１に向けて送り出され、また別な吸気口２４，２５から取り込まれた空気は、形状の異なるブレード３１，３２によって効率よく羽根車１の外側を周回して排気口２１に送り出される。その結果、第１の吸気口２２，２３だけでなく、第２の吸気口２４，２５からも効率よく吸気を行ないつつ、排気口２１に円滑に風を送り出すことが可能になり、風量の増加が期待できる。

その他、各ブレード３１，３２の形状や、スタビライザー２８を設けた点については、第１実施例と共通であるので、ここでの説明は省略する。

図９は、本発明の第３実施例を示す遠心ファン１００を含む冷却ユニット２００の外観図である。同図において、遠心ファン１００は第１実施例や第２実施例で説明した羽根車１やモータ５を備えている。但し、羽根車１やモータ５がケース１２ではなくカバー１１に取付けられている関係で、吸気口２２はケース１２に形成され、吸気口２３はカバー１１に形成される。ここでの冷却ユニット２００も、モバイル機器などの薄型筐体の内部に配設される。

４１は、遠心ファン１００のケーシングに熱を導く熱輸送手段としてのヒートパイプで、当該ヒートパイプ４１の一側には平板状の第１の受熱部４２および第２の受熱部４３が設けられると共に、ヒートパイプ４１の他側は、熱伝導性に優れた部材で構成されるカバー１２の、好ましくは排気口２１の近傍に位置する上面に熱的に接続される。また、前記第１の受熱部４２や第２の受熱部４３には、モバイル機器のＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）や、他の発熱部品などが熱的に接続される。

そして本実施例では、ＭＰＵや他の発熱部品からの熱が、第１の受熱部４２および第２の受熱部４３からヒートパイプ４１を速やかに伝わって、カバー１２における排気口２１の近傍に導かれる。排気口２１からは前述したように、各吸気口２２〜２５から取り込んだ空気が効率よく排出されるため、この空気によってカバー１２に到達した熱が交換され、筺体内において、ＭＰＵや他の発熱部品の温度上昇を抑制することができる。

なお本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

１ 羽根車
２ ケーシング
２１ 排気口
２２，２３ 吸気口（第１の吸気口）
２４，２５ 吸気口（第２の吸気口）
２８ スタビライザー
３１，３２ ブレード

Claims (4)

1. 羽根車の吐き出し方向に位置して、ケーシングに排気口を設けた遠心ファンにおいて、
   前記羽根車の吹出し方向にあたる前記ケーシングの側壁の一部に、吸気口と、突起状のスタビライザーを設け、
   前記羽根車を構成するブレードの先端部の向きが、該羽根車の中心を通るように形成したことを特徴とする遠心ファン。
2. 前記ブレードを該羽根車の中央部から分離し、それぞれの前記各ブレードを回転方向に対して互い違いの位置に形成したことを特徴とする請求項１記載の遠心ファン。
3. 羽根車の吐き出し方向に位置して、ケーシングに排気口を設けた遠心ファンにおいて、
   前記羽根車の吐き出し方向と垂直な方向に第１の吸気口を設け、
   前記羽根車の吹出し方向にあたる前記ケーシングの側壁の一部に、第２の吸気口と、突起状のスタビライザーを設け、
   前記羽根車を構成するブレードの先端部の向きが、該羽根車の中心を通るように形成したことを特徴とする遠心ファン。
4. 前記ブレードを該羽根車の中央部から分離し、それぞれの前記各ブレードを回転方向に対して互い違いの位置に形成したことを特徴とする請求項３記載の遠心ファン。