JP6283924B1

JP6283924B1 - 電動機及びそれを用いたヒートシンク装置

Info

Publication number: JP6283924B1
Application number: JP2017150661A
Authority: JP
Inventors: 栗田　剛; 剛栗田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP2019030192A

Abstract

【課題】ヒートシンク装置等に用いられる電動機の長寿命化を図ること。【解決手段】電動機は、一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブ６と、フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸およびステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、を具備する。スリーブ６の内周面の中央部には、先端側に拡径するテーパ部６ｄが形成される。回転軸とスリーブ６との隙間にはオイルが充填される。【選択図】図４

Description

本発明は、電動機及びそれを用いたヒートシンク装置に関する。

電子機器には、冷却用にヒートシンク装置が取付けられる。ヒートシンク装置は、電動機によりファンを回転させて空気流を作り、発熱体から熱を奪って冷却する。

特許文献１には、小型、耐衝撃性、低騒音性、低消費電力を図ることを目的とした電動機（スピンドルモータ）の発明が開示されている。

特開平６−２６９１４２号公報

近年、ヒートシンク装置は、医療機器等、広い分野で使用されるようになり、長寿命化が要求されている。

本開示の一態様は、従来よりも長寿命化を図ることができる電動機及びそれを用いたヒートシンク装置を開示する。

本開示の一態様に係る電動機は、一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、を具備し、前記回転軸は円柱形状からなり、前記スリーブの内周面の中央部には、前記回転軸の自由端の先端側に拡径するテーパ形状のテーパ部が形成され、かつ、前記テーパ部の長さは、前記回転軸の径より長く、前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される。

本開示によれば、従来よりも長寿命化を図ることができる。

本開示の実施の形態１に係るヒートシンク装置の電動機部分の断面図本開示の実施の形態１に係る電動機の回転軸の外形図本開示の実施の形態２に係るヒートシンク装置の電動機部分の断面図本開示の実施の形態２に係る電動機のスリーブの外形図

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
＜電動機の構成＞
図１は、実施の形態１のヒートシンク装置の電動機部分の断面図である。フレーム１には、一方端が開口された筒状のフレームハウジング１ａが組み付けられている。フレームハウジング１ａの外周部には、電動機のステータ３及び基板４が取り付けられている。ステータ３は、合成樹脂等の絶縁材料により形成された絶縁部１４、複数の薄板を積層した鉄心１５、鉄心１５に巻線されたコイル１６から構成される。

フレーム１の側壁には空気流の通る開口部（図示せず）が所定の数、所定の大きさで所定の方向に向けて設けられている。また、フレームハウジング１ａが設けられていない側のフレーム１の底部は半導体素子等の発熱体が取付可能な平面領域を有している。また、フレームハウジング１ａの底面には樹脂製のスラスタ５が固定されている。

フレームハウジング１ａには、スリーブ６がはめ込まれ、スリーブ６を押さえ付ける固定リング７が挿入されている。固定リング７の挿入側の周囲は、たとえば１０°程度の傾斜をもって内側に向いており、容易にフレームハウジング１ａに圧入できるように配慮されている。

ファン８は、電動機のロータ本体１０とブレード（図示せず）とから成る。ロータ本体１０の中心には回転軸９の後端部９ｂが挿入され、固定されている。また、ロータ本体１０には、環状のステータ３と対向するようにして、マグネット１１およびマグネットヨーク１２が接着等で固定される。電動機のロータは、回転軸９、ロータ本体１０、マグネット１１およびマグネットヨーク１２から構成される。

さらに、ロータ本体１０には、回転軸９の周囲に、外部からのゴミや埃を軸受内部に進入し難くするための凹形状のオイルプール１０ａが形成されている。また、ロータ本体１０には、オイルプール１０ａの外周で固定リング７の内側に、リブ１０ｂが形成されている。

回転軸９は、スリーブ６に回転自在に軸支されている。スリーブ６の内周面には、回転軸９の回転をスムーズに行うための動圧発生溝（図示せず）がボール転造等により形成されている。この動圧発生溝には潤滑油としてオイル１３が注油され、回転軸９と片側２〜１２μｍの軸受け隙間を保ちラジアル軸受けを構成している。なお、動圧発生溝は、回転軸９の第１ストレート部９ｅ、第２ストレート部９ｆ（図２参照）の外周面に形成されてもよい。

回転軸９の先端部９ａ（後端部９ｂの反対側の自由端）は、球面に仕上げられており、スラスタ５に当接してスラスト軸受けを構成している。

フレームハウジング１ａとスリーブ６との間には、フレームハウジング１ａの開口部から底面にまで延びる通気溝１ｂがフレームハウジング１ａの内壁に形成されている。また、スリーブ６の外周面の先端側（フレームハウジング１ａの底面に近い側）には周溝のオイルプール６ａが形成されている。

このような構成の電動機によれば、軸受内のオイル１３の余剰分が通気溝１ｂを通してスリーブ外周のオイルプール６ａに溜めることができ、注油量の増量及びバラツキ許容量の緩和が可能になる。

なお、スリーブ６の材料としては、切削性や転造性を考慮してＣ３６０４、ＢＣ６Ｃ等の銅合金が用いられ、回転軸９には、耐摩耗性や取り扱い性を考慮してＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼が用いられている。また、オイル１３は、高温に耐えることができるようにフッ素系合成油が用いられており、極圧性を若干改善するために添加剤が加えられている。

本実施の形態のヒートシンク装置は、電動機のロータが回転すると、ファン８（ブレード）も回転し、電動機の回転軸９の軸方向にそって空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、フレーム１の側壁に設けられた開口部から排気される。このとき、空気流は、発熱体の熱が伝導されたフレーム１から熱を奪う。これにより、発熱体が冷却される。

＜回転軸９の形状、寸法＞
次に、本実施の形態の回転軸９の形状、寸法について図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）〜（ｅ）に示した回転軸９の例は、互いにテーパ角度が異なる。

回転軸９は、径が一定のストレートな円柱形状を為す。回転軸９の自由端の先端部９ａは球面に仕上げられる。回転軸９の後端部９ｂには、ロータ本体１０に取り付けるためのローレット加工が施される。

また、回転軸９の中央部（動圧が発生しない部分）には、先端部９ａ側ほど縮径するテーパ形状のテーパ部９ｄが形成されている。これにより、回転軸９の基部９ｃ（先端部９ａと後端部９ｂ以外の部分）は、テーパ部９ｄ、先端部９ａに近い第１ストレート部９ｅ、後端部９ｂに近い第２ストレート部９ｆに分けられる。なお、テーパ部９ｄと第１ストレート部９ｅとの繋ぎ部分には、くびれ部９ｇが形成される。また、後端部９ｂと第２ストレート部９ｆの繋ぎ部分には、くびれ部９ｈが形成される。

第１ストレート部９ｅ及び第２ストレート部９ｆの外周面には、動圧発生溝が形成されても良い。

回転軸９の全長は例えば９ｍｍ、外径は例えば１．２ｍｍである。また、第１ストレート部９ｅの長さは例えば１．４ｍｍ、くびれ部９ｇを含むテーパ部９ｄの長さは例えば２．２ｍｍ、第２ストレート部９ｆの長さは例えば２．９ｍｍである。

＜効果＞
以上のように、本実施の形態では、電動機の回転軸９の中央部にテーパ部９ｄを形成する。これにより、毛細管力により、回転軸９のロータ本体１０側の部分（第２ストレート部９ｆ）にオイル１３をなじませることができるので、従来よりも長寿命化を図ることができる。

本発明者らは、この効果を実証するために、図２に示したテーパ部９ｄ付の回転軸９と、テーパ部９ｄの代わりに凹溝（深さ０．１ｍｍ程度）を形成した段付の回転軸とを用いて耐久性の試験を行った。

同一条件において試験を行った結果、外気温が１２０°Ｃの環境では、段付回転軸を用いた場合の装置の寿命が約１２００時間であったのに対し、テーパ部９ｄ付の回転軸９を用いた場合の装置の寿命は約２２００時間であった。また、外気温が１００°Ｃの環境では、段付の回転軸を用いた場合の装置の寿命が約２０００時間であったのに対し、テーパ部９ｄ付の回転軸９を用いた場合には、８０００時間以上作動させても装置に不具合が生じなかった。

また、毛細管力を検証した結果、テーパ部９ｄのテーパ角度は１°乃至３°（図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ））が特に望ましいことが分かった。

また、回転軸９の中央部（動圧が発生しない部分）に、テーパ部９ｄの代わりに、先端部９ａ側ほど径が小さくなる多段階の段付き形状の段付部を形成しても、同様の効果を得られることが分かった。

なお、本実施の形態において、回転軸９の各部の寸法は、上記で説明したものに限らない。回転軸９は、第１ストレート部９ｅの長さが１〜３ｍｍの範囲、くびれ部９ｇを含むテーパ部９ｄの長さが０．５〜４ｍｍの範囲、第２ストレート部９ｆの長さが１．５〜５ｍｍの範囲で作成される。

また、回転軸９の後端部９ｂにローレット加工を施さず、くびれ部９ｈが形成されない場合もある。この場合、第２ストレート部９ｆの長さが５ｍｍ以上になることもある。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では、回転軸９にテーパ部９ｄを設ける場合について説明した。実施の形態２では、スリーブ６にテーパ部６ｄ（図４参照）を設ける場合について説明する。

＜電動機の構成＞
図３は、実施の形態２のヒートシンク装置の電動機部分の断面図である。図３に示すヒートシンク装置は、図１に示したヒートシンク装置と比較して、スリーブ６および回転軸９の形状が異なる。

本実施の形態では、回転軸９には、テーパ部９ｄおよびくびれ部９ｇが形成されず、基部９ｃの全体がストレート部となる。

＜スリーブ６の形状、寸法＞
次に、本実施の形態のスリーブ６の形状、寸法について図４を用いて説明する。スリーブ６は、円筒形状を為し、外周面の先端側に周溝のオイルプール６ａが形成され、外周面の後端側に周溝の段付き部６ｂが形成されている。

また、スリーブ６の内周面の中央部（動圧が発生しない部分）には、先端側ほど拡径するテーパ形状のテーパ部６ｄが形成されている。これにより、スリーブ６の内周面は、テーパ部６ｄ、先端側に近い第１ストレート部６ｅ、後端側に近い第２ストレート部６ｆに分けられる。なお、テーパ部６ｄと第１ストレート部６ｅとの繋ぎ部分には、逃げ部６ｇが形成される。

第１ストレート部６ｅ及び第２ストレート部６ｆの外周面には、動圧発生溝６ｃが形成されている。

スリーブ６の全長は例えば６．０ｍｍ、外径は例えば４．０ｍｍ、内径は例えば１．２ｍｍである。また、第１ストレート部６ｅの長さは例えば１．８ｍｍ、逃げ部６ｇを含むテーパ部６ｄの長さは、例えば２．０ｍｍ、第２ストレート部６ｆの長さは例えば２．２ｍｍである。

＜効果＞
以上のように、本実施の形態では、電動機のスリーブ６の中央部にテーパ部６ｄを形成する。これにより、毛細管力により、回転軸９のロータ本体１０側の部分にまでオイル１３をなじませることができるので、従来よりも長寿命化を図ることができる。

また、毛細管力を検証した結果、テーパ部６ｄのテーパ角度αは１°乃至１０°が特に望ましいことが分かった。

また、スリーブ６の中央部（動圧が発生しない部分）に、テーパ部６ｄの代わりに、先端側ほど径が大きくなる多段階の段付き形状の段付部を形成しても、同様の効果を得られることが分かった。

なお、本実施の形態において、スリーブ６の各部の寸法は、上記で説明したものに限らない。スリーブ６は、第１ストレート部６ｅの長さが１〜３ｍｍの範囲、逃げ部６ｇを含むテーパ部６ｄの長さが０．５〜４ｍｍの範囲、第２ストレート部６ｆの長さが１．５〜５ｍｍの範囲で作成される。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記各実施の形態では、電動機をヒートシンク装置に用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、排気ファン等、他の装置に用いても良い。

本発明は、電動機及びそれを用いたヒートシンク装置に用いるに好適である。

１フレーム
１ａフレームハウジング
３ステータ
５スラスタ
６スリーブ
６ｃ動圧発生溝
６ｄテーパ部
６ｅ第１ストレート部
６ｆ第２ストレート部
７固定リング
８ファン
９回転軸
９ａ先端部
９ｂ後端部
９ｃ基部
９ｄテーパ部
９ｅ第１ストレート部
９ｆ第２ストレート部
１０ロータ本体
１１マグネット
１２マグネットヨーク
１３オイル

Claims

一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記スリーブの内周面の中央部には、前記回転軸の自由端の先端側に拡径するテーパ形状のテーパ部が形成され、かつ、前記テーパ部の長さは、前記回転軸の径より長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
前記テーパ部のテーパ角度は、１°乃至１０°である、
請求項１に記載の電動機。
前記テーパ部は、径が一定の２つのストレート部に挟まれて形成される、
請求項１または２に記載の電動機。
前記スリーブの内周面の中央部には、前記自由端側の第１ストレート部から、固定端側に拡径するテーパ形状の第２テーパ部が形成され、
前記テーパ部は、前記固定端側の第２のストレート部から形成され、
前記テーパ部の長さは、前記第２テーパ部の長さより長く、
前記テーパ部のテーパ角度は、前記第２テーパ部のテーパ角度より小さい、
請求項３に記載の電動機。
一方端が開口された筒状のフレームハウジングを備えたフレームと、
前記フレームハウジング内にはめ込まれた円筒形状のスリーブと、
前記フレームハウジングの外周部に取り付けられたステータと、
前記スリーブに回転自在に軸支された片端固定の回転軸および前記ステータに対向配置されたマグネットを有するロータと、
を具備し、
前記回転軸は円柱形状からなり、
前記スリーブの内周面の中央部には、前記回転軸の自由端の先端側ほど径が大きくなる多段階の段付き形状の段付部が形成され、かつ、前記段付部の長さは、前記回転軸の径より長く、
前記回転軸と前記スリーブとの隙間にオイルが充填される、
電動機。
前記段付部は、径が一定の２つのストレート部に挟まれて形成される、
請求項５に記載の電動機。
前記スリーブの内周面に、前記オイルを保持する動圧発生溝が形成されている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の電動機。
請求項１から７のいずれか一項に記載の電動機を備えた冷却用ファンモータであって、
前記電動機のフレームには発熱体を取付可能とした、
ヒートシンク装置。