JPH1118370A - 冷却ファン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部温度を有効に低下させて、寿命を伸ばす
ことができる冷却ファン装置を提供する。 【解決手段】 ハウジングフレーム１１０に電機子を含
むステータユニット１００を設け、このステータユニッ
ト１００にボールベアリング２００Ａ、２００Ｂを介し
て回転自在にロータユニット３００を組み付ける。ロー
タユニット３００は、閉塞板３１２を有するロータフレ
ーム３１０の外周にファンブレード３２０が一体に設け
られている。ロータフレーム３１０の閉塞板３１２には
電機子の配置スペースに連通する開口部３５０Ａ、Ｂ、
Ｃを設け、ハウジングフレーム１１０にも、電機子の配
置スペースに連通する開口部１８０Ａ、Ｂ、Ｃを設け
る。ファンの駆動で生じる空気流と負圧によって、各開
口部より電機子に空気を送り、冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電気機器の筐
体ケース等に設置されて、電気機器内の熱を外部に放出
して空冷を行う冷却ファン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の冷却ファン装置は、
筐体ケースに設置されるハウジングフレームに電機子を
含むステータユニットを設けるとともに、このステータ
ユニットにボールベアリングを介して回転自在にロータ
ユニットを組み付けた構造を有するものである。ステー
タユニットは、ハウジングフレームの軸芯部にベアリン
グホルダを設けるとともに、このベアリングホルダの外
周に電機子のコアと巻き線とを組み付けたものである。
また、ハウジングフレームには、ドライブ用の配線基板
が装着され、電機子の巻き線にドライブ電流を供給する
ようになっている。

【０００３】一方、ロータユニットは、略円筒状に形成
されてステータユニットと反対側に配置される端部に閉
塞板を有するロータフレームを有し、このロータフレー
ムの外周にファンブレードが設けられている。また、ロ
ータフレームの内周にはマグネットが配置され、上述し
たステータユニット側の電機子に対向して配置される。
また、ロータフレーム内の軸芯部には回転軸が設けら
れ、ベアリングホルダ内に配置されたボールベアリング
に回転自在に組み付けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な冷却ファン装置の寿命は、ベアリングの寿命により決
定され、雰囲気温度に依存する。一般に、雰囲気温度１
０°Ｃの低下で、寿命が１．５倍伸びるといわれてい
る。単に一定雰囲気中で使用した場合の温度上昇は、自
己発熱量と放熱比で決定され、１０°Ｃ程度となる。

【０００５】図８は、温度上昇の具体的測定を行った電
気機器の例を示す斜視図である。図において、２３０×
１２０×８０［ｍｍ］の鋼製の筐体ケース１０の一方の
側壁には冷却ファン装置１２が設けられ、他方の側壁に
は通気孔１４が設けられている。また、筐体ケース１０
の内部には、１７０Ｗの電熱器１６が配置されている。
この場合、外気温度を３０°Ｃとし、筐体の内部温度を
５０°Ｃとすると、冷却ファン装置１２の内部温度はほ
ぼ５０°Ｃとなる。また、冷却ファン装置１２の吐き出
し口側の中心部、すなわちファンブレードのない領域の
温度は３０数°Ｃとなり、ファンブレードの先端部の領
域の温度は５０°Ｃとなる。なお、冷却ファン装置１２
の内部温度の測定は、電機子近傍に半導体温度センサを
組み込んで測定した。また、冷却ファン装置１２の自己
発熱は、空気抵抗によって電機子の駆動電流が増大する
ため、空気抵抗が大きいと発熱量が増大する。また、通
気孔の開口面積や冷却ファン装置１２の温度上昇が変化
する。

【０００６】以上のように、吐き出し型の冷却ファン装
置１２においては、冷却ファン装置１２による空気流の
中に、ロータフレーム等の遮蔽物を置くことにより、吐
き出し口側の中心部に負圧が生じ、この部分の温度が低
下するものの、冷却ファン装置１２の自己発熱により、
冷却ファン装置１２の内部温度は、筐体内の内部温度と
ほぼ等しいものとなる。そこで本発明の目的は、内部温
度を有効に低下させて、寿命を伸ばすことができる冷却
ファン装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、ハウジングフレームの軸芯部にベアリングホ
ルダを突設するとともに、前記ベアリングホルダの外周
に電機子のコアと巻き線とを組み付け、前記ハウジング
フレームにドライブ用配線基板を装着したステータユニ
ットと、前記電機子に臨むマグネットが内周に配置され
た円筒状のロータフレームと、前記ロータフレームの軸
芯方向で前記ハウジングフレームとは反対側の端部に設
けられ、前記電機子及びマグネットが配置されるスペー
スを閉塞する閉塞板と、前記閉塞板の軸芯部に突設され
た回転軸と、ロータフレームの外周に設けられた複数の
ファンブレードを備えたロータユニットとを有し、前記
ステータユニットのベアリングホルダにベアリングを介
して前記ロータユニットの回転軸を組み付けて構成され
る冷却ファン装置において、前記ハウジングフレームお
よび前記ロータフレームの閉塞板に、前記電機子及びマ
グネットが配置されるスペースにそれぞれ連通する開口
部を形成したことを特徴とする。

【０００８】本発明の冷却ファン装置では、前記ハウジ
ングフレームおよび前記ロータフレームの閉塞板に設け
た開口部より、ロータフレームのマグネットおよび電機
子のコアと巻き線が配置されるスペースが、冷却ファン
装置の吸入口側の空間と吐き出し口側の空間とに連通す
る。また、冷却ファン装置の吸入口側の空間と吐き出し
口側の空間とでは、冷却ファン装置の作動による空気流
の作用によって気圧差が生じるため、各開口部を通して
空気の移動が生じ、ロータフレームの内部に配置される
電機子が冷却され、温度上昇が抑制される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による冷却ファン装
置の実施の形態例について説明する。図１は、本発明に
よる冷却ファン装置のロータユニットを示す図であり、
図１（Ａ）はロータユニットの正面（吸引口側）側斜視
図であり、図１（Ｂ）はロータユニットの背面（吐き出
し口側）側斜視図である。また図２は、本発明による冷
却ファン装置のステータユニットを示す図であり、図２
（Ａ）はステータユニットの正面（吸引口側）図であ
り、図２（Ｂ）はステータユニットの背面（吐き出し口
側）図である。また図３は、本発明の冷却ファン装置の
断面図である。

【００１０】本例の冷却ファン装置は、筐体ケース（図
示せず）に設置されるハウジングフレーム１１０に電機
子を含むステータユニット１００を設けるとともに、こ
のステータユニット１００にボールベアリング２００
Ａ、２００Ｂを介して回転自在にロータユニット３００
を組み付けた構造を有する。ステータユニット１００
は、ハウジングフレーム１１０の軸芯部にベアリングホ
ルダ１２０を設けるとともに、このベアリングホルダ１
２０の外周に電機子のコア１３０と巻き線１４０とを組
み付けたものである。また、ハウジングフレーム１１０
には、ドライブ用の配線基板１５０が装着され、電機子
の巻き線１４０にドライブ電流を供給するようになって
いる。また、配線基板１５０にはコネクタ１６０が接続
され、このコネクタ１６０にはケーブル１７０が接続さ
れている。

【００１１】一方、ロータユニット３００は、略円筒状
に形成されてハウジングフレーム１１０と反対側に配置
される端部に閉塞板３１２を有するロータフレーム３１
０を有する。そして、このロータフレーム３１０の外周
にファンブレード３２０が一体に設けられている。ま
た、ロータフレーム３１０の内周にはマグネット３３０
が配置され、上述したステータユニット１００側の電機
子に対向して配置される。また、ロータフレーム３１０
内の軸芯部には回転軸３４０が設けられ、ベアリングホ
ルダ１２０内に配置されたボールベアリング２００Ａ、
２００Ｂに回転自在に組み付けられている。

【００１２】また、ロータフレーム３１０の閉塞板３１
２には、ロータフレーム３１０のマグネット３３０およ
び電機子のコア１３０と巻き線１４０が配置されるスペ
ースに連通する開口部３５０Ａ、Ｂ、Ｃが設けられてい
る。各開口部３５０Ａ、Ｂ、Ｃはベアリングホルダ１２
０よりも外周側の位置に設けられ、回転軸３４０に対し
て周回り方向に間欠的な円弧状に形成されている。

【００１３】一方、ハウジングフレーム１１０にも、マ
グネット３３０および電機子のコア１３０と巻き線１４
０が配置されるスペースに連通する開口部１８０Ａ、
Ｂ、Ｃが設けられている。各開口部１８０Ａ、Ｂ、Ｃ
は、開口部３５０Ａ、Ｂ、Ｃと同様に、ベアリングホル
ダ１２０よりも外周側の位置に設けられ、回転軸３４０
に対して周回り方向に間欠的な円弧状に形成されてい
る。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）において、１１０Ａはフ
ァンブレード３２０による空気流れを生じさせるための
開口を示す。

【００１４】また、上述した回転軸３４０とボールベア
リング２００Ａ、２００Ｂとベアリングホルダ１２０と
は、ロータフレーム３１０の閉塞板３１２とハウジング
フレーム１１０とによって挟み込まれて密閉構造で組み
付けられている。これは例えばハウジングフレーム１１
０の中心部に形成される孔部に密閉シートを貼ることに
より実現でき、ベアリングの寿命を向上するためのもの
である。また、冷却ファン装置の吸気側には、図示しな
いフィルタが装着されているものとする。

【００１５】以上のような冷却ファン装置において、電
機子にドライブ信号を供給し、ボールベアリング２００
Ａ、２００Ｂを介してロータユニット３００を回転す
る。この際、筐体の内気圧と外気圧に差を生じ、内気圧
が低下する。また、ファン装置の吐き出し口の気圧は一
定でなく、場所によって変化し、ブレードのない中央部
の気圧が一番低くなる。また、この部分は、外気温度と
吐き出し空気温度のバランスした温度になるので、一番
温度の低い領域となる。また、圧力の高い方から低い方
へ空気は移動する。したがって、ロータフレーム３１０
の閉塞板３１２に形成した開口部３５０Ａ、Ｂ、Ｃと、
ハウジングフレーム１１０に形成した開口部１８０Ａ、
Ｂ、Ｃとによって、冷却ファン装置の吐き出し口の中央
部からロータフレーム３１０内のマグネット３３０と電
機子を収容したスペースを通って筐体内に連通する放熱
用通気路を設けることにより、冷却ファン装置の駆動に
よる吸気口側の負圧すなわち筐体の内気圧と、定常流の
作用によって、ロータフレーム３１０内の空気を移動で
き、放熱が可能となる。

【００１６】これにより、冷却ファン装置の内部温度を
外気温度より１０°Ｃ程度上昇した範囲に抑制すること
ができ、冷却ファン装置の寿命を向上することができ
る。また、自己作用を応用した構成であるので、大幅な
コストアップを要することなく、寿命を向上できる。特
に、外気温度と筐体内温度との差が大きいときに有効で
ある。これにより、交換部品としてのサービスコストを
低減することができる。

【００１７】次に、図４は、以上のような冷却ファン装
置の構成に加えて、ロータフレーム３１０の閉塞板３１
２の前方に遮蔽体４００を設けた例を示している。すな
わち、上述した例では、筐体の内気圧と外気圧との差に
よって吐き出し口側の空気がロータフレーム３１０内に
導かれるようにしたが、本例では、定常流の中に遮蔽体
４００を置くことによって、この遮蔽体４００と閉塞板
３１２との間に強制的に負圧を生じさせ、この負圧によ
って吐き出し口側の空気をロータフレーム３１０内に導
かれるようにして、より高い冷却作用を得るものであ
る。

【００１８】図４に示す例では、閉塞板３１２よりやや
径の大きい薄板円板形状の遮蔽体４００を設けた例であ
る。遮蔽体４００は、閉塞板３１２に対して例えば５ｍ
ｍの間隔をもって配置されている。また、遮蔽体４００
の中心部には、取り付け用の軸部４０２が一体に設けら
れており、この軸部４０２を閉塞板３１２の中心部に溶
着等によって接合することにより、遮蔽体４００を閉塞
板３１２に取り付け固定している。このような遮蔽体４
００を、冷却ファン装置によって生じる定常流内に配置
することにより、遮蔽体４００と閉塞板３１２との間隙
部分に負圧が生じるため、上述した各開口部１８０Ａ、
Ｂ、Ｃ、３５０Ａ、Ｂ、Ｃによる空気の移動を増大する
ことができ、さらに有効なファン装置内の冷却効果を得
ることができる。

【００１９】なお、上述のような遮蔽体４００の取り付
け構造としては、図５に示すように、ロータフレーム３
１０の回転軸３４０を閉塞板３１２より突出させるとと
もに、遮蔽体４００の軸部４０２に孔を設け、この孔
に、回転軸３４０の突出端部３４０Ａを圧入するように
してもよい。また、図６に示すように、遮蔽体４００と
閉塞板３１２とを予め一体に形成して、ロータフレーム
３１０に接合するようにしてもよい。

【００２０】また、図７に示すように、ハウジングフレ
ーム１１０の外周部に、ロータ側に突出した支持部材１
１２を設け、この支持部材１１２の先端のネジ止め部に
遮蔽体４００を形成したフレーム体４１０をネジ止めし
てもよい。フレーム体４１０は、ロータフレーム３１０
の軸芯に合わせた位置に遮蔽体４００を設けたものであ
り、ファン装置による空気の流れを妨げないような複数
のアームによって遮蔽体４００を支持するものである。
なお、以上の図５〜図７では、ロータ等は簡略して示し
ているが、上述した図１〜図３に示す例と同様の構造を
有しているものとする。

【００２１】また、以上の例では、平板状の遮蔽体４０
０を設けたが、冷却ファン装置による空気の流れをより
スムーズにするため、内面側が球面状に形成された半球
状の遮蔽体を設けても良い。冷却ファン装置によって吸
気された筐体内の空気は、遮蔽体の球面に沿って流れ、
スムーズにファンブレード３２０側に導かれる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の冷却ファン
装置では、ハウジングフレームとロータフレームに開口
部を設けることにより、ファンブレードの回転で発生す
る定常流と負圧により、ステータの電機子に冷気を送る
ようにした。このため、低コストでステータの自己発熱
を抑制でき、冷却ファン装置の寿命を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却ファン装置のロータユニット
を示す正面側斜視図および背面側斜視図である。

【図２】本発明による冷却ファン装置のステータユニッ
トを示す正面図および背面図である。

【図３】本発明の冷却ファン装置の断面図である。

【図４】本発明の冷却ファン装置の他の例によるロータ
ユニットを示す断面図および正面図である。

【図５】本発明の冷却ファン装置のさらに他の例による
ロータユニットを示す断面図である。

【図６】本発明の冷却ファン装置のさらに他の例による
ロータユニットを示す断面図である。

【図７】本発明の冷却ファン装置のさらに他の例による
ロータユニットを示す断面図である。

【図８】温度上昇の具体的測定を行った電気機器の例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１００……ステータユニット、１１０……ハウジングフ
レーム、１２０……ベアリングホルダ、１３０……電機
子コア、１４０……電機子巻き線、１５０……配線基
板、１６０……コネクタ、１７０……ケーブル、１８０
Ａ、１８０Ｂ、１８０Ｃ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３５０
Ｃ……開口部、２００Ａ、２００Ｂ……ボールベアリン
グ、３００……ロータユニット、３１０……ロータフレ
ーム、３１２……閉塞板、３２０……ファンブレード、
３３０……マグネット、３４０……回転軸、４００……
遮蔽体。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングフレームの軸芯部にベアリン
   グホルダを突設するとともに、前記ベアリングホルダの
   外周に電機子のコアと巻き線とを組み付け、前記ハウジ
   ングフレームにドライブ用配線基板を装着したステータ
   ユニットと、 前記電機子に臨むマグネットが内周に配置された円筒状
   のロータフレームと、前記ロータフレームの軸芯方向で
   前記ハウジングフレームとは反対側の端部に設けられ、
   前記電機子及びマグネットが配置されるスペースを閉塞
   する閉塞板と、前記閉塞板の軸芯部に突設された回転軸
   と、ロータフレームの外周に設けられた複数のファンブ
   レードを備えたロータユニットとを有し、 前記ステータユニットのベアリングホルダにベアリング
   を介して前記ロータユニットの回転軸を組み付けて構成
   される冷却ファン装置において、 前記ハウジングフレームおよび前記ロータフレームの閉
   塞板に、前記電機子及びマグネットが配置されるスペー
   スにそれぞれ連通する開口部を形成した、 ことを特徴とする冷却ファン装置。
2. 【請求項２】 前記ハウジングフレームが電子機器の筐
   体ケースに組み込まれる吐き出し型ファン装置であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷却ファン装置。
3. 【請求項３】 前記各開口部は前記ベアリングホルダの
   半径方向外側に設けられ、前記回転軸に対して周回り方
   向に間欠的に円弧状に形成されていることを特徴とする
   請求項１記載の冷却ファン装置。
4. 【請求項４】 前記回転軸と、前記ベアリングと、前記
   ベアリングホルダとは、密閉構造で組み付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却ファン装置。
5. 【請求項５】 前記回転軸が突設された方向とは逆向き
   で閉塞板と所定の間隔を有する位置に、前記ファンブレ
   ードで生じる気流の流れを遮って前記閉塞板に臨む領域
   に負圧を生じさせる遮蔽体を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の冷却ファン装置。
6. 【請求項６】 前記遮蔽体は、前記ロータフレームの外
   径より大きい径を有する円板形状に形成されていること
   を特徴とする請求項５記載の冷却ファン装置。
7. 【請求項７】 前記遮蔽体は、前記ロータフレームの外
   径より大きい径を有し、ロータフレームと反対側の面が
   略半球状に形成されていることを特徴とする請求項５記
   載の冷却ファン装置。
8. 【請求項８】 前記遮蔽体は、前記ロータユニットの閉
   塞板に一体形成したことを特徴とする請求項５記載の冷
   却ファン装置。
9. 【請求項９】 前記ロータユニットの回転軸を、該回転
   軸が突設された方向とは逆向きで前記閉塞板の外部に突
   出させ、この突出端部に前記遮蔽体を装着したことを特
   徴とする請求項５記載の冷却ファン装置。
10. 【請求項１０】 前記ハウジングフレーム側に前記遮蔽
    体の支持部材を設け、この支持部材に前記遮蔽体を装着
    したことを特徴とする請求項５記載の冷却ファン装置。