(57)【要約】ファンは、ハブと、ハブの内側に設けられたステータコイルとを有している。ハブの周囲には、第１のブレードが配置されている。ハブの内側には、第２のブレードが配置されている。ハブの面を貫通するように、開口が設けられている。ファンが動作すると、気流が開口を通過して第２のブレードに捕捉され、ステータコイルを通過するように送り出され、ステータコイルの冷却が行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のファンブレードが周囲に配置されたハブと、
磁石部品を支持するヨークであって、前記ハブの内側に固定して配置されたヨークと、
前記ヨークの内側に配置されたステータと、
前記ハブの内面に配置された複数の第２のファンブレードと、
前記ヨークの吸気対向面であって、当該面を貫通する複数の開口を有する吸気対向面と、
前記ハブの吸気対向面であって、軸方向の吸気流を受け入れるための当該面を貫通する少なくとも一つの開口を有する吸気対向面と
を備え、
前記ヨークが、回転軸を中心として回転可能に軸方向に支持されているファンモータユニット。
【請求項２】
前記ヨークの前記開口は、穴形状の開口であることを特徴とする請求項１に記載のファン。
【請求項３】
前記ヨークの前記開口は、スロット状の開口であることを特徴とする請求項１に記載のファン。
【請求項４】
前記ヨークの前記開口は、互いに重なり合ったスロット状の開口であることを特徴とする請求項１に記載のファン。
【請求項５】
前記ヨークの前記開口は、半径方向に向かって延在する開口であることを特徴とする請求項１に記載のファン。
【請求項６】
第１のファンブレードが取り付けられたハブと、
前記ハブの吸気対向面であって、当該面を貫通する開口を有する吸気対向面と、
前記ハブの内面に配置された第２のファンブレードと
を備え、
前記第１のファンブレードの回転により軸方向の吸気流が生じ、前記軸方向の吸気流の一部が前記開口を通過して前記第２のファンブレードに捕捉され、
前記第２のファンブレードが半径方向のブレードであることを特徴とするファンモータユニット。
【請求項７】
第１のファンブレードが取り付けられたハブと、
前記ハブの吸気対向面であって、当該面を貫通する一以上の開口を有する吸気対向面と、
前記ハブの内面に配置された第２のファンブレードと、
前記ハブの回転軸と同軸に設けられ、前記ハブの内側に配置され、上面に開口を有するヨークと
を備え、
前記第１のファンブレードの回転により軸方向の吸気流が生じ、前記軸方向の吸気流の一部が前記ハブの前記一以上の開口を通過し、
前記第２のファンブレードが前記軸方向の吸気流の少なくとも一部を、前記ヨークの前記開口に導くことを特徴とするファンモータユニット。
【請求項８】
駆動装置と、
前記駆動装置と連結され、軸方向に配置されたハブ部材と、
前記ハブ部材に動作可能に連結された複数の主ブレード部材であって、吸気口において流れを捕捉し、捕捉した流れを排出口から送り出す主ブレード部材と、
前記ハブ部材の前面領域に設けられた開口領域と、
前記開口領域の周囲に配置された複数の副ブレードであって、前記前面領域の前記開口領域を介して流れを捕捉し、当該流れを前記駆動装置の一部に遠心式に送り出して熱エネルギーを除去する副ブレードと
を備えたことを特徴とするファンアセンブリ。
【請求項９】
前記駆動装置の前記一部がステータコイルを含むことを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記前面領域が前記ハブ部材の前面であることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記前面領域が、前記軸方向に対して直交していることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
ヨークと、前記ヨークの内側に配置されたステータコイルとを有するモータであって、前記ヨークが前記ステータコイルを通る軸を中心として回転可能に支持され、前記ヨークが当該ヨークを貫通する開口を有し、当該開口を介して前記ステータコイルの部分が露出しているモータと、
前記ヨークに固定して配置されたハブであって、軸方向の気流の成分を生成する第１の手段と、前記軸方向の気流の一部を捕捉し、前記軸方向の気流の前記捕捉した部分を前記ヨークの前記開口に導き、前記ステータコイルを通る気流を生じさせる第２の手段とを有するハブと
を備えたことを特徴とするファンアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の手段は前記ハブの周囲に配置されたファンブレードであることを特徴とする請求項１２に記載のファンアセンブリ。
【請求項１４】
前記ハブは、前記軸方向の気流成分に対向する吸気対向面を貫通する開口を有し、前記第２の手段は前記吸気対向面とは反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のファンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願の相互参照）
本出願は、２００５年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／７５５，７４６号に基づく優先権を主張するものであり、その内容は全て、ここに参照により組み入れられる。
【０００２】
本発明は、広くは冷却ファンに関し、より具体的には、冷却ファンのモータ構成要素であるステータコイルを冷却するよう構成されたファンに関する。
【背景技術】
【０００３】
図７は、従来の冷却ファンの構成要素の分解断面図を示す。図には、ステータが取り付けられた冷却ファンハウジング（図示せず）の一部であるベース７０２を示す。一般に、ベース７０２は、モータの動作を制御する電子部品のための小さなプリント回路基板を有している。このプリント回路基板から、外部電源及びコンピュータとの接続のため、電力線及び制御線（図示せず）が引かれている。ステータアセンブリは、ベアリングライナ７０６に巻き付けられた、個別に励磁される幾つかのコイルを含むステータコイル７０４を有している。ステータコイル７０４の周囲には、ロータアセンブリが配置されている。該ロータアセンブリは、ステータコイル７０４の周囲にはめ込まれたカップ形状のヨーク７０８を有している。ヨーク７０８の内部には、シャフト７１０が軸方向に接続されている。ヨーク７０８の内周に沿って複数の永久磁石７１２が固定されている。ヨーク７０８がステータアセンブリに取り付けられる際には、シャフト７１０がベアリングライナ７０６の内部に収容され、永久磁石７１２がステータコイル７０４の周囲に配置される。シャフト７１０は、ベアリングライナ７０６の底の近傍の軸受面に載置される。ハブ７１６とハブに取り付けられた複数のファンブレード７１８とを有するインペラ７１４は、ヨーク７０８の外側にはめ込まれ、ヨーク７０８と接続されている。
【０００４】
ロータアセンブリの回転により、ステータコイル７０４の各コイルの励磁と非励磁が好ましいタイミングで生じる。一般に、ファンブレード７１８は、結果として生じる気流が、ロータアセンブリに向かい（吸気流）、ステータアセンブリから遠ざかる（排気流）ように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータは、基本的に、ステータコイル７０４と永久磁石７１２とを有している。モータのステータコイルに絶え間なく流れる電流のために、冷却ファンモータのステータコイルは非常に熱くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態は、ファンの第１のブレードに加えて、ファンのハブの内側に配置された第２のブレードを有する。第２のブレードは、ステータのヨークに設けられた開口を介して空気を送り出す。ステータを通る気流により、ステータコイルが大幅に冷却され、これにより、モータがより高速で且つ高いトルクレベルで動作することが可能になる。第２のブレードは、所望の冷却レベルを達成するように構成することができる。実験結果では、５℃から４０℃の範囲に亘る大幅な温度低下が示された。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１及び図２は、本発明の実施の形態におけるインペラ１１４の基本的な構成要素を示す。インペラ１１４は、ファンブレード１１８が取り付けられたハブ１１６を有している。これらのファンブレード１１８は、識別のため、第１のブレードと称される。インペラ１１４が動作するとき、吸気流の方向は、ハブ１１６の吸気対向面１２０に向かう方向である。第１のブレード１１８は、吸気流の一部を捕捉し（capture）軸方向に第１の流れの成分１Ａを生成し、この第１の流れの成分１Ａはハブ１１６の周囲を流れる。そのため、第１のブレード１１８は、軸方向ブレードとも称される。
【０００８】
図１〜３を参照すると、ハブ１１６の吸気対向面を貫通するように、開口１２２が設けられている。ハブが開口１２２を有することにより、吸気流の第２の流れの成分１Ｂが生成される。ハブ１１６の内部には、一組の第２のブレード２１８が設けられている。本発明の本実施の形態では、第２のブレード２１８は、吸気対向面１２０と反対側の内面３２０に配置されている。後で詳細に説明するように、第２の流れの成分１Ｂは、第２のブレード２１８によって捕捉され、ハブ１１６の内部の空間において半径方向に送り出される。そのため、第２のブレード２１８は、半径方向ブレードとも称される。図示の第２のブレード２１８は、概略的に示されている。第２のブレード２１８の実際の形状、大きさ、数などは、ファンの構成要素の具体的な寸法に合うように最適化することができる。また、第２のブレード２１８としては、適切な如何なる材料を用いてもよく、第１のブレード１１８の材料と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。
【０００９】
図４は、インペラ１１４とモータサブアセンブリとを有する、本発明の実施の形態によるアセンブリを示す。本実施の形態では、ブラシレスＤＣモータを示すが、他のモータ装置を用いてもよいことは理解されるであろう。該モータサブアセンブリは、ヨーク４０８と、ヨークの内側に固定して配置された環状のマグネット４１２とを有するロータ構成要素を備えている。該モータサブアセンブリは、さらに、固定された位置に保持されたステータコイル４０４を有するステータ構成要素を備えている。一般に、ステータコイル４０４は、ファンのハウジングの一部に固定されている。
【００１０】
ロータ構成要素は、インペラ１１４のハブ１１６の内側の空間内に固定されている。このインペラとロータ構成要素とを組み合わせたものは、ファンロータ、ロータアセンブリ、又は単にロータと様々に称される。ヨーク４０８は、ロータアセンブリを回転可能に支持するシャフト４１０（すなわちアクスル）を有している。シャフト４１０は、ファンの動作時においてロータアセンブリが回転する回転軸として機能する。
【００１１】
上述したように、ファンの動作時に生じる気流は、開口１２２を通過する第２の流れの成分１Ｂを有している。図４から分かるように、第２のブレード２１８は、ファンの動作中のハブ１１６の回転に伴って回転する。第２の流れの成分１Ｂは、回転する第２のブレード２１８によって捕捉され、ハブ１１６の内側の空間内に半径方向に送られる。半径方向に送られた気流（矢印で示す）は、内側にステータヨーク４０４が配置されたヨーク４０８に形成された開口４２８によりヨークの内側に導かれる。その結果、ステータコイル４０４を通過する気流が生じ、ファンの動作時にコイルに流れる電流によって生じる熱を奪う。ファンが動作している限り、第２のブレード２１８は吸気流の一部を捕捉してヨーク４０８の開口を介して送り続け、これにより連続的な冷却効果が得られる。
【００１２】
ステータコイルは主要な熱源の一つであるが、ファンのベース（例えば図７の符号７０２）に通常設けられているプリント回路基板も、熱を発生する電子部品を一般に含むことが知られている。ステータコイルを通過する気流は、プリント回路基板とその周囲も通過し、これによりプリント回路基板で発生した熱の幾分かを奪うことが理解されるであろう。概して、ヨーク４０８の内側で蓄積される熱の大部分は、その熱源に関わらず、本発明の第２のブレード２１８により生じる気流によって奪われる。
【００１３】
従来の冷却技術は、単に、ハブに開口を設け、ヨークに開口を設けたものである。ステータコイルを通過する気流は、第１のブレードにより生じる流れによって生成される。しかしながら、第１のブレードにより生じる流れの多くは、第１のブレードを通過するように進む。ハブの開口及びヨークの開口を通る流れの成分は、比較的少ない。これに対し、本発明において設けられる第２のブレードは、ステータコイルを通過する気流を非常に多く生じさせるため、冷却効果が大幅に向上する。その結果、コイルに流れる電流の増加によって生じた熱の増加分を放散することができるため、モータをより高速で且つより高いトルクレベルで動作させることができる。
【００１４】
第２のブレード２１８により得られる冷却効果の程度を変化させることが望ましい場合もあろう。例えば、動作時に熱くなるファンモータが、より冷却を必要とすることは言うまでもないが、比較的発熱の少ないファンモータは、あまり冷却を必要としないであろう。冷却の程度は、モータ及び電子部品を通過する気流の流量を変化させることによって変化する。主な設計パラメータとしては、ブレードのキャンバ角、ブレードの食い違い角、ブレードの翼弦及びブレードの数がある。
【００１５】
本発明によるファンの構成例を、図５に示す。このタイプのファンは、デスクトップパーソナルコンピュータやネットワークスイッチング機器などのコンピュータ機器、及び、コピー機、オーバーヘッドプロジェクタ装置などの他の電子機器に一般に用いられる。本発明によるファンは、大概、十分な熱放散が重要とされる電子機器の用途に容易に適用できることが理解されるであろう。
【００１６】
図５を参照すると、ハウジング５０２は、ファンの構成要素を収容するものである。ここでは図示されていないが、図４に示したステータコイル４０４は、一般に、ハウジングから延在する支柱（図５では、ハウジング５０２の底からであれば見られるであろう）に取り付けられている。ハブ１１６（及びそのファンブレード１１８）は、ハウジング５０２の内側にはめ込まれている。図５には、ハブ１１６の吸気対向面を貫通する開口１２２が示されている。ヨーク４０８の一部は開口１２２を介して外部に露出されている。破線で示す開口４２８は、ヨーク４０８を貫通するように設けられており、これによりヨークの内部への気流の経路が形成されている。図５では、ヨーク４０８の開口４２８を円形状に示している。しかしながら、例えば図６（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、他の形状の開口も可能である。本発明においてハブ１１６の内部に配置された第２のブレード２１８のうちの幾つかが図示されている（破線を参照）。
【００１７】
図６（Ａ）〜（Ｅ）は、ヨークの開口の種々の平面形状を示す。図は、ヨークの吸気対向面を見下ろす上面図である。図５に示した円形の開口の他に、スロット状の開口であっても良い（図６（Ａ））。各スロットは、図６（Ｂ）に示すように互いに重なり合っていても良い。開口は、円弧状のスロット（図６（Ｃ））、矩形状のスロット（図６（Ａ）及び（Ｄ））などであっても良い。図６（Ｄ）は、ヨークにおいて半径方向に設けられた開口を示す。スロットは、例えば、ヨークの中心に対して放射状に配置することができる。開口は、図６（Ｅ）に示したパイ状の開口のような大きな開口であってもよい。
【００１８】
ここで説明した例及び実施の形態は、説明のみを目的としたものであり、当業者であれば、これらに照らして種々の改良や変形が可能であり、それらも本願の趣旨及び範囲並びに添付の特許請求の範囲内に含まれることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるインペラの実施の形態を示す。
【図２】本発明によるインペラの実施の形態を示す。
【図３】本発明によるハブの実施の形態の概略断面図を示す。
【図４】本発明によるファンアセンブリの実施の形態の概略断面図を示す。
【図５】本発明によるファンの実施の形態の斜視図あって、当該ファンのヨークに形成された開口を示す。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｆ）は、本発明によるヨークの開口の種々の構成を示す。
【図７】従来の冷却ファンの構成要素の分解図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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