(57)【要約】【課題】  携帯可能な電子機器を冷却するための小型高性能遠心ファンを実現する。【解決手段】  回転軸方向の一方の端部に軸方向の気流を阻止する壁面が形成された下端壁構成部２，１２を有し、回転軸方向の他方の端部に開口部９を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラ１であって、該インペラ翼３の外周部直径２ｒを、インペラ１の回転軸方向の長さｈより小さくする。これによりインペラ開口部９から吸引された気流がインペラ翼３の外周方向に押し出される際、インペラ他端部の壁面上における風損を低下させることができ、モータ性能に対応した高効率の冷却性能を実現している。【選択図】        図２
2004332724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備え、回転すると前記インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっており、該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、
２ｒ≦ｈ
であり、且つ
ｒ≦１２．５ｍｍ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項２】
携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備え、回転すると前記インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっており、該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータαに対して
２πｒｈ＝απｒ2 
４≦α≦４０
であり、且つ
ｒ≦１２．５ｍｍ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項３】
携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備え、回転すると前記インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっており、該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータαに対して
２πｒｈ＝απｒ2 
５≦α≦３５
であり、且つ
ｒ≦１２．５ｍｍ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項４】
携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備え、回転すると前記インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっており、該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈ、前記インペラ翼の翼の枚数をＺ、翼の厚さをｄとすると、パラメータβに対して
２πｒεｈ＝βπｒ2 
３≦β≦３０
ここでε＝ （２πｒ−Ｚｄ）／２πｒ
であり、且つ
２ｒ≦ｈ
ｒ≦１２．５ｍｍ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項５】
請求項１〜４に記載したファンインペラにおいて、
ｒ＜５ｍｍ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項６】
請求項１〜５に記載したファンインペラと、当該ファンインペラの前記回転力伝達部に、その回転部が連結されたモータ部とを有するファンモータ。
【請求項７】
請求項６に記載したファンモータにおいて、前記モータ部および前記ファンインペラの全体の軸方向長さをｋとすると、
ｋ＜１００ｍｍ
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項８】
請求項６に記載したファンモータにおいて、前記モータ部および前記ファンインペラの全体の軸方向長さをｋとすると、
ｋ＜７０ｍｍ
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項９】
請求項６〜８に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部を有し、該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
１．５＜ｈ／ｍ＜３．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項１０】
請求項６〜８に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部を有し、該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
１．０＜ｈ／ｍ＜４．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項１１】
請求項６〜８に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部を有し、該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
０．５＜ｈ／ｍ＜５．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項１２】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸方向に配置された一対の軸受部を有し、
前記固定部にはステータを含み、
前記一対の軸受部は該ステータを回転軸線方向において挟み込む位置に配置されていることを特徴とするファンモータ。
【請求項１３】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸受部を有し、
前記ファンインペラの前記下端壁構成部のモータ部側壁面および／またはこれに繋がる部位は前記軸受部に直接または軸受ホルダーを介して固定されることを特徴とするファンモータ。
【請求項１４】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸受部を有し、
前記ファンインペラの前記下端壁構成部が、前記モータ部の上壁面の一部を同時に構成することを特徴とするファンモータ。
【請求項１５】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部を有し、
前記固定部はシャフトを含み、該シャフトには前記一対の軸受部のそれぞれの内輪が固定され、
前記回転部はロータホルダを含み、該ロータホルダには前記一対の軸受部のそれぞれの外輪が固定されることを特徴とするファンモータ。
【請求項１６】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、
前記回転部はロータホルダを含み、前記回転力伝達部が前記ロータホルダの外周面を被覆する態様で固定されることを特徴とするファンモータ。
【請求項１７】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、
前記回転力伝達部が前記回転部の周辺外周面を被覆することを特徴とするファンモータ。
【請求項１８】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、
前記回転部は磁性体のロータホルダを含み、該ロータホルダ内周面にはロータマグネットが密着固定され、
前記回転力伝達部が前記回転部の周辺外周面を被覆することを特徴とするファンモータ。
【請求項１９】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する滑り軸受部または流体動圧軸受部を有し、
該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
１．５＜ｈ／ｍ＜３．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項２０】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する滑り軸受部または流体動圧軸受部を有し、
該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
１．０＜ｈ／ｍ＜４．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項２１】
請求項６〜１１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する滑り軸受部または流体動圧軸受部を有し、
該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、
０．５＜ｈ／ｍ＜５．０
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項２２】
請求項６〜８または請求項１９〜２１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する滑り軸受部または流体動圧軸受部を有し、
前記固定部はステータを含み、
前記滑り軸受部または流体動圧軸受部は軸線方向両端部が、該ステータの軸線方向両端部より回転軸方向外側に配置されていることを特徴とするファンモータ。
【請求項２３】
請求項６〜８または請求項１９〜２１に記載したファンモータであって、
前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、
前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、
前記固定部はブラケットとステータを含み、
前記回転部は、シャフトと、前記インペラの前記下端壁構成部を兼ねる形で一体に構成されており該シャフトの一端が固定されたシャフト保持部と、該シャフト保持部の外径端部に一体的にまたは接着あるいは圧接ないしは溶接により固定されたロータホルダと、該ロータホルダの内周側に固定保持されたロータマグネットとを有し、
該ロータマグネット内周側が前記ステータの外周側に微小間隙を介して径方向に対向する構造を有していることを特徴とするファンモータ。
【請求項２４】
請求項１〜５に記載したファンインペラまたは請求項６〜２３に記載したファンモータに使用するファンインペラであって、前記インペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部の一部または全部が円弧形状またはこれに近似する曲線形状で面取りされていることを特徴とするファンインペラ。
【請求項２５】
請求項１〜５または請求項２４に記載したファンインペラまたは請求項６〜２３に記載したファンモータに使用するファンインペラであって、該ファンインペラが液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部が構成されていることを特徴とするファンインペラ。
【請求項２６】
請求項１〜５または請求項２４に記載したファンインペラを有するファンモータまたは請求項６〜２３に記載したファンモータであって、該ファンインペラが液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部が構成されていることを特徴とするファンモータ。
【請求項２７】
請求項６〜２３および２６に記載したファンモータであって、前記モータの回転数をｎとすると、
ｎ≧５０００ｒｐｍ
であることを特徴とするファンモータ。
【請求項２８】
請求項６〜２３および２６に記載したファンモータであって、前記モータの回転数をｎとすると、
ｎ≧１００００ｒｐｍ
であることを特徴とするファンモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる冷却用ファンモータおよびインペラに関し、特に、高静圧および高風量が要求されるファンモータおよびこれに使用する片持ち型インペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に従来の遠心ファンモータの平面図を、図９に図８のＸ1−Ｏ1−Ｙ1−Ｚ1線に関する縦断面図を示す。この遠心ファンモータは、回転駆動力を生み出すモータ部１０４、気流を生み出すインペラ部１０１，およびハウジング１０６により構成される。なお、この遠心ファンモータは、図８のＯ1を回転軸としている。
インペラ部１０１は、モータ部１０４の外周側に配置され、下端壁１０２と翼１０３により構成されている。下端壁１０２は、モータ部１０４の軸方向下部の回りに配置された環状の板部材であり、軸方方向に平面が向いている。翼１０３は、下端壁１０２の外周側部分に下端が固定されている。翼１０３は下端壁１０２にのみ支持される、いわゆる片持ち構造を有している。モータ部１０４の正回転に伴い、翼１０３は矢印Ｂ1の方向の気流を生みだす。この気流に引き込まれる形で、吸気口１０８から吸気流が矢印Ａ1の方向に生じ、他方この気流Ｂ1に押し出される形で、排気流が矢印Ｃ1の方向で生じる。
そして翼１０３の外形部直径を２ｒ1、軸線方向の長さをｈ1とすると、従来の電子機器等の冷却用に使用される遠心ファンのインペラ部１０１の形状は、翼直径２ｒ1をその長さｈ1に対して大きくする傾向にあった。これは、軸方向の省スペース化が目的であるが、更に翼１０３の回転周速向上による排気流Ｃ1の風量および静圧の向上をも目的としていたからである。従って本発明に直接関連する電子機器等の冷却用途における片持ちインペラを有する従来の遠心ファンでは、そのインペラは、ｈ1≦２ｒ1の関係を有する薄型形状であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる従来の遠心ファンでは、図９に示す吸気流Ａ1が気流Ｂ1を押し下げることから、気流Ｂ1は下端壁１０２にぶつかり、壁面との間で大きな風損が生じている。なぜなら、インペラ部１０１の回転軸上の風速分布を考えると、吸入されるインペラ内気流の風速は、インペラ下端壁１０２の上面で最大になっていることが予想されるからである。この風損のため、ファンの流量は減少し、このファンモータが本来有する性能に比較して、それ以下の冷却効率しか実現できなかった。
一方近年、電子機器の超小型化・携帯化が進み、携帯電話やモバイル用パーソナルコンピュータ等その他装置は一層の小型化が要請されてきている。その反面、電子回路の集積度は向上し、処理スピードも増大していることから、LSIチップおよび内蔵電子回路部の総発熱量は増加傾向にあり、より小型で冷却効率の高いファンモータが求められていた。
そこで本発明の目的は、例えば携帯電話等の超小型装置にも対応可能な超小型・高冷却効率のファンモータおよびこれに使用するインペラを提供することである。また本発明の他の目的は、最少の吸込み口面積で最大の冷却効果を上げるファンモータおよびこれに使用するインペラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる目的を達成するために、本発明に係るファンインペラは、携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備えている。ファンインペラが回転すると、前記インペラ翼の上端側の開口部から、軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっている。該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、２ｒ≦ｈであり且つｒ＜１２．５ｍｍであることを特徴としている。このファンインペラでは、モータ部から回転力伝達部に駆動力が入力されると、回転力伝達部とともに下端壁構成部とインペラ翼が回転する。すると、インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が下端壁構成部の回転軸方向と垂直な壁面に向かって流れ、次に気流は壁面に衝突して向きを変更する。２ｒ≦ｈであるため、従来の遠心ファンに比べて、下端壁構成部の壁面での風損が低下し、冷却効率が向上する。
【０００５】
また本発明に係るファンインペラは、携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備えている。ファンインペラが回転すると、前記インペラ翼の上端側の開口部から、軸方向の気流が下端壁構成部の回転軸方向と垂直な壁面に向かって流れるようになっている。該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータαに対して
２πｒｈ＝απｒ2
４≦α≦４０
であり且つｒ≦１２．５ｍｍであることを特徴としている。４≦αであるから、下端壁構成部の壁面では十分な気流流速のさらなる低下が生じている。従って下端壁構成部の壁面での風損は、一層低減可能であり、より効率の良い遠心ファンが実現できる。また、α≦４０であるから、インペラ形状が軸線方向に十分に短くなり、片持ち型であっても振れの少ない安定な回転を実現することができる。
【０００６】
更に本発明に係るファンインペラは、携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備えている。ファンインペラが、回転すると前記インペラ翼の上端側の開口部から軸方向の気流が下端壁構成部の回転軸方向と垂直な壁面に向かって流れるようになっている。該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータαに対して
２πｒｈ＝απｒ2
５≦α≦３５
であり且つｒ≦１２．５ｍｍであることを特徴としている。５≦αであるから、下端壁構成部の壁面では十分な気流流速の低下が生じている。従って下端壁構成部の壁面での風損は、一層低減可能であり、より効率の良い遠心ファンが実現できる。また、α≦３５であるから、インペラ形状が軸線方向に対して十分に短くなり、片持ち型でも振れの少ないより安定な回転を実現することが可能になる。
【０００７】
加えて本発明に係るファンインペラは、携帯可能な電子機器または小型の装置を冷却するための遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、モータ部からの駆動力が入力される回転力伝達部と、前記回転力伝達部に対応して固定された回転軸方向と垂直な壁面を構成する下端壁構成部と、前記下端壁構成部の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼とを備えている。ファンインペラが回転すると、前記インペラ翼の上端側の開口部から、軸方向の気流が前記壁面に向かって流れるようになっている。該インペラ翼の外周部直径を２ｒ、回転軸方向の長さをｈ、インペラ翼枚数をＺ、翼の厚さをｄとすると、パラメータβに対して
２πｒεｈ＝βπｒ2
３≦β≦３０
ここでε＝（２πｒ−Ｚｄ）／２πｒ
であり且つ２ｒ≦ｈ、ｒ≦１２．５ｍｍであることを特徴としている。３≦βであるから、下端壁構成部の壁面では十分な気流流速の低下が生じている。従って下端壁構成部の壁面での風損は、一層低減可能であり、インペラ翼外周直径２ｒが小さくてインペラ翼の円筒面断面積の総和が無視できない場合であっても、効率の良い遠心ファンが実現できる。また、β≦３０であるから、インペラ形状が軸線方向に十分に短くなり、特に片持ち型であっても振れの少ない安定な回転を実現することができる。
【０００８】
また本発明では、上記片持ち型インペラの直径２ｒが１２．５ｍｍ以下であることが望ましい。更により好ましくはｒが５ｍｍ以下であることが望ましい。このファンインペラは、携帯可能な電子機器に内蔵する必要があるからである。
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータを構成している。
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータにおいて、モータおよびインペラの全体の軸方向長さをｋとすると、ｋ＜１００ｍｍであることを特徴としている。加えて好ましくは、ｋ＜７０ｍｍであることが望ましい。このファンインペラは、携帯可能な電子機器等に内蔵する必要があるからである。
そして本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部または滑り軸受若しくは流体動圧軸受を有し、該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、０．５ｍ＜ｈであることを特徴としている。ｈが０．５ｍより大きくなっているため、気流が下端壁構成部の壁面にぶつかる際に生じるロス（風損）を抑えることができる。その結果、効率の高いファンモータを実現できる。また本発明では、より望ましくは、ｈがｍより大きくなり、更に望ましくは、ｈが１．５ｍより大きくなっている。この場合はインペラ長が一層長くなっているため、気流が下端壁構成部の壁面にぶつかる際に生じる風損を一層抑えることができる。
【０００９】
更に本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部または滑り軸受若しくは流体動圧軸受を有し、該軸受部の軸線方向両端部間の長さをｍとすると、ｍ＞ｈ／５であることを特徴としている。ｍがｈ／５より大きくなっているため、いわゆる軸受スパンが大きくなり片持ち型インペラの回転をモータ側で確実に保持することが可能となる。その結果ファンインペラの回転安定性が向上し、片持ち型インペラ先端部の振動によるロスを最小限に抑えることができる。その結果、効率の高いファンモータを実現できる。加えて本発明では、より望ましくは、ｍがｈ／４より大きくなっており、更に望ましくは、ｍがｈ／３より大きくなっている。これにより軸受スパンは一層大きくなり、片持ち型インペラの回転を一層安定に保持できることになる。
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸方向に配置された一対の軸受部を有し、前記固定部にはステータを含み、前記一対の軸受部は該ステータを回転軸線方向において挟み込む位置に配置されていることを特徴としている。一対の軸受部がステータの軸線方向両側に配置されているため、結果的に軸受スパンをモータの回転軸方向の最大幅に近い幅まで拡大することが可能となる。その結果モータの負荷である片持ち型インペラの回転振れを安定に保持することが可能となり、振動によるロスが少なく効率の良いファンモータを実現することができる。
【００１０】
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する滑り軸受部または流体動圧軸受部を有し、前記固定部にはステータを含み、前記滑り軸受部または流体動圧軸受部は軸線方向両端部が、該ステータの軸線方向両端部より回転軸方向外側に配置されていることを特徴としている。前記滑り軸受部または流体動圧軸受部は軸線方向両端部が、該ステータの軸線方向両端部より回転軸方向外側に配置されているため、結果的に軸受スパンをモータの回転軸方向の最大幅に近い幅まで拡大することが可能となる。その結果モータの負荷である片持ち型インペラの回転振れを安定に保持することが可能となり、振動によるロスが少なく効率の良いファンモータを実現することができる。
加えて本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸受部を有し、前記ファンインペラの回転軸方向の前記端面のモータ側壁面および／またはこれに繋がる部位は前記軸受部に直接または軸受ホルダーを介して固定されることを特徴としている。このため、ファンモータが軸線方向に小型化されている。
【００１１】
そして本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する軸受部を有し、前記ファンインペラの前記下端壁構成部が、前記モータ部の上壁面の一部を同時に構成することを特徴としている。インペラ部とモータ部の境界にある壁が共通であるため、部品点数が少なくなるとともに、ファンモータが軸線方向に小型化される。その結果、部材費および製造費の小さい小型のファンモータを実現できる。
更に本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された一対の軸受部を有し、前記固定部はシャフトを含み、該シャフトには前記一対の軸受部のそれぞれの内輪が固定され、前記回転部はロータホルダを含み、該ロータホルダには前記一対の軸受部のそれぞれの外輪が固定されることを特徴とする。軸受の外輪がロータホルダに固定され内輪がシャフトに固定されているため、回転部の支持が安定する。
【００１２】
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、前記回転部はロータホルダを含み、前記回転力伝達部が前記ロータホルダの周面を被覆する態様で固定されていることを特徴とする。このようにファンインペラの回転力伝達部が、ロータホルダに対してその密着面積を大きくしているため、ロータホルダ内周面に固定配置されたロータマグネットから生じるモータ回転駆動力がインペラ部に直接伝わり、その結果、ファンインペラの回転時の安定性がより向上し、振動によるロスが低減する。
加えて本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、前記回転力伝達部が前記回転部の周辺外周面を被覆することを特徴としている。このようにファンインペラの回転力伝達部が、ロータホルダに対してその密着面積を一層大きくしているため、ロータホルダ内周面に固定配置されたロータマグネットから生じるモータ回転駆動力がインペラ部に直接伝わり、その結果、ファンインペラの回転時の安定性がより一層向上し、その結果、振動によるロスが低減する。
【００１３】
そして本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、前記回転部は磁性体のロータホルダを含み、前記ロータホルダ内周面にはロータマグネットが密着固定され、前記回転力伝達部が前記回転部の周辺外周面を被覆する態様で固定されることを特徴としている。このようにファンインペラの回転力伝達部がロータホルダに対してその密着面積を一層大きくしていることに加えて、磁性体のロータホルダにより補強されていることにより、ロータホルダ内周面に固定配置されたロータマグネットから生じるモータ回転駆動力がインペラ部により直接的伝わり、その結果、ファンインペラの回転時の安定性がより一層向上し、振動によるロスが一層低減される。
また本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、前記固定部はブラケットとステータを含み、前記回転部は、シャフトと、該シャフトの一端が固定されたシャフト保持部と、該シャフト保持部の外径端部に一体的にまたは接着あるいは圧接ないしは溶接により固定されたロータホルダと、該ロータホルダの内周側に固定保持されたロータマグネットとを有し、該ロータマグネット内周側が前記ステータの外周側に微小間隙を介して径方向に対向する構造を有していることを特徴としている。これにより、いわゆるシャフト回転のモータにより片持ち型インペラを効率良く保持し、より簡便なファンモータ構造を実現している。
【００１４】
加えて本発明では、これらの片持ち型インペラを有するファンモータであって、前記モータ部は回転部と固定部とにより構成され、前記回転部と前記固定部とを回転自在に保持する回転軸方向に配置された軸受部を有し、前記固定部はブラケットとステータを含み、前記回転部はシャフトと、該シャフトの一端が固定されたシャフト保持部と、該シャフト保持部の外径端部に一体的にまたは接着あるいは圧接ないしは溶接により固定されたロータホルダと、該ロータホルダの内周側に固定保持されたロータマグネットとを有し、該ロータマグネット内周側が前記ステータの外周側に微小間隙を介して径方向に対向する構造を有し、前記モータ軸保持部は前記インペラの前記下端壁構成部を兼ねる形で一体に構成されていることを特徴としている。これにより、いわゆるシャフト回転のモータのロータ部の一部とインペラの一部を一体化することができ、より一層簡便なファンモータ構造を実現している。
また本発明では、これらの片持ち型インペラまたはこれらのファンモータに使用する方持ち型インペラにおいて、前記インペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部の一部または全部が円弧形状またはこれに近似する曲線形状で面取りされていることを特徴としている。インペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部に円弧状の面取りを施すことにより、インペラへの吸気流がよりスムースに流入すると同時に、不要な乱流を抑制する。その結果、冷却効率の良いファンインペラ、およびこれを用いたファンモータを実現できる。
【００１５】
更に本発明では、これらの片持ち型インペラまたはこれらのファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラが液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部が構成されているインペラまたはインペラ付きファンモータであることを特徴とする。この結果、ファンインペラは、十分な剛性と気流発生性能を確保した上で軽量化・小型化を実現できる。
また本発明では、片持ち型インペラを有するファンモータであって、前記モータの回転数をｎとすると、ｎ≧５０００ｒｐｍであること、好ましくはｎ≧１００００ｒｐｍであることを特徴としている。本発明の回転軸方向に長いファンインペラを有するファンモータでは、このように高速回転することで初めて、高静圧・高効率の冷却性能を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るファンインペラおよびファンモータでは、従来の遠心ファンに比べて軸方向に長いインペラを高速回転させることにより、下端壁構成部の壁面での風損等が低下し、従来にない高静圧のファンモータを実現できた。その結果密度の高い小型の電子機器や電子装置を従来の数倍の効率で冷却することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明の一の実施形態である遠心ファンモータの平面図を、図２に図１のＸ−Ｏ−Ｙ−Ｚ線に関する縦断面図を示す。なお、図２の上下方向が遠心ファンモータの回転軸線方向であり、以下の説明では図２に従って「上側」、「下側」を規定するが、それは説明の便宜のためであってファンモータの実際の取り付け姿勢を限定するものではない。
このファンモータは、インペラ部１，モータ部４およびハウジング６により構成される。インペラ部１とモータ部４は、ハウジング６内で、軸線方向に並んで連結されている。なお、この遠心ファンモータは、図１の０を回転軸としている。
インペラ部１の斜視図を図３に示す。この図で明らかなように、インペラ部１は、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであり、モータ部４からの駆動力が入力される回転力伝達部５と、それに固定された下端壁構成部２と、下端壁構成部２の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼３とを備えている。インペラ翼３は片持ち支持されており、具体的には、下端が下端壁構成部２に固定されているが、上端が何にも支持されていない。つまり、ここでいうインペラ翼３の「下端」、「上端」は、インペラ翼３の「固定端」、「自由端」と同義である。インペラ翼３の複数の翼の上端間には、円形の空間である開口部９が確保されている。インペラ部１が回転すると、インペラ翼３の上端側の開口部９から、軸方向の気流が下端壁構成部２の上端面に向かって流れるようになっている。下端壁構成部２は、この実施形態では回転軸方向に平面が向いた円板状の部材である。下端壁構成部２の上面は、インペラ翼３の下端側の壁面を構成し、軸方向の気流を阻止する機能を有している。図２に示す如く、インペラ翼３の上端外周部には、これらを束ねて補強する円環状連結部１０が設けられている。ハウジング６は、インペラ部１およびモータ部４の外周および下端を囲んでおり、上方の吸気口６ａと側方の排気口６ｂとを有している。また、ハウジング６の下端面にはモータ部４の固定部が固定又は一体に形成されている。
【００１８】
そして回転力伝達部５がモータ部４のロータと接続され、モータ回転に対応して軸線方向に延びるインペラ翼３の複数の翼が気流Ｂを発生することにより、送風機能を実現する。この気流Ｂは、ハウジング６の吸気口６ａおよびインペラ開口部９からの吸気流Ａを誘導し、結果的にＡ、Ｂ、Ｃの気流を発生させ、気流Ｃがハウジング６の排気口６ｂから被冷却体（図示せず）に導かれる。
本発明に係る遠心ファンモータでは、図８に示した従来の遠心ファンモータに比較して、インペラ部１のインペラ翼３の外形部直径２ｒが、インペラ部１の長さ（排気流を発生可能なインペラ翼３の軸線方向長さ、より具体的には下端壁構成部２の上面と円環状連結部１０の下面との間の部分の軸線方向長さ）ｈより長い形状を有している。加えて本発明に係るファンモータは、携帯可能な電子機器または小型の装置を高い静圧により高効率に冷却することを可能にしており、ｒ≦１２．５ｍｍであることを特徴としている。
インペラ部１の軸線方向長さｈを、インペラ翼３の外形直径２ｒに比較して長くすると、インペラ翼３による回転外周方向の気流Ｂにより生じた吸気流Ａは、インペラ部１の下端壁構成部２に到達するまでに気流Ｂにスムーズに乗り変わり、下端壁構成部２の上面での風速を低減することが可能となる。
【００１９】
インペラ部１の軸線上における気流の流速分布を考えると、ｈが長くなると、流速最大点がインペラ内部の軸線上に移動し、下端壁構成部２の上面における気流の流速が従来の遠心ファンに比べて低下し、その結果、下端壁構成部２の上面での風損が低下することが予想できる。この場合注目すべき点は、インペラ部１の軸線上における気流の流速分布において、風速最大点が軸線上のどの位置に来るかである。
電子機器を冷却するために使用する従来の遠心ファンでは、この流速最大点は現れることなく、下端壁構成部２の上端面で気流流速が最大になっていたと考えられる。これに対して、インペラ部１のインペラ翼３の外形部直径２ｒとインペラ部の長さｈとの関係を、
２ｒ≦ｈ                          （式１）
とした場合で且つファン回転数を５０００ｒｐｍ以上にした場合には、この流速最大点がインペラ内部の軸線上に現れ、下端壁構成部２の上面で気流流速は最大にならないと考えられる。その結果、従来の遠心ファンに比べて、下端壁構成部２の上面での風損が低下し、従来に比較して静圧の高い高冷却効率のファンが実現できた。特にｒ＜１２．５ｍｍの場合に、高冷却効率のファンを実現できた。
【００２０】
この風速最大点がインペラ軸線上に現れるか否か、また現れる場合には軸線上のどこに現れるかに関する一つの要素として、インペラ部の形状がある。本発明では、インペラ部１への気流流入面積（インペラ部の上端部における軸と直角な断面の断面積：πｒ2）とインペラ翼３が押し出す気流流出面積（インペラ部のインペラ翼３が気流を押し出すのに寄与する有効側面：２πｒｈ）との関係が、パラメータαに対して、
２πｒｈ＝απｒ2                 （式２）
４≦α≦４０                      （式３）
であるとき、下端壁構成部２の上面で気流流速は最大にならず、且つインペラでの空気の流れが効率良く行われることが明らかになった。これにより従来の遠心ファンに比べて風損が小さく、高効率なファンモータを実現できた。
なおα＞４０でも、下端壁構成部２の上面で気流流速は最大にならならないと考えられるが、αが大きくなるとインペラ形状が軸線方向に長くなり、片持ち型で安定な回転を実現するのは困難になる。その結果インペラの振動等による損失が増大し、結果的にファンの冷却効率を低下させる。
【００２１】
またより実用的には、
５≦α≦３５                      （式４）
であることが望ましい。
５≦αでは、流速最大点がインペラ内部の軸線上で、かつ下端壁構成部２から比較的離れた位置に現れ、これに対応して下端壁構成部２の上面では十分な気流流速の低下が生じていると考えられる。従って下端壁構成部２の上面での風損は、一層低減可能であり、より効率の良い遠心ファンが実現できた。
他方α≦３５であるから、インペラ形状が軸線方向に対して短くなり、片持ち型でより安定な回転を実現することが可能になる。これにより一層インペラ振動が低減され、より冷却効率の良いファンモータを実現できた。
以上述べたインペラ部１の気流流入面積とインペラ翼３が押し出す気流流出面積との比較は、インペラ外周側面積：２πｒｈが、インペラ翼３の軸線を中心とする円筒面断面積：ｄｈ（ここでｄは翼の厚さ）の総和：ｄｈＺ（ここでＺはインペラ翼枚数）に対して十分大きい場合に適用される。しかしインペラ翼外周直径２ｒが小さくなり、インペラ翼３の円筒面断面積の総和が無視できなくなった場合、次式の空隙率εを考慮する必要が生じる。
【００２２】
ε＝（２πｒ−Ｚｄ）／２πｒ      （式５）
即ちこの場合本発明では、インペラ翼３が押し出す気流流出実効面積は２πｒεｈとなり、パラメータβに対して、
２πｒεｈ＝βπｒ2               （式６）
３≦β≦３０                      （式７）
であるとき、下端壁構成部２の上端面で気流流速は最大にならない状態となり、より静圧の高い高冷却効率になることが明らかになった。これにより従来の遠心ファンに比べて風損が小さく、高効率なファンモータを実現できた。
ここで３≦βとしたのは、βがこの値以下では、下端壁構成部２の上面で気流流速は最大となることから、従来の遠心ファンと同様の風損を下端壁構成部２の上面で生じるため、ファンの冷却効率は低下する。他方β≦３０としたのは、βがこの値以上では、下端壁構成部２の上面で気流流速は最大にならないが、βが大きくなるとインペラ形状が軸線方向に長くなり、片持ち型で安定な回転を実現するのは困難になるため、実用上βは３０またはそれ以下が最適であることによる。
＜他の実施形態＞
次に図４に基づき、より効果的な本発明の実施形態について説明する。図４では、インペラ部１とモータ部４とが一体的に構成されたファンモータについて、その回転軸線を通る平面で切断した断面図を示している。原則として図２と同様の構成を有しており、同一の機能を有する部位には、図４においても同一の番号を付して説明する。なお、図４の上下方向が遠心ファンモータの回転軸線方向であり、以下の説明では図４の右側を「上側」といい、図４の左側を「下側」というが、それは説明の便宜のためであってファンモータの実際の取り付け姿勢を限定するものではない。
【００２３】
このファンモータは、インペラ部１とモータ部４とから構成されている。インペラ部１とモータ部４は軸線方向に並んで互いに連結されている。
インペラ部１は、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであり、モータ部４からの駆動力が入力される駆動力伝達部１１と、それに固定された下端壁構成部２（回転部側），１２（固定部側）と、下端壁構成部２の壁面上に円周方向に並んで配置され回転軸線方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼３とを備えている。インペラ翼３は片持ち支持されており、具体的には、下端が下端壁構成部２に固定されているが、上端が何にも支持されていない。インペラ部１が回転すると、インペラ翼３の上端側の開口部９から、軸方向の気流が下端壁構成部２，１２の上面に向かって流れるようになっている。なお、下端壁構成部２は環状の部分であり回転部側に属しており、下端壁構成部１２はその内周に設けられた円板の部分であり固定部側に属しており、両者で全体として円板状となっている。インペラ部１は、インペラ翼３を上端部で連結する円環状連結部１０をさらに有している。駆動力伝達部１１は、この実施形態では、下端壁構成部２からモータ部４側に延びる延長部であり、さらに具体的にはモータ部４の外側面を軸線方向全体にわたって覆う延長円筒部を構成している。このようにインペラ部１の駆動力伝達部１１がロータホルダ２５（一対の軸受２３，２４によって支持された部分）に対して密着する面積が大きくなっているため、インペラ部１の回転時の安定性がより向上し、その結果、振動によるロスが低減する。つまり、ファンモータの効率がさらに高くなる。なお、インペラ翼３，下端壁構成部２，１２及び駆動力伝達部１１は一体に形成されており、単体構造のインペラ部１を構成している。
【００２４】
モータ部４は、ロータ部が外周側にある、いわゆるアウターロータ構造を有している。モータ部４のロータ部は、ロータホルダ２５およびロータマグネット２６により構成されている。ロータマグネット２６はロータホルダ２５の内周面に密着固定されている。ロータホルダ２５は、磁性体からなりヨークとして磁気回路の一部を構成しており、さらには駆動力伝達部１１との連結部分における補強材としても機能している。ロータホルダ２５は、ロータマグネット２６より回転軸線方向に長く、軸線方向両端がロータマグネット２６の軸線方向両端より軸線方向に延びている。一方モータ部４の固定部は、シャフト２０、ブラケット２１およびステータ２２により構成されている。シャフト２０は下端がブラケット２１に固定され、全体がロータホルダ２５およびロータマグネット２６の内周側を延びている。ステータ２２は、シャフト２０に固定され、ロータマグネット２６と半径方向に間隙を介して対向し、ともに磁気回路部を形成している。ステータ２２のコイルには、モータ部４の外部から電流供給線２７が接続されている。モータ部４のロータ部を固定部に対して回転自在に支持する軸受構造として、軸線方向に並んだ一対の軸受（ボールベアリング）２３，２４が設けられている。軸受２３は、ロータ部の下端を支持する部材であり、外輪３１がロータホルダ２５の下端内周面に固定されており、内輪３２がブラケット２１の中央突出部に固定されている。また、外輪３１の上面はロータマグネット２６の下面に当接している。軸受２４はロータ部の上端を支持する部材であり、外輪３１がロータホルダ２５の上端内周面に固定されており、内輪３２がシャフト２０の上端部に固定されている。また、外輪３１の下面はロータマグネット２６の上端面に当接している。このように一対の軸受２３，２４がステータ２２を上下から挟むように配置されているため、軸受間のスパンを確保することができ、片持ちインペラを含む回転部の安定な支持が可能になっている。具体的には、両軸受２３，２４の間隔をモータの軸線方向長さ；ｍと同じかまたはこれに近い長さにすることが可能となり、軸受スパンを最大限に確保し、インペラ部１を含む回転部分の回転振れを最小限に抑えている。さらに、軸受２３，２４の外輪３１がロータホルダ２５に固定され、内輪３２がシャフト部分（具体的にはブラケット２１の突出部およびシャフト２０）に固定されているため、回転部の支持が安定する。
【００２５】
次にモータ部４とインペラ部１との連結構造について説明する。インペラ部１の駆動力伝達部１１は、モータ部４のロータホルダ２５の外周面全体を覆って固定されている。ロータホルダ２５の上端面および軸受２４の外輪３１の上面は、下端壁構成部２の下面に当接している。このように、インペラ部１の下端壁構成部２のモータ部側壁面および／またはこれに繋がる部位が軸受２４に直接固定されているため、ファンモータが軸線方向に短くなっている。なお、インペラ部１の下端壁構成部２のモータ部側壁面および／またはこれに繋がる部位が軸受２４に軸受ホルダーを介して固定されていてもよい。
また、以上に述べたように、インペラ部１の下端壁構成部２，１２は、インペラ部１において軸方向の気流を阻止する機能のみならず、モータ部４の壁面としての機能をも有している。言い換えるとモータ部４とインペラ部１とは下端壁構成部２，１２を共通部分として一体的に形成されている。このため、部品点数が少なくなるとともに、ファンモータが軸線方向に小型化される。さらにはファンモータが軽量化される。
【００２６】
本発明では、携帯可能な薄型の電子機器を効果的に冷却することを目的としており、回転軸線方向に長いインペラを有し、且つ５０００ｒｐｍ以上の回転数でも安定に回転可能にするために片持ち構造のインペラ部１を採用した。本発明におけるインペラ部１は、例えばｒ＝６．５ｍｍ、ｈ＝２３ｍｍのサイズでは、インペラ翼３の翼は厚さ０．２ｍｍの樹脂成形品を用いており、インペラ両端を軸受で保持する構造では、強度を十分確保できない。加えて気流流入口である開口部９の面積を十分に確保できなくなり、十分な静圧と冷却効率を実現できない。また本発明の特徴である高静圧・高効率の冷却性能を実現するためには、最大流速点を出現させるために５０００ｒｐｍ以上の回転数が最低限必要である。２ｒ＞ｈであるため、十分な排気流Ｂ（図２参照）を生じさせる必要があるためである。吸気流Ａが下端壁構成部２および１２の上面にぶつかることによるロスを最小限に抑えるために、効果的に排気流Ｂに乗り変わるためには、より望ましくは１００００ｒｐｍ以上のモータ回転数が必要となる。
【００２７】
これにより従来にない高静圧・高効率で小型のファンモータを実現することができた。より実用的には、例えばｒ＝５ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍのサイズのインペラを有する本件発明実施のファンモータでは、３００００ｒｐｍで回転させることで、従来にない高効率のファンモータを実現することができた。本願における回転数ｎの範囲は、５０００ｒｐｍを超えること、さらには１００００ｒｐｍを超えることが望ましい。
本発明に係るファンモータは、携帯可能な電子機器や小型装置の冷却用に開発されたものであり、より高い冷却効率を得るためには、ファン形状が小さい分、より高速の回転数で使用することが望ましい。通常２００００ｒｐｍ〜３００００ｒｐｍの範囲で使用することが推奨されるが、これはモータ性能、消費電力対冷却性能のバランス、一定以下の振動損失や雑音量を実現すること等の要求条件を満たす必要があるからである。これらの条件を十分クリアーする高性能モータを実現できれば、３００００ｒｐｍ以上、更には４００００ｒｐｍを越える回転数で稼動させることにより、一層の高静圧・高冷却効率のファンモータを実現することができる。
【００２８】
他方この場合のインペラ翼の直径２ｒは、実用上２５ｍｍ以下であること望ましい。携帯可能な電子機器の厚さが、通常２５ｍｍ前後であり、これに内蔵する必要があるからである。また携帯電話等を考慮した場合、その直径は１２．５ｍｍ以下であることが好ましい。勿論本発明のファンモータの特性は、これより直径の大きい直径３０ｍｍや４０ｍｍのインペラ翼においても実現することが可能であるが、下端壁構成部２および１２への吸気流Ａの衝突によるロスを抑えるためには、５０００ｒｐｍ以上、望ましくは１００００ｒｐｍ以上の高速回転が必要となり、ファンの直径が大きくなると、モータに負担がかかることとなる。高性能モータを使用することにより実現可能であるが、実用的にはよりモータ負荷の少ない２ｒ≦１２．５ｍｍのインペラ翼を採用することが望ましい。また、２ｒ≦５ｍｍであることがさらに好ましい。モータ部４およびインペラ部１の全体の軸方向長さ（軸受２３の下端からインペラ翼３の上端までの軸線方向距離）をｋとすると、ｋ＜１００ｍｍであることが望ましい。さらに、ｋ＜７０ｍｍであることが望ましい。このファンインペラを、携帯可能な電子機器に内蔵する必要があるからである。
【００２９】
インペラ部１は、液晶ポリマー、カーボン繊維強化液晶ポリマー、ガラス繊維強化液晶ポリマー、カーボン繊維およびガラス繊維強化液晶ポリマー、軟鉄、ステンレス、アルミニューム、またはセラミックによりその一部または全部が構成されていることが好ましい。この結果、インペラ部１は、十分な剛性を確保した上で軽量化・小型化を実現できる。
以上述べた如く、本発明は望ましくはその直径２ｒが２５ｍｍ以下の片持ち型インペラを５０００ｒｐｍ以上の回転数で高速に回転させることにより、高静圧と高効率のファンモータを実現している。詳細なシュミュレーションおよび実機テストの結果、その前提として、次の２つの条件を考慮する必要があることが明らかになった。図５にその結果をグラフにて示す。なおこのグラフは、傾向を示すことを主眼としたため、縦軸のエネルギー値は、振動成分、風損成分およびこれらの積に関して、所定の規格化を行い、見やすくしている。
第一の条件は、風損を最小限に抑えるために、ｈが十分に大きく、その結果ｍ＜ｈであることである。なぜなら、風損の原因としては、前述のように吸気流Ａが下端壁構成部２および１２の上面にぶつかることによるロス、さらには乱流の渦の大型化によるロスやその他のロスがあると考えられるが、ｍ＜ｈである場合にはそれら原因を解消できると考えられるからである。
【００３０】
また第二の条件は、インペラの回転振れやその他の振動を最小限に抑えるために、ｈが必要以上に大きくなく、その結果ｈ／２＜ｍであることである。なぜなら、片持ち型インペラの回転振れ等は、モータ軸受のスパン；ｍが片持ち部分の長さ；ｈに対して十分に長くないと、生じやすいからである。
図５において、ｍに対するｈの比（ｈ／ｍ）を変化させて、振動ロスにより失われるエネルギーと、風損により失われるエネルギーとを計測した結果を示す。なお、実験に用いたインペラ部はｒ＝６．５ｍｍ、ｈ＝２３ｍｍであり、回転数ｎは３００００ｒｐｍである。
ｈ／ｍが小さくなっていくと、風損により失われるエネルギーが大きくなっていく。これより、ｈ／ｍ＞０．５、望ましくはｈ／ｍ＞１．０、更に望ましくはｈ／ｍ＞１．５の範囲で（つまり、前記第１の条件が満たされると）、風損により失われるエネルギーを十分に小さくできていることが分かる。逆にｈ／ｍが大きくなっていくと、振動ロスにより失われるエネルギーが大きくなっていく。これより、ｈ／ｍ＜５．０、望ましくはｈ／ｍ＜４．０、更に望ましくはｈ／ｍ＜３．０の範囲で（つまり、前記第２の条件が満たされると）、振動ロスにより失われるエネルギーを十分に小さくできていることが分かる。なお、以上に述べた第１の条件と第２の条件はいずれか一方を満たすだけでも、部材の形状や他のパラメータを変更するなどして、全体として十分に少ないエネルギーロスの状態を得ることができる。
【００３１】
さらに、振動ロスにより失われるエネルギーと、風損により失われるエネルギーを総合的に評価するために、両者の積を算出すると、ｈ／ｍが０．５〜５．０の範囲において失われるエネルギーが十分に小さく、１．０〜４．０の範囲において失われるエネルギーが更に小さく、１．５〜３．０の範囲において失われるエネルギーが最も小さくなっていることが分かった。
なお、以上の説明はシャフト固定タイプのアウターロータ型モータとして説明したが、シャフト回転型のインナーロータ型モータ（図示せず）でも同様の構成が可能であることは明らかである。この場合は、前記インペラ部の延長円筒部である駆動力伝達部１１はシャフトとの連結部に置き換わり、また下端壁構成部２は軸受の外輪３１にではなく内輪３２に固定されることとなる（何れも図示せず）。
次に図６に基づき、本発明の他の実施形態について説明する。図６では、図４と同様に、インペラ部とモータ部とが一体的に構成されたファンモータについて、その回転軸線を通る平面で切断した断面図を示している。なお、この実施形態のファンモータが前記実施形態のファンモータと異なる点は、モータ部の軸受部がボールベアリングの代わりに滑り軸受または流体動圧軸受を用いていることである。
【００３２】
このファンモータは、インペラ部５１とモータ部５４とから構成されている。インペラ部５１とモータ部５４は軸線方向に並んで互いに連結されている。
インペラ部５１は、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであり、モータ部５４からの駆動力が入力される駆動力伝達部６１と、その軸方向上部内周に固定された下端壁構成部５２，突出部６２と、下端壁構成部５２の上端面に円周方向に並んで配置され回転軸方向に延びる複数の翼からなるインペラ翼５３とを備えている。インペラ翼５３は片持ち支持されており、下端が下端壁構成部５２に支持されているが、上端が何にも支持されていない。インペラ部５１が回転すると、インペラ翼５３の上端側の開口部５９から、軸方向の気流が下端壁構成部５２，突出部６２の壁面に向かって流れるようになっている。なお、下端壁構成部５２は外周縁からインペラ翼５３および駆動力伝達部６１が延びる環状の部分であり、突出部６２はその内周に設けられ軸方向上側に突出している円板の部分であり、シャフト７８を固定保持する。インペラ部５１は、インペラ翼５３を上端部で連結する円環状連結部６０をさらに有している。駆動力伝達部６１は、この実施形態では、下端壁構成部５２からモータ部５４の外周側に延びる延長部であり、さらに具体的にはモータ部５４の外側面を軸線方向全体にわたって覆う延長円筒部である。このように駆動力伝達部６１がモータ部５４の回転部に対して密着する面積が大きくなっているため、インペラ部５１の回転時の安定性がより向上し、その結果、振動によるロスが低減する。つまり、ファンモータの効率がさらに高くなる。なお、インペラ翼５３，下端壁構成部５２，突出部６２及び駆動力伝達部６１は一体に形成されており、単体構造のインペラ部５１を構成している。
【００３３】
モータ部５４は、ロータ部が外周側にある、いわゆるアウターロータ構造を有している。モータ部５４のロータ部は、ロータホルダ７５、ロータマグネット７６およびシャフト７８により構成されている。ロータマグネット７６はロータホルダ７５の内周面に固定されている。ロータホルダ７５は、磁性体からなりヨークとして磁気回路の一部を構成している。ロータホルダ７５は、ロータマグネット７６と回転軸線方向長さがほぼ同じであり、軸線方向両端がほぼ一致している。シャフト７８は、一端がインペラ部５１の突出部６２の中心に固定され、ロータホルダ７５およびロータマグネット７６の内周側を延びている。一方モータ部５４の固定部は、軸受用スリーブ７４、ブラケット７１およびステータ７２により構成されている。軸受用スリーブ７４は下端がブラケット７１に固定され、全体がロータホルダ７５およびロータマグネット７６の内周側を延びている。軸受用スリーブ７４の内側には、シャフト７８が配置されている。シャフト７８の外周面と軸受用スリーブ７４の内周面との間には半径方向の微少間隙が構成されている。この微少間隙内にオイルまたは気体が充填され、滑り軸受７３を構成している。なお、動圧を発生する溝がいずれかまたは両方の面に形成されることで、流体動圧軸受が構成されていてもよい。なお、シャフト７８の下端面は、ブラケット７１の中心面に点接触状態で支持されていてもよい。またシャフト７８の一端を強固に回転部に接続固定するために、突出部６２は金属等の強固な材質により形成されていても良く、下端壁構成部５２の外径端部がロータホルダ７５の上端部と接続固定される構造を持っても良い。
【００３４】
ステータ７２は、軸受用スリーブ７４の外周面に固定され、ロータマグネット７６と半径方向に間隙を介して対向し、ともに磁気回路部を形成している。なお、ステータ７２の軸方向における磁気中心位置がロータマグネット７６の軸方向における磁気中心位置より軸方向下側に位置しているため、ロータマグネット７６は常に軸方向下側に磁気的に付勢されている。このようにロータマグネット７６を軸線方向に磁気バイアスすることによって、ブラケット７１の中央面とシャフト７８の先端面との間で発生するスラスト荷重支持力とバランスさせている。そのため、モータ部５４の回転部およびインペラ部５１がモータ部５４の固定部から軸方向に浮き上がることが防止されている。このような磁気バイアスは、前述のようにステータとロータマグネットとの磁気的中心を軸線方向にずらすことの他に、ブラケットにおいてロータマグネットと軸線方向に対向する位置に磁性部材を配置することあるいはブラケットと回転部の軸線方向に対向する部分に同極又は異極に着磁されたマグネットをそれぞれ配置すること、さらにはブラケットと回転部の軸線方向に対向する部分に専用のマグネットと磁性部材とを配置することによって実現できる。
【００３５】
モータ部５４とインペラ部５１との連結構造について説明する。インペラ部５１の駆動力伝達部６１は、モータ部５４のロータホルダ７５の外周面全体を覆って固定されている。ロータホルダ７５の上端面およびロータマグネット７６の上端面は、下端壁構成部５２の下面に当接している。
このように、インペラ部５１の下端壁構成部５２，突出部６２は、インペラ部５１において軸方向の気流を阻止する機能のみならず、モータ部５４の壁面としての機能をも有している。言い換えるとモータ部５４とインペラ部５１とは下端壁構成部５２，突出部６２を共通部分として一体的に形成されている。このため、部品点数が少なくなるとともに、ファンモータが軸線方向に小型化される。さらにはファンモータが軽量化される。
この実施形態では、前記図４の実施形態と同様の作用効果が得られる。それに加え、このファンモータでは、モータ部の軸受として滑り軸受または流体動圧軸受を用いているため、インペラ部のさらなる高速回転化および静粛化(振動・騒音の低減）が実現される。
【００３６】
図７に本発明に係るファンモータの性能を、従来のシロッコファンおよび軸流ファンと比較したＰＱ特性図を示す。このＰＱ特性図は、各ファンモータの騒音量がほぼ等しくなるようなそれぞれのモータ回転数において、求めた比較図である。本発明に係るファンモータは、直径１０ｍｍ、軸方向長さ２２ｍｍのインペラを有しており、これに対してシロッコファンは一辺１５ｍｍで軸方向長さ１０ｍｍのインペラを有している。また軸流ファンは、一辺１０ｍｍで軸方向長さ７ｍｍのインペラを有する３つのファンモータを半径方向に隣接して並べた場合を比較対象としている。何れも同じ軸受構造（例えば全てボール軸受）を有しており、また何れもほぼ同様のインペラ占有容積を有している。
図７から分かることは、本発明に係るファンは、従来のファンに比較して、著しく高静圧な特性を有する点である。あるＰＱ特性曲線を有するファンモータは、そのＰＱ曲線と、そのファンが冷却しようとする被冷却物の空気抵抗や密閉度等に対応したシステムインピーダンス曲線との交点を動作点として稼動することになる。図７には最も典型的なシステムインピーダンス曲線を示しており、この曲線より上のシステムインピーダンス値を有する被冷却物は高密度であると考えられる。本発明に係るファンモータは、小型の電子機器を効率的に冷却することを目的としており、非常に高密度な被冷却物を対象としている。この様な高密度被冷却物ではそのインピーダンス曲線の傾斜がより急勾配になるため、図７から分かるとおり、高静圧なファンの方が高い位置の動作点で稼動することになり、冷却効率が高くなる。この点で本発明のファンモータは、従来にない高静圧ファンを実現しており、高密度な電子機器を効率的に冷却することが可能になる。
【００３７】
以上説明した如く、従来は、軸線方向の長さを短くした扁平なインペラを用いることにより、軸線方向のスペースを最小化した遠心ファンを用いていた。しかし本発明では、この従来の発想を逆転させ、軸方向に長いペンシルタイプのインペラ形状を有する高効率遠心ファンを開発することにより、例えば携帯電話やモバイルＰＣと呼ばれる携帯用途のパーソナルコンピュータの電子回路に最適な冷却ファンを実現した。本発明に係るペンシルタイプの遠心ファンの特徴は、小さな円形の吸気口を設けるだけで、内部の電子回路に最大効率で気流を発生でき、分散して設けられた排気口から熱風を排出できることである。これにより従来は、電子回路動作時に発生する熱を十分に外部に排出できないため、小型集積化できなかった電子機器に対して、省スペースで十分な冷却機能を提供することが可能となり、結果的に電子回路の一層の小型化が可能になった。
なお、本発明の要旨から逸脱しない範囲であれば、様々な変更が可能であり、本発明は前記実施形態に限定されない。例えば、前記実施形態ではファンモータを構成するインペラ部とモータ部は軸線方向に並んで配置されていたが、図９に示す従来技術のようにモータ部がインペラ部の内周側に配置された（つまり、両者が軸線方向に全面的に重なった又は一部が重なっていてもよい。
【００３８】
またインペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部の一部または全部が円弧形状またはこれに近似する曲線形状で面取りされていてもよい。インペラ翼の回転軸方向の上端側内周角部に円弧状の面取りを施すことにより、インペラへの吸気流がよりスムースに流入すると同時に、不要な乱流を抑制する。その結果、冷却効率の良いファンインペラ、およびこれを用いたファンモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態である遠心ファンモータの平面図
【図２】図１のＸ−Ｏ−Ｙ−Ｚ線にて切断した縦断面図
【図３】図１の遠心ファンにおけるインペラ部の斜視図
【図４】本発明の他の実施形態としてのファンモータの縦断面図。
【図５】風損と振動ロスとの関係図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態としてのファンモータの縦断面図。
【図７】本発明ファンモータと他のファンモータとのＰＱ比較図
【図８】従来の遠心ファンモータの平面図
【図９】図７のＸ1−Ｏ1−Ｙ1−Ｚ1線にて切断した縦断面図
【符号の説明】
【００４０】
１    インペラ部（ファンインペラ）
２    下端壁構成部
３    インペラ翼
４    モータ部
５    回転力伝達部
６    ハウジング
９    インペラ開口部
【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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【図８】
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【図９】
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