(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する１つの軸受と、
前記回転軸の一端に取付けられて前記回転軸が前記軸受から抜けるのを阻止する抜け止め部材と、
前記回転軸の他端に固定されたベース壁部及び前記ベース壁部の外周部から前記回転軸の軸線方向の一方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、
永久磁石からなる複数のロータ側磁極が前記周壁部の周方向に並ぶように前記周壁部の内周面に固定された永久磁石ユニットと、
内部に前記軸受を保持する筒状の軸受ホルダを備えたモータサポートと、
前記モータサポートに固定され且つ前記永久磁石ユニットの前記複数のロータ側磁極と対向する複数のステータ側磁極を有するステータコアと、
前記ステータコアに装着された複数の励磁巻線とを有する一軸受型永久磁石電動機であって、
前記永久磁石ユニットの前記軸線方向と平行な方向の幅の中心が、前記ステータ側磁極の磁極面の前記軸線方向と平行な方向の幅の中心よりも前記回転軸の前記一端側にずれており、
前記永久磁石ユニットの前記ロータ側磁極の前記軸線方向と平行な方向の幅寸法は、前記ステータ側磁極の前記軸線方向と平行な方向の幅寸法よりも大きく、
前記ロータ側磁極が前記ステータ側磁極と完全に対向し且つ前記ステータ側磁極の前記軸線方向の前記一方側の端部を越えて前記軸線方向の前記一方側に突出するように前記周壁部に対して固定されており、
前記軸受はころがり軸受からなり、
前記ロータ側磁極が前記軸線方向の前記一方側に突出する部分の突出寸法は、前記抜け止め部材を前記ころがり軸受の内輪に対して押し付ける推力が、前記回転軸の軸線方向への振動を十分に抑制できる大きさになるように定められており、
前記回転軸には、前記ころがり軸受の内輪と前記カップ部材の前記ベース壁部との間に位置して回転軸の軸線方向への振動を抑制する環状のスペーサリングが嵌合されていることを特徴とする一軸受型永久磁石電動機。
【請求項２】
回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する１つのころがり軸受と、
前記回転軸の一端に取付けられて前記回転軸が前記ころがり軸受から抜けるのを阻止する抜け止め部材と、
前記回転軸の他端に固定されたベース壁部及び前記ベース壁部の外周部から前記回転軸の軸線方向の一方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、
永久磁石からなる複数のロータ側磁極が前記周壁部の周方向に並ぶように前記周壁部の内周面に固定された永久磁石ユニットと、
前記カップ部材の前記周壁部の外周側上に固定されて前記他方側に風を吐き出す複数枚のブレードと、
内部に前記ころがり軸受を保持する筒状の軸受ホルダを備えたモータサポートと、
前記モータサポートに固定され且つ前記永久磁石ユニットの前記複数のロータ側磁極と対向する複数のステータ側磁極を有するステータコアと、
前記ステータコアに装着された複数の励磁巻線とを有する一軸受型ファンモータであって、
前記永久磁石ユニットの前記ロータ側磁極の前記軸線方向と平行な方向の幅寸法は、前記ロータ側磁極が前記ステータ側磁極と完全に対向し且つ前記ステータ側磁極の前記軸線方向の前記一方側の端部を越えて前記軸線方向の前記一方側に突出し、しかも前記抜け止め部材を前記ころがり軸受の内輪に対して押し付ける推力が前記回転軸の振動を十分に抑制できる大きさになるように定められており、
前記回転軸には、前記ころがり軸受の内輪と前記カップ部材の前記ベース壁部との間に位置して回転軸の軸線方向への振動を抑制する環状のスペーサリングが嵌合されていることを特徴とする一軸受型ファンモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一軸受型永久磁石電動機及び一軸受型ファンモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、駆動源に永久磁石電動機１０１を用いたファンモータ１０２をＣＰＵ等の電子部品を冷却するためのヒートシンク１０３に組み合わせた従来の電子部品冷却装置を電動機１０１の回転軸１０３を中心にして半分にした半部断面図である。この種の電子部品冷却装置に関しては米国特許第５，５５９，６７４号等の多数の特許があるため、詳細な説明は省略する。この従来のファンモータ１０２においては、回転軸１０３を軸線方向に間隔を空けて配置された２個の軸受１０４，１０５により支持している。これは軸受を１個にすると、回転軸が回転したときに、軸線方向に大きな振動が発生したり、静止時の軸中心線を中心にして回転軸の軸線が揺れ動く揺動現象が発生するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品が内装される電子機器の薄型化に伴って、この種のファンモータが用いられる電子部品冷却装置の薄型化の要求が強くなってきている。また軽量化及び低コスト化の要求も強い。そこでこれらの要求を満たすために、軸受を１個にすることが検討されたが、前述のような問題があるために、実際には実現されていない。
【０００４】
本発明の目的は、１つの軸受で回転軸を支持しても回転軸に振動または揺動現象が発生するのを抑制できる一軸受型永久磁石電動機及び一軸受型ファンモータを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、簡単な構造で回転軸の軸線方向への振動を抑制できる一軸受型永久磁石電動機及び一軸受型ファンモータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一軸受型永久磁石電動機は、インナーロータ型の電動機の場合には、回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する１つの軸受と、回転軸の一端に取付けられて回転軸が軸受から抜けるのを阻止する抜け止め部材と、回転軸の他端に固定されたベース壁部及びベース壁部の外周部から回転軸の軸線方向の一方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、永久磁石からなる複数のロータ側磁極が周壁部の周方向に並ぶように周壁部の内周面に固定された永久磁石ユニットと、内部に軸受を保持する筒状の軸受ホルダを備えたモータサポートと、モータサポートに固定され且つ永久磁石ユニットの各ロータ磁極と対向するように配置された複数のステータ側磁極を有するステータコアと、ステータコアに装着された複数の励磁巻線とを有している。アウターロータ型電動機の場合には、前述のカップ部材に永久磁石ユニットが取付けられるのではなく、永久磁石ユニットは、軸受ホルダの外側に位置して回転軸に対して固定されることになる。そしてステータコアは内周部に永久磁石ユニットと対向する複数のステータ側磁極を備えてモータサポートに固定される。
【０００７】
本発明では、永久磁石ユニットの軸線方向と平行な方向の幅の中心（永久磁石ユニットの幅方向の磁気中心）をステータ側磁極の磁極面の軸線方向と平行な方向の幅の中心（ステータ側磁極の幅方向の磁気中心）よりも回転軸の一端側にずらす。このようにすると、永久磁石ユニットの幅方向の磁気中心とステータ側磁極の幅方向の磁気中心とを一致させようとする磁気吸引力からなる推力（回転軸の軸線方向の他方側に向かう推力即ち回転軸の一端側から他端側へ向かう推力）が回転軸に作用する。その結果、抜け止め部材が軸受に押し付けられた状態となり、回転軸の軸線方向への振動及び揺動が抑制され、軸受が１つでも回転軸を支障なく支持することができる。
【０００８】
電動機の回転トルクの低下を防止するためには、永久磁石ユニットのロータ側磁極の軸線方向と平行な方向の幅寸法を、ステータ側磁極の軸線方向と平行な方向の幅寸法よりも大きくする。そして永久磁石ユニットを、回転軸の軸線方向の一方側に位置する端部が、ステータコアユニットの軸線方向の一方側に位置する端部を越えて突出するようにカップ部材の周壁部の内周面に固定する。このようにすると、前述の推力を発生させて、しかも従来と同様の回転トルクを維持することができる。
【０００９】
使用する軸受としては、内輪と外輪との間に玉やころ等の複数の転動体が配置された構成を有するころがり軸受が好ましい。そしてロータ側磁極が回転軸の軸線方向の一方側に突出する部分の突出寸法は、抜け止め部材をころがり軸受の内輪に対して押し付ける推力が、回転軸の軸線方向への振動を十分に抑制できる大きさになるように設定されている。ころがり軸受であれば、抜け止め部材と軸受との間に大きな摩擦が発生することはない。
【００１０】
上記の構成を採用する場合において、ころがり軸受の内輪とカップ部材のベース壁部との間に位置するように環状のスペーサリングを回転軸に嵌合すると、推力が小さい場合でも、回転軸の軸線方向への振動を抑制できる。
【００１１】
また、各励磁巻線を絶縁材料からなるインシュレータを介してステータコアに装着する場合には、インシュレータに軸受ホルダのカップ部材側の端部（回転軸の軸線方向の他方側の端部）を越えて延びる突出部を設けてもよい。このようにすると前述のようなスぺーサリングを配置しなくても、突出部がスぺーサ手段となるため、推力が小さい場合でも、回転軸の軸線方向への振動を抑制できる。
【００１２】
本発明を一軸受型ファンモータとして具体的に特定すると、一軸受型ファンモータは、回転軸と、回転軸を回転自在に支持する１つのころがり軸受と、この回転軸の一端に取付けられて回転軸がころがり軸受から抜けるのを阻止する抜け止め部材と、回転軸の他端に固定されたベース壁部及びベース壁部の外周部から回転軸の軸線方向の一方側に起立する筒状の周壁部を有するカップ部材と、永久磁石からなる複数のロータ側磁極が周壁部の周方向に並ぶように周壁部の内周面に固定された永久磁石ユニットと、カップ部材の周壁部の外周上に固定されて他方側に風を吐き出す複数枚のブレードと、内部にころがり軸受を保持する筒状の軸受ホルダを備えたモータサポートと、モータサポートに固定され且つ永久磁石ユニットの複数のロータ側磁極と対向する複数のステータ側磁極を有するステータコアとを具備する。そして永久磁石ユニットのロータ側磁極の軸線方向と平行な方向の幅寸法を、ロータ側磁極がステータ側磁極と完全に対向ししかもステータ側磁極の軸線方向の一方側の端部を越えて軸線方向の一方側に突出し、且つ抜け止め部材をころがり軸受の内輪に対して押し付ける推力が回転軸の振動を十分に抑制できる大きさになるように定める。
【００１３】
このようなファンモータにおいて、複数枚のブレードから吐出される風の方向が、前述の推力が作用する方向と同じ方向になる場合には、風の吐出により回転軸に作用する力に対抗できる推力を発生させるようにする必要がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例の一軸受型永久磁石電動機１を駆動源とするファンモータ２をＣＰＵ等の電子部品を冷却するためのヒートシンク３に取り付けた電子部品冷却装置４を電動機１の回転軸５を中心にして半分にした状態の断面図である。図１に示されるように、電動機１の回転軸５の一端５ａに形成された環状の溝部５ｃには、環状の抜け止め部材６が嵌合されている。回転軸５は、１つのころがり軸受７によって支持されている。回転軸５には、ころがり軸受７の内輪が嵌合されており、抜け止め部材６はこの内輪と当接するようになっている。ころがり軸受７の外輪は、絶縁樹脂製のモータサポート８の中央部に一体に形成された筒状の軸受ホルダ９の内部に嵌合されて保持されている。
【００１５】
また回転軸５の他端５ｂには、導磁性材料からなるカップ部材１０が固定されている。カップ部材１０は、回転軸５の他端５ｂが嵌合されて固定される嵌合孔１１を備えたベース壁部１２とこのベース壁部１２の外周部から回転軸５の軸線方向の一方側（図１において左側またはモータサポート８が位置する側で、以下この方向を前方側と言い、これと反対が側を後方側と言う）に起立する筒状の周壁部１３とを有している。周壁部１３の内周側には、永久磁石からなる複数のロータ側磁極１４が周壁部１３の周方向に並ぶように周壁部１３の内周面に固定されてなる永久磁石ユニット１５が配置されている。複数のロータ側磁極１４は、複数の永久磁石によって構成されていてもよいが、環状の１つの永久磁石が周方向に交互にＮ極とＳ極とに着磁されたものでもよい。周壁部１３の外周面上には、環状部材１６が嵌合され、この環状部材１６の外周面上には複数枚のブレード（羽）１７が周方向に所定の間隔をあけて固定されている。複数枚のブレード１７は、回転軸５が回転したときにヒートシンク３に向かって風を吹き付けるまたは吐き出すようにその形状が定められている。
【００１６】
また軸受ホルダ９の外周部には、ステータコア１８が嵌合され、これによりステータコア１８がモータサポート８に固定されている。ステータコア１８は、周方向に所定の間隔をあけて配置された複数の突極磁極からなるステータ側磁極１９を備えている。複数のロータ側磁極１４の磁極面と複数のステータ側磁極１９の磁極面とは回転軸５の径方向に間隔を介して対向している。
【００１７】
ステータコア１８には、絶縁樹脂からなるインシュレータ２０が装着されており、ステータコア１８の複数のステータ側磁極１９には複数相分の励磁巻線２１が巻装されている。２２は、励磁巻線２１の励磁電流を制御する制御回路が実装された回路基板である。モータサポート８の外側には、周方向に所定の間隔をあけて配置された複数本のウエブ２３を介して筒状のハウジング２４が配置されている。ハウジング２４及びヒートシンク３には、それぞれスナップインまたは係合用のフック片２４ａと段部３ａとが形成されている。
【００１８】
この例では永久磁石ユニット１５のロータ側磁極１４の軸線方向と平行な方向の幅寸法Ｗ１が、ステータ側磁極１９の軸線方向と平行な方向の幅寸法Ｗ２よりも大きくなっている。またロータ側磁極１４は、ステータ側磁極１９と完全に対向し且つステータ側磁極１９の軸線方向の一方側即ち前方側の端部またはモータサポート側の端面を越えて軸線方向の一方側即ち前方側に突出するように周壁部１３に対して固定されている。これにより永久磁石ユニット１５の軸線方向と平行な方向の幅の中心は、ステータ側磁極１９の磁極面の軸線方向と平行な方向の幅の中心よりも回転軸５の一端５ａ側即ち前方側にずれている（偏心している）。このような状態になると、永久磁石ユニット１５の幅方向の磁気中心とステータ側磁極１９の幅方向の磁気中心とを一致させようとする推力Ｆ１（回転軸５の軸線方向の他方側またはヒートシンク３に向かう側即ち後方側に向かう推力または回転軸５の一端５ａ側から他端５ｂ側へ向かう推力）が回転軸５に作用する。その結果、抜け止め部材６が軸受７の内輪に押し付けられた状態となり、回転軸５の軸線方向への振動及び揺動が抑制され、軸受７が１つでも回転軸５を支障なく支持することができる。
【００１９】
ファンモータ２が回転すると、ブレード１７により風がヒートシンク３に向かって即ち前方側から後方側（図示の左側から右側）に向かって吐出され、これによって回転軸５には後方側から前方側に向かう（図示の右側から左側に向かう）推力Ｆ２が作用する。この推力Ｆ２は、永久磁石ユニット１５の磁気中心がステータコア１８の磁気中心よりも前方側に偏っていることにより発生する磁気吸引力による推力Ｆ１（図示の左側から右側に向かう推力）と対抗する。この推力Ｆ１はカップ部材１０を介して回転軸５に伝達される。回転軸５の軸線方向に伝達される相反する方向のそれぞれの力Ｆ１及びＦ２によって軸線方向の振動が発生しないようにするためには、一軸受型ファンモータの設計に際して、常にＦ１＞Ｆ２となるようにする必要がある。したがって前述の幅寸法Ｗ１は、この点を考慮して定められる。
【００２０】
図２は、他の電子部品冷却装置の実施の形態の構造を示すための断面図である。図２も図１と同様の態様で示されている。図２の実施の形態と図１の実施の形態との相違は、図２の実施の形態においては、ころがり軸受７の内輪とカップ部材１０のベース壁部１４との間に環状のスペーサリング２５が嵌合付加されている点にある。このようなスペーサリング２５を付加すると、回転軸５の軸線方向の変位量を機械的に小さくすることができる上、軸受７を衝撃や振動から保護することができる。
【００２１】
図３は、さらに他の電子部品冷却装置の半部断面図であり、図３も図１及び図２と同様の態様で示されている。図３の実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは、インシュレータ２０に軸受ホルダ９の後方側即ち軸線方向の他方側（図１においては向かって右側）の端部９ａを越えて延びる突出部２０ａが設けられている点であり、その他の点は図１の実施の形態と同じである。突出部２０ａを設けた狙いは、図２のスぺーサリング２５と同じである。
【００２２】
尚、上記の実施の形態は、一軸受型ファンモータ２をヒートシンク３に対して装着した例であるが、インナーロータ型またはアウターロータ型の一軸受型永久磁石電動機そのもにも本発明が適用可能なことは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ側磁極の磁気中心とステータ側磁極の磁気中心とを偏心させることによって発生する磁気吸引力からなる推力を用いて、電動機の回転軸の軸線方向の振動を抑制するため、簡単な構成で１つの軸受を用いて回転軸を支持する場合に発生する問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一軸受型永久磁石電動機を駆動源とするファンモータをＣＰＵ等の電子部品を冷却するためのヒートシンクに取り付けた電子部品冷却装置を電動機の回転軸を中心にして半分にした状態の断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の半部断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態の半部断面図である。
【図４】従来のファンモータを備えた電子部品冷却装置の半部断面図である。
【符号の説明】
１  一軸受型永久磁石電動機
２  ファンモータ
３  ヒートシンク
４  電子部品冷却装置
５  回転軸
６  抜け止め部材
７  軸受
８  モータサポート
９  軸受ホルダ
１０  カップ部材
１４  ロータ側磁極
１５  永久磁石ユニット
１７  ブレード
１８  ステータコア
１９  ステータ側磁極
２０  インシュレータ
２５  環状のスペーサリング
【図１】
0004144972.tif 000002
【図２】
0004144972.tif 000003
【図３】
0004144972.tif 000004
【図４】
0004144972.tif 000005