(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部および軸方向の気流を阻止する壁面を有し、回転軸方向の他方の端部は開口部に開口部を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラ翼の外周部半径をｒ、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ｍに対して
２πｒεｈ ＝ ｍπｒ2
３≦ ｍ ≦ ３０
ここで ε ＝ （２πｒ−Ｚｄ）／２πｒ
であることを特徴とするファンインペラ。
【請求項２】
請求項１に記載した片持ち型インペラにおいて、他方の端部の前記開口部は、気流を外部からインペラ内部に流入させるために使用することを特徴とするファンインペラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した片持ち型インペラを有するファンモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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及びこれに使用する片持ち型インペラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の遠心ファンの平面図を、図８に図７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。
【０００３】
インペラ部１０１は下端壁１０２と翼１０３により構成され、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。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。そして翼１０３の外形部半径をｒ1、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、翼半径ｒ1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Ｂ1の風量および静圧の向上をも目的としていた。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、ｒ1＞ｈ1の関係を有する薄型形状あった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の遠心ファンでは、図８に示す吸気流Ａ1が気流Ｂ1を押し下げることから、インペラ１０１の回転軸上の風速分布は図４の（ｂ）図に示す様になる。即ち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おり、ここで気流は下端壁１０２にぶつかり、壁面との間で大きな風損が生じていることが分かる。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。
【０００５】
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。
【０００６】
そこで本発明の目的は、例えば携帯電話等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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明では、携帯可能な電子機器を冷却するためのファンモータにおいて、回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部および軸方向の気流を阻止する壁面を有し、回転軸方向の他方の端部に開口部を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラ翼の外周部半径をｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、ｒ ≦ ｈであることを特徴としている。
【０００８】
また本発明では、回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部および軸方向の気流を阻止する壁面を有し、回転軸方向の他方の端部に開口部を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラ翼の外周部半径をｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータｋに対して
２πｒｈ ＝ ｋπｒ2
４≦ ｋ ≦ ４０
であることを特徴としている。
【０００９】
更に本発明では、回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部および軸方向の気流を阻止する壁面を有し、回転軸方向の他方の端部は開口部に開口部を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラ翼の外周部半径をｒ、回転軸方向の長さをｈとすると、パラメータｋに対して
２πｒｈ ＝ ｋπｒ2
５≦ ｋ ≦ ３５
であることを特徴としている。
【００１０】
加えて本発明では、回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部および軸方向の気流を阻止する壁面を有し、回転軸方向の他方の端部に開口部を有する、遠心ファンモータに使用する片持ち型インペラであって、該インペラ翼の外周部半径をｒ、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ｍに対して
２πｒεｈ ＝ ｍπｒ2
３≦ ｍ ≦ ３０
ここで ε ＝ （２πｒ−Ｚｄ）／２πｒ
であることを特徴としている。
【００１１】
また本発明では、上記片持ち型インペラにおいて、他方の端部の前記開口部は、気流を外部からインペラ内部に流入させるために使用することを特徴としている。
【００１２】
そして本発明では、上記片持ち型インペラを有するファンモータとして構成している。
【００１３】
【発明の実施の形態および効果】
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。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。
【００１４】
インペラ部の斜視図を図３に示す。この図で明らかなように、インペラ部１は、回転軸方向の一方の端部に回転軸支持部５および軸方向の気流を阻止する壁面である下端壁２を有し、軸方向の他方の端部に開口部９を有する、いわゆる片持ち型インペラである。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がある。そして回転軸支持部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複数の翼３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、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が被冷却体（図示せず）に導かれる。
【００１５】
本発明に係る遠心ファンモータでは、図７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の翼３の外形部半径ｒが、インペラ部の長さ（排気流を発生可能な翼３の軸線方向長さ）ｈより大きい形状を有している。それ以外のファンモータの構成は、従来のファンモータとほぼ同一である。
【００１６】
インペラ部の軸線方向長さｈを、翼３外形半径ｒに比較して長くすると、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２の上部表面での風速を低減することが可能となる。
【００１７】
図５の図（ｂ）は、インペラ部１の軸線方向長さｈが、翼３外形半径ｒにほぼ等しい場合の、インペラ部１の軸線上における気流の流速分布を示している。ｈが長くなると、流速分布の最大点Ｐがインペラ内部の軸線上に現れ、下端壁２の上面における気流の流速が従来の遠心ファン（図４）に比べて低下し、その結果下端壁２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、図５の図（ｂ）での風速最大点Ｐが軸線上のどの位置に来るかである。
【００１８】
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Ｐは現れることなく、図４の図（ｂ）で示すように、下端壁２の上面で気流流速が最大になっていた。これに対し図５の図（ａ）に示すように、インペラ部１の翼３の外形部半径ｒとインペラ部の長さｈとの関係を、
ｒ≦ｈ                     （式１）
とした場合には、この流速最大点Ｐがインペラ内部の軸線上に現れ、下端壁２の上面で気流流速は最大にならない。その結果、従来の遠心ファンに比べて、下端壁２上面での風損が低下し、冷却効率が向上する。
【００１９】
この風速最大点Ｐ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は、インペラ部の形状に大きく依存している。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）と翼３が押し出す気流流出面積（インペラ部の翼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ｋに対して、
２πｒｈ ＝ ｋπｒ2                 （式２）
４≦ ｋ ≦ ４０                     （式３）
であるとき、流速最大点Ｐがインペラ内部の軸線上に現れ、下端壁２の上面で気流流速は最大にならない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。
【００２０】
なおｋ＞４０でも、この風速最大点Ｐがインペラ軸線上に現れるが、ｋ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。
【００２１】
またより実用的には、
５≦ ｋ ≦ ３５                     （式４）
であることが望ましい。
【００２２】
５≦ｋでは、流速最大点Ｐがインペラ内部の軸線上で、かつ下端壁２から比較的離れた位置に現れ、これに対応して下端壁２上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２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る。この状態を図６の図（ｂ）に示す。図５の図（ｂ）に比較して、下端壁２上面での気流流速が低下していることが分かる。
【００２３】
他方ｋ≦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。
【００２４】
以上述べたインペラ部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半径ｒが小さくなり、これ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。
【００２５】
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ｍに対して、
２πｒεｈ ＝ ｍπｒ2                （式６）
３≦ ｍ ≦ ３０                       （式７）
であるとき、流速最大点Ｐがインペラ内部の軸線上に現れ、下端壁２の上面で気流流速は最大にならない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。
【００２６】
ここで３≦ｍとしたのは、ｍがこの値以下では、流速最大点Ｐがインペラ内部の軸線上に現れ、図４の図（ｂ）に示すように下端壁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生じるためである。他方ｍ≦３０としたのは、ｍがこの値以上では、この風速最大点Ｐがインペラ軸線上に現れるが、ｍ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３０またはそれ以下が最適であることによる。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【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】従来の遠心ファンにおけるインペラ軸線上での気流流速を示す図
【図５】本発明の一の実施形態における遠心ファンのインペラ軸線上での気流流速を示す図
【図６】本発明の他の実施形態における遠心ファンのインペラ軸線上での気流流速を示す図
【図７】従来の遠心ファンモータの平面図
【図８】図７のＸ1−Ｏ1−Ｙ1−Ｚ1線にて切断した縦断面図
【符号の説明】
１    インペラ部
２    下端壁
３    インペラ翼
４    モータ部
５    回転軸支持部
６    ハウジング
９    インペラ開口部
【図１】
0004243072.tif 000002
【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】
0004243072.tif 000009