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1. (WO2019064880) AXIAL FAN
Document

明 細 書

発明の名称 軸流ファン

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 軸流ファン

技術分野

[0001]
 本発明は、軸流ファンに関する。

背景技術

[0002]
 一般に、様々な軸流ファンが知られている。例えば、アウターロータ型の送風ファンにおいて、機器取り付け部の固有振動数を異ならせる調整部材を設け、共振が発生するのを抑制することが開示されている(特許文献1参照)。
[0003]
 しかしながら、軸流ファンでは、回転体の質量バランスが重要となるが、製造された軸流ファンには個体差がある。したがって、質量アンバランス修正を軸流ファン毎に個別に行う必要があり、この作業には労力を要する。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特許第6183995号公報

発明の概要

[0005]
 本発明の実施形態の目的は、回転体の質量アンバランス修正が容易な軸流ファンを提供することにある。
[0006]
 本発明の観点に従った軸流ファンは、回転軸であるシャフトと、空気動圧により前記シャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受と、リング形状で、第1の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合され、切削されることにより質量アンバランスを修正するためのシャフトホルダと、前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合する第2の穴が中央に設けられた円形状の面で円筒形状の一端が塞がれた形状のフレームと、前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被さり、前記シャフトホルダが嵌合する円形状の面の中央に設けられた第3の穴が設けられたインペラーとを備える。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 図1は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの構成を示す斜視図である。
[図2] 図2は、実施形態に係る軸流ファンの構成を示す断面図である。
[図3] 図3は、実施形態に係るモータ本体の構成を示す斜視図である。
[図4] 図4は、実施形態に係るインペラーの下側からの構成を示す斜視図である。
[図5] 図5は、実施形態に係るインペラーがモータ本体に取り付けられた状態を示す斜視図である。
[図6] 図6は、実施形態に係る外枠を垂直に切断した構成を示す斜視図である。

発明を実施するための形態

[0008]
(実施形態)
 図1は、本発明の実施形態に係る軸流ファン10の構成を示す斜視図である。図2は、実施形態に係る軸流ファン10の構成を示す断面図である。
[0009]
 軸流ファン10は、例えば、サーバを冷却するための冷却ファンとして用いられる。軸流ファン10は、モータ本体1、インペラー2、及び、外枠3を備える。
[0010]
 図3は、実施形態に係るモータ本体1の構成を示す斜視図である。
[0011]
 モータ本体1は、回転する回転体と、回転体の回転に対して静止している静止部分とに分けられる。
[0012]
 モータ本体1の回転体は、シャフト11、シャフトホルダ12、フレーム13、及び、マグネット14で構成される。シャフトホルダ12及びフレーム13は、ロータホルダーを形成する。
[0013]
 モータ本体1の静止部分は、基板15、複数のコイル16、コア17、及び、複数の支持部材18で構成される。
[0014]
 シャフト11は、回転体の回転軸であり、円柱形状をしている。シャフト11は、鉄などの金属製である。
[0015]
 シャフトホルダ12は、リング形状で、表面は平面であり、裏面はフレーム13の穴に嵌合するような形状である。シャフトホルダ12は、表面の中央の穴にシャフト11の上部を嵌合した状態で接合される。シャフトホルダ12の底面部分は、フレーム13の上部に接合される。シャフトホルダ12は、切削加工が可能な金属でできている。ここでは、シャフトホルダ12は、真鍮製とするが、鋼鉄製でもよい。真鍮は、鋼よりも錆び難いため、シャフトホルダ12の素材に適している。また、シャフトホルダ12の素材は、フレーム13の素材の金属と線膨張係数の近いものを選ぶことで、熱膨張によるシャフトホルダ12とフレーム13のズレが抑制される。具体的には、フレーム13が鉄製である場合、シャフトホルダ12は、真鍮製又は鋼製などが望ましい。
[0016]
 フレーム13は、円筒形状の一端を塞ぐ円形状の表面(上面)にシャフト11が突き出す穴が中央に設けられた形状である。フレーム13の上面の穴は、シャフト11が貫通した状態で、シャフト11とフレーム13との間にできる隙間をシャフトホルダ12により覆うように塞がれた状態になる。フレーム13は、鉄などの金属製である。フレーム13は、プレス加工されることにより成形される。
[0017]
 マグネット14は、モータ本体1のロータとしての機能を持たすための永久磁石である。マグネット14は、円筒形状をしており、フレーム13の内側に取り付けられる。
[0018]
 基板15は、シャフト11が貫通する穴が中央に設けられた円板形状をしている。基板15は、モータ本体1を駆動するための制御回路が実装される。基板15には、ロータの回転位置を検出するセンサ151が設けられる。なお、基板15は、センサ151が設けられていないセンサレスモータに用いるものでもよい。また、基板15は、モータ本体1ではなく、外枠3に取り付けられていてもよい。このような構成は、例えば、センサレスモータに用いられる。
[0019]
 コイル16及びコア17は、フレーム13の内部に設けられる。各コイル16は、コア17に巻かれて、シャフト11の周りを円周上に等間隔に配置される。コイル16及びコア17は、モータ本体1のステータとしての機能を持つ。なお、コア17は、いくつの部材で構成されてもよい。例えば、コア17は、薄い板を回転軸方向に積み重ねて形成し、渦電流損失を抑制する構造でもよい。
[0020]
 複数の支持部材18は、モータ本体1の静止部分に対して回転体が回転するように支持する部材、及び、モータ本体1の静止部分が外枠3に固定されるように支持する部材を含む。例えば、支持部材18は、コイル16及びコア17を配置するための部材、又は、基板15に設けられた小さい穴に貫通させて、静止部分を外枠3に固定する棒状の部材などである。
[0021]
 図4は、実施形態に係るインペラー2の下側からの構成を示す斜視図である。図5は、実施形態に係るインペラー2がモータ本体1に取り付けられた状態を示す斜視図である。
[0022]
 インペラー2は、プラスチックなどの樹脂製である。インペラー2は、円筒形状の一端が塞がれた形状のインペラー本体21に複数の羽根22が設けられた形状である。インペラー本体21は、円形状の表面(上面)にシャフトホルダ12の外周面が嵌合する穴が中央に設けられた形状である。インペラー本体21の上面の穴の周りは、熱膨張によるクラックを防止するために十分な厚さを持たせてある。インペラー本体21の内側の形状は、フレーム13が上部から嵌るような形状である。インペラー本体21の内側には、フレーム13と接着するための接着剤を塗布する窪みが設けられていてもよい。羽根22は、回転すると回転軸方向に風を流す形状に成形される。インペラー2は、フレーム13に被せるようにして、上面の穴にシャフトホルダ12の外形が嵌るように取り付けられる。インペラー2の上面の穴に、シャフトホルダ12の外形を嵌めることで、モータ本体1の芯出しがされた状態になる。インペラー本体21の内周面とフレーム13の外周面は、接着剤で接着される。
[0023]
 図6は、実施形態に係る外枠3を垂直に切断した構成を示す斜視図である。
[0024]
 外枠3は、カップ部分31、複数の静止翼(リブ)32、外形部分33、軸受スリーブ34、及び、磁気軸受35を備える。
[0025]
 カップ部分31は、外枠3の底面部分の中央に配置される。カップ部分31は、モータ本体1が実装される箇所である。モータ本体1は、インペラー2が上になるように、カップ部分31の底面に設置される。基板15は、カップ部分31の内部に固定されるように配置される。カップ部分31の外形は、基板15の外形よりも一回り大きい。したがって、モータ本体1が実装された状態では、カップ部分31の外周にある垂直方向に延びた外縁と基板15との間には少し隙間がある。なお、基板15が外枠3に取り付けられる場合、基板15は、カップ部分31の外縁と接着され、中央にある穴にシャフト11が貫通される位置で、この穴の内周に少し隙間ができるように設けられる。
[0026]
 静止翼32は、カップ部分31の外周面と外形部分33の内周面とを接続するように、カップ部分31の周りに等間隔で設けられる。静止翼32は、回転体の回転に応じて、隣接する2つの静止翼32の間を回転軸方向に風が通り抜けるような形状に成形される。静止翼32は、空気の流動特性を確保するために、樹脂などの柔軟性のある素材で、薄い形状に成形される。
[0027]
 外形部分33は、軸流ファン10の最も外側を覆う部分である。外形部分33は、モータ本体1が収納される円筒形状部分の両端に、軸流ファン10を実装箇所に取り付けるための穴が設けられた四角形状のフランジ部分が取り付けられた形状である。
[0028]
 軸受スリーブ34は、カップ部分31の中央に設けられる。軸受スリーブ34は、円筒形状である。モータ本体1は、軸受スリーブ34にシャフト11が挿入されるように実装される。軸受スリーブ34は、シャフト11がラジアル方向に変動するのを抑制するための空気動圧軸受である。シャフト11が回転すると、シャフト11の周りの空気動圧により、シャフト11と軸受スリーブ34との隙間が一定に保たれることで、シャフト11の変動が抑制される。したがって、シャフト11の回転時では、シャフト11と軸受スリーブ34は、非接触に保たれる。
[0029]
 磁気軸受35は、軸受スリーブ34の底面に位置する部分に設けられる。磁気軸受35は、主に永久磁石で構成される。磁気軸受35は、永久磁石同士の磁気による引力又は反発力などを利用して、シャフト11がスラスト方向に変動するのを抑制する。したがって、シャフト11と磁気軸受35は、非接触に保たれる。なお、シャフト11がスラスト方向に変動するのを抑制する軸受ならば、磁気軸受35に限らず、どのようなものでもよい。磁気軸受35のように、シャフト11が非接触に保たれる非接触型の軸受であれば、耐久性が良く、高速回転に適しているが、接触型のものでもよい。
[0030]
 次に、軸流ファン10の回転体の質量アンバランスの修正方法について説明する。
[0031]
 シャフトホルダ12は、シャフト11の上部の周りに設けられている。シャフトホルダ12の材質は、比重が比較的重く、切削加工し易い真鍮である。そこで、シャフトホルダ12を切削することで、マイナスバランス方式の質量アンバランス修正を行う。ここでは、例として、ドリルで円形の穴を空けて質量アンバランス修正をする方法を説明するが、何を用いて、どのように切削加工してもよい。
[0032]
 まず、軸流ファン10の回転体の質量のバランスを測定する。この測定結果に基づいて、シャフトホルダ12にドリルで穴を空ける箇所及び深さを決定する。この決定結果に従って、ドリルでシャフトホルダ12に穴を空ける。穴を空ける箇所及び深さについては、従来から知られている方法を用いることで、機械的に決定することができる。したがって、質量のバランスの測定から、穴を空ける箇所及び深さを決定して、シャフトホルダ12に質量アンバランスの修正加工を行うまでを自動化してもよい。
[0033]
 次に、軸流ファン10の芯出しの一例について説明する。
[0034]
 図2に示すように、シャフトホルダ12の上部の外周面とインペラー2の上面の穴の内側とが接触する部分を軸流ファン10の芯出し箇所SNとする。軸流ファン10の製造時に、芯出し箇所SNで、シャフト11の回転軸の中心が所望の位置になるように芯出し調整が行われる。
[0035]
 軸流ファン10の製造は、常温で行われるため、軸流ファン10の稼働による発熱により、各部品が熱膨張することを考慮しなければならない。この熱膨張の影響は、インペラー2の内周面よりも径が小さい上面の穴の内側にある芯出し箇所SNの方が少ない。例えば、熱膨張を考慮して、インペラー2の内周面とフレーム13の外周面との間に、50~150μmの間隙が必要だとすると、芯出し箇所SNであるシャフトホルダ12の外周面とインペラー2の上面の穴の内側との間隙は、0~50μmでよい。
[0036]
 芯出し箇所SNで芯出し調整を行うことで、インペラー2の内周面とフレーム13の外周面との接触箇所で芯出しをする必要がないため、この箇所の間隙をインペラー2とフレーム13との線膨張係数の違いを考慮して、クラックが生じないように十分に広くすることができる。また、芯出し箇所SNをインペラー2の内周面よりも径が小さい上面の穴の内側とすることで、熱膨張を考慮して確保する必要のある間隙の幅は狭くてよいため、芯出しの精度を高くすることができる。
[0037]
 なお、芯出しは、軸流ファン10のインペラー2の内周面とフレーム13の外周面との接触箇所で行ってもよいし、その他のどの箇所で行ってもよい。
[0038]
 本実施形態によれば、切削可能なシャフトホルダ12を設けることで、マイナスバランス方式による回転体の質量アンバランス修正を容易にすることができる。
[0039]
 また、シャフト11の軸受に、非接触型の空気動圧軸受を採用することで、接触型のボールベアリング軸受と比較すると、高速回転に適した耐久性の高い軸流ファン10にすることができる。さらに、スラスト軸受として非接触型の磁気軸受を採用することで、より高速回転に適し、耐久性に優れた軸流ファン10にすることができる。
[0040]
 さらに、シャフト11が中央の穴に嵌合されたシャフトホルダ12の外周面とインペラー2の上面の穴の内側とが接触する芯出し箇所SNで芯出しを行うことで、インペラー2の内周面とフレーム13の外周面との間では、芯出しを行う必要がない。このため、インペラー2の内周面とフレーム13の外周面との間隙を熱膨張を考慮して広めに確保することができる。これにより、インペラー2の素材である樹脂とフレーム13の素材である金属との線膨張係数の違いにより、インペラー2にクラックが発生するのを防止することができる。
[0041]
 また、芯出し箇所SNで芯出しを行うことで、インペラー2の芯出し箇所SNの径は、インペラー2の内周面の径よりも小さいため、熱膨張による変化の大きさも小さくなる。したがって、芯出し箇所SNで芯出しを行うことで、インペラー2の内周面で芯出しを行う場合と比較して、熱膨張を考慮した間隙の幅を小さくできるため、芯出しの精度を高くすることができる。
[0042]
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。

請求の範囲

[請求項1]
 回転軸であるシャフトと、
 空気動圧により前記シャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受と、
 リング形状で、第1の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合され、切削されることにより質量アンバランスを修正するためのシャフトホルダと、
 前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合する第2の穴が中央に設けられた円形状の面で円筒形状の一端が塞がれた形状のフレームと、
 前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被さり、前記シャフトホルダが嵌合する円形状の面の中央に設けられた第3の穴が設けられたインペラーと
を備えたことを特徴とする軸流ファン。
[請求項2]
 前記シャフトホルダは、真鍮製であること
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の軸流ファン。
[請求項3]
 前記シャフトホルダは、切削された形状があること
を特徴とする請求項1に記載の軸流ファン。
[請求項4]
 磁気により前記シャフトのスラスト方向の変動を抑制する磁気軸受を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の軸流ファン。
[請求項5]
 空気動圧により回転軸であるシャフトのラジアル方向の変動を抑制する空気動圧軸受を設け、
 リング形状のシャフトホルダの第1の穴に前記シャフトが嵌合された状態で接合し、
 フレームの円筒形状の一端を塞ぐ円形状の面の中央に設けられた第2の穴に前記シャフトホルダが塞ぐように嵌合し、
 インペラーを、円形状の面の中央に設けられた第3の穴に前記シャフトホルダを嵌合させて、前記フレームを内部に収納するように前記フレームに被せ、
 前記シャフトホルダを質量アンバランスの修正のために切削すること
を含むことを特徴とする軸流ファンの製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]