JPH11150908A - 薄型電動ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールベアリング３５の耐久性低下や振動悪
化等を伴わずに電動ファンの薄型化を実現する。 【解決手段】 ケーシング１に固定された固定子１１と
ファン３１側の円筒形マグネット３３とによって無整流
子モータ２が構成されており、マグネット３３は固定子
１１の外周を囲んでいる。ファン３１の回転軸３４は、
ケーシング１側の単一のボールベアリング３５によって
回転自在に支持されている。円筒形マグネット３３の端
面に対向するようにケーシング１底部に磁性板２１が配
設されているので、両者間に磁気的吸引力が発生し、ボ
ールベアリング３５に軸方向の予圧が付与される。磁性
板２１は、ホール素子１８を配置するための切欠部を備
えており、これによる吸引力のアンバランスを回避する
ために、１８０°離れた位置にも切欠部が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＰＵ等の電子
素子やコンピュータ関連電子機器等を強制冷却したり、
あるいはアスピレータとして機器内の温度を均一化する
ために用いられる薄型電動ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時の電子機器は、高密度化ならびに小
型化する一方で、消費電力は増大する傾向にあり、それ
だけ発熱量が大きなものとなる。そして、一定のスペー
スの機器内に、多数の部品が高密度化されて配置される
と、内部の自然対流による気流の流れつまり自然の放熱
を十分に期待することができないので、機器内の気流の
流れを強制的に作る電動ファンは、不可欠のものとなっ
ている。

【０００３】例えば、パーソナルコンピュータにおける
ＣＰＵは、近年の高性能化に伴って発熱量も増大してお
り、一般に、ＣＰＵのパッケージの上に電動ファンを重
ねて搭載し、その冷却を行っている。

【０００４】このような電動ファンとしては、回転子に
マグネット（永久磁石）を用いた無整流子の直流モータ
が多く利用されており、回転子自体に送風用ブレードを
設けて、軸流ファンもしくは遠心ファンとして構成して
いる。そして、このような電動ファンにおいては、実開
昭６４−３０６５４号公報等に見られるように、回転子
の回転軸を回転自在に支持するために、一般に一対のボ
ールベアリングを用いており、かつコイルスプリングで
もって各ボールベアリングに予圧を付与する構成となっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、近時
の電子機器においては、全体の小型化とともに部品の高
密度化および高性能化が進んでいるため、電動ファンと
しても、当然のことながら、小型かつ薄型のものが要請
されている。特に、いわゆるノート型のパーソナルコン
ピュータにおけるＣＰＵ等では、非常に薄型の電動ファ
ンが必要である。

【０００６】しかしながら、上記のように一対のボール
ベアリングを軸受のために用い、しかもその予圧付与の
ためにコイルスプリングを設けた従来の構成では、各部
品をいかに小型化したとしても、軸受部分の軸方向の寸
法がある程度大きなものとなってしまい、電動ファンの
薄型化に限界があった。

【０００７】なお、コイルスプリングのような予圧付与
手段を省略したとすると、回転子の僅かなアンバランス
やマグネットのコッキングさらには潤滑油の油膜切れ等
によって振動や摩耗が発生しやすく、ボールベアリング
の耐久性が著しく低下してしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、コ
イルを具備した固定子および円筒形マグネットを具備し
た外転型回転子からなる無整流子モータと、上記回転子
の外周に設けられた送風用ブレードと、上記固定子を支
持するケーシングと、を備えてなる薄型電動ファンにお
いて、上記回転子の中心に固定された回転軸を、ケーシ
ング側に設けた１個のボールベアリングを介して回転自
在に支持するとともに、ケーシングの底部に上記円筒形
マグネットの端面に対向する磁性板を配置し、この磁性
板と上記円筒形マグネットとの間に生じる磁気的吸引力
によって上記ボールベアリングに予圧を付与したことを
特徴としている。

【０００９】すなわち、ボールベアリングを介して回転
自在に支持されている回転子は、円筒形マグネットから
の漏洩磁束によって磁性体からなる磁性板に引き寄せら
れるため、ボールベアリングに適宜な予圧が付与され
る。この磁性板は、ボールベアリングと軸方向に重なら
ない位置に配置し得るので、軸受部分の軸方向寸法を制
約することがなく、ボールベアリングを１個とすること
と相俟って、軸方向寸法が非常に短いものとなる。な
お、ボールベアリングを１個とすると、２個の場合に比
べて、回転子のアンバランスやマグネットコッキングに
よって振動が一層生じやすいので、もし予圧が付与され
ないとすると、到底使用に耐えられないものとなってし
まう。本発明では、ボールベアリングが１個であって
も、予圧を付与することにより、回転軸の振れが押さえ
られて円滑な回転が可能であり、十分な耐久性を確保し
得る。

【００１０】請求項１の発明をさらに具体化した請求項
２の発明では、上記固定子の磁極と上記円筒形マグネッ
トの磁極とが半径方向に対向して配置されている。すな
わち、固定子の外周を円筒形マグネットが囲っており、
固定子外周の磁極と回転子内周の磁極とが互いに対向す
る。

【００１１】ここで固定子側の磁極の磁気中心と円筒形
マグネットの磁気中心とが互いに一致している場合に
は、固定子と円筒形マグネットとの間では、磁力による
軸方向の付勢力が発生することはない。これに対し、請
求項３の発明においては、上記の予圧が増加する方向
に、固定子側の磁極の磁気中心と円筒形マグネットの磁
気中心とが互いにずれている。つまり、固定子と円筒形
マグネットとの間で、磁力による軸方向の付勢力が発生
し、ボールベアリングに加えられる予圧が増加する。

【００１２】また請求項４の発明では、上記磁性板は、
円環状をなすとともに、円周方向の一部に切欠部を有
し、この切欠部に、磁極検出用のホール素子が配置され
ている。

【００１３】無整流子モータとして回転子の磁極を検出
するためにホール素子を用いる場合、このホール素子も
円筒形マグネットの漏洩磁束を受ける位置に配設する必
要がある。請求項４の構成では、ホール素子が円筒形マ
グネットの端面に対向する位置に配置され、かつこれ以
外の部分における磁性板と円筒形マグネットとの間の磁
力によって所定の予圧が付与される。従って、磁性板が
ホール素子の検出を妨げることはない。なお、切欠部と
しては、窓状に開口形成されたものであってもよい。

【００１４】さらに、請求項５の発明では、上記磁性板
は、１８０°離れた２カ所にそれぞれ切欠部を有する対
称形状をなし、その一方の切欠部に上記ホール素子が配
置されている。

【００１５】磁性板にホール素子のための切欠部を設け
た場合、この部分では、吸引力が発生しないので、吸引
力のアンバランスが発生し、好ましくない。請求項５の
ように対称に切欠部を設ければ、吸引力のアンバランス
が回避される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、この発明に係る薄型電動ファンの
一実施例を示す平面図、図２は、そのＡ−Ａ線に沿った
断面図である。この電動ファンは、例えば、ノート型パ
ーソナルコンピュータのＣＰＵの冷却に用いられるもの
であって、ＣＰＵのパッケージの上面に重ねて取り付け
られる略矩形の偏平なケーシング１を有し、このケーシ
ング１内に無整流子モータ２が送風用ブレード３ととも
に収容されている。

【００１８】上記ケーシング１は、図２に示すように上
面が開口した箱型に形成されており、かつこの開口部を
覆うように、薄い金属板からなるカバー４が固定されて
いる。上記カバー４には、上記ブレード３の位置に対応
して円形の空気入口５が開口形成されている。また、上
記ケーシング１は、図１に破線で示すように、三方が壁
部で囲まれているのに対し、一方の側面が空気出口６と
して開口している。なお、このケーシング１は、熱伝達
特性に優れたアルミニウム合金にて形成されており、そ
れ自体がＣＰＵのヒートシンクとしても機能している。

【００１９】上記ケーシング１の略中央の底部には、円
筒形のボス部７によって囲まれた円形の孔が設けられて
おり、ここに、円筒形のスリーブ８が圧入固定されてい
る。このスリーブ８の上部外周には、偏平な円環状をな
す固定子１１が固定されている。この固定子１１は、円
筒状に巻回されたコイル１２と、このコイル１２の上端
面および下端面にそれぞれ配設された一対の板状の鉄心
１３と、コイル１２の内周に配置されたインシュレータ
１４と、から構成されている。上記鉄心１３は、図３に
示すように、周方向の４カ所に、突極１３ａを有してお
り、かつ上下の一対の鉄心１３が、互いに４５°ずれた
状態に組み合わされている。つまり、上方の鉄心１３の
隣接する２つの突極１３ａの間に、下方の鉄心１３の突
極１３ａが位置している。これにより、コイル１２の転
流に伴って一対の鉄心１３が交互にＮ極，Ｓ極に磁化さ
れ、固定子１１全体としては、４５°毎にＮ，Ｓの磁極
が生じることになる。

【００２０】上記コイル１２の巻線の端末は、該コイル
１２の下方に位置する一種のプリント配線基板からなる
円環状のコイルボード１５にハンダ付けされており、こ
のコイルボード１５を介して、ケーシング１底面に配設
された駆動回路を備えた回路基板１６に接続されてい
る。なお、図２の符号１７は、この回路基板１６と上記
コイルボード１５との間のハンダ付け部分を示してい
る。上記回路基板１６の一端部には、磁極検出用のホー
ル素子１８が取り付けられている。このホール素子１８
は、矩形のパッケージを有し、上記コイルボード１５に
は、このホール素子１８との干渉を避けるために、矩形
の切欠部が設けられている。なお、このホール素子１８
は、回路基板１６の下面からも僅かに突出しているが、
これに対応してケーシング１底面に一段低く形成された
凹部内に収容されている。

【００２１】また、上記コイルボード１５と固定子１１
下面の鉄心１３との間には、後述する磁性板２１が合成
樹脂製の環状スペーサ２２とともに挟持されている。

【００２２】固定子１１とともに無整流子モータ２を構
成する回転子は、ファン３１として送風用ブレード３と
実質的に一体に構成されている。すなわち、ファン３１
は、円形のステンレス等の薄い金属板からなり、その外
周部分が下方へ向かって一段低くなるように屈曲してい
るとともに、この外周部に、放射状に延びる多数の送風
用ブレード３が形成されている。また、中央の平坦部分
３１ａとブレード３との間に生じる円筒壁部３１ｂの内
周に、マグネットケース３２とともに円筒形マグネット
３３が固定されている。この円筒形マグネット３３は、
内周面に磁極を有するもので、図４に示すように、４５
°間隔でＮ極およびＳ極が交互に着磁されている。な
お、この円筒形マグネット３３および固定子１１の磁極
の数は、言うまでもなく、図示例の８個に限定されるも
のではない。上記マグネットケース３２は、磁性体から
なり、上記円筒形マグネット３３の外周面を覆ってい
る。

【００２３】上記円筒形マグネット３３は、上記固定子
１１の外周を囲うように配置されており、上記固定子１
１の磁極と上記円筒形マグネット３３の磁極とが半径方
向に対向して配置されている。なお、この実施例では、
固定子１１の磁極の磁気中心（図２における軸方向の高
さ位置）が円筒形マグネット３３の磁気中心と互いに一
致している。つまり、磁気中心のオフセットによる軸方
向の付勢力は生じることがない。

【００２４】上記ファン３１の中心には、円形の孔が開
口しているとともに、円筒状のボス部３１ｃが形成され
ており、このボス部３１ｃ内周に、回転軸３４が圧入固
定されている。この回転軸３４は、上述したケーシング
１側のスリーブ８内に配置された単一のボールベアリン
グ３５を介して回転自在に支承されている。このボール
ベアリング３５は、両側にシールドを備えたシールド玉
軸受からなり、かつインナレース３５ａおよびアウタレ
ース３５ｂのそれぞれに鋼球を受ける凹溝が形成されて
いる。上記インナレース３５ａは、回転軸３４に対しい
わゆる隙間ばめとなっており、ファン３１のボス部３１
ｃ先端がインナレース３５ａ上端面に当接している。な
お、回転軸３４先端の凹溝にスナップリング３７が取り
付けられており、回転軸３４の脱落が防止されている。
また、上記アウタレース３５ｂは、同様にスリーブ８に
対し隙間ばめとなっており、スリーブ８内に圧入固定さ
れた円筒状をなす上下一対のベアリングストッパ３６に
よって軸方向に固定されている。

【００２５】従って回転子となるファン３１全体は、上
記のボールベアリング３５によって回転自在に支持され
ており、よく知られているように、ホール素子１８の磁
極検出に基づくコイル１２への電流の転流によって、円
筒形マグネット３３とともにファン３１が一方向に回転
するのである。

【００２６】ここで、上記円筒形マグネット３３の端面
に対向して、ケーシング１底部に上述した磁性板２１が
配設されている。この磁性板２１は、ステンレスもしく
は鉄等の磁性体からなり、図５および図６に示すよう
に、ケーシング１のボス部７外周に嵌合する円環状をな
している。そして、この磁性板２１は、図５に示すよう
に、１８０°離れた２カ所に略矩形の切欠部３８を有す
る対称形状をなしており、その一方の切欠部３８に、ホ
ール素子１８が配置されている。つまり、磁性板２１の
外周部２１ａは、円筒形マグネット３３の端面に対応す
る半径位置にあり、同様に、ホール素子１８も円筒形マ
グネット３３の端面に対応する半径位置にあるが、この
切欠部３８を通してホール素子１８が円筒形マグネット
３３端面に対向している。なお、上記磁性板２１の外周
部２１ａは、円筒形マグネット３３の端面との間に適宜
な微小間隙が得られるように、中央部に比較して一段高
く折曲形成されている。

【００２７】この実施例の構成によれば、回転子となる
円筒形マグネット３３と磁性板２１との間で磁気的吸引
力が発生し、円筒形マグネット３３ひいてはファン３１
全体がケーシング１底部へ向けて付勢される。これによ
り、ボールベアリング３５に軸方向の予圧が付与され、
回転軸３４の振れが防止される。従って、ボールベアリ
ング３５が１個であっても、ファン３１の僅かなアンバ
ランスやマグネットコッキング等に影響されずに非常に
円滑な回転を確保することができ、また耐久性の点でも
十分に良好なものとなる。そして、この予圧付与のため
の磁性板２１は、中心の軸受部分ではなく、ボールベア
リング３５の外周側に配置されるので、軸受部分の軸方
向寸法の増大を招くことがない。従って、ボールベアリ
ング３５を単一にしたことと相俟って、電動ファン全体
を非常に薄型に構成することができる。具体的な寸法を
例示すれば、例えばＣＰＵ用の電動ファンとして、厚さ
５ｍｍ以下に構成することが可能となる。

【００２８】また上記実施例では、ホール素子１８を避
けるように切欠部３８を設けることにより、ホール素子
１８の磁極検出が何ら阻害されず、また、ホール素子１
８および磁性板２１の双方を円筒形マグネット３３に近
接配置することができるため、この部分での厚さの増加
を回避することができる。しかも、上記構成では、切欠
部３８を対称形状に形成することにより、磁気的吸引力
の局部的な欠損を２カ所でバランスさせることができ、
切欠部３８の形成によるアンバランスの発生を回避でき
る。

【００２９】なお、上記実施例では、上述したように固
定子１１の磁極の磁気中心が円筒形マグネット３３の磁
気中心と互いに一致しており、磁気中心のオフセットに
よる軸方向の付勢力は生じることがないが、円筒形マグ
ネット３３の磁気中心を固定子１１の磁気中心に対し上
方にオフセットさせた構成とすれば、円筒形マグネット
３３がケーシング１底部へ向かうような軸方向の力が発
生し、ボールベアリング３５の予圧をさらに増加させる
ことが可能である。また上記実施例では、電動ファンを
遠心型ファンとして構成した例を説明したが、これに限
られず、軸流ファンとして構成することも勿論可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る薄型電動ファンによれば、コイルスプリングのよ
うな軸方向のスペースを必要とする手段を用いずにボー
ルベアリングに予圧を付与することができ、振動や騒音
が少ない円滑な回転を確保することができる。従って、
ボールベアリングを単一にすることができ、非常に薄型
に構成することが可能となる。

【００３１】また請求項３のように磁気中心をずらすこ
とにより、予圧をさらに高めることができる。

【００３２】また請求項４のように磁性板に切欠部を設
けることによって、磁極検出用のホール素子と両立させ
ることが可能であり、磁極検出手段の複雑化や大型化を
招くことがない。そして、請求項５のように切欠部を一
対とすれば、この切欠部の形成による磁気的吸引力のア
ンバランスを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る薄型電動ファンの一実施例を示
す平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】鉄心の平面図。

【図４】円筒形マグネットの平面図。

【図５】磁性板の平面図。

【図６】磁性板の側面図。

【符号の説明】

１…ケーシング ２…無整流子モータ ３…送風用ブレード １１…固定子 １８…ホール素子 ２１…磁性板 ３３…円筒形マグネット ３５…ボールベアリング ３８…切欠部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルを具備した固定子および円筒形マ
   グネットを具備した外転型回転子からなる無整流子モー
   タと、上記回転子の外周に設けられた送風用ブレード
   と、上記固定子を支持するケーシングと、を備えてなる
   薄型電動ファンにおいて、上記回転子の中心に固定され
   た回転軸を、ケーシング側に設けた１個のボールベアリ
   ングを介して回転自在に支持するとともに、ケーシング
   の底部に上記円筒形マグネットの端面に対向する磁性板
   を配置し、この磁性板と上記円筒形マグネットとの間に
   生じる磁気的吸引力によって上記ボールベアリングに予
   圧を付与したことを特徴とする薄型電動ファン。
2. 【請求項２】 上記固定子の磁極と上記円筒形マグネッ
   トの磁極とが半径方向に対向して配置されていることを
   特徴とする請求項１記載の薄型電動ファン。
3. 【請求項３】 上記の予圧が増加する方向に固定子側の
   磁極の磁気中心と円筒形マグネットの磁気中心とが互い
   にずれていることを特徴とする請求項２記載の薄型電動
   ファン。
4. 【請求項４】 上記磁性板は、円環状をなすとともに、
   円周方向の一部に切欠部を有し、この切欠部に、磁極検
   出用のホール素子が配置されていることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の薄型電動ファン。
5. 【請求項５】 上記磁性板は、１８０°離れた２カ所に
   それぞれ切欠部を有する対称形状をなし、その一方の切
   欠部に上記ホール素子が配置されていることを特徴とす
   る請求項４記載の薄型電動ファン。