JP5286689B2 - 冷却ファンユニット - Google Patents

Description

本発明は、直列式軸流ファンとそれを搭載する筐体とで構成された冷却ファンユニットに関する。

一般にサーバは、パーソナルコンピュータに対して情報を送信するコンピュータのことをいう。サーバには小型から大型まで多種多様のものが存在する。サーバを限られたスペースに効率よく収納するために、ラックマウント型の機器がよく使用される。このラックに、さらに効率よくサーバを収納できるようにしたものをブレードサーバという。

ブレードサーバは、1枚の基盤上にＭＰＵ（Micro Processing Unit）やメモリ、ハードディスク等のサーバを構成するため部品が搭載されているものである。ブレードは、ラックに直接収納されるのではなく、エンクロージャと呼ばれるケースに装着された状態でラックに収納される。エンクロージャには、複数枚のブレードを入れることができ、電源装置や冷却装置等を各ブレードで共有することが可能である。よって、従来のラックマウント型サーバよりも高密度にサーバを設置することが可能である。

ブレードサーバは高密度化に伴い、エンクロージャ内の冷却が大きな課題となっている。ブレードサーバに採用される冷却ファンの一つとして、特許文献１では、複数の単品冷却ファンがブレードの面板に対して流路が並行になるように配置されている構成が開示されている。特許文献１の送風ファンは、単品ファンであって、ブレードサーバ内を十分に冷却するためには、インペラを高回転で回転駆動させる必要があった。よって、冷却ファンを回転駆動させることによる騒音値が高くなるという問題もあった。

特開２００４−２４０９６７号公報

ブレードサーバは、上述の通り高密度化に伴って、高冷却特性を有する冷却ファンの搭載が求められる。よって、上述の問題を考慮すると、特許文献１に開示されている冷却ファンの構成では、十分な冷却特性を得ることが困難である。また、ブレードサーバにおいては、冷却特性でも特に冷却風量と静圧が求められる。更に、ブレードサーバにおいてはラック単位の冷却が求められるため、筐体にファンが収容された冷却ファンユニットをラック近傍に配置することで、冷却特性を高める必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、冷却ファンユニットの騒音値を低減及び風量特性の向上を目的としている。

請求項１に記載の発明は、冷却ファンユニットであって、両端部の一端に吸気側開口と他端に排気側開口を有する筐体と、前記筐体内に搭載される直列式軸流ファンと、を備えており、前記直列式軸流ファンが、中心軸を中心として放射状に配置された複数の第1翼を有する第1インペラと、前記中心軸を中心として前記第1インペラを回転することにより、前記中心軸方向の空気流を発生する第1モータ部と、前記中心軸に沿って前記第1インペラに隣接して配置され、前記中心軸を中心として放射状に配置された複数の第２翼を有する第２インペラと、前記中心軸を中心として前記第２インペラを回転することにより、前記第１インペラの回転によって発生する空気流と同方向の空気流を発生する第２モータ部と、前記第1インペラ及び第２インペラの外周の少なくとも一部を囲む筒状のハウジングと、を備え、前記直列式軸流ファンは、第1インペラ側から第２インペラ側に空気流が発生するように構成され、前記第２インペラが、前記第１インペラの回転方向とは反対方向に回転し、前記第1インペラが第２インペラより前記吸気側開口に近い位置に配置され、前記ハウジングの排気側端部と、前記筐体の前記排気側開口との間に前記排気側端部と前記排気側開口とを連通するダクトが構成され、前記ダクトの空気流路の面積が、前記ハウジングの排気側から前記筐体の排気側に向けて拡大する領域を有し、前記ダクトの排気側の開口における空気流路の面積は、前記ダクトの吸気側の開口における空気流路の面積よりも大きいこと特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却ファンユニットであって、前記第１インペラと前記第２インペラとの間に、前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて少なくとも前記第１モータ部を支持する複数の第１支持リブを備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の冷却ファンユニットであって、前記複数の第１支持リブとは異なる複数の第２支持リブを更に備え、前記複数の第２支持リブが、前記第２インペラの前記第１インペラとは反対側において、前記第２モータ部から前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて前記第２モータ部を支持することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の冷却ファンユニットであって、前記複数の第１支持リブとは異なる複数の第２支持リブを更に備え、前記複数の第２支持リブが、前記第２インペラの前記第１インペラ側において、前記第２モータ部から前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて前記第２モータ部を支持することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の冷却ファンユニットであって、前記複数の第１支持リブの本数が、前記複数の第２支持リブの本数と等しく、各第１支持リブが、前記複数の第２支持リブのいずれかと重なっていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ハウジングが、前記第１インペラの少なくとも外周の一部を囲むとともに前記複数の第１支持リブが接続される第１ハウジング部材と、前記第２インペラの少なくとも外周の一部を囲むとともに前記複数の第２支持リブが接続される第２ハウジング部材と、を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ハウジングの吸気側端部が、前記筐体の前記吸気側開口と略同一面になるように構成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ダクトが、前記ハウジング及び前記筐体とは異なるパーツで構成されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ダクトの内周面に整流板が配列されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ダクトの内周面に静翼が配列されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ダクトと前記ハウジングとが、連続的に形成されていることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の冷却ファンユニットであって、前記ダクトと前記筐体とが、連続的に形成されていることを特徴とする。

本発明では、筐体内に直列式軸流ファンを配置することで、高静圧・高風量を実現することが可能である。また、直列式軸流ファンを筐体に対して吸気口側に配置することで、排気及び吸気における空気流のエネルギ損失が少ない状態で直列式軸流ファンを回転駆動させることが可能である。よって、高い冷却特性を備える冷却ファンユニットを提供することが可能である。

請求項1に記載の発明では、直列式軸流ファンの第１インペラと第２インペラとが互いに異なる方向に回転駆動するため、より高静圧・高風量の直列式軸流ファンが搭載された冷却ファンユニットを提供することが可能である。

請求項７に記載の発明では、筐体の吸気側開口と直列式軸流ファンの吸気側端部とが同一面に形成されることで、直列式軸流ファンの吸気効率を最大限に引き出している。よって、高い風量特性を達成しながら低騒音の冷却ファンユニットを提供することが可能である。

請求項１に記載の発明では、筐体の排気側開口と直列式軸流ファンの排気側端部との間にダクトが設けられることで、直列式軸流ファンから排出される空気流による渦の発生を低減することができる。このため、直列式軸流ファンから発生する空気流のエネルギ損失を低減することが可能である。これにより、直列式軸流ファンの効率を改善するだけでなく、高風量・高静圧・低騒音の冷却ファンユニットを提供することが可能である。

図１は、本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットを示す断面図である。図２は、本発明にかかる第1の実施形態の冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。図３は、本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットの直列式軸流ファンとダクトを示す斜視図である。図４は、本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットを示す斜視図である。冷却ファンユニット１０は、例えば、ブレードサーバ等の電子機器を冷却するために用いられる。図１に示されているように、冷却ファンユニット１０は、筐体１００と、直列式軸流１０１と、ダクト１０２とで構成されている。

本実施形態にかかる直列式軸流ファン１０１は、第1軸流ファン２と第２軸流ファン３とで構成されている。本実施の形態に係る直列式軸流ファン１０１は、いわゆる二重反転式軸流ファンであり、図２に示す第１軸流ファン２の第１インペラ２１と第２軸流ファン３の第２インペラ３１とが互いに反対方向に回転することにより、図１中の上側（すなわち、第１軸流ファン２側）からエアが取り込まれ、下側（すなわち、第２軸流ファン３側）へと送出されて中心軸Ｊ１方向の空気流が発生する。以下の説明では、中心軸Ｊ１方向において、空気が取り込まれる側である図１中の上側を「吸気側」と呼び、エアが排出される側である図１中の下側を「排気側」と呼ぶ。直列式軸流ファン１０１では、図２に示す第１インペラ２１の回転方向と第２インペラ３１の回転方向とを反対方向とすることにより、２つのインペラが同方向に回転する直列式軸流ファンに比べて、高静圧化および大風量化を実現することができる。

第1軸流ファン２は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等間隔にて配置された複数の第1翼２１１を有する第１インペラ２１、中心軸Ｊ１を中心として第1インペラ２１を吸気側から見て反時計回りに回転することにより中心軸Ｊ１方向の空気流（すなわち、図２中の上側から下側へと向かう空気流）を発生する第１モータ部２２、第１インペラ２１の外周を囲む第1ハウジング２３、及び、第１インペラ２１の下側（すなわち、第１インペラ２１と第２インペラ３１との間）において第１モータ部２２から中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第1ハウジング２３に接続されて第1モータ部２２を支持する複数の第１支持リブ２４を備える。第１軸流ファン２では、第１ハウジング２３の内側に第１インペラ２１、第１モータ部２２および複数の第１支持リブ２４が配置される。

図２に示されているように、第1モータ部２２は、第1ステータ部２２１、及び、第１ロータ部２２２を備えている。第１ロータ部２２２は、後述する軸受機構を介して中心軸Ｊ１を中心に第1ステータ部２２１に対して回転可能に支持される。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってロータ部２２２側を上側、ステータ部２２１側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

第1ステータ部２２１は、平面視において中心軸Ｊ１を中心とする略有底円筒状の第１ベース部２２１１を備え、第1ベース部２２１１は、図２に示されているように、複数の第１支持リブ２４を介して第１ハウジング２３の略円筒状の内周面２３１に固定されて第1ステータ部２２１の各部を保持する。第1ベース部２２１１は樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第１支持リブ２４および第１ハウジング２３と共に連続的に射出成形により形成される。

図２に示されているように、第1ベース部２２１１の中央の開口には、第１ベース部２２１１から上側（すなわち、第1ロータ部２２２側）に突出する略円筒状の第1軸受保持部２２１２が固定されている。第1軸受保持部２２１２の内側には、軸受機構の一部となる玉軸受２２１３，２２１４が中心軸Ｊ１方向の上部および下部に設けられる。

第1ステータ部２２１は、また、第1軸受保持部２２１２の外周に取り付けられる（すなわち、第1軸受保持部２２１２の周囲にて第1ベース部２２１１に取り付けられる）第1電機子２２１５、および、第1電機子２２１５の下側に取り付けられるとともに第1電機子２２１５に巻回されている第１コイル２２１７に電気的に接続されて第１電機子２２１５を制御する略円環板状の第１回路基板２２１６をさらに備える。第１回路基板２２１６は、複数のリード線を束ねたリード線群を介して直列式軸流ファン１０１の外部に設けられた外部電源に接続される。なお、図２では、リード線群および外部電源の図示は省略している。

第１ロータ部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略有蓋円筒状であって磁性を有する金属製の第１ヨーク２２２１、第１ヨーク２２２１の側壁部の内側（すなわち、内側面）に固定されて第１電機子２２１５と対向する略円筒状の第１界磁用磁石２２２２、および、第１ヨーク２２２１の蓋部から下向きに突出する第１シャフト２２２３を備える。

第１シャフト２２２３は、第１軸受保持部２２１２に挿入されて玉軸受２２１３，２２１４により回転可能に支持される。第１軸流ファン２では、第１シャフト２２２３および玉軸受２２１３，２２１４が、中心軸Ｊ１を中心に第１ヨーク２２２１を第１ベース部２２１１に対して回転可能に支持する軸受機構の役割を果たす。

第１インペラ２１は、第１モータ部２２の第１ヨーク２２２１の外側を覆う略有蓋円筒状の第１ハブ２１２、および、第１ハブ２１２の側壁部の外側（すなわち、外側面）から径方向外方に向けて放射状に伸びる複数の第１翼２１１を備える。第１ハブ２１２は樹脂製であり、同じく樹脂製の第１翼２１１と共に連続的に射出成形により形成される。

第１軸流ファン２では、第１モータ部２２の第１回路基板２２１６を介して第１電機子２２１５に供給される駆動電流が制御されて第１電機子２２１５と界磁用磁石２２２２との間で中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生することにより、第１ロータ部２２２に取り付けられた第１インペラ２１の複数の第１翼２１１が、中心軸Ｊ１を中心として吸気側から見て反時計回りに回転駆動する。これにより、図２中の上側（すなわち、第１モータ部２２の第１ロータ部２２２側）から空気が取り込まれて下側（すなわち、第２軸流ファン３側）へと送出される。

図２に示されているように、第２軸流ファン３は、中心軸Ｊ１に沿って第１インペラ２１に隣接して配置される第２インペラ３１を備え、第２インペラ３１は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等ピッチにて配置された複数の第２翼３１１を有する。

第２軸流ファン３は、また、中心軸Ｊ１を中心として第２インペラ３１を第１インペラ２１とは反対方向（すなわち、吸気側から見て時計回り）に回転することにより第１インペラ２１による空気流と同方向の空気流（すなわち、図２中の上側から下側へと向かう中心軸Ｊ１方向の空気流）を発生する第２モータ部３２、第２インペラ３１の外周を囲む第２ハウジング３３、および、第２インペラ３１の上側（すなわち、第２インペラ３１の第１インペラ２１側）において第２モータ部３２から中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第２ハウジング３３に接続されて第２モータ部３２を支持する複数の第２支持リブ３４を備える。

第２軸流ファン３の複数の第２支持リブ３４は複数の第１支持リブ２４と同一の本数備えられている。また、複数の第２支持リブ３４と第１支持リブ２４のそれぞれは全長に亘って重ね合わされている。このことより、複数の第１支持リブ２４と複数の第２支持リブ３４とは仮想的に一組の支持リブを構成することになる。よって、第１軸流ファン２、第２軸流ファン３が回転駆動することにより発生する空気流との騒音を低減することができる。

第２軸流ファン３では、第２ハウジング３３の内側に第２インペラ３１、第２モータ部３２および複数の第２支持リブ３４が配置される。また、直列式軸流ファン１０１全体として見た場合、連続する第１ハウジング２３および第２ハウジング３３の内側においてエアが流れる流路には、図２中の上側（すなわち、吸気側）から順に、第１インペラ２１、第１支持リブ２４、第２支持リブ３４、第２インペラ３１が配置される。

図２に示されているように、第２モータ部３２の構成は第１モータ部２２の構成と同様であり、第２ステータ部３２１、および、第２ステータ部３２１の下側（すなわち、排気側）に配置されて第２ステータ部３２１に対して回転可能に支持される第２ロータ部３２２を備える。

第２ステータ部３２１は、複数の第２支持リブ３４を介して第２ハウジング３３の略円筒状の内周面３３１に固定されて第２ステータ部３２１の各部を保持する第２ベース部３２１１、玉軸受３２１３，３２１４が内側に設けられる略円筒状の第２軸受保持部３２１２、第２軸受保持部３２１２の外周に取り付けられる第２電機子３２１５、および、第２電機子３２１５の上側に取り付けられるとともに第２電機子３２１５に電気的に接続されて第２電機子３２１５を制御する略円環板状の第２回路基板３２１６を備える。

第２ベース部３２１１は樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第２支持リブ３４および第２ハウジング３３と共に射出成形により形成される。第２回路基板３２１６は、複数のリード線を束ねたリード線群を介して直列式軸流ファン１０１の外部に設けられた外部電源に接続される。

第２ロータ部３２２は、金属製の第２ヨーク３２２１、第２ヨーク３２２１の内側面に固定される第２界磁用磁石３２２２、および、第２ヨーク３２２１から上向きに突出する第２シャフト３２２３を備える。第２シャフト３２２３は、第２軸受保持部３２１２内において玉軸受３２１３，３２１４により回転可能に支持される。第２軸流ファン３では、第２シャフト３２２３および玉軸受３２１３，３２１４が、中心軸Ｊ１を中心に第２ヨーク３２２１を第２ベース部３２１１に対して回転可能に支持する軸受機構の役割を果たす。

第２インペラ３１は、第２モータ部３２の第２ヨーク３２２１の外側を覆う略有底円筒状の第２ハブ３１２、および、第２ハブ３１２の外側面から放射状に伸びる複数の第２翼３１１を備える。第２ハブ３１２は樹脂製であり、同じく樹脂製の第２翼３１１と共に射出成形により形成される。

第２軸流ファン３では、第２モータ部３２が駆動されることにより、第２インペラ３１の複数の第２翼３１１が中心軸Ｊ１を中心として吸気側から見て時計回りに回転する。これにより、図１中の上側（すなわち、第１軸流ファン２側）から空気が取り込まれて下側へと送出される。

上記に示される直列式軸流ファン１０１は、図１又は図４に示されているように筐体１００に対して取り付けられる。筐体１００は中心軸Ｊ１と垂直な断面の形状が、略四角形状で薄肉の枠体である。筐体１００は、この断面形状が中心軸Ｊ１方向に伸びた略四角形状の筒状である。本実施形態の筐体１００は、薄肉の金属材料をプレス加工に形成したプレス成形品である。ただし、筐体１００に使用される材料や加工方法は上記に限定されるものではなく、樹脂射出成形等で形成しても良い。中心軸Ｊ１方向から見た場合の筐体１００の内周面の形状と直列式軸流ファン１０１の外形の形状はほぼ同一である。よって、筐体１００と直列式軸流ファン１０１とはほぼ隙間無く固定されているため、筐体１００と直列式軸流ファン１０１との間からは空気流が逆流するようなことはない。筐体１００の中心軸Ｊ１方向の長さは、直列式軸流ファン１０１の中心軸Ｊ１方向の長さよりも長く、直列式軸流ファン１０１が筐体１００内に完全に収容される。ここで、直列式軸流ファン１０１は、筐体１００に対して、直列式軸流ファンの吸気側端面２００と筐体１００の吸気側開口１０００とがほぼ一致するように配置されている。

一般的に軸流ファンにおいては、吸気口に近い位置にインペラが配置されることで、インペラが回転駆動した際の吸気量を増加させることができる。よって、吸気口から軸方向において排気口側にインペラを移動させて配置した場合には、吸気量が低減することになる。上記の構成を採用することにより、軸流ファン１０１と筐体１００を組み合わせた際の直列式軸流ファン１０１作動時の吸気量の低減を最小限に留めることができる。

図９は、冷却ファンユニットにおける直列式軸流ファンの配置を変えた状態を示す断面図である。図１０は、図９における冷却ファンユニットそれぞれの風量特性を示す図である。冷却ファンユニットにおける直列式軸流ファンの配置が異なる場合の特性変化について説明する。図９について説明する。ＮＯ．１は、直列式軸流ファン１０１の吸気側端面２００と筐体１００の吸気側開口１０００とが一致した状態を示す。ＮＯ．２は、直列式軸流ファン１０１がＮＯ．１の状態から筐体１００の排気口側開口１００１側に向けて２０ｍｍ移動させた状態を示す。ＮＯ．３は、直列式軸流ファン１０１がＮＯ．１の状態から筐体１００の排気口側開口１００１側に向けて５０ｍｍ移動させた状態を示す。ＮＯ．４は、直列式軸流ファン１０１の排気側端部２０１と筐体１００の排気側開口１００１とを一致させた状態を示す。本実施形態の冷却ファンユニット１０における筐体１００と直列式軸流ファン１０１の位置関係は図９に示されているＮＯ．１である。

図１０は、ＮＯ．１〜ＮＯ．４の冷却ファンユニットの風量（Ｃ．Ｆ．Ｍ）と静圧（ｉｎｃｈ−Ｈ_２Ｏ）の関係を示した図である。図１０においては、横軸を風量とし、縦軸を静圧としている。本図において風量特性の比較をする場合、グラフの位置が右上にあるものの方が風量特性が高いと言える。何故なら、右上にグラフが位置する方が、風量が高く且つ静圧も高いからである。図１０を見てみると、高静圧域においてはＮＯ．２がＮＯ．１よりも高い風量特性を示しているが、それ以外のほぼ全静圧域においてＮＯ．１が最も高い風量特性を示している。よって、図１０より、冷却ファンユニットを提供する場合、最も風量特性が高いものは、直列式軸流ファン１０１の吸気側端面２００と筐体１００の吸気側開口１０００とが一致した状態であるということが分かる。

次に、直列式軸流ファン１０１の排気側端部２０１と筐体１００の排気口１００１との間には、図１および図３に示されているように、直列式軸流ファン１０１の排気側端部２０１と筐体１００の排気口１００１とを連通する空気流路を有するダクト１０２が固定されている。第１の実施形態におけるダクト１０２の吸気側の開口１０２１は、第２軸流ファン３の排気口２０１１とほぼ同形状に形成されている。よって、ダクト１０２の吸気側の開口１０２１と、第２軸流ファン３の排気口２０１１とは筐体１００内に固定された際に一致する。ダクト１０２の吸気側の開口１０２１と、第２軸流ファン３の排気口２０１１とが一致しない場合には、直列式軸流ファン１０１とダクト１０２の継ぎ目の空気流路側面に段差部が生じ、空気流が通過する際に騒音が発生する。しかし、ダクト１０２の吸気側の開口１０２１と、第２軸流ファン３の排気口２０１１とを一致させることで、空気流路側面を滑らかに形成することができ、騒音の発生を抑制することができる。

中心軸Ｊ１方向から見た場合の筐体１００の内周面の形状と、ダクト１０２の外形形状はほぼ同一である。よって、筐体１００とダクト１０２とはほぼ隙間無く固定されているため、筐体１００とダクト１０２の間から空気流が逆流するようなことはない。本実施形態においては、直列式軸流ファン１０１とダクト１０２の中心軸Ｊ１方向の長さの和は、筐体１００の中心軸Ｊ１方向の長さとほぼ等しくなるように構成されているが、ダクト１０２は筐体１００からはみ出しても良く、また、ダクト１０２の排気側の開口１０２２が、筐体１００の排気口１００１よりも吸気側に位置しても良い。つまり、ダクト１０２の軸方向の長さは限定されるものではない。

本実施形態においては、ダクト１０２の中心軸Ｊ１に垂直な断面の内周面形状（つまり、空気流路形状）は、ダクト１０２の吸気側の開口１０２１から排気側の開口１０２２にかけてほぼ同一形状に形成される。ダクト１０２が構成されていない場合、直列式軸流ファン１０１から排出された空気流は、インペラ３１の回転による遠心力に伴い径方向外方に向かう成分によって、筐体１００の内周面（ダクト１０２が構成されていないため、内周面の形状は略四角形となる。）に衝突する。このため、空気流は直列式軸流ファン１０１から排出されてまもなくエネルギが損失し、筐体１００の排気口１００１から排出されるまでに流速が減速することになり、冷却ファンユニット１０そのものの風量特性が低減する。

しかし、上記に示すダクト１０２を構成することによって、直列式軸流ファン１０１から排出された空気流は、ダクト１０２によって外方に拡がらずに筐体１００の排気口１００１に案内される。よって、直列式軸流ファン１０１から排出される空気流のエネルギ損失は最小限に抑えられる。

図５は、第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す断面図である。図６は、第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。第１の実施形態においては、上述の通り、ダクト１０２の中心軸Ｊ１に垂直な断面の空気流路が、ダクト１０２の吸気側の開口１０２１から排気側の開口１０２２にかけてほぼ同一形状に形成されている。例えば、図５に示されているように、ダクト１０２Ａの中心軸Ｊ１に垂直な断面の空気流路の面積が、ダクト１０２の吸気側の開口１０２１から排気側の開口１０２２に向けて徐々に大きくなるように形成されている。

例えば、図６に示されているように、ダクト１０２Ａの吸気側の開口１０２１Ａは、第２軸流ファン３の排気口２０１１とほぼ同一の形状（円形）で形成されている。ダクト１０２Ａの排気側の開口１０２２Ａは、筐体１００の内周面からダクト１０２Ａの肉厚分小さくした四角形状に形成されている。ダクト１０２Ａの吸気側の開口１０２１Ａは、排気側に向けて徐々に空気流路形状が変形し、排気側の開口１０２２Ａの形状になる。これにより、第２軸流ファン３の排気口２０１１からダクト１０２Ａの排気口側の開口１０２２Ａにかけて急激な空気流路面積の変化が無いため、直列式軸流ファン１０１から排出された空気流が滑らかに筐体１００の排気口１００１に案内される。

図７は、第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。図８は、第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。第１の実施形態のダクト１０２の内周面（つまり、空気流路）は、フラットに形成されている。ダクト１０２の変形例として、例えば、図７に示されているように、ダクト１０２Ｂの内周面には複数枚の整流板１０３Ｂが環状に配列されている。整流板１０３Ｂによりダクト１０２Ｂ内部を通過してきた空気流の気流が整えられ、安定した空気流が筐体１００から排出される。つまり、ダクト１０２Ｂの内周面に整流板１０３Ｂを形成したことで、騒音値が低減され、風量値の向上化を図ることができる。整流板１０３Ｂの具体的形状は、中心軸Ｊ１方向に伸びる板状部材であって、できる限り板状部材は薄肉で形成されているのが望ましい。また、整流板１０３Ｂはダクト１０２Ｂの排気口付近に配置されるのが望ましい。整流板１０３Ｂの形状及び配置される位置等は上記に限定されない。

その他、第1の実施形態のダクト形状の変形例として、例えば、図８に示されているように、ダクト１０２Ｃの内周面には複数枚の静翼１０３Ｃが環状に配列されている。直列式軸流ファン１０１から排出される空気流には、第２インペラ３１の回転に伴う旋廻成分が含まれている。本来、効率良く空気流を排出するためには、軸方向成分が最も強い方が良い。よって、静翼１０３Ｃにより空気流が持つ旋廻成分を回収し、空気流の旋廻成分を軸方向成分に変換することが可能である。このため、空気流は効率よく筐体１００から排出され、風量及び静圧の向上化を図ることができる。静翼１０３Ｃの具体的形状は、中心軸Ｊ１に対して傾斜して伸びる板状部材であって、できる限り板状部材は薄肉で形成されているのが望ましい。また、図８に記載のダクト１０２Ｃには、静翼１０３Ｃが排気側端部に形成されているが、静翼１０３Ｃが形成される中心軸Ｊ１方向の位置はこれに限定しない。空気流の旋廻成分は、第２インペラ３１の回転方向と同一の方向である。このため、静翼１０３Ｃの吸気側端部１０３１Ｃは、周方向において排気側端部１０３２Ｃよりも第２インペラ３１の回転方向反対側に位置するように形成されている。つまり、静翼１０３Ｃは、第２インペラ３１の回転方向反対側に向けて傾斜している。

次に、本発明の第２の実施形態にかかる冷却ファンユニットについて説明する。第２の実施形態にかかる冷却ファンユニットは、支持リブの直列式軸流ファンの構成が異なる点を除き、図１及び図２に示す冷却ファンユニットと同様の構成を有するため、以下の説明では、直列式軸流ファン以外の他の構成に同符号を付す。

図１１は、第２の実施形態にかかる冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。冷却ファンユニット（図略）に固定される直列式軸流ファン１０１Ａは、第１軸流ファン２と第２軸流ファン３Ａとで構成される。第1軸流ファン２は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等間隔にて配置された複数の第1翼２１１を有する第１インペラ２１、中心軸Ｊ１を中心として第1インペラ２１を吸気側から見て反時計回りに回転することにより中心軸Ｊ１方向の空気流（すなわち、図１１中の上側から下側へと向かう空気流）を発生する第１モータ部２２、第１インペラ２１の外周を囲む第1ハウジング２３、及び、第１インペラ２１の下側（すなわち、第１インペラ２１と第２インペラ３１Ａとの間）において第１モータ部２２から中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第1ハウジング２３に接続されて第1モータ部２２を支持する複数の第１支持リブ２４を備える。第１軸流ファン２では、第１ハウジング２３の内側に第１インペラ２１、第１モータ部２２および複数の第１支持リブ２４が配置される。

図１１に示されているように、第1モータ部２２は、第1ステータ部２２１、及び、第１ロータ部２２２を備えている。第１ロータ部２２２は、後述する軸受機構を介して中心軸Ｊ１を中心に第1ステータ部２２１に対して回転可能に支持される。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿って第１ロータ部２２２側を上側、第１ステータ部２２１側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

第1ステータ部２２１は、平面視において中心軸Ｊ１を中心とする略有底円筒状の第１ベース部２２１１を備え、第1ベース部２２１１は、図１１に示されているように、複数の第１支持リブ２４を介して第１ハウジング２３の略円筒状の内周面２３１に固定されて第1ステータ部２２１の各部を保持する。第1ベース部２２１１は樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第１支持リブ２４および第１ハウジング２３と共に連続的に射出成形により形成される。第１軸流ファン２の構成は第1の実施形態と同様である。

次に、第２軸流ファン３Ａの構成について説明する。図１１に示されているように、第２軸流ファン３Ａは、中心軸Ｊ１に沿って第１インペラ２１に隣接して配置される第２インペラ３１Ａを備え、第２インペラ３１Ａは、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等ピッチにて配置された複数の第２翼３１１Ａを有する。

第２軸流ファン３Ａは、また、中心軸Ｊ１を中心として第２インペラ３１Ａを第１インペラ２１とは反対方向（すなわち、吸気側から見て時計回り）に回転することにより第１インペラ２１による空気流と同方向の空気流（すなわち、図１１中の上側から下側へと向かう中心軸Ｊ１方向の空気流）を発生する第２モータ部３２Ａ、第２インペラ３１Ａの外周を囲む第２ハウジング３３Ａ、および、第２インペラ３１Ａの下側（すなわち、第２インペラ３１Ａの第１インペラ２１とは反対側）において第２モータ部３２Ａから中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第２ハウジング３３Ａに接続されて第２モータ部３２Ａを支持する複数の第２支持リブ３４Ａを備える。

第２軸流ファン３Ａの複数の第２支持リブ３４Ａは複数の第１支持リブ２４と同一の本数備えられている。ただし、第1支持リブ２４及び第２支持リブ３４Ａの本数が第２翼３１１Ａと同じ本数にならないように構成されていれば、複数の第２支持リブ３４Ａと複数の第１支持リブ２４の本数は、同一でなく異なる本数でも良い。

第２軸流ファン３Ａでは、第２ハウジング３３Ａの内側に第２インペラ３１Ａ、第２モータ部３２Ａおよび複数の第２支持リブ３４Ａが配置される。また、直列式軸流ファン１０１Ａ全体として見た場合、連続する第１ハウジング２３および第２ハウジング３３Ａの内側においてエアが流れる流路には、図１１中の上側（すなわち、吸気側）から順に、第１インペラ２１、第１支持リブ２４、第２インペラ３１Ａ、第２支持リブ３４Ａが配置される。

第２の実施形態においては、第１の実施形態とは第１支持リブ２４、第２支持リブ３４Ａの配置が異なるものの、二重反転式軸流ファンを構成することができ、高静圧、高風量の冷却ファンユニットを提供することが可能である。また、第２の実施形態の冷却ファンユニット１０１Ａにおいては、従来品の軸流ファンをそのまま採用することができるため、専用の軸流ファンの設計工数を削減することが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態にかかる冷却ファンユニットについて説明する。第３の実施形態にかかる冷却ファンユニットは、支持リブの直列式軸流ファンの構成が異なる点を除き、図１及び図２に示す冷却ファンユニットと同様の構成を有するため、以下の説明では、直列式軸流ファン以外の他の構成に同符号を付す。

図１２は、第３の実施形態にかかる冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。冷却ファンユニット（図略）に固定される直列式軸流ファン１０１Ｂは、第１軸流ファン２Ｂと第２軸流ファン３とで構成される。第1軸流ファン２Ｂは、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等間隔にて配置された複数の第1翼２１１Ｂを有する第１インペラ２１Ｂ、中心軸Ｊ１を中心として第1インペラ２１Ｂを吸気側から見て反時計回りに回転することにより中心軸Ｊ１方向の空気流（すなわち、図１２中の上側から下側へと向かう空気流）を発生する第１モータ部２２Ｂ、第１インペラ２１Ｂの外周を囲む第1ハウジング２３Ｂ、及び、第１インペラ２１Ｂの上側（すなわち、第１インペラ２１Ｂの第２インペラ３１とは反対側。つまり吸気側）において第１モータ部２２Ｂから中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第1ハウジング２３Ｂに接続されて第1モータ部２２Ｂを支持する複数の第１支持リブ２４Ｂを備える。第１軸流ファン２Ｂでは、第１ハウジング２３Ｂの内側に第１インペラ２１Ｂ、第１モータ部２２Ｂおよび複数の第１支持リブ２４Ｂが配置される。

図１２に示されているように、第1モータ部２２Ｂは、第1ステータ部２２１Ｂ、及び、第１ロータ部２２２Ｂを備えている。第１ロータ部２２２Ｂは、後述する軸受機構を介して中心軸Ｊ１を中心に第1ステータ部２２１Ｂに対して回転可能に支持される。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿って第１ロータ部２２２Ｂ側を下側、第１ステータ部２２１Ｂ側を上側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

第1ステータ部２２１Ｂは、平面視において中心軸Ｊ１を中心とする略有底円筒状の第１ベース部２２１１Ｂを備え、第1ベース部２２１１Ｂは、図１２に示されているように、複数の第１支持リブ２４Ｂを介して第１ハウジング２３Ｂの略円筒状の内周面２３１Ｂに固定されて第1ステータ部２２１Ｂの各部を保持する。第1ベース部２２１１Ｂは樹脂製であり、同じく樹脂製の複数の第１支持リブ２４Ｂおよび第１ハウジング２３Ｂと共に連続的に射出成形により形成される。

次に、第２軸流ファン３の構成について説明する。図１２に示されているように、第２軸流ファン３は、中心軸Ｊ１に沿って第１インペラ２１Ｂに隣接して配置される第２インペラ３１を備え、第２インペラ３１は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に等ピッチにて配置された複数の第２翼３１１を有する。

第２軸流ファン３は、また、中心軸Ｊ１を中心として第２インペラ３１を第１インペラ２１Ｂとは反対方向（すなわち、吸気側から見て時計回り）に回転することにより第１インペラ２１Ｂによる空気流と同方向の空気流（すなわち、図１２中の上側から下側へと向かう中心軸Ｊ１方向の空気流）を発生する第２モータ部３２、第２インペラ３１の外周を囲む第２ハウジング３３、および、第２インペラ３１の上側（すなわち、第２インペラ３１と第１インペラ２１Ｂの間）において第２モータ部３２から中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びるとともに第２ハウジング３３に接続されて第２モータ部３２を支持する複数の第２支持リブ３４を備える。第２軸流ファン３の構成は第１の実施形態と同様である。

第２軸流ファン３の複数の第２支持リブ３４は複数の第１支持リブ２４Ｂと同一の本数備えられている。ただし、第1支持リブ２４Ｂ及び第２支持リブ３４の本数が第２翼３１１と同じ本数にならないように構成されていれば、複数の第２支持リブ３４と複数の第１支持リブ２４Ｂとは、同一ではなく異なる本数でも良い。

第２軸流ファン３では、第２ハウジング３３の内側に第２インペラ３１、第２モータ部３２および複数の第２支持リブ３４が配置される。また、直列式軸流ファン１０１Ｂ全体として見た場合、連続する第１ハウジング２３Ｂおよび第２ハウジング３３の内側においてエアが流れる流路には、図１２中の上側（すなわち、吸気側）から順に、第１支持リブ２４Ｂ、第１インペラ２１Ｂ、第２支持リブ３４、第２インペラ３１が配置される。

第３の実施形態においては、第１、第２の実施形態とは第１支持リブ２４Ｂ、第２支持リブ３４の配置が異なるものの、二重反転式軸流ファンを構成することができ、高静圧、高風量の冷却ファンユニットを提供することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第１の実施形態にかかる冷却ファンユニット１０では、第１ハウジング２３、第２ハウジング３３、第１ベース部２２１１、第２ベース部３２１１、第１支持リブ２４、第２支持リブ３４とを樹脂材料によって連続的に一体成型しても良い。

また、いずれの実施形態においても、例えば、ダクト１０２と筐体１００、ダクト１０２と第２ハウジング３３、筐体１００とハウジング、をそれぞれ単一材料で連続的に形成しても良い。つまり、筐体１００、直列式軸流ファン１０１、ダクト１０２は、それぞれ別パーツでも良く、連続的に形成された一体形状で構成されても良い。

本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットを示す断面図である。 本発明にかかる第1の実施形態の冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットの直列式軸流ファンとダクトを示す斜視図である。 本発明にかかる第１の実施形態の冷却ファンユニットを示す斜視図である。 第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。 第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。 第１の実施形態のダクト形状の他の変形例を示す斜視図である。 冷却ファンユニットにおける直列式軸流ファンの配置を変えた状態を示す断面図である。 図９における冷却ファンユニットそれぞれの風量特性を示す図である。 第２の実施形態にかかる冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。 第３の実施形態にかかる冷却ファンユニットに固定される直列式軸流ファンを示す断面図である。

符号の説明

１０ 冷却ファンユニット
１００ 筐体
１０１ 直列式軸流ファン
１０００ 吸気側開口
１００１ 排気側開口
２ 第１軸流ファン
２１ 第１インペラ
２２ 第１モータ部
２３ 第１ハウジング
２４ 第１支持リブ
２００ 吸気側端面
２０１ 排気側端面
３ 第２軸流ファン
３１ 第２インペラ
３２ 第２モータ部
３３ 第２ハウジング
３４ 第２支持リブ
２１１ 第１翼
３１１ 第２翼
Ｊ１ 中心軸

Claims (12)

1. 冷却ファンユニットであって、
   両端部の一端に吸気側開口と他端に排気側開口を有する筐体と、
   前記筐体内に搭載される直列式軸流ファンと、
   を備えており、
   前記直列式軸流ファンが、
   中心軸を中心として放射状に配置された複数の第1翼を有する第1インペラと、
   前記中心軸を中心として前記第１インペラを回転することにより、前記中心軸方向の空気流を発生する第１モータ部と、
   前記中心軸に沿って前記第１インペラに隣接して配置され、前記中心軸を中心として放射状に配置された複数の第２翼を有する第２インペラと、
   前記中心軸を中心として前記第２インペラを回転することにより、前記第１インペラの回転によって発生する空気流と同方向の空気流を発生する第２モータ部と、
   前記第1インペラ及び第２インペラの外周の少なくとも一部を囲む筒状のハウジングと、
   を備え、
   前記直列式軸流ファンは、第1インペラ側から第２インペラ側に空気流が発生するように構成され、
   前記第２インペラが、前記第１インペラの回転方向とは反対方向に回転し、
   前記第1インペラが第２インペラより前記吸気側開口に近い位置に配置され、
   前記ハウジングの排気側端部と、前記筐体の前記排気側開口との間に前記排気側端部と前記排気側開口とを連通するダクトが構成され、
   前記ダクトの空気流路の面積が、前記ハウジングの排気側から前記筐体の排気側に向けて拡大する領域を有し、
   前記ダクトの排気側の開口における空気流路の面積は、前記ダクトの吸気側の開口における空気流路の面積よりも大きいことを特徴とする冷却ファンユニット。
2. 前記第１インペラと前記第２インペラとの間に、前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて少なくとも前記第１モータ部を支持する複数の第１支持リブを備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファンユニット。
3. 前記複数の第１支持リブとは異なる複数の第２支持リブを更に備え、
   前記複数の第２支持リブが、前記第２インペラの前記第１インペラとは反対側において、
   前記第２モータ部から前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて前記第２モータ部を支持することを特徴とする請求項２に記載の冷却ファンユニット。
4. 前記複数の第１支持リブとは異なる複数の第２支持リブを更に備え、
   前記複数の第２支持リブが、前記第２インペラの前記第１インペラ側において、前記第２モータ部から前記中心軸を中心として放射状に伸びるとともに前記ハウジングに接続されて前記第２モータ部を支持することを特徴とする請求項２に記載の冷却ファンユニット。
5. 前記複数の第１支持リブの本数が、前記複数の第２支持リブの本数と等しく、
   各第１支持リブが、前記複数の第２支持リブのいずれかと重なっていることを特徴とする請求項４に記載の冷却ファンユニット。
6. 前記ハウジングが、
   前記第１インペラの少なくとも外周の一部を囲むとともに前記複数の第１支持リブが接続される第１ハウジング部材と、
   前記第２インペラの少なくとも外周の一部を囲むとともに前記複数の第２支持リブが接続される第２ハウジング部材と、
   を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
7. 前記ハウジングの吸気側端部が、前記筐体の前記吸気側開口と略同一面になるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
8. 前記ダクトが、前記ハウジング及び前記筐体とは異なるパーツで構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
9. 前記ダクトの内周面に整流板が配列されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
10. 前記ダクトの内周面に静翼が配列されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
11. 前記ダクトと前記ハウジングとが、連続的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
12. 前記ダクトと前記筐体とが、連続的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の冷却ファンユニット。
    

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