专利名称：离心风扇的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却的离心风扇，该离心风扇嵌入在电子设备中。
背景技术：
近来，嵌入在电子设备例如个人计算机中的冷却风扇变得更小且更薄。通常，大部分电子设备包括轴流型的冷却风扇。这是因为轴流型冷却风扇通常有适合较薄形状或较低轮廓的结构。相反，尽管离心风扇有静压比轴流风扇更高的优点，但是它们也有这样的缺点，即很难为了实现与轴流风扇相当的较低轮廓而减小轴向尺寸。为了获得能够嵌入到较低轮廓电子设备(例如笔记本型个人计算机)中的离心风扇，可以采用这样的结构，其中叶轮的径向尺寸减小，而该叶轮的轴向长度增加，且该叶轮以高速旋转。
图6是表示细长离心风扇的结构的轴向剖视图。此外，图7是在普通离心风扇中沿垂直于叶轮旋转轴线的方向剖取的剖视图。尽管各元件的形状和规格在图6和图7之间并不相同，但是有相同功能的元件用相同参考标号表示。图6中所示的细长离心风扇包括壳体101，该壳体101为沿轴向的细长的基本柱形形状，该壳体容纳叶轮102和用于使该叶轮102旋转的马达103。叶轮102在壳体101中沿轴向布置在顶侧(图6中的右侧)，而马达103在壳体101中沿轴向布置在底侧(图6中的左侧)。
叶轮102包括叶片部分104(在顶侧)，该叶片部分104有多个沿轴向细长形状的叶片104a，这些叶片104a沿周向以预定间距布置；以及底端部分105，该底端部分105有基本柱形形状，用于支承叶片部分104。叶片部分104的顶端设有环状连接部分106，用于连接和支承多个叶片104a的顶端部分。当叶轮102旋转时，外部空气通过布置在壳体101的轴向顶端部分上的吸入开口107而吸入，如箭头IN所示。然后，空气通过出口开口(对应于图7中的108)而向外吹出(如图7中的箭头OUT所示)，该出口开口布置在壳体101周向的一部分上。
马达103包括转子轭铁111和转子磁体112，它们对应于与叶轮102一起旋转的旋转部件；在固定侧的定子电枢113和固定轴114；一对滚珠轴承115；以及基座部件116，用于将固定轴114固定在壳体101上。叶轮102的底端部分105与转子轭铁111(该转子轭铁111是柱形磁部件)的外表面接合并固定在该外表面上。多个转子磁体112沿周向以预定间距布置在转子轭铁111的内表面上，并位于轴向中间部分处；且一对滚珠轴承115的外环部分分开地沿轴向布置在转子磁体112的两侧。
定子电枢113沿固定轴114的轴向固定在基本中间部分处，以便带有恒定间隙地与转子磁体112相对。此外，一对滚珠轴承115的内环部分分开地沿轴向在定子电枢113的两侧固定在固定轴114上。固定轴114的底侧与基座部件116的中心孔接合并固定在该中心孔上，以使固定轴114的轴线与转子轭铁111的旋转轴线一致。
当定子电枢113被驱动(励磁)以产生旋转磁场时，转子磁体112、转子轭铁111和叶轮102作为一个单元体响应于旋转磁场而旋转。然后，如上所述，叶轮102的旋转产生了空气流，该空气流通过在壳体101的轴向顶端部分处的吸入开口107而被吸入，和通过形成于沿壳体101周向的一部分处的出口开口而被吹出。
具有上述结构的细长离心风扇需要有轴向更长的叶轮并且以较高旋转速度旋转，以便补偿由于叶轮的较小直径而导致的较低吹气能力。例如，叶轮的尺寸设计成这样，即它的半径r和它沿轴向的长度h满足关系式2r≤h≤20r，且叶轮的旋转速度设置为15,000转每分钟或更高。这时，因为叶轮的直径较小，因此尽管转速较高，由于叶轮旋转而引起的噪音(风噪音)不会太大。实际上，它的噪音小于普通离心风扇。
不过，近来特别在便携式电子设备(例如笔记本型个人计算机)中希望实现更低的噪音水平。因此，趋势是使由冷却风扇产生的可接受的噪音水平不断降低。对于具有上述结构的细长离心风扇，由滚珠轴承产生的噪音变得大于由叶轮产生的风噪音。
发明内容
本发明的目的是提供一种离心风扇，它有新颖的轴承结构，从而抑制噪音的产生。本发明的另一目的是进一步减小细长离心风扇的径向尺寸。
根据本发明的第一方面，提供了一种离心风扇，它包括叶轮，该叶轮包括叶片部分，该叶片部分具有多个沿周向以预定间距布置的细长叶片；以及马达，用于使叶轮旋转。叶轮和马达沿轴向前后排列布置。构成马达的轴承部分是滑动轴承，该滑动轴承包括轴部件和柱形形状的套筒，该套筒带有间隙地与轴接合。轴部件和套筒中的一个由陶瓷制成，另一个由陶瓷或金属制成。
根据该结构，因为滑动轴承(也称为套筒轴承)用于轴承部分，因此与普通滚珠轴承相比，能够降低由于旋转产生的噪音。而且，因为构成滑动轴承的轴部件和套筒中的至少一个由陶瓷制成，因此可以获得良好的耐久性。应当知道，优选是它们都由陶瓷制成，以便有较长寿命，因为在它们之间几乎不会发生咬合。当它们中的一个由陶瓷制成，另一个由金属制成时，金属的滑动表面优选是通过表面处理或涂覆而硬化，从而获得较长寿命。
根据本发明的第二方面，一减小直径部分形成在轴部件上并位于轴部件相对套筒滑动的部分的轴向中部处，该减小直径部分的直径稍微小于其它部分。这样，滑动表面的面积减小，从而可以减小由于滑动摩擦引起的轴承损失。应当知道，尽管可以切割套筒内表面的一部分(而不是切割轴部件)来减小滑动表面的面积，但是切割轴部件比切割套筒内表面更容易。
根据本发明的第三方面，用于保持润滑油的装置安装在轴部件或套筒上，该润滑油将被供给到轴部件和套筒的滑动表面。例如，毡部件能够作为用于保持润滑油的装置而安装在轴部件或套筒上，该毡部件为环形并浸渍有润滑油。当润滑油被供给到和保持在轴部件和套筒的滑动表面上时，能够减小由于在滑动表面上的摩擦而引起的轴承损失。
根据本发明的第四方面，轴部件固定在旋转部件上，且以可旋转方式保持轴部件的套筒直接固定在壳体上，或者通过基座部件而固定在壳体上。该结构是所谓的旋转轴(或固定套筒)结构，且通过将套筒直接固定在基座部件(该基座部件固定在壳体上)上，可以减少部件数目。这意味着在该结构中，套筒和套筒保持件制成为一个单元部件。特别优选是，利用陶瓷制造该部件。此外，当套筒保持件直接安装在壳体上时，还可以减少部件数目。这意味着在该结构中，基座部件、套筒保持件和套筒制成为一个单元部件。
根据本发明的第五方面，由陶瓷制成的套筒固定在旋转部件上，且轴部件直接固定在壳体上或通过基座部件布置在壳体上。该结构是所谓的旋转套筒(或固定轴)结构，且通过将轴部件直接固定在基座部件(该基座部件固定在壳体上)上，可以减少部件数目。此外，通过将轴部件直接安装在壳体上，还可以减少部件数目。这意味着在该结构中，基座部件和轴部件制成为一个单元部件。应当知道，尽管通常使用这样的套筒轴承，其采用由浸渍有润滑油的烧结金属制成的套筒，但是就旋转套筒而言，很难使用这种套筒。因为当套筒旋转时，润滑油在离心力的作用下向外侧运动，且内部滑动表面缺乏润滑油。相反，当用由陶瓷制成的套筒作为陶瓷轴承时，不会发生该问题，因此能够很容易地实现旋转套筒结构。
根据本发明的第六方面，轴部件的顶侧布置在叶轮的叶片部分的内部空间中。当轴部件的顶侧位于叶轮的叶片部分的内部空间内时，整个离心风扇的轴向尺寸能够减小。
根据本发明的第七方面，轴部件的底侧为没有止推轴承的自由端。根据该结构，可以省略用于止推轴承的部件(例如，止推板)，并能够避免由于在止推轴承部分处的摩擦以及轴部件底侧的顶端部分的磨损而产生噪音。应当知道，可以通过利用空气阻尼或油阻尼来支承轴部件的底侧。
根据本发明的第八方面，在构成马达的元件中，包括电枢和场磁体的扭矩产生部分以及轴承部分沿轴向前后排列布置。根据该结构，可以减小离心风扇的径向尺寸。即，当扭矩产生部分和轴承部分沿轴向以同轴方式基本布置在相同位置时，马达的外径取决于轴承部分的外径和扭矩产生部分沿径向的尺寸(厚度)的总和。相反，当扭矩产生部分和轴承部分沿轴向前后排列布置时，马达的外径取决于轴承部分的外径或扭矩产生部分的尺寸(外径)中的较大一个。因此，可以减小马达的外径，从而进一步减小离心风扇沿径向的尺寸。该结构和如上述利用陶瓷部件的套筒轴承的组合能够减少部件数目，从而能进一步减小径向尺寸。
根据本发明的第九方面，旋转部件作为一个元件而成一体旋转，轴承部分布置在元件的重心处或在该重心附近。该结构有利于使叶轮的旋转稳定。即，叶轮在旋转时的振动能够减小，且能够抑制作用在轴承部分上的负载，从而能够延长轴承部分的寿命。当叶轮以高转速旋转时，该结构特别有利。应当知道，使轴承部分布置在所述元件重心处或在该重心附近的结构意味着滑动轴承(套筒轴承)的轴向中点布置在重心处或该重心附近。
根据本发明的第十方面，提供了一种离心风扇，该离心风扇包括叶轮，该叶轮包括叶片部分，该叶片部分有多个沿周向以预定间距布置的叶片；以及马达，用于使叶轮旋转。叶轮旋转的转速大于或等于15,000转每分钟，构成马达的轴承部分是滑动轴承，该滑动轴承包括轴部件和柱形形状的套筒，该套筒带有间隙地与轴部件接合，轴部件和套筒中的一个由陶瓷制成，而另一个由陶瓷或金属制成。
根据该结构，因为滑动轴承(也称为套筒轴承)用于轴承部分，因此，与普通滚珠轴承相比，即使在高速旋转时也能够降低由于旋转产生的噪音。而且，因为构成滑动轴承的轴部件和套筒中的至少一个由陶瓷制成，因此，即使在保持高速旋转时也可以获得良好的耐久性。当实施本发明时，较小的离心风扇能够安静且高速地旋转。因此，离心风扇的尺寸能够减小，同时其气流量和静压能够增大。应当知道，优选是它们都由陶瓷制成，以便有较长的寿命，因为在它们之间几乎不会发生咬合。当它们中的一个由陶瓷制成，而另一个由金属制成时，金属的滑动表面优选通过表面处理或涂覆而硬化，从而获得较长寿命。此外，当使用陶瓷时，可以省略液体润滑剂，从而可以省略用于液体润滑剂的密封机构，因此能够简化结构。
根据本发明的第十一方面，套筒和轴部件都由相同类型的陶瓷制成，尽管陶瓷为绝缘体，但是可以通过对滑动表面采用相同类型的陶瓷而防止由于表面起电而产生静电。当产生静电时，轴承可能会吸附尘土或微粒，这可能会损害轴承的性能。本发明特别适用于具有大量尘土等的环境中。
根据本发明的第十二方面，在套筒的内表面和轴部件的外表面中的至少一个上形成有多个浅槽。浅槽可以是沿垂直方向(轴向)延伸的线性槽，或者是具有“人”字形、螺纹形(螺旋形)或曲线形的槽。当布置多个具有这些形状的槽时，压力沿轴向发生变化，从而当在套筒和轴部件之间产生相对旋转时，轴承的刚性将在局部高压下提高。因此，可以防止套筒和轴部件之间接触，并能够提高在施加外力时的稳定性。应当知道，可以设置一组槽，或者可以分别沿轴向设置多组槽。
图1是表示根据本发明第一实施例的细长离心风扇的结构的剖视图。
图2(a)和2(b)是表示图1中所示实施例的变化形式的轴承部分的局部剖视图。
图3(a)和3(b)是表示图1中所示实施例的另一变化形式的轴承部分的局部剖视图。
图4是表示根据本发明第二实施例的细长离心风扇的结构的剖视图。
图5是表示根据本发明第三实施例的细长离心风扇的结构的剖视图。
图6是表示普通细长离心风扇的结构的剖视图。
图7是在普通离心风扇中沿与壳体和叶轮轴线垂直的方向剖取的剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细介绍本发明的实施例。应当知道，当在下面的说明中涉及结构元件的位置关系或方向时，它们意味着在图中的位置关系或方向，并不意味着在装入实际设备中的状态下的位置关系或方向。
(实施例1)图1是表示根据本发明第一实施例的细长离心风扇的结构的剖视图。该细长离心风扇包括壳体11，该壳体11为沿轴向的细长的基本柱形形状，该壳体容纳叶轮12和用于使该叶轮12旋转的马达13。叶轮12在壳体11中沿轴向基本布置在顶侧(图1中的右侧)，而马达13在壳体11中沿轴向布置在底侧(图1中的左侧)。
叶轮12包括叶片部分14(在顶侧)，该叶片部分14有多个沿轴向细长形状的叶片，这些叶片沿周向以预定间距布置；以及底端部分15，该底端部分15有基本柱形形状，用于支承叶片部分14。叶片部分的顶端设有环状连接部分16，用于连接和支承多个叶片的顶端部分。当叶轮12旋转时，外部空气通过布置在壳体11的轴向顶端部分上的吸入开口17而吸入，如箭头IN所示。然后，空气通过出口开口而吹出，该出口开口布置在壳体11周向的一部分上。
具有轴向细长形状的叶轮12的直径小于或等于25毫米。此外，叶轮的半径r和轴向长度h满足关系式2r≤h≤20r。因为叶轮12具有这样的细长形状，因此细长离心风扇能够装入较低轮廓的设备中。此外，因为它为离心风扇，因此它的静压比轴流风扇更高，并适于嵌入高密度安装部件的紧凑电子设备中。此外，叶轮12的旋转转速大于或等于15,000转每分钟，或者在轴和支承表面之间的相对速度大于或等于0.8米每分钟。叶轮12的这种高转速确保了即使通过具有减小尺寸(特别是沿径向)的细长离心风扇也能提供足够量的气流。
马达13包括定子电枢21、转子磁体22、转子轭铁25、构成作为滑动轴承的套筒轴承的套筒31和套筒保持件32、旋转轴33以及其它部件。作为旋转部件的转子轭铁25具有台阶部分，从而它的直径从底侧朝着顶侧通过三个台阶而减小。换句话说，转子轭铁25有较大直径部分25a、中等直径部分25b和较小直径部分25c。例如，多个转子磁体22沿周向以预定间距布置在转子轭铁25的较大直径部分25a的内表面上，且各转子磁体22带有恒定间隙地与定子电枢21相对。
叶轮12的底端部分15与转子轭铁25的中等直径部分25b和较小直径部分25c的外表面接合并固定在该外表面上。作为可旋转的轴部分的旋转轴33装入并固定在转子轭铁25的较小直径部分25c中。旋转轴33通过柱形套筒31而以可旋转的方式来保持，使得旋转轴33、转子轭铁25和叶轮12作为一个单元体旋转。套筒31与套筒保持件32的内表面接合，并固定在该内表面上。
在该实施例中，旋转轴33和套筒31都由陶瓷制成。例如，氧化铝、氮化硅、AlTiC、氧化锆等可以用作陶瓷材料。还可以利用陶瓷来制成旋转轴33和套筒31中的一个，而利用金属来制成另一个。这时，优选是例如使用马氏体不锈钢作为金属材料，并进行表面硬化处理(例如渗氮处理)或DLC(类金刚石碳)涂覆，从而增加表面(滑动表面)硬度。
套筒保持件32为在顶侧具有开口的柱形形状，且它的底端部分通过压配合而固定在作为静止部件的基座部件24的中心通孔上。基座部件24在由树脂(或金属)制成的壳体11的底侧处固定在内壁上。套筒保持件32在底侧的内表面具有由金属或陶瓷制成的止推板34，旋转轴33的底端部分能够抵靠在该止推板34上。因此，这样构成止推轴承。当旋转轴33由陶瓷制成时，优选是止推板34也由陶瓷或者金属制成，并具有通过前述表面硬化处理等而获得的硬化表面。或者，可以使旋转轴33的底端部分保持为自由端，这样，可以省略止推板34(止推轴承)。这时，可以利用空气阻尼或油阻尼来保持旋转轴33的底端部分。此外，设置密封部件用于密封在套筒保持件32的顶侧开口和旋转轴33之间的环状间隙。因此，可以防止尘土进入套筒保持件32的内部。
图2(a)-2(b)和3(a)-3(b)表示了图1中所示实施例的某些变化形式的轴承部分的局部剖视图。在图2(a)所示的结构中，在图1所示结构中的套筒31和套筒保持件32制成为一个单元部件(下文中简称为套筒31)。换句话说，省略了套筒保持件32，且柱形套筒31的底端部分直接固定在基座部件24上。而且，可以将基座部件24和套筒31制成为一个单元部件，它直接固定在壳体11上。优选是，使用陶瓷作为这些单元部件的材料。此外，在图2(a)所示结构中并不需要在图1所示结构中所需的密封件。而且，在图2(a)所示的结构中也省略了止推板34。因此，图2(a)所示结构中的部件数目减小，用于装配的工时也减少。此外，与图1所示结构相比，细长离心风扇的径向尺寸也得到了减小。
图2(b)是图2(a)所示结构中的套筒31和旋转轴33的放大剖视图。由图中可知，旋转轴33有减小直径部分33a，该减小直径部分33a在相对套筒31滑动的部分的轴向中部，且该减小直径部分33a的直径稍微小于其它部分。因此，减小了滑动表面的面积。即，在旋转轴33和套筒31之间在减小直径部分33a处没有滑动作用，且只在减小直径部分33a两侧的部分处(即底侧部分33b和顶侧部分33c)产生滑动作用。因此，由于滑动摩擦而导致的轴承损失减小。
应当知道，尽管可以切割套筒31的内表面部分，而不是切割旋转轴33(形成减小直径部分33a)来减小滑动表面的面积，但是切割旋转轴33比切割套筒31的内表面更容易。特别是，当旋转轴33由金属制成时，旋转轴33的切割并不困难。在通过切割旋转轴33而形成减小直径部分33a之后，可以对滑动表面进行上述表面硬化处理或涂覆，以便增加它的硬度。
这样，在旋转轴33上在相对套筒31滑动的部分处形成减小直径部分33a以便减小滑动表面的面积，从而减小轴承损失的方法可以用于图1中所示的第一实施例的结构。此外，该方法也可以用于后面所述具有旋转套筒(固定轴)的结构，即在该结构中，轴部件并不是旋转轴，而是固定轴。
在图3(a)所示的结构中，套筒31沿轴向分成两个部件，且在它们之间有毡管36，该毡管36是用于保持润滑油的装置，它安装在旋转轴33上。毡管36浸渍有润滑油，例如粘性系数小于0.02Pa·s的酯润滑油。因此，润滑油被供给到和保持在旋转轴33和套筒31的滑动表面上，从而能够减小由于在滑动表面之间的摩擦引起的轴承损失。
在图3(b)所示的结构中，形成于图2(b)所示结构中的旋转轴33上的减小直径部分33a的台阶高度(切割部分)稍微更大，且作为保持润滑油的装置的毡管36安装在该部分上。这时，浸渍在毡管36中的润滑油也被供给到和保持在旋转轴33和套筒31的滑动表面上，从而能够减小由于在滑动表面之间的摩擦引起的轴承损失，与图3(a)中所示的结构类似。应当知道，用于保持润滑油的装置并不局限于如图3(a)和3(b)所示的毡管36。此外，即使当并不单独提供用于保持润滑油的装置时，也可以在旋转轴33和套筒31的滑动表面之间保持润滑油，从而可以在一定时期内获得上述润滑效果。
(实施例2)图4是表示根据本发明第二实施例的细长离心风扇的结构的剖视图。该细长离心风扇包括壳体11，该壳体11为沿轴向的细长的基本柱形形状，该壳体11容纳叶轮12和用于使该叶轮12旋转的马达13。叶轮12在壳体11中沿轴向主要布置在顶侧(图4中的右侧)，而马达13在壳体11中沿轴向主要布置在底侧(图4中的左侧)。
叶轮12包括叶片部分14(在顶侧)，该叶片部分14有多个沿轴向细长形状的叶片，这些叶片沿周向以预定间距布置；以及底端部分15，该底端部分15为基本柱形形状，用于支承叶片部分14。叶片部分的顶端设有环状连接部分16，用于连接和支承多个叶片的顶端部分。当叶轮12旋转时，外部空气通过布置在壳体11的轴向顶端部分上的吸入开口17而吸入，如箭头IN所示。然后，空气通过出口开口而吹出，该出口开口布置在壳体11周向的一部分上。
马达13有这样的结构，其中，扭矩产生部分13a包括定子电枢21和转子磁体22，且轴承部分13b以可旋转方式保持旋转部件，该扭矩产生部分13a和轴承部分13b沿轴向前后排列布置。此外，轴承部分13b布置在叶轮12和扭矩产生部分13a之间。根据该结构，与图1所示的第一实施例的结构相比，可以减小径向尺寸。即，尽管在图1所示的结构中，马达13的外径取决于轴承部分13b的外径和扭矩产生部分13a沿径向的尺寸(厚度)的总和，但是在图4所示的结构中，马达13的外径取决于轴承部分13b的外径或扭矩产生部分13a的尺寸(外径)中的较大一个(在图4所示实施例中为扭矩产生部分13a的外径)。因此，可以减小细长离心风扇沿径向方向的尺寸。
更具体地说，当作为一个单元体而旋转的多个部件(包括叶轮12和旋转部件(转子轭铁25))被认为是一个元件时，轴承部分13b(即其沿轴向的中点)布置在该元件的重心处或在该重心附近。根据该结构，易于使叶轮12的旋转稳定。即，能够减小叶轮12在它旋转时的振动，且能抑止作用在轴承部分上的负载，从而能够获得较长的使用寿命。当叶轮12以高转速旋转时，该结构特别有用。
在该实施例中，轴承部分13b也包括旋转轴33和柱形形状的套筒31，该套筒31带有间隙地与旋转轴33的外表面接合，且旋转轴33和套筒31都由陶瓷制成。不过，旋转轴33和套筒31中的一个可由金属制成，且对它的滑动表面进行表面硬化处理或涂覆，以便与第一实施例中所述的一样增加其硬度。旋转轴33固定在作为旋转部件的转子轭铁25上，且套筒31与套筒保持件32的内表面接合并固定在该内表面上。
具有基本柱形形状的转子轭铁25沿轴向伸长，并从扭矩产生部分13a延伸至轴承部分13b。由图4所示的剖视图可知，转子轭铁25具有台阶部分，这样，它的直径从底侧朝着顶侧通过三个台阶而减小。换句话说，转子轭铁25有较大直径部分25a、中等直径部分25b和较小直径部分25c。例如，多个转子磁体22沿周向以预定间距布置在转子轭铁25的较大直径部分25a的内表面上。各转子磁体22带有恒定间隙地与定子电枢21相对。
叶轮12的底端部分15与转子轭铁25的中等直径部分25b和较小直径部分25c的外表面接合并固定在该外表面上。旋转轴33通过压配合而固定在转子轭铁25的较小直径部分25c中。因此，旋转轴33、转子轭铁25和叶轮12作为一个单元体而旋转。此外，如图4所示，旋转轴33的顶端部分33d布置在叶轮12的叶片部分14的内部空间中。即，旋转轴33从叶轮12的底端部分15的内部沿轴向延伸至叶片部分14的内部。同时，转子轭铁25的较小直径部分25c也从叶轮12的底端部分15的内部延伸至叶片部分14的内部。因此，确保了沿轴向有足够的长度用来保证在旋转轴33和转子轭铁25之间的可靠固定和对齐，同时可以减小细长离心风扇的轴向尺寸。
此外，由金属制成的套筒保持件32包括柱形部分32a，该柱形部分32a用于与套筒31的外表面接合，以便保持该套筒31；以及轴部分32b，该轴部分32b从柱形部分32a的底端表面中心朝着底侧延伸。柱形部分32a的轴线与轴部分32b的轴线重合。轴部分32b装配到定子电枢21中，且它的底端部分装配到由树脂(或金属)制成的基座部件24的中心通孔内，并固定于该处。基座部件24固定在由树脂(或金属)制成的壳体11的底侧内壁上。因此，套筒保持件32固定成使得套筒保持件32的轴线与基本柱形壳体11的中心轴线重合。
在套筒保持件32的柱形部分32a中，在底侧的内表面具有由金属制成的止推板34，旋转轴33的底端部分能够抵靠在该止推板34上。因此，这样构成止推轴承。当旋转轴33由陶瓷制成时，优选是止推板34也由陶瓷制成，或者由金属制成，并通过前述表面硬化处理等而提高表面硬度。或者，可以使旋转轴33的底端部分保持为自由端，从而可以省略止推板34。这时，可以利用空气阻尼或油阻尼来保持旋转轴33的底端部分。此外，设置密封部件，用于密封在套筒保持件32的顶侧开口和旋转轴33之间的环状间隙，以便防止尘土进入套筒保持件32的柱形部分32a的内部。
应当知道，描述为第一实施例的变化形式的轴承部分结构也可以用于该第二实施例。即，如图2和3所示，套筒31和套筒保持件32可以制成为一个单元部件；和/或可以在旋转轴33的一部分上形成减小直径部分33a，从而可以减小滑动表面的面积(即轴承损失)；和/或可以提供用于保持被供给到滑动表面的润滑油的装置。
(实施例3)
图5是表示根据本发明第三实施例的细长离心风扇的剖视图。该细长离心风扇包括壳体11，该壳体11为沿轴向的细长的基本柱形形状，该壳体11容纳叶轮12和用于使该叶轮12旋转的马达13。叶轮12的结构与上述实施例相同，因此省略对它的重复说明。
在该实施例中，细长离心风扇的马达13与第二实施例的马达类似。即，马达13有这样的结构，其中，扭矩产生部分13a和轴承部分13b沿轴向前后排列布置，该扭矩产生部分13a包括定子电枢21和转子磁体22，而该轴承部分13b以可旋转的方式保持旋转部件，且轴承部分13b布置在叶轮12和扭矩产生部分13a之间。该结构的效果也与第二实施例中所述相同。此外，当作为一个单元体而旋转的多个部件(包括叶轮12和旋转部件(转子轭铁25))被认为是一个元件时，轴承部分13b(即，其中点)布置在元件的重心处或在该重心附近。该结构及其效果也与第二实施例中所述的相同。
该实施例的细长离心风扇的马达13的轴承部分13b的结构基本与上述实施例不同。即，与上述其中轴承部分13b具有旋转轴(固定套筒)结构的实施例不同，第三实施例中的轴承部分13b有旋转套筒(固定轴)结构。换句话说，尽管在本实施例中，轴承部分13b也是套筒轴承，该套筒轴承包括轴部件和柱形形状的套筒，该套筒带有间隙地与轴的外表面接合，但是轴部件是固定在基座24上的固定轴33，而套筒31通过套筒保持件32而固定在作为旋转部件的转子轭铁25上。应当知道，尽管在固定侧和旋转侧之间不同，但是用参考标号33表示作为轴部件的固定轴，该参考标号与上述实施例的旋转轴相同。包括套筒31和套筒保持件32的其它部件也以与上述实施例相同的参考标号来表示。
在图5中，为基本柱形形状的转子轭铁25沿轴向从扭矩产生部分13a延伸至轴承部分13b。转子轭铁25具有台阶部分，从而它的直径从底侧向顶侧通过三个台阶而减小。即，转子轭铁25具有较大直径部分25a、中等直径部分25b和较小直径部分25c。多个转子磁体22沿周向以预定间距布置在转子轭铁25的较大直径部分25a的内表面上。各转子磁体22带有恒定间隙地与定子电枢21相对。
叶轮12的底端部分15与转子轭铁25的中等直径部分25b和较小直径部分25c的外表面接合并固定在所述外表面上。转子轭铁25的较小直径部分25c在顶侧具有封闭端表面，该封闭端表面密封叶轮12的、在叶片部分14和底端部分15之间的边界处的开口。在顶侧具有封闭端表面的柱形套筒保持件32与转子轭铁25的中等直径部分25b的内表面和较小直径部分25c的内端表面接合并固定在该内表面和内端表面上，而柱形套筒31固定在套筒保持件32的内表面上。
作为轴部件的固定轴33的顶侧带有间隙地与套筒31的内表面接合，且固定轴33的底侧装配到定子电枢21中，并进一步装配到和固定在由树脂(或金属)制成的基座部件24的中心通孔中。基座部件24固定在由树脂(或金属)制成的壳体11的底侧内壁上。因此，固定轴33固定成这样，使固定轴33的轴线与基本柱形壳体11的中心轴线重合，且套筒31、套筒保持件32、转子轭铁25和叶轮12作为一个单元体绕固定轴的顶侧旋转。
套筒保持件32的顶侧内表面具有由金属制成的止推板34，固定轴33的顶端部分能够抵靠该止推板34。因此，这样构成止推轴承。当固定轴33由陶瓷制成时，优选是止推板34也由陶瓷制成，或者由金属制成，并该金属如前述通过表面硬化处理等而提高表面硬度。或者，可以使固定轴33的底端部分保持为自由端，从而可以省略止推板34。这时，可以利用空气阻尼或油阻尼来保持固定轴33的底端部分。此外，设置密封部件用于密封在套筒保持件32的底侧开口和固定轴33之间的环状间隙，从而防止尘土进入套筒保持件32内部。
本实施例的旋转套筒(固定轴)轴承结构可以很容易通过这样的结构来实现，其中，扭矩产生部分13a和用于以可旋转的方式保持旋转部件的轴承部分13b沿轴向前后排列布置，且轴承部分13b布置在叶轮12和扭矩产生部分13a之间。此外，使用由陶瓷制成的套筒也大大有助于实现这种结构。尽管通常使用的套筒轴承采用由浸渍有润滑油的烧结金属制成的套筒，但是在这种情况下，它很难实现旋转套筒结构，因为当套筒旋转时，润滑油在离心力的作用下向外侧运动，且在内部滑动表面上会出现润滑油缺乏的问题。相反，当采用由陶瓷制成的套筒作为陶瓷轴承时，不会发生该问题，能够很容易地实现旋转套筒结构。
应当知道，在第一实施例中所述的轴承部分的变化形式也可以用于第三实施例。即，如图2和3所示，套筒31和套筒保持件32可以制成为一个单元部件；和/或可以在固定轴33的一部分上形成减小直径部分33a，从而可以减小滑动表面的面积(即轴承损失)；和/或可以提供用于保持被供给到滑动表面的润滑油的装置。
应当知道，当套筒和轴由陶瓷制成时，优选是使用相同的陶瓷材料来制造它们。尽管陶瓷为绝缘体，但是可以通过对于滑动表面使用相同类型的陶瓷而防止由于表面起电而产生静电。当产生静电时，轴承可能会吸附尘土或微粒，这可能损害轴承的性能。根据本发明，可以防止尘土或微粒对轴承的不利影响，从而可以保证离心风扇的较长使用寿命。本发明在具有大量尘土的环境中尤其有用。
此外，可以在套筒的内表面和轴部件的外表面(它们是轴承的滑动表面)的至少一个上形成多个浅槽。优选是，所述浅槽是沿垂直方向(轴向)延伸的线性槽，或者是具有“人”字形、螺纹形(螺旋形)或曲线形的槽。当布置多个具有这些形状的槽时，压力沿轴向发生变化，从而当在套筒和轴部件之间产生相对旋转时，轴承的刚性将在局部高压下提高。因此，可以防止套筒和轴部件之间接触，并能够提高在施加外力时的稳定性。应当知道，可以提供一组槽，或者可以分别沿轴向提供多组槽。槽可以通过铸造、压制、机电加工、切割或其它加工而形成。
当形成槽时，提高了轴承刚性，但是增加了轴损失。当离心风扇非常小和当产生动压的流体是气体时，由于形成槽而导致的轴损失的增加不会很大。当轴损失明显较大时，优选是减小轴在动压不增大的部分处的外径(如权利要求2中所述的结构)，从而能够在不降低刚性的情况下减小轴损失。
尽管上面介绍了本发明的实施例和变化形式，但是本发明并不局限于这些实施例，且可以进行各种变化。此外，上述说明中所示的部件的材料和形状只是实施例，并不能解释为本发明的结构受上材料和形状的限制。
尽管已经表示和介绍了本发明的示例实施例，但是应当知道，本发明并不局限于此，在不脱离附加权利要求和它们的等效物所提出的本发明范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种变化和改变。
权利要求
1.一种离心风扇，其包括叶轮，该叶轮包括叶片部分，该叶片部分具有多个沿周向以预定间距布置的细长叶片；以及马达，用于使叶轮旋转，其中，所述叶轮和马达布置成沿轴向前后排列；轴，该轴具有柱形外周表面；套筒，该套筒具有柱形内周表面，该内周表面带有间隙地沿径向与所述轴的外周表面相对；构成所述马达的轴承部分，该轴承部分是滑动轴承，其包括所述轴和所述套筒；其中，所述轴和套筒中的一个由陶瓷制成，且另一个由陶瓷或金属制成。
2.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述叶轮以大于或等于15,000转每分钟的转速旋转。
3.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述套筒和轴都由相同类型的陶瓷制成。
4.根据权利要求2所述的离心风扇，其特征在于，所述套筒和轴都由相同类型的陶瓷制成。
5.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，在所述轴部件上在相对套筒滑动的部分的轴向中部处形成有一减小直径部分，该减小直径部分的直径稍微小于其它部分。
6.根据权利要求2所述的离心风扇，其特征在于，在所述套筒的内表面和轴部件的外表面中的至少一个上形成有多个浅槽。
7.根据权利要求3所述的离心风扇，其特征在于，在所述套筒的内表面和轴部件的外表面中的至少一个上形成有多个浅槽。
8.根据权利要求4所述的离心风扇，其特征在于，在所述套筒的内表面和轴部件的外表面中的至少一个上形成有多个浅槽。
9.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，在构成马达的元件中，包括电枢和场磁体的扭矩产生部分和轴承部分沿轴向前后排列布置。
10.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，所述轴部件固定在旋转部件上，而以可旋转的方式保持轴部件的套筒直接固定在壳体上，或者通过基座部件而固定在壳体上。
11.根据权利要求9所述的离心风扇，其特征在于，所述轴部件固定在旋转部件上，而以可旋转的方式保持轴部件的套筒直接固定在壳体上，或者通过基座部件而固定在壳体上。
12.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，由陶瓷制成的套筒固定在旋转部件上，而轴部件直接固定在壳体上，或者通过基座部件而固定在壳体上。
13.根据权利要求9所述的离心风扇，其特征在于，由陶瓷制成的套筒固定在旋转部件上，而轴部件直接固定在壳体上，或者通过基座部件而固定在壳体上。
14.根据权利要求13所述的离心风扇，其特征在于，所述轴部件的顶侧布置在叶轮的叶片部分的内部空间内。
15.根据权利要求10所述的离心风扇，其特征在于，所述轴部件的底侧是自由端，而没有止推轴承。
16.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，当作为一个单元体而旋转的多个部件被认为是一个元件时，所述轴承部分布置在该元件的重心处或在该重心附近，所述多个部件包括叶轮和旋转部件。
17.根据权利要求2所述的离心风扇，其特征在于，当作为一个单元体而旋转的多个部件被认为是一个元件时，所述轴承部分布置在该元件的重心处或在该重心附近，所述多个部件包括叶轮和旋转部件。
18.根据权利要求9所述的离心风扇，其特征在于，当作为一个单元体而旋转的多个部件被认为是一个元件时，所述轴承部分布置在该元件的重心处或在该重心附近，所述多个部件包括叶轮和旋转部件。
19.根据权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，用于保持润滑油的装置安装在所述轴部件或套筒上，该润滑油要供给到所述轴部件和套筒的滑动表面。
全文摘要
一种离心风扇，其包括叶轮，该叶轮在细长的柱形壳体内部旋转；以及用于驱动叶轮的马达。叶轮和马达沿轴向前后排列布置。叶轮包括叶片部分，该叶片部分有多个沿轴向的细长的叶片，且叶片沿周向以预定间距布置。当叶轮旋转时，空气通过布置在壳体的轴向顶端部分上的吸入开口而吸入，并通过布置在壳体的周向一部分上的出口开口而吹出。构成马达的轴承部分是套筒轴承，它包括轴部件和柱形形状的套筒，该套筒带有间隙地与轴部件接合。轴部件和套筒中的一个固定在旋转部件上，而另一个固定在基座部件上。轴部件和套筒中的一个由陶瓷制成，而另一个由陶瓷或金属制成。
文档编号F04D29/18GK1667277SQ20051005374
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者吉田裕亮, 大熊仁明, 小西英明 申请人:日本电产株式会社