多くの電子システムにとって、ファンはシステムを推奨温度内に保ち、電子機器が最適に動作し、動作寿命全体にわたって持続するように設計された重要なコンポーネントです。代替の熱管理技術を見つける試みは行われてきましたが、ファンほど効率的でコスト効率の良いものは見つかりませんでした。
ファンはベアリング上で回転するローターを使用して空気を押しのけることで動作します。ファンは毎分何千回も回転し、何年もの寿命が求められるため、ベアリングの信頼性の高い動作はファン設計の鍵となります。このプロセスではベアリングに多大なストレスがかかるため、ベアリングがそのタスクに耐えられることが不可欠です。
広く使用されているベアリング設計には、スリーブベアリングとボールベアリングの2種類があり、それぞれに長所と短所があります。
スリーブベアリングファン
スリーブ ベアリング ファンの設計は安価で、頑丈かつシンプルなため、多くのアプリケーションで広く使用されています。頑丈な設計により、多くの過酷な環境でも動作することができ、また、シンプルなため故障も起こりにくくなります。スリーブ ベアリング ファン設計のもう1つの利点は、動作中に発生する騒音が少ないため、オフィスなどの静かな場所でも広く使用できることです。
スリーブベアリングファンの中央シャフトはスリーブのような構造で覆われており、回転をスムーズにするために潤滑用のオイルが入っています。スリーブはシャフトを保護し、ローターとステーターの間の隙間を維持してローターが正しい位置に保たれるようにします。
図1：スリーブベアリングの図
シャフトとスリーブの間に適切な隙間サイズを確保するには、バランスを取る必要があります。スペースが小さすぎると摩擦が増加し、ファンの始動が困難になり、より多くの電力を消費します。隙間が大きすぎるとローターが揺れることがあります。スリーブ構造の2番目の欠点は、スリーブがローターを所定の位置に保持する唯一の物理的媒体であり、時間の経過とともにシャフトがベアリングボアを侵食することです。ローターが常に同じ方向に回転する場合、この現象はさらに悪化し、最終的にはボアが楕円形になり、動作時の騒音が増加し、動作寿命が短くなります。ファンを動かしたり向きを変えたりすると、ベアリングがさまざまな場所で侵食されて不均一になり、ぐらつきや騒音がさらに悪化します。さらに、スリーブタイプの構造では、潤滑剤の漏れを防ぐためにオイルリングとマイラーワッシャーが必要であり、潤滑剤の漏れによってシャフトの摩擦が増加し、ガスの漏れが防止されます。閉じ込められたガスは窒化物粒子に固まり、動きを妨げ、ファンの動作寿命を短くする可能性があります。
スリーブ ベアリング ファンは、特に常温で動作するものや静止した装置で動作するものなど、さまざまな設計で使用されています。コンピュータやオフィス機器、HVAC機器、産業用キャビネットなどのアプリケーションでは、スリーブ ベアリング ファン設計が広く使用されています。
ボールベアリングファン
ボールベアリング ファンの設計は、スリーブ ベアリング ファンに見られる欠点の一部を克服することを目的としています。一般的に、摩耗や破損の影響を受けにくく、あらゆる方向や高温でも動作できます。ただし、ボールベアリング ファンはスリーブ ベアリング設計よりも複雑で高価であり、耐久性も劣ります。その結果、衝撃はボールベアリングファンの全体的なパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。また、使用時に騒音が大きくなる傾向があるため、設置できるエリアが制限される可能性があります。
ボールベアリングファンの設計では、シャフトの周囲にボールのリングを使用して、不均一な摩耗とローターのぐらつきの問題を解決します。ほとんどのファン モーターの設計には、前後に2つのベアリングがあり、これらのベアリングは通常、スプリングによって分離されています。ベアリングはスリーブ設計に比べて摩擦が少なく、スプリングはローターの重量によって生じるファンの傾きを補助します。スプリングをシャフトの周囲全体に配置すれば、摩耗や摩擦なしにデバイスを任意の角度で操作できるため、より信頼性の高い設計になります。
ボールベアリング ファンは、ノイズよりもパフォーマンス、温度、MTBFが重要な要素となる高密度コンピュータ アプリケーションやデータ センターでも使用されます。また、電子システムの冷却や工業用乾燥用途の送風機として、産業用途でも広く使用されています。
図2: ボールベアリングの図
オムニクール™ システムファンベアリング
ボールベアリングとスリーブベアリングの設計は、利用できる唯一の2つのオプションではありません。代替案として、 CUIデバイス これは、当社の先進的なスリーブベアリングファンのラインに搭載されているomniCOOLシステムです。omniCOOLシステム テクノロジーは、磁気ローター バランス (一般に磁気構造と呼ばれる) または強化ベアリングのいずれかを利用して、ファンの寿命を延ばし、パフォーマンスを向上させます。
部品番号に「-V」の接尾辞が付いたファンに搭載されているomniCOOLシステムの磁気構造により、ローターはコマとほぼ同じように機能し、倒れることなく任意の角度で動作できます。磁気構造はローターの前面に設置され、その磁束はモーターシャフトの方向と平行に走ります。その位置では、磁気構造はローターの角度に関係なくローターを均一に引き付けます。
図3: omniCOOLシステムの磁気構造を備えたファンモーターの図
シャフトの先端は、ベアリング穴の前部にある支持キャップによって所定の位置に保持され、ローターの回転点を形成します。この方法により、ローターの重量がシャフトとベアリング スリーブの両方から軽減されます。磁場はシャフトを引き下げ、重心を下げるので、傾きやぐらつきが最小限に抑えられます。これにより、ファンを必要な角度で使用できるようになり、摩擦も最小限に抑えられます。
Alternately, on fans with a “-C” or “-CF” suffix on the part number, the omniCOOL system features an enhanced bearing design for operational improvements.Integrating specialized grooves on the outside of the bearing to promote the circulation of lubricant around the shaft, the enhanced bearing prevents lubricant build-up and minimizes friction, which offers similar benefits of reduced noise, greater efficiency, and extended life expectancy compared to conventional fan designs.
Fig. 4: Diagram of a fan motor with the omniCOOL system’s magnetic structure
Both omniCOOL system technologies minimize the cost-performance tradeoff present in traditional sleeve and ball bearing designs.However, the magnetic structure of the -V series fans deliver a longer life expectancy, while the enhanced bearing of the -C and -CF series fans are more economical.
Bridging the Gap in Traditional Fan Designs
The omniCOOL system alleviates the negatives of both ball bearing and sleeve bearing fan designs, resulting in a robust fan that is quiet and cost-efficient with a longer operational life.By negating the drawbacks from the other two types of fan construction, the omniCOOL system can be deployed to replace either type of fan.Instead of being forced into a compromise, designers can have access to a fan construction that delivers the best of both worlds.