CN1692229A

CN1692229A - 动压轴承型泵

Info

Publication number: CN1692229A
Application number: CNA2003801002926A
Authority: CN
Inventors: 宍户祐司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: KR20050083559A; JP2004204826A; US20050152782A1; TW200423980A; TWI236379B; CN100445566C; WO2004059171A1; US7381034B2

Abstract

本发明的动压轴承型泵，具有配置在本体内的流体的流体通道内、产生使流体从流入口(11)流入并从流出口(12)流出的动压的旋转部(121)，旋转部(121)具有：轴(14)；在轴旋转后产生使流体从流入口流入并从流出口流出的动压的动压轴承(13)；以及配置在本体内、通过通电使轴旋转的旋转力发生部(133)，动压轴承具有：在靠近流入口侧形成的第1动压发生槽(15)；以及在靠近流出口侧形成的第2动压发生槽(16)，第1动压发生槽相对于径向产生的第1动压比第2动压发生槽相对于径向产生的第2动压小。本发明能提供一种使轴在径向旋转自如、同时动压轴承能可靠地产生流体的泵压、能实现小型化的动压轴承型泵。

Description

动压轴承型泵

技术领域

本发明涉及用于使流体流出的、作为动力源的动压轴承型泵。

背景技术

用于使流体流出的泵比如用于人工心脏(比如参照日本专利特公平6-102087号公报，第3页至第5页，图5)。

上述传统的泵如图6所示，图7是表示图6的传统的泵的动压轴承。

图6中，传统的泵310，包括具有径向、轴向动压发生槽的动压轴320和转子磁铁322。动压轴320与转子磁铁322一体旋转，而且用于驱动转子磁铁322的电枢线圈323也设置在泵隔壁324内。

传统的泵310，在动压轴承321上同时兼用于泵压的压力发生装置和将转子磁铁322朝径向、轴向旋转自如地进行支承的装置。

电枢线圈323与转子磁铁322配置在泵隔壁324内，故看上去好像没有流体泄漏、可靠性优良。

但是，传统的泵310中存在着以下缺点。

搭载的动压轴承321与转子磁铁322成为一体，通过轴套331旋转自如地得到支承。如图7所示，动压轴承321具有对径向进行支承的1个动压发生槽332、对轴向推力方向进行支承的动压发生槽333，成为对径向、轴向推力方向都进行保持的结构。

转子磁铁322被径向的动压轴承333支承，故存在难以小直径化的缺点。

这里，动压轴承321进行旋转产生动压，为了将流体向泵的外部、即图7的箭头A方向送出，流入侧的轴向的动压发生槽333的动压Pd333必须始终比流出侧的径向的动压发生槽332的动压Pd332小。

比如，万一发生相同的动压，则动压轴承321只是将流体朝动压轴承321内部引入，但无法使其移动，万一流出侧的动压Pd332相反减小的话，流体就会倒流。

但是，传统的泵310中，对动压发生的大小关系的限定、动压的调节方法没有作过任何研究。

另外，偶尔流入侧的动压发生槽333侧的动压Pd333设定得小，流体朝流出侧、即箭头A的方向流动的场合，轴套331从动压低的一侧向高的一侧移动，其结果，存在动压轴承321难以支承于固定位置的缺点。

即，为了实际使用，比如需要设置枢轴轴承、在动压发生槽333的背面也设置动压发生槽等，将动压轴承321在轴向进行固定的某种装置。但是，传统的泵中不可能设置这些装置。

如上所述，设置在传统的动压轴承型泵内的动压轴承存在经不住实际使用的缺点。

另外，以往，是转子磁铁333与电枢323一起配置在泵内部为特征的，但大多由硅钢板等形成的电枢线圈323当然需要通电，容易生锈，不适合设置在液体内。

另外，转子磁铁322大多为金属，生锈的可能性大，不适合单独设置在液体内。

而且，以往，为了将电机配置在内部，泵的外壁由圆筒部325和隔壁324等多个构件组合而成，因而难以使流体不泄漏地将圆筒部325与隔壁324的连结部完全密闭，可靠性欠缺。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而作成的，其目的在于，提供一种通过轴旋转产生动压、使轴在径向旋转自如、同时动压轴承能可靠地产生流体的泵压、能实现小型化的动压轴承型泵。

本发明的动压轴承型泵，通过轴旋转产生动压，用于使流体流出，其特征在于，包括：一端部具有流体的流入口、另一端部具有所述流体的流出口的本体；以及配置在所述本体内的所述流体的流体通道内、用于产生使所述流体从所述流体的流入口流入并从所述流体的流出口流出的动压的旋转部，所述旋转部具有：轴；在所述轴旋转后产生用于使所述流体从所述流体的流入口流入并从所述流体的流出口流出的动压的动压轴承；以及配置在所述本体内、通过通电使所述轴旋转的旋转力发生部，所述动压轴承具有：在靠近所述流体的流入口侧形成的第1动压发生槽；以及在靠近所述流体的流出口侧形成的第2动压发生槽，所述轴旋转时，所述第1动压发生槽相对于径向产生的第1动压比所述第2动压发生槽相对于径向产生的第2动压小。

所述本发明中，本体的一端部具有液体的流入口。本体的另一端部具有液体的流出口。

旋转部配置在本体内的流体的流体通道内。该旋转部产生用于使流体从流体的流入口流入并从流体的流出口流出的动压。

当旋转部的轴旋转后，旋转部的动压轴承产生用于使流体从流体的流入口流入并从流体的流出口流出的动压。旋转力发生部配置在本体内，是通过通电使轴旋转的驱动部。

动压轴承具有第1动压发生槽和第2动压发生槽。第1动压发生槽形成于靠近流体的流入口侧。动压轴承的第2动压发生槽形成于靠近流体的流出口侧。

第1动压发生槽相对于径向产生的第1动压比第2动压发生槽相对于径向产生的第2动压小。

由此，动压轴承同时具有将轴朝径向旋转自如地进行支承的作用和产生流体的泵压的作用。即，因第1动压比第2动压小，故能可靠地产生泵压，使流体从流体的流入口穿过流体的流出口，流过流体通道，能可靠地将流体朝一个方向移动地进行流出。

由于动压轴承同时具有将轴朝径向旋转自如地进行支承的作用和产生流体的泵压的作用，故能实现动压轴承型泵的小型化。

本发明，在上述动压轴承型泵中，所述轴的端部相对于所述本体内的推力轴承能在推力方向可旋转地得到支承。

上述本发明中，轴的端部相对于本体内的推力轴承能在推力方向可旋转地得到支承。

由此，轴能可靠地相对于其轴向进行旋转。

另外，本发明，在上述动压轴承型泵中，所述第1动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度比所述第2动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度小。

上述本发明中，第1动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度设定得比第2动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度小。

由此，可使第1动压比第2动压小。

另外，本发明，在所述动压轴承型泵中，所述轴的靠近所述流体的流入口侧的部分的直径比所述轴的靠近所述流体的流出口侧的部分的直径小。

上述本发明中，轴的靠近所述流体的流入口侧的部分的直径设定得比轴的靠近所述流体的流出口侧的部分的直径小。

由此，可使第1动压进一步比第2动压小。

本发明，在所述动压轴承型泵中，所述第1动压发生槽的槽深比所述第2动压发生槽的槽深浅。

上述本发明中，第1动压发生槽的槽深设定得比第2动压发生槽的槽深浅。

由此，可使第1动压进一步比第2动压小。

本发明，在所述动压轴承型泵中，所述第1动压发生槽和所述第2动压发生槽是人字形槽，所述第1动压发生槽的流入角比所述第2动压发生槽的流入角大。

上述本发明，第1动压发生槽和所述第2动压发生槽都是人字形槽，第1动压发生槽的流入角比第2动压发生槽的流入角大。

由此，可使第1动压进一步比第2动压小。

本发明，在所述动压轴承型泵中，所述本体内设置隔壁，所述旋转力发生部具有：电枢线圈；以及通过对所述电枢线圈通电使所述轴旋转的磁铁，所述电枢线圈是在所述本体内、配置在所述隔壁的外部，所述磁铁固定在所述轴的外周面上。

上述本发明中，旋转力发生部的磁铁，通过对旋转力发生部的电枢线圈通电产生磁性相互作用而使轴旋转。电枢线圈是在本体内、配置在隔壁的外部。磁铁固定在轴的外周面上。

由此，电枢线圈通过隔壁与流体隔离，故电枢线圈不会暴露在流体中。

本发明，在所述动压轴承型泵中，在所述磁铁的表面设置有用于与所述流体隔离、包覆所述磁铁的包覆构件。

上述本发明中，在磁铁的表面设置有与流体隔离用的包覆磁铁的包覆材料。由此，可保护磁铁不与流体接触。

本发明，在所述动压轴承型泵中，所述本体是覆盖所述隔壁的周围的其他的隔壁。

上述本发明中，本体由覆盖隔壁的周围的其他隔壁构成。

本发明，在所述动压轴承型泵中，所述动压轴承的圆筒构件由烧结金属构成，所述流体是润滑油。

上述本发明中，动压轴承的圆筒构件是烧结金属制成的，流体是润滑油。

附图的简单说明

图1是表示本发明的动压发生轴承型泵的较佳实施例的剖视图。

图2是将图1的泵的轴承的一部分进行放大表示的图。

图3是表示图2的轴的第1动压发生槽和第2动压发生槽的形状例的图。

图4是表示应用了本发明的泵的燃料电池的例子的立体图。

图5是表示应用了本发明的泵的CPU冷却装置的例子的立体图。

图6是表示传统的泵的截面结构的图。

图7是表示图6的传统的泵的动压发生部的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

以下所述的实施例是本发明的较佳具体例，故带有技术上较佳的各种限定，但本发明的范围，以下说明中除非记载对本发明进行特别的限定，则并不局限于这些实施例。

图1是本发明的动压轴承型泵(以下称为泵)的较佳实施例。该泵10是用于将流体L向流体供给对象物100供给的泵。

该泵10同时兼作对轴14的旋转进行支承的装置和对于流体L产生泵压的压力发生装置。

泵10具有本体120、旋转部121。

本体120具有：第1隔壁102、空间形成构件19及最外壁103。最外壁103是第2隔壁。最外壁103将第1隔壁102和空间形成构件19收容在内部。

在本体120的最外壁103的一端部123形成流体的流入口11。在最外壁103的另一端部124形成流体的流出口12。流体的流入口11与流体的流出口12的轴向相互稍微错开。流体的流入口11通过本体120的轴向的中心部，但流体的流出口12处于从其中心部稍微错开的位置。

第1隔壁102比如大致为圆筒状的构件。第1隔壁102具有推力轴承17。第1隔壁102具有与流体的流出口12相连的孔12A。

第1隔壁102的流体的流入口11侧的部分102A的外径比第1隔壁102的流体的流出口12侧的部分102B的外径稍小。第1隔壁102形成泵10内的流体通道130。该流体通道130与流体的流入口11和流体的流出口12相连。

第1隔壁102，比如可由黄铜、不锈钢等金属、LCP(液晶聚合物)、PPS(聚苯硫醚)、聚酰胺、聚酰亚胺、PC(聚碳酸酯)、POM(聚缩醛)等构成的高分子材料制成。

空间形成构件19是设置在流体的流入口11侧的环状构件。在空间形成构件19的中央形成将流体的流入口11与流体通道130相连的孔19A。空间形成构件19是用于可靠地防止流体的泄漏的，将最外壁103与局部102A的端部连接。

下面对旋转部121的结构进行说明。

旋转部121以封入本体120中的形式进行配置。

旋转部121具有：轴14、动压轴承13及旋转力发生部133。

轴13，比如由不锈钢等金属和上述LCP、PPS、聚酰胺、聚酰亚胺、PC等高分子材料形成。轴14的端部形成半球面的端部14H。该端部14H相对于推力轴承17可在推力方向可旋转地得到支承。该端部14H位于流体的流出口12侧。

轴14具有第1部分14A和第2部分14B及第3部分14C。

第1部分14A形成于第3部分14C与第2部分14B之间。第1部分14A的直径比第2部分14B的直径及第3部分14C的直径小。即，靠近流入的流入口11侧的第1部分14A的直径设定得比流体的流出口12侧的第2部分14B的直径小。

图1所示的动压轴承13具有圆筒构件13A。

圆筒构件13A相对于第1隔壁102的内周面比如利用压入的方式进行固定。圆筒构件13A，是比如由黄铜、不锈钢等金属、烧结金属或LCP、PPS、聚酰胺、聚酰亚胺、PC等高分子材料形成的构件。该圆筒构件13A最好由烧结金属制成，流体比如是润滑油和水。

第1动压发生槽15和第2动压发生槽16的形状，如图2和图3(A)、(B)所示。

第1动压发生槽15和第2动压发生槽16在圆筒构件13A的内周面13B上朝圆周方向形成。

图2表示第1动压发生槽15和第2动压发生槽16在圆筒构件13A的内周面13B上留有间隔地形成的状态。

图2中，轴14的第2部分14B的外周面与第2动压发生槽16面对。轴14的第2部分14B与第1部分14A之间设置台阶部14E，但该台阶部14E与第1动压发生槽15面对。

图2和图3(A)所示的第1动压发生槽15和图2、图3(B)所示的第2动压发生槽16最好都是人字形槽。

如图3所示，将第1动压发生槽15的流体流入角θ15设定得比第2动压发生槽16的流体的流入角θ16大。而且，最好将第1动压发生槽15的轴向宽度L15设定得比第2动压发生槽16的轴向宽度L16小。

下面对图1所示的旋转力发生部133进行说明。

旋转力发生部133具有线圈300和转子磁铁18。将转子磁铁18固定在轴14的第3部分14C的外周面。

在转子磁铁18的外周面设有用于隔离流体的包覆构件101。该包覆构件101比如将LCP、聚酰胺、聚酰亚胺等高分子材料用涂覆或外插成形的方式进行设置。

转子磁铁18比如由Nd-Fe-B、Sm-Co等的烧结金属或铁素体等形成，即使对于流体容易生锈，因在转子磁铁18的表面形成该包覆构件101，故比如流体是水等的场合，转子磁铁18不会直接与水接触。因此，转子磁铁18不会生锈。

线圈300固定在第1隔壁102的局部102A的外侧。该线圈300封入最外壁103中。线圈300的导线19L通过最外壁103导向外部。线圈300如此配置在第1隔壁102与最外壁103之间，故线圈300不会暴露在流体中。因此，线圈300不会生锈，可靠性高。

转子磁铁18是沿着圆周方向S极和N极多极磁化的磁铁。通过从外部对线圈300以规定的通电形态进行通电，在转子磁铁18所产生的磁场与线圈300所产生的磁场的相互作用下，轴14以中心轴CL为中心在流体通道130内连续进行旋转。该中心轴CL是沿着想要将流体进行泵压的方向Z的方向。

下面对图1所示的动压轴承13进行更详细的说明。

当轴14旋转，动压轴承13产生用于使流体L从流体的流入口11流入并从流体的流出口12流出的泵压。

该动压轴承13进行如此的从流体的流入口11向流体的流出口12侧的泵压作用。而且，该动压轴承13同时兼有将轴14可旋转地朝径向支承的功能。

为了通过该动压轴承13发挥流体的泵压作用，实施了以下特征性的工作。

将图2和图3所示的第1动压发生槽15产生的第1动压Pd15设定得比第2动压发生槽16产生的第2动压Pd16小。即，流体的流入口11侧的第1动压Pd15可靠地设定为比流体的流出口12侧的第2动压Pd16小。

由此，流体能可靠地沿着图1所示的流体的泵压方向Z，从值小的第1动压(静压大的一方)向值大的第2动压(静压小的一方)进行移动。

另外，流体的流入口11的第1动压Pd15可靠地设定成比流体的流出口12侧的第2动压Pd16低，故也可采用以下的1种方式或其组合。

图1所示的泵10中，为了使第1动压发生槽15的第1动压Pd15可靠地比第2动压发生槽16的第2动压Pd16小，进行以下的改进。

(1)如图3所示，将第1动压发生槽15在图3中的轴向宽度L15设定得比第2动压发生槽16的轴向宽度L16小。

(2)如图3所示，将第1动压发生槽15的流入角θ15设定得比第2动压发生槽16的流入角θ16大。

(3)将第1动压发生槽15的深度设定成与第2动压发生槽16的深度不同。该场合，并不是全部做成深的或浅的关系，而是与轴14与动压轴承13的圆筒构件13A的间隙与动压发生槽的深度之比有关，是具有峰值的非线性的。

(4)相对于轴14，将朝流体的流入口11直径减小的第1部分14A设置成与直径大的第2部分14B相对。由此，轴14的第1部分14A与圆筒构件13A之间的间隙与第2部分14B与圆筒构件13A之间的间隙相比大得多，故第1部分14A侧与第2部分14B相比，产生的动压减小。

本发明的实施例的泵10对动压轴承13和轴14的形状进行了特别的研究。因此，图1的流体L能可靠地从流体的流入口11向流体的流出口12的泵压方向Z流动。而且，推力轴承17设置在流体的流出口12侧。

即，推力轴承17起到防止轴14从动压低的一方、即第1动压发生槽15侧向动压高的第2动压发生槽16侧进行移动的作用。因此，泵10可靠地经得住使用。

上述将流体L在流体通道130内沿泵压方向Z进行泵压的做法可自由地利用1个或多个组合进行。

图1所示的线圈300不容易从流体通过的流体通道130向外部引出。如果线圈300的引出部分的封装不完全，则会产生流体的泄漏。

但是，本发明的图1所示的泵10，线圈300配置在第1隔壁102的外部，而且封入最外壁103内。由此，线圈300的导线19L能可靠地穿过最外壁103且容易地向外部引出。

相对于第1隔壁102设置了空间形成构件19后，在其第1隔壁102与空间形成构件19的周围形成最外壁103。该最外壁103如上所述由高分子材料构成。该最外壁103通过无缝结构对第1隔壁102和空间形成构件19进行覆盖。因此，除流体的流入口11及流体的流出口12以外，旋转部121可靠地与外部隔离，不会发生流体的泄漏等问题。

第1隔壁102由黄铜、不锈钢等金属、LCP、聚酰胺、聚酰亚胺、PC、POM等高分子材料构成。该场合，最外壁103成形时的温度如使用能将形成第1隔壁102的高分子材料设定在使用温度范围内的高分子材料，则第1隔壁102和最外壁103能以所谓的2级成形形成。

空间形成构件19既可是黄铜和不锈钢等金属，也可是上述高分子材料。

本发明的泵10可适用于图4所示的燃料电池70和图5所示的CPU(中央处理装置)冷却装置80。

图4的燃料电池70搭载有本发明的泵10。燃料电池70中，泵起到将液体氢燃料进行注入的作用。

利用泵10将氢从氢储藏罐241向反应槽242输送，通过向风扇电机243输送空气，使氢与空气中的氧气发生反应，从而成为发电的系统。

另外，还搭载了氢的量的控制回路、对反应热和湿度进行管理的传感器等的电气回路等，为了抑制反应热引起的温度上升，在反应槽242上设置散热器244，而且利用冷却用风扇电机245向散热器244送风，可提高冷却效果。

燃料电池70搭载了本发明的泵，故可小型化。换言之，氢储藏罐可相应地增大，可延长反应时间。

发电时需要边检测发热量和湿度边对氢的输送量进行控制，而旋转式的本发明的泵10，控制简单，很合适。

另外，图5表示应用了本发明的泵10的CPU冷却装置80。在该CPU冷却装置80中充填了水等冷却液。一旦驱动泵10，则CPU冷却装置80就成为经过路径251、CPU252、冷却板253，返回泵10的循环型的冷却装置。

比如，若将CPU冷却装置80搭载在笔记本个人计算机上，则成为小型、冷却性能好的结构，其结果使CPU252的消耗电流减少。

本发明的泵10，作为流体可采用水和液体氢燃料、不冻液、冷却油等多种物质。本发明的泵作为燃料电池的泵使用的场合，是用于泵压液体氢和甲醇，故流体大多是使金属腐蚀的。因此，与液体直接接触的构件最好表面由高分子材料构成。

本发明的实施例中，动压轴承型泵包括具有2个以上的径向动压发生槽的动压轴承。该动压轴承同时兼有将轴朝径向可旋转地进行支承的作用以及产生将流体进行泵压的泵压力的作用。因此，可使动压轴承型泵小型化。

动压轴承的形状如上所述进行了各种改进，故能可靠地将流体沿泵压方向Z朝一个方向移动。轴14在推力方向由推力轴承旋转自如地进行支承，故是轴在流体通道内不移动的实用性高的结构。

流体中配置的转子磁铁由高分子材料通过外插成形或涂覆的方式形成。而且，线圈配置在第1隔壁的外面。因此，转子磁铁及线圈不会与流体直接接触，转子磁铁和线圈不易生锈，也不需要将来自线圈的配线从泵的内部向外部引出。

泵的周围被最外壁无缝地封入，故可提供无流体泄漏的、可靠性高的动压轴承型泵。

如以上说明的那样，本发明，通过轴旋转产生动压，使轴在径向成为旋转自如，同时动压轴承能可靠地产生流体的泵压压力，实现小型化。

但是本发明并不局限于上述实施例。本发明的动压轴承型泵不仅适用于上述CPU冷却装置和燃料电池的流体泵压用途，当然也可适用于其他种类的装置。

上述实施例中，第1动压发生槽和第2动压发生槽形成于圆筒构件的内周面。但是，并不局限于此，第1动压发生槽和第2动压发生槽也可设置在轴的外周面。

Claims

1.一种动压轴承型泵，通过轴旋转产生动压，使流体流出，其特征在于，包括：

一端部具有流体的流入口、另一端部具有所述流体的流出口的本体；

以及配置在所述本体内的所述流体的流体通道内、用于产生使所述流体从所述流体的流入口流入并从所述流体的流出口流出的动压的旋转部，

所述旋转部具有：

轴；

在所述轴旋转后产生用于使所述流体从所述流体的流入口流入并从所述流体的流出口流出的动压的动压轴承；

以及配置在所述本体内、通过通电使所述轴旋转的旋转力发生部，

所述动压轴承具有：

在靠近所述流体的流入口侧形成的第1动压发生槽；

以及在靠近所述流体的流出口侧形成的第2动压发生槽，

所述轴旋转时，所述第1动压发生槽相对于径向产生的第1动压比所述第2动压发生槽相对于径向产生的第2动压小。

2.如权利要求1所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述轴的端部相对于所述本体内的推力轴承能在推力方向可旋转地得到支承。

3.如权利要求2所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述第1动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度比所述第2动压发生槽在所述轴的轴向上的宽度小。

4.如权利要求2所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述轴的靠近所述流体的流入口侧的部分的直径比所述轴的靠近所述流体的流出口侧的部分的直径小。

5.如权利要求2所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述第1动压发生槽的槽深比所述第2动压发生槽的槽深浅。

6.如权利要求2所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述第1动压发生槽和所述第2动压发生槽是人字形槽，所述第1动压发生槽的流入角比所述第2动压发生槽的流入角大。

7.如权利要求1所述的动压轴承型泵，其特征在于，

在所述本体内设置隔壁，

所述旋转力发生部，具有：电枢线圈；以及通过对所述电枢线圈通电使所述轴旋转的磁铁，

所述电枢线圈在所述本体内，配置在所述隔壁的外部，所述磁铁固定在所述轴的外周面上。

8.如权利要求7所述的动压轴承型泵，其特征在于，在所述磁铁的表面设置有用于与所述流体隔离地包覆所述磁铁的包覆构件。

9.如权利要求7所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述本体是覆盖所述隔壁的周围的其他的隔壁。

10.如权利要求1所述的动压轴承型泵，其特征在于，所述动压轴承的圆筒构件由烧结金属构成，所述流体是润滑油。