JP2006161777A - Refrigerant pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒を用いて高発熱の半導体素子を冷却する冷却装置に設けられた冷媒ポンプに関する。 The present invention relates to a refrigerant pump provided in a cooling device that cools a highly heat-generating semiconductor element using a refrigerant.
図4は、空気調和機等に使用されている従来の冷媒ポンプの断面図を示しており、密閉容器40の内部にはポンプ機構部42が収容され、ポンプ機構部42を駆動する電動機44はポンプ機構部42に隣接して配置されている。また、電動機44は、密閉容器40の外側に固定された固定子46と、密閉容器40の内部に回転自在に取り付けられた回転子48とにより構成されたインナーロータ方式を採用している(例えば、特許文献1参照。)。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional refrigerant pump used in an air conditioner or the like. A
この冷媒ポンプは、固定子46を密閉容器40の外側に配置したことで、ポンプ機構部と電動機とを1つの密閉容器に収容した構成に比べ、密閉容器の外径を小さくすることができる。
In this refrigerant pump, the outer diameter of the hermetic container can be reduced by arranging the
しかしながら、ノートパソコンや1Uサーバ等の高さ制限の厳しいユニットには薄型の冷媒ポンプが必要とされ、この用途には上述した特許文献1に記載の冷媒ポンプは高さの点でまだまだ改善の余地があり、さらに薄型の冷媒ポンプが要望されていた。 However, a thin refrigerant pump is required for units with severe height restrictions, such as notebook computers and 1U servers, and the refrigerant pump described in Patent Document 1 described above still has room for improvement in terms of height. There has been a demand for a thinner refrigerant pump.
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高さ制限の厳しいユニットにも採用することが可能な薄型の冷媒ポンプを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a thin refrigerant pump that can be used in a unit having a severe height restriction.
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、ポンプ機構部と該ポンプ機構部を駆動する電動機とを備えた冷媒ポンプであって、互いに接合した上容器と下容器とを有する密閉容器と、該密閉容器に収容したポンプ機構部と、該ポンプ機構部に隣接配置され固定子と回転子とを有する電動機とを備え、前記下容器の外側に環状凹部を形成して該環状凹部に前記固定子を固定し、前記回転子を前記固定子に対向させて前記固定子の径方向外方の前記下容器内に配置するとともに、前記回転子と一体的に回転する軸受端板と、前記上容器に固定され前記軸受端板を支承するシャフトシリンダとの間に形成された空間に前記ポンプ機構部を収容し、前記回転子と前記軸受端板の回転に連動して前記ポンプ機構部を駆動するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 among the present invention is a refrigerant pump comprising a pump mechanism part and an electric motor for driving the pump mechanism part. A sealed container having a lower container; a pump mechanism portion accommodated in the sealed container; and an electric motor disposed adjacent to the pump mechanism section and having a stator and a rotor, and an annular recess is formed outside the lower container. Forming and fixing the stator in the annular recess, and arranging the rotor in the lower container radially outward of the stator so as to face the stator, and integrally with the rotor The pump mechanism is housed in a space formed between a rotating bearing end plate and a shaft cylinder that is fixed to the upper container and supports the bearing end plate, so that the rotor and the bearing end plate can rotate. The pump mechanism is driven in conjunction Characterized in that the.
また、請求項2に記載の発明は、前記軸受端板に対向する前記シャフトシリンダの摺接面にリング状溝を形成して該リング状溝にシール材を挿入し、前記シャフトシリンダに穿設された冷媒通路を介して前記ポンプ機構部から吐出された冷媒を前記軸受端板側に吐出し、前記ポンプ機構部からの吐出圧力と吸入圧力の差圧により前記軸受端板を前記シャフトシリンダに押しつけるようにしたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a ring-shaped groove is formed on a sliding contact surface of the shaft cylinder facing the bearing end plate, a sealing material is inserted into the ring-shaped groove, and the shaft cylinder is drilled. The refrigerant discharged from the pump mechanism through the formed refrigerant passage is discharged to the bearing end plate, and the bearing end plate is moved to the shaft cylinder by the differential pressure between the discharge pressure from the pump mechanism and the suction pressure. It is characterized by being pressed.
さらに、請求項3に記載の発明は、前記シャフトシリンダが中心軸を有し、前記軸受端板が前記シャフトシリンダとの摺接面より前記シャフトシリンダに向かって突出するシリンダ挿入ボスを有し、該シリンダ挿入ボスに前記シャフトシリンダの中心軸を遊挿するとともに、前記シリンダ挿入ボスの前記シャフトシリンダとの摺接面からの高さを前記ポンプ機構部収容空間の高さより低く設定して、前記軸受端板のスラスト力を前記シャフトシリンダの摺接面で受けるようにしたことを特徴とする。 Furthermore, in the invention according to claim 3, the shaft cylinder has a center axis, and the bearing end plate has a cylinder insertion boss protruding from the sliding contact surface with the shaft cylinder toward the shaft cylinder, The center axis of the shaft cylinder is loosely inserted into the cylinder insertion boss, and the height of the cylinder insertion boss from the sliding contact surface with the shaft cylinder is set lower than the height of the pump mechanism housing space, The thrust force of the bearing end plate is received by the sliding surface of the shaft cylinder.
また、請求項4に記載の発明は、前記シャフトシリンダ及び前記軸受端板に冷媒通路を形成し、前記ポンプ機構部で圧縮された冷媒を前記シャフトシリンダと前記軸受端板間の摺接部に導入したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, a refrigerant passage is formed in the shaft cylinder and the bearing end plate, and the refrigerant compressed by the pump mechanism is placed in a sliding contact portion between the shaft cylinder and the bearing end plate. It has been introduced.
また、請求項5に記載の発明は、前記固定子と前記回転子との間に位置する前記下容器の肉厚を他の部分の肉厚よりも薄く設定したことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that the thickness of the lower container positioned between the stator and the rotor is set to be thinner than the thickness of other portions.
また、請求項6に記載の発明は、前記下容器に非磁性体材料を用いたことを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that a nonmagnetic material is used for the lower container.
また、請求項7に記載の発明は、前記シャフトシリンダの中心軸の側面を窒化処理したことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is characterized in that the side surface of the central axis of the shaft cylinder is nitrided.
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、回転子を固定子の径方向外方に配置したアウターロータ方式の電動機を採用したことで、薄型の冷媒ポンプを提供することができる。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a thin refrigerant | coolant pump can be provided by employ | adopting the electric motor of the outer rotor system which has arrange | positioned the rotor to the radial direction outer side of the stator.
また、シャフトシリンダの摺接面に形成されたリング状溝にシール材を挿入し、シャフトシリンダの冷媒通路を介してポンプ機構部から吐出された冷媒を軸受端板側に吐出し、ポンプ機構部からの吐出圧力と吸入圧力の差圧により軸受端板をシャフトシリンダに押しつけるようにしたので、軸受端板からの冷媒の漏れが減少するとともに、軸受端板が固定端板の役割を担うことで固定端板が不要となり、ポンプ機構部を薄く構成することができる。また、シール材として自己潤滑性シールを採用するとさらに信頼性が向上する。 Further, a seal material is inserted into a ring-shaped groove formed on the sliding contact surface of the shaft cylinder, and the refrigerant discharged from the pump mechanism portion through the refrigerant passage of the shaft cylinder is discharged to the bearing end plate side, and the pump mechanism portion Since the bearing end plate is pressed against the shaft cylinder by the differential pressure between the discharge pressure from the cylinder and the suction pressure, the leakage of refrigerant from the bearing end plate is reduced, and the bearing end plate serves as a fixed end plate. A fixed end plate is not required, and the pump mechanism can be made thin. Further, if a self-lubricating seal is employed as the sealing material, the reliability is further improved.
さらに、軸受端板に形成されたシリンダ挿入ボスにシャフトシリンダの中心軸を遊挿するとともに、シリンダ挿入ボスのシャフトシリンダとの摺接面からの高さをポンプ機構部収容空間の高さより低く設定して、軸受端板のスラスト力をシャフトシリンダの摺接面で受けるようにしたので、冷媒の漏れを極力低減できる。 Furthermore, the shaft axis of the shaft cylinder is loosely inserted into the cylinder insertion boss formed on the bearing end plate, and the height of the cylinder insertion boss from the sliding contact surface with the shaft cylinder is set lower than the height of the pump mechanism housing space. Since the thrust force of the bearing end plate is received by the sliding surface of the shaft cylinder, the refrigerant leakage can be reduced as much as possible.
また、シャフトシリンダ及び軸受端板に冷媒通路を形成し、ポンプ機構部で圧縮された冷媒をシャフトシリンダと軸受端板間の摺接部に導入したので、この摺接部がすべり軸受として作用し、信頼性の高い軸受構成を確保することができる。 In addition, a refrigerant passage is formed in the shaft cylinder and the bearing end plate, and the refrigerant compressed by the pump mechanism is introduced into the sliding contact portion between the shaft cylinder and the bearing end plate, so that the sliding contact portion acts as a slide bearing. A highly reliable bearing configuration can be ensured.
また、固定子と回転子との間に位置する下容器の肉厚を他の部分の肉厚よりも薄く設定したので、エアーギャップが小さくなり、効率の良い電動機を提供することができる。 In addition, since the thickness of the lower container located between the stator and the rotor is set to be thinner than the thickness of other portions, the air gap is reduced, and an efficient electric motor can be provided.
また、下容器に非磁性体材料を用いたので、渦電流損失を低減でき、効率の良い電動機を提供することができる。 Moreover, since the non-magnetic material is used for the lower container, eddy current loss can be reduced and an efficient electric motor can be provided.
また、シャフトシリンダの中心軸の側面を窒化処理したので、磨耗が少なく信頼性の高い冷媒ポンプを提供することができる。 Further, since the side surface of the central axis of the shaft cylinder is nitrided, it is possible to provide a highly reliable refrigerant pump with less wear.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明にかかる冷媒ポンプの断面図を示している。
図1に示されるように、本発明にかかる冷媒ポンプは、開口側端部が互いに接合された上容器2と下容器4からなる密閉容器と、上容器2に回転自在に取り付けられたポンプ機構部6と、ポンプ機構部6に隣接して下容器4に取り付けられた電動機とで構成されており、電動機は、下容器4の外側に配置された固定子8と、固定子8に対向して下容器4の内部に配置された回転子10とで構成されている。また、上容器2には、液冷媒が吸入される吸入管11が連結される一方、下容器4には、ポンプ機構部6で圧縮された液冷媒が吐出される吐出管13が連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a refrigerant pump according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the refrigerant pump according to the present invention includes a sealed container composed of an upper container 2 and a
下容器4の材質は、ステンレス等の非磁性体で、厚みは約1.5mmに設定されているが、固定子8と回転子10の間に位置する部分の肉厚は他の部分の肉厚より薄く、例えば0.6mmに設定されている。また、上容器2の材質は、下容器4と同じ材質がレーザ溶接等を行なう場合には好ましく、例えばステンレス等の非磁性体で、厚みは下容器4と同様、約1.5mmに設定されている。
The material of the
下容器4は、その外側に環状凹部4aが形成されており、この環状凹部4aに固定子8が圧入固定されている。一方、回転子10は、固定子8に対向するように固定子8の径方向外方の下容器4の内部に配置されている。また、回転子10と一体的に回転する軸受端板12が下容器4の内部に取り付けられており、軸受端板12を回転自在に支承するシャフトシリンダ14が上容器2の内部に圧入固定されている。
The
軸受端板12の回転に伴い、軸受端板12はシャフトシリンダ14の端面と摺接するが、軸受端板12とシャフトシリンダ14との間に形成された空間(ポンプ機構部収容室)16内にポンプ機構部6は配置されており、軸受端板12の回転に連動して駆動される。
As the bearing
また、軸受端板12と摺接するシャフトシリンダ14の端面にはリング状溝14aが形成され、リング状溝14aには自己潤滑性シール18が挿入されており、ポンプ機構部6からの液冷媒の漏れを抑える構成になっている。さらに、軸受端板12の周囲の空間にはポンプ機構部6により圧縮され吐出された液冷媒の圧力が作用しているので、軸受端板12をシャフトシリンダ14側に押しつける液冷媒の吐出圧力と吸入圧力との差圧力が作用している。
In addition, a ring-
図2は、ポンプ機構部8の断面図を示しており、図2に示されるように、ポンプ機構部収容室16内には、ポンプ機構部6を構成するインナーロータ20とアウターロータ22が回転自在に取り付けられており、インナーロータ20とアウターロータ22との間にはポンプ室24が形成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
シャフトシリンダ14は、ポンプ機構部収容室16が形成された基部14bと、基部14bの中心から軸受端板12に向かって突出し軸受端板12を回転自在に支承する中心軸14cとを有し、軸受端板12には、シャフトシリンダ14の中心軸14cが遊挿されるシリンダ挿入ボス12aが形成され、このシリンダ挿入ボス12aにインナーロータ20は嵌合固定されている。したがって、シャフトシリンダ14の中心軸14cと軸受端板12のシリンダ挿入ボス12aとインナーロータ20は同心状に配置されているのに対し、ポンプ機構部収容室16は偏心して形成されており、アウターロータ22はポンプ機構部収容室16に同心状に配置されている。なお、軸受端板12の下容器4との対向面は下容器4の内面と相補形状を呈しており、その径方向外側はリング状に形成されている。
The
また、シャフトシリンダ14の中心軸14cの側面は窒化処理が施されており、中心軸14cの摩耗を極力低減している。
Further, the side surface of the
ポンプ機構部収容室16内に収容され互いに噛み合うインナーロータ20とアウターロータ22は相補形状の凸部と凹部をそれぞれ有し、インナーロータ20の凸部(歯部)の数は、アウターロータ22の凹部より少なく設定されている。したがって、回転子10とともに軸受端板12が矢印Aの方向に回転すると、インナーロータ20も一体的に回転し、インナーロータ20と噛み合うアウターロータ22も連動して矢印Aの方向に回転するので、ポンプ室24は、その体積を変化させながら矢印Aの方向に回転してポンプ作用を発揮する。
The
図3は、シャフトシリンダ14をポンプ機構部6から見た図である。
図3に示されるように、シャフトシリンダ14には、冷媒が吸入管11を介して吸入されるシャフトシリンダ14の上部空間とポンプ室24とを連通する三日月状の吸入孔14dが穿設されており、吸入孔14dの反対側には三日月状の吐出溝14eが形成されている。シャフトシリンダ14にはまた、吐出溝14eから径方向外方に延びる第1の吐出孔14fと、第1の吐出孔14fから直交する方向に延び軸受端板12の径方向外方の空間に開口する第2の吐出孔14gが形成されている。さらに、吐出溝14eからシャフトシリンダ14の中心に向かって延びる第1の連通溝14hが形成されており、第1の連通溝14hは、シャフトシリンダ14の中心軸14c表面の長手方向に形成された第2の連通溝14iと連通している。
FIG. 3 is a view of the
As shown in FIG. 3, the
一方、軸受端板12の外側リング部には、径方向に延びリング部の外側と内側を連通する複数の連通孔12bが穿設されている。
On the other hand, the outer ring portion of the
上記構成の本発明にかかる冷媒ポンプにおいて、ポンプ機構部6でポンプ作用が発生すると、液冷媒が吸入管11から吸入され、上容器2とシャフトシリンダ14との間の空間に導入される。この空間内に導入された液冷媒は、シャフトシリンダ14の基部14bを貫通する吸入孔14dよりポンプ機構部6のポンプ室24に吸入される。ポンプ室24に吸入された液冷媒はポンプ機構部6で圧縮された後、シャフトシリンダ14の基部14bに形成された吐出溝14e、第1及び第2の吐出孔14f,14gを通過して軸受端板12と下容器4との間の空間に吐出され、吐出管13より吐出される。
In the refrigerant pump according to the present invention having the above-described configuration, when the pump mechanism 6 generates a pump action, the liquid refrigerant is sucked from the
また、軸受端板12と下容器4との間の空間に吐出された液冷媒は、連通孔12bを介して軸受端板12のリング部と下容器4間の摺接部に導入されるとともに、吐出溝14eに吐出された液冷媒は、第1及び第2の連通溝14h,14iを介してシャフトシリンダ14の中心軸14cと軸受端板12のシリンダ挿入ボス12a間の摺接部に導入されるので、摺接部がすべり軸受として作用する。
The liquid refrigerant discharged into the space between the
さらに、上記構成において、軸受端板12のシリンダ挿入ボス12aがシャフトシリンダ14との摺接面よりシャフトシリンダ14に向かって突出する高さhをポンプ機構部収容室16の高さHより低く設定し、差圧によるスラスト力を軸受端板12とシャフトシリンダ14との摺接面で受ける構成にしているので、冷媒漏れを極力低減することができる。
Further, in the above configuration, the height h at which the cylinder insertion boss 12a of the
上述したように、本発明にかかる冷媒ポンプは、下容器4の環状凹部4aに固定子8を取り付け、固定子8に対向する回転子10を径方向外側に設けたアウターロータ方式の電動機を採用したので、高さ制限の厳しいノートパソコン、1Uサーバ、ブレードサーバ等の冷却用冷媒ポンプの用途にも適用できる。
As described above, the refrigerant pump according to the present invention employs an outer rotor type electric motor in which the
2 上容器、 4 下容器、 4a 環状凹部、 6 ポンプ機構部、 8 固定子、
10 回転子、 11 吸入管、 12 軸受端板、 12a シリンダ挿入ボス、
12b 連通孔、 13 吐出管、 14 シャフトシリンダ、
14a リング状溝、 14b 基部、 14c 中心軸、 14d 吸入孔、
14e 吐出溝、 14f 第1の吐出孔、 14g 第2の吐出孔、
14h 第1の連通溝、 14i 第2の連通溝、 16 ポンプ機構部収容室、
18 自己潤滑性シール、 20 インナーロータ、 22 アウターロータ、
24 ポンプ室。
2 Upper container, 4 Lower container, 4a Annular recess, 6 Pump mechanism, 8 Stator,
10 rotor, 11 suction pipe, 12 bearing end plate, 12a cylinder insertion boss,
12b communication hole, 13 discharge pipe, 14 shaft cylinder,
14a ring groove, 14b base, 14c central axis, 14d suction hole,
14e discharge groove, 14f first discharge hole, 14g second discharge hole,
14h 1st communicating groove, 14i 2nd communicating groove, 16 pump mechanism part accommodation chamber,
18 self-lubricating seal, 20 inner rotor, 22 outer rotor,
24 Pump room.
Claims (7)
互いに接合した上容器と下容器とを有する密閉容器と、該密閉容器に収容したポンプ機構部と、該ポンプ機構部に隣接配置され固定子と回転子とを有する電動機とを備え、前記下容器の外側に環状凹部を形成して該環状凹部に前記固定子を固定し、前記回転子を前記固定子に対向させて前記固定子の径方向外方の前記下容器内に配置するとともに、前記回転子と一体的に回転する軸受端板と、前記上容器に固定され前記軸受端板を支承するシャフトシリンダとの間に形成された空間に前記ポンプ機構部を収容し、前記回転子と前記軸受端板の回転に連動して前記ポンプ機構部を駆動するようにしたことを特徴とする冷媒ポンプ。 A refrigerant pump comprising a pump mechanism and an electric motor that drives the pump mechanism,
A sealed container having an upper container and a lower container joined to each other; a pump mechanism portion accommodated in the sealed container; and an electric motor disposed adjacent to the pump mechanism portion and having a stator and a rotor; An annular recess is formed on the outer side of the stator, the stator is fixed to the annular recess, the rotor is opposed to the stator and disposed in the lower container radially outward of the stator, and The pump mechanism is housed in a space formed between a bearing end plate that rotates integrally with the rotor and a shaft cylinder that is fixed to the upper container and supports the bearing end plate, and the rotor and the A refrigerant pump, wherein the pump mechanism is driven in conjunction with rotation of a bearing end plate.
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Cited By (1)
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JP2014173602A (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Robert Bosch Gmbh | Internal gear pump |
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2004
- 2004-12-10 JP JP2004357923A patent/JP2006161777A/en active Pending
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