JP2007027257A - 冷却システムおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体ポンプにより冷却液を循環させて発熱部品を冷却するシステムにおいて、流体ポンプを受熱部と別に配置とせずとも済んで省スペースとなり、しかも、流体ポンプが故障しても、発熱部品を冷却し続けることができる冷却システム
【解決手段】 モータ一体型の流体ポンプ８のケーシング１０のケーシングカバー１６をアルミなどの熱良導体によって形成し、このケーシングカバー１６を発熱部品５に接触させてケーシング１０内を流れる冷却液によって発熱部品５を冷却する。複数台の流体ポンプ８のいずれかが故障しても他の流体ポンプ８から送り出された冷却液が故障した流体ポンプ８のインペラ１２を回転させるので、その故障した流体ポンプ８もほぼ正常に発熱部品５を冷却する。
【選択図】 図１

Description

本発明は流体ポンプにより冷却液を循環させて受熱部を介して発熱部品冷却するようにした冷却システムに関する。

特許文献１には、ラックマウントサーバにおける冷却システムが開示されている。これは、ラックキャビネットの各段に搭載されたサーバモジュールの発熱部品（例えばＣＰＵ）に受熱装置を設け、流体ポンプと放熱装置とを直列に接続した循環路に対してこれら受熱装置を並列接続して構成されている。このものでは、流体ポンプから送り出された冷却液は、複数の受熱装置に並列に流れて発熱部品を冷却し、そして発熱部品から熱を奪って高温となった冷却液は、放熱装置で放熱して温度低下した後、再び流体ポンプから複数の受熱装置へと送り出されるようになっている。

また、この特許文献１には、流体ポンプが１台であると、その流体ポンプが故障したとき、受熱装置に冷却液を送ることができず、サーバモジュールを冷却できなくなるので、冗長化のために流体ポンプを２台設け、１台の流体ポンプが故障した場合には、もう１台の流体ポンプを駆動して引き続き発熱部品を冷却できるように構成することが開示されている。
特開２００４−２４６６４９号公報

特許文献１に開示された構成では、受熱装置は、発熱部品に密着する伝熱板に対して、冷却液が極力広い面積で接するように蛇行した流路を設けて構成されている。このように、受熱装置は、蛇行流路を有しているので、比較的大形のものとなる。このため、冗長化のために２台の流体ポンプを設けようとすると、流体ポンプのための配置スペースが別途必要となり、冷却システムの大型化やコストアップを招く。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の流体ポンプを備えるものでありながら、流体ポンプの配置スペースを小さくでき、しかも、複数の流体ポンプを駆動して複数の発熱部品を冷却する場合にいずれかの流体ポンプが故障しても、発熱部品を冷却し続けることができる冷却システムを提供することにある。

本発明は、流体ポンプにより冷却液を循環させて複数の発熱部品を冷却するようにした冷却システムにおいて、前記流体ポンプは、モータによって回転駆動されるインペラを有したターボ型で、内部を流れる冷却液が接するように設けられた熱伝導性の良い受熱部を備えて構成され、この流体ポンプが、前記発熱部品の各々に対し、前記受熱部を直接または熱伝導材を介して間接的に接触させるようにして複数台設直列接続して設けられていることを特徴とする冷却システムにある。

上記手段の本発明によれば、受熱部と流体ポンプとを一体化できるので、システムの大型化を回避できる。また、複数台の流体ポンプのうちのいずれかが故障しても、他の正常に運転されている流体ポンプから吐出された冷却液が、故障した流体ポンプのインペラを回転させながら循環するので、発熱部品に対する冷却性能をそれほど低下させずに済む。

［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図５に基づいて説明する。図２は本発明を適用するラックマウントサーバ（電子機器）１を示す。この図２のラックマウントサーバ１は、ラックキャビネット２内にサーバモジュール３を複数段に配置して構成され、各サーバモジュール３が有する基板４上には、ＣＰＵやＬＳＩなどの多数の電子部品が実装されている。

ラックマウントサーバには、ＣＰＵやＬＳＩなどの発熱部品５のための冷却システム６が搭載されている。この冷却システム６は、図１に示すように、循環路７によって接続された複数台の流体ポンプ８と１台の放熱器９とを備え、循環路７中の冷却液を流体ポンプ８によって循環させることにより発熱部品５を冷却し、そして、発熱部品５を冷却することで高温となった冷却液を放熱器９に通して放熱させるという構成のものである。

流体ポンプ８は、発熱部品５からの熱を受ける受熱部を一体に有した受熱部一体型のもので、更に、この実施例では、モータ一体型にもなっている。受熱部一体化は、流体ポンプ８のケーシング１０の一部を熱伝導性に優れた例えばアルミで形成し、このアルミ部分を発熱部品５に直接或いは熱伝導可能に接触させることにより達成するようにしている。また、この実施例では、流体ポンプ８を駆動するモータを例えばブラシレスモータ１１で構成し、流体ポンプ８のインペラ１２をロータ１３として機能させることによってモータ一体化を達成するようにしている。

ここで、流体ポンプ８の具体的構成について図３ないし図５を参照しながら説明する。流体ポンプ８のケーシング１０は、有底円形状のポンプ室１４が形成されたケーシング主体１５と、このケーシング主体１５に取り付けられたケーシングカバー１６とから構成されている。ケーシング主体１５は、非磁性体である例えばプラスチックにより形成され、ケーシングカバー１６は、熱伝導性に優れたアルミによって形成されている。そして、このアルミ製のケーシングカバー１６を受熱部とする構成とし、このケーシングカバー１６により発熱部品５の熱を奪う（冷却する）ようにしている。

ケーシング１０のポンプ室１４内には、遠心型の前記インペラ１２が回転可能に配設されている。このインペラ１２は、ポンプ室１４の底部の軸突部１７に回転自在に支持されたボス部１２ａから複数の羽根板１２ｂを放射状に延ばして構成されている。なお、インペラ１２は、非磁性の例えばプラスチック製とされている。このポンプ室１４内のインペラ１２の背部（図３で上側）には、磁性体例えば鉄板製のロータヨーク１８を一体に有したロータ用永久磁石としてのロータマグネット１９が固定されている。このロータマグネット１９の固定により、インペラ１２がブラシレスモータ１１のロータ１３として機能するようになっている。

上記インペラ１２のロータマグネット１９に対して、ケーシング主体１５の背部には、スペーサ２０を介してプリント配線基板２１が取り付けられている。そして、この基板２１上には、ステータコイル２２が搭載されている。この場合、ステータコイル２２は、ロータマグネット１９が図５に示すように８極に着磁されているのに対し、６個設けられている。また、ケーシング主体１５の背面には、前記軸突部１７と同心の軸２３が突設されている。この軸２３は、基板２１の裏側にまで突出しており、その突出端部には、磁性体例えば鉄板製の円形のステータヨーク２４が回転自在に支持されている。

以上のステータコイル２２とステータヨーク２４とでステータ２５が構成され、前記ロータ１３とこのステータ２５とでブラシレスモータ１１が構成される。そして、基板２１に設けられた位置検出素子（図示せず）によりロータマグネット１９の回転位置を検出し、ロータマグネット１９の回転位置に応じて６個のステータコイル２２に順次通電することによってロータマグネット１９（インペラ１２）が回転するようになっている。なお、基板２１には、ステータコイル２２への通電を制御するための制御回路の構成部品も搭載されている。

さて、流体ポンプ８のケーシング主体１５には、吸入口２６と吐出口２７とが形成されている。そして、複数台の流体ポンプ８は、ラックマウントサーバ１のラックキャビネット２内の各段のサーバモジュール３に、受熱部であるケーシングカバー１６がＣＰＵやＬＳＩなどの発熱部品５に直接或いは導電性グリースなどの熱伝導材を介して間接的に密着するように搭載されている。

各段のサーボモジュール３に搭載された複数台の流体ポンプ８は、図１に示すように、吐出口２７と吸入口２６とが互いに接続チューブ２８にて接続される。これにより、複数台の流体ポンプ８が互いに直列に接続された状態となる。そして、直列接続された複数台の流体ポンプ８のうち、初段の流体ポンプ８の吸入口２６は、ラックキャビネット２の最上部に搭載された放熱器９の出口２８に接続チューブ３０により接続されると共に、最終段の流体ポンプ８の吐出口２７は、放熱器９の入口３１に接続チューブ３２により接続されている。なお、前記循環路７は、上記のような接続チューブ２８，３０，３２によって構成されている。

上記構成において、図示しない制御回路により複数のステータコイル２２が順次通電されると、ロータマグネット１９が回転し、このロータマグネット１９と一体のインペラ１２のポンプ作用によって冷却液が複数台の流体ポンプ８および放熱器９を順に通るように循環する。この冷却運転中、各流体ポンプ８のケーシングカバー１６は発熱部品５から熱伝導によって受熱し、これによって発熱部品５の冷却が行われる。

一方、各流体ポンプ８では、ポンプ室１４内を冷却液がケーシングカバー１６に接して流れることにより、発熱部品５からケーシングカバー１６に伝えられた熱が冷却液に伝えられる。以上のようにして発熱部品５が流体ポンプ８内を流れる冷却液によって冷却される。そして、発熱部品５を冷却することによって温度上昇した冷却液は、放熱器９にて放熱して温度低下し、再び複数台の流体ポンプ８に順次吸入されて各発熱部品５を冷却する。

このような冷却運転中、複数台の流体ポンプ８のうちのいずれかの流体ポンプ８のブラシレスモータ１１が故障してインペラ１２を駆動できなくなることがある。しかしながら、複数台の流体ポンプ８が直列に接続されているため、循環経路中には、正常に動作している他の流体ポンプ８のポンプ作用によって冷却液が循環し続ける。このため、故障した流体ポンプ８においても、冷却液が吸入口２６からポンプ室１４内に流入し、吐出口２７から流出してゆく。

このポンプ室１４内の冷却液の流通により、故障した流体ポンプ８においても発熱部品５の冷却が継続して行われる。この際、ポンプ室１４内を流れる冷却液は、インペラ１２を回転させる。このインペラ１２の回転により、冷却液がポンプ室１４内を乱流となって流れるようになるため、ケーシングカバー１６に対する冷却性能が特に低下するような事態は生じない。

ところで、上記のようにブラシレスモータが故障しても、ポンプ室１４内を冷却液が流通することによってインペラ１２が回転する。この場合において、仮に、ステータヨーク２４が基板４に固定されていたとすると、インペラ１２と一体に回転するロータマグネット１９の磁気によってステータヨーク２４に渦電流が流れ、その渦電流によって生ずる磁界の影響でロータマグネット１９にブレーキ力が作用し、インペラ１２の回転抵抗が増大して冷却液の流通を妨げるといった不具合をもたらす。

しかしながら、本実施例においては、ステータヨーク２４は回転自在であるため、ロータマグネット１９との磁気カップリング作用により、ステータヨーク２４がロータマグネット１９と一緒になって回転するようになる。このため、ステータヨーク２４とロータマグネット１９との回転速度差にもよるが、ステータヨーク２４には渦電流が発生せず、或いは発生しても小さな渦電流に抑えることができるので、インペラ１２に作用する回転抵抗は小さなものとなる。

このように本実施例によれば、流体ポンプ８のケーシングカバー１６を発熱部品５から熱を奪う受熱部とし、そのケーシングカバー１６をポンプ室１４内を流れる冷却液によって直接冷却するように構成したので、自身で発熱部品５を冷却する機能を有した流体ポンプ８を薄型に構成することができる。このため、冗長化のために複数台の流体ポンプ８を配置する場合に、各発熱部品５に対して一対一の関係で流体ポンプ８を設けることができ、別途複数台の流体ポンプ８を配置する場所を確保しなくとも済む。

［第２の実施例］
図６は本発明の第２の実施例を示す。この実施例が上述の第１の実施例と相違するところは、ステータヨーク３３をロータマグネット１９の磁極数と同数の凸部３３ａを形成した円盤から構成したところにある。このように、ステータヨーク３３に凸部３３ａを設けることによって故障時にステータヨーク３３がインペラ１２と同期回転する度合いが高くなり、渦電流の発生の抑制効果が高くなる。

［第３の実施例］
図７および図８は本発明の第３の実施例を示す。この実施例が上述の第１の実施例と相違するところは、ステータヨーク３４を、ロータマグネット１９の磁極数と同数の磁極となるように着磁した永久磁石３５にバックヨーク３６を固定した構成のものとしたところにある。このようにステータヨーク３４を構成することにより、故障時にステータヨーク３４がインペラ１２と同期回転する程度が一層高くなる。

［第４の実施例］
図９は本発明の第４の実施例を示す。この実施例が上述の第１の実施例と相違するところは、流体ポンプ８をモータ一体型とするのではなく、ブラシレスモータ３７を流体ポンプ８とは別に構成し、このブラシレスモータ３７を、ケーシング１０の外側に取り付けてロータの回転を磁気カップリングによりインペラ１２に伝達するように構成したところにある。

即ち、図９に示すように、ケーシング１０の背部側（ケーシングカバー１６の反対側）には、ブラシレスモータ３７が取付枠３８を介して固定されている。このブラシレスモータ３７の回転軸３９は、ケーシング１０側に突出し、その先端部分には、円盤状のプリント配線基板４０が固定されている。そして、このプリント配線基板４０上には、ロータマグネット１９の磁極数と同数の電磁石４１が搭載されている。なお、電磁石４１は、図示しない電源装置にスリップリングおよびブラシ（いずれも図示せず）によって接続されている。

この構成において、ブラシレスモータ３７が起動すると、電磁石４１も通電されてロータマグネット１９と磁気カップリングを構成し、ブラシレスモータ３７の回転軸３９の回転がロータマグネット１９、従ってインペラ１２に伝達され、当該インペラ１２が回転する。なお、この場合、インペラ１２に設けたロータマグネット１９は、界磁用のマグネットとしては機能せず、磁気カップリング用として機能するものである。

ブラシレスモータ３７が故障すると、その回転軸（ロータ）３９は停止する。このため、ロータの回転速度を検出するＦＧ信号が出力されなくなる。ブラシレスモータ３７の制御回路（図示せず）は、ＦＧ信号の入力ないことから、ブラシレスモータ３７の故障を検知し、電磁石４１を断電する。すると、ブラシレスモータ３７と流体ポンプ８との回転伝達用の磁気カップリングが機能しなくなるため、インペラ１２はポンプ室１４内に流入する冷却液によって回転するが、その回転がブラシレスモータ３７側に伝達されることはなく、ブラシレスモータ３７側がインペラ１２の回転抵抗となることを回避する。

［他の実施例］
本発明は上記し且つ図面に示す第１〜第４の実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
発熱部品５にアルミ板からなる伝熱部を接触させ、この伝熱部にケーシングカバー１６を接触させる構成であっても良い。
受熱部はケーシングカバー１６に限られない。発熱部品に密接させる受熱部としては、流体ポンプ８内を通る冷却液に接する部分であれば良い。
冷却対象物はサーバに限られず、パソコンなどの電子機器一般の冷却システムに広く適用することができる。
流体ポンプ８を駆動するモータは、ブラシレスモータに限られない。
ターボ型の流体ポンプは、上記実施例のように遠心型のインペラに限らず、斜流型、軸流型のインペラを備えたポンプを言う。

本発明の第１の実施例を示すもので、流体ポンプを中心とした冷却システムの接続構成を概念的に示した図 ラックマウントサーバの斜視図 モータ一体型の流体ポンプを示す断面図 モータ一体型の流体ポンプの分解斜視図 インペラの斜視図 本発明の第２の実施例を示す図４相当図 本発明の第３の実施例を示す図４相当図 図３相当図 本発明の第４の実施例を示す図３相当図

符号の説明

図面中、１はラックマウントサーバ（電子機器）、２はラックキャビネット、３はサーバモジュール、４は基板、５は発熱部品、６は冷却システム、７は循環路、８は流体ポンプ、９は放熱器、１０はケーシング、１１はブラシレスモータ（モータ）、１２はインペラ、１３はロータ、１４はポンプ室、１５はケーシング本体、１６はケーシングカバー（受熱部）、１８はロータヨーク、１９はロータマグネット（ロータ用永久磁石）、２２はステータコイル、２４はステータヨーク、２５はステータ、３３，３４はステータコイル、３５は永久磁石、３７はブラシレスモータ、４１は電磁石である。

Claims (6)

1. 流体ポンプにより冷却液を循環させて複数の発熱部品を冷却するようにした冷却システムにおいて、
   前記流体ポンプは、
   モータによって回転駆動されるインペラを有したターボ型で、内部を流れる冷却液が接するように設けられた熱伝導性の良い受熱部を備えて構成され、
   この流体ポンプが、前記発熱部品の各々に対し、前記受熱部を直接または熱伝導材を介して間接的に接触させるようにして複数台直列接続して設けられていることを特徴とする冷却システム。
2. 前記流体ポンプには、前記インペラと一体に回転する永久磁石が設けられていると共に、前記モータには、前記流体ポンプの前記永久磁石と磁気カップリングを構成する電磁石がロータと一体的に回転するように設けられ、
   前記電磁石と前記永久磁石との間の磁気力によって、前記モータのロータの回転を前記インペラに伝達するように構成したことを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
3. 前記モータは、
   前記流体ポンプのケーシング内に前記インペラと一体に回転するように設けられたロータ用永久磁石と、
   前記ケーシングの外に前記ロータ用永久磁石に対向するように設けられ、前記ロータ用永久磁石を回転させるステータコイルと
   を備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
4. 前記モータは、ステータヨークを備え、
   このステータヨークは、前記ロータ用永久磁石と前記ステータコイルを挟んで対向するように回転可能に支持され、前記ロータ用永久磁石の各磁極に対応する凸部を有していることを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
5. 前記モータは、ステータヨークを備え、
   このステータヨークは、前記ロータ用永久磁石と前記ステータコイルを挟んで対向するように回転可能に支持され、前記ロータ用永久磁石と同じ極数に磁化された永久磁石を有することを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の冷却システムを搭載した電子機器。
   
   

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