JP2007218163A

JP2007218163A - ポンプ及びポンプシステム

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Publication number: JP2007218163A
Application number: JP2006039252A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Kurita; 幸信栗田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30
Also published as: CN101025160A; US20070188029A1; TWI406481B; CN101025160B; TW200740084A

Abstract

【課題】情報機器の小型化要求や各種電子部品の高密度実装要求を満たすように、実装効率を向上させるとともに、ポンプからフレキシブルテープ等を引き出さなくても制御可能なポンプ及びポンプシステムを提供する。
【解決手段】外周に複数の羽根１１１が形成され、内周にロータマグネット１１２が設けられた羽根車１１と、ロータマグネット１１２と対向して配置され、羽根車１１の径方向外側に向かって放射状に延出する複数の突極部１２１と、ロータマグネット１１２と複数の突極部１２１との間に介在するポンプケーシング１３と、複数の突極部１２１に巻回されたコイル１２２に電流を供給する駆動ＩＣ１６と、駆動ＩＣ１６が実装された電子基板１５と、を有するポンプ１であって、電子基板１５は、駆動ＩＣ１６が複数の突極部１２１の間に介在する状態で、ポンプケーシング１３に固着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を冷却する冷媒の循環や燃料電池の燃料循環などに用いられるポンプ及びポンプシステムに関し、特に、その実装効率を向上させたポンプ及びポンプシステムに関する。

近年、情報機器の高性能化，高機能化に伴い、その情報機器の内部にある電子部品の発熱が増加してきており、冷却装置の重要度が増してきている。例えば、ＣＰＵのクロック周波数などは以前と比べて格段に大きなものとなっており、このため内部で冷媒を循環させてＬＳＩなどを冷却する方式が実用化されている。一方で、近年になって、燃料電池の開発が急速に進んできている。この燃料電池は、燃料を循環させて電気を取り出す電池であるが、益々小型化する傾向にあり、ノートパソコンやＰＤＡなどの情報処理端末に内蔵されるケースが増えてきている。

ところで、このような冷媒や燃料の循環には、小型化されたポンプが用いられることが多い。小型化されたポンプを情報機器に組み込むことによって、情報機器内部での冷媒や燃料の循環が実現していた（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載に開示された薄型過流ポンプは、ポンプケーシングとカバーとで形成された空間内に、マグネットとロータを内蔵させている。また、ポンプケーシングとカバーとで形成された空間外に、そのマグネットと対向するようにステータが配置されている。このような構成においてステータに電流を流すと、ステータとマグネットとの電磁的相互作用によって、ロータが回転し、冷媒や燃料を循環させることができる。

ここで、特許文献１では開示されていないが、一般に、上述したステータに電流を供給するために、フレキシブルテープやリード線がポンプから引き出される。そして、引出されたフレキシブルテープやリード線は、コネクタを介して、電子基板上でポンプから離れた位置に存在する処理回路（駆動ＩＣなど）と接続される。

特開２００３−１６１２８４号公報（図１）

しかしながら、ポンプと、駆動ＩＣを含む処理回路とが離れた位置に存在するとなると、その分だけ電子基板の面積が大きくなってしまい、情報機器の小型化要求や各種電子部品の高密度実装要求を満たすことができない。

また、従来のように、フレキシブルテープやリード線をポンプから引き出すような方式では、これらを流れる電気信号が電子基板に対してノイズを発生させてしまう場合がある。この場合、各種電子部品の動作不良や故障に繋がるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報機器の小型化要求や各種電子部品の高密度実装要求を満たすように、実装効率を向上させるとともに、ポンプからフレキシブルテープ等を引き出さなくても制御可能なポンプ及びポンプシステムを提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１）外周に複数の羽根が形成され、内周にロータマグネットが設けられた羽根車と、前記ロータマグネットと対向して配置され、前記羽根車の径方向外側に向かって放射状に延出する複数の突極部と、前記ロータマグネットと前記複数の突極部との間に介在するポンプケーシングと、前記複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給する駆動ＩＣと、前記駆動ＩＣが実装された電子基板と、を有するポンプであって、前記電子基板は、前記駆動ＩＣが前記複数の突極部の間に介在する状態で、前記ポンプケーシングに固着されていることを特徴とするポンプ。

本発明によれば、内周にロータマグネットが設けられた羽根車と、このロータマグネットと対向して配置された複数の突極部（ステータの一部となる）と、ロータマグネットと複数の突極部との間に介在するポンプケーシングと、電子基板に実装され、複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給する駆動ＩＣと、を有するポンプで、電子基板を、駆動ＩＣが複数の突極部の間に介在する状態でポンプケーシングに固着することとしたので、実装効率を向上させ、情報機器の小型化や各種電子部品の高密度実装を実現することができる。

すなわち、駆動ＩＣが実装された電子基板をポンプの一構成要素であるポンプケーシングに固着させることとしたので、結果的に、駆動ＩＣを含む処理回路とポンプとが一体化することになり、従来のようにフレキシルテープやリード線をポンプから引き出さなくても、複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給することができる。従って、実装効率が向上し、情報機器の小型化や各種電子部品の高密度実装（又は最適配置）を実現することができる。

特に、本発明は、駆動ＩＣが複数の突極部の間に介在する状態となっていることから、単に、ポンプケーシングの上面或いは下面に電子基板を固着し、駆動ＩＣを含む処理回路とポンプとが一体化したものとは異なり、ポンプケーシングの（羽根車の軸方向の）厚さを薄くし、ポンプ全体として薄型化に寄与することができる。この点、実装効率の更なる向上や、情報機器の薄型化に資することができる。

また、本発明は、フレキシルテープやリード線をポンプから引き出す必要がないので、電子基板に対してノイズを発生させることもなく、電子部品の動作不良や故障を防ぐこともできる。

（２）外周に複数の羽根が形成され、内周にロータマグネットが設けられた羽根車と、前記ロータマグネットと対向して配置され、前記羽根車の径方向外側に向かって放射状に延出する複数の突極部と、前記ロータマグネットと前記複数の突極部との間に介在するポンプケーシングと、前記複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給する駆動ＩＣと、前記駆動ＩＣが実装された電子基板と、前記ロータマグネットの位置検出を行うホール素子と、を有するポンプであって、前記ホール素子は、前記電子基板の外周の一部と対向して配置され、かつ、前記ポンプケーシングを介して前記ロータマグネットと対向して配置されていることを特徴とするポンプ。

本発明によれば、ポンプに設けられたホール素子が、上述した電子基板の外周の一部と対向して配置され、かつ、ポンプケーシングを介してロータマグネットと対向して配置されていることとしたので、ポンプ全体の薄型化を更に進めることができ、ひいては実装効率を更に向上させることができる。

すなわち、従来は、ロータマグネットの位置検出を行うホール素子は、電子基板上においてポンプとは別の位置に配置されていたが、本発明では、電子基板上ではなく電子基板の側壁面近傍に配置されている。従って、ホール素子の存在によって、電子基板が膨らみ、結果的にポンプケーシングの（羽根車の軸方向の）厚さが厚くなってしまうのを防ぐことができ、ひいては実装効率を更に向上させることができる。

（３）前記電子基板の中央には、前記ポンプケーシングの凸部を嵌入する第１嵌入穴が形成されており、前記電子基板が前記ポンプケーシングに固着されたとき、前記凸部は、前記第１嵌入穴から所定高さ突出することを特徴とする（１）又は（２）記載のポンプ。

本発明によれば、電子基板の中央には、ポンプケーシングの凸部を嵌入する第１嵌入穴が形成されており、電子基板がポンプケーシングに固着されたとき、凸部が第１嵌入穴から所定高さ突出することとしたので、例えばポンプを情報機器に組み込んだとき、その凸部が支えとなって、直接電子基板に圧力が加わるのを防ぐことができる。従って、ポンプ全体として耐久性を向上させることができる。

（４）前記電子基板には、前記駆動ＩＣを嵌入する第２嵌入穴が形成されており、前記駆動ＩＣは、前記第２嵌入穴に埋設されていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか記載のポンプ。

本発明によれば、上述した電子基板に、駆動ＩＣを嵌入する第２嵌入穴が形成されており、その第２嵌入穴に駆動ＩＣが埋設されていることとしたので、駆動ＩＣが多少大きくても、ポンプの薄型化を図ることができる。

（５）（１）から（４）のいずれか記載のポンプと、前記ポンプに対し、前記羽根車の回転数を変化させる制御信号を送信する制御回路と、を有するポンプシステムであって、前記ポンプは、前記羽根車の回転数に応じて周期的に変化するＦＧ信号を出力するＦＧ端子を備え、前記制御回路は、前記ＦＧ端子から受信するＦＧ信号に基づき、前記制御信号を送信することを特徴とするポンプシステム。

本発明によれば、上述したポンプと、羽根車の回転数を変化させる制御信号をポンプに送信する制御回路と、を有するポンプシステムであって、ポンプに、羽根車の回転数に応じて周期的に変化するＦＧ信号を出力するＦＧ端子を設け、このＦＧ端子から受信するＦＧ信号に基づき、制御回路によって制御信号が送信されることとしたので、ポンプの回転数を制御回路側で適切に把握すると同時に、ポンプ性能（吐出量）を適切にコントロールすることができる。

本発明に係るポンプは、以上説明したように、電子基板に実装された駆動ＩＣが複数の突極部の間に介在する状態で、電子基板をポンプケーシングに固着することとしたので、実装効率を向上させることができ、ひいては情報機器の小型化・薄型化や各種電子部品の高密度実装・最適配置を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

［機械構造］
図１は、本発明の実施の形態に係るポンプ１の機械構造を示す図である。特に、図１（ａ）は、ポンプ１の側面断面図を示しており、図１（ｂ）は、ステータ１２と駆動ＩＣ１６との位置関係を表す概略平面図を示している。なお、図１（ａ）は、説明の便宜上、上下逆となっている。

図１（ａ）において、本実施形態に係るポンプ１は、主に、羽根車１１と、ステータ１２と、ポンプケーシング１３と、底板１４と、から構成されている。

羽根車１１は、その外周に複数の羽根１１１が形成されており、羽根車１１の回転によって、羽根１１１の周囲に乱流が引き起こされるようになっている。なお、この羽根１１１の表面に撥水加工を施すことによって、回転の初動をスムーズにすることができる。

一方、羽根車１１の内周には、ロータマグネット１１２が取り付けられている。ロータマグネット１１２には、ステータ１２が発生する磁界に応じて回転力が生じ、ロータマグネット１１２と羽根車１１とが一体になって回転するようになっている。

また、羽根車１１は、軸１１３に固着されており、その軸１１３は、ラジアル軸受１１４によって支承されている。なお、ラジアル軸受１１４は、例えばボールベアリングによって構成してもよい。これにより、羽根車１１が上下に揺動しながら回転するのを防ぐことができ、ひいては衝突による異音の発生や回転効率の低下を防ぐことができる。

ステータ１２は、ロータマグネット１１２と対向して配置され、羽根車１１の径方向外側に向かって放射状に延出する６個の突極部１２１を有している。外観構成は、図１（ｂ）に示すとおりである。また、６個の突極部には、それぞれコイル１２２が巻回されており、コイル１２２に電流を流すことによって、ステータ１２の近傍に磁界を発生させることができる。

ポンプケーシング１３は、羽根車１１が存在するロータ領域２１や冷媒又は燃料などの液体が循環するポンプ室２２と、電流が供給されるステータ１２とを気密して分離するためのものであって、冷媒又は燃料などの液体がステータ１２に付着し、ステータ１２が故障するのを防いでいる。すなわち、ロータマグネット１１２と複数の突極部１２１との間にポンプケーシング１３が介在している。

なお、ポンプ室２２は、図示しない吸込口から流入し、図示しない吐出口から流出する冷媒や燃料などの液体が、乱流により循環する領域である。このポンプ室２２は、ポンプケーシング１３と底板１４とが固着することによって形成されている。ポンプケーシング１３は、軽量化の観点から合成樹脂であることが好ましいが、その他、銅やアルミニウムなどの金属材料を用いても構わない。

ポンプケーシング１３の外側（図１（ａ）でいえば上側）には、ステータ１２が挿入されるスペース（凹部）が形成されており、ステータ１２はそのスペースに組み込まれるようになっている。その結果、図１（ｂ）に示すように円環状に形成されたステータ１２の中央付近には、ポンプケーシング１３の中央に形成された凸部１３１が位置することになる。

また、この凸部１３１と隣接する段部１３２には、駆動ＩＣ１６が実装された電子基板１５が固着されている。より具体的に説明すると、電子基板１５の中央には、ポンプケーシング１３の凸部１３１を嵌入する第１嵌入穴１５ａが形成されており、ポンプケーシング１３が段部１３２に固着されたとき、凸部１３１は、この第１嵌入穴１５ａから所定高さだけ突出するようになっている。これにより、ポンプ１を情報機器に組み込んだとき、この凸部１３１が支えとなって、直接電子基板１５に圧力が加わるのを防ぐことができ、ひいてはポンプ１全体として耐久性を向上させることができる。

ここで、本実施形態に係るポンプ１では、駆動ＩＣ１６が複数の突極部１２１の間に介在する状態で（図１（ｂ）参照）、電子基板１５がポンプケーシング１３に固着されている。

すなわち、図１（ａ）に示すように、側面断面図で見ると、駆動ＩＣ１６がステータ１２の一部であるコイル１２２（又は、コイル１２２及び突極部１２１）に埋め込まれているようにみえる。これにより、ポンプケーシング１３の（軸１１３の軸方向の）厚さを薄くし、ポンプ１全体として薄型化に寄与することができ、ひいては実装効率の向上や情報機器の薄型化に寄与することができる。また、ポンプケーシング１３と電子基板１５とを一体化させることで、従来のようにフレキシブルテープやリード線をポンプ１から引き出す必要がなくなり、電子基板１５に対してノイズが発生するのを防ぎ、ひいては電子部品の動作不良や故障を防ぐことができる。

また、本実施形態に係るポンプ１は、ロータマグネット１１２の位置検出を行うホール素子１７を備えており、このホール素子１７は、電子基板１５の外周の一部と対向して配置され、かつ、ポンプケーシング１３を介してロータマグネット１１２と対向して配置されている（図１（ａ）参照）。これにより、ホール素子１７の存在により電子基板１５が膨らんでしまうのを防ぐことができ、ひいてはポンプケーシング１３或いはポンプ１の厚さが厚くなってしまうのを防ぐことができる。

以下、ポンプ１の電気的構成について詳述する。

［回路構成］
図２は、本発明の実施の形態に係るポンプ１の電気的構成を示す構成図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係るポンプ１の電気回路を示す回路図である。

図２において、ポンプ１の電気回路は、主として、コイル１２２に電流を供給する駆動ＩＣ１６と、ロータマグネット１１２の位置検出を行うホール素子１７と、が設けられた電子基板１５から構成される。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電子基板１５を側面から見たときの概略図であって、図２（ｂ）に示すように（また、上述したように）、ホール素子１７は、電子基板１５の外周の一部と対向して配置されている。

図３において、電子基板１５に実装された駆動ＩＣ１６は、０１端子，０２端子，ＶＣ端子，Ｇ端子，（ホール素子用の）Ｈ１端子，Ｈ２端子，ＦＧ端子，ＰＷ端子の全部で８個の端子（ピン）を有している。

０１端子及び０２端子は、コイル１２２に接続されており、ロータマグネット１１２を回転させるための電流を供給する端子である。ＶＣ端子及びＧ端子は、それぞれ電力供給を受ける端子及びアース端子である。Ｈ１端子及びＨ２端子は、ホール効果を利用した磁電変換素子であるホール素子１７から電気信号を受信する端子である。なお、ホール素子１７としては、ＩｎＳｂを使用したタイプのものや、ＧａＡｓを使用したタイプのもの等があるが、その種類の如何は問わない。

また、ＦＧ端子は、周波数発電（Frequency Generator）信号を出力する、すなわち羽根車１１の回転数に応じて周期的に変化するＦＧ信号を出力する出力端子である。ＦＧ信号は、駆動ＩＣ１６において、例えばホール素子１７から受信した電気信号に基づいて生成される。ＰＷ端子は、上位回路である制御回路１００（後述する図４参照）からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号、すなわち羽根車１１の回転数を変化させる制御信号を受信する端子である。ポンプ１の駆動ＩＣ１６は、このＰＷ端子を介して、ＰＷＭ制御されるようになっている。なお、ＰＷＭ制御とは、電圧パルスの幅比（いわゆるデューティ比）を変化させて供給電力を制御する方式をいう。

図４は、本発明の実施の形態に係るポンプシステムの概要を示す図である。このポンプシステムは、主に、実際に冷媒や燃料を循環させる羽根車１１と、羽根車１１に電磁的に回転力を付与するステータ１２と、ステータ１２のコイル１２２に電流を供給する駆動ＩＣ１６が実装された電子基板１５と、電子基板１５に対して制御信号を送信する制御回路１００と、から構成される。図３及び図４を用いて、このポンプシステムの動作について説明する。

まず、制御回路１００は、羽根車１１の回転を始動させる制御信号を駆動ＩＣ１６に対して送信する。この制御信号は、駆動ＩＣ１６のＰＷ端子において受信され、その後、駆動ＩＣ１６の０１端子及び０２端子からコイル１２２に対して電流供給が行われる。そうすると、コイル１２２に磁界が発生し、この磁界に反応して、ロータマグネット１１２に反発力が発生し、この反発力によって、ロータマグネット１１２が取り付けられた羽根車１１が回転し始める。羽根車１１がポンプ室２２内で回転すると、乱流が引き起こされて、冷媒や燃料がポンプ室２２内部を循環する。このようにして、吸込口から流入した冷媒や燃料がポンプ室２２を経て、吐出口から外部へ吐出されることになる。

ここで、羽根車１１の回転数を増加させることを考える。制御回路１００は、上述のとおり駆動ＩＣ１６のＦＧ端子から出力されたＦＧ信号を受信しており、このＦＧ信号に基づいて、所望のＰＷＭ信号（デューティ比を大きくした信号）を生成する。そして、制御回路１００は、生成したＰＷＭ信号を駆動ＩＣ１６のＰＷ端子に送信する。これを受信した駆動ＩＣ１６は、ＰＷＭ信号に基づきコイル１２２に供給する電流量を増加させる。これにより、羽根車１１の回転数が増加することになる。羽根車１１の回転数を減少させる場合にも同様にすればよい。すなわち、デューティ比を小さくしたＰＷＭ信号を制御回路１００から駆動ＩＣ１６に送信し、羽根車１１の回転数を減少させればよい。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るポンプシステムによれば、ＦＧ信号によって、ポンプ１（羽根車１１）の回転数を制御回路１００側で適切に把握すると同時に、ＰＷＭ信号によって、ポンプ性能（吐出量）を適切にコントロールすることができる。

［変形例］
図５は、本発明の他の実施の形態に係るポンプ１Ａを説明するための説明図である。特に、図５（ａ）は、上述した本実施形態に係るポンプ１における駆動ＩＣ１６の側面断面図であり、図５（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係るポンプ１Ａにおける駆動ＩＣ１６の側面断面図である。

図５（ｂ）に示すように、ポンプ１Ａの駆動ＩＣ１６は、電子基板１５に埋め込まれている。すなわち、電子基板１５には、駆動ＩＣ１６を嵌入する第２嵌入穴１５ｂが形成されており、駆動ＩＣ１６は、この第２嵌入穴１５ｂに埋設されている。これにより、駆動ＩＣ１６が多少大きくても、ポンプの薄型化を図ることができる。

なお、本実施形態に係るポンプ１の駆動方式は、単相全波駆動方式を考えたが、本発明はこれに限られず、例えば二相全波（半波）駆動方式，三相全波（半波）駆動方式を考えてもよい。また、ブラシレスモータでも対応することができる。

本発明に係るポンプ及びポンプシステムは、駆動ＩＣ又はホール素子などの電子部品の実装効率を向上させることが可能なものとして有用である。

本発明の実施の形態に係るポンプの機械構造を示す図である。本発明の実施の形態に係るポンプの電気的構成を示す構成図である。本発明の実施の形態に係るポンプの電気回路を示す回路図である。本発明の実施の形態に係るポンプシステムの概要を示す図である。本発明の他の実施の形態に係るポンプを説明するための説明図である。

符号の説明

１ポンプ
１１羽根車
１１１羽根
１１２ロータマグネット
１１３軸
１１４ラジアル軸受
１２ステータ
１２１突極部
１２２コイル
１３ポンプケーシング
１３１凸部１３１
１４底板
１５電子基板
１５ａ第１嵌入穴
１５ｂ第２嵌入穴
１６駆動ＩＣ
２２ポンプ室

Claims

外周に複数の羽根が形成され、内周にロータマグネットが設けられた羽根車と、
前記ロータマグネットと対向して配置され、前記羽根車の径方向外側に向かって放射状に延出する複数の突極部と、
前記ロータマグネットと前記複数の突極部との間に介在するポンプケーシングと、
前記複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給する駆動ＩＣと、
前記駆動ＩＣが実装された電子基板と、を有するポンプであって、
前記電子基板は、前記駆動ＩＣが前記複数の突極部の間に介在する状態で、前記ポンプケーシングに固着されていることを特徴とするポンプ。
外周に複数の羽根が形成され、内周にロータマグネットが設けられた羽根車と、
前記ロータマグネットと対向して配置され、前記羽根車の径方向外側に向かって放射状に延出する複数の突極部と、
前記ロータマグネットと前記複数の突極部との間に介在するポンプケーシングと、
前記複数の突極部に巻回されたコイルに電流を供給する駆動ＩＣと、
前記駆動ＩＣが実装された電子基板と、
前記ロータマグネットの位置検出を行うホール素子と、を有するポンプであって、
前記ホール素子は、前記電子基板の外周の一部と対向して配置され、かつ、前記ポンプケーシングを介して前記ロータマグネットと対向して配置されていることを特徴とするポンプ。
前記電子基板の中央には、前記ポンプケーシングの凸部を嵌入する第１嵌入穴が形成されており、
前記電子基板が前記ポンプケーシングに固着されたとき、前記凸部は、前記第１嵌入穴から所定高さ突出することを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
前記電子基板には、前記駆動ＩＣを嵌入する第２嵌入穴が形成されており、
前記駆動ＩＣは、前記第２嵌入穴に埋設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のポンプ。
請求項１から４のいずれか記載のポンプと、
前記ポンプに対し、前記羽根車の回転数を変化させる制御信号を送信する制御回路と、を有するポンプシステムであって、
前記ポンプは、前記羽根車の回転数に応じて周期的に変化するＦＧ信号を出力するＦＧ端子を備え、
前記制御回路は、前記ＦＧ端子から受信するＦＧ信号に基づき、前記制御信号を送信することを特徴とするポンプシステム。