JP2008025430A - Tube pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はフレキシブルチューブの一部を圧縮しその圧縮点を移動させて、チューブ内部の液体を送り出す構造のチューブポンプに関するものである。 The present invention relates to a tube pump having a structure in which a part of a flexible tube is compressed and its compression point is moved to send out liquid inside the tube.
小型携帯機器などに用いられる燃料電池に燃料を供給するポンプとして、チューブ圧縮方式のチューブポンプが考えられる。従来このようなチューブポンプはその駆動モータや減速機は、ポンプケースの外部にあり、シャフトで連結されている。
この例のように圧縮ポンプ部と同軸に減速機及びモータが取り付けられているため、全体の寸法が大きくポンプの収納体積が大きくなり、特に小型携帯機器に使用される燃料電池の燃料ポンプ等にあっては機器の小型化に支障を来たしている。 Since the speed reducer and motor are mounted coaxially with the compression pump as in this example, the overall dimensions are large and the storage volume of the pump is large, especially for fuel pumps for fuel cells used in small portable devices, etc. In that case, it has hindered the miniaturization of equipment.
偏心回転体とロータを一体に接合することによって、且つ減速機を廃し、モータとポンプを一体に構成することによって体積を小さくしようとするものである。 An attempt is made to reduce the volume by integrally joining the eccentric rotating body and the rotor, eliminating the speed reducer, and integrally configuring the motor and the pump.
フレキシブルチューブを円形に形成し、偏心回転体を回転させてチューブの一部を圧縮してチューブの内部の液体を吸引、排出する構造のポンプにおいて、ポンプ部とモータ部を同一平面上に配置し更に偏心回転体と駆動モータのロータを一体に構成することによって小型で高性能のポンプを得ようとするもので、図1はその実施例の一を示す。図1aにおいて円形にほぼ1回巻かれたチューブ1の内周に回転リング3を設置し、その回転リングに接して回転する偏心回転体4を設置しその偏心回転体は駆動モータのロータ5と一体になっている構造のチューブポンプで従来の同じ方式のポンプに比べて、モータや減速機構のスペースを節減でき小型化が実現できる。
In a pump with a structure that forms a flexible tube in a circular shape, compresses a part of the tube by rotating an eccentric rotating body, and sucks and discharges the liquid inside the tube, the pump unit and the motor unit are arranged on the same plane. Further, an eccentric rotating body and a rotor of a drive motor are integrally configured to obtain a small and high-performance pump, and FIG. 1 shows an example of the embodiment. In FIG. 1a, a rotating
本発明はポンプ部の偏心回転体と駆動モータのロータを一体化し、モータ部とポンプ部を同一平面状に設置することによって、ポンプの体積を小さくするもので、モータは永久磁石同期電動機を用い、そのマグネットロータのヨーク部とポンプの偏心回転体を一体に結合する方法で、その形態は円形状にほぼ1回巻かれたフレキシブルチューブの内周側にモータを収納する方法と、フレキシブルチューブの外周にモータを収納する方法の二つの実施例を有する。 The present invention reduces the volume of the pump by integrating the eccentric rotating body of the pump unit and the rotor of the drive motor, and installing the motor unit and the pump unit on the same plane, and the motor uses a permanent magnet synchronous motor. The yoke portion of the magnet rotor and the eccentric rotating body of the pump are integrally coupled, and the form is a method of housing the motor on the inner peripheral side of the flexible tube wound approximately once in a circular shape, and the flexible tube There are two embodiments of the method of housing the motor on the outer periphery.
本発明によれば、携帯機器に用いられる燃料電池の燃料ポンプ等にあっては、出来るだけ空間を有効に使用することが小型化につながる。ポンプ部とモータ部を同一平面上に配置し且つ、ポンプ部の偏心回転体とロータと一体化することによって無駄な空間を無くして小型化を実現できる。またチューブをらせん状に1回転させる方法は、チューブを外部に引き出す際のケースのスペースを極力小さくすることに役立っている。
またブラシレスモータを採用することで長寿命、高信頼性が確保される。モータ駆動のインバーター回路は、ポンプの流量制御とのインターフェイスが良好で様々な制御パターンに対応できる。
According to the present invention, in a fuel cell fuel pump or the like used in a portable device, use of space as effectively as possible leads to miniaturization. By disposing the pump unit and the motor unit on the same plane and integrating the eccentric rotating body and the rotor of the pump unit, it is possible to reduce the size by eliminating useless space. Moreover, the method of rotating the tube once in a spiral is useful for minimizing the space of the case when the tube is pulled out.
In addition, the use of a brushless motor ensures long life and high reliability. The motor-driven inverter circuit has a good interface with the flow rate control of the pump and can cope with various control patterns.
本発明の実施の形態を図1〜図5を用いて説明する。
図1は本発明の第一の実施例で、図1aは平面図、図1bは断面図を示す。図2は第二の実施例で図2aは平面図、図2bは断面図、図2cはチューブの巻方を示す図であり、図3は第三の実施例で、図3aは平面図、図3bは断面図を示す。図4は第三の実施例の収納ケースリングとチューブの巻き方及び引き出し方を説明する図である。図4aは収納ケースに開けられた二つの穴を示す図、図4bはらせん状に巻かれたチューブを示す図、図4c、図4dは夫々収納ケースに開けられた穴の断面図を示す図、図4eは収納ケースにらせん状に巻かれたチューブの引き出し方を示す図である。図5は従来のチューブポンプの構造図で、特開2006−46195号公報の図1の例を示す。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a first embodiment of the present invention, FIG. 1a is a plan view, and FIG. 1b is a sectional view. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view, FIG. 2C is a view showing how to wind the tube, FIG. 3 is a third embodiment, and FIG. 3A is a plan view. FIG. 3b shows a cross-sectional view. FIG. 4 is a view for explaining how to wind and pull out the storage case ring and the tube of the third embodiment. 4a is a diagram showing two holes opened in the storage case, FIG. 4b is a diagram showing a spirally wound tube, and FIGS. 4c and 4d are cross-sectional views of the holes opened in the storage case, respectively. FIG. 4e is a view showing how to pull out the tube spirally wound around the storage case. FIG. 5 is a structural diagram of a conventional tube pump, and shows an example of FIG. 1 of JP-A-2006-46195.
図1は本発明の第一の実施例で〔請求項3〕の実施例を示すもので、図1aはその平面図、図1bは断面図である。フレキシブルチューブ1は、収納ケース19の内部にほぼ1回巻かれ、そのチューブの内周面に回転リング3を回転自在に設置し、その回転リングに接して回転する偏心回転体4があり、その偏心回転体は駆動モータのロータ5と一体になっている構造で、ロータはマグネット6とヨーク7及びロータとシャフト8を連結する支持板9から構成されている。ヨーク7の厚さを一部変更して、ロータの外周が偏心した状態で回転する構造で、偏心回転体4が回転すると、偏心の大きい部分10が外接する回転リング3の一部を押し上げフレキシブルチューブ1を圧縮する。この圧縮点11は回転に伴って移動するから、チューブの一端12から吸入された流体は他端13から排出される(図のロータの回転方向はCWとする)。モータはアウターロータ型モータで回転リング3の内周部に収納される。ステータ16はロータ5の内周側にあり、ステータ巻線17(図示は一部省略)、軸受け18,シャフト8が収納されている。この実施例ではフレキシブルチューブ1は収納ケース2の内部に、同一平面状にほぼ1回巻かれている。
FIG. 1 is a first embodiment of the present invention and shows an embodiment of [Claim 3]. FIG. 1a is a plan view and FIG. 1b is a sectional view. The
図2は第二の実施例で、〔請求項4〕の実施例を示す。図2aは平面図、図2bは断面図である。図1の第一の実施例では、チューブ1は収納ケース19の内部に、同一平面状にほぼ1回巻かれていて、両端が重なり合うことを避けるため巻かれる角度は360度ではなく、300度〜340度の範囲で巻かれている。吸入側チューブ12及び排出側チューブ13は収納ケース2の上部から引き出されている。これに反して第二の実施例はチューブが収納される収納ケースにらせん状にほぼ一回転巻きその両端を左右に引き出す方法で、ほぼ360度巻くことが出来る。実施例一のようにチューブの両端12,13が上部に引き出される場合に比べて収納ケースを小型に出来る。図2cは収納ケースにらせん状にほぼ一回転巻かれている状態を示す図である。その他の構造は図1の場合と同一である。
FIG. 2 shows a second embodiment, which is an embodiment of [Claim 4]. 2a is a plan view and FIG. 2b is a cross-sectional view. In the first embodiment of FIG. 1, the
図3は第三の実施例で、〔請求項6〕の実施例を示す。図3aは平面図、図3bは断面図である。モータはインナーロータ方式で、チューブの収納は〔請求項5〕の収納ケースリングを用いる、チューブ1は収納ケースリング2の内周側から第一の穴14を通って外周側に引き出され、外周側をほぼ一回転らせん状に巻かれて第二の穴15から内周側に導かれる。そうすることによってチューブの両端12,13を外部に引き出すことができる。このチューブ1に外接する回転リング3を回転自在に設置し、その回転リングに外接する偏心回転体4を設置する。この偏心回転体4はモータのロータ5と一体に接合されている。このロータの外周にステータ16を設置しモータを構成する。
FIG. 3 shows a third embodiment, which is an embodiment of [Claim 6]. 3a is a plan view and FIG. 3b is a cross-sectional view. The motor is an inner rotor type, and the storage case ring of [Claim 5] is used to store the tube. The
図4は第三の実施例の収納ケースリングの詳細を説明する図で、図4aは収納ケースリングのチューブを通す穴の断面図、図4bはチューブの巻かれている状態を示す図で、図4cは収納ケースリングに開けられた第一の穴の説明図である。図4dは同じく第二の穴の説明図である。図4eはチューブが収納ケースリングの内周側から第一の穴を通って外周側に引き出され、ほぼ一回転らせん状に巻かれて、第二の穴から収納ケースリングの内周側に導かれる状態を説明する図である。 4 is a diagram for explaining the details of the storage case ring of the third embodiment, FIG. 4a is a sectional view of a hole through which the tube of the storage case ring is passed, FIG. 4b is a diagram showing a state where the tube is wound, FIG. 4c is an explanatory view of the first hole opened in the storage case ring. FIG. 4d is also an explanatory view of the second hole. FIG. 4e shows that the tube is drawn from the inner peripheral side of the storage case ring to the outer peripheral side through the first hole, wound almost once in a spiral, and guided from the second hole to the inner peripheral side of the storage case ring. It is a figure explaining the state to be taken.
第三の実施例は、インナーロータ型モータのため、ステータコアがポンプの外周にある。電磁鋼板の厚さを大きく取ることができ、又ティース部及びヨーク部の磁気回路を大きくとることが出来る。また巻線のスペースも大きく取ることが出来るためターン数を大きく取ることが出来る。このことは、モータの消費電力を小さくすることが可能で、最も体積効率の良いポンプシシテムである。 Since the third embodiment is an inner rotor type motor, the stator core is on the outer periphery of the pump. The thickness of the electromagnetic steel sheet can be increased, and the magnetic circuit of the teeth portion and the yoke portion can be increased. Moreover, since the space of a coil | winding can also be taken large, the number of turns can be taken large. This is the most volume efficient pump system that can reduce the power consumption of the motor.
一般にこのようなチューブポンプの場合の吐出量と偏心回転体つまりモータの回転数との間には次の(1)式で表される関係がある。
M=κ1×d×d×D×N (1)
ここに、M=吐出量 〔mml/min.〕
d=チューブの内径 〔mm〕」
D=チューブが巻かれるリング径 〔mm〕
N=モータ回転数 〔rpm〕
κ1=定数
またモータ軸にかかるトルクTは次のように表される。
T=κ2×ρ×D×d (2)
ρ=チューブ圧縮トルク係数
κ2=定数
これらの関係式から、実施例一及び実施例二の場合は、トルクが大きく、回転数の低い場合に用いられる。また実施例三の場合はトルクが小さく回転数の高い場合に用いられる。
In general, there is a relationship represented by the following equation (1) between the discharge amount in the case of such a tube pump and the rotational speed of the eccentric rotator, that is, the motor.
M = κ1 × d × d × D × N (1)
Where M = discharge rate [mml / min.]
d = inner diameter of the tube [mm]
D = Ring diameter around which the tube is wound [mm]
N = Motor speed [rpm]
κ1 = constant or torque T applied to the motor shaft is expressed as follows.
T = κ2 × ρ × D × d (2)
ρ = tube compression torque coefficient κ2 = constant From these relational expressions, the first and second embodiments are used when the torque is large and the rotational speed is low. The third embodiment is used when the torque is small and the rotational speed is high.
またチューブの出し方は、第一の実施例では、ポンプケースと同一平面上にチューブを引き出すことが出来る。第二に実施例では、ポンプケースと同一平面上の左右から引き出すことが出来る。第三の実施例では、ポンプケースの中央から垂直方向に引き出すことができる。このように機器に収納される条件によって適当な実施例の方式を用いることが出来る。 In the first embodiment, the tube can be pulled out on the same plane as the pump case. Secondly, in the embodiment, the pump case can be pulled out from the left and right on the same plane. In the third embodiment, the pump case can be pulled out vertically from the center. As described above, the system of an appropriate embodiment can be used depending on the conditions accommodated in the device.
ここで使用されるモータは永久磁石同期電動機と呼ばれるモータで、このモータはブラシレスのため体積効率及びモータ効率が最も優れたモータである。ブラシがないため高信頼性で寿命が長い。 The motor used here is a motor called a permanent magnet synchronous motor, and this motor is the most excellent in volume efficiency and motor efficiency because it is brushless. Since there is no brush, it is highly reliable and has a long life.
ロータはNd-Fe-B系の焼結磁石もしくは、Nd-Fe-B樹脂ボンド系の磁石が用いられる。ステータは電磁鋼板を積層し巻線が施される。結線は3相スター結線である。 As the rotor, an Nd—Fe—B sintered magnet or an Nd—Fe—B resin bonded magnet is used. The stator is laminated with electromagnetic steel plates and wound. The connection is a three-phase star connection.
駆動回路は、3相インバータ駆動回路を用いる。通常ロータの磁石の磁極位置検出のためホール素子やホールIC又はエンコーダなどが用いられるが、本特許の場合のように出来るだけ小形のポンプを求められる場合にはそのような位置検出は用いずセンサレス駆動方式を用いる。 The drive circuit uses a three-phase inverter drive circuit. Normally, Hall elements, Hall ICs, or encoders are used to detect the magnetic pole position of the rotor magnet. However, if a pump that is as small as possible is required as in this patent, such position detection is not used and sensorless. Use the drive method.
モータの回転数は比較的低回転数域で用いられるため、鉄損は少なく、銅損が損失の大部分を占める。このためステータ巻線のターン数を大きくして電流を小さくする。この際巻線のターン数を大きくすることはコイルエンドが大きくなることで、ケースの厚さを大きくすることになる。このことを極力避けるため、巻線は分布巻きではなく集中巻きの方式がとられる。またスロット数を大きくして、一極あたりの巻数を減らしてコイルエンドを小さく抑える方策が講じられる。 Since the rotational speed of the motor is used in a relatively low rotational speed range, there is little iron loss, and copper loss accounts for most of the loss. For this reason, the number of turns of the stator winding is increased to reduce the current. In this case, increasing the number of turns of the winding increases the coil end, thereby increasing the thickness of the case. In order to avoid this as much as possible, the winding is not concentrated winding but concentrated winding. In addition, measures can be taken to increase the number of slots and reduce the number of turns per pole to keep the coil end small.
また低回転数で使用されるため、コギングトルクやトルクリップルの影響を受け流出量が変動することを抑えるため、一般的に用いられるコギングトルクやトルクリップルを少なくする手段が講じられる。 Further, since it is used at a low rotational speed, generally used means for reducing the cogging torque and torque ripple are taken in order to suppress fluctuation of the outflow amount due to the influence of cogging torque and torque ripple.
1 フレキシブルチューブ
2 収納ケースリング
3 回転リング
4 偏心回転体
5 ロータ
6 マグネット
7 ロータヨーク
8 シャフト
9 支持板
10偏心部の大きい部分
11チューブ圧縮点
12チューブの一端
13チューブの他端
14収納ケースリングの第一の穴
15収納ケースリングの第二の穴
16ステータコア
17コイル
18軸受け
19収納ケース
DESCRIPTION OF
Claims (6)
An eccentric rotor is integrally joined to the inner circumference of the rotor of the inner rotor type permanent magnet synchronous motor, and a rotary ring that rotates freely in contact with the inner circumference of the eccentric rotor is provided. A tube pump having a structure in which a flexible tube is in contact with the tube and the tube is housed in the housing case according to claim 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006197833A JP2008025430A (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Tube pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006197833A JP2008025430A (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Tube pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008025430A true JP2008025430A (en) | 2008-02-07 |
Family
ID=39116327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006197833A Pending JP2008025430A (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Tube pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008025430A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100601074B1 (en) * | 2003-10-22 | 2006-07-19 | 알프스 덴키 가부시키가이샤 | Rotary electric component |
-
2006
- 2006-07-20 JP JP2006197833A patent/JP2008025430A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100601074B1 (en) * | 2003-10-22 | 2006-07-19 | 알프스 덴키 가부시키가이샤 | Rotary electric component |
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