JP2011196341A

JP2011196341A - ポンプ装置

Info

Publication number: JP2011196341A
Application number: JP2010066724A
Authority: JP
Inventors: Ken Maeyama; 研前山; Motoaki Fujimoto; 元明藤本; Tomonori Kojima; 智則小嶋; Hirokazu Matsuzaki; 博和松崎
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】外形を大型化する必要なく、モータ駆動部の半導体装置を効果的に冷却できるようにする。
【解決手段】インペラ３０および複数のマグネット２１を有するロータ２０を軸１０に対して回転可能に取り付けてポンプケーシング５０内に収容し、吸引した流体を吐出するポンプ室Ａと、ロータのマグネットと軸方向に対向する位置に環状に配置された複数のステータコア６１およびコイル６３を含むステータ６０と、ステータと軸方向に対向し前記コイルに供給する電流を切替制御する半導体装置７２を搭載した回路基板７１を有するモータ駆動部７０とをモータケーシング８０内に収容したモータ室Ｂと、ポンプ室Ａとモータ室Ｂとの間に配置した防水仕切り板９０とを備える。また、前記ステータの内周側であって、防水仕切り板と半導体装置との間に熱伝導体６５を配置し、半導体装置と防水仕切り板とを伝熱可能に結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャル型モータを組み込んだポンプ装置にかかり、特にその放熱構造について改良を図ったポンプ装置に関する。

１ロータタイプのアキシャル型モータを組み込んだポンプ装置として、図４に示すような構造のポンプ装置がある。図５にその外観を示す。このポンプ装置は、ロータ２０およびインペラ３０を軸１０に対して回転可能に取り付けてポンプケーシング５０内に収容したポンプ室Ａと、ロータ２０のマグネット２１に対向する位置に配置されたステータコア６１および該ステータコア６１のコイル６３に供給する電流を切替制御するモータ駆動部７０をモータケーシング８０内に収容したモータ室Ｂと、ポンプ室Ａとモータ室Ｂを水密的に隔離する防水仕切り板９０とを備える。そして、ステータコア６１におけるマグネット２１に対向する面は防水仕切り板９０に接触し、モータ駆動部７０の回路基板７１には駆動制御用の半導体装置（ＩＣ）７２Ａが搭載されている。半導体装置７２Ａは、その下面がモータケーシング８０に接触している。

このポンプ装置では、モータ駆動部７０によりコイル６３に供給される電流が適宜切り替えられることにより、ステータコア６１とマグネット２１との間に磁気的な吸引／反発が起こり、ロータ２０が回転することでインペラ３０が回転する。これにより、ポンプ吸引口５１から流体を吸引し、ポンプ吐出口５２からその流体を吐出する。

このポンプ装置の運転時には、モータ駆動部７０の半導体装置７２Ａは発熱するが、その熱は天面が接触しているモータケーシング８０によって、放熱される。しかし、この放熱は、モータケーシング８０を介して大気に放熱するのみであるので、十分な放熱効果を得ることができなかった。

そこで、ポンプ室Ａからモータ室Ｂの半導体装置７２Ａの近くまで、特別に流通路を形成し、ポンプ室Ａを流通する流体の一部をその流通路に導いて半導体装置７２Ａの冷却を行うようにした冷却構造が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−２９９９７５号公報

ところが、特許文献１に記載の冷却構造は、流通路を特別に形成する必要があり、しかもその流通路は、ロータの回転に支障がないように配置する必要から、ポンプケーシングを外側に張り出させた構造となるので、外形が大型化する問題があった。

本発明の目的は、特別な流通路が不要で、外形を大型化する必要もなく、モータ駆動部の半導体装置を効果的に冷却できるようにしたポンプ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、インペラおよび複数のマグネットを有するロータを軸に対して回転可能に取り付けてポンプケーシング内に収容し、吸引した流体を吐出するポンプ室と、前記ロータの前記マグネットと軸方向に対向する位置に環状に配置された複数のステータコアおよびコイルを含むステータと、前記ステータと軸方向に対向し、前記コイルに供給する電流を切替制御するモータ駆動手段を搭載した回路基板を有するモータ駆動部とをモータケーシング内に収容したモータ室と、前記ポンプ室と前記モータ室との間に配置した防水仕切り板とを備えたポンプ装置において、前記モータ駆動手段が搭載された前記回路基板を、前記ステータコアと軸方向に対向するよう配置し、前記ステータの内周側であって、前記防水仕切り板と前記モータ駆動手段との間に、熱伝導体を配置して、前記モータ駆動手段と前記防水仕切り板とを伝熱可能に結合したことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、前記ステータの内周側に軸方向に貫通する孔を形成し、前記防水仕切り板の中央部を有底筒形状に形成し、該筒形状部を前記ステータの前記孔内に入り込ませ、該筒形状部の底面と前記モータ駆動手段との間に、前記熱伝導体を配置したこと特徴とする。

本発明によれば、モータ駆動手段が搭載された回路基板を、ステータコアの軸方向に対向するよう配置し、ステータの内周側であって、防水仕切り板とモータ駆動手段との間に、熱伝導体を配置して、モータ駆動手段と防水仕切り板とを伝熱可能に結合しているので、モータ駆動手段で発生した熱は、熱伝導体から防水仕切り板を介してポンプ室内の流体に放熱され、放熱効果が良好となる。このとき、特別な流通路は不要で、外形を大型化する必要もない。

本発明の第１の実施例のポンプ装置の断面図である。同実施例のステータのコアメンバの斜視図である。本発明の第２の実施例のポンプ装置の断面図である。従来のポンプ装置の断面図である。従来のポンプ装置の外観斜視図である。

＜第１の実施例＞
図１に本発明の第１の実施例のポンプ装置の断面構造を示す。Ａはポンプ室、Ｂはモータ室である。１０は軸であり、この軸１０に対して、ここにモータのロータ２０とインペラ（羽車）３０がカーボン製の軸受４０を介して回転可能に取り付けられている。そして、これら軸１０、ロータ２０、インペラ３０および軸受４０が、ポンプケーシング５０内に収容されることで、ポンプ室Ａが構成されている。６０は樹脂封止されたモータのステータ、７０はモータ駆動部であり、これらがモータケーシング８０に収容されることで、モータ室Ｂが構成されている。そして、ポンプ室Ａとモータ室Ｂは、樹脂製の防水仕切り板９０によって水密的に隔離されている。

モータのロータ２０は、軸１０に中心部が軸受け４０を介して回転可能に取り付けられた非磁性材からなる円盤であり、マグネット２１が防水仕切り板９０に面した側に配置されている。このマグネット２１は、円周方向に複数個が等角度ピッチで配置されている。

モータのステータ６０には、ロータ２０のマグネット２１に防水仕切り板９０と所定のギャップを介して対面するように配置されたステータコア６１と、そのステータコア６１に絶縁材からなるボビン６２を介して巻装されたコイル６３からなるコアメンバが、円周方向に複数個等角度ピッチで配置された状態で樹脂６７で一体成型されている。図２(ａ)にこのコアメンバ（ただしコイル６３は省略）を一方の面からみた斜視図を示し、図２(ｂ)に他方の面からみた斜視図を示した。そして、ステータ６０の内周側には、上下面貫通の孔６４が形成され、その孔６４にブロック形状の熱伝導体６５が貫入されている。この熱伝導体６５は、鉄、アルミニウム、セラミックス等の材質で形成されている。モータ自体は、ステータ６０のステータコア６１とロータ２０のマグネット２１が、回転軸１０の軸線方向に沿って所定の間隙と防水仕切り板９０を介して互いに対向するように配置されることで、アキシャル型となっている。なお、前記熱伝導体６５は、コアメンバと共に樹脂で一体成型されていても良い。

モータ駆動部７０は、回路基板７１と、その回路基板７１に搭載されたモータ駆動手段としての駆動制御用の半導体装置（ＩＣ）７２から構成される。この半導体装置７２は、ステータコア６１と対向するように配置されており、その対向面（図１の半導体装置７２下面）が熱伝導体６５の上面に接触している。

防水仕切り板９０は、ステータコア６１とマグネット２１が対向する位置の部分は、磁気効率を良好にするために肉薄となっているが、周囲部９１は肉厚となり、そこにパッキン１００が装着され、そのパッキン１００の外側において、ポンプケーシング５０とモータケーシング８０をねじで結合して締め付けることで、当該周囲が水密構造となる。中央部９２も肉厚となり、軸１０の上端が挿入されている。

さて、本実施例のポンプ装置は、モータ駆動部７０によりコイル６３に供給される電流がロータ２０の回転位置に応じて切り替えられることにより、ステータコア６１とマグネット２１との間に磁気的な吸引／反発が起こり、ロータ２０がインペラ３０と共に所定の方向に回転する。これにより、ポンプ吸引口５１（図１では図示せず）から流体を吸引し、ポンプ吐出口５２からその流体を吐出す。

また、本実施例では、回路基板７１のステータ対向面側（図１の回路基板７１下面）の中央に半導体装置７２を搭載することにより、その半導体装置７２の下面を熱伝導体６５の上面に接触させている。また、熱伝導体６５の下面は防水仕切り板９０と接触している。したがって、その半導体装置７２に発生する熱は、熱伝導体６５から防水仕切り板９０を介してその防水仕切り板９０の下面まで充満するポンプ室Ａ内の流体に伝熱する、つまり半導体装置７２は、ポンプ室Ａ内の流体によって冷却される。また、この熱伝導体６５はコイル６３と径方向に対向しているので、そのコイル６３に発生する熱も熱伝導体６５と防水仕切り板９０を介して、ポンプ室Ａ内の流体によって冷却される。流体はインペラ３０によって攪拌されるので、放熱効果は良好である。

＜第２の実施例＞
図３に本発明の第２の実施例のポンプ装置の断面構造を示す。本実施例では、防水仕切り板９０をその中央部９３が隆起した形状（有底筒形状）とし、その中央部９３をステータ６０の内周側に形成した孔６４からモータ室Ｂ内に挿入し、その中央部９３の先端と周囲に、キャップ形状の熱伝導体６６をかぶせている。この熱伝導体６６の材質は、前記した熱伝導体６５と同じである。そして、ボビン６２に形成された回路基板支持部６２１で支持された回路基板７１のステータ６０側面（図３の回路基板７１下面）に搭載した半導体装置７２の下面を、その熱伝導体６６の頂部に接触させている。ポンプ室Ａでは、その軸１０および軸受４０を、孔６４内に入るように軸線方向に長くしている。

本実施例においても、半導体装置７２に発生する熱は、熱伝導体６６から防水仕切り板９０に伝達するので、その防水仕切り板９０の下面まで充満するポンプ室Ａ内の流体によって冷却される。コイル６３に発生する熱も同様に冷却される。さらに本実施例では、軸１０をモータ室Ｂ内にまで延長して長くすることができるので、ロータ２０およびインペラ３０の回転動作を滑らかにすることができる。

＜その他の実施例＞
なお、半導体装置７２と熱伝導体６５，６６との間や、熱伝導体６５，６６と防水仕切り板９０との間は、必ずしも直接接触させる必要はなく、熱抵抗が少ない状態で結合（熱結合）させればよい。例えば、接触面に熱伝導性の良好なグリスや接着剤を塗布すれば、熱抵抗をより少なくできる。

１０：軸
２０：ロータ、２１：マグネット
３０：インペラ
４０：軸受
５０：ポンプケーシング、５１：吸込口、５２：吐出口
６０：ステータ、６１：ステータコア、６２：ボビン、６３：コイル、６４：孔、６５、６６：熱伝導体
７０：モータ駆動部、７１：回路基板、７２，７２Ａ：半導体装置
８０：モータケーシング
９０：防水仕切り板、９１：外周部、９２，９３：中央部、
１００：パッキン

Claims

インペラおよび複数のマグネットを有するロータを軸に対して回転可能に取り付けてポンプケーシング内に収容し、吸引した流体を吐出するポンプ室と、
前記ロータの前記マグネットと軸方向に対向する位置に環状に配置された複数のステータコアおよびコイルを含むステータと、前記ステータと軸方向に対向し、前記コイルに供給する電流を切替制御するモータ駆動手段を搭載した回路基板を有するモータ駆動部とをモータケーシング内に収容したモータ室と、
前記ポンプ室と前記モータ室との間に配置した防水仕切り板とを備えたポンプ装置において、
前記モータ駆動手段が搭載された前記回路基板を、前記ステータコアと軸方向に対向するよう配置し、前記ステータの内周側であって、前記防水仕切り板と前記モータ駆動手段との間に、熱伝導体を配置して、前記モータ駆動手段と前記防水仕切り板とを伝熱可能に結合したことを特徴とするポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記ステータの内周側に軸方向に貫通する孔を形成し、前記防水仕切り板の中央部を有底筒形状に形成し、該筒形状部を前記ステータの前記孔内に入り込ませ、該筒形状部の底面と前記モータ駆動手段との間に、前記熱伝導体を配置したこと特徴とするポンプ装置。