JP3973991B2 - ポンプ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を送り込むためのポンプ装置に関し、特にはノート型パーソナルコンピュータやその周辺機器、携帯型端末、携帯電話などの携帯機器の電源として用いられる燃料電池に燃料を送り込むために好適なポンプ装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ装置は、燃料タンクの燃料輸送手段や、パーソナルコンピュータに組み込まれる水冷式の冷却装置など様々な分野で用いられており、多くの分野で小形化が図られている。
【0003】
このようなポンプ装置は、例えば特開2001−132677号公報に開示されている。このポンプ装置は、インペラとモータとを一体化してハウジング内に収容し、小形化を図っている。しかし、上記ポンプ装置は、前記ステータの一部をケーシングに嵌入させる等、構造が複雑であった。また、モータの軸方向寸法の十分な小形化を図ることができなかった。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で小形化を図ることができるポンプ装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1のポンプ装置は、吸入口及び吐出口を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に配置されたインペラと、前記インペラを回転駆動するモータとを備え、前記ケーシングは、軸方向の両端部にそれぞれ吸入口及び吐出口を有する円筒状のポンプ室を備えて構成され、前記インペラは、回転軸を有さず、前記ポンプ室の内面に軸方向への移動が規制された状態で配置され前記ポンプ室の内径寸法よりもやや小さい外径寸法を有し、円柱状部材と、前記円柱状部材の外周面に配置された環状の永久磁石と、前記永久磁石の外周面に全周にわたって設けられ軸方向一端部から他端部に向かって周方向に傾くように延びる複数の溝部とから構成され、前記永久磁石は、前記溝部に沿う方向にスキュー着磁されていると共に、前記モータは、前記インペラから構成されたロータと、前記インペラの外周面と対向するように前記ポンプ室の外周部に配置されたステータコイルを有するステータとを備えて構成されていることを特徴とする。
【0018】
上記構成によれば、インペラ自身がロータの一部として機能し、しかも、ステータがケーシングの外部に位置するため、比較的簡単な構成で小形化を図ることができる。また、インペラの回転に伴い吸入口から吸入された流体は、ポンプ室の内面とインペラの外周面との間を通って流れ、吐出口から吐出される。このような構成によりインペラ自身がポンプ室の内面に支持されて回転する。このため、回転軸や軸受を省略することができ、部品点数の削減、構成の簡略化を図ることができる。特に、溝部が周方向に傾いているため、ポンプ室内の流体を吸入口から吐出口に向かって効率良く流すことができる。更に、永久磁石の外周面に周方向に傾斜した溝部を形成したことにより、永久磁石を容易にスキュー着磁することができ、コギングトルクの低減を図ることができる。
【0021】
この場合、前記ステータをインペラの外周面の一部と対向するようにポンプ室の外周部に設けることも良い構成である(請求項2の発明)。このような構成によれば、一層の小形化を図ることができる。
【0025】
本発明のポンプ装置は、前記インペラを永久磁石材料から構成し、所定部位に磁極が形成されるように前記永久磁石材料を適正に磁化すると良い。上記構成によれば、前記インペラと前記永久磁石とを単一の部品で構成することができる。また、本発明のポンプ装置は、前記インペラを磁性体材料からなる細粒体を含む樹脂により構成することも良い構成である。
上記構成によれば、インペラをロータヨークとして機能させることができ、しかも、インペラと永久磁石とを容易に一体成形することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの参考例及び実施例を図面を参照しながら説明する。まず、図1ないし図3は本発明の第1の参考例を示すものである。図1及び図2に示すように、ポンプ装置1は、円筒容器状の下ケース2及び前記下ケース2の上部開口を塞ぐ円板状の上ケース3からなるケーシング4を備えている。
【0027】
前記上ケース3の中央部には、上方に突出する円形状の凸部3aが設けられている。前記下ケース2の底部の中央部には、下方に突出し前記凸部3aと対向する凸部2aが設けられている。前記凸部2a,3aの内部にはそれぞれ軸受5a,5bが嵌合されており、これら軸受5a,5b間に回転軸6が回転可能に支持されている。
【0028】
前記上ケース3には、吸入口7及び吐出口8が設けられている。前記吸入口7及び吐出口8は、前記上ケース3の周辺部のうち凸部3aを挟んで対称な部位に配置されている。また、前記上ケース3の下面には、前記吸入口7から吐出口8まで上ケース3の周縁部に沿って延びる円弧状の溝部であるサイドチャネル9が設けられている。前記サイドチャネル9は、吸入口7から吐出口8に向かって徐々に浅くなるように構成されている。
【0029】
一方、前記下ケース2の底部には、吸入口10及び吐出口11並びにサイドチャネル12が設けられている。前記吸入口10、吐出口11、サイドチャネル12は、いずれも上ケース3の吸入口7、吐出口8、サイドチャネル9と略同じ構成を有し、且つ略同じ部位に配置されている。尚、吸入口7,10及び吐出口8,11は、いずれも上ケース3及び下ケース2に設けられた貫通孔に円筒状部材を嵌め込むことにより構成されている。上記構成により、ケーシング4内には略円筒状のポンプ室4aが形成される。
【0030】
前記ポンプ室4a内には、回転軸6に一体的に取付けられたインペラ13が配置されている。前記インペラ13は、例えば磁性材からなる細粒体を含む樹脂により構成されており、回転軸6に固着された円板部14及び前記円板部14の外周縁から下方に向かって延びる環状壁部15を備えている。前記インペラ13の外径寸法及び軸方向寸法は、前記ポンプ室4aの内径寸法及び軸方向寸法よりもやや小さく設定されている。
【0031】
また、前記環状壁部15の内周面には環状の永久磁石16が固着されている。前記永久磁石16や所謂プラスチックマグネットであり、前記インペラ13と一体成形されている。上記構成により、前記インペラ13及び永久磁石16からロータ17が構成される。尚、インペラ13は磁性材からなる細粒体を含む樹脂により構成されているため、環状壁部15はロータヨーク(ロータコア)として機能する。
【0032】
一方、前記下ケース2の底部の上面のうち軸受5bの周囲部には、前記インペラ13の内部に位置するように円環状のステータ18が固定されている。前記ステータ18は、ステータコイル19が巻装されたステータコア20を絶縁樹脂21でモールドすることにより構成されている。以上により、インペラ13、永久磁石16、ステータ18からモータ22が構成される。
【0033】
このとき、前記ステータ17の上面は略平坦面となるように構成されてインペラ13の円板部14の下面と僅かな間隙を介して対向するように構成されている。また、ステータ18の外周面は回転軸6の軸中心を中心とする円周面となるように構成されて、前記永久磁石16の内周面と僅かな間隙を介して対向するように構成されている。以上の構成により、ポンプ室4a内の流体がインペラ13とステータ18との間を流通することが防止される。
【0034】
また、図1及び図3に示すように、前記インペラ13の環状壁部15の上面及び下面には、それぞれ矩形状をなす多数の凹部23,24が全周に亘って略等間隔に設けられている。前記凹部23,24は、前記吸入口7,10及び前記吐出口8,11並びに前記サイドチャネル9,12と対向配置構成されている。前記凹部23,24は流れ形成手段として機能するものであり、前記インペラ13が回転すると、ケーシング4内の流体が吸入口7側から吐出口8側に向かって流れるように構成されている。
【0035】
上記構成のポンプ装置1においては、ステータコイル19に通電されて回転磁界が生成され、ロータ17即ちインペラ13が回転駆動されると、吸入口7,10からケーシング4内に流体が吸入され、サイドチャネル9,12を通って吐出口8,11から吐出される。このとき、インペラ13の凹部23,24とサイドチャネル9,12との協働により、サイドチャネル9,12を通る流体は加圧されて吐出口8,11に向かう。
【0036】
このように本参考例では、インペラ13と永久磁石16とからロータ17を構成し、ステータ18をインペラ13の内部に配置した。また、インペラ13の環状壁部15の上下面に凹部23,24を設けて流れ形成手段を構成した。更に、吸入口7,10からケーシング4内に吸入された流体はサイドチャネル9,12を通って吐出口8,11に向かうように構成し、インペラ13とケーシング4とを近接させた。以上の構成により、ポンプ装置1の薄型化、小形化を図ることができる。
【0037】
また、インペラ13における凹部23,24の形成部位や凹部23,24の大きさなどを調整することにより、インペラ13のアンバランス修正を容易に行うことができる。
【0038】
更に、本実施例では、ケーシングの上下面に吸入口7,10及び吐出口8,11を設けたので、ポンプ装置1のポンプ量を増やすことができる。
【0039】
図4及び図5は本発明の第2の参考例を示すものであり、第1の参考例と異なるところを説明する。尚、第1の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第2の実施例では、インペラ13の環状壁部15の外周面に多数の凹部31が全周に亘って略等間隔に設けられている。
【0040】
一方、前記ケーシング4(下ケース2)の周壁部のうち前記凹部31と対向する部位には、吸入口32及び吐出口33が設けられている。前記吸入口32及び吐出口33は対称な部位に設けられており、周壁部の内面には前記吸入口32から吐出口33に向かって延びる円弧状の溝部からなるサイドチャネル34が設けられている。前記サイドチャネル34は、吸入口32側から吐出口33側に向かって徐々に浅くなるように構成されている。尚、図5では吸入口32の円筒状部材を省略している。
【0041】
このような構成の第2の参考例においても第1の参考例と略同じ作用、効果を得ることができる。
【0042】
図6は本発明の第3の参考例を示しており、第1の参考例と異なるところを説明する。尚、第1の参考例と同一部分には同一符号を付している。この第3の実施例では、インペラ13の円板部14の下面に扁平な環状の永久磁石41が埋め込まれている。前記永久磁石41も、上記永久磁石16と同様に、所謂プラスチックマグネットから構成されている。
【0043】
一方、下ケース2の底部の上面のうち軸受5bの周囲部には、ステータヨークとしての鉄板(図示せず)とその上に載置された複数の空芯コイル(図示せず)とを樹脂で一体成形してなる環状のステータ42が設けられている。
【0044】
本参考例では、永久磁石41及びインペラ13からロータ43が構成され、ロータ43及びステータ42からモータ44が構成される。そして、前記モータ44は、永久磁石41とステータコイルとが軸方向に対向している。
このような構成の第3の参考例においても、第1の参考例と略同じ作用、効果を得ることができる。
【0045】
図7は本発明の第4の参考例を示しており、第3の参考例と異なるところを説明する。尚、第3の参考例と同一部分には同一符号を付している。即ち、この第4の参考例では、インペラ13の環状壁部15は円板部14の周縁部から上下方向に向かって延びており、その上下面にそれぞれ凹部23,24が設けられている。そして、前記円板部14の上面及び下面には、それぞれ扁平な環状の永久磁石41が埋め込まれている。
【0046】
一方、下ケース2の底部の上面のうち軸受け5bの周囲部及び上ケース3の下面のうち軸受5aの周囲部には、それぞれ環状のステータ42が配設されている。上下のステータ42は、いずれも永久磁石41と軸方向に対向する空芯コイルを有している。
【0047】
本参考例では、インペラ13の円板部14の上下面に2個の永久磁石41を設けると共にケーシング4のうち前記各永久磁石41と対向する部位にステータ42を設けたので、前記インペラ13は2個のモータ44により駆動されることになる。従って、インペラ13の駆動トルクが増大する。
【0048】
図8は本発明の第5の参考例を示しており、第3の参考例と異なるところを説明する。尚、第3の参考例と同一部分には同一符号を付している。この第5の参考例では、ステータ42をケーシング4の外面に配置している。具体的には、下ケース2の底部の下面のうち前記凸部2aの周囲部には凹部51が設けられており、前記凹部51内にステータ42が嵌入されている。尚、図示しないが、下ケース2の底部の上面には、図6に示したポンプ装置1のサイドチャネル12と同様の溝部が形成されている。
【0049】
一方、インペラ13の円板部14の下面の内周部には回転軸6に沿って下方に延びる凸部52が設けられている。前記凸部52の下面と環状壁部15の下面とは同一水平面上に位置している。そして、前記円板部14の下面のうち凸部52と環状壁部15との間には、環状の永久磁石41が埋め込まれている。このとき、前記永久磁石41の下面と前記凸部52及び環状壁部15の下面とは面一で、且つ、下ケース2の底部の上面に対して近接するように構成されている。従って、ケーシング4内のうちインペラ13の上面及び下面に同様の流体流路が形成される。
【0050】
上記構成によれば、ステータ42をケーシング4の外面に配置したので、その分、ポンプ装置1の小形化を図ることができる。特に、本参考例では、下ケース2のうち軸受5aを収容する凸部2aの周囲にステータ42を配置したので、ステータ42の厚みは凸部2aの突出寸法に相殺される。このため、ポンプ装置1の軸方向寸法の一層の小形化を図ることができる。
【0051】
図9は本発明の第1の実施例を示している。この第1の実施例に係るポンプ装置60では、ケーシング61は、円筒状のポンプ室62と、その軸方向両端部に設けられ前記ポンプ室62よりも径小な円筒状の吸入口63及び吐出口64とから構成されている。
【0052】
前記ポンプ室62内には、外周面に多数の溝部65を有する円柱状のインペラ66が収容されている。前記インペラ66は、前記ポンプ室62の内径寸法及び軸方向寸法よりも若干小さい外径寸法及び軸方向寸法に設定されている。
【0053】
また、前記溝部65は周方向に傾くように構成されている。前記インペラ66は永久磁石材料から構成され、その外周部に前記溝部65に沿う複数の磁極が全周に亘って形成されるように着磁されている。このようにインペラ66を永久磁石材料から構成したことにより、インペラ66と永久磁石とを単一の部品で構成することができる。
【0054】
一方、前記ポンプ室62の外周面には、前記インペラ66の外周面と対向するステータコイル(図示せず)を備えた環状のステータ67が配設されている。
【0055】
上記ポンプ装置60においては、ステータコイルに通電されるとポンプ室62内でインペラ66が回転し、インペラ66の回転に伴い、溝部65によってポンプ室62内の流体が吸入口63から吐出口64に向かって流れる。
【0056】
このように本実施例では、ポンプ室62の内面とインペラ66の外周面との間を流れる流体によりインペラ66はポンプ室62の内面と非接触状態で回転する。即ち、インペラ66及びポンプ室62が回転軸及び軸受として機能するように構成したので、ポンプ装置60を構成する部品点数の削減、構成の簡略化を図ることができる。
【0057】
また、本実施例では、ステータ67をインペラ66と軸方向に重複するように、しかも、ケーシング61の外部に設けたので、一層の小形化を図ることができる。
【0058】
更に、溝部65を周方向に傾けて設けたので、ポンプ室62内の流体を吸入口63から吐出口64に向かって効率良く流すことができる。
【0059】
また、インペラ66を永久磁石材料から構成し、その外周面に溝部65に沿う複数の磁極が全周に亘って形成されるように着磁したので、コギングトルクの軽減を図ることができる。
【0060】
尚、上記第1の実施例では、環状のステータ67によりポンプ室62の外周面の全体が覆されるように構成したが、図10に示す第2の実施例に示すように、ステータ71をインペラ66の外周面の一部と対向する矩形板状に構成し、ポンプ室62の外周面の一部に配設しても良い。
【0061】
このような構成においても、第1の実施例と略同様の作用、効果を得ることができ、しかも、より一層の小形化を図ることができる。
【0062】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
流れ形成手段は、インペラに凸部を設けることにより構成しても良い。
【0063】
図7に示す第4の参考例では、ケーシング4内の上下に設けられたステータ42の空芯コイルを位相が異なるように配置しても良い。このような構成により、インペラ13、2個の永久磁石41,2個のステータ42を、二相モータとして駆動させることができる。
【0064】
第1ないし第5の参考例に示したポンプ装置においても、インペラを永久磁石材料から構成し、インペラの所定部位、即ち環状壁部の内周面や円板部の軸方向端面に周方向に沿う磁極が形成されるように適正に磁化するように構成しても良い。この場合も、インペラと永久磁石とを単一の部品から構成することができる。
【0065】
永久磁石は、一体的に環状に形成されたものに限らず、複数に分割されたセグメント形状の永久磁石を環状壁部の内周面に沿って配列しても良い。
【0066】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項1のポンプ装置は、インペラ自身がロータの一部として機能し、しかも、ステータがケーシングの外部に位置するので、比較的簡単な構成で小形化を図ることができる。また、インペラ及びポンプ室を回転軸及び軸受として機能させることができ、部品点数の削減、構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の参考例を示すポンプ装置の縦断正面図
【図2】 上ケースを下方から見た図
【図3】 インペラの上面図
【図4】 本発明の第2の参考例を示す図1相当図
【図5】 下ケースの斜視図
【図6】 本発明の第3の参考例を示す図1相当図
【図7】 本発明の第4の参考例を示す図1相当図
【図8】 本発明の第5の参考例を示す図1相当図
【図9】 本発明の第1の実施例を示すものであり、(a)はポンプ装置の縦断側面図、(b)は図9の(a)におけるX1−X1線に沿う縦断正面図
【図10】 本発明の第2の実施例を示すものであり、(a)は図9(a)相当図、(b)は図10(a)におけるX2−X2線に沿う縦断正面図
【符号の説明】
1,60はポンプ装置、4,61はケーシング、7,10,32,63は吸入口、8,11,33,64は吐出口、9,12,34はサイドチャンネル、13,66はインペラ、14は円板部、15は環状壁部、16,41は永久磁石、17,43はロータ、18,42,67,71はステータ、19はステータコイル、22,44はモータ、23,24,31は凹部(流れ形成手段)、62はポンプ室、65は溝部を示す。
Claims (2)
- 吸入口及び吐出口を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に配置されたインペラと、前記インペラを回転駆動するモータとを備えるポンプ装置において、
前記ケーシングは、軸方向の両端部にそれぞれ吸入口及び吐出口を有する円筒状のポンプ室を備えて構成され、
前記インペラは、回転軸を有さず、前記ポンプ室の内面に軸方向への移動が規制された状態で配置され前記ポンプ室の内径寸法よりもやや小さい外径寸法を有し、円柱状部材と、前記円柱状部材の外周面に配置された環状の永久磁石と、前記永久磁石の外周面に全周にわたって設けられ軸方向一端部から他端部に向かって周方向に傾くように延びる複数の溝部とから構成され、
前記永久磁石は、前記溝部に沿う方向にスキュー着磁されていると共に、前記モータは、前記インペラから構成されたロータと、前記インペラの外周面と対向するように前記ポンプ室の外周部に配置されたステータコイルを有するステータとを備えて構成されていることを特徴とするポンプ装置。 - ステータは、インペラの外周面の一部と対向するようにポンプ室の外周部に配置されていることを特徴とする請求項1記載のポンプ装置。
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