JP3973991B2

JP3973991B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP3973991B2
Application number: JP2002231443A
Authority: JP
Inventors: 哲也伊東; 克也世古; 賢一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004068750A

Description

【０００１】
【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

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。