JP6404561B2 - ポンプ装置 - Google Patents
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Description
以下に、図面を参照して本発明の実施形態1に係るポンプ装置を説明する。図1は、本発明を適用した実施形態1のポンプ装置の説明図であり、図1(a)にはポンプ装置を軸線方向の一方側から見た平面図が示され、図1(b)にはポンプ装置を軸線方向の他方側から見た底面図が示されている。図2は実施形態1のポンプ装置の断面図であり、図2(a)は図1(a)のA−A断面図、図2(b)は第2軸支持部の周辺(図2(a)の領域E)の部分拡大断面図である。実施形態1のポンプ装置1は液体等の流体を圧送するカスケードポンプ装置である。このポンプ装置1は、電子機器に内蔵されており、CPU等を冷却する冷媒としての水を循環させる用途で用いられている。なお、ポンプ装置1によって他の流体を圧送することもでき、他の用途に用いることもできる。
ポンプケース2は、軸線L方向から見たときのポンプケース2の輪郭を構成している外周面として、吸入管3および吐出管4が平行に突出している第1側面2cと、第2端面2b側から見たときに第1側面2cに対して反時計回り方向に隣接する第2側面2dと、第2側面2dの裏側に位置する第3側面2eと、第1側面2cの裏側に位置する第4側面2fを備えている。ポンプケース2の第1側面2cと第2側面2dの間の角部分には、ポンプケース2の内側からリード線5を取出すための配線取出し部6が設けられている。
図2(a)に示すように、第2ケース12と第1ケース11の間にはロータ配置室20が構成されている。ロータ配置室20には、ロータ23と、ロータ23を回転可能に支持する支軸24とが配置されており、ロータ23の外周側端部には羽根部21が構成されている。また、ロータ23には駆動マグネット22が保持されている。ロータ配置室20の外周部分は、円環状の流路形成部25となっており、ここに羽根部21が挿入されている。第2ケース12と第1ケース11の間には、ロータ配置室20の外周に沿ってOリング26が配置されている。Oリング26は、第2ケース12と第1ケース11の隙間を密閉している。
図5はロータ23の説明図であり、図5(a)はロータ23の斜視図、図5(b)は軸線L方向の他方側L2から見た底面図、図5(c)はロータ23の側面図である。ロータ23はPPS等の樹脂からなり、図2、図3、図5に示すように、円盤部40と、円盤部40の中央から軸線L方向の一方側L1に突出する筒状軸受部41(図2参照)と、円盤部40の外周寄りの部分から軸線L方向の一方側L1に突出する円筒部42を備えている。円筒部42は、筒状軸受部41との間に所定間隔を開けてこの筒状軸受部41を同軸に囲んでいる。筒状軸受部41と円筒部42の間の間隔は、第1ケース11を介して、これらの間にステータ29を配置することが可能な間隔である。ロータ23は、筒状軸受部41の中心孔41aに支軸24(回転中心軸)が挿入され、筒状軸受部41が第1ケース11の中央突出部80の内側に形成された円形凹部81に配置された状態で、支軸24の軸線L回りに回転可能となっている。
図6はステータ29の斜視図である。ステータ29は、環状部50および環状部50から径方向外側に突出する複数の突極51を備えたステータコア28と、ステータコア28の複数の突極51のそれぞれに巻かれた駆動コイル27を有している。図2(a)に示すように、ステータ29は、第1ケース11の軸線L方向の一方側L1において、中央突出部80の外周面とその外周に設けられた円筒部89との間に形成された円環状の凹部であるステータ収納室83内に配置されている。この状態で、ステータ29の各突極51は、軸線Lと直交する方向で、第1ケース11を介して、ロータ配置室20内のロータ23の駆動マグネット22と対峙している。また、ロータ23の筒状軸受部41は、径方向から見たときに駆動マグネット22と重なる位置に延びており、筒状軸受部41に装着された支軸24は、径方向から見たときにステータ収納室83に配置されたステータ29と重なって配置されている。
図3、図4(a)に示すように、第2ケース12は、ポンプケース2の第2端面2bを構成する底板部61と、底板部61の外周部分から軸線L方向の一方側L1に延びる側壁部62と、底板部61および側壁部62によって形成された円形凹部63を備えている。円形凹部63の底部の外周縁に沿った領域は、流路形成部25が環状に構成される領域である。側壁部62において、上述したポンプケース2の第1側面2cを構成する面からは、吸入管3と吐出管4が平行に突出している。
図4(b)に示すように、第1ケース11を軸線L方向の他方側L2から見ると、筒状軸受部41が配置される円形凹部81を囲み、内側環状突出部90が構成されている。内側環状突出部90の中央には、上述した円形凹部81および第1軸支持部82が同軸に形成されている。内側環状突出部90の外周側には外側環状突出部91が同軸に形成されており、内側環状突出部90と外側環状突出部91の間には環状凹部92が設けられている。外側環状突出部91の外周側には、軸線L方向と直交する方向に張り出す張り出し部93が形成されている。張り出し部93は、軸線L方向から見た外形が略矩形である。上述した給電基板30が配置される空間を囲む外周壁86は、張り出し部93における軸線L方向の一方側L1の面の外周縁に形成されている。
第1ケース11と第2ケース12との間にロータ配置室20を区画形成する際には、Oリング26を第1ケース11の外側環状突出部91の外周面95に装着した状態とする。この際に、Oリング26には、潤滑剤を塗布しておく。また、支軸24の一端を予め第1ケース11の第1軸支持部82に圧入固定しておく。ロータ23は第2ケース12の円形凹部63内に配置して、筒状軸受部41に支軸24を挿入可能な状態としておく。
次に、実施形態1で採用した付勢力発生手段を説明する。図7は付勢力発生手段の説明図であり、図7(a)は実施形態1に係るポンプ装置1において、第2軸支持部60の径方向中心を第1軸支持部82の径方向中心に対して軸線L方向と交差する方向にずらした状態を誇張して示す説明図である。また、図7(b)は実施形態1に係るポンプ装置1において、支軸24が傾いている様子を誇張して示す説明図である。
実施形態1のポンプ装置1は、以上のように、円環状の羽根部21が形成されたロータ23と、当該ロータ23を回転可能に支持する支軸24と、ロータ23に設けられた駆動マグネット22と共に磁気駆動機構を構成する駆動コイル27を備えるステータ29と、ロータ23が配置されるロータ配置室20が形成されたポンプケース2とを有し、このポンプケース2には、支軸24の一端側を支持する第1軸支持部82と、支軸24の他端側を支持する第2軸支持部60が設けられ、ロータ配置室20には、羽根部21が挿入される円環状の流路形成部25が設けられ、この流路形成部25に円弧状の渦流室31(第1渦流室31aおよび第2渦流室31b)が設けられている。そして、第1軸支持部82に対して、吸入口3aから吐出口4aへ向かう方向にずらして第2軸支持部60を配置して、渦流室31の軸線L方向に対して予め決まった方向に傾けた状態に支軸24を設置している。
次に、本発明の実施形態2で採用した付勢力発生手段を説明する。図8は実施形態2の付勢力発生手段であるロータ123の説明図であり、図8(a)はロータ123の斜視図、図8(b)は軸線L方向の一方側L1から見た底面図、図8(c)はロータ123の側面図である。実施形態2のポンプ装置は、実施形態1のロータ23と形状の異なるロータ123を備えている。また、実施形態2では、第1軸支持部82および第2軸支持部60が同軸に配置され、第1軸支持部82および第2軸支持部60の径方向中心を通る直線は、ポンプ装置1の軸線Lと略一致している。従って、実施形態2では、支軸24の両端が第1軸支持部82および第2軸支持部60に固定されることによって、ポンプケース2の軸線Lと支軸24の中心軸線とが略一致するように取り付けられ、ロータ123は軸線Lを中心として回転する。なお、ここで、「ポンプケース2の軸線Lと支軸24の中心軸線とが略一致する」とは、支軸24の中心軸線とポンプケース2の軸線Lとが、部品の寸法誤差や組立時の誤差の範囲でごく僅かに傾いている状態を含むものとする。
実施形態2のポンプ装置1は、以上のように、円環状の羽根部121が形成されたロータ123と、当該ロータ123を回転可能に支持する支軸24と、ロータ123に設けられた駆動マグネット22と共に磁気駆動機構を構成する駆動コイル27を備えるステータ29と、ロータ123が配置されるロータ配置室20が形成されたポンプケース2とを有し、このポンプケース2には、支軸24の一端側を支持する第1軸支持部82と、支軸24の他端側を支持する第2軸支持部60が設けられ、ロータ配置室20には、羽根部121が挿入される円環状の流路形成部25が設けられ、この流路形成部25に円弧状の渦流室31(第1渦流室31aおよび第2渦流室31b)が設けられている。そして、ロータ123には、回転するロータ123を支軸24の一端側(軸線L方向の一方側L1)に向けて付勢する方向に作用する流体圧力を発生させる付勢力発生手段としての傾斜溝100が設けられている。
次に、本発明の参考形態に係るポンプ装置を説明する。参考形態のポンプ装置は、実施形態2のポンプ装置におけるロータ123と部分的に形状が異なるロータ223を備えており、他の構成は実施形態2と同一である。すなわち、支軸24の両端が第1軸支持部82および第2軸支持部60に固定されることによって、ポンプケース2の軸線Lが支軸24の中心軸線と略一致するように取り付けられ、ロータ223は軸線Lを中心として回転する。また、ここで、「ポンプケース2の軸線Lと支軸24の中心軸線とが略一致する」とは、支軸24の中心軸線とポンプケース2の軸線Lとが、部品の寸法誤差や組立時の誤差の範囲でごく僅かに傾いている状態を含むものとする。図9は参考形態の付勢力発生手段であるロータ223の説明図であり、図9(a)はロータ223の斜視図、図9(b)はロータ223の断面図(図9(a)のB−B断面図)、図9(c)は貫通穴の断面図、図9(d)は軸線L方向の他方側L2を向いて見た貫通穴の底面図、図9(e)は軸線L方向の一方側L1を向いて見た貫通穴の平面図である。
(1)上記実施形態1、2および参考形態は、いずれも軸固定型のポンプ装置に本発明を適用したものであったが、本発明は軸回転型のポンプ装置への適用も可能である。軸回転型のポンプ装置の場合、上記各形態の支軸24に代えて、ロータ23(123、223)と一体に回転する回転軸(回転中心軸)を備える構成とする。そして、第1軸支持部82と、第2軸支持部60に、回転軸を回転可能に支持する軸受部を設ける。このような構成であっても、上記実施形態1〜3の付勢力発生手段により、ロータ23(123、223)に作用する流体圧力を発生させることができ、中心軸ごとロータ23(123、223)を付勢してロータ23(123、223)の位置精度を高めることができる。従って、高精度な部品を用いたり部品点数を増加させることなく、ロータ23(123、223)とポンプケース2との接触によるノイズの低減を図ることができ、ロータ23(123、223)の位置精度の低下によるポンプ効率の低下を抑制できる。
1A ポンプ装置
2 ポンプケース
2a 第1端面
2b 第2端面
2c 第1側面
2d 第2側面
2e 第3側面
2f 第4側面
2k 傾斜面
3 吸入管
3a 吸入口
4 吐出管
4a 吐出口
5 リード線
6 配線取出し部
6a 固定部材
7 コネクタ
8 フック
9 取り付け孔
10a 貫通孔
10b ネジ孔
11 第1ケース
12 第2ケース
13 回り止め機構
13a 回り止め突起
13b 回り止め凹部
14 ケース固定部
14A 第1突出部
14B 第2突出部
16 封止剤
20 ロータ配置室
21 羽根部
22 駆動マグネット
23 ロータ
24 支軸
24a 支軸側案内面
25 流路形成部
26 Oリング
27 駆動コイル
28 ステータコア
29 ステータ
30 給電基板
30a 開口部
31 渦流室
31a 第1渦流室
31b 第2渦流室
32 封鎖部
32a 第1円弧状シール部
32b 第2円弧状シール部
34a、34b 円弧溝
40 円盤部
40a 環状突出部
40b 貫通穴
41 筒状軸受部
41a 中心孔
42 円筒部
43 ワッシャー
44 ヨーク
45 環状張り出し部
45a、45b 端面
46a、46b 凹部
47 仕切り板
48 リブ
50 環状部
51 突極
52 板状コア片
53 内側凹部
60 第2軸支持部
60a 軸穴側案内面
61 底板部
62 側壁部
63 円形凹部
64 環状凹部
65 内側環状突出部
66 外側環状突出部
66a 端面
67 第2ケース側シール部
67a 短絡溝
68 環状段部
68a 環状端面
68b 内周面
80 中央突出部
81 円形凹部
81a 底面
82 第1軸支持部
83 ステータ収納室
86 外周壁
89 円筒部
90 内側環状突出部
91 外側環状突出部
91a 端面
92 環状凹部
93 張り出し部
94 第1ケース側シール部
95 外周面
96 径方向突出部
96a 環状端面
96b 外周面
100 傾斜溝
101a 第1開口
101b 第2開口
102 底面
103a、103b 傾斜面
110 貫通穴
111a 第1開口
111b 第2開口
112a、112b 側壁面
113a、113b 傾斜面
121 羽根部
123 ロータ
145 環状張り出し部
145a、145b 端面
223 ロータ
240 円盤部
241 環状突出部
241a、241b 端面
D1 開口幅
D2 シール部の幅
G1、G2 ギャップ
L 軸線
L0 中心軸線
Y 傾き中心
θ1 傾き角度
Claims (11)
- 外周側端部に複数の羽根部が周方向に設けられたロータと、
前記ロータに保持されたマグネットと磁気駆動機構を構成するステータと、
前記ロータが配置されたロータ配置室、該ロータ配置室の外周側で周方向に円弧状に延在して両端が各々、吸入口および吐出口に連通する渦流室、前記ロータの回転中心軸の一端を支持する第1軸支持部、および前記回転中心軸の他端を支持する第2軸支持部を備えたポンプケースと、
前記ロータが回転した際、前記ロータを該ロータの回転中心軸線の一方側に向けて付勢する流体圧力を発生させる付勢力発生手段と、を有し、
前記付勢力発生手段は、前記第1軸支持部と前記第2軸支持部とが前記渦流室の中心軸線に対して交差する方向にずれていることにより構成されていることを特徴とするポンプ装置。 - 外周側端部に複数の羽根部が周方向に設けられたロータと、
前記ロータに保持されたマグネットと磁気駆動機構を構成するステータと、
前記ロータが配置されたロータ配置室、該ロータ配置室の外周側で周方向に円弧状に延在して両端が各々、吸入口および吐出口に連通する渦流室、前記ロータの回転中心軸の一端を支持する第1軸支持部、および前記回転中心軸の他端を支持する第2軸支持部を備えたポンプケースと、
前記ロータが回転した際、前記ロータを該ロータの回転中心軸線の一方側に向けて付勢する流体圧力を発生させる付勢力発生手段と、を有し、
前記付勢力発生手段は、周方向に傾いた傾斜面をもって前記ロータに形成された傾斜流路であり、
前記傾斜流路は、前記ロータの前記外周側端部に溝状に形成されていることを特徴とするポンプ装置。 - 前記付勢力発生手段は、前記第1軸支持部に対して前記第2軸支持部が前記吸入口から前記吐出口へ向かう方向にずれていることにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ装置。
- 前記第1軸支持部および前記第2軸支持部は、前記渦流室の前記中心軸線に対して平行
に凹む軸穴であり、
前記回転中心軸は、前記第1軸支持部に圧入固定されていることを特徴とする請求項1または3に記載のポンプ装置。 - 前記傾斜流路は、前記ロータの前記回転中心軸線の一方側の端面で開口する第1開口と、前記ロータの前記回転中心軸線の他方側の端面で開口する第2開口と、を備え、
前記回転中心軸線方向からみたとき、前記傾斜面の全体が前記第1開口および前記第2開口の一方と重なっており、
前記第1開口および前記第2開口は、前記回転中心軸線方向からみたとき、前記ロータにおいて前記渦流室と重なる径方向位置に形成され、
前記第1開口および前記第2開口の周方向の開口幅は、周方向において前記渦流室が形成されていない円弧状シール部の周方向の幅よりも小であることを特徴とする請求項2に記載のポンプ装置。 - 前記傾斜流路は、周方向の複数個所に等角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項2に記載のポンプ装置。
- 前記ポンプケースは、前記第1軸支持部が設けられた第1ケースと、前記第2軸支持部が設けられ、前記第1ケースとの間に前記ロータ配置室を構成する第2ケースと、を有し、
前記第1ケースには、前記ロータの前記回転中心軸線の一方側の端面のうち、前記羽根部より径方向内側の部分に設けられた第1ロータ側シール部に前記回転中心軸線方向で対向する第1ケース側シール部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかの項に記載のポンプ装置。 - 前記第1ケース側シール部は、前記渦流室に対して径方向内側で隣接し、
前記第1ケースと前記ロータとのクリアランスは、前記ロータ側シール部と前記第1ケース側シール部において最小であることを特徴とする請求項7に記載のポンプ装置。 - 前記ステータは、径方向からみたとき、前記回転中心軸と重なる位置に配置され、
前記回転中心軸線方向において、前記ステータの磁気中心は、前記ロータの磁気中心に対して前記付勢力発生手段による前記ロータの付勢方向側にずれていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかの項に記載のポンプ装置。 - 前記第1ケースは、前記ステータを前記ロータ配置室から隔離する隔壁部を備え、
当該隔壁部に前記第1軸支持部が形成された有底の筒部が設けられ、
前記ステータへの給電基板は、前記筒部の径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかの項に記載のポンプ装置。 - 前記回転中心軸は、両端が前記第1軸支持部および前記第2軸支持部に固定された支軸であり、
前記ロータにおいて前記支軸に嵌まる筒状軸受部の前記回転中心軸線の一方側の端面と前記第1ケースとの間には、前記支軸に嵌められた環状のスラスト軸受が配置され、
前記支軸において、前記スラスト軸受が嵌まる部位と前記筒状軸受部が嵌まる部位とは同一径であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかの項に記載のポンプ装置。
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