KR101300887B1

KR101300887B1 - 와류 펌프

Info

Publication number: KR101300887B1
Application number: KR1020070055000A
Authority: KR
Inventors: 타케시 오자와
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2013-08-27
Also published as: TWI404865B; JP2008014300A; US20070280837A1; CN101086259B; JP5112741B2; CN101086259A; TW200809092A; KR20070116742A

Abstract

<과제> 보다 한층 박형화에 대응할 수 있는 구조를 구비한 와류 펌프를 제공한다.

<해결 수단> 외주에 복수의 블레이드(22)를 가지고, 내주에 로터 마그넷(40)이 설치된 임펠러(20)와, 임펠러(20)의 중심에 고정된 축(41)과, 축(41)의 외주에 배치된 베어링 부재(50)와, 임펠러(20)의 아래쪽에서 로터 마그넷(40)의 내주 측에 설치된 모터 스테이터(70)와, 흡입구(61) 및 배출구(62)를 가지고, 임펠러(20)를 수용함과 동시에 임펠러(20) 및 모터 스테이터(70)를 구획하는 케이스 부재(60)와, 임펠러(2)를 수용하는 케이스 부재(60)의 위쪽에 설치된 뚜껑 부재(10)를 구비하는 와류 펌프(1)에 있어서, 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면(65)이, 모터 스테이터(70)를 해당 면(65)에 접착하는 접착제(69)로 덮여 있다.

Description

와류 펌프{WHIRLPOOL PUMP}

도 1은 본 발명에 관한 와류 펌프의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 와류 펌프의 A-A 단면도이다.

도 3은 본 발명을 구성하는 케이스 부재를 모터 스테이터 측에서 보았을 때의 사시도이다.

도 4는 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면을 덮는 접착제의 접착 형태의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 5는 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면을 덮는 접착제의 접착 형태의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

도 6은 모터 스테이터를 일체 성형 한 일체형의 케이스 부재를 가지는 형태의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 7은 겹친 2개의 볼 베어링으로 이루어지는 베어링 부재에 더하는 예압의 설명도이다.

<부호의 설명>

1 와류 펌프

10 뚜껑 부재

20 임펠러

21 블레이드부

22 블레이드

23 홈

30 요크

31, 32 볼록부

36 볼록한 모양 가장자리

40 로터 마그넷

41 축

50 베어링 부재

50a, 50b 볼 베어링

54 링 부재

55, 56 볼록부

58 씰부의 공간

59 베어링 부재 측의 공간

60 케이스 부재

61 흡입구

62 배기구

63 유체 통로

64 리드 선로

65 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면

66 케이스 부재의 쓰러스트 방향의 벽(쓰러스트 방향 벽)

67 케이스 부재의 외주 방향의 벽(래디얼 방향 벽)

68 케이스 부재의 축 방향의 벽(축 방향 벽)

69 접착제

70 모터 스테이터

71 요크

72 권선 코일

75 내장형의 케이스 부재

80 기판

90 관통 구멍

91 용착대

92 가장자리면

P, R 위쪽 접촉부

Q, S 아래쪽 접촉부

F, F1, F2, F3, F4 힘

<기술 분야>

본 발명은 임펠러(impeller)의 회전에 의해 흡입구로부터 흡입된 유체가 유 체 통로를 거쳐 배출구로부터 송출되는 와류 펌프에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 보다 한층 박형화에 대응할 수 있는 구조를 구비한 와류 펌프에 관한 것이다.

<배경 기술>

최근, 노트북 컴퓨터 등의 CPU 등을 효율적으로 냉각하기 위한 방법으로서, 냉매 순환용의 펌프를 이용하여 냉매를 순환시키는 시스템이 연구되고 있다. 이러한 시스템에 이용되는 펌프는 장기 수명화가 요구되고 있음과 동시에, 노트북 컴퓨터의 박형화 경향과 마찬가지로 박형화가 요구되고 있다. 또, 최근, 노트북 컴퓨터 등에 탑재되는 연료 전지도 연구되고 있지만, 그러한 연료 전지에 연료(산소, 공기, 물 등)를 보내기 위한 연료 공급 장치에도 소형의 펌프가 이용되고 있다. 특히 연료 전지 용무의 펌프는 펌프 자체의 전력 소비를 최대한 억제하기 위해서, 소비 전력이 작은 것이 요구되고 있다.

종래의 소형 펌프로서, 예를 들면 하기(下記) 특허문헌 1에 기재한 와류 펌프는 외주에 다수의 블레이드가 형성되고, 내주에 로터 마그넷이 설치된 임펠러와, 그 임펠러가 회전하기 위한 축과, 로터 마그넷의 내주 측에 설치된 모터 스테이터와, 임펠러와 모터 스테이터를 기밀(氣密)하게 구획함과 동시에, 흡입구와 토출구를 가지는 펌프 케이싱으로 구성되어 있다. 이 와류 펌프는 모터 구조가 아우터 로터 구조로 되어 있고, 임펠러와 모터 스테이터를 일체로 하며, 또한 기밀하게 구획하는 것에 의해서 소형화와 박형화를 실현하고 있다.

[특허문헌 1] 특개2003-161284호 공보

최근의 노트 PC 등으로 대표되는 휴대 기기의 소형화 경량화 경향에 수반하여, 상기 특허문헌 l에 기재한 와류 펌프 등에 있어서도, 보다 한층 소형화 박형화가 요구되고 있다. 이러던 중, 본원 발명자는 와류 펌프를 보다 박형으로 하기 위해서, 각부재의 두께를 한계까지 얇게 한 검토를 실시하고 있는 과정에서, 임펠러와 모터 스테이터를 기밀하게 구획하는 펌프 케이싱의 두께를 얇게 해가면, 임펠러의 회전 중의 미세진동이 얇은 벽의 펌프 케이싱과 공진하여 큰 노이즈가 발생하는 것을 확인했다. 노이즈의 발생은 휴대 기기에 있어서는 특히 중대한 문제이고, 그 대책이 중요하지만, 노이즈의 발생을 해소하기 위해서 펌프 케이싱을 두꺼운 벽으로 하면 와류 펌프 전체의 박형화를 실현할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 보다 한층 박형화에 대응할 수 있는 구조를 구비한 와류 펌프를 제공하는 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 와류 펌프는 외주에 복수의 블레이드를 가지고, 내주에 로터 마그넷이 설치된 임펠러와, 상기 임펠러의 중심에 고정된 축과, 이 축의 외주에 배치된 베어링 부재와, 상기 로터 마그넷의 내주 측에 설치된 모터 스테이터와, 흡입구 및 배출구를 가지고, 상기 임펠러를 수용함과 동시에 이 임펠러 및 상기 모터 스테이터를 구획하는 케이스 부재를 구비하는 와류 펌프에 있어서, 상기 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면이 상기 모터 스테이터를 해당면에 접착하는 접착제로 덮여 있는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 모터 스테이터 는 상기 케이스 부재의 상기 모터 스테이터와 대향하는 면에 접착제로 접착 고정되어 있도록 하여도 좋다. 이 경우, 상기 모터 스테이터는 권선(捲線) 코일이 형성된 돌극부(突極部)를 가지고, 적어도 모든 상기 권선 코일을 상기 케이스 부재의 상기 모터 스테이터와 대향하는 면에 접착제로 접착 고정하도록 구성할 수 있다. 또는, 모든 상기 권선 코일과 상기 돌극부를 상기 케이스 부재의 상기 모터 스테이터와 대향하는 면에 접착제로 접착 고정하도록 하여도 좋다.

본 발명에 의하면, 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면이 접착제로 덮여 있으므로, 또는, 모터 스테이터를 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면에 접착 고정하고 있으므로, 임펠러와 모터 스테이터를 구획하는 케이스 부재의 두께가 얇은 경우에 있어서도 그 케이스 부재의 공진을 막을 수 있어, 와류 펌프의 소형화, 박형화를 실현할 수 있다. 따라서, 그 면을 구성하는 케이스 부재의 쓰러스트(thrust) 방향의 벽(이하, 「쓰러스트 방향 벽」이라고 한다.)의 두께가 0.2mm 이상 1.5 mm 미만으로 얇은 경우에 있어서도 임펠러의 회전 중의 미세진동이 얇은 벽의 쓰러스트 방향 벽과 공진하여 생기는 노이즈의 발생을 막을 수 있음과 동시에, 펌프 전체적으로서의 박형화를 실현할 수 있다. 그 결과, 장기간 안정된 회전 동작을 유지할 수 있는 박형의 와류 펌프를 제공할 수 있다.

본 발명의 와류 펌프에 있어서, 상기 임펠러와 상기 모터 스테이터를 구획하는 측의 케이스 부재의 벽(쓰러스트 방향 벽)의 두께가 0.2mm 이상 1.5mm 미만인 경우에 특히 유효하다.

본 발명의 와류 펌프에 있어서, 상기 베어링 부재가 볼 베어링이고, 이 볼 베어링의 외륜(外輪)을 포함한 위치로부터 외주 측에 있어서 상기 임펠러의 상기 모터 스테이터 측의 하면에는 상기 축을 중심으로 한 바퀴 모양의 볼록부가 설치되고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 볼 베어링을 베어링 부재로서 이용하므로, 백래시(backlash)의 발생 방지에 효과가 있다. 또, 축을 중심으로 한 바퀴 모양의 볼록부를 설치함으로써, 볼록부와 축에 둘러싸인 공간 내에 볼 베어링용 윤활제인 그리스(grease) 등을 증발 또는 비산시키지 않고 유지할 수 있다. 그 결과, 장기간 안정된 회전 동작을 유지할 수 있는 박형의 와류 펌프를 제공할 수 있다.

본 발명의 와류 펌프에 있어서 상기 임펠러를 수용하는 상기 케이스 부재의 위쪽에 설치된 뚜껑 부재가 이 케이스 부재에 용착되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 뚜껑 부재의 장착 구조가 종래와 같은 O링을 이용한 나사 고정 구조와 같은 박형화에는 불리한 구조는 아니기 때문에, 와류 펌프 전체적으로의 박형화를 실현할 수 있다.

또, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 본 발명에 관한 와류 펌프는 외주에 복수의 블레이드를 가지고, 내주에 로터 마그넷이 설치된 임펠러와, 상기 임펠러의 중심에 고정된 축과, 이 축의 외주에 배치된 베어링 부재와, 상기 임펠러의 아래쪽에서 상기 로터 마그넷의 내주 측에 설치된 모터 스테이터와, 흡입구 및 배출구를 가지고, 상기 임펠러를 수용함과 동시에 상기 모터 스테이터가 매립되어 이루어지는 일체형의 케이스 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 모터 스테이터는 권선 코일이 형성된 돌극부를 가지고, 모든 상기 권선 코일과 상기 돌극 부는 수지에 의해서 매립되어 상기 일체형의 케이스 부재를 구성하고 있도록 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 임펠러와 모터 스테이터를 구획하는 측의 벽의 두께가 얇은 경우에 있어서도, 그 벽의 공진을 막을 수 있으므로, 와류 펌프의 소형화, 박형화를 실현할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명의 와류 펌프에 의하면, 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면을 구성하는 쓰러스트 방향 벽의 두께가 얇은 경우에 있어서도, 임펠러의 회전중의 미세진동이 얇은 벽의 쓰러스트 방향 벽과 공진하여 생기는 노이즈의 발생을 방지할 수 있음과 동시에, 펌프 전체적으로서의 박형화를 실현할 수 있으므로, 장기간 안정된 회전 동작을 유지할 수 있는 박형의 와류 펌프를 제공할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 노트북 컴퓨터 등의 휴대 기기의 CPU 냉각용의 펌프나 연료 전지용의 박형의 장수명 펌프로서 바람직하게 이용할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>

이하, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 도면에 근거하여 설명한다. 또한, 본 발명의 와류 펌프는 그 기술적 특징을 가지는 범위에 있어서, 이하의 실시 형태의 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

도 1은 본 발명에 관한 와류 펌프의 일례를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 와류 펌프가 조립할 수 있었을 경우에 있어서의 A-A 단면도이다. 도 3은 본 발명을 구성하는 케이스 부재를 모터 스테이터 측에서 보았을 때의 사시도이고, 도 4 및 도 5는 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면을 덮는 접착제의 접착 형태를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 와류 펌프(1)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 유체(기체나 액체)를 흡입구(61)로부터 도입하여 배출구(62)로부터 배출하는 펌프로서, 외주에 복수의 블레이드(22)를 가지고, 내주에 로터 마그넷(40)이 설치된 임펠러(20)와, 임펠러(20)의 중심에 고정된 축(41)과, 축(41)의 외주에 배치된 베어링 부재(50)(도 1에서는 볼 베어링(50a, 50b))와, 임펠러(20)의 아래쪽에서 로터 마그넷(40)의 내주 측에 설치된 모터 스테이터(70)와, 흡입구(61) 및 배출구(62)를 가지고, 임펠러(20)를 수용함과 동시에 임펠러(20) 및 모터 스테이터(70)를 구획하는 케이스 부재(60)와, 임펠러(20)를 수용하는 케이스 부재(60)의 위쪽에 설치되는 뚜껑 부재(10)를 구비하고 있다. 본 발명의 하나의 특징은 케이스 부재(60)의 모터 스테이터측의 면(65)이 모터 스테이터(70)를 해당면(65)에 접착하는 접착제(69)로 접착 고정한, 또는, 덮여 있도록 한 것이다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 부호 80은, 모터 스테이터(70)의 아래에 위치하는 기판을 나타내고 있다.

본원에 있어서, 「상」「아래」「내」「외」의 용어 및 그 용어를 포함한 「위쪽」「하면」「내주」「외주」등은 도 1이나 도 2 등의 도면을 평면에서 본 경우에, 뚜껑 부재(10)가 케이스(60, 75)에 대해서 위쪽에 위치하는 형태로서 본 경우의 「상」,「하」,「내」,「외」를 의미한다. 따라서, 상기한 「임펠러(20)의 아래쪽」에 있어서의 「아래쪽」은, 동일하게 본 경우의 「아래쪽」, 즉 도 2에 있어서는 기판(80)으로 향하는 측이다. 또, 「임펠러(20)를 수용하는 케이스 부재(60)의 위쪽」에 있어서의 「위쪽」은 동일하게 본 경우의 「위쪽」, 즉 도 2에 있어서는 뚜껑 부재(10)의 방향이다. 또, 「임펠러(20)의 모터 스테이터 측의 하면」에 있어서의 「하면」은, 동일하게 본 경우의 「하면」이다. 또, 「로터 마그넷(40)의 내주 측」에 있어서의 「내주 측」은 동일하게 본 경우의 「내주 측」, 즉 축으로 향하는 측이다. 또, 마찬가지로, 「외주 측」은, 그 반대로, 축으로부터 멀어지는 측이다.

임펠러(20)는 복수의 블레이드(22)를 외주에 가지는 원반 형상의 회전체로서, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 링 모양의 블레이드 부재(21)와, 그 블레이드 부재(21)를 외주에 장착하는 원반 모양의 로터 요크(yoke)(30)와, 그 로터 요크(30)의 외주벽(32)의 내면 측에 장착된 링 모양의 로터 마그넷(40)으로 구성되어 있다. 임펠러(20)는 축(41)에 고정되고, 그 축(41)은 케이스 부재(60)에 장착된 베어링 부재(50)에 축 받음 되어 있다. 이러한 임펠러(20)는 뚜껑 부재(10)와 케이스 부재(60)로 이루어지는 공간 내에 수용되고, 그 회전에 의해 유체의 와류를 발생시킬 수 있다.

블레이드 부재(21)는 예를 들면 내열 플라스틱(PPS : 폴리페닐렌 술파이드(polyphenylene sulfide)) 등의 재질로 이루어지는 링 모양의 부재로서, 원반 모양의 로터 요크(30)의 외주벽(32)의 외주면에 접착제 등으로 고정되어 있다. 블레이드 부재(21)에 형성되어 있는 블레이드(22)는 블레이드 부재(21)의 외주에 원주 방향에 따라서 복수의 홈(23)이 형성된 형태를 이루고 있다. 그 홈(23)은 블레이드 부재(21)의 측면(상하의 면의 경우)과 외주면이 교차하는 양(兩) 각부(角部)에 대 해서 형성되어 있고, 블레이드 부재(21)의 각부를 부채 모양으로 절개하도록 하여 형성되어 있다. 블레이드(22)의 수는 특히 한정되지 않고, 통상, 블레이드 부재(21)의 크기에 따라 임의의 피치로 설치되어 있다.

로터 요크(30)는 블레이드 부재(21)를 외주벽(32)의 외주면에 장착하는 원반 모양의 부재로서, 예를 들면 SK재(공구용 탄소강) 등의 내식성의 표면처리성이 실시된 자성(磁性) 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 로터 요크(30)의 외주면은 블레이드 부재(21)를 장착할 수 있는 치수로 형성되고 있고, 또, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 블레이드 부재(21)를 소정의 위치에 걸어 맞춰서 위치 결정하는 볼록한 모양 가장자리부(36)가 예를 들면 외주면의 아래 가장자리에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

로터 마그넷(40)은 로터 요크(30)의 외주벽(32)의 내주면에 접착제 등으로 장착된 링 모양의 부재로서, 예를 들면 네오디뮴 마그넷(neodymium magnet) 등의 영구자석이 이용된다. 이 로터 마그넷(40)은 임펠러(20)의 아래쪽에서 이 로터 마그넷(40)의 내주 측에 배치된 모터 스테이터(70)에 대향하는 위치에 설치되고, 그 모터 스테이터(70)와 협동하여 임펠러(20)에 회전 구동을 발생시킨다. 본 발명에서는 외주 측에 위치하는 로터 마그넷(40)이 회전하는 아우터 로터형의 모터가 바람직하게 이용된다.

이렇게 하여 구성된 임펠러(20)는 축(41)에 고정되고, 그 축(41)은 베어링 부재(50)에 축 받음 되어 있다. 베어링 부재(50)의 형태는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 도 1 및 도 2에 나타내는 볼 베어링이 바람직하게 이용되지만, 도시하지 않는 슬리브관으로 하여도 좋다.

케이스 부재(60)는 뚜껑 부재(10)와 협동하여 공간을 구성하고, 그 공간 내에는 임펠러(20)가 수용되어 있다. 케이스 부재(60)는 유체를 흡입하는 흡입구(61)와, 임펠러(20)의 회전에 의해 와류가 된 유체를 이송하는 유체 통로(63)와, 유체를 배출하는 배출구(62)를 가지고 있다. 또한, 케이스 부재(60)나 뚜껑 부재(10)의 재질은 특히 한정되지 않지만, 소형 경량화의 관점에서는 알루미늄 또는 그 합금 등의 경금속이나 내열 플라스틱(PPS)을 이용하는 것이 바람직하다.

케이스 부재(60)와 뚜껑 부재(10)로 구성되는 유체 통로(63)는 블레이드(22)의 주변을 둘러싸도록 넓은 폭으로 형성되고 있고, 그 유체 통로(63)의 단면은 그 블레이드(22)의 바깥쪽을 넓게 둘러싸는 크기로 형성되어 있다. 도 2에 나타내는 형태예에서는, 블레이드(22)를 대략 중앙에 배치하여 이루어지는 대략 타원 형상의 유체 통로(63)가 형성되어 있다. 이 유체 통로(63)의 양단에는 흡입구(61)와 배출구(62)가 설치되어 있다. 본 발명에 있어서, 임펠러(20)를 회전시키면, 블레이드(21)를 구성하는 홈(23) 내에 존재하는 유체는 원심 작용에 의해 유체 통로(63) 내로 압축되도록 흐르고, 반대로, 유체 통로(63) 내에 존재하는 유체는 블레이드(21)내로 흡입되도록 흘러, 와류를 형성하면서 흡입구(61)로부터 배출구(62)로 향하여 이송된다. 그 결과, 통상, 흡입구(61) 근방의 유체 통로(63)는 부압 상태가 되어 있어, 배출구(62) 근방의 유체 통로(63)는 가압 상태가 되어 있다.

임펠러(20)를 수용한 케이스 부재(60) 위에는 뚜껑 부재(10)를 장착하고, 뚜껑 부재(10)와 케이스 부재(60)로 구성되는 공간을 밀폐한다. 케이스 부재(60)에 대한 뚜껑 부재(10)의 장착은 각종의 수단을 채용할 수 있지만, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 소형화 및 박형화의 관점에서는, 뚜껑 부재(10)를 케이스 부재(60)에 용착하는 것이 바람직하다. 용착 방법으로서는, 예를 들면, 뚜껑 부재(10)에 맞닿는 가장자리면(92)에 용착대(溶着代)(91)가 형성된 케이스 부재(60)를 이용하여, 그 케이스 부재(60) 위에 뚜껑 부재(10)를 실어, 뚜껑 부재(10)의 위쪽으로부터 용착대(91)에 따라서 레이저(예를 들면 YAG 레이저 등)를 조사하여, 뚜껑 부재(10)와 케이스 부재(60)의 용착대(91)를 용착하는 방법을 바람직하게 들 수 있다. 또, 다른 용착 수단으로서는 초음파 용착을 채용할 수도 있다. 용착대(91)의 치수는 특히 한정되지 않지만, 전체적인 소형화·박형화를 고려하면, 폭 0.5mm 이상 2.5mm 이하, 높이 0.05mm 이상 0.15mm 이하의 치수를 예시할 수 있다.

이와 같이, 뚜껑 부재(10)를 용착에 의해 장착한 장착 구조는, O링을 이용한 종래의 나사 고정 구조와 같은 박형화에 불리한 구조가 아니고, 와류 펌프 전체적으로의 박형화를 실현할 수 있지만, 치수에 여유가 있으면, 종래와 같은 O링이나 시트 모양의 씰 부재(실리콘 시트 등)를 이용한 방법이나, 압입(壓入) 방법이나, 접착제를 이용한 접착 방법 등을 채용해도 상관없다.

또한, 도 1에 있어서는 본 발명의 와류 펌프(1)를 다른 부재(도시하지 않는 기판 등)에 볼트·너트 등으로 장착하기 위한 관통 구멍(90)이 형성되고 있는 예를 나타내고 있지만, 와류 펌프(1)의 고정 수단은 특히 한정되지 않는다.

모터 스테이터(70)는 케이스 부재(60) 아래에서 로터 마그넷(40)의 내주 측에 배치되어 있다. 모터 스테이터(70)를 구성하는 스테이터 요크(71)는 권선 코일 형성용의 권선부, 즉 돌극부(711)가 소정의 간격으로 설치되고 있고, 그 권선부에는 권선 코일(72)이 형성되고 있다. 본원에서는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 9개의 권선부가 균등 배치된 예를 나타내고 있다. 이 모터 스테이터(70)의 돌극부(711)의 외주면은 로터 마그넷(40)의 대향 위치에 배치되고, 그리고, 임펠러(20)의 진동을 억제할 수 있도록, 로터 마그넷(40)의 두께 방향의 중심 위치 쪽이 요크(71), 즉 돌극부(711)의 두께 방향의 중심 위치보다 약간 위쪽에 배치되어 있다. 또한, 요크(71)의 크기는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 케이스 부재(60)의 아래 공간에 수납되는 크기이며, 그 재질은 상기 임펠러(20)의 로터 요크(30)와 같은 자성 재료인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 특징적인 구성인, 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면에 접착되는 접착제(69)의 접착 형태에 대해 설명한다. 케이스 부재(60)의 쓰러스트 방향의 벽(쓰러스트 방향 벽(66)이라고 한다.)은, 와류 펌프의 박형화를 보다 한층 실현시키기 위해서, 예를 들면 두께가 0.2mm 이상 1.0mm 미만 정도의 두께로 설계된다. 얇은 쓰러스트 방향 벽(66)을 이와 같이 얇게 하면, 임펠러(20)의 회전중의 미세진동이 얇은 벽의 쓰러스트 방향 벽(66)과 공진하여 큰 노이즈가 발생하고, 와류 펌프가 휴대 기기 등에 이용되는 경우에 있어서는 특히 중대한 문제가 된다. 본 발명에서는, 도 2 ~ 도 5에 나타내는 바와 같이, 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면(65)이 모터 스테이터와 접착 고정되어 있도록 구성하고, 또는, 접착제(69)로 덮여 있도록 구성하여 상기한 문제를 해결하고 있다.

즉, 본 발명은, 바람직하게는, 접착제(69)가 케이스 부재(60)의 모터 스테이 터 측의 면(65)을 틈새 없이 덮도록 하는 것에 의해, 얇은 쓰러스트 방향 벽(66)의 강도를 증가하고, 임펠러(20)에 회전중의 미세진동이 생겨도, 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진이 생기지 않도록 하고 있다. 접착제(69)는 모터 스테이터 측의 면(65)(이하, 「벽면(65)」이라고 한다.)을 틈새 없이 덮는 것이 바람직하고, 이 경우, 「틈새 없이 덮는」은, 벽면(65)에 모터 스테이터(70)의 구성 부재인 권선 코일(72)이 접촉하고 있지 않은 경우에는, 접착제만이 벽면(65)을 틈새 없이 덮는 것을 의미하며, 또, 벽면(65)에 모터 스테이터(70)의 구성 부재(예를 들면 권선 코일(72))가 접촉하고 있는 경우에는, 접착제(69)를 비집고 들어갈 수 없는 권선 코일(72)과 벽면(65)과의 접촉부 이외의 부위를 틈새 없이 덮는 것을 의미하고 있다.

이 접착제는 모터 스테이터(70)를 케이스 부재(60)의 아래쪽 공간에 충전되어 고정하기 위해서 사용되는 것으로, 예를 들면 에폭시계나 아크릴계 등의 각종 접착제를 사용할 수 있고, 또, 1액성이나 2액성의 반응형의 접착제나, 광경화형의 접착제 등, 종류는 묻지 않는다. 요점은, 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면(65)을 틈새 없이 덮을 수 있도록, 접착제의 점도 등을 조제하는 것이 중요하다.

통상은, 도 3(A)(B)에 나타내는 바와 같이, 벽면(65)에 모터 스테이터(70)의 권선 코일(72)이 눌러 닿을 때까지 케이스 부재(60)의 아래쪽 공간에 모터 스테이터(70)를 밀어 넣고, 그 후, 권선 코일(72) 사이의 틈새로부터 접착제(69)를 흘러 넣어, 접착제(69)가 벽면(65)에 남김없이 널리 퍼지도록 한다. 또한, 모터 스테이터(70)는 케이스 부재(60)의 외주 방향의 벽(래디얼 방향 벽(67)이라고 한다.) 및/또는 케이스 부재(60)의 축 방향의 벽(축 방향 벽(68)이라고 한다.)에 맞닿은 상태 로 압입하므로, 통상은 접착제를 이용하지 않아도 어긋나지 않기 때문에, 접착제(69)의 충전중 또는 경화중에 어긋나지 않는다.

이렇게 하여 벽면(65)을 덮는 접착제(69)는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 모터 스테이터(70)를 구성하는 요크(71)의 위치, 즉, 돌극부(711)의 위치까지 덮도록 하고, 돌극부(711)의 전체가 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면(65)에 접착제(69)에 의해 접착 고정되어 있어도 좋다. 또, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 모터 스테이터(70)를 구성하는 요크(71) 위치 미만의 얇은 두께, 즉 권선 코일(72)만이 접착제(69)에 의해 케이스 부재(60)의 모터 스테이터 측의 면(65)에 접착 고정되게 덮도록 하여도 좋고, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 모터 스테이터(70) 전체를 덮도록 하여도 좋다. 접착제(69)의 사용에 의해 모터 스테이터(70)를 케이스 부재(60)의 아래쪽 공간에 고정하기 위해서는, 접착제를 각 권선 코일(72) 마다, 또는, 각 권선 코일(72) 및 돌극부(711) 마다, 각 여러 개소에 적하(滴下)하도록 하여도 좋지만, 얇은 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진을 확실히 억제하기 위해서는, 벽면(65)의 노출부를 없게 하고, 벽면(65)에는 적어도 접착제(69)나 모터 스테이터(70)의 구성 부재가 접촉한 형태로 해두는 것이 바람직하다. 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진을 확실히 방지하도록 하기 위해서는, 접착제(69)의 두께는 쓰러스트 방향 벽(66)의 두께를 포함해 1.0mm 이상의 두께로 벽면(65)을 덮는 것이 바람직하다.

또한, 케이스 부재(60)의 공진은 주로 쓰러스트 방향 벽(66)에서 생기므로, 그 이외의 래디얼 방향 벽(67)과 축 방향 벽(68)을 덮는 접착제에 대해서는 특히 한정되지 않고, 각종의 접착 형태를 취할 수 있다. 이상과 같이 구성한 와류 펌프(1)는 펌프 전체로서의 박형화를 실현할 수 있어, 장기간 안정된 회전 동작을 유지할 수 있는 박형의 와류 펌프를 제공할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 상기한 도 5에 나타내는 형태는 접착제(69)가 모터 스테이터(70)를 덮도록 충전된 것이지만, 도 6은 모터 스테이터(70)가 매립되어 이루어지는 일체형(매입형이라고도 할 수 있다.)의 케이스 부재(75)를 가지는 형태의 일례를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 와류 펌프는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 모터 스테이터(70)를 케이스 부재와 일체화시킨 「일체형의 케이스 부재(75)」를 와류 펌프(1)의 구성 부재로서 이용할 수도 있다. 이 일체형의 케이스 부재(75)는, 통상, 일체 성형에 의해 형성된 것으로, 소정 형상으로 이루어지는 사출성형용 금형을 준비하고, 그 사출성형용 금형 내에 모터 스테이터(70)를 세트하며, 그 후, 성형 수지를 주입 게이트로부터 금형 내에 사출하여 얻을 수 있다. 따라서, 도 6에 나타내는 일체형의 케이스 부재(75)는 도 5의 형태에 있어서의 접착제(69)가 케이스 부재(60)의 구성 수지와 같게 된 형태와 같은 형태를 나타내는 것이다. 또한, 이 형태의 와류 펌프 외 구성은, 도 1 등을 이용하여 설명한 것과 동일하므로, 여기서는 같은 번호의 부호를 이용하여 그 설명을 생략한다.

이 일체형의 케이스 부재(75)를 이용한 와류 펌프는, 상기와 마찬가지로, 유체(기체나 액체)를 흡입구(61)로부터 도입하여 배출구(62)로부터 배출하는 펌프로서, 외주에 복수의 블레이드(22)를 가지고, 내주에 로터 마그넷(40)이 설치된 임펠 러(20)와, 임펠러(20)의 중심에 고정된 축(41)과, 축(41)의 외주에 배치된 베어링 부재(50)(볼 베어링(50a, 50b))와, 임펠러(20)의 아래쪽에서 로터 마그넷(40)의 내주 측에 설치된 모터 스테이터(70)와, 흡입구(61) 및 배출구(62)를 가지고, 임펠러(20)를 수용함과 동시에 모터 스테이터(70)가 매립되어 이루어지는 일체형의 케이스 부재(75)와, 임펠러(20)를 수용하는 일체형의 케이스 부재(75)의 위쪽에 설치되는 뚜껑 부재(10)를 구비하고 있다.

이 형태로 이루어지는 와류 펌프의 특징은 일체형의 케이스 부재(75)를 가지고, 임펠러(20)와 모터 스테이터(70)를 구획하는 측의 일체형의 케이스 부재(75)의 벽(쓰러스트 방향 벽)(66)의 두께 T가, 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진을 막을 수 있는 두께로 되어 있는 것이다. 쓰러스트 방향 벽(66)의 두께 T는, 도 6에 나타내는 형태의 일체형의 케이스 부재(75)에 있어서는, 모터 스테이터(70)의 임펠러 측의 권선 코일(72)의 벽면(65)과, 임펠러(20)에 대향하는 측의 면과의 거리로 나타낸다. 이 실시 형태로 이루어지는 와류 펌프는, 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진이 발생하지 않고, 쓰러스트 방향 벽(66)의 두께 T가 얇은 경우에 있어서도, 쓰러스트 방향 벽(66)의 공진을 막을 수 있으므로, 와류 펌프의 소형화, 박형화를 실현할 수 있다.

다음으로, 바퀴 모양의 볼록부(31, 32, 55, 56)에 대해 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 베어링 부재(50)인 볼 베어링의 외륜을 포함한 위치로부터 외주 측에 있어서, 적어도, 임펠러(20)의 모터 스테이터 측의 하면에는, 축(41)을 중심으로 한 바퀴 모양의 볼록부(31, 32, 55, 56)가 설치되고 있다. 이 바퀴 모양의 볼 록부는, 베어링 부재(50)이 그리스 등의 윤활제를 가지는 경우에, 그 윤활제가 임펠러(20)의 외주 방향으로 증산(蒸散) 또는 비산(飛散)하는 것을 막는 씰 효과를 나타낸다. 여기서, 「적어도」라고 한 것은, 바퀴 모양의 볼록부가, 임펠러(20)의 모터 스테이터 측의 하면에 설치되어 있는 경우뿐만 아니라, 임펠러(20)의 모터 스테이터 측의 하면 및 해당면에 대향하는 부재의 면의 양쪽에 설치되어 있는 경우를 포함하기 때문이다.

바퀴 모양의 볼록부는, 적어도, 임펠러(20)의 모터 스테이터 측의 하면에 l개(볼록부 31 또은 볼록부 32) 설치되어 있으면 좋지만, 특히, (1) 볼록부 3l, 55 또는 볼록부 32, 56과 같이, 적어도 한 쌍의 볼록부가 대향하여 설치되어 있는 것이 바람직하고, (2) 대향하여 설치된 볼록부가, 도 2에 나타내는 바와 같이, 2개 이상 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 바퀴 모양의 볼록부(31, 32, 55, 56)는, 상기와 같이, 윤활제의 증산 또는 비산을 막는 씰 효과를 나타냄과 동시에, 축(41)에 유체가 침수하는 것을 막는 효과도 있다.

구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 임펠러(20)를 구성하는 원반 모양의 로터 요크(30)의 모터 스테이터 측의 하면에는, 바퀴 형상으로 이루어지는 2개의 볼록부 31, 32가 소정의 간격(예를 들면, 1mm 간격)으로 형성되어 있다. 한편, 그 볼록부 31, 32에 대향하는 측에는, 그 볼록부 31, 32 각각 대향하는 위치에, 그 볼록부 31, 32와 같은 바퀴 형상으로 이루어지는 2개의 볼록부 55, 56이 소정의 간격(예를 들면, 1mm 간격)으로 형성되고 있다. 볼록부 31, 55 사이의 틈새 및 볼록부 32, 56 사이의 틈새는, 각각 200m 정도이다. 볼록부 31, 32, 55, 56에 둘러싸인 공간 58 및 59의 공간은 씰부(590)으로서 기능하고 있다. 이 씰부(590)에는, 상기와 같이 그리스 등의 윤활제를 충전하는 것이 바람직하다. 상기 공간 58에 그리스 등의 윤활제를 충전해 두면, 내측의 베어링 부재 측에서부터의 윤활제의 증발이나 비산을 막을 수 있음과 동시에, 외측으로부터의 유체의 침수, 바람직하게는 액체의 침수를 방지할 수 있다. 이러한 씰부(590)는 베어링 부재 측의 공간 59에 충전된 윤활제의 증발이나 비산을 막고, 축 또는 베어링 부재의 윤활성을 양호한 상태로 유지할 수 있음과 동시에, 축(41)에 유체가 침입하는 것을 효과적으로 막을 수 있다.

도 2에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 볼록부 56은 케이스 부재(60)의 로터 요크(30) 측의 면에 바퀴 모양으로 형성되고, 볼록부 55는 케이스 부재(60)의 베어링 부재(50) 측의 면에 장착된 링 부재(54)의 상단에 의해 구성되어 있다.

또한, 도 2에 있어서, 씰부(590)는 베어링 부재 또는 그 근방에 형성되고 있지만, 그 이외의 부위, 예를 들면 로터 요크(30)의 가장자리 방향의 중간쯤이나 외주 측에 볼록부를 형성한 것은, 임펠러(20)의 진동이나 기울기에 대해서는 바람직하고, 특히 외주일수록 효과가 있다. 그러나, 통상은, 도 2에 나타내는 바와 같이 베어링 부재 또는 그 근방에 형성되고 있는 경우가 바람직하고, 그 이유는, 그러한 부위에 볼록부를 형성하는 것이 부재 두께의 관계 등에 의해 비교적 용이하게 있기 때문이고, 또, 씰부(590)의 그리스 등이 회전의 저항이 되어 부하가 걸려, 낮은 전력인 효율적인 회전 동작이 방해할 수 있기 때문이다.

또, 상기의 실시 형태에서는, 바퀴 모양의 볼록부를 설치하는 형태를 바람직 한 형태로서 설명하고 있지만, 볼록부 또는 오목부를 복수 조합한 래비린스(labyrinth) 구조로 하여도 좋다.

다음으로, 베어링 부재(50)으로서 볼 베어링을 이용한 경우에 있어서의, 본 발명의 효과에 대해 설명한다. 도 7은 겹친 2개의 볼 베어링 50a, 50b로 이루어지는 베어링 부재(50)에 가하는 예압 F의 설명도이다. 볼 베어링 50a, 50b의 외주측 링은 케이스 부재(60)의 베어링 부재(50) 측에 설치된 링 부재(54)에 접착 등으로 고정되고, 볼 베어링 50a, 50b의 내주측 링은 축(41)에 고정되어 있다.

상술한 바와 같이, 로터 마그넷(40)의 두께 방향의 중심 위치 쪽이 요크(71)의 두께 방향의 중심 위치보다 약간 위쪽에 배치되어 있으므로, 임펠러(20)는 그 회전에 의해 아래쪽으로 향하는 힘 F가 작용한다. 이 힘 F는 축(41)을 아래쪽으로 눌러 내리도록 작용하므로, 그 축(41)에 고정된 볼 베어링 50a, 50b의 내주 측 링에도 아래쪽으로 눌러 내리는 힘 F1, F3이 작용한다. 또한, 볼 베어링 50a, 50b를 구성하는 볼에도 아래쪽으로 눌러 내리는 힘 F2, F4가 작용한다.

상기한 힘 F1, F3 및 힘 F2, F4의 작용에 의해, 볼 베어링 50a, 50b를 구성하는 내주 측 링과 볼과의 위쪽 접촉부 P, R에 부하(예압)가 걸리고, 또, 볼 베어링 50a, 50b를 구성하는 외주 측 링과 볼과의 아래쪽 접촉부 Q, S에 부하(예압)가 걸린다. 위쪽 접촉부 P, R과 아래쪽 접촉부 Q, S에 걸리는 부하(예압)는, 볼 베어링 50a, 50b의 회전을 안정시키므로, 반동이 일어나지 않는 회전 동작을 실현할 수 있다.

도 7에 나타내는 형태로 이루어지는 베어링 부재(50)는, 상하 방향의 길이 L 과 내경 D와의 비(L/D)는, 일반적으로는 2이상 이지만, 본 발명의 와류 펌프는 위쪽 접촉부 P, R와 아래쪽 접촉부 Q, S에 걸리는 부하(예압)의 작용에 의해, 임펠러(20)의 회전을 안정화시킬 수 있고, 게다가 소형 경량화할 수 있으므로, L/D를 2.0 미만으로 하는 것도 가능하다(물론 2.0 이상으로도 좋다).

본 발명의 와류 펌프에 의하면, 케이스 부재의 모터 스테이터 측의 면을 구성하는 쓰러스트 방향 벽의 두께가 얇은 경우에 있어서도, 임펠러의 회전중의 미세진동이 얇은 벽의 쓰러스트 방향 벽과 공진하여 생기는 노이즈의 발생을 방지할 수 있음과 동시에, 펌프 전체적으로서의 박형화를 실현할 수 있으므로, 장기간 안정된 회전 동작을 유지할 수 있는 박형의 화류 펌프를 제공할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 노트북 컴퓨터 등의 휴대 기기의 CPU 냉각용의 펌프나 연료 전지용의 박형의 장수명 펌프로서 바람직하게 이용할 수 있다.

Claims

외주에 복수의 블레이드(blade)를 가지고, 내주에 로터 마그넷(rotor magnet)이 설치된 임펠러(impeller)와, 상기 임펠러의 중심에 고정된 축과, 이 축의 외주에 배치된 베어링 부재와, 상기 로터 마그넷의 내주 측에 설치된 모터 스테이터(motor stator)와, 흡입구 및 배출구를 가지고, 상기 임펠러를 수용함과 동시에 이 임펠러 및 상기 모터 스테이터를 구획하는 케이스 부재를 구비하는 와류(渦流) 펌프에 있어서,

상기 케이스 부재의 쓰러스트 방향 벽의 모터 스테이터 측의 면이 상기 모터 스테이터를 이 면에 접착하는 접착제로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 1에 있어서,

상기 임펠러와 상기 모터 스테이터를 구획하는 측의 케이스 부재의 벽 두께가 0.2mm 이상 1.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 1에 있어서,

상기 베어링 부재가 볼 베어링이고, 이 볼 베어링의 외륜(外輪)을 포함하는 위치로부터 외주 측에 있어서 상기 임펠러의 상기 모터 스테이터 측의 하면에는 상기 축을 중심으로 한 바퀴 모양의 볼록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 임펠러를 수용하는 상기 케이스 부재의 위쪽에 설치된 뚜껑 부재가 이 케이스 부재에 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
외주에 복수의 블레이드를 가지고, 내주에 로터 마그넷이 설치된 임펠러와, 상기 임펠러의 중심에 고정된 축과, 이 축의 외주에 배치된 베어링 부재와, 상기 로터 마그넷의 내주 측에 설치된 모터 스테이터와, 흡입구 및 배출구를 가지고, 상기 임펠러를 수용함과 동시에 이 임펠러 및 상기 모터 스테이터를 구획하는 케이스 부재를 구비하는 와류 펌프에 있어서,

상기 모터 스테이터는 상기 케이스 부재의 쓰러스트 방향 벽의 상기 모터 스테이터와 대향하는 면에 접착제로 접착 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 5에 있어서,

상기 모터 스테이터는 권선(捲線) 코일이 형성된 돌극부(突極部)를 가지고, 적어도 모든 상기 권선 코일은 상기 케이스 부재의 상기 모터 스테이터와 대향하는 면에 접착제로 접착 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 6에 있어서,

모든 상기 권선 코일과 상기 돌극부는 상기 케이스 부재의 상기 모터 스테이 터와 대향하는 면에 접착제로 용착 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 6에 있어서,

상기 임펠러와 상기 모터 스테이터를 구획하는 측의 케이스 부재의 벽 두께가, 0.2mm 이상 1.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 8에 있어서,

상기 모터 스테이터는 권선 코일이 형성된 돌극부를 가지고, 모든 상기 권선 코일과 상기 돌극부는 수지(樹脂)에 의해 매립되어 상기 케이스 부재와 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 6에 있어서,

상기 베이링 부재가 볼 베어링이고, 이 볼 베어링의 외륜을 포함하는 위치로부터 외주 측에 있어서 상기 임펠러의 상기 모터 스테이터 측의 하면에는, 상기 축을 중심으로 한 바퀴 모양의 볼록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 1에 있어서,

상기 쓰러스트 방향 벽의 모터 스테이터 측의 면은 환상(環狀)의 凹부의 바닥인 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 5에 있어서,

상기 쓰러스트 방향 벽의 모터 스테이터 측의 면은 환상의 凹부의 바닥인 것을 특징으로 하는 와류 펌프.
청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,

상기 복수의 블레이드는 상기 임펠러의 쓰러스트 방향의 양측 모두에 형성된 것을 특징으로 하는 와류 펌프.