KR20050083559A - 동압 베어링형 펌프 - Google Patents

Abstract

축을 래디얼 방향으로 회전자재로 할 수 있음과 동시에, 동압 베어링은 유체의 펌핑 압력을 확실하게 발생 할 수 있고，소형화를 도모하는 동압 베어링형 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

　이 때문에 본체내의 유체의 유체 통로내에 배치되어 유입구(11)로부터 유체를 유입시키고 유출구(12)로부터 유출시키는 동압을 발생하는 회전부(121)를 구비하고，회전부(121)는，축 14와，축을 회전하면 유입구에서 유체를 유입시키고 유출구에서 유출시키는 동압을 발생시키는 동압 베어링(13)과，본체내에 배치되어，통전하는 것으로서 축을 회전시키는 회전력 발생부(133)을 갖고，동압 베어링은, 유입구측 근처에 형성되는 제 1 동압 발생구(15)와 ，유출구측 근처에 형성되는 제 2 동압 발생구(16)을 갖고，제 1 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 1 동압은，제 2 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 2 동압보다도 작게 하도록 한 것이다．

Description

동압 베어링형 펌프 {Hydrodynamic bearing-type pump}

본 발명은, 유체를 유출시키기 위한 동력원으로서의 동압 베어링형 펌프에 관한 것이다．

유체를 유출시키기 위한 펌프는, 예를 들면 인공 심장에 사용되고 있다. (예를 들면 특공평 6－10208　7호 공보(제 3페이지 내지 제 5페이지，도 5 참조))

도 1은 본 발명의 동압 발생 베어링형 펌프가 바람직한 실시의 형태를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 펌프의 베어링의 일부분을 확대하여 나타내는 도이다.

도 3은 도 2의 축의 제 1 동압 발생구와 제 2 동압 발생구의 형상례(形狀例)를 나타내는 도이다.

도 4는 본 발명의 펌프가 적용되어 있는 연료전지의 예를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 펌프가 적용되고 있는 C P U 냉각 장치의 예를 나타내는 사시도이다.

도 6은 종래의 펌프의 단면 구조를 나타내는 도이다.

도 7은 도 6의 종래의 펌프의 동압 발생부를 나타내는 사시도이다．

* 부호의 설명

10 ···동압 베어링펌프

11 ···유체의 유입구

12 ···유체의 유출구

13 ···동압 베어링

14 ···축

15 ···제 1 동압 발생구

16 ···제 2 동압 발생구

17 ···스러스트 베어링

18 ···로터 마그넷

120 ···본체

121 ···회전부

130 ···유체 통로

133 ···회전력 발생부

300 ···코일

상술한 종래의 펌프는, 도 6에 도시하고 있고, 도 7은, 도 6의 종래의 펌프의 동압 베어링을 나타내고 있다.

도 6에 있어서, 종래의 펌프(310)는, 래디얼, 스러스트(thrust) 방향의 동압 발생구를 구비한 동압축(320)과 로터 마그넷(322)을 갖고 있다. 동압축(320)과 로터 마그넷(322)은 일체 회전하고, 또한 로터 마그넷(322)을 구동하기 위한 전기자 코일(323)도 펌프 격벽(324)내에 배치되어 있다.

종래의 펌프(310)는, 동압 베어링(321)에 펌핑(pumping)하기 위한 압력 발생 수단과 로터 마그넷(322)을 래디얼 방향, 스러스트 방향에 회전 자재로 지지하는 수단을 아울러 가지고 있다.

또，전기자 코일(323)과 로터 마그넷(322)이, 펌프 격벽(324) 내에 배치되어 있기 때문에, 언뜻 보기에, 유체의 누설은 없고，신뢰성이 우수한것 처럼 보인다.

그러나，종래의 펌프(310)에는, 이하와 같은 결점이 있다.

탑재되어 있는 동압 베어링(321)은, 로터 마그넷(322)과 일체가 되고，슬리브(sleeve)(331)에 의해，회전자재로 지지되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이 동압 베어링(321)은, 래디얼 방향을 지지하는 하나의 동압 발생구(332)와, 스러스트 방향을 지지하는 동압 발생구(333)를 구비하고 있고, 래디얼 방향, 스러스트 방향으로 함께 유지하는 구성이다.

로터 마그넷 (322)은 스러스트 방향의 동압 베어링(333)에 의해 지지하고 있으므로, 소경화(小徑化)가 곤란하다는 결점이 있다.

여기에서, 동압 베어링(321)이 회전하여 동압을 발생하고, 유체를 펌프의 외부로 도 7의 화살표 A로 보내기 위해서는，유입측의 스러스트 방향의 동압 발생구(333)의 동압 Pd(333)가, 유출측의 래디얼 방향의 동압 발생구(332)의 동압 Pd(332)보다, 항상 작지 않으면 안된다.

예를 들면，같은 동압을 발생한다면，동압 베어링(321)은, 단지, 유체를 동압 베어링(321) 내부로 끌어들일뿐, 이동시키는 것은 할 수 없고, 만약, 역으로 유출측의 동압 Pd(332)가 작아져 버리면, 유체는 역으로 흘러 버리게 된다.

그러나，종래의 펌프(310)로는, 동압 발생의 대소 관계의 규정과, 동압의 조정 방법에 대해서 전혀 고안되고 있지 않다.

또, 우연히 유입측의 동압 발생구(333)측의 동압 Pd(333)가, 작게 설정되고，유체가 유출측 화살표 A 방향으로 흐른 경우에는, 슬리브(331)는, 동압의 낮은측에서 높은측으로 이동하므로, 결과로서 동압 베어링(321)은, 정위치에 지지되는 것이 곤란하다는 결점이 있다.

즉 실제로 사용하기 위해서는, 예를 들면, 피보트(pivot) 베어링을 배치하는 것이나, 동압 발생구(333)의 뒤쪽에도 동압 발생구를 설치하는 등, 동압 베어링(321)을 축방향에 고정하는 어떠한 수단이 필요하게 된다. 그러나 종래의 펌프에는, 이러한 수단을 설치하는 것은 불가능하다.

상기 말한 것처럼, 종래의 동압 베어링형 펌프 내에 설치된 동압 베어링에는, 실제 사용에 견딜수 없다라는 결점을 가지고 있다.

또, 종래에서는 로터 마그넷(333), 전기자 코일(323)이 함께, 펌프 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있지만, 규소 강판등에 의해 형성되어 있는 많은 전기자 코일(323)은 당연 통전이 필요하며, 녹슬기 쉽고, 액체내에 배치하는 것은 적당하지 않다.

또 로터 마그넷(322)도 금속인것이 많고, 녹슬 가능성이 높아서, 단순히 액체내에 배치하는 것은 적당하지 않다.

또한, 종래에서는, 모터를 내부에 배치하기 위해, 펌프의 외벽은, 원통부(325)와 격벽(324)들의 여러 부재를 편성하여, 액체가 누설하지 않도록, 원통부(325)와 격벽(324)과의 체결부를 완전하게 밀폐하는 것은 곤란하며, 신뢰성이 부족하게 되어 버린다.

그래서 본 발명은 상기 과제를 해소하고, 축이 회전하는 것에 의해 동압을 발생하는 것으로, 축을 래디얼 방향으로 회전자재로 할 수 있는 동시에, 동압 베어링은 유체의 펌핑(pumping) 압력을 확실하게 발생할 수 있고, 소형화를 도모할 수 있는 동압 베어링형 펌프를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 축이 회전함으로써 동압을 발생하여 유체를 유출시키기 위한 동압 베어링형 펌프이며, 일단부는 유체의 유입구를 갖고, 다른 단부에는 상기 유체의 유출구를 갖는 본체와, 상기 본체내의 상기 유체의 유체 통로내에 배치되어 상기 유체의 유입구에서 상기 유체를 유입시키고 상기 유체의 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생하는 회전부를 구비하고, 상기 회전부는, 축과, 상기축을 회전하면 상기 유체의 유입구에서 상기 유체를 유입시키고 상기 유체의 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생시키는 동압 베어링과, 상기 본체내에 배치되어, 통전하는 것으로써 상기축을 회전시키기 위한 회전력 발생부를 갖고, 상기 동압 베어링은, 상기 유체의 유입구측 근처에 형성된 제 1 동압 발생구와, 상기 유체의 유출구측 근처에 형성된 제 2 동압 발생구를 갖고, 상기축이 회전할 때에 상기 제 1 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 1 동압은, 상기 제 2 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 2 동압보다도 작은 것을 특징으로 하는 동압 베어링형 펌프이다.

이와 같이 본 발명에 있어서, 본체의 일단부는 액체의 유입구를 갖고 있다. 본체의 다른 일단부에는 액체의 유출구를 갖고 있다.

회전부는, 본체내의 유체의 유체 통로내에 배치되어 있다. 이 회전부는, 유체의 유입구에서 유체를 유입시키고 유체를 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생시킨다.

회전부의 동압 베어링은, 회전부의 축을 회전하면 유체의 유입구에서 유체를 유입시키고 유체를 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생시킨다. 회전력 발생부는, 본체내에 배치되어 있고, 통전하는 것으로 축을 회전시키는 구동부이다.

동압 베어링은 제 1 동압 발생구와 제 2 동압 발생구를 갖고 있다. 제1 동압 발생구는, 유체의 유입구측 근처에 형성되어 있다. 동압 베어링의 제 2 동압 발생구는, 유체의 유출구측 근처에 형성되어 있다.

제 1 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 1 동압은, 제 2 동압 발생구가 래디얼 방향에 관하여 발생하는 제 2 동압보다도 작게 되어 있다.

이것에 의해, 동압 베어링은, 축을 래디얼 방향으로 회전자재에 지지하는 역할과, 유체의 펌핑 압력을 발생하는 역할을 겸하고 있다. 즉, 제 1 동압이 제 2 동압보다도 작은 것으로, 펌핑 압력을 확실하게 발생하여 유체가 유체의 유입구에서 유체의 유출구를 뺄 수 있고 유체 통로를 통과하여 확실하게 유체를 한방향으로 이동시켜서 유출시킬 수 있다.

동압 베어링이 축을 래디얼 방향으로 회전자재에 지지하는 역할과, 유체의 펌핑 압력을 발생하는 역할을 겸하고 있기 때문에, 동압 베어링형 펌프의 소형화가 도모되어진다.

또 본 발명은, 상술의 동압 베어링형 펌프에 있어서, 상기축의 단부는, 상기 본체내의 스러스트 베어링에 대하여 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지되어 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 축의 단부는, 본체내의 스러스트 베어링에 대하여 스러스트 방향으로 회전가능하게 지지되어 있다.

이것에 의해, 축은 그 축방향에 관하여 확실하게 회전하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술의 동압 베어링형 펌프에 있어서, 상기 제 1 동압 발생구의 상기축의 축방향에 관하는 폭은, 상기 제 2 동압 발생구의 상기축의 축방향에 관한 폭과 비교하여 작다.

이러한 본 발명으로는, 제 1 동압 발생구의 축의 축방향에 관한 폭은, 제 2 동압 발생구의 축의 축방향에 관하는 폭과 비교하여 작게 설정되어 있다.

이와 같은 것으로, 제 1 동압은, 제 2 동압보다도 작게 하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술의 동압 베어링형 펌프에 있어서, 상기축의 상기 유체의 유입구측 근처 부분의 직경은, 상기축의 상기 유체의 유출구측 근처 부분의 직경보다도 작다.

이러한 본 발명에 있어서, 축의 유체의 유입구측 근처 부분의 직경은, 축의 유체의 유출구측 근처 부분의 직경보다도 작게 설정되어 있다.

이것에 의해, 제 1 동압은 제 2 동압보다도 또한 작게 하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술의 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 제 1 동압 발생구의 홈 깊이는, 상기 제 2 동압 발생구의 홈 깊이보다도 얕다.

이러한 본 발명에 있어서, 제 1 동압 발생구의 홈 깊이는, 제 2 동압 발생구의 홈 깊이보다도 얕게 되어 있다.

이것에 의해, 제 1 동압은, 제 2 동압보다도 또한 작게 하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술의 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 제 1 동압 발생구와 상기 제 2 동압 발생구는, 헤링본(herring bone) 홈이며, 상기 제 1 동압 발생구의 유입각은, 상기 제 2 동압 발생구의 유입각과 비교하여 크다.

이러한 본 발명에 있어서, 제 1 동압 발생구와 제 2 동압 발생구는 모두 헤링본 홈이다. 제 1 동압 발생구의 유입각은, 제 2 동압 발생구의 유입각과 비교하여 크게 되어 있다.

이것에 의하여, 제 1 동압은, 제 2 동압과 비교하여 또한 작게 하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 본체내에는, 격벽이 배치되어 있고, 상기 회전력 발생부는, 전기자 코일과, 상기 전기자 코일에 통전하는 것으로서 상기축을 회전시키기 위한 마그넷을 갖고, 상기 전기자 코일은, 상기 본체내이며 상기 격벽의 외부에 배치되어 있고, 상기 마그넷은 상기축의 외주면에 고정되어 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 회전력 발생부의 마그넷은, 회전력 발생부의 전기자 코일에 통전하는 것으로서 자기적인 상호 작용으로 의해 축을 회전시키도록 되어 있다. 전기자 코일은, 본체내이며 격벽의 외부에 배치되어 있다. 마그넷은 축의 외주면에 고정되어 있다.

이것에 의해, 전기자 코일은, 격벽에 의해 유체에서 격리되어 있기 때문에, 전기자 코일이 유체에 노출되지 않는다.

또 본 발명은, 상술 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 마그넷의 표면에는, 상기 마그넷을 상기 유체로부터 피복하기 위한 피복부재가 배치되어 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 마그넷의 표면에는, 마그넷을 유체로부터 피복하기 위한 피복재가 배치되어 있다. 이것에 의해, 마그넷은 유체로부터 지키는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 상술 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 본체는, 상기 격벽의 주위를 덮는 다른 격벽이다.

이러한 본 발명에 있어서, 본체는, 격벽의 주위를 덮는 다른 격벽에 구성되어 있다.

또 본 발명은, 상술 동압 베어링형 펌프에 있어, 상기 동압 베어링의 원통부재는, 소결 금속으로 이루어지며, 상기 유체는 윤활유이다.

이러한 본 발명에 있어서, 동압 베어링의 원통부재는, 소결 금속제이며, 유체는 윤활유이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태의 예를 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.

또한, 이하에 기술하는 실시의 형태는, 본 발명의 매우 적합한 구체적인 예이기 때문에, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 붙어 있지만, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에 있어 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 동압 베어링형 펌프 (이하 펌프라고 부른다)의 바람직한 실시의 형태를 나타내고 있다.

이 펌프(10)는, 유체 공급 대상물(100)에 대해 유체 L을 공급하기 위한 펌프이다.

이 펌프(10)는, 축(14)의 회전을 지지하는 수단과, 유체 L에 대해 펌핑 압력을 발생시키기 위한 압력 발생 수단을 겸하고 있다.

펌프(10)는, 본체(120), 회전부(121)를 구비하고 있다.

본체(120)는, 제 1의 격벽(102)과, 공간 형성 부재(19) 및 최외벽(103)을 갖고 있다. 최외벽(103)은 제 2의 격벽이다. 최외벽(103)은, 제 1의 격벽(102)과 공간 형성 부재(19)를 내부에 수용하고 있다.

본체(120)의 최외벽(103)의 일단부(123)에는, 유체의 유입구(11)가 형성되어 있다. 최외벽(103)의 다른 한 단부(124)에는, 유체의 유출구(12)가 형성되어 있다. 유체의 유입구(11)와 유체의 유출구(12)의 축방향은，서로 조금 빗나가 있다. 유체의 유입구(11)는，본체(120)의 축방향의 중심부를 통과하고 있지만，유체의 유출구(12)는，그 중심부로부터 약간 빗나간 위치에 있다.

제 1의 격벽(102)은，예를 들면 거의 원통형의 부재이다. 제 1의 격벽(102)은，스러스트 베어링(17)을 갖고 있다. 제 1의 격벽(102)은，유체의 유출구(12)에 연결되는 구멍(12A)을 갖고 있다.

제 1의 격벽(102)의 유체의 유입구(11)측의 부분(102A)의 외경(外徑)은，제 1의 격벽(102)의 유체의 유출구(12)측의 부분(102B)의 외경과 비교하여 약간 작게 되어 있다. 제 1의 격벽(102)은，펌프(10) 내의 유체 통로(130)를 형성하고 있다. 이 유체 통로(130)는，유체의 유체의 유입구(11)와 유체의 유체의 유출구(12)에 연결되어 있다.

제 1의 격벽(102)은，예를 들면 놋쇠，스테인리스 등의 금속이나 ，L C P(액정 폴리머), P P S(폴리페닐렌 셀파이드), 폴리아미드, 폴리이미드, P C(폴리카보네이트), P O M（폴리 아세탈)등으로 된 고분자 재료에 의해 만들 수 있다.

공간 형성 부재(19)는，유체의 유체의 유입구(11)측에 설치된 링형의 부재이다. 공간 형성 부재(19)의 중앙에는，유체의 유체의 유입구(11)와 유체 통로(130)를 연결하는 구멍(19A)이 형성되어 있다. 공간 형성 부재(19)는，유체의 누설을 확실하게 방지하기 위한 것이고, 최외벽(103)과 부분(102A)의 단부를 연결하고 있다.

다음에，회전부(121)의 구조에 대해서 설명한다.

회전부(121)는, 본체(120)의 안에 봉입된 형태로 배치되어 있다.

회전부(121)는, 축(14)과, 동압 베어링(13) 및 회전력 발생부(133)를 갖고 있다.

축(13)은, 예를 들면 스테인리스 등의 금속이나 상술한 것 같은 L C P, P P S, 폴리아미드, 폴리이미드, P C 등의 고분자 재료로부터 형성되어 있다. 축(14)의 단부에는 반구면의 단부(14H)가 형성되어 있다. 이 단부(14H)는, 스러스트 베어링(17)에 대하여 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 단부(14H)는, 유체의 유출구(12)측에 위치하고 있다.

축 14는, 제 1 부분(14A)과 제 2 부분(14B) 및 제 3 부분(14C)을 갖고 있다.

제 1 부분(14A)은, 제 3 부분(14C)과 제 2 부분(14B)의 사이에 형성되어 있다. 제 1 부분(14A)의 직경은, 제 2 부분(14B)의 직경 및 제 3 부분(14C)의 직경보다도 작게 되어있다. 즉 유체의 유입구(11)에 가까운 측의 제 1 부분(14A)의 직경은，유체의 유출구(12)측의 제 2 부분(14B)의 직경과 비교하여 작게 설정되어 있다.

도 1에 나타내는 동압 베어링(13)은，원통부재(13A)를 갖고 있다.

원통부재(13A)는, 제 1의 격벽(102)의 내주면에 대해 예를 들면 압입에 의해 고정되어 있다. 원통부재(13A)는, 예를 들면 놋쇠, 스테인리스 등의 금속이나，소결 금속 또는 L C P, P P S, 폴리아미드, 폴리이미드, P C 등의 고분자 재료로 형성되어 있는 부재이다. 이 원통부재(13A)는，특히 바람직하게 소결 금속에 의해 만들 수 있고, 유체는 예를 들면 윤활유나 물이다.

제 1 동압 발생구(15)와 제 2 동압 발생구(16)는, 도 2와 도 3(a)과 도 3(b)에 그 형상을 나타내고 있다.

제 1 동압 발생구(15)와 제 2 동압 발생구(16)는, 원통부재(13A)의 내주면(13B)에 있어서 원주 방향으로 형성되어 있다.

도 2에 있어서는, 제 1 동압 발생구(15)와 제 2 동압 발생구(16)가 원통부재(13A)의 내주면(13B)에 간격을 두고 형성되어 있는 상태를 가리키고 있다.

도 2에 있어, 축(14)의 제 2 부분(14B)의 외주면은, 제 2 동압 발생구(16)에 대면하고 있다. 축(14)의 제 2 부분(14B)과 제 1 부분(14A)의 사이에는 단차부(段差部)(14E)가 마련되어 있지만，이 단차부(14E)가 제 1 동압 발생구(15)에 대면하고 있다.

도 2와 도 3(A)에 나타내는 제 1 동압 발생구(15)와, 도 2와 도 3(B)에 나타내는 제 2 동압 발생구(16)는，모두 바람직하게 헤링본 홈이다．

도 3에 나타낸 바와 같이，제 1 동압 발생구(15)의 유체의 유입각 θ(15)는, 제 2 동압 발생구(16)의 유체의 유입 각 θ(16)와 비교하여 크게 설정되어 있다. 게다가，바람직하게 제 1 동압 발생구(15)의 축방향의 폭 L(15)이，제 2 동압 발생구(16)의 축방향의 폭 L(16)과 비교하여 작게 설정되어 있다.

다음에，도 1에 가리키는 회전력 발생부(133)에 대해서 설명한다.

회전력 발생부(133)는, 코일(300)과 로터 마그넷(18)을 갖고 있다. 로터 마그넷(18)은，축(14)의 제 3 부분(14C)의 외주면에 대해 고정되어 있다.

로터 마그넷(18)의 외주면에는，유체와 격리하기 위한 피복부재(101)가 마련되어 있다. 이 피복부재(101)는，예를 들면 L C P，폴리아미드，폴리이미드 등의 고분자 재료를 코팅 하거나，또는 아웃사이트 성형으로 설치되어 있다.

로터 마그넷(18)이, 예를 들면 N d－F e－B가 S m－C o 등의 소결 금속이나，페라이트 등으로 형성되어 있고 유체에 대해 녹슬기 쉬운 것이라도，이 피복부재(101)가 로터 마그넷(18)의 표면에 형성되어 있기 때문에，예를 들면 유체가 물등의 경우에 로터 마그넷(18)이 직접 물에 닿지 않는다. 이 때문에, 로터 마그넷(18)이 녹슬지 않는다.

코일(300)은，제 1의 격벽(102)의 부분(102A)의 외측에 대해 고정되어 있다. 이 코일(300)은，최외벽(103)의 안에 봉입되어 있다. 코일(300)의 리드 선(19L)은，최외벽(103)을 통해 외부에 도출되어 있다. 이와 같이 코일(300)이 제 1의 격벽(102)과 최외벽(103)의 사이에 있어서 배치되어 있기 때문에，코일(300)이 유체에 노출되는 것은 아니다. 따라서 코일(300)이 녹슬거나 하지 않고 신뢰성에 우수한 것이다.

로터 마그넷(18)은，원주 방향에 따라 S 극과 N 극이 다극(多極)착자(着磁)된 마그넷이다. 코일(300)에 대해 외부에서 소정의 통전 패턴으로 통전함으로써, 로터 마그넷(18)이 발생하는 자장과 코일(300)이 발생하는 자장의 상호 작용에 의해，축(14)은，중심축 C L 을 중심으로서 유체 통로(130) 내에서 연속 회전하게 되어 있다. 이 중심축 C L은，유체를 펌핑 하려고 하는 방향 Z에 따른 방향이다.

다음에，도 1에 가리키는 동압 베어링(13)에 대해서 또한 상세하게 설명한다.

동압 베어링(13)은，축(14)를 회전하면 유체의 유입구(11)로부터 유체(L)를 유입시키고 유체의 유출구(12)로부터 유출시키기 위한 펌핑 압력을 발생시킨다.

이 동압 베어링(13)은，이와 같이 유체의 유입구(11)로부터 유체의 유출구(12)측으로 펌핑하는 작용을 행한다. 게다가 이 동압 베어링(13)이，축(14)를 회전 가능하게 래디얼 방향에 관하여 지지하는 기능도 겸비하고 있다.

이 동압 베어링(13)에 의해 유체의 펌핑 작용을 발휘시키기 위해서는, 다음과 같은 특징적인 고안을 하고 있다.

도 2와 도 3에 나타내는 제 1 동압 발생구(15)가 발생하는 제 1 동압 Pd(15)가，제 2 동압 발생구(16)가 발생하는 제 2 동압 Pd(16) 보다도 작게 되도록 설정되어 있다. 즉，유체의 유입구(11)측의 제 1 동압 Pd(15)가, 유체의 유출구(12)측의 제 2 동압 Pd(16) 보다도 확실하게 작게 되도록 설정한다.

이것에 따라, 값이 작은 제 1 동압(정압이 높은 쪽)으로 부터 값이 높은 제 2 동압(정압이 낮은 쪽)을 향하여, 도 1에 나타낸 유체의 펌핑 방향 Z에 따라 유체가 확실하게 이동할 수 있다.

또，유체의 유입구(11)의 제 1 동압 Pd(15)가，유체의 유출구(12)측의 제 2 동압 Pd(16)보다도 확실하게 낮게 되도록 설정하기 위해，다음과 같은 방식을 하나 또는 조합하여 채용할 수도 있다.

도 1에 나타낸 펌프(10)에서는，확실하게 제 1 동압 발생구(15)의 제 1 동압 Pd(15)가 제 2 동압 발생구(16)의 제 2 동압 Pd(16)보다도 작게 되도록, 다음의 고안을 한다.

(1) 도 3에 나타낸 바와 같이，제 1 동압 발생구(15)의 도 3에 있어서 축방향의 폭 L(15)가 ，제 2 동압 발생구(16)의 축방향의 폭 L(16)보다도 좁게 설정한다.

(2) 도 3에 나타낸바와 같이，제 1 동압 발생구(15)의 유입각 θ(15)가, 제 2 동압 발생구(16)의 유입각　θ(16)보다도 크게 설정한다.

(3）제 1 동압 발생구(15)와 제 2 동압 발생구(16)의 깊이를 다르게 하여 설정한다. 이 경우에는 ，한 마디로 깊게 하던지 얕게 한다는 관계가 아니라, 축(14)과 동압 베어링(13)의 원통부재(13A)의 클리어런스(clearance)와, 동압 발생구의 깊이와의 비가 관계，피크 값을 갖는 비선형으로 되어 있다.

(4) 축(14)에 대해 유체의 유입구(11)로 향하여 직경이 작게 되도록 제 1 부분(14A)이，직경이 큰 제 2 부분(14B)에 대해 설치되어 있다. 이것에 따라 축(14)의 제 1 부분(14A)와 원통부재(13A)의 사이의 클리어런스가，제 2 부분(14B)과 원통부재(13A)의 사이의 클리어런스에 비교하여 압도적으로 커지기 때문에, 제 1 부분(14A)측 제 2 부분(14B)와 비교하여 발생하는 동압이 감소한다.

본 발명의 실시 형태의 펌프(10)는, 동압 베어링(13)과 축(14)의 형상으로 특별하게 고안을 행하고 있다. 따라서, 확실하게 도 1의 유체(L)가 유체의 유입구(11)로부터 유체의 유출구(12)로의 펌핑 방향(Z)에 따라 흐르게 된다. 게다가 스러스트 베어링(17)이，유체의 유출구(12)측에 설치되어 있다.

즉，스러스트 베어링(17)이，동압이 낮은 쪽 즉 제 1 동압 발생구(15)로부터，동압이 높은 쪽인 제 2 동압 발생구(16)측으로 이동하려고 하는 축(14)의 이동 동작을 방지하는 역할을 다하고 있다. 따라서 펌프(10)는 확실하게 사용에 견딜 수 있다.

상술한 바와 같은 유체(L)를 유체 통로(130)에 있어 펌핑 방향(Z)에 따라 펌핑하는 방식은, 하나 또는 복수 조합에 의해 자유로 행할 수 있다.

도 1에 나타낸 코일(300)은，유체가 통과하는 유체 통로(130)로부터 외부에 인출하는 것이 용이하지 않다. 만약 코일(300)의 인출하는 부분의 패킹이 불완전하면, 유체의 누설이 생긴다.

그러나，본 발명의 도 1에 나타낸 펌프(10)는，코일(300)이 제 1의 격벽(102)의 외부에 배치되어 있고，게다가 최외벽(103) 내에 봉입되어 있다. 이때문에，코일(300)의 리드 선(19L)은，최외벽(103)을 통해 확실하게 또한 용이하게 외부에 인출할 수 있다.

제 1의 격벽(102)에 대해 공간 형성 부재(19)를 설치한 후에, 그 제 1의 격벽(102)과 공간 형성 부재(19)의 주위에는，최외벽(103)이 형성된다. 이 최외벽(103)은, 상술한 바와 같이 고분자 재료로 되어 있다. 이 최외벽(103)은, 심리스(seamless) 구조에 의해 제 1의 격벽(102)과 공간 형성 부재(19)를 덮고 있다. 따라서 유체의 유입구(11) 및 유체의 유출구(12) 이외는, 회전부(121)는 외부로부터 확실하게 구별되어 있고, 유체의 누설 등의 불편함이 없다.

제 1의 격벽(102)은, 놋쇠, 스테인리스 등의 금속이나, L C P, 폴리아미드, 폴리이미드, P C, P O M 등의 고분자 재료로 된다. 이 경우에는, 최외벽(103)의 성형시의 온도는, 제 1의 격벽(102)을 형성하는 고분자 재료를 사용 온도 범위 내에 설정할 수 있는 고분자 재료를 이용하면, 제 1의 격벽(102)과 최외벽(103)은, 이른바 2 단 성형으로 형성할 수 있다.

공간 형성 부재(19)는，물론 놋쇠나 스테인리스 등의 금속이라도 좋고，상술한 것 같은 고분자 재료로 만들어도 좋다.

본 발명의 펌프(10)는, 도 4에 나타내는 연료전지(70)이나, 도 5에 나타낸 것 같은 C P U(중앙 처리 장치) 냉각 장치(80)에 적용할 수 있다.

도 4의 연료전지(70)는, 본 발명의 펌프(10)을 탑재하고 있다. 연료전지(70)는, 액체 수소 연료를 주입하기 위한 펌프의 역할을 갖고 있다.

수소 저장 탱크(241)로부터, 펌프(10)을 이용하여, 반응조(242)로 수소를 보내어, 팬 모터(243)에 공기를 보내는 것으로써, 수소를 공기중의 산소와 반응시켜, 발전을 시키는 시스템이다.

또, 수소의 양의 제어회로나, 반응열, 습도를 관리하는 센서 등의 전기회로 등도 탑재하고, 반응열에 의한 온도의 상승을 억제하기 위해, 반응조(242)에는 히트 싱크(244)가 설치되고, 또한 히트 싱크(244)를 냉각용 팬 모터(245)로 송풍하여, 냉각 효과를 높이는 것도 가능하다.

연료전지(70)는，본 발명의 펌프를 탑재하고 있기 때문에, 소형화가 가능하다. 바꾸어 말하면, 그 만큼 수소 저장 탱크를 크게 할 수 있기 때문에, 반응 시간을 길게 할 수 있다.

발전 시에는, 발열량이나 습도를 감지하면서, 수소가 보낸 양을 제어할 필요가 있지만, 회전식의 본 발명의 펌프(10)는，제어가 간소하고 형편이 좋다.

또 제 5도는, 본 발명의 펌프(10)을 적용한 C P U 냉각 장치(80)을 나타내고 있다. 이 C P U 냉각 장치(80)에는, 물 등의 냉각액이 충전되어 있다. 펌프(10)을 구동하면, C P U 냉각 장치(80)는, 경로(251)를 지나고, C P U(252) 상을 지나고 냉각판(253) 상을 지나고, 펌프(10)에 돌아오는 순환형의 냉각 장치이다.

예를 들면 C P U 냉각 장치(80)을 노트형 퍼스널 컴퓨터에 탑재하면, 소형으로 냉각 성능이 좋은 것이 되고, 결과 C P U(252)의 소비 전류도 절감할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 펌프(10)는, 유체로서，물이나 액체 수소 연료，부동액，냉각 기름 등，다양한 것을 채용하는 것이 가능하다. 본 발명의 펌프가, 연료전지의 펌프로서 사용되는 경우에는，액체 수소나 메틸알코올을 펌핑 하기 위해 사용되기 때문에, 유체가 모두 금속을 부식시키는 경우가 많다. 따라서 액체에 직접 닿는 부재는, 표면이 극력 고분자 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시의 형태로는, 동압 베어링형 펌프는, 래디얼 방향의 동압 발생구를 2개 이상 구비하고, 동압 베어링를 갖고 있다. 이 동압 베어링은, 축을 래디얼 방향에 관하여 회전 가능하게 지지하는 역할과，유체를 펌핑 하는 펌핑 압력을 발생하는 역할을 겸하고 있다. 따라서 동압 베어링형 펌프는 소형화가 도모된다.

동압 베어링의 형상으로는 상술한 바와 같은 각종의 고안을 하고 있기 때문에, 확실하게 유체를 펌핑 방향(Z)에 따라 한 방향으로 이동시키는 것이 가능하다. 축(14)이 스러스트 방향에 관해 스러스트 베어링에 의해 회전자재에 지지되어 있기 때문에，축이 유체 통로 내에서 이동하지 않아서 실용성이 높은 것이다.

유체 중에 배치되어 있는 로터 마그넷에는, 고분자 재료가 아웃사이트 성형이나 코팅에 의해 형성되어 있다. 게다가, 코일은 제 1의 격벽 외에 배치 되어있다. 따라서 로터 마그넷 및 코일 모두 유체에 직접 닿는 것이 아니라는 것에서, 로터 마그넷이나 코일이 녹슬고 코일로부터의 배선을 펌프의 내부에서 외부로 인출할 필요도 없어진다.

펌프의 주위는, 최외벽에 의해 심리스에 의하여 봉입되어 있기 때문에, 유체의 누설이 없는 신뢰성이 우수한 동압 베어링형 펌프를 제공할 수 있다.

이상 설명한 것처럼，본 발명에 의하면，축이 회전하는 것에 의해 동압을 발생하는 것으로, 축을 래디얼 방향에 회전자재로 할 수 있음과 동시에, 동압 베어링은 유체의 펌핑 압력을 확실하게 발생 할 수 있고, 소형화를 도모한다.

그런데 본 발명의 상기 실시의 형태로 한정시키는 것이 아니다.

본 발명의 동압 베어링 펌프는, 상술한 것 같은 C P U 냉각 장치나 연료전지의 유체 펌핑용으로 이용할 뿐만 아니라, 다른 종류의 장치에 이용해도 물론 상관이 없다.

상술한 실시의 형태로는, 제 1 동압 발생구와 제 2 동압 발생구는, 원통부재의 내주면에 형성되어 있다. 그러나 이것에 한하지 않고, 제 1 동압 발생구와 제 2 동압 발생구는, 축의 외주면에 설치하여도 물론 좋다.

Claims (10)

1. 축이 회전하는 것에 의해 동압을 발생하여 유체를 유출시키기 위한 동압 베어링형 펌프이고,

   일단부는 유체의 유입구를 가지고, 다른 단부에는 상기 유체의 유출구를 갖는 본체와,

   상기 본체내의 상기 유체의 유체통로 내에 배치되고 상기 유체의 유입구에서 상기 유체를 유입시키고 상기 유체의 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생하는 회전부를 구비하고,

   상기 회전부는,

   축과,

   상기축을 회전한다면 상기 유체의 유입구에서 상기 유체를 유입시켜서 상기 유체의 유출구에서 유출시키기 위한 동압을 발생시키는 동압 베어링과,

   상기 본체 내에 배치되어, 통전하는 것으로서 상기축을 회전시키기 위한 회전력 발생부를 갖고,

   상기 동압 베어링은,

   상기 유체의 유입구측 근처에 형성된 제 1 동압 발생구와,

   상기 유체의 유출구측 근처에 형성된 제 2 동압 발생구를 갖고，

   상기축이 회전할 때에, 상기 제 1 동압 발생구가 래디얼 방향에 관해서 발생하는 제 1 동압은, 상기 제 2 동압 발생구가 래디얼 방향에 관해서 발생하는 제 2 동압보다 작은 것을 특징으로 하는 동압 베어링형 펌프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기축의 단부는, 상기 본체내의 스러스트(thrust) 베어링에 대하여 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지되어 있는 동압 베어링형 펌프.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 동압 발생구의 상기축의 축방향에 관한 폭은, 상기 제 2동압 발생구의 상기축의 축방향에 관한 폭에 비교하여 작은 동압 베어링형 펌프.
4. 제 2항에 있어서,

   상기축의 상기 유체의 유입구측 근처 부분의 직경은, 상기축의 상기 유체의 유출구측 근처 부분의 직경보다도 작은 동압 베어링형 펌프.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 동압 발생구의 홈 깊이는, 상기 제 2 동압 발생구의 홈 깊이보다도 얕은 동압 베어링형 펌프.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 동압 발생구와 상기 제 2 동압 발생구는, 헤링본(herring bone) 홈이며, 상기 제 1 동압 발생구의 유입각은, 상기 제 2 동압 발생구의 유입각에 비교하여 큰 동압 베어링형 펌프.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 본체 내에는, 격벽이 배치되어 있고,

   상기 회전력 발생부는, 전기자 코일과, 상기 전기자 코일에 통전하는 것으로 상기축을 회전시키기 위한 마그넷을 갖고,

   상기 전기자 코일은, 상기 본체내이고 상기 격벽의 외부에 배치되어 있고, 상기 마그넷은 상기축의 외주면에 고정되어 있는 동압 베어링형 펌프.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 마그넷의 표면에는, 상기 마그넷을 상기 유체로부터 피복하기 위한 피복부재가 배치되어 있는 동압 베어링형 펌프.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 본체는, 상기 격벽의 주위를 덮는 다른 격벽인 기재된 동압 베어링형 펌프.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 동압 베어링의 원통부재는, 소결 금속으로 되어, 상기 유체는 윤활유인 동압 베어링형 펌프.