JP2003172286A - 超薄型ポンプとこれを備えた冷却システム - Google Patents
超薄型ポンプとこれを備えた冷却システムInfo
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Abstract
であるとともに低コストの超薄型ポンプとこれを備えた
冷却システムを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の超薄型ポンプは、外周に多数の
羽根2が形成され、内周にローターマグネット3が設け
られたリング状羽根車1と、ローターマグネット3の内
周側に設けられたモーターステーター4と、吸込口と吐
出口が形成され内部にリング状羽根車1を収容するとと
もに、モーターステーター4とローターマグネット3の
間に配設するための円筒部7が形成されたポンプケーシ
ング5とを備え、円筒部7がリング状羽根車1を回転自
在に軸支したことを特徴とする。
Description
を備えた冷却システム等に関するものである。
却する冷却システムが望まれており、これに対応する冷
却方法として冷媒を循環させて冷却する冷媒式冷却シス
テムが注目されてきている。このような冷却システムの
冷媒循環用ポンプは、電子部品自体にコンパクトさが求
められるため、搭載スペースに多くの制約が課せられ、
小型、薄型化が強く求められている。
に示す、従来の小型遠心ポンプの構造図を用いて説明す
る(例えば、特許文献1参照)。101は羽根車、10
2はこの羽根車101を回転自在に支承する固定軸、1
03は固定軸102の端部を固定し、羽根車101を収
納すると同時に羽根車101が流体に与えた運動エネル
ギーを圧力回復して吐出口へと導くためのポンプ室を有
するポンプケーシング、104は羽根車101の一部を
なす後面シュラウド、105は同じく羽根車101の一
部をなし羽根車101の中央に吸水開口が形成された前
面シュラウド、106は羽根車101の後面シュラウド
104に固定されたローターマグネット、107はロー
ターマグネット106の内周側に設けられたモータース
テーター、108はローターマグネット106とモータ
ーステーター107の間に設けられポンプ室を密閉する
ための防水隔壁、109は吸込口、110は吐出口であ
る。
と、外部電源から電力を供給されると、遠心形ポンプに
設けられた電気回路により制御された電流がモータステ
ーター107のコイルに流れ、回転磁界が発生する。こ
の回転磁界がローターマグネット106に作用するとロ
ーターマグネット106に物理力が発生する。ところ
で、このローターマグネット106は羽根車101に固
定されており、羽根車101は固定軸102に回転自在
に支承されているため、羽根車101に回転トルクが作
用し、この回転トルクにより羽根車101が回転を始め
る。羽根車101の前面シュラウド105および後面シ
ュラウド104の間に設けられた羽根は、羽根車101
の回転によって流体に運動量変化を与え、吸込口109
から流入する流体は運動エネルギーを羽根車101から
受取ることになる。もちろん、羽根車101内で羽根出
口へ向けて流路面積が拡大しているのであれば、羽根車
101内で一部圧力回復されることになる。羽根車10
1の羽根出口から流出した流体は、ポンプケーシング1
03に設けられたディフューザーで与えられた運動エネ
ルギーを圧力回復することになり、吐出口110へと導
かれる。このように、この従来の小型遠心ポンプではア
ウターローター方式で薄型羽根車を駆動することで、ポ
ンプの小型、薄型化を図っている。
うな従来の小型遠心ポンプでは、流体を羽根車中央の吸
水開口に供給させるためポンプ室には軸方向の吸込部が
必要となるため、ポンプ全体の回転軸方向の長さを小さ
くする目的、即ち、薄型化に対して限界が存在する構成
であった。
吸込み、半径方向に吐き出す構造を備え、薄型化に適し
た渦流ポンプ(摩擦ポンプあるいは再生ポンプとも呼称
される。以下、渦流ポンプという。)も公知であるが、
ポンプを渦流ポンプにしたとしても、羽根車は中央の固
定軸と連結されるため円盤状となりその上下にポンプ室
を密封するための防水隔壁が必要で回転軸方向において
モーターステーターと防水隔壁および羽根車が重なるた
め、薄型化するのには限界があった。
構造が簡単であるとともに低コストの超薄型ポンプを提
供することを目的とする。
を薄くでき、効率の良い冷却を実現できる冷却システム
を提供することを目的とする。
に、本発明の超薄型ポンプは、外周に多数の羽根が形成
され、内周にローターマグネットが設けられたリング状
羽根車と、ローターマグネットの内周側に設けられたモ
ーターステーターと、吸込口と吐出口が形成され内部に
リング状羽根車を収容するとともに、モーターステータ
ーとローターマグネットの間に配設するための円筒部が
形成されたポンプケーシングとを備え、円筒部がリング
状羽根車を回転自在に軸支したことを特徴とする。
簡単であるとともに低コストの超薄型ポンプを提供でき
る。
り熱交換を行なって発熱部品を冷却する冷却器と、該冷
媒から熱を取り除くための放熱器とを備え、冷媒を循環
させるために超薄型ポンプが配設されたことを特徴とす
る。
くでき、効率の良い冷却を実現できる冷却システムを提
供することができる。
は、外周に多数の羽根が形成され、内周にローターマグ
ネットが設けられたリング状羽根車と、ローターマグネ
ットの内周側に設けられたモーターステーターと、吸込
口と吐出口が形成され内部にリング状羽根車を収容する
とともに、モーターステーターとローターマグネットの
間に配設するための円筒部が形成されたポンプケーシン
グとを備え、円筒部がリング状羽根車を回転自在に軸支
したことを特徴とする超薄型ポンプであるから、羽根と
ローターマグネットおよび回転軸を一体化してリング状
に形成しその中にモーターステーターを挿入することで
ポンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポン
プの超薄型化が可能となるという作用を有する。また、
羽根、ローターマグネット、回転軸を一体化すること
で、構造が簡単で低コスト化が実現できるという作用を
有する。
状羽根車の内周またはポンプケーシングの円筒部に複数
の突起を設けたことを特徴とする請求項1に記載の超薄
型ポンプであるから、羽根車の回転による羽根車内周と
ポンプケーシング円筒部の摺動を突起部で受けることで
摺動面積を減らし摩擦部を少なくできるため、ポンプの
高効率化、超寿命化が可能になるという作用を有する。
状羽根車の側面のスラスト荷重を受けるスラスト板がポ
ンプケーシングに設けられたことを特徴とする請求項1
または2に記載の超薄型ポンプであるから、スラスト板
でスラスト荷重を受けることで、ポンプの負荷変動やポ
ンプ自体の設置状態によりスラスト荷重が変化してもポ
ンプを安定して運転できるという作用を有する。
状羽根車の側面またはポンプケーシングのスラスト板に
複数の突起を設けたことを特徴とする請求項3に記載の
超薄型ポンプであるから、羽根車の回転による羽根車側
面とポンプケーシングのスラスト板の摺動を突起部で受
けることで摺動面積を減らし摩擦部を少なくできるた
め、ポンプの高効率化、超寿命化が可能になるという作
用を有する。
状羽根車の側面のスラスト荷重を受けるスラスト磁気軸
受けが、ローターマグネットとモーターステーターとで
構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の
超薄型ポンプであるから、スラスト荷重を磁気軸受けで
受けることで、羽根車の側面をポンプケーシングと非接
触で回転させることができ摩擦部を少なくできるため、
さらなるポンプの高効率化、超寿命化が可能になるとい
う作用を有する。
状羽根車の少なくともローターマグネット及び羽根が磁
性樹脂材で一体に構成されたことを特徴とする請求項1
〜5のいずれかに記載の超薄型ポンプであるから、羽根
車を磁性樹脂材で構成してローターマグネットと羽根を
一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現でき
るとともにマグネット部を大きくできるのでモーター性
能、即ちポンプ性能を向上できるという作用を有する。
が渦流ポンプであることを特徴とする請求項1〜6のい
ずれかに記載の超薄型ポンプであるから、ポンプを高揚
程が可能で気泡の排出能力の高い渦流ポンプにすること
で、管路抵抗の大きい循環系でも必要流量を確保できる
とともに、流入した気泡を滞留させることなく連続的に
排出できるという作用を有する。
より熱交換を行なって発熱部品を冷却する冷却器と、該
冷媒から熱を取り除くための放熱器とを備え、冷媒を循
環させるために請求項1〜7のいずれかに記載の超薄型
ポンプが配設されたことを特徴とする冷却システムであ
るから、超薄型ポンプを用いることでシステム全体の薄
型化が可能になるという作用を有する。
8記載の冷却システムであって、小型パーソナルコンピ
ューターの電子部品を冷却することを特徴とする冷却シ
ステムであるから、超薄型ポンプを用いることで製品の
薄型化を達成しながら効率の良い冷却を実現できるとい
う作用を有する。
が不凍液であることを特徴とする請求項8〜9のいずれ
かに記載の冷却システムであるから、冷媒を不凍液にす
ることで、寒冷地においても冷媒が凍結して冷却システ
ムが故障することを防止できるという作用を有する。
液がフッ素系不活性液体であることを特徴とする請求項
10に記載の冷却システムであるから、冷媒をフッ素系
不活性液体とすることで、万が一冷媒が漏れた場合でも
電子部品の故障を防ぐことが可能になるという作用を有
する。
から図5を用いて説明する。
態1における超薄型ポンプの側面の断面図、図2は本発
明の実施の形態1における超薄型ポンプを回転軸方向か
ら見た断面図、図3は本発明の実施の形態1における超
薄型ポンプの分解斜視図である。
車であり、外周に多数の羽根2が形成され、内周にロー
ターマグネット3が設けられている。実施の形態1の羽
根2は上述した過流ポンプの羽根であり、こういった点
からは実施の形態1のポンプは基本的には超薄型の過流
ポンプということができる。ただ、ターボ型等、これに
限られるものではない。なお、本明細書では、新しいタ
イプの羽根車で超薄型を実現したということから、これ
を超薄型ポンプという。ここでリング状羽根車1は、羽
根2とローターマグネット3とを違う材料で構成しては
め合わせて一体化しても良いし、磁性樹脂材で構成して
羽根2とローターマグネット3とを同一材料で一体化さ
せてもよい。4はローターマグネット3の内周側に設け
られたモーターステーターである。5は、リング状羽根
車1を収容すると同時にリング状羽根車1が流体に与え
た運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くための
ポンプ室を有するポンプケーシング、6は、ポンプケー
シング5に含まれ、リング状羽根車1を収納した後ポン
プ室を密閉するためのケーシングカバーである。ポンプ
ケーシング5には、モーターステーター4とローターマ
グネット3の間に配設され、リング状羽根車1を回転自
在に軸支するための円筒部7が形成されるとともに、リ
ング状羽根車1の側面のスラスト荷重を受けるためのス
ラスト板8が形成されている。スラスト板8はケーシン
グカバー6側にも形成されている。9は吸込口、10は
吐出口である。
用を説明すると、外部電源から電力を供給されると、超
薄型ポンプに設けられた電気回路により制御された電流
がモーターステーター4のコイルに流れ、回転磁界が発
生する。この回転磁界がローターマグネット3に作用す
るとローターマグネット3に物理力が発生する。ところ
で、このローターマグネット3はリング状羽根車1と一
体化されており、リング状羽根車1はポンプケーシング
5の円筒部7に回転自在に軸支されているため、リング
状羽根車1に回転トルクが作用し、この回転トルクによ
りリング状羽根車1が回転を始める。リング状羽根車1
の外周に設けられた羽根2はリング状羽根車1の回転に
よって吸込口9から流入した流体に運動エネルギーを与
え、その運動エネルギーによりポンプケーシング5内の
流体の圧力が徐々に高められ吐出口10から吐き出され
る。また、ポンプの負荷変動やポンプ自体の設置状態に
よりスラスト荷重が変化してもスラスト板8でリング状
羽根車1のスラスト荷重を受けることができるため、ポ
ンプは安定して運転される。
ば、羽根2とローターマグネット3および回転軸とを一
体化してリング状羽根車1を形成し、さらに円筒部7に
軸支作用とシールレスポンプの分離板の作用をさせるか
ら、その中にモーターステーター4を挿入することでポ
ンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポンプ
の超薄型化が可能となる。具体的には、本実施の形態1
のポンプ7は回転軸方向の厚さが5〜10mm、半径方
向の代表寸法が40〜50mm、回転数は1200rp
m、流量が0.08〜0.12L/分、ヘッドが0.3
5〜0.45m程度のポンプである。そして、本発明の
ポンプの諸元は、本実施の形態1の値を含んで、厚さ3
〜15mm、半径方向代表寸法10〜70mm、流量が
0.01〜0.5L/分、ヘッド0.1〜2m程度のも
のとなる。これは比速度でいうと、24〜28(単位:
m、m3/分、rpm)程度のポンプであって、従来の
ポンプとはまったく隔絶した大きさの小型薄型のポンプ
である。また、羽根2、ローターマグネット3、回転軸
を一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現で
きる。
ることで、ポンプの負荷変動やポンプ自体の設置状態に
よりスラスト荷重が変化してもポンプを安定して運転で
きる。そして、リング状羽根車1の側面のスラスト荷重
をローターマグネット3とモーターステーター4との間
の磁力で受けることで、スラスト磁気軸受けを構成させ
れば、スラスト荷重を磁気軸受けで受けるので、リング
状羽根車1の側面をポンプケーシング5のスラスト板8
と非接触で回転させることができ摩擦部を少なくできる
ため、さらなるポンプの高効率化、超寿命化が可能にな
る。
成してローターマグネット3及び羽根2とを一体化する
ことで、構造が簡単で低コスト化が実現できるとともに
マグネット部を大きくできるのでモーター性能、すなわ
ちポンプ性能を向上できる。そして、ポンプを高揚程が
可能で気泡の排出能力の高い渦流ポンプにすることで、
管路抵抗の大きい循環系でも必要流量を確保できるとと
もに、流入した気泡を滞留させることなく連続的に排出
できる。
おける超薄型ポンプについて図4に基づき説明する。図
4は本発明の実施の形態2における超薄型ポンプの分解
斜視図である。なお、実施の形態1と同一符号を付した
ものは同一の部材であるから、詳細な説明は実施の形態
1に譲ってここでは省略する。
グ状羽根車であり、外周に多数の羽根2が形成され、内
周にローターマグネット3が設けられている。そして、
このリング状羽根車11は、内周に複数の内周突起12
が設けられているとともに、両側面にも複数の側面突起
13が設けられている。ここで、リング状羽根車11
は、ローターマグネット3と羽根2および内周突起1
2、側面突起13を違う材料で構成してはめ合わせて一
体化しても良いし、磁性樹脂材で構成してローターマグ
ネット3と羽根2および内周突起12、側面突起13を
同一材料で一体化させてもよい。また、内周突起12お
よび側面突起13は摩擦係数が小さく耐磨耗性のよい材
料で構成することが望ましい。4はモーターステータ
ー、5はポンプケーシング、6はポンプ室を密閉するた
めのケーシングカバーである。ポンプケーシング5には
円筒部7が形成されるとともに、リング状羽根車11の
側面のスラスト荷重を受けるためのスラスト板8が形成
されている。スラスト板8はケーシングカバー6側にも
形成されている。9は吸込口、10は吐出口である。
用を説明すると、外部電源から電力を供給されると、超
薄型ポンプに設けられた電気回路により制御された電流
がモーターステーター4のコイルに流れ、回転磁界が発
生する。この回転磁界がローターマグネット3に作用す
るとローターマグネット3に物理力が発生する。ところ
で、このローターマグネット3はリング状羽根車11と
一体化されており、リング状羽根車11はポンプケーシ
ング5の円筒部7に回転自在に軸支されているため、リ
ング状羽根車11に回転トルクが作用し、この回転トル
クによりリング状羽根車11が回転を始める。リング状
羽根車11の外周に設けられた羽根2はリング状羽根車
11の回転によって吸込口9から流入した流体に運動エ
ネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケー
シング5内の流体の圧力が徐々に高められ吐出口10か
ら吐き出される。
11の回転による羽根車内周とポンプケーシング5の円
筒部7の摺動摩擦を内周突起12で受ける。このため摺
動面積は小さく摩擦損失が少ない。また、ポンプの負荷
変動やポンプ自体の設置状態によりスラスト荷重が変化
してもスラスト板8でリング状羽根車11のスラスト荷
重を受けることができるため、ポンプは安定して運転さ
れる。そして、リング状羽根車11の回転による羽根車
側面とポンプケーシング5のスラスト板8の摺動は側面
突起13で受けるため、摺動面積は小さく摩擦損失も少
ない。
ば、リング状羽根車11の回転による羽根車内周とポン
プケーシング5の円筒部7の摺動摩擦をを内周突起12
で受けることで摺動面積を減らし摩擦部を少なくできる
ため、ポンプの高効率化、超寿命化が可能になる。
根車側面とポンプケーシング5のスラスト板8の摺動を
側面突起13で受けることで摺動面積を減らし摩擦部を
少なくできるため、ポンプの高効率化、超寿命化が可能
になる。
型ポンプを備えた冷却システムについて図5に基づいて
説明する。図5は本発明の実施の形態3における超薄型
ポンプを備えた冷却システムの構成図である。
た発熱部品、23は発熱部品21と冷媒とで熱交換を行
ない発熱部品21を冷却する冷却器、24は冷媒から熱
を取り除く放熱器、25は冷媒を貯めておくリザーブタ
ンク、26は冷媒を循環させる超薄型ポンプ、27はこ
れらを接続する配管である。実施の形態3における超薄
型ポンプを備えた冷却システムは、小型パーソナルコン
ピューターの中の発熱部品21となる電子部品を冷却す
るためのものである。また、実施の形態3における超薄
型ポンプ26は実施の形態1または実施の形態2の超薄
型ポンプである。本発明の超薄型ポンプであれば他の実
施の形態のポンプでもよい。
て説明すると、リザーブタンク25内の冷媒は、超薄型
ポンプ26から吐出され、配管27を通って冷却器23
に送られ、発熱部品21の熱を奪うことでその温度が上
昇して放熱器24に送られ、放熱器24で冷されてその
温度が降下してリザーブタンク25へ戻る。このよう
に、超薄型ポンプ26で冷媒を循環させて発熱部品21
を冷却するものである。これにより、小型パーソナルコ
ンピューター等の電子部品は冷却され、安定して使用す
ることができる。
ば、冷媒を循環させるために超薄型ポンプ26を用いる
ことでシステム全体の薄型化が可能になる。また、小型
パーソナルコンピューターの電子部品を冷却するために
本冷却システムを用いれば、製品の薄型化を達成しなが
ら効率の良い冷却を実現できる。そして、冷媒を不凍液
にすれば、寒冷地においても冷媒が凍結して冷却システ
ムが故障することを防止できる。さらに、不凍液をフッ
素系不活性液体にすれば、万が一冷媒が漏れた場合でも
電子部品の故障を防ぐことが可能になる。
で気泡の排出能力の高い渦流ポンプにすることで、管路
抵抗の大きい循環系でも必要流量を確保できるので、冷
却器23や放熱器24を薄くできるし配管27も小さく
できるため冷却システムのさらなる小型化、薄型化が可
能となる。また、配管内に空気が入ったとしても、超薄
型ポンプ26内に流入した気泡を滞留させることなく連
続的にリザーブタンク25側へ排出できるので、ポンプ
性能、即ち、冷却性能を損なうことがない。
ーターマグネットおよび回転軸を一体化してリング状に
形成しその中にモーターステーターを挿入することでポ
ンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポンプ
の超薄型化が可能となる。また、羽根、ローターマグネ
ット、回転軸を一体化することで、構造が簡単で低コス
ト化を実現することができる。
ンプケーシング円筒部の摺動摩擦を突起部で受けること
で、摺動面積を減らし摩擦部を少なくできるため、ポン
プの高効率化、超寿命化を可能にすることができる。そ
して、スラスト板でスラスト荷重を受けることで、ポン
プの負荷変動やポンプ自体の設置状態によりスラスト荷
重が変化してもポンプを安定して運転することができ
る。また、羽根車の回転による羽根車側面とポンプケー
シングのスラスト板の摺動摩擦を突起部で受けることで
摺動面積を減らし摩擦部を少なくできるため、ポンプの
高効率化、超寿命化が可能になる。また、スラスト荷重
を磁気軸受けで受けることで、羽根車の側面をポンプケ
ーシングと非接触で回転させることができ摩擦部を少な
くできるため、さらなるポンプの高効率化、超寿命化が
可能になる。
ーターマグネットと羽根を一体化することで、構造が簡
単で低コスト化が実現できるとともにマグネット部を大
きくできるのでモーター性能、即ちポンプ性能を向上で
きるという有効な効果が得られる。
能力の高い渦流ポンプにすることで、管路抵抗の大きい
循環系でも必要流量を確保できるとともに、流入した気
泡を滞留させることなく連続的に排出することができ
る。
ンプを用いることで、システム全体の薄型化が可能にな
る。そして、超薄型ポンプを用いた冷却システムで小型
パーソナルコンピューターの電子部品を冷却させれば、
製品の薄型化を達成しながら効率の良い冷却を実現でき
る。また、冷却システムの冷媒を不凍液にすることで、
寒冷地においても冷媒が凍結して冷却システムが故障す
ることを防止できる。そして、冷却システムの冷媒をフ
ッ素系不活性液体とすることで、万が一冷媒が漏れた場
合でも電子部品の故障を防ぐことが可能になる。
側面の断面図
回転軸方向から見た断面図
分解斜視図
分解斜視図
備えた冷却システムの構成図
Claims (12)
- 【請求項1】外周に多数の羽根が形成され、内周にロー
ターマグネットが設けられたリング状羽根車と、 前記ローターマグネットの内周側に設けられたモーター
ステーターと、 吸込口と吐出口が形成され内部に前記リング状羽根車を
収容するとともに、前記モーターステーターと前記ロー
ターマグネットの間に配設するための円筒部が形成され
たポンプケーシングとを備え、 前記円筒部が前記リング状羽根車を回転自在に軸支した
ことを特徴とする超薄型ポンプ。 - 【請求項2】前記ポンプケーシングの回転軸方向の厚さ
が3〜15mm、半径方向の代表寸法が10〜70mm
であることを特徴とする請求項1に記載の超薄型ポン
プ。 - 【請求項3】前記リング状羽根車の内周または前記ポン
プケーシングの円筒部に複数の突起を設けたことを特徴
とする請求項1に記載の超薄型ポンプ。 - 【請求項4】前記リング状羽根車の側面のスラスト荷重
を受けるスラスト板が前記ポンプケーシングに設けられ
たことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超
薄型ポンプ。 - 【請求項5】前記リング状羽根車の側面または前記ポン
プケーシングのスラスト板に複数の突起を設けたことを
特徴とする請求項4に記載の超薄型ポンプ。 - 【請求項6】前記リング状羽根車の側面のスラスト荷重
を受けるスラスト磁気軸受けが、前記ローターマグネッ
トと前記モーターステーターとで構成されたことを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の超薄型ポンプ。 - 【請求項7】前記リング状羽根車の少なくともローター
マグネット及び羽根が磁性樹脂材で一体に構成されたこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の超薄型
ポンプ。 - 【請求項8】ポンプが渦流ポンプであることを特徴とす
る請求項1〜7のいずれかに記載の超薄型ポンプ。 - 【請求項9】冷媒により熱交換を行なって発熱部品を冷
却する冷却器と、該冷媒から熱を取り除くための放熱器
とを備え、前記冷媒を循環させるために請求項1〜8の
いずれかに記載の超薄型ポンプが配設されたことを特徴
とする冷却システム。 - 【請求項10】請求項9記載の冷却システムであって、
小型パーソナルコンピューターの電子部品を冷却するこ
とを特徴とする冷却システム。 - 【請求項11】前記冷媒が不凍液であることを特徴とす
る請求項9〜10のいずれかに記載の冷却システム。 - 【請求項12】前記不凍液がフッ素系不活性液体である
ことを特徴とする請求項11記載の冷却システム。
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