JP2006291734A - 冷媒ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高さ制限の厳しいユニットにも採用でき、かつ冷却システムに冷却板を必要としない安価で薄型の冷媒ポンプを提供すること。
【解決手段】冷媒ポンプ１に、互いに接合した上容器２と下容器４とを有する密閉容器と、密閉容器に収容したポンプ機構部６と、上容器２の外側に環状凹部２ａを形成して固定子８を固定し、回転子１０を固定子８に対向させて固定子８の径方向外方の上容器２内に配置して電動機３を構成し、さらに、回転子１０と一体的に回転する軸受端板１２の中央部に形成した中心軸挿入ボス１２ａに、シャフトシリンダ１４の中心軸１４ｃを挿入し、下容器４につば付き端板１７のつば部１７ａを勘合固定し、つば付き端板１７にシャフトシリンダ１４を含めたポンプ機構部６をボルト１８で締結し、回転子１０と軸受端板１２の回転に連動してポンプ機構部６を駆動するようにして、冷媒を下部空間１４ｊを通過して吐出するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を用いて高発熱の半導体素子を冷却する冷却装置に設けられた冷媒ポンプに関する。

図４は、空気調和機等に使用されている従来の冷媒ポンプの断面図を示しており、密閉容器４０の内部にはポンプ機構部４２が収容され、ポンプ機構部４２を駆動する電動機４４はポンプ機構部４２に隣接して配置されている。また、電動機４４は、密閉容器４０の外側に固定された固定子４６と、密閉容器４０の内部に回転自在に取り付けられた回転子４８とにより構成されたインナーロータ方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。

この冷媒ポンプは、固定子４６を密閉容器４０の外側に配置したことで、ポンプ機構部と電動機とを１つの密閉容器に収容した構成に比べ、密閉容器の外径を小さくすることができる。
特開平２−２８３８８７号公報（図１）

しかしながら、ノートパソコンや１Ｕサーバ等の高さ制限の厳しいユニットには薄型の冷媒ポンプが必要とされるばかりでなく、この用途には上述した特許文献１に記載の冷媒ポンプは高さの点でまだまだ改善の余地があり、さらに薄型の冷媒ポンプが要望されていた。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高さ制限の厳しいユニットにも採用できる薄型の冷媒ポンプを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、ポンプ機構部と該ポンプ機構部を駆動する電動機とを備えた冷媒ポンプであって、互いに接合した上容器と下容器とを有する密閉容器と、該密閉容器に収容したポンプ機構部と、該ポンプ機構部に隣接配置され固定子と回転子とを有する電動機とを備え、前記上容器の外側に環状凹部を形成して該環状凹部に前記固定子を固定し、前記回転子を前記固定子に対向させて前記固定子の径方向外方の前記上容器内に配置するとともに、前記回転子と一体的に回転する軸受端板の中央部に形成したボスに、シャフトシリンダの中心軸を挿入し、前記下容器に端板を嵌合固定し、前記端板に前記シャフトシリンダを含めたポンプ機構部をボルト等の締結部材で締結し、前記回転子と前記軸受端板の回転に連動して前記ポンプ機構部を駆動するようにして、前記ポンプ機構部で圧縮された液冷媒を前記ポンプ機構部と前記下容器との下部空間を通過して吐出するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、回転子を固定子の径方向外方に配置したアウターロータ方式の薄型の電動機と薄型のポンプ機構部とで構成することにより、より薄型の冷媒ポンプを提供することができる。

第１の発明は、ポンプ機構部とこのポンプ機構部を駆動する電動機とを備えた冷媒ポン
プであって、互いに接合した上容器と下容器とを有する密閉容器と、この密閉容器に収容したポンプ機構部と、このポンプ機構部に隣接配置され固定子と回転子とを有する電動機とを備え、上容器の外側に環状凹部を形成してこの環状凹部に固定子を固定し、回転子を固定子に対向させて固定子の径方向外方の上容器内に配置するとともに、回転子と一体的に回転する軸受端板の中央部に形成したボスに、シャフトシリンダの中心軸を挿入し、下容器に端板を嵌合固定し、端板にシャフトシリンダを含めたポンプ機構部をボルト等の締結部材で締結し、回転子と軸受端板の回転に連動してポンプ機構部を駆動するようにして、ポンプ機構部で圧縮された液冷媒をポンプ機構部と下容器との下部空間を通過して吐出するように構成したものである。

これにより、回転子を固定子の径方向外方に配置したアウターロータ方式の電動機と薄型のポンプ機構部とで構成することにより、薄型の冷媒ポンプを提供することができる。

第２の発明は、端板につばを設けてつばにより端板を下容器に嵌合固定したもので、端板をつば部により確実に下容器に勘合固定することができる。

第３の発明は、下容器に熱伝導率が高い材料を用いたもので、半導体素子に下容器を密着させて冷却するにおいて、冷却効率が向上する。

第４の発明は、シャフトシリンダの外形を下容器の内径よりも一回り小さく構成し、吐出管を下容器の側面にろう付け形成したもので、シャフトシリンダと下容器とのすきまを冷媒の通路として利用するとともに下容器の側面に吐出管を配設することができ、コンパクトで簡易な構成が可能となる。

第５の発明は、上容器に非磁性体材料を用い、固定子と回転子との間に位置する上容器の肉厚を他の部分の肉厚よりも薄く設定したもので、固定子と回転子とのギャップが小さくなって渦電流損失を低減でき、効率の良い電動機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）

図１は、本発明にかかる冷媒ポンプの断面図を示している。図１に示されるように、本発明にかかる冷媒ポンプ１は、開口側端部が互いに接合された上容器２と下容器４からなる密閉容器と、下容器４に回転自在に取り付けられたポンプ機構部６と、ポンプ機構部６に隣接して上容器２の側面に取り付けられた電動機３とで構成されており、電動機３は、上容器２の外側に配置された固定子８と、固定子８に対向して上容器２の内部に配置された回転子１０とで構成されている。また、上容器２には、液冷媒が吸入される吸入管１１が連結される一方、下容器４の側面には、ポンプ機構部６で圧縮された冷媒が吐出される吐出管１３が連結されている。

上容器２の材質は、ステンレス等の非磁性体で、厚みは約１．５ｍｍに設定されているが、固定子８と回転子１０の間に位置する部分の肉厚は他の部分の肉厚より薄く、例えば０．６ｍｍに設定されている。また、下容器４としては、例えば銅等の熱伝導率の高い材料が使用されている。

上容器２は、その外側に環状凹部２ａが形成されており、この環状凹部２ａに固定子８が圧入固定されている。一方、回転子１０は、固定子８に対向するように固定子８の径方向外方の上容器２の内部に配置されている。また、回転子１０と一体的に回転する軸受端板１２が上容器２の内部に取り付けられており、軸受端板１２を回転自在に支承するシャフトシリンダ１４がつば付き端板１７にボルト１８で締結固定されている。また、前記つ
ば付き端板のつば部１７ａが下容器４の内部に圧入固定されている。

シャフトシリンダ１４は、ポンプ機構部収容室１６が形成された基部１４ｂと、基部１４ｂの中心から軸受端板１２に向かって突出し軸受端板１２を回転自在に支承する中心軸１４ｃとを有し、中心軸１４ｃは軸受端板１２の中心軸挿入ボス１２ａに遊挿されている。また、この中心軸挿入ボス１２ａにインナーロータ２０が嵌合固定されている。なお、シャフトシリンダ１４の下部で下容器４との間には下部空間１４ｊが設けられている。

軸受端板１２の回転に伴い、軸受端板１２の中央部に形成された中心軸挿入ボス１２ａはシャフトシリンダ１４の底面と摺接し、中心軸挿入ボス１２ａとシャフトシリンダ１４とつば付き端板１７との間に形成された空間のポンプ機構部収容室１６内にポンプ機構部６は配置されており、軸受端板１２の回転に連動して駆動される。

図２は図１のＩ−Ｉ断面図で、ポンプ機構部６の断面図を示しており、図２に示されるように、ポンプ機構部収容室１６内には、ポンプ機構部６を構成するインナーロータ２０とアウターロータ２２が回転自在に取り付けられており、インナーロータ２０とアウターロータ２２との間にはポンプ室２４が形成されている。

シャフトシリンダ１４の中心軸１４ｃと軸受端板１２の中心軸挿入ボス１２ａとインナーロータ２０は同心状に配置されているのに対し、ポンプ機構部収容室１６は偏心して形成されており、アウターロータ２２はポンプ機構部収容室１６に同心状に配置されている。なお、軸受端板１２の上容器２との対向面は上容器２の内面と相補形状を呈しており、その径方向外側はリング状に形成されている。また、シャフトシリンダ１４の中心軸１４ｃの側面は窒化処理が施されており、中心軸１４ｃの摩耗を極力低減している。

ポンプ機構部収容室１６内に収容され互いに噛み合うインナーロータ２０とアウターロータ２２は相補形状の凸部と凹部をそれぞれ有し、インナーロータ２０の凸部（歯部）の数は、アウターロータ２２の凹部より少なく設定されている。したがって、回転子１０とともに軸受端板１２が矢印Ａの方向に回転すると、インナーロータ２０も一体的に回転し、インナーロータ２０と噛み合うアウターロータ２２も連動して矢印Ａの方向に回転するので、ポンプ室２４は、その体積を変化させながら矢印Ａの方向に回転してポンプ作用を発揮する。

図３は図１のＩＩ−ＩＩ断面図で、つば付き端板１７を上から見た図である。図３に示されるように、つば付き端板１７には、ポンプ室２４と連通する三日月状の吸入溝１４ｄが形成されている。吸入溝１４ｄの反対側には、シャフトシリンダ１４と下容器４との間の空間とポンプ室２４とを連通する三日月状の吐出孔１４ｇが形成されている。シャフトシリンダ１４にはまた、吐出孔１４ｇから径方向内方に延びる第１の連通溝１４ｈが形成されており、第１の連通溝１４ｈは、シャフトシリンダ１４の中心軸１４ｃ表面の長手方向に形成された第２の連通溝１４ｉと連通している。一方、軸受端板１２の外側リング部には、径方向に延びリング部の外側と内側を連通する複数の連通孔１２ｂが穿設されている。

上記構成の本発明にかかる冷媒ポンプ１において、ポンプ機構部６でポンプ作用が発生すると、液冷媒が吸入管１１から吸入され、吸入溝１４ｄを介してポンプ機構部６のポンプ室２４に吸入される。ポンプ室２４に吸入された液冷媒はポンプ機構部６で圧縮された後、シャフトシリンダ１４の基部１４ｂに形成された吐出孔１４ｇを介して下部空間１４ｊに吐出され、シャフトシリンダ１４と下容器４との間の下部空間１４ｊを通過して吐出管１３より吐出される。

ポンプ機構部６で圧縮された冷媒はさらに、第１及び第２の連通溝１４ｈ，１４ｉを介してシャフトシリンダ１４の中心軸１４ｃと軸受端板１２の中心軸挿入ボス１２ａ間の摺接部に導入されるとともに、軸受端板１２と上容器２との間の空間に吐出された冷媒は、連通孔１２ｂを介して吸入溝１４ｄに戻る。

また、下容器４の端面は平坦状に形成されているので、半導体素子（図示せず）を下容器４の端面に熱的に密着して取り付けることができ、半導体素子で発生した熱は、下容器４の端面を介して下部空間１４ｊを流れる液冷媒に伝達され、液冷媒から蒸気冷媒に相変化を起こした後、吐出管１３より吐出される。

上述したように、本発明にかかる冷媒ポンプは、上容器の環状凹部に固定子を取り付け、固定子に対向する回転子を径方向外側に設けたアウターロータ方式の電動機を採用したので、高さ制限の厳しいノートパソコン、１Ｕサーバ、ブレードサーバ等の冷却用冷媒ポンプの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷媒ポンプの縦断面図 図１のＩ−Ｉ断面図 図１のＩＩ−ＩＩ断面図 従来の冷媒ポンプの縦断面図

符号の説明

１ 冷媒ポンプ
２ 上容器
２ａ 環状凹部
３ 電動機
４ 下容器
６ ポンプ機構部
８ 固定子
１０ 回転子
１１ 吸入管
１２ 軸受端板
１２ａ 中心軸挿入ボス
１２ｂ 連通孔
１３ 吐出管
１４ シャフトシリンダ
１４ｂ 基部
１４ｃ 中心軸
１４ｄ 吸入溝
１４ｇ 吐出孔
１４ｈ 第１の連通溝
１４ｉ 第２の連通溝
１４ｊ 下部空間
１６ ポンプ機構部収容室
１７ つば付き端板
１７ａ つば部
１８ ボルト
２０ インナーロータ
２２ アウターロータ
２４ ポンプ室

Claims (5)

1. ポンプ機構部と該ポンプ機構部を駆動する電動機とを備えた冷媒ポンプであって、
   互いに接合した上容器と下容器とを有する密閉容器と、該密閉容器に収容したポンプ機構部と、該ポンプ機構部に隣接配置され固定子と回転子とを有する電動機とを備え、前記上容器の外側に環状凹部を形成して該環状凹部に前記固定子を固定し、前記回転子を前記固定子に対向させて前記固定子の径方向外方の前記上容器内に配置するとともに、前記回転子と一体的に回転する軸受端板の中央部に形成したボスに、シャフトシリンダの中心軸を挿入し、前記下容器に端板を嵌合固定し、前記端板に前記シャフトシリンダを含めたポンプ機構部をボルト等の締結部材で締結し、前記回転子と前記軸受端板の回転に連動して前記ポンプ機構部を駆動するようにして、前記ポンプ機構部で圧縮された液冷媒を前記ポンプ機構部と前記下容器との下部空間を通過して吐出するように構成したことを特徴とする冷媒ポンプ。
2. 端板につばを設け、前記つばにより前記端板を下容器に嵌合固定したことを特徴とする請求項１記載の冷媒ポンプ。
3. 下容器に熱伝導率が高い材料を用いたことを特徴とする請求項１記載の冷媒ポンプ。
4. シャフトシリンダの外形を下容器の内径よりも一回り小さく構成し、吐出管を前記下容器の側面に配設したことを特徴とする請求項１記載の冷媒ポンプ。
5. 上容器に非磁性体材料を用い、固定子と回転子との間に位置する前記上容器の肉厚を他の部分の肉厚よりも薄く設定したことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項記載の冷媒ポンプ。