(57)【要約】【課題】モータ部とポンプ部を一体に構成することによって、小型のチューブポンプを提供する。【解決手段】フレキシブルチューブ１の一部を圧縮しその圧縮点１１を移動させて、フレキシブルチューブ内部の液体を送り出す構造のチューブポンプに於いて、ポンプ部とモータ部を同一平面上に配置し、フレキシブルチューブ１の一部を圧縮する偏心回転体４と駆動モータのロータ５を一体に構成することによって小型で高性能のポンプを得ようとするものである。円形にほぼ１回巻かれたチューブの内周面に回転リング３があり、その回転リングに接して回転する偏心回転体４が駆動モータのロータ５と一体になっている構造のチューブポンプで従来の同じ方式のポンプに比べて、モータや減速機構のスペースを節減でき小型化が実現できる。【選択図】    図１ａ
2008025430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルチューブの一部を圧縮しその圧縮点を移動させて、チューブ内部の液体を送り出す構造のチューブポンプにおいて、円形にほぼ１回巻かれたフレキシブルチューブに接して回転する回転リング、及びその回転リングに接して回転する偏心回転体、その偏心回転体に回転を与えるモータのロータ及びステータがほぼ同一の平面上に収納されてなるチューブポンプ
【請求項２】
モータのロータが偏心回転体と一体に構成される請求項１記載のチューブポンプ。
【請求項３】
アウターロータ型の永久磁石同期電動機のロータの外周に偏心回転体を一体に接合し、その偏心回転体の外周に接して自在に回転する回転リングを設け、その回転リングの外周に接してフレキシブルチューブを設置してなる請求項２記載のチューブポンプ。
【請求項４】
フレキシブルチューブを収納するケースにらせん状にほぼ一回転させてチューブの両端を外部に引き出す構造の請求項３記載のチューブポンプ。
【請求項５】
内外周が円形のリングであって、そのリングの外周側から内周側に通じる穴を２箇所設け、フレキシブルチューブをリングの内周側から第一の穴を通って外周側に通し、リングの外周をらせん状にほぼ一回巻きし、外周側から第二の穴を通って内周側に導かれる構造のフレキシブルチューブ収納ケースリングを用いた請求項２記載のチューブポンプ。
【請求項６】
インナーロータ型の永久磁石同期電動機のロータの内周に偏心回転体を一体に接合し、その偏心回転体の内周側に接して自在に回転する回転リングを設け、その回転リングの内周に接してフレキシブルチューブがあり、そのチューブは請求項５記載の収納ケースに収納された構造のチューブポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレキシブルチューブの一部を圧縮しその圧縮点を移動させて、チューブ内部の液体を送り出す構造のチューブポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型携帯機器などに用いられる燃料電池に燃料を供給するポンプとして、チューブ圧縮方式のチューブポンプが考えられる。従来このようなチューブポンプはその駆動モータや減速機は、ポンプケースの外部にあり、シャフトで連結されている。
【特許文献１】特開２００６−４６１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−６８６１８号公報
【０００３】
この例のように圧縮ポンプ部と同軸に減速機及びモータが取り付けられているため、全体の寸法が大きくポンプの収納体積が大きくなり、特に小型携帯機器に使用される燃料電池の燃料ポンプ等にあっては機器の小型化に支障を来たしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏心回転体とロータを一体に接合することによって、且つ減速機を廃し、モータとポンプを一体に構成することによって体積を小さくしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
フレキシブルチューブを円形に形成し、偏心回転体を回転させてチューブの一部を圧縮してチューブの内部の液体を吸引、排出する構造のポンプにおいて、ポンプ部とモータ部を同一平面上に配置し更に偏心回転体と駆動モータのロータを一体に構成することによって小型で高性能のポンプを得ようとするもので、図１はその実施例の一を示す。図１ａにおいて円形にほぼ１回巻かれたチューブ１の内周に回転リング3を設置し、その回転リングに接して回転する偏心回転体4を設置しその偏心回転体は駆動モータのロータ5と一体になっている構造のチューブポンプで従来の同じ方式のポンプに比べて、モータや減速機構のスペースを節減でき小型化が実現できる。
【０００６】
本発明はポンプ部の偏心回転体と駆動モータのロータを一体化し、モータ部とポンプ部を同一平面状に設置することによって、ポンプの体積を小さくするもので、モータは永久磁石同期電動機を用い、そのマグネットロータのヨーク部とポンプの偏心回転体を一体に結合する方法で、その形態は円形状にほぼ１回巻かれたフレキシブルチューブの内周側にモータを収納する方法と、フレキシブルチューブの外周にモータを収納する方法の二つの実施例を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、携帯機器に用いられる燃料電池の燃料ポンプ等にあっては、出来るだけ空間を有効に使用することが小型化につながる。ポンプ部とモータ部を同一平面上に配置し且つ、ポンプ部の偏心回転体とロータと一体化することによって無駄な空間を無くして小型化を実現できる。またチューブをらせん状に１回転させる方法は、チューブを外部に引き出す際のケースのスペースを極力小さくすることに役立っている。    
またブラシレスモータを採用することで長寿命、高信頼性が確保される。モータ駆動のインバーター回路は、ポンプの流量制御とのインターフェイスが良好で様々な制御パターンに対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を図１〜図5を用いて説明する。
図１は本発明の第一の実施例で、図１ａは平面図、図１ｂは断面図を示す。図２は第二の実施例で図2ａは平面図、図２ｂは断面図、図２ｃはチューブの巻方を示す図であり、図３は第三の実施例で、図３ａは平面図、図３ｂは断面図を示す。図４は第三の実施例の収納ケースリングとチューブの巻き方及び引き出し方を説明する図である。図４ａは収納ケースに開けられた二つの穴を示す図、図４ｂはらせん状に巻かれたチューブを示す図、図４ｃ、図４ｄは夫々収納ケースに開けられた穴の断面図を示す図、図４ｅは収納ケースにらせん状に巻かれたチューブの引き出し方を示す図である。図５は従来のチューブポンプの構造図で、特開２００６−４６１９５号公報の図1の例を示す。
【０００９】
図１は本発明の第一の実施例で〔請求項３〕の実施例を示すもので、図１aはその平面図、図１bは断面図である。フレキシブルチューブ１は、収納ケース19の内部にほぼ１回巻かれ、そのチューブの内周面に回転リング3を回転自在に設置し、その回転リングに接して回転する偏心回転体4があり、その偏心回転体は駆動モータのロータ5と一体になっている構造で、ロータはマグネット6とヨーク7及びロータとシャフト8を連結する支持板9から構成されている。ヨーク７の厚さを一部変更して、ロータの外周が偏心した状態で回転する構造で、偏心回転体４が回転すると、偏心の大きい部分10が外接する回転リング3の一部を押し上げフレキシブルチューブ１を圧縮する。この圧縮点１1は回転に伴って移動するから、チューブの一端１２から吸入された流体は他端１３から排出される（図のロータの回転方向はＣＷとする）。モータはアウターロータ型モータで回転リング3の内周部に収納される。ステータ１６はロータ５の内周側にあり、ステータ巻線１７（図示は一部省略）、軸受け１8，シャフト８が収納されている。この実施例ではフレキシブルチューブ１は収納ケース2の内部に、同一平面状にほぼ１回巻かれている。
【００１０】
図２は第二の実施例で、〔請求項４〕の実施例を示す。図２aは平面図、図２bは断面図である。図１の第一の実施例では、チューブ１は収納ケース19の内部に、同一平面状にほぼ１回巻かれていて、両端が重なり合うことを避けるため巻かれる角度は３６０度ではなく、３００度〜３４０度の範囲で巻かれている。吸入側チューブ１２及び排出側チューブ１３は収納ケース2の上部から引き出されている。これに反して第二の実施例はチューブが収納される収納ケースにらせん状にほぼ一回転巻きその両端を左右に引き出す方法で、ほぼ３６０度巻くことが出来る。実施例一のようにチューブの両端１２，１３が上部に引き出される場合に比べて収納ケースを小型に出来る。図２ｃは収納ケースにらせん状にほぼ一回転巻かれている状態を示す図である。その他の構造は図１の場合と同一である。
【００１１】
図３は第三の実施例で、〔請求項６〕の実施例を示す。図３aは平面図、図３bは断面図である。モータはインナーロータ方式で、チューブの収納は〔請求項５〕の収納ケースリングを用いる、チューブ1は収納ケースリング2の内周側から第一の穴１４を通って外周側に引き出され、外周側をほぼ一回転らせん状に巻かれて第二の穴１５から内周側に導かれる。そうすることによってチューブの両端１２，１３を外部に引き出すことができる。このチューブ１に外接する回転リング３を回転自在に設置し、その回転リングに外接する偏心回転体４を設置する。この偏心回転体4はモータのロータ５と一体に接合されている。このロータの外周にステータ16を設置しモータを構成する。
【００１２】
図４は第三の実施例の収納ケースリングの詳細を説明する図で、図４ａは収納ケースリングのチューブを通す穴の断面図、図４ｂはチューブの巻かれている状態を示す図で、図４ｃは収納ケースリングに開けられた第一の穴の説明図である。図４ｄは同じく第二の穴の説明図である。図４ｅはチューブが収納ケースリングの内周側から第一の穴を通って外周側に引き出され、ほぼ一回転らせん状に巻かれて、第二の穴から収納ケースリングの内周側に導かれる状態を説明する図である。
【００１３】
第三の実施例は、インナーロータ型モータのため、ステータコアがポンプの外周にある。電磁鋼板の厚さを大きく取ることができ、又ティース部及びヨーク部の磁気回路を大きくとることが出来る。また巻線のスペースも大きく取ることが出来るためターン数を大きく取ることが出来る。このことは、モータの消費電力を小さくすることが可能で、最も体積効率の良いポンプシシテムである。
【００１４】
一般にこのようなチューブポンプの場合の吐出量と偏心回転体つまりモータの回転数との間には次の（１）式で表される関係がある。
Ｍ＝κ1×ｄ×ｄ×Ｄ×Ｎ          （１）
ここに、Ｍ＝吐出量                     〔mmｌ/min.〕      
ｄ＝チューブの内径            〔mm〕」
Ｄ＝チューブが巻かれるリング径  〔mm〕  
N＝モータ回転数                〔rpm〕
κ1＝定数
またモータ軸にかかるトルクＴは次のように表される。
Ｔ＝κ2×ρ×Ｄ×ｄ                  （２）
ρ＝チューブ圧縮トルク係数
κ2＝定数
これらの関係式から、実施例一及び実施例二の場合は、トルクが大きく、回転数の低い場合に用いられる。また実施例三の場合はトルクが小さく回転数の高い場合に用いられる。
【００１５】
またチューブの出し方は、第一の実施例では、ポンプケースと同一平面上にチューブを引き出すことが出来る。第二に実施例では、ポンプケースと同一平面上の左右から引き出すことが出来る。第三の実施例では、ポンプケースの中央から垂直方向に引き出すことができる。このように機器に収納される条件によって適当な実施例の方式を用いることが出来る。
【００１６】
ここで使用されるモータは永久磁石同期電動機と呼ばれるモータで、このモータはブラシレスのため体積効率及びモータ効率が最も優れたモータである。ブラシがないため高信頼性で寿命が長い。
【００１７】
ロータはＮｄ-Fe-B系の焼結磁石もしくは、Ｎｄ-Fe-B樹脂ボンド系の磁石が用いられる。ステータは電磁鋼板を積層し巻線が施される。結線は３相スター結線である。
【００１８】
駆動回路は、３相インバータ駆動回路を用いる。通常ロータの磁石の磁極位置検出のためホール素子やホールＩＣ又はエンコーダなどが用いられるが、本特許の場合のように出来るだけ小形のポンプを求められる場合にはそのような位置検出は用いずセンサレス駆動方式を用いる。
【００１９】
モータの回転数は比較的低回転数域で用いられるため、鉄損は少なく、銅損が損失の大部分を占める。このためステータ巻線のターン数を大きくして電流を小さくする。この際巻線のターン数を大きくすることはコイルエンドが大きくなることで、ケースの厚さを大きくすることになる。このことを極力避けるため、巻線は分布巻きではなく集中巻きの方式がとられる。またスロット数を大きくして、一極あたりの巻数を減らしてコイルエンドを小さく抑える方策が講じられる。
【００２０】
また低回転数で使用されるため、コギングトルクやトルクリップルの影響を受け流出量が変動することを抑えるため、一般的に用いられるコギングトルクやトルクリップルを少なくする手段が講じられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】本発明の第一の実施例のアウターロータ方式のチューブポンプの平面図
【図１ｂ】Ａ−Ｏ−Ｂの断面図
【図２ａ】第二の実施例のアウターロータ方式のチューブポンプの平面図
【図２ｂ】Ａ−Ｏ−Ｂの断面図
【図２ｃ】チューブがらせん状に巻かれた図
【図３ａ】第三の実施例のインナーロータ方式のチューブポンプの平面図
【図３ｂ】Ａ−Ｏ−Ｂの断面図
【図４ａ】第三の実施例で収納ケースリングの断面図
【図４ｂ】その収納ケースリングにチューブがらせん状に巻かれた図
【図４ｃ】収納ケースリングの第一の穴の説明図（Ａ−Ａ’断面）
【図４ｄ】収納ケースリングの第二の穴の説明図（Ｂ−Ｂ’断面）
【図４ｅ】収納ケースリングにチューブを通す説明図
【図５】従来の構造の説明図
【符号の説明】
【００２２】
１  フレキシブルチューブ
２  収納ケースリング
３  回転リング
４  偏心回転体
５  ロータ
６  マグネット
７  ロータヨーク
８  シャフト
９  支持板
１０偏心部の大きい部分
１１チューブ圧縮点
１２チューブの一端
１３チューブの他端
１４収納ケースリングの第一の穴
１５収納ケースリングの第二の穴
１６ステータコア
１７コイル
１８軸受け
１９収納ケース
【図１ａ】
2008025430.tif 000003
【図１ｂ】
2008025430.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2008025430.tif 000007
【図３ａ】
2008025430.tif 000008
【図３ｂ】
2008025430.tif 000009
【図４ａ】
2008025430.tif 000010
【図４ｂ】
2008025430.tif 000011
【図４ｃ】
2008025430.tif 000012
【図４ｄ】
2008025430.tif 000013
【図４ｅ】
2008025430.tif 000014
【図５】
2008025430.tif 000015