(57)【要約】【課題】電子機器の液冷システムの軸流ポンプを小型にしてもポンプの効率を向上し、簡単な構成でロータの回転信頼性と冷却液の散逸防止を確保する。【解決手段】一定の内径の金属のパイプ２０の内側に中空部２３を有する円柱のフェライト磁石のロータ２１を間隙を小さくして冷却液中に回転自在に配置し、ロータ２１端部の外に一体化した羽根車２４の径をパイプ２０の内径相当にする。ロータ２１は対称な２極に着磁され、３つのステータコイル２６、２７で構成され、あるいは１つのステータコイルの構成も可能にする。【選択図】　　　　図１
2004092610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状のパイプの内側に、中心軸に中空部を有する円柱形状のフェライト磁石からなるマグネットロータを該パイプの内壁面と該マグネットロータの外側面の間に冷却液を介する流体軸受けで回転自在に配置し、該パイプの外側にステータコイルを固定して配置し、該マグネットロータの端部の外に設けた羽根車を該マグネットロータと一体化して、冷却液を該マグネットロータの該中空部を通過させ、該パイプの片側の口から他方の口へ流動させる構成にすることを特徴とする液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項２】
前記マグネットロータに前記中心軸に対して対称な２極の着磁極性を持たせ、３つの前記ステータコイルを前記パイプの外側面に沿い前記中心軸を中心にして等角度間隔に配置する構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項３】
前記マグネットロータに前記中心軸に対して対称な２極の着磁極性を持たせ、１つの前記ステータコイルを前記パイプの外側面に設け、前記ステータコイルの前記中心軸と平行な２つの部分を前記中心軸に対して対称な位置に配置し、該平行な２つの部分に外側から対向する軟磁性のステータヨークの部分と前記パイプの外側面との間隔に較べ、前記平行な２つの部分に対向しない該ステータ・ヨークの部分の一部と前記パイプの外側面との間隔を小さくする構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項４】
前記マグネットロータに前記中心軸に対して対称な２極の着磁極性を持たせ、１つの前記ステータコイルを前記パイプの外側面に設け、前記ステータコイルの前記中心軸と平行な２つの部分を前記中心軸に対して対称な位置に配置し、該平行な２つの部分の中間で前記パイプの外側面の位置に軟磁性材片を配置する構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項５】
前記パイプの冷却液が流入する片側の端部の内側に、中心軸に中空部を有する樹脂のストッパ・ベアリングを固定し、前記マグネットロータの端部を摺接して支持する構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項６】
前記ステータコイルと磁界検出センサを接合したフレキシブル基板を前記パイプの外側面に固定し、該フレキシブル基板の引き出し導体部をステータ・ヨークに圧入固定した樹脂ブラケットの切り欠き部から外に出す構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項７】
前記パイプに対向する側の端部の内径が前記パイプの外径より大きくて近似し、反対側の端部の外径が前記パイプの外径より小さい段違いパイプを用いて、前記パイプの端部の外側面を該段違いパイプの内壁部に接着する構成にすることを特徴とする請求項１記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【請求項８】
前記マグネットロータの片端部と摺接する前記ストッパ・ベアリングの端部を中空部から外周部まで連続した複数の溝を有する円平面で形成することを特徴とする請求項５記載の液冷システムの軸流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の発熱部を冷却する液冷システムのポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化と高密度実装の進展で放熱ルートや空間の確保が難しくなり、ＣＰＵなどの高密度化による局所加熱を抑制する熱対策の重要性が増大している。また、静音化に対する要求もある。従来からファンで冷却する方法があり、コストが低く、一定の効果を有する。さらにファンを２個使用したり、ＣＰＵの発熱に対応してファンの回転数を変化させるなどの方法が実用化されている。また、ヒートパイプとファンを組み合わせて冷却効率を向上させる方法もある。
【０００３】
さらに冷却効率を向上し、設計自由度を得るための液冷システムも特開平２００２‐１８２７９７で開示された従来例がある。電子機器の液冷システムは小型のポンプ、液冷ジャケット、放熱パネルおよびタンクとそれら個々を連結するフレキシブルチューブなどの配管で構成される。小型のポンプの従来例として電磁力を駆動力に用いた遠心ポンプが日経エレクトロニクスの２００２年４ー２２号の記事で開示されている。
【０００４】
遠心ポンプの従来例を図８で示す。図８（ａ）の斜視図や、図８（ｂ）の断面図で示すように、ケーシング１の外形が薄い方形状で、吸込口２から吸引された冷却液は、中央上部３から羽根車４の回転による遠心力で圧力を付加されて吐出口５から出る。軸６の方向のステータコイル７とロータ８の磁石との間に働く電磁力によるトルクでロータ８は一定方向に回転させられる。ケーシング１は上下のふた９の部分と底１０の部分を接合し、Ｏリング１１で密封して液漏れを防ぎ、またケーシング１の面に金属処理を施したり、ケーシング１の成形樹脂の中に水分子を散逸させない材料を混入させる。
【０００５】
液冷システムに用いられるポンプではないが、本発明の液冷システムの軸流ポンプに先立つ軸流ポンプが、特開平５‐７１４９２、特開平１１‐２１０６６２、および特開２００１‐２０７９８８で開示されている。いずれも配管方向に軸方向を一致させ、液中に羽根車を有するローターを電磁力で回転させる軸流ポンプである。羽根車はロータの中に一体化される。配管の外に設けた磁気軸受や、管内に配置した機械軸受で回転を支持し、ロータの両端部で回転時にロータを浮かす構成である。
【０００６】
図９は、特開平５‐７１４９２で開示された軸流ポンプの従来例を断面図で示すものである。配管１１の内側に磁気軸受１２で回転自在に支持されたロータ１３の内部に羽根車１４が連結され、ステータコイル１５により誘導電動機方式あるいは永久磁石式同期電動機方式でロータ１３が回転し、羽根車１４の回転により液体を駆動する。ロータ１３の軸方向の位置を決めるため、配管１１の内径に差を設けてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液冷システムの遠心ポンプの課題として、液漏れや水分子の散逸防止が完全でなく、まだ形状が大きく高く、ポンプの効率が低いことが挙げられる。
【０００８】
従来の小型の軸流ポンプの課題として、次のことが挙げられる。ロータの径が８ｍｍ以下と小さい場合には、ロータの中に羽根車を連結する構成のため、羽根車の最大径が４ｍｍ以下となり、羽根車としてポンプ機能が低下し、磁気軸受や機械軸受を用るのは構造が複雑なわりに効果がなく、また永久磁石をロータの一部にしたり内部に組み込む構成のため永久磁石の体積が小さくなり、磁界あるいは磁束密度を大きくするには限界がある。
【０００９】
図８の遠心ポンプでは、ケーシング１は樹脂で成形した上のふた９と下の底１０を融着して接合して作られる。シーリングするためＯリング１６を用いる。また樹脂の壁からの水分子の散逸を防ぐため、樹脂で成形した面に金属表面処理を施したり、樹脂の中に微小な孔が生じさせない材料を混入している。いずれにしてもケーシング１の厚さや製造ばらつきを考慮すると、冷却液の漏れ防止や水分子の遮蔽は完全でない。
【００１０】
ケーシング１の面積を小さくするのは、ロータ８を比較的大きい径で回転させる構成のため限界がある。ケーシング１の高さを低くするとポンプの効率が加速度的に低下する。ステータコイル７の軸６と平行方向の部分の実効長と、ステータコイル７の全長に対する実効長の比率が低下して力係数のＢＬのＬが小さくなる。
【００１１】
またケーシング１の高さが低くなるとロータ８の高さも低くなり、ロータ８に一体化した永久磁石の長さも短く、ケーシング１の内部の壁も比較的厚いため力係数のＢである磁束密度が小さくなる。さらに、ケーシング１の高さが低くなると、ロータ８と一体化された羽根車４の高さに対する羽根車４とケーシングのふた９の間隔の比が大きくなり、ポンプとして駆動する時の漏れの比率が大きくなる。結果として、機械‐変換効率が低下し、ポンプの効率が低下する。
【００１２】
遠心ポンプは中央上部３から冷却液を取り込む構成のため、吸込口２からの管１７を中央上部１８まで設ける必要もあり、ポンプの駆動力やポンプ効率の大幅な低下を防ぐためには、ポンプ全体の高さをあまり低くできない。例として、吸込口２からの管１７を含みポンプ全体の高さを１８ｍｍ以下にすると、ポンプの効率はあまり良くない。
【００１３】
図９の軸流ポンプでは、上下の配管１１の径に対して大きい径で連続して形成された部分１９にロータが配置される。径の最大の部分１９でポンプの寸法と規定すると、ロータ１３の径の大きさは制限されることには変わりない。ロータ１３の内側に羽根車１４が配置されるため、ロータ１３の径が小さくなると羽根車１４の径は小さくなり、ポンプ機能が低下する。
【００１４】
図９の構成の軸流ポンプを永久磁石式同期電動機方式で駆動する場合、ロータ１３の中に永久磁石を埋め込む構成にしている。当然ながら磁石の厚さや体積は小さくなり、ステータコイル１５との間隔も大きくなり、ステータコイル１５での磁束密度を大きくできない。結果、ロータ１３を回転させるトルクが低下し、電気‐機械変換効率が低下する。図９の軸流ポンプでは、ステータコイル１５の外側全体を近接して覆う軟磁性のステータヨークが設けてないために、さらにステータコイル１５の位置での磁束密度の低下が生じる。
【００１５】
ロータ１３の回転を支持するための磁気軸受１２をロータ１３の両端近傍に配置している。小型の軸流ポンプの回転するロータ１３を磁気軸受１２で支持するには、構成や制御が複雑になる。磁気軸受１２以外の機械軸受としてセラミックやカーボンを用いる機械軸受で液中でロータを支持する場合、ロータが小型なるほど、質量が小さくなるほど特定の箇所に設ける機械軸受の効果は小さくなる。
【００１６】
本発明の目的は、上記の液冷システムの従来の遠心ポンプの欠点を解決し、同時に従来の小型の軸流ポンプの欠点である小型にすることによる電気‐機械変換効率やポンプ効率の低下を解決し、軸受や配管など全体の構成を簡単にすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１では、円筒形状のパイプの内側にマグネットロータを回転可能に配置し、パイプの外側にステータコイルを固定して配置する。マグネットロータは中心軸に中空部を有する円柱形状のフェライト磁石で構成する。円筒形状のパイプはステンレス鋼などの比較的薄い非磁性金属からなる。強制的に回転されるマグネットロータの端部の外にパイプの内径に近似した径の羽根車を一体化することでポンプとして機能させ、冷却液をパイプの一端である吸込口からマグネットロータの中空部を通過させ、パイプの他端である吐出口へ強制的に流動させる。回転自在に配置されたマグネットロータの回転を滑らかにするために、マグネットロータのフェライト磁石の外側面とパイプの内壁面の狭い間隙に冷却液を介すことで軸受を形成する。
【００１８】
請求項２では、通常の小型のブラシレスＤＣモータと同じ構成をとる。中心軸に対して対称な２極の磁極をマグネットロータのフェライト磁石に持たせる。円筒形状のパイプの外側面に沿って３つのステータコイルが中心軸を中心にして等角度間隔に固定して配置される。ブラシレスＤＣモータと同じ駆動原理であるため、マグネットロータの回転にともなう磁界の変化を磁界検出センサで検知し、その検出信号に同期して３つのステータコイルに１２０度づつ位相をずらしたオン・オフ電流を流す。
【００１９】
請求項３では、ステータコイルを簡略化し、全体の高さを低くする構成にする。同じ２極の磁極を有するフェライト磁石のマグネットロータを円筒形状のパイプの内側に、パイプの外側面に沿って１つのステータコイルを固定して配置する。この１つのステータコイルの中心軸と平行な２つの部分を中心軸に対称に配置する。起動時に回転するトルクを生じさせるため、マグネットロータの異なる極性が逆方向の電流が流れるステータコイルの平行な２つの部分に必ず対向させる必要がある。ステータコイルの中心軸に平行な２つの部分に外側から対向するステータ・ヨークの部分とパイプの外側面との間隔に較べ、この平行な２つの部分に対向しないステータ・ヨークの部分の一部とパイプの外側面との間隔を小さくする。マグネットロータの異なる磁極の境界を軟磁性のステータ・ヨークの近い部分で静止させる。ステータ・ヨークを近づけた分、高さを低くする。
【００２０】
請求項４では、ステータコイルを簡略化して、確実に起動させる構成にする。円筒形状のステータヨーク以外は請求項３と同じ構成にして、ステータコイルの中心軸と平行な２つの部分の中間でパイプの外側面の位置に軟磁性材片を配置する。軟磁性材片は中心軸方向に長く幅も比較的広くする。マグネットロータの異なる磁極の境界はこの軟磁性材片の近傍で静止する。
【００２１】
請求項５では、マグネットロータを定まった位置で回転させる構成にする。円筒形状のパイプの吸込口である片側の端部の内側に樹脂で成形したストッパ・ベアリングを固定し、マグネットロータの端部を摺接させて支持する。ストッパ・ベアリングには中心軸に対称な中空部を滑らかな曲面で形成してマグネットロータの中空部と面を連続させる。また、マグネットロータと摺接する部分は円形状の平面にする。
【００２２】
請求項６では、フレキシブル基板を用いた構成を示す。ステータコイルと磁界検出センサを接合したフレキシブル基板を円筒形状のパイプの外側面に固定し、ステータ・ヨークに圧入固定した樹脂ブラケットの切り欠き部からフレキシブル基板に連続した引き出し導体部を外に引き出す。
【００２３】
請求項７では、小径のフレキシブルチューブと連結するために段違いパイプを付加した構成を示す。マグネットロータを内蔵するパイプに対向する側の段違いパイプの端部の内径をパイプの外径より大きく近似した大きさで、段違いパイプの反対側の端部の外径をパイプの外径より小さくする。パイプの外側面と段違いパイプの内壁部を接着、固定することで密閉する。フレキシブルチューブを径の小さい段違いパイプの部分と連結する。段違いパイプの形状と接着する方向を選ぶことで任意の方向に吸込口と吐出口を向けることを可能にする。
【００２４】
請求項８では、マグネットロータとパイプの間の軸受を安定させる構成である。樹脂のストッパ・ベアリングの円形状の平面に中空部から外周部に連続した溝を複数形成する。羽根車で駆動されて圧力が高くなった冷却液を、流れで圧力が低下したストッパ・ベアリングとマグネットロータの摺接部近傍にマグネットロータとパイプの間、およびストッパ・ベアリングの溝から一部環流させる。
【００２５】
【作　用】
本発明の液冷システムの軸流ポンプは、円柱形状のマグネットロータが円筒形状のパイプの内側で冷却液を間に介する軸受により滑らかに回転する。マグネットロータに作用する回転のトルクは、対称な２極に着磁されたマグネットロータからの磁界と、パイプの外側面に固定されたステータコイルに流れる電流によって生じる。
【００２６】
フェライト磁石のみからなるマグネットロータは冷却液中でも安定した特性と組成を保ち、パイプの内径に近似した径まで大きくすることで発生する磁界が大きい。マグネットロータは中心軸に中空部を軸方向に有し、中空部を冷却液が軸方向に流動可能になる。羽根車は径の小さい中空部の内部でなく、マグネットロータの端部の外で一体化され、パイプの内径に近似した相対的に大きな径で形成されることで効率的なポンプ機能を確保する。
【００２７】
ステータヨークは１個でも、起動時のトルク発生を確実にするため、軟磁性のステータヨークのステータコイルに対向しない部分の一部をパイプの外側面に近づける。マグネットロータの異なる磁極の境界がステータヨークの近い部分に対向して静止する。軟磁性材片を近接させても同じことになる。
【００２８】
マグネットロータと摺接するストッパ・ベアリングの円形面に溝があることで、羽根車で駆動され圧力の高くなったところから冷却液をマグネットロータとパイプとの間を通り環流しやすくなり、液中すべり軸受としての軸受機能を安定して持続する。
【００２９】
パイプの両端に段差パイプを固定することで径の小さいフレキシブルチューブを連結でき、吸込口や吐出口の方向も任意になり、小型なポンプでもあり、設計の自由度を有する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例の一部切り欠き斜視図である。本発明の基本的な構成、動作を説明するものである。円筒形状のパイプ２０の内側にパイプ２０の内径と近似した外径を有する円柱形状のマグネットロータ２１が配置される。マグネットロータ２１の外側面とパイプ２０の内壁面との間に冷却液を介在させて液中すべり軸受を形成し、マグネットロータ２１が滑らかに回転できるようにする。マグネットロータ２１にはフェライト磁石が用いられ、フェライト磁石でロータ全体を構成する。
【００３１】
マグネットロータ２１には中心軸２２に中空部２３が中心軸２２の方向に形成される。羽根車２４はマグネットロータ２１の端部の外に配置され、マグネットロータ２１と一体化される。羽根車２４の径はパイプ２０の内径に近似する大きい径にできる。羽根車２４の径方向の外側に連続して薄い円筒部２５を設ける。この円筒部２５により、羽根車２４から出された冷却液は羽根車の２４の反対側に直接戻らなくなる。羽根車の形状は図１で示される３つの独立したフィンの構成に限定されず、連続的な螺旋状の羽根にしてもよい。
【００３２】
円筒形状のパイプ２０の外側面に３つのステータコイル２６、２７が中心軸に対して等角度間隔に固定して配置される。切り欠いた斜視図の都合で１つのステータコイルは図示されていない。パイプ２０を横置きした軸流ポンプとして用いるため、軸方向長さの制約要因は少なく、個々のステータコイル２６、２７の中心軸２２と平行な部分は比較的長く形成される。この平行な部分がトルクの大きさを決めるステータコイルの実効長になる。
【００３３】
マグネットロータ２１は中心軸２２に対称な２極の着磁極性を有し、マグネットロータ２１が半回転するとパイプ２０の外部の磁界のベクトルが変わる。通常のブラシレスＤＣモータの駆動方法と同様に、マグネットロータからの磁界を磁界検出センサで検知し、その信号に同期して３つのステータコイル２６、２７などに１２０度づつ位相をずらしたオン・オフ電流を流すことにより、マグネットロータ２１は一定方向の回転を継続する。
【００３４】
円筒形状のパイプ２０はステンレス鋼などの非磁性の比較的薄い金属からなる。厚さは０．５ｍｍほどに薄くできるため、フェライト磁石のマグネットロータ２１とステータコイル２６、２７との間隔を小さくできる。また、マグネットロータ２１はパイプ２０の内側いっぱいの大きさにでき、トルクの大きさを決める力係数のＢＬのＢを大きくできる。すでにステータコイル２６、２７の実効長を長くできることが記述され、力係数のＬを大きくできる。力係数が大きいことは、電気‐機械変換効率が高いことになり、軸流ポンプの効率向上に寄与する。
【００３５】
回転するマグネットロータ２１からの磁界と、ステータコイル２６、２７に電流を流すことにより発生する磁界を閉じこめ、磁気回路の抵抗を下げて磁界強度を相対的に大きくするために、ステータコイル２６、２７の外側に近接して覆う円筒形状で軟磁性のステータヨーク２８を設ける。ステータヨーク２８の絞り孔２９と、ステータヨーク２８の開放端に圧入した樹脂ブラケット３０の中央の孔３１でパイプ２０は支持、固定される。
【００３６】
冷却液は回転する羽根車２４で駆動され、パイプ２０の端の吸込口３２からマグネットロータ２１の中空部２３を通り、パイプ２０の他端の吐出口３３に流動する。流れる方向が直線的で、羽根車２４の径も比較的大きく、羽根車２４での冷却液の直接的な戻りも少ないため、ポンプのロスが少ない。電気‐機械変換効率が高く、ポンプのロスが少ないことで、本発明の液冷システムの軸流ポンプは小型にしてもポンプの効率を相対的に高いものにできる。寸法の例として、パイプ２０の外径と内径が９ｍｍと８ｍｍ、マグネットロータ２１の中空部２３の径が４ｍｍ、ステータヨーク２８の外径と内径が１５ｍｍと１４ｍｍである。
【００３７】
駆動原理がブラシレスＤＣモータと同じで、図示しない磁界検出センサやステータコイル２６、２７を接合したフレキシブル基板３４はパイプ２０の外側面に巻き付けて接着などで固定される。このフレキシブル基板３４から連続した引き出し導体部を樹脂ブラケット３０の切り欠き部から外に出す構成にすると組立が簡単になる。
【００３８】
図２は、図１で示した本発明の液冷システムの軸流ポンプの実施例の断面図である。模式的に示してある。円筒形状のパイプ２０の内側に、円柱形状で中空部２３を有するマグネットロータ２１が少ない間隙で配置される。パイプ２０の外側面に３つのステータコイル２６、２７、３５と図示されない磁界検出センサが等角度間隔で配置される。
【００３９】
マグネットロータ２１は中心軸に対称な２極の着磁極性３６、３７を有し、磁界検出センサによってマグネットロータ２１の着磁極性３６、３７の回転方向位置を検出した信号に同期して３つのステータコイル２６、２７、２８には１２０度づつ位相をずらしたオン・オフ電流を流す。
【００４０】
図３は、図１の実施例に本来用いられる部品を付加した構成の一部切り欠き斜視図である。マグネットロータ２１は、ステータコイル２６、２７に流れる電流と着磁されたフェライト磁石であるマグネットロータ２１の磁界との相互作用で回転するが、マグネットロータ２１の中心軸２２の方向の位置を決めるものが必要である。パイプ２０の吸込口３２の内側に中心軸２２に対称な中空部３８を設けた非磁性のストッパ・ベアリング３９を固定する。中空部３８は吸込口３２から連続した曲面で形成され、マグネットロータ２１の中空部２３の円壁面に連続し、冷却液が層流的に流れやすい構成にする。
【００４１】
ストッパ・ベアリング３９のマグネットロータ２１と摺接する部分を、円形平面にしてマグネットロータ２１の回転時に液中すべり軸受としての役割をさせるとよい。マグネットロータ２１は、一体となった羽根車２４の回転に伴い冷却液を吐き出す方向と逆方向の反力を受け、マグネットロータ２１が回転する場合には常にストッパ・ベアリング３９とマグネットロータ２１が摺接する状態になり、マグネットロータ２１の中心軸方向の位置が決まることになる。
【００４２】
マグネットロータ２１の端部と摺接する円形平面には、中空部３８から外周部に連続した複数の溝４０が形成される。羽根車２４の回転に伴い、羽根車２４の吐き出し側の圧力が、ストッパ・ベアリング３９とマグネットロータ２１の境界近傍を冷却液が流れる時の圧力に較べて大きくなり、マグネットロータ２１の回転速度が大きくなると圧力の差は増大する。ストッパ・ベアリング３９に溝があることにより、圧力差で冷却液の一部がマグネットロータ２１の外側面とパイプ２０の内壁面の間と溝４０を通り環流する。回転速度に応じた液中すべり軸受が、マグネットロータ２１とパイプ２０の間およびストッパ・ベアリング３９の間に形成される。
【００４３】
図４は、本発明の液冷システムの軸流ポンプの他の実施例を一部切り欠き斜視図で示すものである。図１と図３で示された実施例と較べて、円筒形状のパイプ４１およびパイプ４１の内側の構成は同じである。フェライト磁石のマグネットロータ４２が中心軸４３に対称な２極の着磁極性を有していることも同じである。大きく異なるのは、１つのステータコイル４４がパイプ４１の外側面に沿って固定して配置されることである。
【００４４】
このステータコイル４４の中心軸４３と平行な２つの部分４５（片方のみが図示されている）は、中心軸４３と対称な位置に配置され、マグネットロータ４２の異なる磁極に対向することになる。２つの平行な部分４５等には逆方向の電流が流れ、異なる磁極に対向することで、中心軸４３に対して同じ回転方向の力が働くことになる。ステータコイル４４の中心軸４３と平行な部分４５を長くすることの制約は少なく、ステータコイルの実効長を長くしてトルクを大きくできることは、図１から図３の実施例の場合と同じである。
【００４５】
マグネットロータ４２を一定方向に回転させるためには、磁気検出センサ４６でマグネットロータ４２の磁極の位置を検出し、検出信号を電気回路で処理して一定回転方向の力が生じさせる電流を同期してステータコイル４４に流す。オペアンプとトランジスタで単純に構成した場合、２つの磁界検出センサを１８０度ずらして用いる必要がある。
【００４６】
図５は、図４の実施例の断面図を示している。起動時には必ずマグネットロータ４２を回転させるトルクが生じる必要がある。１つのステータコイル４４の中心軸４３と平行で中心軸４３と対称な位置の２つの部分４５、４６と、マグネットロータ４２の異なる磁極を静止時に必ず対向させる。ステータコイル４４の外側にある軟磁性のステータヨーク４７とパイプ４１との間隔を小さくする場所４８をステータコイル４４の２つの平行な部分４５、４６に対向しない部分に決めることで目的が果たされる。２つの異なる磁極の境界４９は軟磁性のステータヨーク４７が近い所で位置が安定することを利用している。図４と図５（ａ）では、ステータヨーク４７の上部の平坦な部分の中央の場所４８が最もパイプ４１との間隔が小さく、マグネットロータ４２の異なる磁極の境界４９はポテンシャルが低い垂直方向に近似した方向で静止する。
【００４７】
起動時にトルクを必ず発生させるのに、図４と図５（ａ）で示したステータヨーク４７の形状に限定されるものではない。例えば、同じ１つのステータコイル５０を有する軸流ポンプの断面図である図５（ｂ）で示すように、軟磁性のステータヨーク５１は、ステータコイル５０の中心軸５２に対称な位置で中心軸５２に平行な２つの部分と対向しないステータヨーク５１の部分の大部分を近づけた構成にすると、異なる磁極の境界５３は必ず垂直方向に近似した方向で静止する。ただしマグネットロータ５４が回転する場合の滑らかさを多少とも失うことになる。
【００４８】
図４と図５で示した実施例は、他の利点も有する。ステータヨーク４７、５１の上部をパイプ４１等に近づけることは、結果として高さが低くなる。ステータヨーク４７、５１の最大径が１５ｍｍの場合、高さは２ｍｍほど低くなり、軸流ポンプの高さは最小で１３ｍｍになる。
【００４９】
図６も起動時にトルクを必ず発生させる構成を示す。ステータヨーク５５が円筒形状でパイプ５６から同じ間隔の場合、ステータコイル５７の中心軸５８に対称な位置で中心軸５８と平行な２つの部分５９、６０の間のパイプ５６の外側面に軟磁性材片６１を配置する。フェライト磁石のマグネットロータ６２の異なる磁極の境界６３は垂直方向に近似した方向で静止して、ポテンシャルの低い位置で安定する。この状態は、ステータコイル５７の中心軸５８に平行な２つの部分５９、６０がマグネットロータ６２の異なる磁極の真ん中近傍に対向することになり、逆方向の電流が平行な２つの部分５９、６０に流れるとマグネットロータ６２は最大のトルクで回転を始める。
【００５０】
図７は、図１、図３および図４で示した本発明の液冷システムの軸流ポンプの配管の構成を示すものである。図７の図自体は、図４の外観形状を使用している。既に示したように、マグネットロータを内側に入れる円筒形状のパイプの外径は９ｍｍほどである。連結する配管には、設置の自由度や位置誤差の許容、およびヒンジ部での変形自由度を考慮すると、フレキシブルチューブを用いるのが適当である。フレキシブルチューブは内径が３ｍｍ程度、外径が５ｍｍ程度と比較的細い。連結するパイプの外径は５ｍｍ以下にするのが適当である。軸流ポンプの吸込口と吐出口の径は、９ｍｍほどから５ｍｍほどの外径に変換する必要がある。
【００５１】
図７（ａ）および図７（ｂ）で示す両端の径が異なる段違いパイプ６４を用いるとよい。パイプ６５の外径より大きくかつ近似した内径の端部６６と、パイプ６５の外径より小さい外径の端部６７を有し、内径を連続的に変化させた段違いパイプ６４を、吸込口６８と、吐出口６９に互に挿入し、パイプ６５の外側面と段違いパイプ６４の内壁部を接着、固定して、同時にシーリングする。吸込口６８側の細い径の新たな吸込口７０にフレキシブルチューブ７１を連結し、金属バンドや収縮チューブで締め付ける。吐出口６９にも同様に段違いパイプを固定し、フレキシブルチューブを連結する。
【００５２】
図７で示した段違いパイプ６４は中心軸が直線であるが、屈曲した段違いパイプも使用できる。液冷システムを実際のパソコンなどの電子機器内に配置する場合、吸込口と吐出口の方向は互いに９０度方向であったりする。狭い空間にフレキシブルチューブを引き回すことは、抵抗が増えたり、液漏れなどの信頼性に問題が生じやすいため、フレキシブルチューブの配管は直線的にするのがよい。
【００５３】
本発明の液冷システムの軸流ポンプに使用されるステータコイルは、図１、図３および図４で示すように、円筒形状のパイプの外側面に沿う曲率を有する形状にされる。巻線機でこの形状のコイルを巻くには、コイルを巻く部分の治具をコイルの高さ方向に対応する前後方向に変位させ、コイルを巻く方向に回転させ、さらにコイルの曲率を有する方向でその曲率半径の中心の回りに一定の角度揺動させる必要がある。前後変位、回転および揺動は同期させる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５５】
小型にしても、大きい磁石とステータコイルを近接配置できることで大きい磁束密度にでき、ステータコイルの実効長を長くできることで高い電気‐機械変換効率を得、パイプの径が小さくても羽根車の径を相対的に大きく確保して、ポンプ機能を確保する。
【００５６】
磁気軸受や機械軸受を用いなくとも、パイプとフェライト磁石のロータによる簡単な構成の液中すべり軸受で安定したロータの回転を維持できる。
【００５７】
金属パイプが冷却液のケーシングになることで、ポンプ自体では冷却液の漏れや水分子の散逸を完全に防ぐことができる。
【００５８】
対称な２極に着磁されたフェライトのロータと１つのステータコイルでも、ロータ静止時に異なる磁極の境界の方向を定める構成にすることで、起動時に回転を必ず起こす部品点数の少ない液冷システムの軸流ポンプができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の一部切り欠き斜視図を示す。
【図２】図１の実施例の断面図を示す。
【図３】図１の実施例に部品を付加した実施例を示す。
【図４】本発明の他の実施例の一部切り欠き斜視図を示す。
【図５】図４の実施例を含む断面図を示す。
【図６】本発明の他の実施例の断面図を示す。
【図７】本発明の実施例での配管連結部の斜視図と断面図を示す。
【図８】従来の遠心ポンプの斜視図と断面図を示す。
【図９】従来の軸流ポンプを断面図で示す。
【符号の説明】
２０、４１、６５　　パイプ
２１、４２、、５４、６２　　マグネットロータ
２３　　中空部
２４　　羽根車
２６、２７、４４、５０、５７　　ステータコイル
２８、４７、５１、５５　　ステータヨーク
３０　　樹脂ブラケット
３２　　吸込口
３３　　吐出口
４６　　磁気検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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