(57)【要約】【課題】  騒音の発生を抑えつつ２個のポンプロータを精度良く同期反転させることができるポンプを提供する。【解決手段】  本発明の二軸同期反転形ポンプ１は、一対のポンプロータ９，１０を同期して逆方向に回転させる駆動機構１９を、前記ポンプロータ９，１０を駆動する一対の駆動軸１１，１２と、前記駆動軸１１，１２と一体的に回転する一対の環状磁石からなる磁気カップリング３６と、前記駆動軸１１，１２の少なくとも一方を回転させるモータ２０とから構成し、前記環状磁石の外周に複数の歯３０及び歯間部３１を交互に形成すると共に前記環状磁石が対向する部分において一方の環状磁石の歯３０は他方の環状磁石の歯間部３１に入り込むように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室を有するハウジングと、
前記ハウジングに設けられ前記ポンプ室と連通する吸入口及び吐出口と、
前記ポンプ室内に回転可能に並列配置され、同期して逆方向に回転することにより前記吸入口から前記ポンプ室内に流体を吸い込むと共に前記ポンプ室内の流体を前記吐出口から吐出する一対のポンプロータと、回転可能に並列配置された一対のポンプロータと、
前記ポンプロータを同期して逆方向に回転させる駆動機構とを備えた二軸同期反転形ポンプにおいて、
前記駆動機構は、前記ポンプロータを駆動する一対の駆動軸と、前記駆動軸と一体的に回転するように設けられ前記駆動軸を連結する一対の環状磁石からなる磁気カップリングと、前記駆動軸の少なくとも一方を回転させるモータとを有し、
前記環状磁石は、その外周に交互に形成された複数の凸部及び凹部を備え、前記環状磁石が対向する部分において一方の環状磁石の凹部に他方の環状磁石の凸部が入り込むように構成されていることを特徴とする二軸同期反転形ポンプ。
【請求項２】
一方の環状磁石の凹部の周方向中心に対する他方の環状磁石の凸部の周方向中心の回転角度のずれが所定角度よりも小さいとき前記凸部は前記凹部に対して非接触状態で係合し、前記回転角度のずれが所定角度以上になると前記凸部は前記凹部に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の二軸同期反転形ポンプ。
【請求項３】
環状磁石は、凸部と凹部とが異磁極に且つ一方の環状磁石の凸部と他方の環状磁石の凸部とが同磁極となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の二軸同期反転形ポンプ。
【請求項４】
モータは、一対の駆動軸のうちの一方に連結されたロータ及び前記ロータの内周に位置するステータからなるアウタロータ形モータから構成され、
一対の環状磁石のうちの一方は前記ロータの外周に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の二軸同期反転形ポンプ。
【請求項５】
モータは、ステータ及び前記ステータの内周に配置され各駆動軸に連結された一対のロータを備えて構成され、
磁気カップリングを構成する各環状磁石は、前記ロータの外周面に固定され磁極形成の磁石として機能するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の二軸同期反転形ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ室内にある一対のポンプロータが互いに反対方向に同期回転することにより流体の吸入及び吐出を行う二軸同期反転形ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車ポンプ、ベーンポンプ、ルーツポンプ等の二軸同期反転形ポンプにおいては、一対のポンプロータの駆動軸を歯車やタイミングベルトにより連結し、前記駆動軸の一方をモータで駆動することにより両ポンプロータを同期して反転駆動する方法が一般的に採用されている。ところが、歯車やタイミングベルト等で機械的に連結する方法では、歯車同士がぶつかったり、タイミングベルトと駆動軸とが擦れ合ったりする際に騒音が発生する。
【０００３】
これに対して、前記一対のポンプロータの駆動モータとして、外周部に永久磁石が配設された２個のロータを所定の間隙を介して並列配置すると共に前記２個のロータを囲むように電機子を配置してなるモータが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記モータは、２個のロータが対向する部分で各ロータの異磁極面を相対向させることにより磁気カップリングが構成されるようになっており、電機子の空間移動磁界により前記ロータは非接触状態で反転する。このため、駆動時における騒音の発生を抑えることができる。
【特許文献１】特開２００１−３７１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記モータは、一方のロータの回転位置に対する他方のロータの回転位置を規制するものがないため、外力が加わったときに２個のロータの相対的な回転位置がずれるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、騒音の発生を抑えつつ２個のポンプロータを精度良く同期反転させることができる二軸同期反転形ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ポンプ室を有するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記ポンプ室と連通する吸入口及び吐出口と、前記ポンプ室内に回転可能に並列配置され、同期して逆方向に回転することにより前記吸入口から前記ポンプ室内に流体を吸い込むと共に前記ポンプ室内の流体を前記吐出口から吐出する一対のポンプロータと、前記ポンプロータを同期して逆方向に回転させる駆動機構とを備えたポンプにおいて、前記駆動機構を、前記ポンプロータを駆動する一対の駆動軸と、前記駆動軸と一体的に回転するように設けられ前記駆動軸を連結する一対の環状磁石からなる磁気カップリングと、前記駆動軸の少なくとも一方を回転させるモータとから構成し、前記環状磁石は、その外周に交互に形成された複数の凸部及び凹部を備え、前記環状磁石が対向する部分において一方の環状磁石の凹部に他方の環状磁石の凸部が入り込むように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータにより駆動軸が回転されると、磁気カップリングの吸引力により一対の駆動軸は同期して回転する。このとき、一対の環状磁石が対向する部分においては一方の環状磁石の凸部が他方の環状磁石の凹部に入り込んでいるため、駆動機構に外力が加わった場合でも両環状磁石の回転位置がずれることを極力防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の二軸同期反転形ポンプを例えば燃料電池の送気ポンプとして利用されるルーツポンプに適用した第１の実施例について図１ないし図４を参照しながら説明する。
図１は、本実施例に係るルーツポンプ１の分解斜視図である。図１に示すように、ルーツポンプ１のハウジング２は、矩形板状のハウジング本体３及び矩形板状のハウジングカバー４から構成される。ハウジング本体３の一端面には楕円形状の収容凹部５が形成され、他端面には楕円形状の筒状部６が一体的に形成されている。ハウジングカバー４には、前記筒状部６が嵌合する楕円形状の凹部７が形成されている。ハウジング本体３の筒状部６に前記ハウジングカバー４の凹部７を嵌合させることにより、ハウジング本体３とハウジングカバー４との間にポンプ室８（図４参照）が形成される。
【００１０】
前記ポンプ室８には、一対のポンプロータ９，１０が並んで収容されるようになっている。ハウジング本体３には、筒状部６から収容凹部５まで当該ハウジング本体３を貫通する一対の駆動軸１１，１２が軸受１３，１４を介して回転可能に支持されている。前記ポンプロータ９，１０の中央には孔部９ａ，１０ａが設けられており、前記孔部９ａ，１０ａに、前記駆動軸１１，１２の両端部のうち筒状部６内に位置する端部が挿通され固定されている。従って、ポンプロータ９，１０と駆動軸１１，１２とは一体的に回転する。また、ハウジングカバー４には、ポンプ室８内に流体を吸入するための吸入口１５、前記ポンプ室８から流体を吐出するための吐出口１６が設けられている。
【００１１】
前記ポンプロータ９，１０は、その外周面が滑らかな曲面状となるように成形された略正三角柱状のロータからなり、３個の凸部１７の間が窪むように構成されている。後述するように、ルーツポンプ１は、ポンプロータ９，１０が互いに同期して逆方向に回転するようになっており、このとき、一方のポンプロータの凸部１７は他方のポンプロータの外周面を摺動する。
【００１２】
前記収容凹部５には、前記ポンプロータ９，１０を回転駆動する駆動機構１９が収容されている。駆動機構１９は、一方の駆動軸１１を直接的に回転するモータ２０及び前記モータ２０の回転力を他方の駆動軸１２に伝達する伝達部材２１から構成されている。前記モータ２０は、駆動軸１１の端部に固定されるロータ２２と、前記ロータ２２の内周部に配置され駆動軸１１を支持する軸受１３の外周に固定されるステータ２３とから構成されている。
【００１３】
ステータ２３は、磁性体からなるステータコア２４と、前記ステータコア２４の外周から外方に向かって突出する突極２５に巻装された巻線２６とから構成されている。前記ロータ２２は、図１及び図２に示すように、磁性体からなる円筒容器状のロータフレーム２７、前記ロータフレーム２７の内周面に固定された環状の永久磁石２８、前記ロータフレーム２７の外周面に固定された環状の永久磁石２９から構成されている。前記ロータフレーム２７の中央の貫通孔２７ａに前記駆動軸１１の端部が固定されるようになっている。
【００１４】
前記永久磁石２８は、Ｎ、Ｓ極が周方向に交互に且つ等間隔に現れるように着磁されている。また、前記永久磁石２９は、その外周に多数の歯３０が全周にわたって等間隔に形成されており、前記歯３０の部分にＮ極が、隣接する歯３０と歯３０の間（以下、歯間部３１と称する）にＳ極が現れるように着磁されている。前記歯３０及び歯間部３１は、それぞれ本発明の凸部及び凹部に相当する。
【００１５】
一方、前記伝達部材２１は、磁性体からなる円筒容器状のフレーム３２と、前記フレーム３２の外周面に固定された環状の永久磁石３３とから構成されている。前記フレーム３２の中央の貫通孔３２ａに前記駆動軸１２の端部が固定されている。前記永久磁石３３は上記した永久磁石２９と同様に、その外周に多数の歯３４（凸部に相当）が全周にわたって等間隔に形成されている。そして、前記歯３４の部分にＮ極が、隣接する歯３４と歯３４の間の歯間部３５（凹部に相当）にＳ極が現れるように着磁されている。前記永久磁石３３は、前記永久磁石２９と同一の大きさ及び形状を有しており、両永久磁石２９，３３から磁気カップリング３６が構成される。
【００１６】
ロータ２２と伝達部材２１とは、外周の永久磁石２９，３３が近接するように配置されている。このとき、ロータ２２と伝達部材２１とが対向する部分において、一方の永久磁石の歯は他方の永久磁石の歯間部に通常は非接触状態で入り込むようになっている。また、他方の永久磁石の歯間部の周方向中心に対する一方の永久磁石の歯の周方向中心の回転角度のずれが所定角度に達すると前記歯は前記歯間部に接触するように構成されている。
【００１７】
さて、上記構成のルーツポンプ１において、ステータ２３の巻線２６への通電を制御して回転磁界を発生させると、ロータ２２に対して回転力が誘起される。ロータ２２が回転すると、磁気カップリング３６を構成する永久磁石２９，３３の異極間の吸引力により、伝達部材２１はロータ２２の回転方向とは逆方向に前記ロータ２２と同期して回転される。この結果、図４に示すように、一対のポンプロータ９，１０が互いに同期して逆方向に回転し、これに伴い吸入口１５からポンプ室８に流体が吸入される。ポンプ室８に入った流体は、ポンプロータ９，１０とハウジング２との間の空間に閉じ込められたまま吐出口１６側に移動し、吐出口１６から吐出される。
【００１８】
ところで、モータ２０に外力が加わって、ロータ２２と伝達部材２１の回転位置がずれる場合がある。このような場合は、永久磁石の異極間の吸引力（磁気カップリング力）及び同極間の反発力が、「ずれ量」を少なくする方向に作用し、一方の永久磁石の歯は他方の永久磁石の歯間部の略中央に位置するようになる。また、ポンプ１の負荷が急に変わった場合等、モータ２０に加わる外力が大きくて一方の永久磁石の歯間部の周方向中心に対する他方の永久磁石の歯の周方向中心の回転角度のずれが所定角度を上回るような場合には、前記歯が前記歯間部に接触するように構成されている。このため、回転位置のずれ量が所定角度を上回ることがない。
【００１９】
しかも、両永久磁石２９，３３のいずれにおいても歯３０，３４をＮ極に、歯間部３１，３５をＳ極に着磁したため、通常の負荷の場合は、両永久磁石２９，３３の異極間の吸引力及び同極間の反発力によって一方の永久磁石の歯が他方の永久磁石の歯間部の略中央に位置する非接触状態でロータ２２及び伝達部材２１は回転する。従って、駆動時の騒音を小さくすることができる。
【００２０】
図５及び図６は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第２の実施例は、駆動機構の構成が第１の実施例と異なっている。具体的には、駆動機構４０は、楕円形状のステータ４２と、前記ステータ４２の内周部に配置された２個のロータ４３，４４とからなる８極１２スロット相当のモータ４１から構成されている。前記ステータ４２は、２個のロータ４３，４４の軸心を結ぶ線分Ａの中心を通り且つ前記線分Ａと直交する直線Ｂについて対称なステータコア４５と、記ステータコア４５の内周に突設された１８個の突極４６と、前記突極４６に巻回された巻線（図示せず）とを有している。ステータ４２のうち前記直線Ｂの左右両側の各巻線は、Ｕ，Ｖ，Ｗ及びＵ´，Ｖ´，Ｗ´（Ｕ，Ｖ，Ｗの逆相）に分割されており、互いに同一相で逆相の関係にある。
【００２１】
前記ロータ４３，４４は、いずれも磁性体からなる円筒容器状のロータフレーム４７と、前記ロータフレーム４７の外周に固定された環状の永久磁石４８とから構成されている。前記ロータフレーム４７の中央の貫通孔４７ａに前記駆動軸１１，１２の端部が固定されるようになっている。
【００２２】
永久磁石４８は、その外周にＮ、Ｓ極が周方向に交互に且つ等間隔に６極現れるように着磁されている。また、永久磁石４８は、その外周に多数、例えば２０個の歯４９が全周にわたって等間隔に形成されている。永久磁石４８の外周のうち歯４９と歯４９との間を歯間部５０とすると、図６に示すように、Ｎ極に相当する部分は、３個の歯４９と２個の歯間部５０とから構成され、Ｓ極に相当する部分は、３個の歯間部５０と２個の歯４９とから構成されている。
【００２３】
各ロータ４３，４４の外周の６極の永久磁石４８のうち前記線分を挟んで対向する２極ずつから磁気カップリング５１が構成され、残りの４極ずつがモータ４１の駆動磁極として用いられる。この場合、磁気カップリング５１を構成する部分では、一方の永久磁石４８の歯４９が略非接触状態で他方の永久磁石４８の歯間部５０に入り込むように前記永久磁石４８の間隔、大きさ等が設定されている。
【００２４】
上記構成のルーツポンプ１において、ステータ４２の巻線への通電を制御して左右部にそれぞれ逆方向の回転磁界を発生させると、２個のロータ４３，４４が互いに逆方向に同期して回転する。このとき、ロータ４３，４４同士が対向する位置にある永久磁石４８は、一方の永久磁石４８の歯４９が他方の永久磁石４８の歯間部５０に入り込む。このため、モータ４１に加わる外力が大きい場合でも、両ロータ４３，４４の回転位置のずれ量が所定角度を上回ることがない。
【００２５】
また、ロータ４３，４４同士が対向する位置にある永久磁石４８は、その吸引力（磁気カップリング力）により強く結合されているため、両ロータ４３，４４、つまりはポンプロータ９，１０を安定して同期回転させることができる。
【００２６】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
本発明は、ルーツポンプの他、ベーンポンプや歯車ポンプにも適用できる。
駆動機構は、２個のモータにより駆動軸のそれぞれを独立して駆動するように構成しても良い。
磁気カップリングを構成する環状磁石とロータとを一体化する構成に代えて、前記環状磁石とロータとを別々に駆動軸に設けるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例を示すルーツポンプの分解斜視図
【図２】ロータの斜視図
【図３】磁気カップリング部分の平面図
【図４】ルーツポンプの動作を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施例を示すものであり、駆動機構側からみたルーツポンプの斜視図
【図６】一対のロータの斜視図
【符号の説明】
【００２８】
図面中、１はルーツポンプ、２はハウジング、８はポンプ室、９，１０はポンプロータ、１１，１２は駆動軸、１５は吸入口、１６は吐出口、１９、４０は駆動機構、２０，４１はモータ、２２，４３，４４はロータ、２３，４２はステータ、２９，３３、４８は永久磁石（環状磁石）、３０，３４，４９は歯（凸部）、３１，３５，５０は歯間部（凹部）、３６，５１は磁気カップリングを示す。
【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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