WO2024135015A1 - 内接ギヤポンプ - Google Patents

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WO2024135015A1
WO2024135015A1 PCT/JP2023/033627 JP2023033627W WO2024135015A1 WO 2024135015 A1 WO2024135015 A1 WO 2024135015A1 JP 2023033627 W JP2023033627 W JP 2023033627W WO 2024135015 A1 WO2024135015 A1 WO 2024135015A1
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WO
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rotor
outer rotor
gear pump
peripheral wall
stator
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/033627
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔一 高田
Original Assignee
住友電工焼結合金株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 住友電工焼結合金株式会社 filed Critical 住友電工焼結合金株式会社
Priority to JP2024513985A priority Critical patent/JP7492801B1/ja
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Definitions

  • the present disclosure relates to an internal gear pump.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-202209 dated December 19, 2022, and incorporates all of the contents of the above-mentioned Japanese application by reference.
  • Patent Document 1 discloses an electric pump equipped with an axial gap type rotor.
  • This axial gap type rotor is an impeller-integrated rotor equipped with an impeller and a magnet supported by the impeller.
  • the impeller and magnet are arranged side by side along the rotation axis of the impeller.
  • the impeller to which the rotational force of the rotor is transmitted and the rotor are arranged side by side along the rotation axis of the rotor.
  • the internal gear pump of the present disclosure comprises an inner rotor having a plurality of external teeth, an outer rotor having a plurality of internal teeth that mesh with the plurality of external teeth, a housing that rotatably accommodates the inner rotor and the outer rotor, and an axial gap motor having a stator and a motor rotor, the outer rotor being the motor rotor, the housing comprising a cylindrical peripheral wall portion that surrounds the outer periphery of the outer rotor, and a first lid portion and a second lid portion that close both ends of the peripheral wall portion, the first lid portion being disposed between the stator and the outer rotor, and the second lid portion comprising an intake port and a discharge port that communicate with the inside of the housing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an internal gear pump according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a stator provided in the internal gear pump according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of an inner rotor and an outer rotor provided in the internal gear pump according to the embodiment.
  • One of the objectives of this disclosure is to provide an internal gear pump that can be miniaturized.
  • the internal gear pump of the present disclosure can be made compact.
  • An internal gear pump includes an inner rotor having multiple external teeth, an outer rotor having multiple internal teeth that mesh with the multiple external teeth, a housing that rotatably accommodates the inner rotor and the outer rotor, and an axial gap motor having a stator and a motor rotor, the outer rotor being the motor rotor, the housing including a cylindrical peripheral wall portion that surrounds the outer periphery of the outer rotor, and a first lid portion and a second lid portion that close both ends of the peripheral wall portion, the first lid portion being disposed between the stator and the outer rotor, and the second lid portion including an intake port and a discharge port that communicate with the inside of the housing.
  • the outer rotor functions as the motor rotor, so that it can be made smaller.
  • the outer rotor is the driving source, and the inner rotor is driven by the driving of the outer rotor.
  • the above-mentioned internal gear pump satisfies the first and second configurations.
  • the first configuration is that a part to which the rotational force of the motor rotor is transmitted is arranged in the internal space of the annular motor rotor, which is the driving source.
  • An internal gear pump that satisfies the first configuration is easier to reduce the size in the direction along the rotation axis of the motor rotor compared to a case in which the motor rotor and the outer rotor are composed of independent members.
  • the second configuration is that the motor rotor and the stator are arranged facing each other with the first lid portion in between.
  • An internal gear pump that satisfies the second configuration is easier to reduce the size in the direction along the diameter of the motor rotor compared to a case in which the motor rotor and the outer rotor are composed of independent members, and the inner rotor and the outer rotor are arranged in the internal space of the annular stator.
  • the outer rotor is surrounded by a peripheral wall, and the first lid is disposed between the motor rotor and the stator, ensuring good sealing of the housing. Therefore, the above-mentioned internal gear pump functions properly as an electric pump.
  • the first configuration makes it difficult for operating noises from the inner rotor and the outer rotor to propagate outside the housing. Therefore, the internal gear pump has excellent quietness.
  • the operating noises are, for example, teeth clicking noises or vibration noises between the outer teeth of the inner rotor and the inner teeth of the outer rotor.
  • the first configuration allows heat from the motor rotor, i.e., heat from the outer rotor, to be easily transferred to the fluid, and the temperature of the fluid is easily increased.
  • the temperature of the fluid increases, the viscosity of the fluid decreases.
  • the load on the axial gap motor is reduced, and the power consumption of the axial gap motor is reduced.
  • the heat generation of the motor rotor can also be suppressed.
  • the first lid portion may be made of a non-magnetic material.
  • the first lid portion When the first lid portion is made of a non-magnetic material, it has less effect on the magnetic flux from the stator to the motor rotor, i.e., from the stator to the outer rotor, compared to when the first lid portion is made of a magnetic material. When the first lid portion is made of a non-magnetic material, it is easier for the outer rotor to rotate properly due to the rotating magnetic field in the stator.
  • the thickness of the first lid portion may be 0.3 mm or more and 5 mm or less.
  • the thickness of the first lid portion is 0.3 mm or more, the strength of the first lid portion can be ensured and it is less likely to deform even when the outer rotor slides against the first lid portion. If the first lid portion is less likely to deform, it is easier to ensure good sealing of the housing. If the thickness of the first lid portion is 0.3 mm or more, the operating noise of the inner rotor and outer rotor is less likely to propagate to the outside of the housing. If the thickness of the first lid portion is 5 mm or less, the motor rotor is more likely to rotate due to the rotating magnetic field in the stator.
  • the clearance between the first lid portion and the outer rotor may be 0.01 mm or more and 0.20 mm or less.
  • the clearance is 0.01 mm or more, the first lid portion and the outer rotor are less likely to slide, and wear or seizure between the first lid portion and the outer rotor is more likely to be suppressed. If the clearance is 0.20 mm or less, fluid is less likely to leak through the clearance to the outer periphery of the outer rotor, and the internal gear pump functions well.
  • the internal gear pump 1 of the embodiment includes an inner rotor 2, an outer rotor 3, a housing 4, and an axial gap motor 5.
  • the outer rotor 3 is a motor rotor 7 of the axial gap motor 5.
  • a first cover portion 41 of the housing 4 is disposed between the motor rotor 7 and a stator 6 of the axial gap motor 5.
  • the axial gap motor 5 includes a stator 6 and a motor rotor 7.
  • the stator 6 and the motor rotor 7 are arranged coaxially with the rotation axis of the motor rotor 7.
  • the stator 6 and the motor rotor 7 face each other with a gap in between in the direction along the rotation axis.
  • the axial gap motor 5 is a single stator/single rotor type including one stator 6 and one motor rotor 7.
  • the stator 6 includes a stator core 60 and a plurality of coils 65 .
  • the stator core 60 includes a yoke 61 and a plurality of teeth 62.
  • the yoke 61 is, for example, a disk.
  • the yoke 61 may be an annular plate.
  • Each tooth 62 is a columnar body.
  • Each tooth 62 protrudes from one of the surfaces constituting the front or back surface of the yoke 61.
  • Each tooth 62 is arranged at intervals along the entire circumference of the yoke 61.
  • Each tooth 62 is arranged, for example, at equal intervals.
  • Each tooth 62 has the same shape and size.
  • Each tooth 62 is, for example, prismatic or cylindrical.
  • the yoke 61 and the teeth 62 are, for example, formed of an integrated powder compact.
  • the yoke 61 and the teeth 62 may be independent members and bonded to each other.
  • the yoke 61 magnetically couples adjacent teeth 62 among the plurality of teeth 62.
  • each tooth 62 faces the motor rotor 7, which will be described later.
  • a coil 65 is disposed on each tooth 62. The ends of the windings that make up the coil 65 are not shown in Figures 1 and 2.
  • the stator core 60 of this example has an annular peripheral wall portion 63 arranged on the periphery of the yoke 61.
  • the peripheral wall portion 63 is provided on the surface of the yoke 61 from which each tooth 62 protrudes.
  • the height of the peripheral wall portion 63 is equal to or greater than the height of each tooth 62.
  • the tip surface of the peripheral wall portion 63 is connected to a first lid portion 41 of the housing 4, which will be described later.
  • the peripheral wall portion 63 may be formed of a pressed powder compact integrated with the yoke 61, or may be formed of a member independent of the yoke 61.
  • the peripheral wall portion 63, which is a member independent of the yoke 61, is fixed to the yoke 61 by, for example, an adhesive or screws.
  • the motor rotor 7 includes a base 71 and a magnet 72 .
  • the base 71 is a cylinder having a through hole.
  • the base 71 has a plurality of internal teeth 30 provided on the inner circumferential surface of the base 71.
  • the inner rotor 2 described later is arranged in the through hole of the base 71.
  • the internal teeth 30 have a shape and dimensions corresponding to the external teeth 20 of the inner rotor 2.
  • the base 71 rotates while the outer circumferential surface of the base 71 is pressed against the peripheral wall portion 40 of the housing 4 described later.
  • a clearance is provided between the outer circumferential surface of the base 71 and the inner circumferential surface of the peripheral wall portion 40.
  • a liquid film may be present in the clearance.
  • the base 71 rotates in a state of fluid lubrication while being supported by the reaction force of the film. If the film is not present in the clearance, the base 71 rotates in a state of boundary lubrication.
  • the base 71 has a first surface, a second surface, an inner circumferential surface, and an outer circumferential surface.
  • the first surface faces the first lid portion 41 of the housing 4, which will be described later.
  • the second surface faces the second lid portion 42 of the housing 4, which will be described later.
  • the inner circumferential surface faces the inner rotor 2, which will be described later.
  • the outer circumferential surface faces the peripheral wall portion 40 of the housing 4, which will be described later.
  • the inner circumferential surface and the outer circumferential surface each connect the first surface and the second surface.
  • the base 71 is made of, for example, an iron-based material.
  • the magnet 72 is disposed on the first surface of the base 71. In other words, the magnet 72 is disposed on the surface of the base 71 that faces the first cover portion 41. In terms of the relationship between the stator 6 and the motor rotor 7, the magnet 72 faces the tip surfaces of the teeth 62.
  • the magnet 72 is fixed to the base 71.
  • the first surface of the base 71 and the surface of the magnet 72 are flush with each other.
  • the magnet 72 is fixed to the base 71, for example, by an adhesive.
  • a recess may be provided on the first surface of the base 71, and the magnet 72 may be attached into the recess with an adhesive. By placing the magnet 72 in the recess, the first surface of the base 71 and the surface of the magnet 72 can be flush with each other.
  • the magnet 72 may be fixed so as to be embedded in the constituent material of the base 71.
  • the base 71 may be composed of a resin molded body. In this case, the magnet 72 may be insert molded with resin so that the surface of the magnet 72 is exposed.
  • the resin may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
  • the number of magnets 72 may be one or more.
  • the shape of the magnet 72 is annular. In the annular magnet 72, the south pole and the north pole are arranged alternately in a clockwise or counterclockwise direction. When there is more than one magnet 72, the multiple magnets 72 are arranged side by side along the entire circumference of the base 71. If the number of internal teeth 30 of the outer rotor 3 is an even number, the number of magnets 72 may be the same as the number of internal teeth 30, or may be a multiple of the number of internal teeth 30. The number of magnets 72 may be different from the number of internal teeth 30.
  • the shape of each magnet 72 is, for example, flat.
  • the planar shape of each magnet 72 is, for example, the same as the planar shape of the tip surface of each tooth 62.
  • the magnets 72 are permanent magnets.
  • Each magnet 72 is magnetized in a direction along the rotation axis of the motor rotor 7.
  • the magnetization directions of adjacent magnets 72 along the entire circumference of the base 71 are opposite to each other.
  • a rotating magnetic field is generated by passing a current through the coils 65 in the stator 6 to excite them, causing the magnets 72 to repeatedly attract and repel each tooth 62, causing the motor rotor 7 to rotate relative to the stator 6.
  • the inner rotor 2 is disposed in the internal space of the motor rotor 7.
  • the internal space of the motor rotor 7 is a space defined by the through holes in the base 71 having the through holes.
  • the inner rotor 2 is a cylindrical or block body having a plurality of external teeth 20.
  • Each of the external teeth 20 has a tooth profile according to, for example, a trochoid curve. In this example, the number of external teeth 20 is one less than the number of internal teeth 30.
  • the inner rotor 2 is supported rotatably relative to the pin 9.
  • the pin 9 is disposed at the center of the inner rotor 2.
  • the pin 9 is fixed to a second lid portion 42 of the housing 4, which will be described later.
  • the inner rotor 2 and the pin 9 may be integral, and the pin 9 may be supported rotatably relative to the second lid portion 42.
  • the inner rotor 2 may be supported rotatably relative to a shaft (not shown) instead of the pin 9.
  • the inner rotor 2 is eccentric with respect to the center of the outer rotor 3. In other words, the inner rotor 2 is also eccentric with respect to the center of the multiple teeth 62 arranged in an annular shape.
  • the outer rotor 3 is the motor rotor 7 described above.
  • the outer rotor 3 includes a plurality of internal teeth 30 that mesh with the plurality of external teeth 20.
  • the number of the internal teeth 30 is one more than the number of the external teeth 20.
  • a substantially sealed space is formed by the tips of the external teeth 20 and the internal teeth 30.
  • the number of the internal teeth 30 may be an even number or an odd number.
  • the outer rotor 3 is the driving source. Since the outer rotor 3 is the motor rotor 7, the motor rotor 7 rotates relative to the stator 6, i.e., the outer rotor 3 rotates relative to the stator 6. When the outer rotor 3 rotates, the inner teeth 30 and the outer teeth 20 mesh with each other, causing the inner rotor 2 to rotate in the same direction as the outer rotor 3.
  • a shaft is provided on the inner rotor, and as the inner rotor rotates, the outer rotor rotates in the same direction as the inner rotor.
  • the drive side rotor and the driven side rotor in the internal gear pump 1 of this example are opposite to the drive side rotor and the driven side rotor in a conventional internal gear pump.
  • the internal gear pump 1 of this example does not have a shaft provided on the conventional inner rotor. With a shaftless structure, there is no need for a bearing to rotatably support the shaft in the housing 4.
  • the housing 4 includes a peripheral wall portion 40, a first cover portion 41, and a second cover portion 42.
  • the housing 4 rotatably accommodates the inner rotor 2 and the outer rotor 3.
  • the peripheral wall portion 40, the first cover portion 41, and the second cover portion 42 define a pump chamber.
  • the peripheral wall portion 40, the first cover portion 41, and the second cover portion 42 are formed of members independent of each other.
  • the peripheral wall portion 40 is a cylinder that surrounds the outer periphery of the outer rotor 3.
  • the peripheral wall portion 40 has a cylindrical shape.
  • the cross-sectional shape of the cylinder is circular.
  • the inner diameter of the peripheral wall portion 40 is slightly larger than the outer diameter of the outer rotor 3. Therefore, a slight clearance is formed between the inner periphery of the peripheral wall portion 40 and the outer rotor 3. This clearance is appropriately selected within a range in which the outer rotor 3 can rotate while being pressed by the peripheral wall portion 40, and wear or seizure is unlikely to occur between the peripheral wall portion 40 and the outer rotor 3.
  • the length of the peripheral wall portion 40 along the axis is slightly longer than the length of the outer rotor 3 along the rotation axis.
  • the peripheral wall portion 40 is made of, for example, an aluminum-based material. If the peripheral wall portion 40 is made of an aluminum-based material, the weight of the housing 4 can be reduced.
  • the first cover portion 41 is a disk that closes the first end of the peripheral wall portion 40.
  • the first cover portion 41 is disposed between the stator 6 and the outer rotor 3.
  • the first cover portion 41 does not have a hole that penetrates the front and back surfaces.
  • the first cover portion 41 has an outer region and an inner region.
  • the outer region is a region that contacts the end face of the peripheral wall portion 40.
  • the first cover portion 41 has an outer region fixed to the peripheral wall portion 40 by, for example, a bolt.
  • the first cover portion 41 has a part of the outer region fixed to the peripheral wall portion 63.
  • the first cover portion 41 may be a member that is integral with the peripheral wall portion 40.
  • the first cover portion 41 may be a member that is integral with the peripheral wall portion 63 of the stator core 60.
  • the first cover portion 41, the peripheral wall portion 40, and the peripheral wall portion 63 may be a member that is integral with each other.
  • the inner region includes the region disposed between the stator 6 and the outer rotor 3.
  • the first clearance between the first cover portion 41 and the outer rotor 3 is, for example, 0.01 mm or more and 0.20 mm or less. If the first clearance is 0.01 mm or more, the first cover portion 41 and the outer rotor 3 are unlikely to slide, and wear or seizure between the first cover portion 41 and the outer rotor 3 is likely to be suppressed.
  • the first clearance may be 0.03 mm or more, or 0.05 mm or more. If the first clearance is 0.20 mm or less, the fluid is unlikely to leak through the clearance to the outer periphery of the outer rotor 3, and the function of the internal gear pump 1 is well exhibited.
  • the first clearance may be 0.17 mm or less, or 0.15 mm or less.
  • the first clearance may be 0.03 mm or more and 0.17 mm or less, or 0.05 mm or more and 0.15 mm or less.
  • the first clearance is correlated with the second clearance between the second lid portion 42 and the outer rotor 3, which will be described later.
  • the first clearance and the second clearance each vary depending on the position of the outer rotor 3.
  • the outer rotor 3 moves along the rotation axis of the outer rotor 3. For example, if the outer rotor 3 is close to the first lid portion 41, the first clearance becomes relatively small and the second clearance becomes relatively large.
  • the above range of values for the first clearance is the value when the second lid portion 42 and the outer rotor 3 are in contact with each other, that is, when the second clearance is zero. In other words, the sum of the first clearance and the second clearance is, for example, 0.01 mm or more and 0.20 mm or less.
  • the first lid portion 41 is made of, for example, a non-magnetic material. As described above, the motor rotor 7 rotates due to a rotating magnetic field generated by passing a current through the coil 65 in the stator 6 to excite it.
  • the current passed through the coil 65 is, for example, an alternating current.
  • the first lid portion 41 is made of a non-magnetic material, it has less effect on the magnetic flux from the stator 6 to the motor rotor 7, i.e., from the stator 6 to the outer rotor 3, compared to when the first lid portion 41 is made of a magnetic material.
  • the outer rotor 3 is more likely to rotate appropriately due to the rotating magnetic field in the stator 6.
  • the non-magnetic material is, for example, an aluminum-based material. If the first lid portion 41 is made of an aluminum-based material, the weight of the housing 4 can also be reduced.
  • the aluminum-based material is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the aluminum is pure aluminum with a purity of 99% by mass or more.
  • the aluminum alloy contains additive elements, with the remainder being aluminum and unavoidable impurities.
  • the first lid portion 41 made of an aluminum alloy is lightweight and has excellent wear resistance.
  • the first lid portion 41 may be made of phenolic resin.
  • a first lid portion 41 made of phenolic resin is lightweight.
  • the thickness of the first cover portion 41 is, for example, 0.3 mm or more and 5 mm or less. If the thickness of the first cover portion 41 is 0.3 mm or more, the strength of the first cover portion 41 can be ensured, and the first cover portion 41 is unlikely to deform even if the outer rotor 3 slides on it. If the first cover portion 41 is unlikely to deform, the sealing property of the housing 4 is likely to be well ensured. If the thickness of the first cover portion 41 is 0.3 mm or more, the operating noise of the inner rotor 2 and the outer rotor 3 is unlikely to propagate to the outside of the housing 4. The thickness of the first cover portion 41 may be 0.5 mm or more, or 1 mm or more.
  • the thickness of the first cover portion 41 is 5 mm or less, the outer rotor 3 is likely to rotate due to the rotating magnetic field in the stator 6.
  • the thickness of the first cover portion 41 may be 4 mm or less, or 3 mm or less.
  • the thickness of the first cover portion 41 may be 0.5 mm or more and 4 mm or less, or 1 mm or more and 3 mm or less.
  • the second cover portion 42 is a disk that closes the second end of the peripheral wall portion 40.
  • the second cover portion 42 has an outer region and an inner region.
  • the outer region is a region that contacts the end face of the peripheral wall portion 40.
  • the outer region of the second cover portion 42 is fixed to the peripheral wall portion 40 by a bolt, for example.
  • the second cover portion 42 may be a member that is integral with the peripheral wall portion 40.
  • the inner region is a region that faces the inner rotor 2 and the outer rotor 3.
  • the second cover portion 42 may be made of a non-magnetic material containing an aluminum-based material, as with the first cover portion 41, or may be made of a resin containing a phenolic resin.
  • the weight of the housing 4 can be reduced.
  • the second cover portion 42 made of an aluminum alloy is lightweight and has excellent wear resistance.
  • the first cover portion 41 and the second cover portion 42 may be made of the same material or different materials.
  • the second cover portion 42 has an intake port 421 and an exhaust port 422 that communicate with the inside of the housing 4.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 are flow paths.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 are provided at positions facing each other across the center of the outer rotor 3.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 are provided so as to face the gap between the inner rotor 2 and the outer rotor 3.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 are both arc-shaped holes.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 extend along the rotation axis of the outer rotor 3 and open on the end face of the second cover portion 42.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 may be bent, for example, in an L-shape. In that case, the intake port 421 and the exhaust port 422 open in a direction intersecting the rotation axis of the outer rotor 3.
  • the intake port 421 and the exhaust port 422 can open in any direction depending on the shape of the piping connected to the internal gear pump 1.
  • the internal gear pump 1 of this example operates as follows. First, the outer rotor 3 rotates due to a rotating magnetic field generated by energizing the coil 65 in the stator 6 through current. When the outer rotor 3 rotates, the inner rotor 2 rotates in the same direction as the outer rotor 3 as the internal teeth 30 and external teeth 20 mesh with each other. The rotation of the outer rotor 3 and the inner rotor 2 increases and decreases the volume of the space formed by the tips of the internal teeth 30 and the external teeth 20. This increase and decrease causes the fluid sucked in from the suction port 421 to be discharged from the discharge port 422.
  • the fluid is, for example, oil.
  • the fluid may also be water or a refrigerant.

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Abstract

複数の外歯を有するインナーロータと、前記複数の外歯に噛み合う複数の内歯を有するアウターロータと、前記インナーロータおよび前記アウターロータを回転自在に収容したハウジングと、ステータおよびモータロータを有するアキシャルギャップモータと、を備え、前記アウターロータが前記モータロータであり、前記ハウジングは、前記アウターロータの外周を囲むように円筒状に設けられた周壁部と、前記周壁部の両端部を塞いでいる第一蓋部および第二蓋部と、を備え、前記第一蓋部は、前記ステータと前記アウターロータとの間に配置されており、前記第二蓋部は、前記ハウジング内に連通する吸入ポートおよび吐出ポートを備える、内接ギヤポンプ。

Description

内接ギヤポンプ
　本開示は、内接ギヤポンプに関する。
　本出願は、２０２２年１２月１９日付の日本国出願の特願２０２２－２０２２０９に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　特許文献１には、アキシャルギャップ型のロータを備える電動ポンプが開示されている。このアキシャルギャップ型のロータは、インペラ、およびインペラに支持されたマグネットを備えるインペラ一体型のロータである。インペラとマグネットとは、インペラの回転軸に沿って並んで配置されている。つまり、ロータの回転力が伝達されるインペラとロータとがロータの回転軸に沿って並んで配置されている。
特開２０２０－１８２２６９号公報
　本開示の内接ギヤポンプは、複数の外歯を有するインナーロータと、前記複数の外歯に噛み合う複数の内歯を有するアウターロータと、前記インナーロータおよび前記アウターロータを回転自在に収容したハウジングと、ステータおよびモータロータを有するアキシャルギャップモータと、を備え、前記アウターロータが前記モータロータであり、前記ハウジングは、前記アウターロータの外周を囲むように円筒状に設けられた周壁部と、前記周壁部の両端部を塞いでいる第一蓋部および第二蓋部と、を備え、前記第一蓋部は、前記ステータと前記アウターロータとの間に配置されており、前記第二蓋部は、前記ハウジング内に連通する吸入ポートおよび吐出ポートを備える。
図１は、実施形態に係る内接ギヤポンプの概略断面図である。 図２は、実施形態に係る内接ギヤポンプに備わるステータの説明図である。 図３は、実施形態に係る内接ギヤポンプに備わるインナーロータおよびアウターロータの説明図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　インペラとロータとがロータの回転軸に沿って並んで配置されていると、インペラが一体になったロータであっても、ロータ全体が大型化し易い。小型化が可能な電動ポンプが求められている。
　本開示は、小型化が可能な内接ギヤポンプを提供することを目的の一つとする。
　［本開示の効果］
　本開示の内接ギヤポンプは、小型化が可能である。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の実施形態に係る内接ギヤポンプは、複数の外歯を有するインナーロータと、前記複数の外歯に噛み合う複数の内歯を有するアウターロータと、前記インナーロータおよび前記アウターロータを回転自在に収容したハウジングと、ステータおよびモータロータを有するアキシャルギャップモータと、を備え、前記アウターロータが前記モータロータであり、前記ハウジングは、前記アウターロータの外周を囲むように円筒状に設けられた周壁部と、前記周壁部の両端部を塞いでいる第一蓋部および第二蓋部と、を備え、前記第一蓋部は、前記ステータと前記アウターロータとの間に配置されており、前記第二蓋部は、前記ハウジング内に連通する吸入ポートおよび吐出ポートを備える。
　上記内接ギヤポンプでは、アウターロータがモータロータとして機能するので、小型化が可能である。上記内接ギヤポンプでは、アウターロータが駆動源であり、そのアウターロータの駆動に伴ってインナーロータが受動する。上記内接ギヤポンプは、第一の構成および第二の構成を満たしている。第一の構成は、駆動源である環状のモータロータの内部空間に、モータロータの回転力が伝達される部品が配置されている点である。第一の構成を満たす内接ギヤポンプは、モータロータとアウターロータとが独立した部材で構成される場合に比較して、モータロータの回転軸に沿った方向のサイズを小さくし易い。第二の構成は、モータロータとステータとが第一蓋部を挟んで向かい合って配置されている点である。第二の構成を満たす内接ギヤポンプは、モータロータとアウターロータとが独立した部材で構成され、かつ環状のステータの内部空間にインナーロータおよびアウターロータが配置される場合に比較して、モータロータの直径に沿った方向のサイズを小さくし易い。
　上記内接ギヤポンプでは、アウターロータが周壁部に囲まれており、かつモータロータとステータとの間に第一蓋部が配置されているため、ハウジングのシール性が良好に確保される。よって、上記内接ギヤポンプは、電動ポンプとして適切に機能する。
　上記内接ギヤポンプでは、上記第一の構成によって、インナーロータおよびアウターロータによる作動音がハウジングの外部に伝搬し難い。よって、上記内接ギヤポンプは、静粛性に優れる。上記作動音は、例えば、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯打ち音または振動音である。
　上記内接ギヤポンプでは、上記第一の構成によって、モータロータの発熱つまりアウターロータの発熱が流体に伝わり易く、流体の温度が上昇し易い。流体の温度が上昇すると、流体の粘度が低下する。その結果、アキシャルギャップモータの負荷が低減され、アキシャルギャップモータの消費電力が下がる。モータロータの発熱が流体に伝わることで、モータロータの発熱を抑制することもできる。
　（２）上記（１）の内接ギヤポンプにおいて、前記第一蓋部が非磁性材料で構成されていてもよい。
　第一蓋部が非磁性材料で構成されていると、第一蓋部が磁性材料で構成されている場合に比べて、ステータからモータロータ、すなわちステータからアウターロータに至る磁束への影響が少ない。第一蓋部が非磁性材料で構成されていると、ステータにおける回転磁界によってアウターロータが適切に回転し易い。
　（３）上記（１）または上記（２）の内接ギヤポンプにおいて、前記第一蓋部の厚さが０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。
　第一蓋部の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、第一蓋部の強度を確保でき、第一蓋部にアウターロータが摺動しても変形し難い。第一蓋部が変形し難いと、ハウジングのシール性が良好に確保され易い。第一蓋部の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、インナーロータおよびアウターロータによる作動音がハウジングの外部に伝搬し難い。第一蓋部の厚さが５ｍｍ以下であれば、ステータにおける回転磁界によってモータロータが回転し易い。
　（４）上記（１）から上記（３）のいずれかの内接ギヤポンプにおいて、前記第一蓋部と前記アウターロータとの間のクリアランスが０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であってもよい。
　上記クリアランスが０．０１ｍｍ以上であれば、第一蓋部とアウターロータとが摺動し難く、第一蓋部とアウターロータとの間で摩耗または焼付きが生じることが抑制され易い。上記クリアランスが０．２０ｍｍ以下であれば、流体がクリアランスを通ってアウターロータの外周へ漏れ難く、内接ギヤポンプの機能が良好に発揮される。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の内接ギヤポンプの具体例を、図面を参照して説明する。図中の同一符号は同一または相当部分を示す。各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張または簡略化して示す場合がある。図面における各部の寸法比も実際と異なる場合がある。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　＜概要＞
　実施形態の内接ギヤポンプ１は、図１に示すように、インナーロータ２、アウターロータ３、ハウジング４、およびアキシャルギャップモータ５を備える。実施形態の内接ギヤポンプ１の特徴の一つは、アウターロータ３がアキシャルギャップモータ５のモータロータ７である点にある。実施形態の内接ギヤポンプ１の別の特徴の一つは、アキシャルギャップモータ５のモータロータ７とステータ６との間にハウジング４の第一蓋部４１が配置されている点にある。
　＜アキシャルギャップモータ＞
　アキシャルギャップモータ５は、ステータ６とモータロータ７とを備える。ステータ６とモータロータ７とは、モータロータ７の回転軸と同軸状に配置されている。ステータ６とモータロータ７とは、上記回転軸に沿った方向にギャップをあけて向かい合っている。アキシャルギャップモータ５は、一つのステータ６と一つのモータロータ７とを備えるシングルステータ・シングルロータ型である。
　≪ステータ≫
　ステータ６は、図１および図２に示すように、ステータコア６０と複数のコイル６５とを備える。
　ステータコア６０は、ヨーク６１と複数のティース６２とを備える。ヨーク６１は、例えば円板である。ヨーク６１は、環状板であってもよい。各ティース６２は柱状体である。各ティース６２は、ヨーク６１の表裏面を構成するいずれかの面から突出している。各ティース６２は、ヨーク６１の全周に沿って間隔をあけて配置されている。各ティース６２は、例えば等間隔に配置されている。各ティース６２の形状および大きさは同じである。各ティース６２の形状は例えば角柱状または円柱状である。ヨーク６１とティース６２とは、例えば一体の圧粉成形体で構成されている。ヨーク６１とティース６２は、独立した部材であって、互いに接着されていてもよい。ヨーク６１は、複数のティース６２のうち、隣り合うティース６２同士を磁気的に結合する。
　各ティース６２の先端面は、後述するモータロータ７に向いている。各ティース６２にはコイル６５が配置されている。図１および図２では、コイル６５を構成する巻線の端部は図示されていない。
　本例のステータコア６０は、ヨーク６１の周縁部に配置された環状の周壁部６３を備える。周壁部６３は、ヨーク６１における各ティース６２が突出した面に設けられている。周壁部６３の高さは、各ティース６２の高さと同等以上である。周壁部６３の先端面は、後述するハウジング４の第一蓋部４１に接続されている。周壁部６３は、ヨーク６１と一体の圧粉成形体で構成されていてもよいし、ヨーク６１とは独立した部材で構成されていてもよい。ヨーク６１と独立した部材である周壁部６３は、例えば接着剤またはねじによってヨーク６１に固定されている。
　≪モータロータ≫
　モータロータ７は、図１および図３に示すように、基部７１と磁石７２とを備える。
　基部７１は、図３に示すように、貫通孔を有する筒体である。基部７１は、基部７１の内周面に設けられた複数の内歯３０を備える。基部７１の貫通孔には、後述するインナーロータ２が配置されている。内歯３０は、インナーロータ２の外歯２０に対応した形状および寸法を有する。基部７１は、基部７１の外周面が後述するハウジング４の周壁部４０に押さえられながら回転する。基部７１の外周面と周壁部４０の内周面との間にはクリアランスが設けられている。上記クリアランスには、液体の膜が存在していてもよい。この場合、基部７１は、上記膜の反力で支えられながら流体潤滑状態で回転する。上記クリアランスに上記膜がない場合、基部７１は、境界潤滑状態で回転する。
　基部７１は、第一面と第二面と内周面と外周面とを備える。第一面が後述するハウジング４の第一蓋部４１に向かい合う面である。第二面が後述するハウジング４の第二蓋部４２に向かい合う面である。内周面は、後述するインナーロータ２に向かい合う面である。外周面は、後述するハウジング４の周壁部４０に向かい合う面である。内周面および外周面の各々は、第一面と第二面とをつないでいる。基部７１は、例えば鉄系材料で構成されている。
　磁石７２は、基部７１の第一面に配置されている。言い換えると、磁石７２は、基部７１における第一蓋部４１に向かい合う面に配置されている。ステータ６とモータロータ７との関係においては、磁石７２はティース６２の先端面に向かい合っている。
　磁石７２は、基部７１に固定されている。基部７１の第一面と磁石７２の表面とは面一である。磁石７２は、例えば接着剤によって基部７１に固定されている。例えば、基部７１の第一面に凹部を設け、その凹部内に磁石７２を接着剤で貼り付けてもよい。凹部内に磁石７２が配置されることで、基部７１の第一面と磁石７２の表面とを面一にできる。磁石７２は、基部７１の構成材料に埋まるように固定されていてもよい。基部７１は、樹脂成形体で構成されていてもよい。この場合、磁石７２の表面が露出されるように磁石７２を樹脂でインサート成形すればよい。樹脂は、熱可塑性樹脂でもよいし、熱硬化性樹脂でもよい。
　磁石７２の数は一つでもよいし、複数でもよい。磁石７２が一つである場合、磁石７２の形状は円環状である。円環状の磁石７２では、Ｓ極とＮ極とが時計回りまたは反時計回りに交互に配置されている。磁石７２が複数である場合、複数の磁石７２が基部７１の全周に沿って並んで配置されている。アウターロータ３の内歯３０の数が偶数であれば、磁石７２の数は、内歯３０の数と同じであってもよいし、内歯３０の数の倍数であってもよい。磁石７２の数は、内歯３０の数と異なっていてもよい。各磁石７２の形状は、例えば平板状である。各磁石７２の平面形状は、例えば各ティース６２の先端面の平面形状と同じである。磁石７２は永久磁石である。
　各磁石７２は、モータロータ７の回転軸に沿った方向に着磁されている。基部７１の全周に沿って隣り合う磁石７２の磁化方向は互いに逆である。ステータ６においてコイル６５に電流を流して励磁させることで発生した回転磁界によって、磁石７２が各ティース６２に対して吸引と反発を繰り返すことで、ステータ６に対してモータロータ７が回転する。
　＜インナーロータ＞
　インナーロータ２は、図１および図３に示すように、モータロータ７の内部空間に配置されている。モータロータ７の内部空間とは、貫通孔を有する基部７１における貫通孔で構成された空間のことである。インナーロータ２は、複数の外歯２０を有する筒状体またはブロック体である。各外歯２０は、例えばトロコイド曲線による歯形を有する。本例では、外歯２０の数は、内歯３０の数よりも１つ少ない。
　インナーロータ２は、ピン９に対して回転自在に支持されている。ピン９は、インナーロータ２の中心に配置されている。ピン９は、後述するハウジング４の第二蓋部４２に固定されている。インナーロータ２とピン９とが一体であり、第二蓋部４２に対してピン９が回転自在に支持されていてもよい。インナーロータ２は、ピン９の代わりに、図示しないシャフトに対して回転自在に支持されていてもよい。
　インナーロータ２は、アウターロータ３の中心に対して偏心している。つまり、インナーロータ２は、環状に配置された複数のティース６２の中心に対しても偏心している。
　＜アウターロータ＞
　アウターロータ３は、上述したモータロータ７である。アウターロータ３は、複数の外歯２０に噛み合う複数の内歯３０を備える。内歯３０の数は、外歯２０の数よりも１つ多い。外歯２０と内歯３０の各歯先によって実質的に密閉された空間が作られている。内歯３０の数は、偶数でもよいし、奇数でもよい。
　アウターロータ３が駆動源である。アウターロータ３がモータロータ７であるため、ステータ６に対してモータロータ７が回転する、すなわちステータ６に対してアウターロータ３が回転する。アウターロータ３が回転すると、内歯３０と外歯２０とが噛み合うことにより、インナーロータ２がアウターロータ３に従動して同じ方向に回転する。一般的な内接ギヤポンプは、インナーロータにシャフトが設けられており、インナーロータが回転することで、インナーロータの回転に従動してアウターロータが同じ方向に回転する。つまり、本例の内接ギヤポンプ１における駆動側のロータと従動側のロータとは、従来の内接ギヤポンプにおける駆動側のロータと従動側のロータと逆である。本例の内接ギヤポンプ１は、従来におけるインナーロータに設けられたシャフトがない。シャフトレス構造であれば、シャフトをハウジング４に回転自在に支持するベアリングがいらない。
　＜ハウジング＞
　ハウジング４は、図１に示すように、周壁部４０と第一蓋部４１と第二蓋部４２とを備える。ハウジング４は、インナーロータ２およびアウターロータ３を回転自在に収容している。周壁部４０と第一蓋部４１と第二蓋部４２とでポンプ室が構成されている。本例では、周壁部４０と第一蓋部４１と第二蓋部４２とは、互いに独立した部材で構成されている。
　周壁部４０は、アウターロータ３の外周を囲んでいる筒体である。つまり、周壁部４０は、筒状の形状を有する。筒状の横断面形状は円形である。周壁部４０の内径は、アウターロータ３の外径よりも若干大きい。よって、周壁部４０の内周面とアウターロータ３の間には若干のクリアランスが形成されている。このクリアランスは、アウターロータ３が周壁部４０に押さえられながら回転でき、かつ周壁部４０とアウターロータ３との間で摩耗または焼き付きが生じ難い範囲で適宜選択される。周壁部４０の軸に沿った長さは、アウターロータ３の回転軸に沿った長さよりも若干長い。周壁部４０は、例えばアルミニウム系の材料で構成されている。周壁部４０がアルミニウム系の材料で構成されていると、ハウジング４の軽量化を図ることができる。
　第一蓋部４１は、周壁部４０の第一端部を塞いでいる円板である。第一蓋部４１は、ステータ６とアウターロータ３との間に配置されている。第一蓋部４１は、表裏面を貫通する孔を備えない。第一蓋部４１は、外側領域と内側領域とを備える。外側領域は、周壁部４０の端面に接する領域である。第一蓋部４１は、例えば外側領域がボルトで周壁部４０に固定されている。本例の第一蓋部４１は、外側領域の一部が周壁部６３に固定されている。第一蓋部４１は、周壁部４０と一体の部材であってもよい。第一蓋部４１は、ステータコア６０の周壁部６３と一体の部材であってもよい。第一蓋部４１と周壁部４０と周壁部６３とが一体の部材であってもよい。
　内側領域は、ステータ６とアウターロータ３との間に配置された領域を含む。第一蓋部４１とアウターロータ３との間の第一クリアランスは、例えば０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である。第一クリアランスが０．０１ｍｍ以上であれば、第一蓋部４１とアウターロータ３とが摺動し難く、第一蓋部４１とアウターロータ３との間で摩耗または焼付きが生じることが抑制され易い。第一クリアランスは、０．０３ｍｍ以上、または０．０５ｍｍ以上であってもよい。第一クリアランスが０．２０ｍｍ以下であれば、流体がクリアランスを通ってアウターロータ３の外周へ漏れ難く、内接ギヤポンプ１の機能が良好に発揮される。第一クリアランスは、０．１７ｍｍ以下、または０．１５ｍｍ以下であってもよい。第一クリアランスは、０．０３ｍｍ以上０．１７ｍｍ以下、または０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であってもよい。
　第一クリアランスは、後述する第二蓋部４２とアウターロータ３との間の第二クリアランスと相関関係にある。第一クリアランスおよび第二クリアランスの各々は、アウターロータ３の位置によって変わる。アウターロータ３は、アウターロータ３の回転軸に沿って動く。例えば、アウターロータ３が第一蓋部４１の近くにあれば、相対的に第一クリアランスが小さなり、第二クリアランスが大きくなる。第一クリアランスの上記範囲の値は、第二蓋部４２とアウターロータ３とが接している状態、つまり第二クリアランスがゼロである場合の値である。言い換えると、第一クリアランスと第二クリアランスとの合計が、例えば０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である。
　第一蓋部４１は、例えば非磁性材料で構成されている。モータロータ７は、上述したように、ステータ６においてコイル６５に電流を流して励磁させることで発生した回転磁界によって回転する。コイル６５に流す電流は、例えば交流電流である。第一蓋部４１が非磁性材料で構成されていると、第一蓋部４１が磁性材料で構成されている場合に比べて、ステータ６からモータロータ７、すなわちステータ６からアウターロータ３に至る磁束への影響が少ない。第一蓋部４１が非磁性材料で構成されていると、ステータ６における回転磁界によってアウターロータ３が適切に回転し易い。
　非磁性材料は、例えばアルミニウム系の材料である。第一蓋部４１がアルミニウム系の材料で構成されていると、ハウジング４の軽量化も図ることができる。アルミニウム系の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。アルミニウムは、純度が９９質量％以上の純アルミニウムである。アルミニウム合金は、添加元素を含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなる。アルミニウム合金からなる第一蓋部４１は、軽量である上に、耐摩耗性に優れる。
　第一蓋部４１は、フェノール樹脂で構成されていてもよい。フェノール樹脂からなる第一蓋部４１は、軽量である。
　第一蓋部４１の厚さは、例えば０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。第一蓋部４１の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、第一蓋部４１の強度を確保でき、第一蓋部４１にアウターロータ３が摺動しても変形し難い。第一蓋部４１が変形し難いと、ハウジング４のシール性が良好に確保され易い。第一蓋部４１の厚さが０．３ｍｍ以上であれば、インナーロータ２およびアウターロータ３による作動音がハウジング４の外部に伝搬し難い。第一蓋部４１の厚さは、０．５ｍｍ以上、または１ｍｍ以上であってもよい。第一蓋部４１の厚さが５ｍｍ以下であれば、ステータ６における回転磁界によってアウターロータ３が回転し易い。第一蓋部４１の厚さは、４ｍｍ以下、または３ｍｍ以下であってもよい。第一蓋部４１の厚さは、０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下、または１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。
　第二蓋部４２は、周壁部４０の第二端部を塞いでいる円板である。第二蓋部４２は、外側領域と内側領域とを備える。外側領域は、周壁部４０の端面に接する領域である。第二蓋部４２は、例えば外側領域がボルトで周壁部４０に固定されている。第二蓋部４２は、周壁部４０と一体の部材であってもよい。内側領域は、インナーロータ２およびアウターロータ３に向かい合う領域である。第二蓋部４２は、第一蓋部４１と同様に、アルミニウム系の材料を含む非磁性材料で構成されていてもよいし、フェノール樹脂を含む樹脂で構成されていてもよい。第二蓋部４２がアルミニウム系の材料で構成されていると、ハウジング４の軽量化を図ることができる。アルミニウム合金からなる第二蓋部４２は、軽量である上に、耐摩耗性に優れる。第一蓋部４１と第二蓋部４２とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
　第二蓋部４２は、ハウジング４内に連通する吸入ポート４２１と吐出ポート４２２とを備える。吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は流路である。吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、互いにアウターロータ３の中心を挟んで向かい合う位置に設けられている。吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、インナーロータ２とアウターロータ３との間の隙間に臨むように設けられている。本例の吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、いずれも円弧状の孔である。本例の吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、アウターロータ３の回転軸に沿って延びており、第二蓋部４２の端面に開口している。吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、例えばＬ字状に屈曲していてもよい。その場合、吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、アウターロータ３の回転軸に交差する方向に開口する。吸入ポート４２１および吐出ポート４２２は、内接ギヤポンプ１につながる配管の形状に応じて任意の方向に開口できる。
　本例の内接ギヤポンプ１は、以下のように作動する。まず、ステータ６においてコイル６５に電流を流して励磁させることで発生した回転磁界によってアウターロータ３が回転する。アウターロータ３が回転すると、内歯３０と外歯２０とが噛み合うことにより、インナーロータ２がアウターロータ３に従動して同じ方向に回転する。アウターロータ３とインナーロータ２との回転によって、内歯３０と外歯２０の各歯先で構成された空間の容積が増減する。この増減によって吸入ポート４２１から吸入された流体が吐出ポート４２２から吐出される。流体は、例えばオイルである。流体は、ウォーターでもよいし、冷媒でもよい。
　１　内接ギヤポンプ
　２　インナーロータ
　２０　外歯
　３　アウターロータ
　３０　内歯
　４　ハウジング
　４０　周壁部
　４１　第一蓋部
　４２　第二蓋部
　４２１　吸入ポート
　４２２　吐出ポート
　５　アキシャルギャップモータ
　６　ステータ
　６０　ステータコア
　６１　ヨーク
　６２　ティース
　６３　周壁部
　６５　コイル
　７　モータロータ
　７１　基部
　７２　磁石
　９　ピン

Claims (4)

  1. 　複数の外歯を有するインナーロータと、
    　前記複数の外歯に噛み合う複数の内歯を有するアウターロータと、
    　前記インナーロータおよび前記アウターロータを回転自在に収容したハウジングと、
    　ステータおよびモータロータを有するアキシャルギャップモータと、を備え、
    　前記アウターロータが前記モータロータであり、
    　前記ハウジングは、
    　　前記アウターロータの外周を囲むように円筒状に設けられた周壁部と、
    　　前記周壁部の両端部を塞いでいる第一蓋部および第二蓋部と、を備え、
    　前記第一蓋部は、前記ステータと前記アウターロータとの間に配置されており、
    　前記第二蓋部は、前記ハウジング内に連通する吸入ポートおよび吐出ポートを備える、
    　内接ギヤポンプ。
  2. 　前記第一蓋部が非磁性材料で構成されている、請求項１に記載の内接ギヤポンプ。
  3. 　前記第一蓋部の厚さが０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の内接ギヤポンプ。
  4. 　前記第一蓋部と前記アウターロータとの間のクリアランスが０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内接ギヤポンプ。
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