JP2007198187A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】体格の大型化を抑制しつつ、回転体をポンプ室から引き剥がすことができる電動ポンプを提供すること。
【解決手段】電動モータのモータロータ４３には、駆動軸３１がモータロータ４３に対して相対回転可能に挿通され、該モータロータ４３にて駆動軸３１の軸方向に沿った後端面には、該モータロータ４３の回転とともにモータロータ４３の回転方向に沿って移動する第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５が設けられている。駆動軸３１には、前記第１及び第２ハンマー部４５，５５が衝突される衝突部５０ａが駆動軸３１と一体回転可能に突設されている。モータロータ４３の回転方向に沿った第１及び第２ハンマー部４５，５５と衝突部５０ａとの間には、第１及び第２ハンマー部４５，５５を衝突部５０ａに直接衝突可能に移動させる移動空間４６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハウジングには電動モータにより回転される回転軸が支持されているとともに、ポンプ室内には回転軸の回転に伴い回転する回転体が収容された電動ポンプに関する。

回転体を回転させて流体を移送するポンプとしては、例えば、特許文献１に開示の遠心ポンプが挙げられる。この特許文献１に開示の遠心ポンプは、永久磁石同期電動機（電動モータ）を備え、該永久磁石同期電動機によってシャフト（回転軸）を回転させ、該シャフトの回転により、ケーシング内に収容されたインペラ（回転体）を回転させるようになっている。そして、インペラの回転に伴い発生する遠心力により、流体（液体）を移送するようになっている。この遠心ポンプの前記永久磁石同期電動機において、永久磁石ロータは、ステータの内側にてカップ状のエレメント内に収容されているとともに、運転伝達歯を一体に備えている。また、前記シャフトには成形リッジが一体回転可能に設けられているとともに、該成形リッジを備えた蓋は前記エレメントと一体回転可能に該エレメントを密封している。さらに、前記エレメント内には、エラストマーからなる衝撃エレメントが収容され、該衝撃エレメントは、前記運転伝達歯の移動方向に沿って、該運転伝達歯と前記成形リッジによって挟まれるように配設されている。

そして、特許文献１の遠心ポンプにおいて、前記永久磁石同期電動機における永久磁石ロータの回転運動によって運転伝達歯が回転すると、該運転伝達歯は所定の回転角度にわたって自由に回転する。その後、運転伝達歯は前記衝撃エレメントに当接し、該衝撃エレメントが成形リッジに当接することで、前記蓋及びエレメントを回転させる。蓋はシャフトに結合されているため、シャフトは回転し、さらに、シャフトの回転に伴い前記インペラが回転して上述したポンプ作用を奏するようになっている。また、この遠心ポンプの運転時、衝撃エレメントが前記エレメントの壁に摩擦力を付与するため、この摩擦力により運転伝達歯と成形リッジとが当接する際の両者間の衝撃力が低減されるようになっている。そして、この衝撃力の低減によりノッキングノイズが低減されるようになっている。
特開平８−２４２５６５号公報

ところで、近年では、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムを搭載し、該燃料電池で発電された電力によって走行する燃料電池車が注目されてきている。前記燃料電池システムにおいては、燃料電池にて使用されなかった未反応の水素ガス（所謂、水素オフガス）を前記燃料電池に再供給するための水素循環経路が設けられている。この水素循環経路には、前記水素オフガスを移送するためのポンプが設けられており、このポンプは電動モータの駆動力によって運転されるようになっている。

しかし、上記燃料電池の発電に伴い水が生成され、この水は水素オフガスと共に燃料電池から排出され、さらに、水素オフガスと共に前記ポンプ内のポンプ室内に導入される。そして、低温環境下で燃料電池システムが稼働されたとき、ポンプ室内に導入された水は凝縮され、ポンプ室内に収容された回転体（例えば、ポンプロータ）とポンプ室の内壁面との間や、回転体の外面に結露する。さらに、氷点下といった低温環境下で燃料電池システムが運転状態から停止されたとき、前記結露した水が凍結してしまい、該凍結により回転体とポンプ室の内壁面とが固着してしまうことがある。このように、回転体とポンプ室の内壁面とが固着した場合は、燃料電池システムの運転再開時に回転体をポンプ室の内壁面から引き剥がす必要が生じる。したがって、回転体とポンプ室の内壁面とが固着した場合は、燃料電池システムの運転再開時に回転体をポンプ室の内壁面から引き剥がすために、電動モータに大トルクを発生させる必要が生じ、この大トルクを発生可能とする大型の電動モータを搭載するためにポンプの体格が大型化してしまっていた。

また、特許文献１に開示の遠心ポンプにおいては、前記衝撃エレメントとエレメントとの間に摩擦を積極的に発生させることにより、運転伝達歯と成形リッジとの間の衝撃力を低減させている。このため、遠心ポンプの起動時において、シャフトに発生するトルクは小さく、該トルクでは上記凍結に伴う固着が発生した場合は運転再開時に回転体（特許文献１ではインペラ）をポンプ室の内壁面から引き剥がすことが不可能であった。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、体格の大型化を抑制しつつ、回転体をポンプ室から引き剥がすことができる電動ポンプを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内にはポンプ室が区画形成されているとともに、ステータと該ステータの内側に設けられたモータロータとからなる電動モータが収容され、さらに、前記ハウジングには前記電動モータにより回転される回転軸が支持されているとともに、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に伴い回転する回転体が収容された電動ポンプであって、前記モータロータには、前記回転軸が前記モータロータに対して相対回転可能に挿通され、該モータロータにて前記回転軸の軸方向に沿った両端面であり前記ステータ外へ開放された両端面のうちのいずれか一端面には、該モータロータの回転とともにモータロータの回転方向に沿って移動するハンマー部が設けられ、前記回転軸には、前記ハンマー部が衝突される衝突部が回転軸と一体回転可能に突設されており、前記モータロータの回転方向に沿った前記ハンマー部と衝突部との間には、前記ハンマー部を衝突部に直接衝突可能に移動させる移動空間が形成されている。

これによれば、回転体とポンプ室とが固着した状態での電動ポンプの起動時には、その起動トルクによってモータロータを回転させると、該回転に伴いハンマー部が移動空間の開口幅分だけ移動し、該ハンマー部はステータの内周面やその他の部材等に接触することなく衝突部に直接衝突する。すなわち、ハンマー部がステータ等に接触することで発生する摩擦によってハンマー部の衝突部への衝突力が低下することがない。そして、ハンマー部が衝突部に衝突することで、該衝突部に衝撃トルクを発生させ、該衝撃トルクによって回転軸を衝突部と一体回転させることができ、衝撃トルクに基づく回転軸の回転により回転体がポンプ室から引き剥がされる。したがって、回転体とポンプ室とが固着した状態での電動ポンプの起動時には、ポンプ室に非固着状態の回転体を回転させるために必要なトルク（起動トルク）を発生させるだけで、ポンプ室に固着した回転体を引き剥がすことができる。その結果として、電動ポンプの起動時には、前記非固着状態の回転体を回転させるためのトルク（起動トルク）に加え、ポンプ室に固着した回転体を引き剥がすためのトルクを電動モータに発生させる必要が無くなり、起動時に発生させるトルクを小さくすることができる。すなわち、回転体をポンプ室から引き剥がすために、電動モータに大トルクを発生させる必要がなくなり、電動モータの大型化を抑制し、ひいては、電動ポンプの大型化を抑制することができる。

また、前記回転軸には、該回転軸を挟んで相反する方向へ延びるように一対の衝突部が形成され、前記ハンマー部は前記一対の衝突部に同時に衝突されるとしてもよい。
これによれば、衝突部を１つとした構成に比して、衝突部とハンマー部との衝突によって発生する衝撃トルクを大きくすることができる。したがって、より大きな衝撃トルクを発生させることができ、回転体をポンプ室から効果的に引き剥がすことができる。

また、前記ハンマー部は、ハンマー部形成部材が前記モータロータの端面に接合されることで設けられていてもよい。
これによれば、例えば、ハンマー部をモータロータに一体形成する場合に比して、モータロータの製造を簡単にすることができ、回転体をポンプ室から引き剥がすために電動ポンプに設ける構成を簡単とすることができる。

また、前記モータロータには、該モータロータと一体回転する錘が設けられていてもよい。
これによれば、錘によってモータロータのトルクを大きくして、ハンマー部が衝突部に衝突したときに発生させる衝撃トルクを、錘を設けない場合に比して大きくすることができ、回転体をポンプ室から効果的に引き剥がすことができる。

また、前記電動ポンプは、燃料電池で使用されなかった水素ガスを、水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能とする水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環用のルーツ式ポンプであってもよい。

これによれば、電動ポンプが水素循環経路に用いられると、ポンプ室内には燃料電池の発電に伴って生成された水が入り込み、該水は低温環境下ではポンプ室内で結露し、氷点下では凍結するため、回転体とポンプ室とを氷結（固着）させる可能性が高まる。しかし、電動モータのモータロータにハンマー部を設け、回転軸に衝突部を設けて衝撃トルクを発生可能とすることで、電動モータ、ひいては、電動ポンプの体格の大型化を抑制しつつ、回転体をポンプ室から引き剥がして前記固着状態を解消することができる。したがって、電動ポンプにて、電動モータのモータロータにハンマー部を設け、回転軸に衝突部を設ける構成は、凍結により回転体とポンプ室とが固着しやすい水素循環用の電動ポンプに採用するのに特に有効である。

本発明によれば、体格の大型化を抑制しつつ、回転体をポンプ室から引き剥がすことができる。

以下、本発明の電動ポンプを燃料電池システムにおける水素循環用ポンプとして用いられるルーツ式ポンプに具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。まず、燃料電池システム１０は、図３に示すように、燃料電池１１、酸素供給手段１２、水素供給手段１３を備えている。燃料電池１１は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、酸素供給手段１２から供給される酸素と、水素供給手段１３から供給される水素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する（発電する）。前記酸素供給手段１２は、圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１４を備え、コンプレッサ１４は燃料電池１１の酸素供給ポート（図示せず）に管路１５を介して連結され、管路１５の途中に加湿器１６が設けられている。

前記水素供給手段１３は、燃料電池１１で使用されなかった水素ガス（いわゆる水素オフガス）を循環使用するための電動ポンプたるルーツ式ポンプ１７を備えている。すなわち、このルーツ式ポンプ１７は、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを燃料電池１１へと再び供給するために設けられている。ルーツ式ポンプ１７は燃料電池１１の水素供給ポート（図示せず）に管路１８を介して連結され、燃料電池１１の水素排出ポート（図示せず）に管路１９を介して連結されている。また、水素供給手段１３は、水素源（水素ガス供給源）としての水素タンク２０を備えている。水素タンク２０は途中にレギュレータ（図示せず）を備えた管路２１を介して管路１８に連結されている。そして、ルーツ式ポンプ１７及び管路１８，１９により、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに燃料電池１１に供給可能な水素循環経路が構成されている。

次に、ルーツ式ポンプ１７について具体的に説明する。なお、以下の説明においてルーツ式ポンプ１７の「前」「後」は、図１に示す矢印Ｙの方向を前後方向とする。
図１に示すように、本実施形態のルーツ式ポンプ１７のハウジングは、ポンプハウジングＰと、モータハウジングＭとから構成されている。前記ポンプハウジングＰは、ロータハウジング２２の前端（図１では左端）に軸支部材２３が接合固定され、さらに、前記軸支部材２３の前端（図１では左端）にギヤハウジング２５が接合固定されて形成されている。そして、ポンプハウジングＰにおいて、ロータハウジング２２と軸支部材２３との間には、ポンプ室としてのロータ室２４が囲み形成されている。なお、前記ロータ室２４において、前記ロータハウジング２２の内面と軸支部材２３の内面は、ロータ室２４の内壁面Ｈを形成している。また、ギヤハウジング２５と軸支部材２３との間にギヤ室２６が囲み形成されている。前記モータハウジングＭは、前記ギヤハウジング２５の前端（図１では左端）に接合固定されている。そして、ギヤハウジング２５とモータハウジングＭとの間にモータ室２９が囲み形成され、このモータ室２９内には電動モータ４１が収容されている。

ハウジングにおいて、前記モータハウジングＭと、ロータハウジング２２と、軸支部材２３とには、回転軸たる駆動軸３１がベアリング３２を介して回転可能に支持されている。さらに、ロータハウジング２２と、前記軸支部材２３とには、前記駆動軸３１と平行をなす従動軸３５がベアリング３６を介して回転可能に支持されている。

前記ロータ室２４内において、駆動軸３１には回転体としての駆動ロータ３９が取付固定され、従動軸３５には回転体としての従動ロータ４０が取付固定されている。なお、駆動ロータ３９において駆動軸３１の軸方向に沿った方向を駆動ロータ３９の軸方向とし、従動ロータ４０において従動軸３５の軸方向に沿った方向を従動ロータ４０の軸方向とする。前記駆動ロータ３９と従動ロータ４０は、駆動軸３１と従動軸３５の軸方向に直交する断面視が双葉状（瓢箪状）に形成された二葉型のポンプロータである。

駆動ロータ３９において、駆動軸３１の軸方向に沿った前後両端面と、ロータ室２４の内壁面Ｈとの間には僅かな隙間が形成されている。また、従動ロータ４０において、従動軸３５の軸方向に沿った前後両端面と、ロータ室２４の内壁面Ｈとの間には僅かな隙間が形成されている。前記隙間は、駆動ロータ３９の前後両端面とロータ室２４の内壁面Ｈ、及び従動ロータ４０の前後両端面とロータ室２４の内壁面Ｈとが摺接して焼付等が生じることを防止するとともに、水素オフガスの漏れをより小さくするために小さな隙間となっている。また、ロータハウジング２２には、水素オフガスをロータ室２４に吸引する吸入口（図示せず）と、該吸入口の対向位置にロータ室２４内へ吸入された水素オフガスを吐出する吐出口（図示せず）が形成されている。また、前記ギヤ室２６内において、駆動軸３１に固定された駆動ギヤ３７と従動軸３５に固定された従動ギヤ３８とは噛合連結されている。

そして、上記構成のルーツ式ポンプ１７では、前記電動モータ４１の回転駆動に基づき駆動軸３１が回転すると、駆動ギヤ３７と従動ギヤ３８との噛合連結を通じて従動軸３５が駆動軸３１とは異なる方向へ回転する。すると、ロータ室２４内では、駆動ロータ３９と従動ロータ４０とが回転する。燃料電池１１から排出された水素オフガスは、駆動ロータ３９と従動ロータ４０の回転に伴い管路１９を介して吸入口からロータ室２４内へ吸入される。その後、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の外面と、ロータ室２４の内壁面Ｈとが協働することにより、ロータ室２４内に吸入した水素オフガスはロータ室２４の吐出口側へ送り出され、該吐出口からロータ室２４外の管路１８へ吐出される。その後、管路１８へ吐出された水素オフガスは、水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに管路１８から燃料電池１１に再供給される。

次に、前記電動モータ４１について詳細に説明する。
電動モータ４１は、モータハウジングＭの内面に止着されたステータ４２と、該ステータ４２に対し正逆両方向へ相対回転可能なモータロータ４３とから構成されている。すなわち、モータロータ４３は、図２に矢印Ｒ１に示す方向（正方向）、及び矢印Ｒ２に示す方向（逆方向）の両方向へ回転可能になっている。図１に示すように、前記ステータ４２はステータコイル４２ａを有し、該ステータコイル４２ａは複数本のリード線（図示せず）を介して外部電源（図示せず）に電気的に接続されている。また、前記モータロータ４３は円筒状に形成され、該モータロータ４３の内側には前記駆動軸３１が挿通配置されている。モータロータ４３の内周面と、駆動軸３１の周面との間には極僅かなクリアランス（図示せず）が存在し、駆動軸３１はモータロータ４３に対して相対回転可能にハウジングに支持されている。

前記モータロータ４３において、駆動軸３１の軸方向に沿った前後両端面は、それぞれステータ４２の内側よりも外方へ開放されているとともに、前記ステータコイル４２ａの内面から離れた位置に配設されている。そして、前記両端面のうちの一端面、具体的には後端面４３ａには円盤状をなすハンマー部形成部材４４が接合されている。ハンマー部形成部材４４の中央部には前記駆動軸３１が挿通され、該ハンマー部形成部材４４の内周面と前記駆動軸３１の周面との間にはベアリング４８ａが介在されており、該ベアリング４８ａによってハンマー部形成部材４４は駆動軸３１に対して相対回転可能となっているとともに、モータロータ４３と一体回転可能になっている。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ハンマー部形成部材４４の後面には、モータロータ４３の回転方向（矢印Ｒ１，Ｒ２に示す方向）に沿って円弧状に延びる一対のハンマー部４５，５５が、ハンマー部形成部材４４に一体形成されている。なお、以下、一方（図２では左方）のハンマー部を第１ハンマー部４５とし、他方（図２では右方）のハンマー部を第２ハンマー部５５とする。

第１ハンマー部４５と第２ハンマー部５５において、互いに対向する第１ハンマー部４５の一方の端面４５ａと、第２ハンマー部５５の一方の端面５５ａとは互いに離間しており、該対向する端面４５ａ，５５ａ同士の間にはモータロータ４３の回転方向へ延びる移動空間４６が形成されている。また、互いに対向する第１ハンマー部４５の他方の端面４５ｂと、第２ハンマー部５５の他方の端面５５ｂとは互いに離間しており、該対向する端面４５ｂ，５５ｂ同士の間にはモータロータ４３の回転方向へ延びる移動空間４６が形成されている。

また、図１に示すように、前記モータロータ４３において、駆動軸３１の軸方向に沿った前後両端面のうちの他端面たる前端面４３ｂには円盤状をなす錘接合部材４７が接合されている。錘接合部材４７の中央部には前記駆動軸３１が挿通され、該錘接合部材４７の内周面と前記駆動軸３１の周面との間にはベアリング４８ｂが介在されており、該ベアリング４８ｂによって錘接合部材４７は駆動軸３１に対して相対可能になっているとともに、モータロータ４３と一体回転可能になっている。また、錘接合部材４７の前面には、真鍮製の錘４９が錘接合部材と一体回転可能、すなわち、モータロータ４３と一体回転可能に接合されている。この錘４９は、モータロータ４３の回転に対する慣性の大きさ、すなわち慣性モーメントを大きくさせ、モータロータ４３の回転運動を変化させにくくするために設けられている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、前記駆動軸３１において、前記モータロータ４３の後側となる位置には衝突部材５０が締結固定され、該衝突部材５０は駆動軸３１と一体回転可能になっている。衝突部材５０はその長さ方向中央部に締結孔５０ｂを備え、該締結孔５０ｂに駆動軸３１が嵌入されている。また、衝突部材５０は、ハンマー部形成部材４４における第１ハンマー部４５と第２ハンマー部５５の間に収容配置されている。衝突部材５０は、駆動軸３１の径方向に沿って駆動軸３１から突設する衝突部５０ａを一対備え、該一対の衝突部５０ａは駆動軸３１を挟んで互いに相反する方向へ延びるようになっている。すなわち、衝突部材５０は、その全体が駆動軸３１の径方向へ直線状に延びる形状をなしている。また、各衝突部５０ａは、それぞれ前記移動空間４６内に配設されている。

衝突部材５０において、第１ハンマー部４５の端面４５ａ，４５ｂに面することとなる第１側面５０Ａ、及び第２ハンマー部５５の端面５５ａ，５５ｂに面することとなる第２側面５０Ｂはそれぞれ中央部を除いて平面状をなしている。そして、モータロータ４３が一方向（矢印Ｒ１に示す正方向）へ回転したとき、第１ハンマー部４５の端面４５ａは、衝突部材５０の第１側面５０Ａに衝突すると同時に、第２ハンマー部５５の端面５５ｂは、第２側面５０Ｂに衝突する。一方、モータロータ４３が他方向（矢印Ｒ２に示す逆方向）へ回転したとき、第１ハンマー部４５の端面４５ｂは衝突部材５０の第１側面５０Ａに衝突すると同時に、第２ハンマー部５５の端面５５ａは第２側面５０Ｂに衝突する。

移動空間４６を形成する対向する端面４５ａ，５５ａのうちの少なくともいずれか一端面、又は端面４５ｂ，５５ｂのうちの少なくともいずれか一端面と、該一端面に対向する第１側面５０Ａ及び第２側面５０Ｂのいずれか一側面との間にモータロータ４３の回転方向に沿って隙間Ｃが形成されるように移動空間４６の大きさが設定されている。

なお、前記移動空間４６において、モータロータ４３の回転方向に沿った開口幅は、モータロータ４３（ハンマー部４５）がモータロータ４３の回転方向へ回転角２°回転したときに、第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５のいずれか一端面４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂが衝突部５０ａに衝突するように設定されている。なお、移動空間４６の開口幅は任意に変更してもよく、ルーツ式ポンプ１７にて限られた体格の中でハンマー部４５，５５と衝突部５０ａとの衝突により発生する衝撃トルクが所望する値となるように移動空間４６の開口幅は設定される。そして、前記衝撃トルクを大きくしたい場合には、移動空間４６の開口幅を大きくとるように第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５の形成位置が設定される。また、第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５は、衝突部材５０の衝突部５０ａに当接することによって、モータロータ４３の回転を駆動軸３１に伝達する役割を担っている。

さて、燃料電池システム１０が運転状態にあり、上記構成のルーツ式ポンプ１７が運転状態にあるときには、燃料電池１１で生成された水を含む水素オフガスは、管路１９を介して吸入口からロータ室２４内へ吸入される。そして、低温環境下では、前記水がロータ室２４の内壁面Ｈや、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の壁面に結露する。さらに、氷点下で燃料電池システム１０が運転状態から停止され、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が停止したとき、ロータ室２４内の水が凍結し、該凍結により駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前後両端面とロータ室２４の内壁面Ｈとが氷結して互いに固着した状態となる。

上記固着状態における燃料電池システム１０の運転再開時、ルーツ式ポンプ１７を起動させる際には、電動モータ４１において、外部電源からステータコイル４２ａに電流を流し、ステータコイル４２ａとモータロータ４３との間の電磁誘導作用によってモータロータ４３を矢印Ｒ１に示す正方向へ回転させて起動トルクを発生させる。このとき、モータロータ４３には錘接合部材４７を介して錘４９が接合されているため、モータロータ４３の回転速度（動力）が上がるに従い、錘４９によってモータロータ４３の回転速度がさらに加速される。加えて、ハンマー部形成部材４４は、ステータ４２の内側よりも外方へ開放された後端面４３ａに接合され、第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５はステータコイル４２ａの内面から離れた位置に配設されている。このため、モータロータ４３の回転時に第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５がステータ４２やステータコイル４２ａに接触することがなく、該接触による摩擦によってモータロータ４３の回転速度が低下することが防止される。

そして、モータロータ４３の回転に伴い第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５がモータロータ４３の回転方向へ移動し、第１ハンマー部４５の端面４５ａが衝突部５０ａの第１側面５０Ａに衝突すると同時に、第２ハンマー部５５の端面５５ｂが衝突部５０ａの第２側面５０Ｂに衝突する。このとき、衝突部５０ａには前記衝突に伴う衝撃トルクが発生し、該衝突部５０ａに一体回転可能とされた駆動軸３１にも該衝撃トルクが発生して、この衝撃トルクによって駆動軸３１が回転する。

この発生した衝撃トルクは、駆動ギヤ３７と従動ギヤ３８との噛合連結を通じて従動軸３５、さらには、駆動ロータ３９と従動ロータ４０に伝達される。そして、前記衝撃トルクによって駆動ロータ３９と従動ロータ４０は回転する。その結果、駆動ロータ３９の前後両端面、及び従動ロータ４０の前後両端面と、ロータ室２４の内壁面Ｈとの間を固着させた氷が破砕され、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０がロータ室２４の内壁面Ｈから引き剥がされるとともに、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０とロータ室２４との固着状態が解消される。そして、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０がロータ室２４から引き剥がされた後、第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５の衝突部材５０（衝突部５０ａ）への当接によって、モータロータ４３の回転が駆動軸３１に伝達され、ルーツ式ポンプ１７が運転される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電動モータ４１のモータロータ４３を駆動軸３１に対して相対回転可能に構成するとともに、モータロータ４３に第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５をモータロータ４３と一体回転可能に設けた。さらに、駆動軸３１には前記第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５が衝突される衝突部５０ａを駆動軸３１と一体回転に設けた。そして、電動モータ４１の起動時、モータロータ４３の回転に伴い第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５を衝突部５０ａに衝突させることで、駆動軸３１に衝撃トルクを発生させ、該衝撃トルクによって駆動軸３１を回転させることができる。そして、衝撃トルクによって駆動軸３１を回転させることで、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を回転させ、該駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転によって駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４の内壁面Ｈから引き剥がすことができる。その結果として、ルーツ式ポンプ１７の起動時には、起動トルクを発生させるだけで駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすことができる。したがって、ルーツ式ポンプ１７の起動時には、該ルーツ式ポンプ１７の起動トルクに加え、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすためのトルクを発生させる必要がなくなる。その結果として、ルーツ式ポンプ１７においては、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすために、大トルクを発生させる大型の電動モータ４１を搭載する必要がなく、ルーツ式ポンプ１７の大型化を抑制することができる。

（２）また、第１及び第２ハンマー部４５，５５は、モータロータ４３にてステータ４２外へ開放された後端面４３ａにハンマー部形成部材４４を接合することで形成されているとともに、ステータコイル４２ａの内周より内側へ離間した位置に配設されている。したがって、モータロータ４３の回転時に、ハンマー部形成部材４４をステータ４２及びステータコイル４２ａに接触させることなく、第１及び第２ハンマー部４５を衝突部５０ａに直接衝突させることができる。このため、前記接触等で発生する摩擦等によりモータロータ４３の回転力が低下し、第１及び第２ハンマー部４５，５５の衝突部５０ａへの衝突力が低減されることを防止することができる。したがって、駆動軸３１に衝撃トルクを効果的に発生させ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４の内壁面Ｈから引き剥がすことができる。

（３）駆動軸３１には一対の衝突部５０ａが駆動軸３１を挟んで相反する方向へ延びるように形成され、電動モータ４１の回転時には第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５がそれぞれ対応する衝突部５０ａに同時に衝突する。したがって、衝突部５０ａを１つとした構成に比して、衝突部５０ａと第１及び第２ハンマー部４５，５５との衝突によって発生する衝撃トルクを大きくことができる。したがって、より大きな衝撃トルクを発生させることができ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から効果的に引き剥がすことができる。

（４）第１ハンマー部４５と第２ハンマー部５５は、衝突部材５０を挟むように設けられている。このため、電動モータ４１のモータロータ４３を正逆何れの方向へ回転させても第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５を衝突部５０ａに衝突させることができる。したがって、例えば、電動モータ４１の回転方向を正逆交互に変更することで異なる方向への衝撃トルクを発生させることができ、氷を効果的に破砕することが可能となる。

（５）第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５は、ハンマー部形成部材４４をモータロータ４３の後端面４３ａに接合することでモータロータ４３に設けられている。したがって、例えば、第１及び第２ハンマー部４５，５５をモータロータ４３に一体形成する場合に比して、その製造を簡単にすることができ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすための構成を簡単に構成することができる。

（６）モータロータ４３には、該モータロータ４３と一体回転する錘４９が設けられている。このため、錘４９によってモータロータ４３のトルクを大きくして、モータロータ４３の回転を落としにくくすることができる。したがって、第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５が衝突部５０ａに衝突したとき、駆動軸３１により大きな衝撃トルクを発生させることができ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４の内壁面Ｈから効果的に引き剥がすことができる。

（７）ルーツ式ポンプ１７は、燃料電池システム１０における水素循環経路に用いられ、水素オフガスを移送するものである。ルーツ式ポンプ１７が水素循環経路に用いられると、ロータ室２４内には燃料電池１１の発電に伴って生成された水が入り込み、低温環境下では駆動ロータ３９及び従動ロータ４０とロータ室２４とが氷結によって固着しやすくなる。しかし、電動モータ４１に第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５を設け、駆動軸３１に衝突部５０ａを設けることで、電動モータ４１を大型化することなく、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすことができる。したがって、ルーツ式ポンプ１７の電動モータ４１に第１ハンマー部４５及び第２ハンマー部５５を設け、駆動軸３１に衝突部５０ａを設ける構成は燃料電池システム１０の水素循環経路用のポンプに採用するのに特に有効である。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 錘４９を削除してもよい。
○ 駆動軸３１の軸方向に沿ったモータロータ４３の前後両端面４３ａ，４３ｂにハンマー部形成部材４４を接合してモータロータ４３の前後両側にハンマー部４５，５５を設け、さらに、両ハンマー部４５，５５に対応するように衝突部材５０を駆動軸３１に設けてもよい。なお、このとき、錘接合部材４７及び錘４９は削除される。そして、モータロータ４３の前後両側でハンマー部４５，５５と衝突部５０ａを衝突させて衝撃トルクを発生させる構成としてもよい。又は、モータロータ４３の前端面４３ｂのみにハンマー部形成部材４４を接合してモータロータ４３の前側のみにハンマー部４５，５５を設け、さらに、ハンマー部４５，５５に対応するように衝突部材５０を駆動軸３１に設けてもよい。

○ 衝突部材５０の一対の衝突部５０ａのうち一方の衝突部５０ａを削除してもよい。
○ 一対のハンマー部４５，５５のうちいずれか一方のハンマー部を削除してもよい。
○ 実施形態において、三葉以上の複葉状の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を用いたルーツ式ポンプ１７としてもよい。

○ 実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に複数個、取付固定した多段式のルーツ式ポンプ１７としてもよい。
○ 実施形態のルーツ式ポンプ１７を、燃料電池システム１０の酸素供給手段１２におけるコンプレッサ１４として使用してもよい。

○ 実施形態のルーツ式ポンプ１７を、例えば、半導体製造装置に用いられる真空ポンプとして用いてもよい。この場合、半導体製造装置に用いられるガスが冷却されることによって析出する析出物によって駆動ロータ３９及び従動ロータ４０がロータ室２４に固着することとなるが、ルーツ式ポンプ１７を用いることで電動モータ４１を大型化することなく駆動ロータ３９及び従動ロータ４０をロータ室２４から引き剥がすことができる。

○ 実施形態では、電動ポンプを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を回転体としたルーツ式ポンプ１７に具体化したが、電動ポンプを、ポンプ室に回転体としてのスクリューロータを収容した電動スクリュー式ポンプに具体化してもよい。

実施形態のルーツ式ポンプを示す縦断面図。 （ａ）は電動モータのモータロータ、ハンマー部、及び衝突部材を示す斜視図、（ｂ）はモータロータ、ハンマー部、及び衝突部材を示す正面図。 燃料電池システムの構成図。

符号の説明

Ｍ…ハウジングを構成するモータハウジング、Ｐ…ハウジングを構成するポンプハウジング、１０…燃料電池システム、１１…燃料電池、１７…水素循環経路を構成するとともに電動ポンプとしてのルーツ式ポンプ、１８，１９…水素循環経路を構成する管路、２０…水素源としての水素タンク、２４…ポンプ室としてのロータ室、３１…回転軸としての駆動軸、３９…回転体としての駆動ロータ、４０…回転体としての従動ロータ、４１…電動モータ、４２…ステータ、４３…モータロータ、４３ａ…モータロータの両端面のうちの一端面としての後端面、４３ｂ…モータロータの両端面のうちの他端面としての前端面、４４…ハンマー部形成部材、４５…第１ハンマー部、４６…移動空間、４９…錘、５０ａ…衝突部、５５…第２ハンマー部。

Claims (5)

1. ハウジング内にはポンプ室が区画形成されているとともに、ステータと該ステータの内側に設けられたモータロータとからなる電動モータが収容され、さらに、前記ハウジングには前記電動モータにより回転される回転軸が支持されているとともに、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に伴い回転する回転体が収容された電動ポンプであって、
   前記モータロータには、前記回転軸が前記モータロータに対して相対回転可能に挿通され、該モータロータにて前記回転軸の軸方向に沿った両端面であり前記ステータ外へ開放された両端面のうちのいずれか一端面には、該モータロータの回転とともにモータロータの回転方向に沿って移動するハンマー部が設けられ、前記回転軸には、前記ハンマー部が衝突される衝突部が回転軸と一体回転可能に突設されており、前記モータロータの回転方向に沿った前記ハンマー部と衝突部との間には、前記ハンマー部を衝突部に直接衝突可能に移動させる移動空間が形成されていることを特徴とする電動ポンプ。
2. 前記回転軸には、該回転軸を挟んで相反する方向へ延びるように一対の衝突部が形成され、前記ハンマー部は前記一対の衝突部に同時に衝突されるとした請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記ハンマー部は、ハンマー部形成部材が前記モータロータの端面に接合されることで設けられている請求項１又は請求項２に記載の電動ポンプ。
4. 前記モータロータには、該モータロータと一体回転する錘が設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電動ポンプ。
5. 前記電動ポンプは、燃料電池で使用されなかった水素ガスを、水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能とする水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環用のルーツ式ポンプである請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電動ポンプ。

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