JP2001069712A - モータフレーム及び該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプ - Google Patents
モータフレーム及び該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプInfo
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Abstract
に水冷するためのモータフレーム及び該モータフレーム
を使用したモータ並びにモータポンプを提供する。 【解決手段】 内部にモータ固定子を収容する第1の筒
状部1と、第1の筒状部1の外側に設けられ第1の筒状
部1との間に取扱流体が流れる空間を形成する第2の筒
状部2と、第2の筒状部2の外周部に設けられた周波数
変換器取付用の座3とを、同一金属材料にて一体に成形
した。
Description
該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプ
に係り、特に周波数変換器を実装させることを前提とし
た構造を有したモータフレーム及び該モータフレームを
使用したモータ並びにモータポンプに関するものであ
る。
変換器を電動モータポンプに取付け、ポンプ取扱液に
て、周波数変換器の発生熱を奪うように構成したポンプ
組立体は知られている。例えば、特願平5−35099
4号(特開平7−189996号)においては、全周流
型ポンプの円筒状のポンプケーシングの外面にインバー
タを取付ける構成が開示されている。特開平7−189
996号に開示されているポンプ組立体においては、イ
ンバータを全周流型ポンプのポンプケーシングの外面に
取付けることにより、インバータ冷却用のヒートシンク
を不要とし、インバータの小形化を図るとともに、イン
バータによりモータに供給する電力の周波数を高めるこ
とにより、モータの小形化を図り、更にポンプ回転数を
増加させることによりポンプの小形化を図っている。
に開示されているポンプ組立体では、ポンプケーシング
が円筒形状であり、インバータを収容する板金製の下ケ
ースとの接触面が曲面を成している。このため、ポンプ
ケーシングと下ケースとの接触面で両者の曲率が一致せ
ずに隙間があき、インバータの冷却条件が安定しにくい
という問題があった。また、インバータと下ケースの接
触部も曲面を成しているため、この部分での熱伝達もば
らつきやすかった。
は、先に特願平9−524214号において、板金製の
ポンプケーシングの外面にアルミ合金製のブラケットを
取付け、このブラケットにインバータ(周波数変換器組
立体)を固定したポンプ組立体を提案している。このポ
ンプ組立体では、ブラケットと周波数変換器組立体の接
触面が平面であり、この部分には隙間があきにくいが、
ポンプケーシングとブラケットの接触面が曲面をなして
いることから、前述と同じ理由により周波数変換器の冷
却条件が安定しにくいという問題があった。一般にこの
ような問題を解決するためには、接触面に液状シリコン
等の充填材を塗布して隙間を埋める方法が用いられる
が、この方法は手間が掛かり、生産性の観点では好まし
いものではなかった。
に鑑み、実装されたインバータを効果的に且つ安定的に
水冷するためのモータフレーム及び該モータフレームを
使用したモータ並びにモータポンプを提供することを目
的とする。
め、本発明のモータフレームは、内部にモータ固定子を
収容する第1の筒状部と、第1の筒状部の外側に設けら
れ第1の筒状部との間に取扱流体が流れる空間を形成す
る第2の筒状部と、第2の筒状部の外周部に設けられた
周波数変換器取付用の座とを、同一金属材料にて一体に
成形したことを特徴とするものである。
レームは、例えば平面の座で接触するため、両者の間に
隙間があきにくくなり、周波数変換器の冷却が良好にな
ると共に冷却条件が安定する。また、周波数変換器とモ
ータフレームの間には前述のアルミ合金製ブラケット等
の部品が介在しないため、周波数変換器を極めて有効に
冷却できる。この結果、場合によっては接触面に液状シ
リコン等の充填材を塗布する必要がなくなり、生産性の
改善を図ることも可能となる。
方向両端部に、取付部品との同軸度を確保するためのい
んろう及びボルト締結用のボルト座を設けている。この
結果、後述のノズルケーシング及びノズルケーシングに
固定されるライナリングと、羽根車に代表される回転体
との同軸度を容易に確保して組立てることができる。
から見て、モータフレームのボルト座とボルト座の間の
位置に周波数変換器取付用の座を配置している。この結
果、周波数変換器とノズルケーシング取付用のボルトが
干渉せず、周波数変換器取付用の座の面積を相対的に大
きくできるため、周波数変換器を有効に冷却することが
可能となる。
部と第2の筒状部をつなぐ軸方向のリブの長さを、少な
くともモータフレーム全長の半分以上の長さとする。こ
の結果、周波数変換器の発生熱はモータフレームの第2
の筒状部の内面からだけでなく、リブ表面からも効果的
に放熱される。
れた取扱液は、羽根車と案内装置を通過しモータフレー
ムの流路に導かれるが、案内装置から出た取扱液にはわ
ずかに円周方向の流れ成分が含まれており、ポンプの効
率低下や騒音発生につながる可能性がある。モータフレ
ームの第1の筒状部と第2の筒状部をつなぐリブの全長
を延ばすことで、この問題を同時に解決できる。
ームの軸方向端部とこの軸方向端部に取り付けられる相
手側取付部品が直接接触するように構成している。この
結果、周波数変換器の発生熱はモータフレームの第2の
筒状部の内面からだけでなく、例えばノズルケーシング
の内面からも効果的に放熱される。
ームと、モータフレームの第1の筒状部に収容されたモ
ータ固定子と、モータフレームの開放端を閉塞するモー
タフレーム側板と、モータ固定子の内側に収容されると
ともにモータフレームに設置された軸受によって回転自
在に支持されたモータ回転子とを備えたことを特徴とす
るものである。本発明のモータポンプは、上記のモータ
と、モータ回転子の主軸に固定された羽根車と、モータ
フレームの軸方向端部に取り付けられるとともに羽根車
を収容するノズルケーシングとを備えたことを特徴とす
るものである。
乃至図3を参照して説明する。図1は、本発明に係るモ
ータポンプの一例である全周流型インラインポンプを示
す縦断面図である。図2は図1のII−II線断面図であ
り、図3は図1のIII矢視図である。
は、内部にモータ固定子を収容する第1の筒状部1と、
第1の筒状部1の外側に設けられ第1の筒状部1との間
に取扱流体が流れる空間50を形成する第2の筒状部2
と、第2の筒状部2の外周部に設けられた周波数変換器
取付用の平面座3とを、ステンレス鋳鋼材にて一体に成
形したモータフレーム4を備えている。このモータフレ
ーム4は、例えば、ロストワックス鋳造法により形成さ
れている。第1の筒状部1の内部にはモータ固定子7が
焼き嵌めされ、第1の筒状部1の軸方向開放端にはモー
タフレーム側板5が密封溶接されている。モータ固定子
7の内周部には、ステンレス薄板製の固定子キャン6が
嵌着され、固定子キャン6はモータフレーム4及びモー
タフレーム側板5と密封溶接されている。
2の筒状部2の外周部には、平坦な上面を有する平面座
3が設けられ、この平面座3に周波数変換器8を収容し
た下ケース9及び上ケース10が取付けられている。こ
の平面座3の存在によって、周波数変換器8とモータフ
レーム4は平面で接触するため、両者の間に隙間があき
にくくなり、周波数変換器8の冷却が良好になると共に
冷却条件が安定する。周波数変換器8の出力は、図1に
示すように、平面座3に設けたリード線穴3aからリー
ド線11を介してモータ固定子7に供給される。なお、
リード線穴3aの周囲にはOリング12を設け、上下ケ
ース9,10からなるケースの内部及びモータフレーム
4の内部と、外部との気密を確保している。
13が回転可能に収容されている。モータ回転子13は
主軸14に焼き嵌め固定され、回転子キャン15と回転
子側板16,16及び主軸14を密封溶接することによ
り、モータ回転子13を取扱液による腐食から保護して
いる。なお、回転子キャン15と回転子側板16,16
及び主軸14の材料はステンレス鋼である。主軸14は
両端部においてモータフレーム4に設置された軸受(後
述する)によって支承され、主軸14の一端には羽根車
18が固定されている。羽根車18はステンレス鋳鋼に
よる鋳造成形品または薄肉ステンレス鋼によるプレス成
形・溶接品が適宜選択される。図1では、上半分にステ
ンレス鋳鋼による鋳造成形品が図示され、下半分に薄肉
ステンレス鋼をプレス成形し溶接することにより形成さ
れたプレス成形・溶接品が図示されている。
スラスト荷重側の軸受周辺部について説明する。軸受ブ
ラケット20には、ラジアル軸受21と固定側スラスト
軸受22が設けられている。ラジアル軸受21の端面
は、まれに発生する逆方向スラスト荷重を支える固定側
スラスト軸受としての機能も付与されている。ラジアル
軸受21と固定側スラスト軸受22を挟んで両側には、
正方向のスラスト荷重を支える回転側正方向スラスト軸
受23と、逆方向のスラスト荷重を支える回転側逆方向
スラスト軸受24が設けられている。二つのスラスト軸
受23,24は各々スラストディスク25,26に焼き
嵌め固定されており、二つのスラストディスク25,2
6は、ラジアル軸受と摺動部を構成するスリーブ27を
間に挟んで、主軸14の端部に設けられたダブルナット
28によって固定されている。
側板5に設けられたいんろう5aに弾性材からなるOリ
ング29を介して挿入されている。また軸受ブラケット
20は弾性材からなるガスケット30を介してモータフ
レーム側板5に当接している。なお、スラスト軸受2
2,23,24、ラジアル軸受21及びスリーブ27の
材料は、セラミック材料の一種であるシリコンカーバイ
ド(SiC)であり、軸受ブラケット20及びスラスト
ディスク25,26の材料はステンレス鋼である。
の軸受周辺部について説明する。軸受ブラケット31に
はラジアル軸受32が設けられており、モータフレーム
4のいんろう4aに弾性材からなるOリング33を介し
て挿入されている。ラジアル軸受32と摺動部を構成す
るスリーブ34は座金35及び羽根車18を介して主軸
14の端部に設けられたナット36によって固定されて
いる。
向両端部には、取付部品との同軸度を確保するためのい
んろう2a,2a及びボルト締結用のボルト座2b,2
bが設けてあり、Oリング38を介してステンレス鋳鋼
製のノズルケーシング40,41が固定されている。吸
込側ノズルケーシング40および吐出側ノズルケーシン
グ41は、それぞれ、ノズル40n,41nおよび取付
用フランジ40f,41fを一体に形成している。これ
ら、吸込側ノズルケーシング40および吐出側ノズルケ
ーシング41は、それぞれ、ステンレス鋳鋼を用いてロ
ストワックス鋳造法により一体成形されている。吸込側
ノズルケーシング40と吐出側ノズルケーシング41は
同一部品とし、部品共用化によって生産性向上を図って
いる。吸込側ノズルケーシング40には羽根車18と摺
動部を構成するライナリング42が固定されている。
18から吐出された流体を案内する樹脂製の案内装置4
3をモータフレーム4との間で挟持している。案内装置
43と吸込側ノズルケーシング40との間にはゴムのよ
うな弾性材からなるガスケット44が設けられ、寸法精
度のばらつきによって案内装置43に無用の応力が加わ
ることを防止すると共に、案内装置43によって圧力回
復・昇圧された取扱液が羽根車側に逆流することも防い
でいる。またノズルケーシング40には、図3に示すよ
うに、円周方向の旋回流を効果的に防止し、吸込性能等
を向上させるためのリブ45が設けられている。そし
て、ノズルケーシング40,41の外周部には空気抜き
弁46が取付けられると共に、圧力測定用ネジ穴47や
水抜き用ネジ穴48が設けられ、これらネジ穴はプラグ
49,49にて閉止されている。
2に示すように、モータフレーム4を軸方向端部から見
て、ノズルケーシング取付用のボルト座2bとボルト座
2bの間の位置に配置している。これは周波数変換器8
とノズルケーシング取付用のボルト54およびナット5
5が干渉しないようにするためであり、周波数変換器取
付用の平面座3の面積を相対的に大きくできることか
ら、周波数変換器8の冷却に寄与するものである。な
お、モータフレーム4とノズルケーシング40,41と
は前述のボルト54およびナット55によって締結され
ている。
軸方向のリブ17の長さは、少なくともモータフレーム
4の全長の半分以上の長さを確保している。この結果、
周波数変換器8の発生熱はモータフレーム4の第2の筒
状部2の内面からだけでなく、リブ表面からも効果的に
放熱される。また、吸込側ノズルケーシング40から吸
込まれた取扱液は、羽根車18と案内装置43を通過し
モータフレーム4の流路50に導かれるが、案内装置4
3から出た取扱液にはわずかに円周方向の流れ成分が含
まれており、ポンプの効率低下や騒音発生につながる可
能性がある。ここではモータフレーム4の第1の筒状部
1と第2の筒状部2をつなぐリブ17の全長を延ばすこ
とで、この問題を同時に解決している。モータフレーム
4の流路50に導かれた取扱液は、モータ固定子7の外
周部と周波数変換器8を効果的に冷却する。また一部の
取扱液は軸受21,22,23,24,32およびスリ
ーブ27,34の潤滑及び冷却を行い、同時にモータ固
定子7の内周部とモータ回転子13を冷却する。
ーシング40,41は直接接触するように構成されてい
る。この結果、周波数変換器8の発生熱はモータフレー
ム4の第2の筒状部2の内面から放熱されるだけでな
く、前述の接触面からノズルケーシング40,41に伝
わり、その内面からも取扱液によって効果的に放熱され
る。
固定され、発生熱を効果的に取扱液へ放熱する。下ケー
ス9と上ケース10は合わせ面にゴム製のガスケット5
6を介してボルト等の締結手段によって固定されてい
る。また、下ケース9には電源からの電力を入力する手
段として動力ケーブル57が取付けられている。このケ
ーブル57は各芯線からの空気の流通を防止した気密処
理ケーブルである。従って、上下ケース9,10からな
るケース内は外気と完全に遮断されているため、例えば
ポンプを高温多湿の環境条件において冷水循環用に使用
した場合であっても、ケース内に結露を生じることがな
く絶縁劣化の心配がない。
波数変換器から供給される例えば160Hz・200Vの
電力によって毎分約9600回転の高速回転で運転され
る。この結果、羽根車を始めとするポンプ部の小型化と
トルク低減によるモータの小型化が達成されている。こ
のとき、小型化され表面積も小さくなったポンプ組立体
に周波数変換器を取付けるためには、冷却条件の改善に
よる周波数変換器自体の小型化が必須であり、本発明は
これを可能にしている。
筒状部の外周部に平面座を設けた例を説明したが、上面
が平面である平面座でなくとも、周波数変換器取付用の
座が設けられていればよい。
装されたインバータを効果的に且つ安定的に水冷するた
めのモータフレームを提供することが可能であり、また
該モータフレームを使用した小型なモータ並びにモータ
ポンプを提供することができる。更に、総じて冷却条件
が良好となるため、高速化によるポンプ及びモータの小
型化とインバータの小型化を両立した極めてコンパクト
なモータポンプの提供が可能となる。
型インラインポンプを示す縦断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 内部にモータ固定子を収容する第1の筒
状部と、第1の筒状部の外側に設けられ第1の筒状部と
の間に取扱流体が流れる空間を形成する第2の筒状部
と、第2の筒状部の外周部に設けられた周波数変換器取
付用の座とを、同一金属材料にて一体に成形したことを
特徴とするモータフレーム。 - 【請求項2】 第2の筒状部の軸方向両端部に、取付部
品との同軸度を確保するためのいんろう及びボルト締結
用のボルト座を設けたことを特徴とする請求項1に記載
のモータフレーム。 - 【請求項3】 軸方向端部から見て、モータフレームの
ボルト座とボルト座の間の位置に周波数変換器取付用の
座を配置したことを特徴とする請求項2に記載のモータ
フレーム。 - 【請求項4】 第1の筒状部と第2の筒状部をつなぐ軸
方向のリブの長さを、少なくともモータフレーム全長の
半分以上の長さとしたことを特徴とする請求項1乃至3
のいずれか1項に記載のモータフレーム。 - 【請求項5】 モータフレームの軸方向端部とこの軸方
向端部に取り付けられる相手側取付部品が直接接触する
ように構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいず
れか1項に記載のモータフレーム。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
モータフレームと、モータフレームの第1の筒状部に収
容されたモータ固定子と、モータフレームの開放端を閉
塞するモータフレーム側板と、モータ固定子の内側に収
容されるとともにモータフレームに設置された軸受によ
って回転自在に支持されたモータ回転子とを備えたこと
を特徴とするモータ。 - 【請求項7】 請求項6記載のモータと、モータ回転子
の主軸に固定された羽根車と、モータフレームの軸方向
端部に取り付けられるとともに羽根車を収容するノズル
ケーシングとを備えたことを特徴とするモータポンプ。 - 【請求項8】 前記ノズルケーシングは、吸込側ノズル
ケーシングと吐出側ノズルケーシングとを含むことを特
徴とする請求項7記載のモータポンプ。 - 【請求項9】 吸込側ノズルケーシングと吐出側ノズル
ケーシングとは、同一部品であることを特徴とする請求
項8記載のモータポンプ。
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