JP2001069712A

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

Info

Publication number: JP2001069712A
Application number: JP24544899A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yamamoto; 雅和山本; Yoshio Miyake; 良男三宅; Katsuji Iijima; 克自飯島
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: JP3998375B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は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。

【０００２】

【従来の技術】従来からインバータに代表される周波数
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。

【０００３】しかしながら、特開平７−１８９９９６号
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。

【０００４】上述の欠点を改良するため、本件出願人
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の問題点
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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
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。

【０００７】本発明によれば、周波数変換器とモータフ
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。

【０００８】また本発明の１態様によれば、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。

【０００９】また本発明の１態様によれば、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。

【００１０】また本発明の１態様によれば、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。

【００１１】また、吸込側ノズルケーシングから吸込ま
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。

【００１２】また本発明の１態様によれば、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。

【００１３】また本発明のモータは、上記のモータフレ
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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
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。

【００１５】本実施形態に示す全周流型モータポンプ
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。

【００１６】図２に示すように、モータフレーム４の第
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。

【００１７】モータ固定子７の内側には、モータ回転子
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。

【００１８】次に、羽根車１８と反対側に設けられた反
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。

【００１９】前記軸受ブラケット２０はモータフレーム
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。

【００２０】次に羽根車側に設けられたスラスト荷重側
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。

【００２１】モータフレーム４の第２の筒状部２の軸方
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。

【００２２】また吸込側ノズルケーシング４０は羽根車
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。

【００２３】前記周波数変換器取付用の平面座３は、図
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。

【００２４】第１の筒状部１と第２の筒状部２をつなぐ
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。

【００２５】モータフレーム４の軸方向端部とノズルケ
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。

【００２６】周波数変換器８は下ケース９内に密着して
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。

【００２７】モータは２極の三相誘導電動機であり、周
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。

【００２８】なお、上述の実施形態においては、第２の
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。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１のIII矢視図である。

【符号の説明】

１第１の筒状部２第２の筒状部２ａ，４ａ，５ａいんろう２ｂボルト座３平面座３ａリード線穴４モータフレーム５モータフレーム側板６固定子キャン７モータ固定子８周波数変換器９下ケース１０上ケース１１リード線１２，２９，３３，３８Ｏリング１３モータ回転子１４主軸１５回転子キャン１６回転子側板１７，４５リブ１８羽根車２０，３１軸受ブラケット２１，３２ラジアル軸受２２固定側スラスト軸受２３回転側正方向スラスト軸受２４回転側逆方向スラスト軸受２５，２６スラストディスク２７，３４スリーブ２８ダブルナット３０，４４，５６ガスケット３５座金３６，５５ナット４０吸込側ノズルケーシング４０ｆ，４１ｆ取付用フランジ４０ｎ，４１ｎノズル４１吐出側ノズルケーシング４２ライナリング４３案内装置４６空気抜き弁４７圧力測定用ネジ穴４８水抜き用ネジ穴４９プラグ５０流路５４ボルト５７動力ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯島克自東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 5H605 AA01 BB05 BB17 CC01 CC08 DD09 DD13 DD32 DD37 EC01 EC20 GG06 GG16

Claims

【特許請求の範囲】

【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。