JP2009278811A - Motor assembly and pump apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ組立体およびポンプ装置に関し、特にインバータおよびモータを効率よく冷却するための冷却構造を有するモータ組立体に関するものである。 The present invention relates to a motor assembly and a pump device, and more particularly to a motor assembly having a cooling structure for efficiently cooling an inverter and a motor.
ポンプを駆動する駆動源としては、モータが広く採用されている。最近では、モータにインバータを取り付けたインバータ一体型のポンプモータが主流となりつつある。インバータは、パワースイッチング素子(例えば、Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)、パワーMOS FETなど)を備えており、このパワースイッチング素子により、モータに供給する電源の周波数を変化させ、モータの回転速度を変化させる。 A motor is widely used as a drive source for driving the pump. Recently, an inverter-integrated pump motor in which an inverter is attached to a motor is becoming mainstream. The inverter includes a power switching element (for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a power MOS FET, etc.), and the power switching element changes the frequency of the power supplied to the motor to change the rotation speed of the motor. Let
このようなポンプモータを駆動している間、インバータおよびモータは熱を発生する。特に、インバータのパワースイッチング素子は、小さな表面積であるにもかかわらず高熱を発生するため、高温となってしまう。しかも、インバータは多くの電子デバイスを備えているため、モータに比べて耐熱温度が低い。したがって、モータのみならず、インバータを効率よく冷却することが重要とされる。 While driving such a pump motor, the inverter and the motor generate heat. In particular, the power switching element of the inverter generates high heat even though it has a small surface area, resulting in a high temperature. Moreover, since the inverter includes many electronic devices, the heat resistant temperature is lower than that of the motor. Therefore, it is important to efficiently cool not only the motor but also the inverter.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、インバータおよびモータを効率よく冷却することができるモータ組立体および該モータ組立体を備えたポンプ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a motor assembly capable of efficiently cooling an inverter and a motor, and a pump device including the motor assembly.
上述した目的を達成するための本発明の一態様は、ポンプに連結されるモータと、前記モータの側部に固定され、冷却フィンを有するインバータと、前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、前記冷却ファンの近傍に配置された熱交換器と、前記ポンプによって昇圧された液体を前記熱交換器に導く液体供給ラインと、前記モータの少なくとも一部と前記冷却ファンとを覆い、前記モータと隙間を介して配置されたカバーとを備え、前記熱交換器は、前記冷却ファンにより生じる気流と前記ポンプからの液体との間で熱交換を行うように構成されていることを特徴とするモータ組立体である。 In one aspect of the present invention for achieving the above-described object, a motor connected to a pump, an inverter fixed to a side portion of the motor and having cooling fins, and a cooling fan connected to a rotating shaft of the motor And a heat exchanger disposed in the vicinity of the cooling fan, a liquid supply line for introducing the liquid pressurized by the pump to the heat exchanger, at least a part of the motor, and the cooling fan, A heat exchanger and a cover disposed through a gap, wherein the heat exchanger is configured to exchange heat between the airflow generated by the cooling fan and the liquid from the pump. A motor assembly.
本発明の好ましい態様は、前記モータと前記カバーとの間の隙間に配置された少なくとも1つのガイド部材をさらに備え、前記ガイド部材は、前記冷却ファンからの気体を前記インバータの冷却フィンに導く形状を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記カバーの内面には、吸音材または制振材が取り付けられていることを特徴とする。
The preferable aspect of this invention is further equipped with the at least 1 guide member arrange | positioned in the clearance gap between the said motor and the said cover, and the said guide member is the shape which guide | induces the gas from the said cooling fan to the cooling fin of the said inverter. It is characterized by having.
In a preferred aspect of the present invention, a sound absorbing material or a vibration damping material is attached to the inner surface of the cover.
本発明の他の態様は、上記モータ組立体と、前記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置である。 Another aspect of the present invention is a pump device comprising the motor assembly and a pump driven by the motor assembly.
本発明によれば、ポンプから供給される液体によって冷却ファンからの気体(一般には空気)が冷却され、この冷却された気体によってモータおよびインバータを効率よく冷却することができる。 According to the present invention, the gas (generally air) from the cooling fan is cooled by the liquid supplied from the pump, and the motor and the inverter can be efficiently cooled by the cooled gas.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。
ポンプ装置は、液体を移送するポンプ1と、このポンプ1を駆動する本発明の実施形態に係るモータ組立体2とを備えている。ポンプ1はモータ組立体2により駆動され、液体を吸込口1aから吸込み、加圧し、そして吐出口1bから吐出する。ポンプ1の例としては多段式遠心ポンプが挙げられるが、他の型式のポンプを用いることもできる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a pump device including a motor assembly according to an embodiment of the present invention.
The pump device includes a
モータ組立体2は、ポンプ1に連結されたモータ5と、モータ5の回転速度を制御するインバータ6と、モータ5を覆うカバー7とを備えている。図1では、カバー7の縦断面が示されている。モータ5には、ロータに永久磁石を用いた同期電動機が用いられている。このタイプのモータ(Permanent Magnet motor)は、一般的なモータよりも効率がよく、したがって発熱が低いという特徴を持っている。しかしながら、他のタイプのモータを用いてもよいことはいうまでもない。なお、カバー7は図示しない支持部によってモータ5に固定されている。
The
モータ5の上方には冷却ファン8が配置されており、この冷却ファン8は、モータ5の回転軸10の端部(反ポンプ側端部)に連結されている。したがって、冷却ファン8はモータ5の回転軸10と一体的に回転するようになっている。図1に示すように、冷却ファン8とモータ5との間には、冷却ジャケット24が配置されている。冷却ジャケット24は冷却ファン8の近傍に配置されている。この冷却ジャケット24は、ポンプ1から送られる液体と冷却ファン8から送られる気体(一般には空気)との間で熱交換を行う熱交換器である。
A
カバー7は、冷却ファン8と、冷却ジャケット24と、モータ5の全体を覆う形状を有しており、モータ5の外面とカバー7の内面との間には隙間が形成されている。モータ5の側面には、複数の冷却フィン13が形成されている。カバー7の上部には空気取り入れ孔(後述する)が形成されており、冷却ファン8を回転させることによって空気の流れがカバー7とモータ5との間の隙間に形成されるようになっている。
The
図2(a)はカバー7の上面図であり、図2(b)はカバー7の縦断面図であり、図2(c)は図2(b)のA−A線断面図である。
カバー7は、冷却ファン8、冷却ジャケット24、およびモータ5のほぼ全体を囲む形状を有している。カバー7の上部には、冷却ファン8用の空気取り入れ孔(気体取り入れ孔)20が形成されている。
2A is a top view of the
The
カバー7の内面には、吸音材23が取り付けられている。この吸音材23はモータ5の側面を囲むように配置されている。ここで、吸音材とは、音を内部に取り込んで音エネルギーを熱エネルギーに変換することで音を吸収する部材をいう。吸音材23の例としてはスポンジやウレタンフォームが挙げられる。
A
なお、吸音材23に代えて、制振材をカバー7の内面に取り付けてもよい。この場合、上述した吸音材と同様に、モータ5の側面を覆うように制振材を配置することが好ましい。ここで、制振材とは、固体の振動エネルギーを熱エネルギーに変換することによって固体の振動を低減させる部材をいう。制振材の例としてはゴム板やプラスチック板が挙げられる。
A vibration damping material may be attached to the inner surface of the
図3(a)はモータ5とインバータ6との配置関係を説明するための上面図であり、図3(b)は図3(a)に示すモータ5を矢印Bの方向から見たときの、インバータ6が無い状態を示す図である。インバータ6は、モータ側ブラケット11およびインバータ側ブラケット12を介してモータ5の側部に固定されている。より詳しくは、モータ側ブラケット11はモータ5の側部に形成され、インバータ側ブラケット12はインバータ6の底部に形成されている。これらモータ側ブラケット11およびインバータ側ブラケット12は図示しないボルトによって互いに連結されるようになっており、これによりインバータ6がモータ5に一体に取り付けられる。モータ側ブラケット11には、インバータ6からモータ5に延びる電力線が通る貫通孔が形成されている。インバータ側ブラケット12にも、モータ側ブラケット11の貫通孔に接続される貫通孔が形成されている。
3A is a top view for explaining the positional relationship between the
図4(a)はインバータ6の上面図であり、図4(b)はインバータ6の裏面図であり、図4(c)はインバータ6の部分断面図である。インバータ6は、パワースイッチング素子15と、このパワースイッチング素子15の動作を制御する制御基板16と、パワースイッチング素子15および制御基板16を収容するボックス17とを備えている。パワースイッチング素子15は、ボックス17の底部の内面に接触した状態でボックス17に固定されている。インバータ6の底部はモータ5に対向しており、その底部の外面全体には冷却フィン18が設けられている。これら冷却フィン18はモータ5の外面に近接し、またモータ5の冷却フィン13に隣接している。
4A is a top view of the
図5(a)は冷却ジャケット24を模式的に示す平面図であり、図5(b)はモータ組立体2の上面図である。なお、図5(b)においては、カバー7を想像線で示す。
冷却ジャケット24は、熱伝導性のよい金属からなるジャケット27と、このジャケット27の中を蛇行して延びる液体流路28とを備えている。液体流路28の端部は、それぞれ流入ライン(液体供給ライン)25および流出ライン(液体戻りライン)26に連通している。ジャケット27の中央には、回転軸10が挿入される貫通孔27aが形成されている。ポンプ1から供給される液体は、流入ライン25、冷却ジャケット24、流出ライン26をこの順で流れ、再びポンプ1に戻される。
FIG. 5A is a plan view schematically showing the cooling
The cooling
冷却ジャケット24は、液体が流れる流入ライン25および流出ライン26を介してポンプ1に接続されている。流入ライン25の端部はポンプ1の吐出側流路に接続されており、流出ライン26の端部はポンプ1の吸込側流路に接続されている。ポンプ1を駆動させると、ポンプ1の吐出側流路と吸込側流路との間には差圧が生じ、この差圧により、ポンプ1によって移送される液体の一部が流入ライン25を通って冷却ジャケット24に流入し、冷却ジャケット24を通過し、そしてポンプ1に戻る。
The cooling
上述の構成において、モータ5の回転軸10を回転させると、ポンプ1が駆動され、同時に冷却ファン8が回転する。ポンプ1によって移送される液体の一部は、流入ライン25を通じて冷却ジャケット24に送られる。一方、冷却ファン8が回転することにより、空気(気体)が空気取り入れ孔20からカバー7内に流入する。この空気は、冷却ジャケット24に当たり、液体との熱交換により冷却される。冷却された空気は、カバー7とモータ5との間の隙間を流れ、冷却フィン13,18の間を通り、そしてカバー7から流出する。
In the above configuration, when the rotating
空気の流れが冷却フィン13,18と接触している間、空気と冷却フィン13,18との間で熱交換が行われ、これによりモータ5およびインバータ6が冷却される。図4(c)に示すように、パワースイッチング素子15はボックス17の底部に接触し、この底部に冷却フィン18が形成されているので、発熱量の大きいパワースイッチング素子15を効率よく冷却することができる。
While the air flow is in contact with the cooling
図6は、冷却ジャケットの変形例を示す平面図である。この例では、冷却ジャケット24の上面(ジャケット27の冷却ファン8に対向する面)に、放射状に延びるフィン30が形成されている。このフィン30は、冷却ジャケット24の表面積を増やし、モータ5の全周を覆う均一な空気の流れを形成する。
冷却ジャケット24に代えて、図7に示すように、湾曲したパイプから構成される冷却パイプ29を熱交換器として用いてもよい。
FIG. 6 is a plan view showing a modification of the cooling jacket. In this example, radially extending
Instead of the cooling
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図8は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。本実施形態は、上述の実施形態と同様の基本的構成を備えているが、冷却ジャケット24によって冷却された空気をインバータ6に集中させる構造を有している点で、上記実施形態と異なっている。すなわち、カバー7の内面とモータ5の外面との間の隙間には、冷却ファン8からの空気の流れをインバータ6に導くガイド部材35が設けられている。図8では、カバー7を想像線で示している。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a side view showing a pump apparatus including a motor assembly according to another embodiment of the present invention. This embodiment has the same basic configuration as that of the above-described embodiment, but differs from the above-described embodiment in that it has a structure in which the air cooled by the cooling
図9(a)は図8に示すカバー7を下から見た図であり、図9(b)は図9(a)のカバー7を矢印Cから見た図であり、図9(c)は図9(a)のD−D線断面図である。カバー7の下端(ポンプ側端部)は斜めに形成されており、この端部に沿って傾斜するガイド部材35がカバー7の内面に固定されている。このガイド部材35は、一部が欠けた環状のプレートから構成されており、インバータ6に向かって下方に傾斜している。ガイド部材35は、カバー7の内面とモータ5の外面との間の隙間に位置し、カバー7の下端においてこの隙間を塞ぐように形成されている。
9A is a view of the
図10は、冷却ファン8の回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。図10に示すように、冷却ファン8の回転によって空気取り入れ孔20から空気(気体)がカバー7内に流入し、冷却ジャケット24によって冷却される。この冷却された空気は、モータ5とカバー7との間の隙間に下降流を形成する。この空気はモータ5の外面に沿ってガイド部材35に向かって流れ、このガイド部材35によってその進行方向がインバータ6に向けられる。そして、空気はインバータ6の底部に設けられた冷却フィン18の間を流れ、これによりインバータ6が冷却される。このように、ガイド部材35によって空気の流れをインバータ6に集中させることができるので、インバータ6を効果的に冷却することができる。
FIG. 10 is a view for explaining the flow of air formed by the rotation of the cooling
一般に、モータ5は発熱部であるステータ(コイル)の表面積が大きいため放熱しやすく、冷却が比較的進みやすい。一方、インバータ6は発熱部であるパワースイッチング素子15の表面積が小さいため、放熱による冷却が進みにくい。さらに、インバータ6は多くの電子デバイスを有しているため、モータ5に比べて耐熱温度が低い。本実施形態によれば、冷却ファン8によって形成される空気の流れを強制的にインバータ6に向かわせることができるので、空気の流れがインバータ6に集中的に当たり、また空気の流れの流速が速まることで熱伝達率が向上し、インバータ6を速やかに冷却することができる。
In general, since the
カバー7に覆われていないモータ5の側面には、冷却フィン13が設けられている。冷却ファン8からの空気は、モータ5の一部に沿って流れるので、この空気の流れはモータ5の冷却にも寄与する。さらに、モータ5は、冷却フィン13によって冷却される。モータ5の冷却フィン13の表面積は、インバータ6の冷却フィン18に比べて大きく、また、モータ5の耐熱温度は比較的高いことから、これら冷却フィン13や空気の流れによってモータ5を十分に冷却することができる。
Cooling
なお、複数のガイド部材35を設けることもできる。また、ガイド部材35を、カバー7の内面ではなく、モータ5の外面に設けることもできる。さらに、この実施形態においても、冷却ジャケット24は、図6に示す放射状のフィン30を有していてもよい。さらに、図11(a)および図11(b)に示すように、カバー7の内面に吸音材または制振材を取り付けてもよい。
A plurality of
上述した各実施形態では、冷却ジャケット24は冷却ファン8とモータ5との間に配置されているが、本発明はこの配置に限定されない。例えば、冷却ジャケット(熱交換器)24、冷却ファン8、モータ5をこの順に配列し、冷却ファン8の吸引する空気を冷却ジャケット24で冷却するという構成にすることもできる。この場合、冷却ジャケット24は冷却ファン8と共にカバー7で覆われてもよく、またはカバー7の外側で冷却ファン8に近接して配置してもよい。
ここでは、冷却ジャケット24で説明したが、図7に示す冷却パイプ29を設けてもよい。
In each embodiment mentioned above, although the cooling
Although the cooling
なお、上述したポンプ装置は、ポンプの回転軸が縦方向に延びる、いわゆる縦置型ポンプ装置である。このタイプのポンプ装置は、設置面積やフットプリントが小さくなるという利点を有する。しかしながら、本発明はこれに限らず、横置き型のポンプ装置であってもよい。 The pump device described above is a so-called vertical pump device in which the rotation shaft of the pump extends in the vertical direction. This type of pump device has the advantage of a smaller footprint and footprint. However, the present invention is not limited to this and may be a horizontally installed pump device.
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be the widest scope according to the technical idea defined by the claims.
1 ポンプ
2 モータ組立体
5 モータ
6 インバータ
7 カバー
8 冷却ファン
10 回転軸
11 モータ側ブラケット
12 インバータ側ブラケット
13 冷却フィン
15 パワースイッチング素子
16 制御基板
17 ボックス
18 冷却フィン
20 空気取り入れ孔
23 吸音材または制振材
24 冷却ジャケット
25 流入ライン
26 流出ライン
27 ジャケット
28 液体流路
29 冷却パイプ
30 フィン
35 ガイド部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータの側部に固定され、冷却フィンを有するインバータと、
前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、
前記冷却ファンの近傍に配置された熱交換器と、
前記ポンプによって昇圧された液体を前記熱交換器に導く液体供給ラインと、
前記モータの少なくとも一部と前記冷却ファンとを覆い、前記モータと隙間を介して配置されたカバーとを備え、
前記熱交換器は、前記冷却ファンにより生じる気流と前記ポンプからの液体との間で熱交換を行うように構成されていることを特徴とするモータ組立体。 A motor coupled to the pump;
An inverter fixed to the side of the motor and having cooling fins;
A cooling fan connected to the rotating shaft of the motor;
A heat exchanger disposed in the vicinity of the cooling fan;
A liquid supply line for guiding the liquid pressurized by the pump to the heat exchanger;
Covering at least a part of the motor and the cooling fan, the motor and a cover disposed via a gap,
The motor assembly is configured to exchange heat between an air flow generated by the cooling fan and a liquid from the pump.
前記ガイド部材は、前記冷却ファンからの気体を前記インバータの冷却フィンに導く形状を有していることを特徴とする請求項1に記載のモータ組立体。 Further comprising at least one guide member disposed in a gap between the motor and the cover;
The motor assembly according to claim 1, wherein the guide member has a shape that guides gas from the cooling fan to a cooling fin of the inverter.
前記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置。 A motor assembly according to any one of claims 1 to 3,
And a pump driven by the motor assembly.
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