JP6132694B2 - 自動運転型片水路水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、水位に応じて自動的に起動、停止を行う自動運転型片水路水中ポンプの改良に関するものである。

ポンプの小型化や取扱性の点から制御盤に対応する駆動制御回路をポンプ本体内に収容することで、自動運転型ポンプの付帯設備ならびに工事の簡素化が図られている。

従来、ポンプケーシング、中間ケーシング、モータ、モータカバー(本発明の「ヘッドカバー」に相当）等からポンプ本体を形成すると共に、モータカバーの内部にモータの自動運転制御回路を設けており、モータカバーの外部に水位検知用の電極を設けた構成は公知である（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このように、モータカバー内に制御回路を備える構成では、制御回路はモータの発熱によって加熱され易く、駆動制御回路の温度が相当に上昇するので、駆動制御回路を構成する機器類、特に駆動制御回路を構成する半導体素子は、素子自体が発熱するうえモータの発熱の影響を受け易いため、大容量ポンプの駆動制御回路に於いては、スイッチング用半導体素子に代えて電磁接触器等を使用せざるを得なくなると云う問題がある。

そこで、制御回路の放熱対策として、ポンプケーシング、モータフレーム、モータ、冷却水路ケーシング、ヘッドカバー等からポンプ本体を形成すると共に、ヘッドカバーの内部にモータの駆動制御回路を設ける構成とし、冷却水路ケーシングに冷却水として揚水の一部を流すことで、駆動制御回路の冷却を行い、ヘッドカバーに設けた流出口から冷却水として使用した揚水の一部を流出する構成も公知である（例えば、特許文献２参照）が、このような構成では冷却水路ケーシングを別途設ける必要があるため、ポンプ自体が大型化して構造が複雑化するとともに、揚水の一部を冷却水として使用してポンプ本体外に流出する構成であるので、ポンプの吐出水量が減少し、ポンプ性能が低下してしまう事となる。

特開２０００−２５７５８４号公報 特開平１１−２０１０９７号公報

これまで３．７ＫＷ程度のポンプ開閉電流までしか対応できなかったが、近年、ポンプの大型化の要求に伴い、ポンプにおける開閉電流が５．５ＫＷ以上に大きくなることから、それに伴い制御回路等を構成する部品も大型化しており、また、制御回路等を構成する部品はポンプが故障した際に、部品交換等による修理対応を容易にするため、ヘッドカバー内に配置しなければならないので、部品の大型化に対応する為、制御回路等を構成する部品はヘッドカバー内という限られた空間内に収容できる大きさの半導体素子を用いなければならないが、半導体素子自体が発熱し、かつポンプ開閉電流の大きさに比例して発熱量が増す上に、制御回路等を構成する部品はモータの発熱を受けやすいヘッドカバー内に配置しなければならないため、制御回路等を構成する部品は、限られた空間内に配置可能で、かつ優れた放熱性を確保することが必要とされる。

本発明は、出力の大きい自動運転型片水路水中ポンプにおいて、ヘッドカバー内というモータの発熱の影響を受けやすく、かつ限られた空間内に発熱体である半導体素子を含む制御回路等を構成する部品が配置された場合であっても、ポンプ本体を大型化させること無く、放熱性とポンプ性能に優れた自動運転型片水路水中ポンプを提供することを目的とするものである。

本発明に係る請求項１記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、ポンプケーシングからモータフレームおよびヘッドカバーの一側方に一体構成された片水路内を導水して、ヘッドカバー上面に設けられた吐出口から目的の場所に揚水される片水路型の水中ポンプにおいて、ポンプ本体に設けられた水位を検出する水位検出器の検知信号に基づいて、適正な制御状況の指令信号を指令送信する指令処理部と、該指令処理部からの指令信号によりモータへの給電の開閉を司る２個以上の無接点形式の電子パワーデバイスへ信号を供給する開閉信号供給制御部と、動力および制御電源を接続する接続部と、電源電圧を制御電圧に降圧するトランス、前記無接点形式の電子パワーデバイスを、放熱冷却を目的としたヒートシンク上に搭載した制御ユニットを、前記ヘッドカバーの下壁上部に設置して、該ヘッドカバー内に内蔵するように構成したことを最も主要な特徴とする。

本発明の請求項２記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項１に記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、前記ヒートシンクは放熱面積を増大させると共に、少設置スペース化のため上下方向にコの字状に立体成型され、前記開閉信号供給制御部と、前記指令処理部を上下二段に配置し、前記開閉信号供給制御部と、前記指令処理部の設置面積を小さくするよう構成したことを特徴とする

本発明の請求項３記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項２に記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、樹脂モールドで防滴処理を施した前記指令処理部、または前記開閉信号供給制御部を上側に配置されるよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、前記無接点形式の電子パワーデバイスは、前記ヒートシンクに立設形成された放熱フィンと、補助フィンにより挟着介装されており、放熱フィンの露出表面と、該放熱フィンの側端より露出させた該補助フィンの露出表面より効率よく放熱されるよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項５記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項１乃至４のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、前記２個以上の無接点形式の電子パワーデバイスにトライアックを用いて、それぞれのトライアックから前記指令処理部と前記開閉信号供給制御部が、離間配置されるよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項６記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、請求項５に記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、前記接続部は、前記トライアックのリードに過剰な荷重が加わらないよう、端子台で構成されている事を特徴とする。

本発明の請求項７記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプにおいて、前記ヒートシンクは放熱面積を増大させるため当該ヒートシンクから上方向に逆Ｌ字状の接続部の取付部分が立体形成され、前記接続部は当該接続部の取付部分上面に設置されるよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項８記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記請求項４に記載の自動運転型片水路水中ポンプでは、前記指令処理部と、前記開閉信号供給制御部と、前記無接点形式の電子パワーデバイス並びに、これらの各部品を装着する前記ヒートシンクや前記放熱フィンおよび補助フィンなどの立設表面は、ヘッドカバーの片水路の側に近接設置されるように構成したことを特徴とする。

本発明の自動運転型片水路水中ポンプによれば、ヒートシンクの一部をコ字状に形成し、そこへ防滴処理として樹脂モールドがなされた指令処理部または開閉信号供給制御部のいずれかをコ字状の上部に配置することで、例えばポンプ停止時にヘッドカバー内に密封された空気が冷却されることでヘッドカバー内壁に結露した水滴の滴下による指令処理部または開閉信号供給制御部の誤動作や損傷の防止対策を行うと共に、ヒートシンクの一部を逆Ｌ字状にして接続部の取付部分を持上げ状態に形成し、該接続部の取付部分に接続部を配置することで、放熱面積の大きなヒートシンクが設けられた、少設置スペース化の制御ユニットに構成されることで、収容スペースの小さなヘッドカバー内においても、十分な冷却効果を持たせて設置ができると共に、交換の頻度の多い指令処理部を、開閉信号供給制御部の上に配置させることで、指令処理部の交換を容易にし、ポンプの整備性向上を実現している。

さらに、発熱体であるトライアックは、制御の中心となる指令処理部と、開閉信号供給制御部とは離れた位置に配置されており、トライアックによる発熱の影響を指令処理部、開閉信号供給制御部に与えないよう構成されていると共に、ヒートシンクに立設形成された放熱フィンと、当該放熱フィンの側端より表面を露出させた補助フィンとで挟着介装されており、放熱フィンと補助フィンにより挟着介装されたトライアックと、前記コ字状の立設面と同コ字状の上下２段に配置された指令処理部と開閉信号供給制御部を、ヘッドカバー内で最も大きい吸熱効果を得る事ができるヘッドカバーの片水路内壁部に近い側に配置させたことで、ヘッドカバー内において最も効率良く冷却されるので、本発明の自動運転型片水路水中ポンプは、従来のポンプに比べ出力が大きくなることでトライアックに流れる開閉電流と、トライアックの発熱が増し、モータによる発熱の影響を受けやすいヘッドカバー内に発熱体であるトライアックを含む制御ユニットを配置したとしても、優れた放熱性を確保するよう構成することができる。

さらに、ポンプケーシングからポンプ吐出口に至るまでポンプの揚水を導く事が可能となるポンプの片水路が形成されているので、ポンプの自己冷却を兼ねた揚水は全てポンプ吐出口から吐出されることとなり、ポンプ吐出水量が減少する事でポンプ性能を低下させることなく、モータや制御ユニットは吐出水路を流れる揚水による吸熱効果を受け、効率的に冷却されるよう構成されている。

図１乃至図４に示すように、本発明のポンプ本体１は、ポンプの座りを安定させ、夾雑物の吸い込みを避ける為のストレーナ２、モータ軸に連結されており回転して水を汲み上げる羽根車３、羽根車３を収容するポンプケーシング４、ポンプケーシング４内の水を吐出するポンプケーシングの吐出口５、ポンプケーシング４の上面に重合されるオイルケーシング６、ポンプケーシングの吐出口５からの水が流れるオイルケーシングの片水路７、電源供給により回転し、巻線がスター結線で構成されるモータ８、モータ８の外郭を構成するモータフレーム９、オイルケーシングの片水路７からの水が流れるモータフレームの片水路１０、ポンプ本体に設けた電極１１を第一電極とし、ポンプの接地と兼用させたポンプ本体１を第二電極として、水位を検出する水位検出器を構成することで、該水位検出器の水位検出信号に基づいて適正な制御状況の指令信号を指令送信する指令処理部１２と、該指令処理部からの指令信号によりモータ８へ給電の開閉を司るトライアック１４・・・１４へ信号を供給する開閉信号供給制御部１３と、動力および制御電源を接続する接続部１５と、電源電圧を制御電圧に降圧するトランス１６を、放熱冷却を目的としたヒートシンク１７上に搭載した制御ユニット１８を、前記ヘッドカバーの下壁上部に設置して、該ヘッドカバー１９内に内蔵しており、接続部１５を配置可能とする接続部の取付部分２０と、ヒートシンク１７に一体形成されたトライアックを冷却するための放熱フィン２１・・・２１、放熱フィン２１・・・２１とでトライアックを挟着介装し、トライアック１４・・・１４の放熱効果を高める補助フィン２２・・・２２、モータ８を保護するプロテクタ２３、モータフレームの片水路１０からの水が流れるヘッドカバーの片水路２４、揚水をポンプ本体１の外部へ吐出するポンプ吐出口２５、ポンプ本体１を運搬する際に把持する為のハンドル２６、三相交流電源２８に接続されモータ８へ電源供給を行うための電源ケーブル２７から構成される。

ポンプケーシングの吐出口５はポンプケーシング４と、オイルケーシングの片水路７はオイルケーシング６と、モータフレームの片水路１０はモータフレーム９と、ヘッドカバーの片水路２４はヘッドカバー１９と、それぞれ一体的に成型されている。

ポンプケーシング４と、オイルケーシング６と、モータフレーム９と、ヘッドカバー１９は、ボルト等により締着されることで一体的に接合されているので、ポンプケーシングの吐出口５と、オイルケーシングの片水路７と、モータフレームの片水路１０と、ヘッドカバーの片水路２４と、ポンプ吐出口２５は、それぞれ導通しており、ポンプケーシング４からポンプ吐出口２５に至るまでポンプの揚水を導く事が可能となるポンプの片水路が形成されているので、ポンプの自己冷却を兼ねた揚水は全てポンプ吐出口２５から吐出されることとなり、ポンプ吐出水量が減少する事でポンプ性能を低下させることなく、モータ８や制御ユニット１８はポンプの片水路を流れる揚水による吸熱効果を受け、効率的に冷却されるよう構成されている。

ヒートシンク１７は、放熱面積を増大させるとともに、少設置スペース化のため、該ヒートシンク１７の一部をコ字状に立体成型し、そこへ指令処理部１２または開閉信号供給制御部１３のいずれかを樹脂でモールドしたものを上に、他方を下に上下二段に配置することで指令処理部１２と開閉信号供給制御部１３の設置面積を小さくするよう構成されており、このように樹脂モールドがなされた部品を上に配置することで、例えばポンプ停止時にヘッドカバー１９内に密封された空気が冷却されることでヘッドカバー１９内壁に結露した水滴の滴下による指令処理部１２または開閉信号供給制御部１３の誤動作や損傷の防止対策が施されており、望ましくは開閉信号供給制御部１３に比べ、交換頻度の多い指令制御部１２を上側に配置することで、該指令制御部１２の交換を行いやすくし、ポンプの整備性を向上させることが好ましい。

また、ヒートシンク１７の一部をコ字状に立体成型した部分の下側に配置される部品はスペーサ等により、ヒートシンク１７から持ち上げて配置されており、モータ８の発熱による影響を直接受けない様に構成されている。

本発明のポンプ出力は例えば５．５ＫＷであり、従来に比べ大きい為、半導体素子であるトライアック１４・・・１４の開閉電流が大きくなり、トライアック１４・・・１４の発熱も従来より大きくなるので、トライアック１４・・・１４は、制御の中心となる指令処理部１２と、開閉信号供給制御部１３とは離れた位置に離間配置されている。

また、トライアック１４・・・１４は、ヒートシンク１７に立設形成された放熱フィン２１・・・２１と、当該放熱フィン２１・・・２１の側端より表面が露出させた補助フィン２２・・・２２とで挟着介装されており、放熱フィン２１・・・２１の露出表面と、該放熱フィン２１・・・２１の側端より露出させた該補助フィン２２・・・２２の露出表面より効率よく放熱されるよう構成されている。

前記接続部１５は、端子台で構成することで機内配線接続時に前記トライアック１４・・・１４のリードに過剰な荷重が加わらないので、トライアック１４・・・１４の破損による事故を防止できるという効果を奏することが出来る。

また、ヒートシンク１７の一部を上方向に逆Ｌ字状の接続部の取付部分２０を立体形成し、当該接続部の取付部分２０に接続部１５を設置することで、接続部１５がプロテクタ２３に干渉しないように構成されているとともに、ヒートシンク１７の表面積を増大させ、ヒートシンク１７による放熱効果を向上させている。

なお、ヘッドカバー１９内においては、ヘッドカバーの片水路２４に流れる揚水の吐水されながらの自己冷却作用によりヘッドカバーの片水路２４内壁部に近い側が最も大きい吸熱効果を得る事ができるので、指令処理部１２と、開閉信号供給制御部１３と、トライアック１４・・・１４はヘッドカバーの片水路２４の側へ近接設置されており、ヘッドカバー１９内において最も効率良く冷却されるように構成されている。

また、本発明の接続部１５を最良の端子台で構成する例について説明したが、端子台以外にも、半田接続や突合端子や差込端子などの配線同士を接続させる構成が可能である。

次に、図４と図５を用いて本発明の自動運転型片水路水中ポンプの動作について説明を行う。

三相交流電源２８がＯＮとなり、水位がポンプの運転可能水位である上部の電極１１の検知水位にまで至ると、第一電極に相当する電極１１と、それより低い水位で接水している第二電極に相当するポンプ本体が導通され、水位が検出されると指令処理部１２はポンプを動作させる指令を、開閉信号供給制御部１３へ送信し、開閉信号供給制御部１３は、指令処理部１２からの指令を受けると、モータ８への給電が可能となるように、トライアック１４・・・１４に対し、開閉制御信号を送信することで、トライアック１４・・・１４は導体となり、モータ８の給電が行われ、ポンプ本体の運転が開始される。

ポンプ本体の運転中に、水位が低下して電極１１の検知水位を下回ると、第一電極に相当する電極１１と、第二電極に相当するポンプ本体との導通状態が途絶えることで水位検知信号が開放状態になり、予めポンプタイマーに設定された所定時間（例えば一分間）ポンプ運転が継続された後にポンプは停止されるが、該所定時間内に再び電極１１の検知水位まで上昇すれば、該第一および第二電極が導通状態に復帰されることで、ポンプの運転は継続される。

本発明に係る自動運転型片水路水中ポンプの縦断側面図である。 図１のＡ乃至Ｆ線における横断面図である。 図２のＧ方向断面の参考図である。 本発明に係る自動運転型片水路水中ポンプの電気回路図である。 本発明に係る自動運転型片水路水中ポンプの動作を示すフローチャート図である。

１ ポンプ本体
４ ポンプケーシング
８ モータ
９ モータフレーム
１１ 電極
１２ 指令処理部
１３ 開閉信号供給制御部
１４ トライアック
１５ 接続部
１６ トランス
１７ ヒートシンク
１８ 制御ユニット
１９ ヘッドカバー
２０ 接続部の取付部分
２１ 放熱フィン
２２ 補助フィン
２４ ヘッドカバーの片水路
２５ ポンプ吐出口

Claims (8)

1. ポンプケーシングからモータフレームおよびヘッドカバーの一側方に一体構成された片水路内を導水して、ヘッドカバー上面に設けられた吐出口から目的の場所に揚水される片水路型の水中ポンプにおいて、ポンプ本体に設けられた水位を検出する水位検出器の検知信号に基づいて、適正な制御状況の指令信号を指令送信する指令処理部と、該指令処理部からの指令信号によりモータへの給電の開閉を司る２個以上の無接点形式の電子パワーデバイスへ信号を供給する開閉信号供給制御部と、動力および制御電源を接続する接続部と、電源電圧を制御電圧に降圧するトランス、前記無接点形式の電子パワーデバイスを、放熱冷却を目的としたヒートシンク上に搭載した制御ユニットを、前記ヘッドカバーの下壁上部に設置して、該ヘッドカバー内に内蔵するように構成したことを特徴とする、自動運転型片水路水中ポンプ。
2. 前記ヒートシンクは放熱面積を増大させると共に、少設置スペース化のため上下方向にコの字状に立体成型され、前記開閉信号供給制御部と、前記指令処理部を上下二段に配置し、前記開閉信号供給制御部と、前記指令処理部の設置面積を小さくするよう構成したことを特徴とする、請求項１に記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
3. 樹脂モールドで防滴処理を施した前記指令処理部、または前記開閉信号供給制御部を上側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
4. 前記無接点形式の電子パワーデバイスは、前記ヒートシンクに立設形成された放熱フィンと、補助フィンにより挟着介装されており、放熱フィンの露出表面と、該放熱フィンの側端より露出させた該補助フィンの露出表面より効率よく放熱されるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
5. 前記２個以上の無接点形式の電子パワーデバイスにトライアックを用いて、それぞれのトライアックから前記指令処理部と前記開閉信号供給制御部が、離間配置されるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
6. 前記接続部は、前記トライアックのリードに過剰な荷重が加わらないよう、端子台で構成されている事を特徴とする請求項５に記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
7. 前記ヒートシンクは放熱面積を増大させるため当該ヒートシンクから上方向に逆Ｌ字状の接続部の取付部分が立体形成され、前記接続部は当該接続部の取付部分上面に設置されるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の自動運転型片水路水中ポンプ。
8. 前記指令処理部と、前記開閉信号供給制御部と、前記無接点形式の電子パワーデバイス並びに、これらの各部品を装着する前記ヒートシンクや前記放熱フィンおよび補助フィンなどの立設表面は、ヘッドカバーの片水路の側に近接設置されるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の自動運転型片水路水中ポンプ。

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