JPH1026085A - 可変速ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、コンパクト化、結露の発生がない、
コストの負担が小さい構造で、インバータ装置を冷却で
きる可変速ポンプ装置を提供する。 【解決手段】本発明は、ポンプ部４の周辺の低温の空気
をケーシング内部に流通させて冷却する電動機５を設
け、この電動機５の周辺に同電動機５の周りに生じる冷
却空気の流れと接触するように放熱板２３を配置してイ
ンバータ装置１８を据え付け、ポンプ部４の周辺の冷え
ている空気を用いて、インバータ装置１８の放熱板２３
を冷却するようにしたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ制御に
より負荷に応じて電源周波数を可変可能とした電動機を
用いてポンプ部を駆動して、水など流体の圧送を行う可
変速ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば給水装置などでは、ポンプ部、電
動機、インバータ装置を１つのユニットになるように組
合わせて構成される、負荷に応じてポンプ能力を可変可
能としたポンプ装置、いわゆる可変速ポンプ装置が用い
られている。

【０００３】こうした可変速ポンプ装置には、水などの
流体を圧送するポンプ部に連結された電動機に、パワー
モジュール素子（インバータモジュール部に相当）を有
するインバータ装置を接続した構成が採用され、インバ
ータ装置によりインバータ制御、すなわち負荷に応じて
電動機の回転数を可変できるようにしてある。

【０００４】ところで、可変速ポンプの運転時（インバ
ータ運転時）、インバータ装置のパワーモジュール素子
は、かなりの温度上昇を伴う。この温度上昇は、インバ
ータ装置を構成する電子機器の焼損や部品の寿命低下を
招く要因となる。

【０００５】そこで、通常、インバータ装置には冷却用
の放熱板を備えている。しかし、これだけでは冷却能力
が十分でないために、従来より放熱板に工夫を加えた冷
却構造が採用してある。

【０００６】具体的には、従来、放熱板に大きな放熱フ
ィンを設けて、自然冷却で放熱板の放熱性能を促進させ
たり、別途、インバータ冷却用ファンを設けて、強制空
冷で放熱板の放熱性能を促進させたり、放熱板に水冷ジ
ャケットを設けて、水冷で放熱性能を促進させたりする
ことが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、可変ポンプ
装置は、制約の多い場所に据えられることが多いため
に、コンパクト化が求められる上、トラブルの原因が発
生しない環境を保てることが求められる。しかも、コス
ト的な負担も軽くてすむことが求められる。

【０００８】ところが、大きな放熱フィンを設ける構
造、インバータ冷却用ファンを設ける構造は、かなり大
形の放熱フィン、インバータ冷却用ファンが装置内の面
積を占めるために、構造上、ポンプ装置の外形が大きく
なり、コンパクト化の要求に応えられない。

【０００９】また水冷の構造だと、水冷ジャケット内を
流通する低温の水により、インバータ装置周辺で結露が
発生する心配があり、トラブルの原因を無くすという要
求に応えられない。

【００１０】しかも、いずれも構造とも、別途、冷却の
ための部品、機器を設けるので、コストの負担も大きい
という難点があり、ポンプ装置には向かないという不都
合がある。

【００１１】このため、ポンプ装置に適したインバータ
装置の冷却が望まれている。本発明は上記事情に着目し
てなされたもので、その目的とするところは、コンパク
ト化、さらには結露の発生がない、かつコストの負担が
小さくてすむ構造で、インバータ装置を冷却することが
可能な可変速ポンプ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した発明は、流体を圧送するポンプ部
と、このポンプ部の近傍に配置されてポンプ部を駆動す
るとともに、外表面にポンプ部の周辺の空気を冷却空気
として内部に流通させる冷却空気入・出口を有して構成
された電動機と、電動機をインバータ制御するインバー
タモジュール部およびこのインバータモジュール部から
の熱を放熱させる放熱板を有してなり、該放熱板が電動
機の周りに生じる冷却空気の流れと接触するように電動
機の周辺に設けられたインバータ装置とを設けて、ポン
プ部の周辺の冷えている空気を用いて、インバータ装置
の冷却を行う構造とした。

【００１３】すなわち、通常、電動機は、励磁されるに
伴い回転する回転子の挙動を用いて、外表面に設けてあ
る冷却空気入・出口を通じ、内部に空気を流通させて、
冷却を行っている。

【００１４】このとき、電動機で駆動されるポンプ部の
周辺は、ポンプ部の内部を水などの流体が流通すること
により、低温の雰囲気となっている。ここで、電動機の
近傍には、このポンプ部が配置されているから、この低
温の空気が冷却空気として、電動機の内部を流通し、運
転している電動機を冷却する。

【００１５】またインバータ装置の放熱板は、電動機の
周辺に配置されているから、この電動機を冷却した冷却
空気の流れに直接、触れる。このとき、放熱板の温度
は、電動機の冷却を終えた空気の温度よりも高いから、
放熱板では冷却が行われ、インバータ素子部の温度上昇
が抑制されることとなる。

【００１６】こうしたインバータ装置の冷却は、電動機
を冷却するポンプ部周辺の雰囲気を利用して、冷却性能
を確保するから、大きな占有面積を占める、別途、大き
な放熱フィン、インバータ冷却用ファン、冷却ジャケッ
トなどを用いずにすむようになる。

【００１７】この結果、装置の省スペース化が図られ、
コンパクト化が図れるようになる。しかも、結露の心配
もない。またコストの低減も図れるようになる。請求項
２に記載した発明は、上記目的に加え、ポンプ部周辺の
低温の冷却空気で効果的にインバータ装置を冷却させる
ために、請求項１又は請求項２に記載の電動機、ポンプ
部およびインバータ装置の周囲を、電動機の冷却空気が
循環するよう、共通な１つのカバーで覆い密閉したこと
にある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１に示す一実施
形態にもとづいて説明する。図１は、本発明を適用した
可変速ポンプ装置で、図中１は例えば矩形状のベース板
である。

【００１９】このベース板１の上面には、片側、例えば
前部を占めるよう、渦巻き形のポンプ部４が、縦向き
（軸心が鉛直方向に沿う向き）で据え付けられている。
具体的には、ポンプ部４は、例えばベース板１の上面に
沿って配置された渦巻き状のポンプ室とこのポンプ室内
に収容された羽根車（いずれも図示しない）とを有して
構成されている。

【００２０】またポンプ部４の近傍、例えばポンプ室の
直上には、電動機５が、縦向き（軸心が鉛直方向に沿う
向き）で据え付けられている。電動機５は、ポンプ室の
上端壁で縦向きに支持された円筒形のケーシング６内
に、例えば固定子７、回転子８、さらには冷却用ファン
９を収容して構成されている。

【００２１】そして、回転子８を支持している回転軸１
０は、ポンプ部４を構成する羽根車の軸心部に連結され
ていて、電動機５が励磁されると、羽根車を回転駆動さ
せて、水などの流体をポンプ部４にある吸込口部１１か
ら吸込み圧送するようにしてある。

【００２２】またベース板１のもう片側には、残るベー
ス板１の上面の後部側を占めるように、例えばアキュー
ムレータ１２で構成される蓄圧部が据付けられている。
この蓄圧部の入口部（図示しない）は、ポンプ部４の吐
出口部（図示しない）に接続されていて、ポンプ部４か
らの流体をアキュームレータ１２により所定の圧力を保
ちながら、例えば吐出口部１５から吐出させるようにし
てある。

【００２３】一方、例えばケーシング６（電動機）の下
端壁には、例えば図１（ａ）で示されるような複数の扇
形の通孔で構成される冷却空気入口１６ａが設けられて
いる。そして、回転子８と共に回転する冷却用ファン９
（電動機５）によって、この冷却空気入口１６から、ポ
ンプ室を流通する水で冷やされたポンプ部４の周辺の空
気（雰囲気）を冷却空気として吸い込むようにしてあ
る。なお、ケーシング６の上端壁にも、ポンプ部４の周
辺の空気（雰囲気）が吸い込む冷却空気入口１６ｂが設
けてある。

【００２４】またケーシング６の下段の周壁部分、例え
ば左右部分には、例えば図１（ｂ）に示されるように軸
方向に延びる複数の帯状の通孔で構成される冷却空気出
口１７ａが設けられていて、ケーシング６内を通過した
電動機５の冷却後の冷却空気を外部へ吹き出すようにし
てある。なお、ケーシング６の上段の左右部分にも、冷
却後の冷却空気を外部へ吹き出す冷却空気出口１７ｂが
設けてある。

【００２５】他方、ベース板１の上面の左寄りの部位に
は、インバータ装置１８が据え付けられている。このイ
ンバータ装置１８は、例えばベース板１の上面の最も左
寄りとなる左側に据え付けられた、ケーシング１９の左
側部と隣接して上方へ延びる偏平箱形のケーシング１９
と、このケーシング１９内に収容された、パワーモジュ
ール素子２０（インバータモジュール素子部に相当）を
含む種々の電子機器が搭載されたインバータ回路基板２
１とを有してなる。

【００２６】また、インバータ用のリアクトル、ノイズ
フィルター等を、別の制御箱１３に用意し、インバータ
装置１８の１次側に結線する。そして、インバータ回路
基板２１は電動機５に接続され、負荷に応じて電動機５
の電源周波数を可変可能、つまり電動機５を負荷に応じ
てインバータ制御（負荷に応じたポンプ能力を可変）で
きるようにしてある。

【００２７】またケーシング１９には、電動機５側、す
なわち冷却空気出口１７ａ，１７ｂに向く放熱板２３が
設けられている。すなわち、放熱板２３は、電動機５の
冷却空気出口側と対向するケーシング１９の側面部分、
具体的にはケーシング６の側部と向き合う面全体に設け
られている。そして、この放熱板２３の上下端は冷却空
気入口１６ａ，１６ｂの近くまで延びていて、広い放熱
面を確保してある。この構造によって、対向する放熱板
２３の前面部と電動機５のケーシング６との間に、ケー
シング６の側部に在る冷却空気出口１７ａ，１７ｂから
吹き出された冷却風をケーシング１９の上下端に在る冷
却空気入口１６ａ，１６ｂへ導く風路２４を形成してい
る。

【００２８】そして、この放熱板２３を電動機５に向け
て配置する構造により、ケーシング１９（電動機５）の
周りに生じる冷却空気の流れに放熱板２３を接触させる
ようにしてある。特に風路２４は冷却空気入口１６ａ，
１６ｂと冷却空気出口１７ａ，１７ｂとの間を短絡する
風路構造なので、ケーシング１９（電動機５）から吹き
出る冷却風を直接、すなわち無用に冷却空気の温度上昇
させることなく、放熱板２３に触れさせるようにしてあ
る。

【００２９】なお、放熱板２３の前面には広い放熱面積
を確保するためにフィン高さが短い放熱フィン２５が設
けてある。そして、放熱板２３は例えばパワーモジュー
ル素子２０に接していて、ポンプ装置の運転時における
パワーモジュール素子２０の温度上昇を抑制できるよう
にしてある。

【００３０】またこうした共通のベース板１上で、１つ
のユニットとして組上げられたポンプ装置は、ベース板
１の周縁部に着脱可能に装着した共通の１つのカバー、
例えば防水用カバー２６で密閉されるよう覆われてい
る。

【００３１】具体的には、防水用カバー２６により、ポ
ンプ部４、電動機５、インバータ装置１８を含む、ベー
ス板１上の全ての機器が周囲から覆われて密閉されてい
る。この密閉構造にて、冷えたポンプ部周辺の空気を電
動機５、インバータ装置１８の周辺で循環させるように
している。

【００３２】この空気の循環により、ポンプ装置の内部
において、ポンプ部周辺の空気で電動機５を冷却、電動
機５の冷却を終えた冷却風でインバータ装置１８（パワ
ーモジュ−ル素子２０の冷却）を冷却、インバータ装置
１８の冷却を終えた冷却風がポンプ部４との熱交換で冷
却されて低温の冷却風に戻るという、サイクルを形成し
ている。

【００３３】つぎに、このように構成された可変速ポン
プ装置の作用について説明する。可変速ポンプ装置の電
動機５は、インバータ装置１８で行われるインバータ制
御にしたがって励磁される。

【００３４】この励磁により電動機５で発生する回転力
は、回転軸１０を介して、ポンプ装置の羽根車（図示し
ない）に伝わり、羽根車を回転させる。この羽根車の回
転により、吸込口部から水などの流体を吸込み、これを
圧送し、アキュームレータ１２を経て吐出口部から吐出
させる。

【００３５】一方、冷えたポンプ部４の周辺の空気は、
回転軸１０と共に回転している電動機５の冷却用ファン
９によって、図１中の黒塗りの矢印で示されるように冷
却空気としてケーシング端に在る冷却空気入口１６ａ，
１６ｂからケーシング内部に取り込まれ、電動機５を冷
却する。

【００３６】また電動機５の冷却を終えた冷却風は、ケ
ーシング側部に在る冷却空気出口１７ａ，１７ｂから、
図１中の白抜きの矢印で示されるように同冷却空気出口
１７ａ，１７ｂと対向して配置されている放熱板２３へ
向かって吹き出される。

【００３７】このとき、放熱板２３の上下端は、ケーシ
ング端に在る冷却空気入口１６ａ，１６ｂの近くまで延
びているから、吹き出された冷却風（冷却空気）は、放
熱板２３に直接、触れながら冷却空気入口１６ａ，１６
ｂ、すなわち放熱板２３の上下端へ向かい風路２４を流
れる。

【００３８】ここで、パワーモジュール素子２０を放熱
している放熱板２３の温度は、電動機５の冷却を終えた
空気の温度よりも高いから、放熱板２３の熱は冷却空気
で奪われていく。つまり、放熱板２３は冷却される。

【００３９】この放熱板２３の冷却を終えた冷却風は、
ポンプ部４に触れたり、ポンプ部４の周辺の冷えた空気
に触れたりして冷却され、低温の冷却風に戻る。そし
て、再びこの低温の冷却風が電動機５から取り込まれ、
上述したような冷却サイクルを繰り返し、パワーモジュ
ール素子２０の温度上昇を抑制することになる。

【００４０】かくして、インバータ装置１８は、電動機
５を冷却するポンプ部周辺の雰囲気（冷えた空気）を利
用して、大きな冷却性能が確保されるようになる。この
結果、インバータ装置１８で大きな冷却性能を確保する
ための、別途、大きな放熱フィン、インバータ冷却用フ
ァン、冷却ジャケットなどといった大きな占有面積を占
める機器は用いずにすみ、可変速ポンプ装置の省スペー
ス化を図ることができる。

【００４１】よって、可変速ポンプ装置のコンパクト化
を図ることができる。しかも、結露の心配もない。その
うえ、コスト的にも安価ですむので、コストの負担も小
さい。

【００４２】特に電動機５の側部に在る冷却空気出口１
７ａ，１７ｂと対向するように放熱板２３を配置し、こ
の放熱板２３の両端を電動機５の両端に在る冷却空気入
口１６ａ，１６ｂの近くまで延ばしているので、電動機
５から吹き出される冷却風を直接、広い放熱板２３の放
熱面で受けることができる。と同時に冷却風は、冷却空
気入口１６ａ，１６ｂに作用する吸込力を受けて放熱面
上を冷却空気がスムーズに流れるようになるので、高い
冷却効果が期待できる。むろん、小さい放熱フィン２５
を放熱板２３に設けるようにすると、一層、高い冷却効
果が得られる。

【００４３】そのうえ、ポンプ部４、電動機５およびイ
ンバータ装置１８の周囲を共通な１つのカバー１６で覆
い密閉したので、ポンプ部４の周辺の低温の冷却空気
が、電動機５、インバータ装置１８、ポンプ部４を循環
し、ポンプ部周辺の冷えた空気を十分に活用して、イン
バータ装置１８を効果的に冷却することができる。

【００４４】なお、本発明を蓄圧部を有する可変速ポン
プ装置に適用した例を挙げたが、これに限らず、蓄圧部
の無いインバータ制御で能力可変が可能な可変速ポンプ
装置に本発明を適用してもよく、このようにしても同様
の効果を奏する。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、冷えたポンプ部の周辺の空気を用いて放熱
板の放熱を促進（冷却）させて、インバータ装置の温度
上昇を抑制させることができる。

【００４６】それ故、放熱板の冷却性能を確保するため
に必要とされていた、大きな放熱フィン、インバータ冷
却用ファン、冷却ジャケットなどといった大きな占有面
積を占める機器は不要となり、可変ポンプ装置の省スペ
ース化が図れる。

【００４７】この結果、コンパクトな可変速ポンプ装置
を提供できる。しかも、ポンプ部周辺の空気で放熱板を
冷却するので、結露の心配もない。そのうえ、別途、機
器が不要なので、コスト的にも安価である。

【００４８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、ポンプ部の周辺の低温の冷却空気が電動
機、インバータ装置を循環するので、放熱板を用いて、
効果的にインバータ装置を冷却できるという効果をもた
らす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の可変速ポンプ装置の構造
を説明するための図。

【符号の説明】

１…ベース板 ４…ポンプ部 ５…電動機 ６…ケーシング ９…電動機の冷却用ファン １６ａ，１６ｂ…冷却空気入口 １７ａ，１７ｂ…冷却空気出口 １８…インバータ装置 ２０…パワーモジュール素子（インバータモジュール
部） ２３…放熱板 ２４…風路 ２６…カバー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を圧送するポンプ部と、 このポンプ部の近傍に配置されて前記ポンプ部を駆動す
   るとともに、外表面に前記ポンプ部の周辺の空気を冷却
   空気として内部に流通させる冷却空気入・出口を有して
   構成された電動機と、 前記電動機をインバータ制御するインバータモジュール
   部およびこのインバータモジュール部からの熱を放熱さ
   せる放熱板を有し、該放熱板を前記電動機の周りに生じ
   る冷却空気の流れと接触するように配置して前記電動機
   の周辺に設けられたインバータ装置と、 を具備したことを特徴とする可変速ポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記電動機、ポンプ部およびインバータ
   装置の周囲は、前記冷却空気が循環するよう、共通な１
   つのカバーで覆われ密閉されていることを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の可変速ポンプ装置。