(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースの上面に、ベース側にポンプ部が配置され、このベースと反対側の上側に電動機が配置されて縦形に据え付けられた電動機付きポンプと、
前記電動機の上端部から前記電動機の外形に沿って前記ポンプ部側へ冷却空気を送風するファンと、
前記ポンプ部を経て冷却された冷却空気が前記ベースに沿って流れるベース上面の地点に該冷却空気の空気流と触れるように据え付けられた、前記電動機をインバータ制御するインバータ装置と、
前記ベースに取り付けられ、前記電動機付きポンプおよび前記インバータ装置の周囲を前記ベース上から覆い密閉するカバーとを備え、
前記密閉されたカバーの内部で、前記インバータ装置の冷却を終えて温度上昇した冷却空気が対流によりカバー内の上部に至り、再び前記ファンで前記電動機の外形に沿って前記ポンプ部側へ送風される冷却空気の循環流サイクルが形成される構成とした
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記インバータ装置は、前記ポンプ部を経て冷却された冷却空気が触れる部分に、放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置で制御される電動機を用いてポンプ部を駆動し、水など流体の圧送を行うポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動給水装置などでは、負荷に応じた効率の良いポンプ運転を行うために、電動機付きポンプにインバータ装置（可変速装置）を組合わせたポンプ装置を用いることが行われている。
【０００３】
こうしたポンプ装置には、同一のベースに電動機付きポンプとインバータ装置とを据え付け、ポンプに連結されている電動機に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ポンプをインバータ制御、すなわち負荷に応じて電動機の回転数を可変制御するようにしてある。
【０００４】
ところで、ポンプの運転時（インバータ運転時）、インバータ装置を構成している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】
このため、通常、インバータ装置は冷却用の放熱板（放熱部材）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、インバータ装置に専用の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、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、インバータ装置専用の冷却用ファンを設ける構造は、大形の放熱フィン、インバータ冷却用ファンがかなりポンプ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、インバータ装置を冷却するだけのために部品、機器を設けるので、コストの負担も大きい難点があり、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、装置のコンパクト化、さらには結露の発生がない、かつコスト的な負担が小さくてすむ構造で、インバータ装置に高い冷却性能をもたらす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、ベース側にポンプ部が配置され、ベースと反対側の上側に電動機が配置されてベースの上面に縦形に据え付けた電動機付きポンプの上記電動機の上端部から電動機の外形に沿ってポンプ部側へ冷却空気を送風するファンを設け、この冷却風空気が流れるベースの上面に、該冷却空気流に触れるよう、電動機をインバータ制御するインバータ装置を据え付け、ベースに、電動機付きポンプおよびインバータ装置の周囲をベース上から覆い密閉するカバーを取り付け、密閉されたカバーの内部で、インバータ装置の冷却を終えて温度上昇した冷却空気が対流によりカバー内の上部に至り、再びファンで電動機の外形に沿ってポンプ部側へ送風される冷却空気の循環流サイクルが形成される構成を採用して、電動機の冷却を終えポンプ部で冷却されたファンからの冷却空気で、インバータ装置を効率良く冷却する構造にした。
【００１３】
すなわち、ファンの作動により、冷却空気が電動機の上端部から該電動機の外形に沿ってベース側へ送られると、まず、電動機が冷却される。
ついで、冷却を終えて温度上昇した冷却空気は、続いてポンプ部に至る。
【００１４】
このとき、ポンプ周辺は、ポンプ内部を流通する水など低温の流体により低温の雰囲気となっているから、温度上昇した冷却空気は、ポンプ部の周辺を通過するにしたがい冷却される。
【００１５】
続いて、冷えた冷却空気は、ポンプ部，ベースなどに突き当たり向きが変えられて、ベースに沿って流れ、ベース上面に据え付けてあるインバータ装置へ至る。
【００１６】
インバータ装置は、この冷却空気の流れとの直接接触によって効率良く冷却が行われるから、インバータ装置（パワーモジュール素子からの発熱による）の温度上昇は抑制される。
【００１７】
それ故、電動機を冷却するファンを有効利用して、大きな占有面積を占める部品，機器等（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、インバータ装置は効果的に冷却される。
【００１８】
この結果、ポンプ装置は、省スペース化を図りつつインバータ装置に高い冷却性能がもたらせられ、同装置の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。また電動機を冷却するファンを活用するので、コスト的に安価ですむ。そのうえ、インバータ装置の冷却を終えて温度上昇した冷却空気が、対流によりカバー内の上部に至り、再びファンで電動機へ送風されるという冷却空気の循環流により、密閉化によるポンプ装置の騒音防止／防水化を保ちつつ電動機およびインバータ装置が十分に冷却される。
【００１９】
請求項２に記載した発明は、上記目的に加え、さらに高い冷却性能がインバータ装置にもたらせられるよう、ポンプ部を経た冷却空気が触れるインバータ装置の部分に放熱部材を設けたことにある。
【００２１】
【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（ａ）は本発明を適用したポンプ装置、例えば可変速ポンプ装置の側面図を示し、図１（ｂ）は同じく平断面図をそれぞれ示していて、図中１はベース、例えば矩形状に形成されたベース板である。
【００２２】
このベース板１の上面には、片側、例えば左側を占めるようにポンプ、例えば渦巻き形の電動機付きポンプ２が縦向き（軸心が鉛直方向に沿う向き）に据え付けられている。
【００２３】
具体的には、電動機付きポンプ２は、ベース板１の上面にポンプ部３を配置し、このポンプ部３の直上（ベース板１と反対側）に同ポンプ部３に直結した電動機４を配置して、縦形に据え付けてある。
【００２４】
詳しくは、ポンプ部３は、ベース板１の上面に、内部に羽根車（図示しない）が収容された例えば金属製のポンプケーシング５を据え付けて構成される。このポンプケーシング５の吸込口部６がベース板１の正面側へ延びている。またポンプケーシング５の吐出口部７が、ベース板１の上面右側を経て、吸込口部６と同一方向に延び並行に配置してある。
【００２５】
そして、ポンプケーシング５の直上に、羽根車と直結した電動機４が縦向き（軸心が鉛直方向に沿う向き）で配置してある。詳しくは、電動機４は、ポンプケーシング５の上部壁で縦向きに支持された円筒形のモータケーシング８内に固定子、回転子、回転子を支持するモータ軸（いずれも図示しない）を収容して構成され、励磁されることにより、ポンプケーシング５内の羽根車が回転駆動され、吸込口部６から水などの流体を吸込み、吐出口部７から吐出させるようにしてある。
【００２６】
このモータケーシング８の直上には、電動機冷却用ファンとして例えば外扇ファン１０が取り付けてある。
外扇ファン１０には、例えばモータ軸に連結されたインペラ１１と、このインペラ１１の周囲（上方，側方）を覆うように設けたファンカバー１２とを有した構造が用いられ、このファン構造にて、直上から冷却空気を吸い込んで電動機４の外周面に沿いに吹き出せるようにしてある。
【００２７】
具体的には、ファンカバー１２の上部中央には吸込口１３が形成され、ファンカバー１２の下部外周には吸い込んだ冷却空気を電動機４の外周面にならう方向に導くための外側に張り出すガイド部１４が形成してある。そして、ガイド部１４の下端部には、冷却空気をモータケーシング８の外周面にならい軸方向沿いに吹き出させる吹出口１５が形成されていて、冷却空気を電動機４の上端部から同電動機４の外形にならって、ポンプ部３，ベース板１側へ吹き出せるようにしてある。
【００２８】
これにより、外扇ファン１０からの冷却空気にて電動機５を冷却するとともに、同冷却を終えた空気が、ポンプケーシング５（吸込口部６，吐出口部７）の表面を流れる間に、水で冷やされたポンプ部３の周辺の空気（雰囲気）で冷却されるようにしてある。
【００２９】
またポンプ部３を経た冷却空気がベース板１に沿って流れるベース上面の地点、例えば吐出口部７を形成する通路部分７ａと隣接したベース板１の最も右寄りとなる上面部分には、電動機４をインバータ制御するインバータ装置１６（可変速装置）が据え付けられている。
【００３０】
インバータ装置１６には、ベース板１の上面に据え付けた電装箱１７内に、パワーモジュール素子（インバータ素子部）を含む種々の電子機器が搭載されたインバータ回路部１８を収容した構造が用いられている。この電装箱１７には、通路部分７ａより上方に延びた形状で、かつポンプ２側に広い面が向くように配置した偏平箱形が用いられ、ポンプ部３（吸込口部６，吐出口部７を含む）を経てベース板１に沿って流れる冷却空気の空気流が直接当たる構造にしてある。なお、インバータ回路部１８は、効果的に冷却されるよう、電装箱１７内のポンプ２側に収めてある。但し、インバータ回路部１８は電動機４に接続され、負荷に応じて電動機４の電源周波数を可変可能、つまり電動機４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）が行われるようにしてある。
【００３１】
また冷えた冷却空気の気流が当たる電装箱１７の左側面（ポンプ部３側に向く側面）には、パワーモジュール素子の熱を外部に放熱する放熱部材、例えばフィン高さの低い複数枚の放熱フィン１９が取り付けられていて、ポンプ部３で冷却された冷却空気でインバータ装置１６が効率良く冷却されるようにしてある。
【００３２】
なお、吐出口部７を形成する通路部分７ａと電動機付きポンプ２とで挟まれるベース１の上面部分には、所定の圧力を保ちながら吐出口部７から水を吐出させるアキュームレータ２０が据え付けてある。
【００３３】
また共通のベース板１上で、１つのユニットとして組上げられたポンプ装置の周囲は、ベース板１の外周縁部に着脱可能に嵌挿された共通の１つのカバー、例えば箱形に形成された防音／防水用カバー２１（以下、単にカバー２１という）で覆われている。
【００３４】
さらに述べれば、箱形のカバー２１によって、吸込口部６の吸込口６ｂ、吐出口部７の吐出口７ｂを除く、ベース板１上の全ての機器（電動機付きポンプ２、電装箱１７、アキュームレータ２０）が周囲から覆われて密閉されている。
【００３５】
この防音／防水をなす密閉構造を利用して、インバータ装置１６の冷却を終え温度上昇した冷却空気がカバー２１内の上部に至り、再び外扇ファン１０で電動機４へ送風されるという冷却空気の循環流が形成されるようにしてある。なお、カバー２１のうち、インバータ装置１６の上方の上部壁部分は、上昇する冷却空気が外扇ファン１０の吸込口１３に近づく向きに傾斜していて、インバータ装置１６の冷却を終えた冷却空気が傾斜部２１ａによるガイドで外扇ファン１０の吸込口１３に導けるようにしてある。
【００３６】
こうした構造により、ポンプ装置のインバータ装置１７が効率良く冷却されるようにしてある。
すなわち、このように構成されたポンプ装置の作用について説明すれば、電動機４は、インバータ装置１６で行われるインバータ制御にしたがって励磁される。
【００３７】
この励磁により電動機４で発生する回転力は、モータ軸からポンプ部３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６ｂから水を吸込み、これを吐出口７ｂから吐出させる。
【００３８】
一方、外扇ファン１０のインペラ１１は、電動機４の励磁に伴い回転駆動されていて、図１中の黒塗りの矢印で示されるようにカバー２１内の上層の空気を冷却空気として吸い込む。
【００３９】
ここで、外扇ファン１０のファンカバー１２は、電動機４のモータケーシング８の外周面沿いに下方へ吹き出すように形状が設定されているから、図１中の白抜きの矢印で示されるように吸い込んだ冷却空気はモータケーシング８の外周面と接触しながら、下方へ吹き出されていく。
【００４０】
これにより、電動機４は冷却空気によって冷却されていく。
ついで、電動機４の冷却を終えて温度上昇した冷却空気は、続いてポンプ部３に至る。
【００４１】
このとき、ポンプケーシング５の周辺は、ポンプケーシング５内を流通する水（低温）により低温の雰囲気となっているから、温度上昇した冷却空気は、ポンプ部３の周辺を通過するにしたがい冷却される。
【００４２】
続いて、冷えた冷却空気は、ベース板１や吹出口部７の上面などに突き当たり向きが変えられて、ベース板１に沿って流れる。この空気流が電装箱１７に当接していく。
【００４３】
ここで、電装箱１７に収容されているパワーモジュール素子は、発熱量が多いので、放熱フィン１９ならびに電装箱１７の左側壁は、電動機４よりも高い温度となっている。
【００４４】
これにより、放熱フィン１９ならびに電装箱１７は、冷えた冷却空気で効率良く冷却され、パワーモジュール素子の温度上昇が効果的に抑制されていく。つまり、インバータ装置１６は、冷えた冷却空気との直接接触によって十分に冷却される。
【００４５】
したがって、電動機４を冷却するファンを活用して、大きな放熱フィン、インバータ冷却用ファンなどといった大きな占有面積を占める部品、さらには結露の心配のある冷却ジャケットを用いずに、インバータ装置１６に大きな冷却性能をもたらせることができる。特に熱伝導性の良い金属製のポンプケーシング５を用いたので、高い冷却性能が期待できる。
【００４６】
この結果、ポンプ装置は、省スペース化、さらにはコンパクト化を図りつつ、高いインバータ装置１０の冷却性能が確保できる。しかも、結露の心配もない。また電動機４の冷却構造を活用するので、コスト的にも安価ですむ。
【００４７】
しかも、ポンプ部３を経た冷却空気流が触れるインバータ装置１６の部分に放熱フィン１９を設けたので、一層、高い冷却性能が期待できる。
そのうえ、共通の一つのカバー２１で、電動機付きポンプ２およびインバータ装置１６の周囲を覆って防音／防水しても、インバータ装置１６の冷却を終えて温度上昇した冷却空気が上昇してカバー２１内の上部に至り、再び外扇ファン１０で電動機４へ送風されるという冷却空気の循環流のサイクルが形成されるので、そのまま高いインバータ装置１６の冷却性能が確保され、ポンプ装置２の防音／防水化が損なわれることはない。
【００４８】
加えて、インバータ装置１６の上部のカバー部分に吸込口１３に近づくような傾斜部２１ａが形成してあるので、一層、効率の高いインバータ装置１６の冷却が期待できる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、周囲をファンカバーで塞いだ全閉形の外扇ファンを用いたが、これに限らず、開放防滴形の外扇ファンを採用して、冷却空気を電動機の外形にならってポンプ部，ベース板側へ向け吹き出すようにしてもよい。
【００５０】
また本発明をアキュームレータ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、アキュームレータ無でインバータ制御により能力可変が可能なポンプ装置に本発明を適用してもよい。むろん、渦巻きポンプでなく、ウェスコポンプなどを用いても、同様な効果が得られる。
【００５１】
【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、ポンプを通過するときに冷やされた電動機冷却用ファンからの空気がインバータ装置に直接接触して、同インバータ装置を十分に冷却する。
【００５２】
したがって、電動機を冷却するファンを有効利用して、大きな占有面積を占める部品，機器等（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、インバータ装置に高い冷却性能をもたらせることができる。
【００５３】
それ故、省スペース化を図りつつポンプ装置のインバータ装置を冷却でき、同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、コスト的な負担が小さくてすむ。さらに、カバー内で形成される冷却空気の循環流により、高いインバータ装置の冷却性能を確保しつつポンプ装置の騒音防止／防水化を図ることができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、さらに高い冷却性能をインバータ装置にもたらせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のポンプ装置の構造を、冷却空気の流れと共に説明するための図。
【符号の説明】
１…ベース板（ベース）
２…電動機付きポンプ
３…ポンプ部
４…電動機
５…ポンプケーシング
８…モータケーシング
１０…外扇ファン（電動機冷却用ファン）
１６…インバータ装置
１７…電装箱
１８…インバータ回路部
１９…放熱フィン（放熱部材）
２１…防音／防水用カバー。
【図１】
0003619651.tif 000002