(57)【要約】【課題】流路内に封入された液体冷媒を滞りなく循環させて、電動機の冷却効率が低下するのを抑止した水中ポンプを提供する。【解決手段】水中ポンプは、電動機と、電動機に回転させられる回転軸１と、電動機を冷却する液体冷媒の流路Ｐが形成されたケース体Ｃと、流路内に配置されて回転軸と一体に回転し、液体冷媒に圧力エネルギーを与えるインペラブレードＦと、を備え、ケース体のうち、インペラブレードと対向する内面には、液体冷媒の圧力勾配方向において、インペラブレードの上流側の端部を跨って、前記圧力勾配方向に延びる整流溝Ｇが設けられている。【選択図】図２
2018145932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
前記電動機に回転させられる回転軸と、
前記電動機を冷却する液体冷媒の流路が形成されたケース体と、
前記流路内に配置されて前記回転軸と一体に回転し、前記液体冷媒に圧力エネルギーを与えるインペラブレードと、を備え、
前記ケース体のうち、前記インペラブレードと対向する内面には、前記液体冷媒の圧力勾配方向において、前記インペラブレードの上流側の端部を跨って、前記圧力勾配方向に延びる整流溝が設けられている、水中ポンプ。
【請求項２】
前記流路は、前記回転軸の軸方向に直交する径方向に延びる第１流路と、前記第１流路よりも下流側に位置して前記軸方向に延びる第３流路と、前記第１流路および前記第３流路を互いに接続する第２流路と、を有し、
前記インペラブレードは前記第３流路内に配置され、
前記整流溝は、前記ケース体のうち前記第３流路を形成する内面に設けられている、請求項１に記載の水中ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に示されるように、液体冷媒の流路を備えた電動機と、電動機により回転させられる回転軸と、回転軸に取り付けられた羽根車と、を備えた水中ポンプが知られている。この水中ポンプでは、液体冷媒を介して、電動機が駆動することにより生じる熱を外部に放出させ、電動機を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の図４に示す構成では、冷却給水管２４から冷却ボックス３０に揚水を供給するが、この揚水には塵芥が含まれる場合があり、この塵芥が冷却ボックス３０内に堆積し、熱交換を妨げることも想定される。そこで、電動機を冷却する液体冷媒をケース体の流路内に封入し、この液体冷媒を循環させることで熱交換を行う方式が考えられる。
ここで、液体冷媒を流路内で循環させる方式では、この液体冷媒を撹拌するためのインペラブレードを流路内に設け、更に、熱交換を効果的に行うために、循環流を効率よく流動させる必要があるが、インペラブレード近傍において液体冷媒の流れが滞り、電動機の冷却効率が低下してしまう場合があった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、流路内に封入された液体冷媒を滞りなく循環させて、電動機の冷却効率が低下するのを抑止した水中ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る水中ポンプは、電動機と、前記電動機に回転させられる回転軸と、前記電動機を冷却する液体冷媒の流路が形成されたケース体と、前記流路内に配置されて前記回転軸と一体に回転し、前記液体冷媒に圧力エネルギーを与えるインペラブレードと、を備え、前記ケース体のうち、前記インペラブレードと対向する内面には、前記液体冷媒の圧力勾配方向において、前記インペラブレードの上流側の端部を跨って、前記圧力勾配方向に延びる整流溝が設けられている。
【０００７】
上記態様に係る水中ポンプによれば、液体冷媒の流路が形成されたケース体のうちインペラブレードと対向する内面に整流溝が設けられている。そして、この整流溝は、インペラブレードの上流側の端部を跨って、液体冷媒の圧力勾配方向に延びている。この構成により、インペラブレードの上流側の端部近傍における液体冷媒の流れが整流溝によってガイドされるため、この端部近傍の流れがスムーズになり、再循環流などが生じるのを抑えることができる。従って、液体冷媒による電動機の冷却効率が低下するのを抑止することが可能となる。
【０００８】
ここで、前記流路は、前記回転軸の軸方向に直交する径方向に延びる第１流路と、前記第１流路よりも下流側に位置して前記軸方向に延びる第３流路と、前記第１流路および前記第３流路を互いに接続する第２流路と、を有し、前記インペラブレードは前記第３流路内に配置され、前記整流溝は、前記ケース体のうち前記第３流路を形成する内面に設けられている。
【０００９】
この場合、径方向に延びる第１流路と軸方向に延びる第３流路とを接続する第２流路が湾曲することとなる。このように第２流路が湾曲することに起因して、第３流路内に位置するインペラブレードの上流側の端部近傍において、特に再循環流が生じやすくなる。そこで、ケース体の内面のうち第３流路を形成する内面に整流溝を設けることで、この第３流路内における液体冷媒の流れをガイドし、再循環流が発生するのをより確実に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の上記態様によれば、流路内に封入された液体冷媒を滞りなく循環させて、電動機の冷却効率が低下するのを抑止した水中ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の水中ポンプの概略図である。
【図２】図１の電動機の縦断面図である。
【図３】図２の電動機の拡大図である。
【図４】整流溝部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態に係る水中ポンプの構成を、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。
【００１３】
図１に示すように、水中ポンプ１０は、吐出管１４と、電動機２０と、吐出管１４内に配置されて電動機２０に回転させられる回転軸１と、を備えている。
この水中ポンプ１０は、回転軸１に取り付けられた羽根車１３を電動機２０の動力によって回転させ、水を汲み上げるポンプである。また、電動機２０は、その内部に水が入り込まないように密閉された耐水型の電動機である。
【００１４】
ここで本実施形態では、回転軸１の中心軸線Ｏに沿う方向を軸方向Ｚといい、回転軸１の中心軸線Ｏに沿う断面を縦断面という。縦断面視において、中心軸線Ｏに直交する方向を径方向Ｒという。
なお、本実施形態では、軸方向Ｚが上下方向である立軸ポンプを例として説明するが、本発明は軸方向Ｚが上下方向以外の方向（例えば水平方向）であるポンプについても適用することができる。
【００１５】
電動機２０が駆動すると熱が発生し、電動機２０が昇温する。このため、電動機２０の内部には液体冷媒を循環させる流路Ｐ（図２参照）が設けられており、電動機２０の下部には熱交換部１５が設けられている。熱交換部１５としては、放熱フィンなどを用いることができる。
【００１６】
電動機２０内の熱は、流路Ｐを循環する液体冷媒によって熱交換部１５に伝えられ、熱交換部１５から吐出管１４内を流れる水に放熱される。すなわち、本実施形態の電動機２０は、この電動機２０を冷却する液体冷媒の流路Ｐが設けられた、内部循環式の電動機である。
【００１７】
図２に示すように、電動機２０は、内部に流路Ｐが形成されたケース体Ｃと、ケース体Ｃおよび回転軸１の間に設けられたダブルメカニカルシール機構Ｍと、を備えている。流路Ｐ内には、回転軸１と一体に回転するインペラブレードＦが配置されている。ダブルメカニカルシール機構Ｍは、流路Ｐ内の液体冷媒が電動機２０の外部に漏れるのを防止しつつ、回転軸１の動力を、インペラブレードＦを介して流路Ｐ内の液体冷媒に伝える役割を果たしている。
【００１８】
流路Ｐは、径方向Ｒに延びる第１流路Ｐ１と、第１流路Ｐ１の下流側に配置された軸方向Ｚに延びる第３流路Ｐ３と、第３流路Ｐ３の下流側に配置された径方向Ｒに延びる第５流路Ｐ５と、を有している。流路Ｐはさらに、第１流路Ｐ１および第３流路Ｐ３を互いに接続する第２流路Ｐ２と、第３流路Ｐ３および第５流路Ｐ５を互いに接続する第４流路Ｐ４と、を有している。第２流路Ｐ２および第４流路Ｐ４は、これらの上流側の流路が延びる方向と、これらの下流側の流路が延びる方向と、が異なっているため、湾曲している。流路Ｐ内の液体冷媒は、インペラブレードＦから与えられる圧力エネルギーによって、第１流路Ｐ１、第２流路Ｐ２、第３流路Ｐ３、第４流路Ｐ４、および第５流路Ｐ５の順に流れる。
【００１９】
ダブルメカニカルシール機構Ｍは、回転軸１と一体に回転する第１回転環２および第２回転環４と、ケース体Ｃに対する中心軸線Ｏ回りの回転が規制された固定環３と、バネ１１、１２と、Ｏリング１６、１７と、を備えている。
【００２０】
なお、本実施形態のダブルメカニカルシール機構Ｍは、第１摺動面２ａおよび第２摺動面３ａからなる第１シール部と、第３摺動面４ａおよび第４摺動面Ｃ２からなる第２シール部と、の２箇所のシール部を有している。
【００２１】
第１回転環２は、不図示の回転規制部およびスラスト規制部によって、回転軸１に固定されている。このため、第１回転環２は回転軸１に対して軸方向Ｚに移動せず、回転軸１とともに回転する。第１回転環２は、縦断面視で径方向に延びる第１摺動面２ａを有している。第１摺動面２ａは、固定環３の第２摺動面３ａに対して摺動する。第１回転環２の外周面のうち、第３流路Ｐ３に面する部分には、径方向Ｒの外側に向けて突出するインペラブレードＦが設けられている。
【００２２】
インペラブレードＦは、第３流路Ｐ３内に位置し、第３流路Ｐ３内の液体冷媒に対して圧力エネルギーを与える。インペラブレードＦは第１回転環２に固定されており、第１回転環２の回転軸１に対する回転は、不図示の回転規制部によって規制されている。このため、インペラブレードＦは第３流路Ｐ３内で回転軸１と一体に回転し、液体冷媒に対して第２流路Ｐ２から第４流路Ｐ４に向けた圧力エネルギーを与える。
【００２３】
第１回転環２の軸方向Ｚにおける−Ｚ側の端部には、回転軸１から径方向Ｒに離れたスライド筒２ｃが設けられている。スライド筒２ｃと回転軸１との間に設けられた径方向Ｒの隙間に、第２回転環４、Ｏリング１７、およびバネ１２が配置されている。
【００２４】
固定環３は、第１回転環２とケース体Ｃとの間に配置されている。固定環３の軸方向Ｚにおける＋Ｚ側の端部には、縦断面視で径方向Ｒに延びる第２摺動面３ａが形成されている。固定環３の軸方向Ｚにおける−Ｚ側の端部とケース体Ｃとの間には、バネ１１が配置されている。固定環３は、このバネ１１から軸方向Ｚの＋Ｚ側に向けた付勢力を受けている。なお、固定環３とケース体Ｃとの間の径方向Ｒの隙間には、この隙間をシールするＯリング１６が配置されている。
【００２５】
バネ１１は、固定環３の第２摺動面３ａを、第１回転環２の第１摺動面２ａに向けて押し付けるように、固定環３を＋Ｚ側に向けて付勢している。
【００２６】
第２回転環４は、第１回転環２のスライド筒２ｃに形成された軸方向Ｚに延びる縦溝に沿ってスライド移動する。また、第２回転環４は、スライド筒２ｃの縦溝内に嵌合しているため、第１回転環２および回転軸１とともに、中心軸線Ｏ回りに回転する。第２回転環４の軸方向Ｚにおける−Ｚ側の端部には、縦断面視において径方向Ｒに延びる第３摺動面４ａが形成されている。この第３摺動面４ａは、ケース体Ｃに設けられた第４摺動面Ｃ２に対して摺動する。
【００２７】
バネ１２は、第１回転環２のバネ座面２ｂと、第２回転環４と、の間に配置されている。バネ１２は、Ｏリング１７を介して第２回転環４を−Ｚ側に向けて付勢している。なお、第２回転環４と回転軸１との間の隙間は、Ｏリング１７によってシールされている。
【００２８】
そして本実施形態では、ケース体Ｃのうち第３流路Ｐ３を形成する内面Ｃ１に、軸方向Ｚに延びる整流溝Ｇが形成されている。ケース体Ｃの内面Ｃ１は、インペラブレードＦと径方向Ｒで対向している。
図３に示すように、整流溝Ｇの＋Ｚ側の端部Ｇ１は、インペラブレードＦの＋Ｚ側の端部Ｆ１よりも＋Ｚ側に位置しており、整流溝Ｇの−Ｚ側の端部Ｇ２は、インペラブレードＦの＋Ｚ側の端部Ｆ１よりも−Ｚ側に位置している。すなわち、整流溝Ｇは、軸方向ＺにおいてインペラブレードＦの＋Ｚ側の端部Ｆ１を跨るように配置されている。
【００２９】
先述の通り、液体冷媒は第１流路Ｐ１、第２流路Ｐ２、および第３流路Ｐ３の順に流れる。このため、第３流路Ｐ３においては、軸方向Ｚにおける＋Ｚ側から−Ｚ側に向かう方向が、液体冷媒の圧力勾配方向となる。従って、第３流路Ｐ３内で軸方向Ｚに延びている整流溝Ｇは、液体冷媒の圧力勾配方向に延びていることとなる。
図４は、ケース体Ｃの内面Ｃ１の展開図である。整流溝Ｇは、図４に示すように、ケース体Ｃの内面Ｃ１における周方向に間隔を空けて複数設けられている。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の水中ポンプ１０によれば、液体冷媒の流路Ｐが形成されたケース体Ｃのうち、インペラブレードＦと径方向Ｒで対向する内面Ｃ１に整流溝Ｇが設けられている。そして、この整流溝Ｇは、液体冷媒の圧力勾配方向において、インペラブレードＦの上流側の端部Ｆ１を跨って、この圧力勾配方向に延びている。この構成により、インペラブレードＦの上流側の端部Ｆ１近傍における液体冷媒の流れが整流溝Ｇによってガイドされ、この端部Ｆ１近傍における液体冷媒の流れがスムーズになり、再循環流などが生じるのを抑えることができる。従って、流路Ｐ内における液体冷媒の循環をスムーズにして、電動機２０の冷却効率が低下するのを抑止することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、径方向Ｒに延びる第１流路Ｐ１と軸方向Ｚに延びる第３流路Ｐ３とを接続する第２流路Ｐ２が湾曲している。そして、このように湾曲した第２流路Ｐ２の出口近傍に、インペラブレードＦの上流側の端部Ｆ１が位置している。このような構成では、流路Ｐ全体の軸方向Ｚにおける幅が小さく抑えられ、電動機２０を小型化することができる一方で、軸方向Ｚに延びる第３流路Ｐ３内に位置するインペラブレードＦの上流側の端部Ｆ１近傍において、特に再循環流が生じやすくなる。そこで、ケース体Ｃのうち、第３流路Ｐ３を形成してインペラブレードＦに径方向Ｒで対向する内面Ｃ１に整流溝Ｇを設けることで、上記のように再循環流が発生しやすい部分における液体冷媒の流れをガイドし、再循環流が発生するのをより確実に抑えることができる。
【００３２】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３３】
例えば、前記実施形態では、インペラブレードＦが、羽根車１３を回転させる回転軸１から直接動力を受け取っていたが、本発明はこれに限られない。例えば、インペラブレードＦを回転させる回転軸１と、羽根車１３を回転させる回転軸とが別体であり、この２つの回転軸同士の間で、ギア等を介して動力を伝達してもよい。
【００３４】
また、前記実施形態における流路Ｐは、第１流路Ｐ１〜第５流路Ｐ５を有していたが、流路Ｐの形態はこれに限られず、これらの流路Ｐ１〜Ｐ５のうちの一部を有していてもよいし、他の形状の流路を有していてもよい。
【００３５】
また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転軸  １０…水中ポンプ  ２０…電動機  Ｃ…ケース体  Ｃ1…内面  Ｆ…インペラブレード  Ｇ…整流溝  Ｍ…ダブルメカニカルシール機構  Ｐ…流路  Ｐ１…第１流路  Ｐ２…第２流路  Ｐ３…第３流路  Ｐ４…第４流路  Ｐ５…第５流路  
【図１】
2018145932.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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