(57)【要約】【課題】液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数を少なくするとともに、比較的シンプルなメカニカルシール構造を用い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、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、インペラブレードが回転軸と一体に回転するように、回転軸とインペラブレードとを接続する基部２と、軸方向Ｚにおける基部の両側から、基部に向けて付勢された一対の固定環３、４と、を備える。一対の固定環はそれぞれ、軸方向に延びて回転軸を囲う筒状部３ａ、４ａと、筒状部の軸方向における端部から回転軸に向けて延び、基部との間でシール部を形成する環状部３ｂ、４ｂと、を有している。液体冷媒の漏洩を防ぐＯリング１６が、筒状部に当接して配置されている。【選択図】図２
2018150844.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、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、
前記インペラブレードが前記回転軸と一体に回転するように、前記回転軸と前記インペラブレードとを接続する基部と、
前記回転軸の軸方向における前記基部の両側から、前記基部に向けて前記軸方向にそれぞれ付勢された一対の固定環と、を備え、
前記一対の固定環はそれぞれ、
前記軸方向に延びて前記回転軸を囲う筒状部と、
前記筒状部の前記軸方向における端部から前記回転軸に向けて延び、前記基部との間でシール部を形成する環状部と、を有し、
前記液体冷媒の漏洩を防ぐＯリングが、前記筒状部に当接して配置されている、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
【特許文献２】特許第４２５６０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、流路内でインペラブレードを回転させる場合があるが、インペラブレードに動力を伝えつつ液体冷媒の漏洩を防ぐためにはシール構造が必要となる。
シール構造として、上記特許文献２ではメカニカルシール構造が開示されているが、この特許文献２の構造では多数のＯリングが用いられており、これらのＯリングから液体冷媒が漏れる可能性がある。また、メカニカルシール構造を構成する固定環および回転環が複雑な形状をしており、汎用品のメカニカルシールを用いることが容易ではなく、製造コストの増大およびメンテナンス性の低下につながっていた。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数を少なくするとともに、比較的シンプルなメカニカルシール構造を用い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、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、前記インペラブレードが前記回転軸と一体に回転するように、前記回転軸と前記インペラブレードとを接続する基部と、前記回転軸の軸方向における前記基部の両側から、前記基部に向けて前記軸方向にそれぞれ付勢された一対の固定環と、を備え、前記一対の固定環はそれぞれ、前記軸方向に延びて前記回転軸を囲う筒状部と、前記筒状部の前記軸方向における端部から径方向の内側に向けて延び、前記基部との間でシール部を形成する環状部と、を有し、前記液体冷媒の漏洩を防ぐＯリングが、前記筒状部に当接して配置されている。
【０００７】
上記態様に係る水中ポンプでは、基部が、流路内に配置されたインペラブレードと回転軸とが一体に回転するように、両部材を接続しているため、回転軸の動力をインペラブレードに伝達することができる。そして、一対の固定環が基部に向けて軸方向に付勢されており、これら固定環と基部との間でシール部が形成されている。従って、液体冷媒が流路から漏れてしまうのを防止しつつ、インペラブレードを回転させて、液体冷媒に圧力エネルギーを与えてこの液体冷媒を流路内で循環させることができる。
そして、一対の固定環がそれぞれ、軸方向に延びる筒状部と、この筒状部の端部から回転軸に向けて延びる環状部と、を有しており、縦断面視において略Ｌ字状のシンプルな形状となっている。固定環がこのようにシンプルな形状となっていることで、例えば汎用品のメカニカルシールを用いることが容易となる。
さらに、液体冷媒の漏洩を防ぐＯリングが、一対の固定環の筒状部に当接して配置されており、例えば特許文献２に開示された構造と比較して、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数が少なくなっている。
以上より、上記態様によれば、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数を少なくするとともに、比較的シンプルなメカニカルシール構造を用いた水中ポンプとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の上記態様によれば、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数を少なくするとともに、比較的シンプルなメカニカルシール構造を用い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】
【０００９】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態に係る水中ポンプの構成を、図１〜図２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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、径方向Ｒにおいて、中心軸線Ｏに近づく側を内側といい、中心軸線Ｏから遠ざかる側を外側という。
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。
【００１３】
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。
【００１４】
電動機２０内の熱は、流路Ｐ内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。
【００１５】
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。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に伝える役割を果たしている。
【００１６】
流路Ｐは、径方向Ｒに延びる第１流路と、第１流路の下流側に配置された軸方向Ｚに延びる第２流路と、第２流路の下流側に配置された径方向Ｒに延びる第３流路と、を有している。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、第２流路、および第３流路の順に流れる。
【００１７】
メカニカルシール機構Ｍは、インペラブレードＦと回転軸１とを接続する基部２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第１固定環３および第２固定環４と、これら固定環３、４を基部２に向けて付勢するバネ１１、１２と、２つのＯリング１６と、を備えている。図２の例では、回転軸１に外嵌されたスリーブＳを介して、メカニカルシール機構Ｍが回転軸１に取り付けられているが、回転軸１とスリーブＳとは一体であってもよい。
【００１８】
なお、本実施形態のメカニカルシール機構Ｍは、第１摺動面３ｃおよび第２摺動面２ｃからなる第１シール部と、第３摺動面２ｂおよび第４摺動面４ｃからなる第２シール部と、の２箇所のシール部を有する、ダブルメカニカルシール機構である。第１摺動面３ｃおよび第２摺動面２ｃは軸方向Ｚで互いに対向しており、第３摺動面２ｂおよび第４摺動面４ｃは軸方向Ｚで互いに対向している。
【００１９】
基部２は筒状に形成されており、中心軸線Ｏと同軸上に配置され、スリーブＳに外嵌されている。基部２の内周面には、軸方向Ｚに延びるキー溝２ａが形成されている。基部２のキー溝２ａと、スリーブＳの外周面に形成されたキー溝Ｓ１と、の両者にキー５が挿入されることで、基部２のスリーブＳに対する中心軸線Ｏ回りの回転が規制されている。また、スリーブＳは回転軸１に外嵌されて固定されているため、基部２と回転軸１とは、中心軸線Ｏ回りに一体に回転する。さらに、基部２の−Ｚ側の内周縁が、スリーブＳの段差Ｓ２に突き当てられることで、基部２のスリーブＳおよび回転軸１に対する軸方向Ｚの位置が決まっている。
【００２０】
基部２の軸方向Ｚにおける両端面のうち、＋Ｚ側（モータ側）の端面には第３摺動面２ｂが設けられており、−Ｚ側（ポンプ側）の端面には第２摺動面２ｃが設けられている。これら摺動面２ｂ、２ｃは、縦断面視で径方向Ｒに延びている。基部２の外周面のうち、第２流路に面する部分には、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。
【００２１】
インペラブレードＦは、流路Ｐのうち、軸方向Ｚに延びる第２流路内に位置している。インペラブレードＦは基部２に固定されており、基部２の回転軸１に対する回転は、キー５によって規制されている。このため、インペラブレードＦは流路Ｐ内で回転軸１と一体に回転し、液体冷媒に対して−Ｚ側から＋Ｚ側に向けた圧力エネルギーを与える。
【００２２】
第１固定環３は、基部２の軸方向Ｚにおける−Ｚ側に配置されている。第１固定環３は、軸方向Ｚに延びて回転軸１およびスリーブＳを囲う筒状部３ａと、筒状部３ａの軸方向Ｚにおける＋Ｚ側の端部から回転軸１に向けて径方向Ｒに延びる環状部３ｂと、を有している。筒状部３ａの外径は、基部２の外径と略同等となっている。環状部３ｂの＋Ｚ側の端面には、第１摺動面３ｃが設けられている。筒状部３ａの径方向Ｒにおける内側には、バネ１１が配置されており、このバネ１１が環状部３ｂを軸方向Ｚにおける＋Ｚ側に向けて付勢している。これにより、第１固定環３の第１摺動面３ｃは、基部２の第２摺動面２ｃに向けて付勢されている。
【００２３】
第１固定環３の径方向Ｒにおける外側には、筒状部３ａの外周面に当接するＯリング１６が配置されている。Ｏリング１６は、第１固定環３とケース体Ｃとの間の径方向Ｒの隙間に配置されており、この隙間から流路Ｐ内の液体冷媒が漏洩するのを防いでいる。
第１固定環３の軸方向Ｚにおける−Ｚ側には、内カバー８が配置されている。内カバー８は、バネ１１を軸方向Ｚにおける−Ｚ側から支持している。内カバー８の軸方向Ｚにおける−Ｚ側には、内カバー８をケース体Ｃに固定する外カバー６が配置されている。外カバー６は、ボルト７ａによってケース体Ｃに固定されており、内カバー８は、ボルト７ｂによって外カバー６に固定されている。
【００２４】
第２固定環４は、基部２の軸方向Ｚにおける＋Ｚ側に配置されている。第２固定環４は、軸方向Ｚに延びて回転軸１およびスリーブＳを囲う筒状部４ａと、筒状部４ａの軸方向Ｚにおける−Ｚ側の端部から回転軸１に向けて径方向Ｒに延びる環状部４ｂと、を有している。筒状部４ａの外径は、基部２の外径と略同等となっている。環状部４ｂの−Ｚ側の端面には、第４摺動面４ｃが設けられている。
【００２５】
筒状部４ａの径方向Ｒにおける内側には、バネ１２が配置されており、このバネ１２が環状部４ｂを軸方向Ｚにおける−Ｚ側に向けて付勢している。これにより、第２固定環４の第４摺動面４ｃは、基部２の第３摺動面２ｂに向けて付勢されている。
第２固定環４の径方向Ｒにおける外側には、筒状部４ａの外周面に当接するＯリング１６が配置されている。Ｏリング１６は、第２固定環４とケース体Ｃとの間の径方向Ｒの隙間に配置されており、この隙間から流路Ｐ内の液体冷媒が漏洩するのを防いでいる。
【００２６】
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、基部２が、流路Ｐ内に配置されたインペラブレードＦと回転軸１とが一体に回転するように、両部材を接続している。そして、基部２の軸方向Ｚにおける両側にそれぞれ配置された第１固定環３および第２固定環４が、基部２に向けて軸方向Ｚで付勢されており、これら固定環３、４と基部２との間でシール部が形成されている。この構成により、液体冷媒が流路Ｐから漏れてしまうのを防止しつつ、インペラブレードＦを回転させて、液体冷媒に圧力エネルギーを与えてこの液体冷媒を流路Ｐ内で循環させることができる。
【００２７】
そして、一対の固定環３、４がそれぞれ、軸方向Ｚに延びる筒状部３ａ、４ａと、この筒状部３ａ、４ａの端部から径方向Ｒの内側に延びる環状部３ｂ、４ｂと、を有している。この構成により、これら固定環３、４が、縦断面視において略Ｌ字状のシンプルな形状となっているため、例えば汎用品のメカニカルシールを、本実施形態のメカニカルシール機構Ｍとして用いることが容易となる。
【００２８】
また、図２に示すように、第１固定環３および第２固定環４は、縦断面視で互いに対称な形状となっており、回転軸１に対して取り付ける向きを異ならせた共通の部品を、これら第１固定環３および第２固定環４として用いることができる。つまり、本実施形態によれば、基部２との間で２つのシール部を形成する２つの固定環３、４を共通化し、コストダウンおよびメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、一対の固定環３、４とケース体との間に、Ｏリング１６がそれぞれ配置されているが、例えば特許文献２に開示された構造と比較して、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数が少なくなっている。
以上のことから、本実施形態によれば、液体冷媒のシールに用いられるＯリングの数を少なくするとともに、比較的シンプルなメカニカルシール構造を用いた水中ポンプとすることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、Ｏリング１６は固定環３、４とケース体Ｃとの間の隙間に配置されていたが、本発明はこれに限られない。例えば第１固定環３または第２固定環４の軸方向Ｚにおけるスライド移動をガイドするガイド部材を、第１固定環３とケース体Ｃとの間、および第２固定環４とケース体Ｃとの間にそれぞれ設けてもよい。この場合、これら固定環３、４とガイド部材との間に、Ｏリング１６がそれぞれ配置されていてもよい。
【００３３】
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】
【００３４】
１…回転軸  ２…基部  ３…第１固定環  ３ａ…筒状部  ３ｂ…環状部  ４…第２固定環  ４ａ…筒状部  ４ｂ…環状部  １０…水中ポンプ  １６…Ｏリング  ２０…電動機  Ｃ…ケース体  Ｆ…インペラブレード  Ｐ…流路
【図１】
2018150844.tif 000003
【図２】
2018150844.tif 000004