(57)【要約】【課題】簡易な構造でモータの冷却効果を向上させることができ、また、メンテナンスが容易なモータポンプの提供。【解決手段】モータポンプ１は、メカニカルシールカバー２０に取り付けられ、挿通孔２１を介してポンプケーシング１１の外部に延びた回転軸４を囲う円筒状のモータフレーム３０を備え、モータフレーム３０は、ステータ５０の径方向外側を囲う囲繞部３１と、囲繞部３１に対し軸方向に連設され、メカニカルシールカバー２０に近付くに従って内径のみが小さくなる内径縮径部３２と、を有し、内径縮径部３２は、メカニカルシールカバー２０と接触する底面部３２ａを有し、底面部３２ａにおける内径側内端縁３２ａ１が、羽根車１０の外径Ｄよりも径方向内側まで延伸している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に接続された羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプ室及び前記ポンプ室に前記羽根車を挿入するための挿入口を有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングに取り付けられ、前記挿入口を覆うと共に、前記回転軸が挿通される挿通孔が形成されたメカニカルシールカバーと、
前記メカニカルシールカバーに取り付けられ、前記挿通孔を介して前記ポンプケーシングの外部に延びた前記回転軸を囲う円筒状のモータフレームと、
前記モータフレームに収容され、前記回転軸を回転させるロータ及びステータと、を備え、
前記モータフレームは、
前記ステータの径方向外側を囲う囲繞部と、
前記囲繞部に対し軸方向に連設され、前記メカニカルシールカバーに近付くに従って内径のみが小さくなる内径縮径部と、を有し、
前記内径縮径部は、前記メカニカルシールカバーと接触する底面部を有し、
前記底面部における内径側内端縁が、前記羽根車の外径よりも径方向内側まで延伸している、ことを特徴とするモータポンプ。
【請求項２】
前記モータフレームは、アルミニウム、アルミニウム合金、または、銅、銅合金で形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記メカニカルシールカバーは、銅、または、銅合金で形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータポンプ。
【請求項４】
前記囲繞部と前記内径縮径部との間には、内径側に段差が形成されており、
前記段差に支持された第１軸受ブラケットと、
前記第１軸受ブラケットに取り付けられ、前記回転軸を軸支する第１軸受と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【請求項５】
前記囲繞部の上端部に取り付けられた第２軸受ブラケットと、
前記第２軸受ブラケットに取り付けられ、前記回転軸を軸支する第２軸受と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ピット内の汚水の排水に使用されるモータポンプが開示されている。このようなモータポンプは、一般的にピット内に設置され、水中に水没した状態で排水を行うため、モータの発熱を水中に放熱することを前提として設計されている。したがって、ピット内の水位が下がってモータが気中に露出した場合、モータの温度が上昇するため、長時間の気中運転が困難であった。
【０００３】
ところが、近年、ピット内の臭気対策のため、汚水が空になるまでモータポンプを運転できるよう、モータポンプをピット外に設置（槽外設置）するケースや、モータポンプをピット内の排水以外の用途、例えば、洪水時の排水、工事用の排水等にも使用できるようにするケースがあり、モータが気中にあっても連続運転が可能なモータポンプの市場要求が増えてきた。
【０００４】
水位が低下した状況であってもモータの冷却が十分になされるように、従来では、モータの周囲にウォータジャケットを設けたり、モータの外表面に放熱フィンを設けたりすることが検討されてきた。しかしながら、ウォータジャケットに冷却液を循環させる機構を設けるために構造が複雑になり、装置が大型化、高価額化する。また、モータの外表面に放熱フィンを設けると、放熱フィンに汚物及び夾雑物が堆積して放熱効果が低下し、メンテナンスの頻度および費用が大きくなる、という問題があった。
【０００５】
このため、下記特許文献１のモータポンプは、モータフレームと係合するモータブラケットが、ポンプブラケットの延在部の内側に入り込む接続部を有しており、この接続部の羽根車側の端面がポンプブラケットと接触する構成となっている。ポンプブラケットは、ポンプケーシングと共に水の流路を画定し、水と接触するため、ロータ及びステータで生じた熱がモータブラケットを介してポンプブラケットに伝わるとともに、ポンプブラケットが水で冷却されるので、簡易な構造でモータの冷却効果を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１０１６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、ポッティング樹脂を介してステータコイルで発生する熱をモータブラケットに伝熱する構成となっているため、モータの発熱は、主にステータの下端部からの放熱に限定される。また、モータブラケットの接続部は、ポンプブラケットの延在部の内側に入り込む構成となっており、接続部の径が小さいので、伝熱量（伝熱面積）が小さく、モータが冷え難い。さらに、モータブラケットの形状が複雑なため、製造コストが高くなる。加えて、ポッティング樹脂を使用すると、ステータコイルの巻き替え修理が困難になる。
【０００８】
本発明は、上記課題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造でモータの冷却効果を向上させることができ、また、メンテナンスが容易なモータポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一態様に係るモータポンプは、回転軸と、前記回転軸に接続された羽根車と、前記羽根車を収容するポンプ室及び前記ポンプ室に前記羽根車を挿入するための挿入口を有するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに取り付けられ、前記挿入口を覆うと共に、前記回転軸が挿通される挿通孔が形成されたメカニカルシールカバーと、前記メカニカルシールカバーに取り付けられ、前記挿通孔を介して前記ポンプケーシングの外部に延びた前記回転軸を囲う円筒状のモータフレームと、前記モータフレームに収容され、前記回転軸を回転させるロータ及びステータと、を備え、前記モータフレームは、前記ステータの径方向外側を囲う囲繞部と、前記囲繞部に対し軸方向に連設され、前記メカニカルシールカバーに近付くに従って内径のみが小さくなる内径縮径部と、を有し、前記内径縮径部は、前記メカニカルシールカバーと接触する底面部を有し、前記底面部における内径側内端縁が、前記羽根車の外径よりも径方向内側まで延伸している。
【００１０】
（２）上記（１）に記載されたモータポンプであって、前記モータフレームは、アルミニウム、アルミニウム合金、または、銅、銅合金で形成されていてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載されたモータポンプであって、前記メカニカルシールカバーは、銅、または、銅合金で形成されていてもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載されたモータポンプであって、前記囲繞部と前記内径縮径部との間には、内径側に段差が形成されており、前記段差に支持された第１軸受ブラケットと、前記第１軸受ブラケットに取り付けられ、前記回転軸を軸支する第１軸受と、を有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）に記載されたモータポンプであって、前記囲繞部の上端部に取り付けられた第２軸受ブラケットと、前記第２軸受ブラケットに取り付けられ、前記回転軸を軸支する第２軸受と、を有してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の態様によれば、簡易な構造でモータの冷却効果を向上させることができ、また、メンテナンスが容易なモータポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るモータポンプ１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るモータポンプを、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、一実施形態に係るモータポンプ１の断面図である。
モータポンプ１は、例えば、汚水、廃水、または、河川水のように、夾雑物および汚物が混じった液体を移送するための汚水用ポンプとして使用される。モータポンプ１は、ポンプ２と、ポンプ２の上部に取り付けられたモータ３と、ポンプ２とモータ３との間において上下に挿通される回転軸４と、を有する。
【００１５】
以下、回転軸４の軸線ＡＬが延びる方向を軸方向、軸線ＡＬと直交する方向を径方向、軸線ＡＬ回りに周回する方向を周方向という。また、軸線ＡＬに沿う回転軸４のポンプ２側を下側、回転軸４のモータ３側を上側として説明する。
【００１６】
ポンプ２は、回転軸４に接続された羽根車１０と、羽根車１０を収容するポンプケーシング１１と、を有する。羽根車１０は、回転軸４の下端部に固定され、軸線ＡＬを中心に回転する。ポンプケーシング１１には、羽根車１０を収容するポンプ室１２と、ポンプ室１２に連通する吸込口１３及び吐出口１４と、ポンプ室１２に羽根車１０を挿入するための挿入口１５と、が形成されている。
【００１７】
吸込口１３は、ポンプケーシング１１の下部に軸線ＡＬと同軸で形成されている。ポンプ室１２は、吸込口１３を中心にスクロール状に形成されている。吐出口１４は、スクロール状のポンプ室１２の外周部に連通するようにポンプケーシング１１の側部に形成されている。挿入口１５は、ポンプケーシング１１の上部に軸線ＡＬと同軸で、羽根車１０の外径Ｄよりも大きく形成されている。
【００１８】
ポンプケーシング１１の上部には、メカニカルシールカバー２０が取り付けられている。メカニカルシールカバー２０は、例えば、銅、または、銅合金で形成されている。このメカニカルシールカバー２０は、挿入口１５を覆うと共に、回転軸４が挿通される挿通孔２１が形成されている。
【００１９】
挿通孔２１の上側の開口周縁部には、シール保持部２２が形成されている。シール保持部２２は、メカニカルシール２３を保持している。メカニカルシール２３は、ダブル型であり、ポンプケーシング１１側からメカニカルシール２３側への液体の浸入を阻止すると共に、メカニカルシール２３側から後述するステータ５０及びロータ５１側への潤滑油の漏出を阻止する。
【００２０】
メカニカルシールカバー２０は、ネジ部材２４を介してポンプケーシング１１に取り付けられている。このメカニカルシールカバー２０の上部には、軸線ＡＬと同軸に、円筒状のモータフレーム３０が取り付けられている。モータフレーム３０は、挿通孔２１を介してポンプケーシング１１の外部（上方）に延びた回転軸４を囲っている。
【００２１】
モータフレーム３０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、または、銅、銅合金で形成されている。このモータフレーム３０は、ステータ５０の径方向外側を囲う囲繞部３１と、囲繞部３１に対し軸方向に連設され、メカニカルシールカバー２０と接触する内径縮径部３２と、を有する。
【００２２】
囲繞部３１は、肉厚の円筒状に形成されており、その内径及び外径は一定である。一方、内径縮径部３２は、囲繞部３１と外径が同じであるが、メカニカルシールカバー２０に近付くに従ってその内径のみが小さくなっている。すなわち、内径縮径部３２は、メカニカルシールカバー２０に近付くに従って軸線ＡＬと直交する断面積が大きくなっている。
【００２３】
内径縮径部３２の底面部３２ａには、ネジ部材３３を介してメカニカルシールカバー２０が取り付けられている。すなわち、底面部３２ａは、メカニカルシールカバー２０と接触している。底面部３２ａにおける内径側内端縁３２ａ１は、羽根車１０の外径Ｄよりも径方向内側まで延伸している。したがって、底面部３２ａは、メカニカルシールカバー２０のみを挟んで羽根車１０の背面側と対向している。
【００２４】
内径縮径部３２には、注油孔３４が形成されている。注油孔３４は、内径縮径部３２を径方向に貫通して形成されており、注油栓３５を取り外すことで、メカニカルシール２３が配置された空間Ｓに外部から潤滑油を供給できるようになっている。空間Ｓは、メカニカルシールカバー２０と、内径縮径部３２と、後述する下部軸受ブラケット４０と、によって形成されている。
【００２５】
囲繞部３１と内径縮径部３２との間には、内径側に段差３６が形成されている。段差３６には、下部軸受ブラケット４０（第１軸受ブラケット）が支持されている。下部軸受ブラケット４０には、回転軸４を軸支する下部軸受４１（第１軸受）が取り付けられている。段差３６の角部には、下部軸受ブラケット４０とモータフレーム３０との隙間をシールするシールリング４２が配置されている。
【００２６】
下部軸受ブラケット４０は、メカニカルシール２３を保持するシール保持部４３と、段差３６から囲繞部３１の内周面に沿って上方に延びる環状突部４４と、を有する。環状突部４４の先端は、ステータ５０（ステータコア５０ａ）を支持している。ステータ５０は、モータフレーム３０の囲繞部３１における内周面に固定（焼き嵌め）されたステータコア５０ａと、ステータコア５０ａに巻回されたステータコイル５０ｂと、を有する。
【００２７】
回転軸４には、ロータ５１が取り付けられている。ロータ５１は、磁石などを有し、ステータコア５０ａと径方向において隙間をあけて対向している。ステータ５０及びロータ５１を収容するモータフレーム３０（囲繞部３１）の上端開口部は、上部軸受ブラケット６０（第２軸受ブラケット）によって閉塞されている。上部軸受ブラケット６０には、回転軸４を軸支する上部軸受６１（第２軸受）が取り付けられている。
【００２８】
上部軸受ブラケット６０は、ネジ部材６２を介して囲繞部３１の上端部に取り付けられている。囲繞部３１の上端開口部の内径側には、段差３１ａが形成されている。段差３１ａには、仕切板６３が支持されている。仕切板６３の段差３１ａ上に配置された外周部は、モータフレーム３０と上部軸受ブラケット６０との間に挟み込まれている。
【００２９】
ステータコイル５０ｂから延びる口出線５０ｃは、仕切板６３を通り、上部軸受ブラケット６０の上部に取り付けられた端子部材６４と接続されている。また、上部軸受ブラケット６０の上部には、吊り具６５がネジ部材６６を介して取り付けられている。
【００３０】
モータフレーム３０が銅、銅合金で形成される場合は不要であるが、モータフレーム３０がアルミニウム、アルミニウム合金から形成されている場合、モータフレーム３０にフレームカバー３７を外装することが好ましい。なお、ポンプケーシング１１、下部軸受ブラケット４０、上部軸受ブラケット６０は、鋳鉄製である。
【００３１】
フレームカバー３７は、耐食性に優れ、且つ、滑らかな表面を有するステンレス製の円筒カバーであり、例えば、焼き嵌めによりモータフレーム３０に外装される。フレームカバー３７の両端部３７ａは、ラッパ状に拡径され、モータフレーム３０とメカニカルシールカバー２０との角部、及び、モータフレーム３０と上部軸受ブラケット６０との角部には、シールリング３８が配置されている。これにより、モータフレーム３０が接液しないようになっている。
【００３２】
上記構成のモータポンプ１によれば、モータ３で発生したモータ熱が、ステータコア５０ａからモータフレーム３０の囲繞部３１に伝熱される。囲繞部３１に伝熱されたモータ熱は、囲繞部３１から内径縮径部３２に伝熱される。そして、内径縮径部３２伝熱されたモータ熱は、メカニカルシールカバー２０を介して、ポンプケーシング１１内を流通する液体に放熱される。これにより、水位が下がった状態でも、効率良くモータ３を冷却することができる。
【００３３】
内径縮径部３２は、メカニカルシールカバー２０に近付くに従って内径のみが小さくなっており、その底面部３２ａがメカニカルシールカバー２０に接触しているため、形状が単純で製造が容易であり、且つ、メカニカルシールカバー２０への伝熱量（伝熱面積）は大きい。また、底面部３２ａにおける内径側内端縁３２ａ１が、羽根車１０の外径Ｄよりも径方向内側まで延伸しているため、羽根車１０の背面側の流速が速い液体にモータ熱を放熱できる。これにより、冷却性能が向上する。
【００３４】
また、本実施形態では、モータフレーム３０は、アルミニウム、アルミニウム合金、または、銅、銅合金で形成されている。モータフレーム３０として一般に使用される鉄、鋳鉄の熱伝導率は、約７５Ｗ／ｍＫ程度である。これに対し、アルミニウム、アルミニウム合金の熱伝導率は、約２３０Ｗ／ｍＫと鉄の３倍程度大きく、さらに軽く、安価であることから、本用途のモータフレーム３０に適している。
【００３５】
しかし、アルミニウム、アルミニウム合金は、水に対して反応し易く腐食するので、本用途に用いるためには接液部を耐食性部材（フレームカバー３７）で覆う必要がある。一方、銅、銅合金は、水に対して耐食性は良いので、モータフレーム３０をフレームカバー３７で覆う必要は無く、海水排水用途等に使用することも可能である。銅、銅合金の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍＫと非常に良いが、重く、高価であるため、用途に応じて使い分けることが好ましい。
【００３６】
また、本実施形態では、メカニカルシールカバー２０は、銅、または、銅合金で形成されている。上述したように、モータ３の発熱の大部分をモータフレーム３０からメカニカルシールカバー２０を通じてポンプケーシング１１内の液体中へ放熱する場合には、メカニカルシールカバー２０の材質は、通常使用する鋳鉄よりも銅、銅合金とする方が、冷却性能が上がる。
【００３７】
また、本実施形態では、囲繞部３１と内径縮径部３２との間には、内径側に段差３６が形成されており、段差３６に支持された下部軸受ブラケット４０と、下部軸受ブラケット４０に取り付けられ、回転軸４を軸支する下部軸受４１と、を有している。下部軸受ブラケット４０は、ステータコア５０ａを支持しており、ステータコア５０ａの上部からの組み付け及び、分解時のステータコア５０ａの落下を段差３６によって防止できる。また、本実施形態では、ポッティング樹脂を使用していないため、ステータコイル４０ｂの巻き替え修理が容易である。
【００３８】
また、本実施形態では、囲繞部３１の上端部に取り付けられた上部軸受ブラケット６０と、上部軸受ブラケット６０に取り付けられ、回転軸４を軸支する上部軸受６１と、を有している。この構成によれば、上部軸受６１で発生した熱を、モータフレーム３０からメカニカルシールカバー２０を通じてポンプケーシング１１内の液体中へ放熱することができるため、モータ３の上部における冷却性能も向上する。
【００３９】
このように、上述の本実施形態によれば、回転軸４と、回転軸４に接続された羽根車１０と、羽根車１０を収容するポンプ室１２及びポンプ室１２に羽根車１０を挿入するための挿入口１５を有するポンプケーシング１１と、ポンプケーシング１１に取り付けられ、挿入口１５を覆うと共に、回転軸４が挿通される挿通孔２１が形成されたメカニカルシールカバー２０と、メカニカルシールカバー２０に取り付けられ、挿通孔２１を介してポンプケーシング１１の外部に延びた回転軸４を囲う円筒状のモータフレーム３０と、モータフレーム３０に収容され、回転軸４を回転させるロータ５１及びステータ５０と、を備え、モータフレーム３０は、ステータ５０の径方向外側を囲う囲繞部３１と、囲繞部３１に対し軸方向に連設され、メカニカルシールカバー２０に近付くに従って内径のみが小さくなる内径縮径部３２と、を有し、内径縮径部３２は、メカニカルシールカバー２０と接触する底面部３２ａを有し、底面部３２ａにおける内径側内端縁３２ａ１が、羽根車１０の外径Ｄよりも径方向内側まで延伸している、という構成を採用することによって、簡易な構造でモータ３の冷却効果を向上させることができ、また、メンテナンスが容易なモータポンプ１が得られる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【符号の説明】
【００４１】
１…モータポンプ、２…ポンプ、３…モータ、４…回転軸、１０…羽根車、１１…ポンプケーシング、１２…ポンプ室、１５…挿入口、２０…メカニカルシールカバー、２１…挿通孔、３０…モータフレーム、３１…囲繞部、３２…内径縮径部、３２ａ…底面部、３２ａ１…内径側内端縁、３６…段差、４０…下部軸受ブラケット（第１軸受ブラケット）、４１…下部軸受（第１軸受）、５０…ステータ、５１…ロータ、６０…上部軸受ブラケット（第２軸受ブラケット）、６１…上部軸受（第２軸受）、Ｄ…外径
【図１】
2019108834.tif 000003