(57)【要約】【課題】低騒音・低振動を実現でき、コンパクトな大きさを持ち、しかも汎用品のメカニカルシールを用いることができる給水装置を提供する。【解決手段】給水装置は、水を加圧するポンプ２と、ポンプ２を駆動するモータ３とを備える。ポンプ２は、並列に配置された第１回転軸４１および第２回転軸４２と、第１回転軸４１に固定された少なくとも１つの第１羽根車４５と、第２回転軸４２に固定された少なくとも１つの第２羽根車４６とを備えた多軸多段ポンプである。第１羽根車４５と第２羽根車４６は反対方向を向いている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加圧するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記ポンプの吐出し圧力を保持する圧力タンクと、
前記ポンプの吐出し圧力を測定する水圧測定器と、
前記水圧測定器の測定に基づいて前記ポンプを制御する制御部とを備え、
前記ポンプは、
並列に配置された第１回転軸および第２回転軸と、
前記第１回転軸に固定された少なくとも１つの第１羽根車と、
前記第２回転軸に固定された少なくとも１つの第２羽根車とを備えた多軸多段ポンプであり、
前記第１羽根車と前記第２羽根車は反対方向を向いていることを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記第１回転軸および前記第２回転軸に連結され、前記第１回転軸および前記第２回転軸を反対方向に回転させる反転装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
前記反転装置は、磁石ロータを備えた磁石式反転装置であることを特徴とする請求項２に記載の給水装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記吐出し圧力の低下および前記モータの回転速度の上昇に基づいて前記磁石式反転装置の脱調を検出することを特徴とする請求項３に記載の給水装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁石式反転装置の脱調を検出することを特徴とする請求項４に記載の給水装置。
【請求項６】
前記給水装置は、前記ポンプを流れる水の流量を検出する流量検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記吐出し圧力の低下、前記モータの回転速度の上昇、および前記水の流量の低下に基づいて前記磁石式反転装置の脱調を検出することを特徴とする請求項３に記載の給水装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上であり、かつ前記ポンプを流れる水の流量が所定の値以下である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁石式反転装置の脱調を検出することを特徴とする請求項６に記載の給水装置。
【請求項８】
前記磁石式反転装置の脱調を検出したときは、前記制御部は前記ポンプを保護停止し、その後前記ポンプの保護停止を解除するリトライ動作を実行することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の給水装置。
【請求項９】
前記モータは、前記第１回転軸および前記第２回転軸を反対方向に回転させる多軸電動機であることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項１０】
前記多軸電動機は、
前記第１回転軸および前記第２回転軸にそれぞれ連結された第１駆動軸および第２駆動軸と、
前記第１駆動軸および前記第２駆動軸に固定され、永久磁石が取り付けられた複数のロータと、
各ロータの外周に配置された複数の電機子とを備え、
前記複数の電機子は、磁極歯と磁極歯に装着されたコイルとを備え、隣接する前記ロータに設けられた永久磁石は、該永久磁石間で電機子を介して磁気カップリングして反転可能なように異磁極の複数対をなし、前記隣接するロータを駆動するときに、対称する位置の電機子が異磁極となるように通電して該対称する位置の電機子の異磁極間で磁気カップリングさせるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の給水装置。
【請求項１１】
前記モータと前記ポンプとの間に配置され、前記モータの回転速度を増加または低下させる磁気変速機をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項１２】
前記磁気変速機は、
入力軸と、
前記入力軸に固定された第１ロータと、
前記第１ロータに固定された第１永久磁石と、
出力軸と、
前記出力軸に固定された第２ロータと、
前記第２ロータに固定された第２永久磁石と、
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に配置された固定磁極片とを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の給水装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記吐出し圧力の低下および前記モータの回転速度の上昇に基づいて前記磁気変速機の脱調を検出することを特徴とする請求項１１または１２に記載の給水装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁気変速機の脱調を検出することを特徴とする請求項１３に記載の給水装置。
【請求項１５】
前記給水装置は、前記ポンプを流れる水の流量を検出する流量検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記吐出し圧力の低下、前記モータの回転速度の上昇、および前記水の流量の低下に基づいて前記磁気変速機の脱調を検出することを特徴とする請求項１１または１２に記載の給水装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上であり、かつ前記ポンプを流れる水の流量が所定の値以下である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁気変速機の脱調を検出することを特徴とする請求項１５に記載の給水装置。
【請求項１７】
前記磁気変速機の脱調を検出したときは、前記制御部は前記ポンプを保護停止し、その後前記ポンプの保護停止を解除するリトライ動作を実行することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の給水装置。
【請求項１８】
前記ポンプ、前記モータ、前記圧力タンク、前記圧力センサ、および前記制御部を内部に収容するキャビネットをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルや集合住宅などの建物に水を供給するための給水装置に関し、特に高層の建物への給水に適した給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビルや集合住宅などの建物に水を供給するためのポンプ装置として給水装置が広く使用されている。給水装置は、水道管に直接、または受水槽を介して接続され、水道管から供給される水を建物内の給水器具（例えば、蛇口）に供給する。近年、特に都市の中心部での建物の高層化に伴い、高い全揚程を得るために多段ポンプを備えた給水装置が普及し始めている。多段ポンプは、回転軸に固定された複数段の羽根車を備えており、これらの羽根車を回転させることで、水を昇圧し、高い位置まで揚水することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１０５２号公報
【特許文献２】特開２００１−５０１７２号公報
【特許文献３】特許第４００１５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
羽根車の枚数が多くなるほど、多段ポンプは水をより高い位置まで移送することができる。しかしながら、その一方で、多段ポンプを給水装置に適用する場合、多段ポンプの回転軸は長くなるため、下記の問題点が起こりうる。
（１）回転軸の剛性の低下による撓みが生じ易くなる。多段ポンプ運転中に回転軸が撓むと、給水装置の全体が振動し、騒音を発生させてしまう。給水装置は、建物の壁沿いなどの生活環境の近くに設置されるため、低騒音・低振動が望まれている。
（２）キャビネット型給水装置では、ポンプ全体をキャビネットで覆うため、回転軸が長くなると、キャビネットの高さが高くなる。最近、キャビネット型給水装置は発売から約３０年が経過し、給水装置の取り換え需要が多くなってきている。特に、都市において、建物と建物の間の狭い隙間に設置されている給水装置を取り換える際には人力で給水装置を運ぶこともあり、給水装置のコンパクト化が望まれる。
（３）多段ポンプは、回転軸の軸封部に軸封装置を備える。多段ポンプの吐出し側に位置する軸封装置は、多段ポンプの吐出し圧力に耐えうる構造を備えている必要がある。特に最近では、建物の高層化に伴い、より高い吐出し圧力を発生することができる給水装置が求められている。このような給水装置において、軸封部が液漏れするとモータが被水して故障し、最悪の場合は断水になる。
（４）給水装置は、故障による断水を避けるため、定期的にポンプの脱着を伴うメンテナンスを行う。回転軸が長くなると、メンテナンス作業は、ポンプの脱着作業や持ち運び等で、より高度な技術が必要とされる。特に最近では、人手不足によりメンテナンス作業の簡易化が望まれる。
【０００５】
そこで、本発明は、建物の高層化に伴い、より高い吐出し圧力を発生することができる給水装置において、低騒音・低振動を実現でき、コンパクトな大きさを持ち、しかも軸封部に作用する液体の圧力を低減することができる給水装置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】
一態様では、水を加圧するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプの吐出し圧力を保持する圧力タンクと、前記ポンプの吐出し圧力を測定する水圧測定器と、前記水圧測定器の測定に基づいて前記ポンプを制御する制御部とを備え、前記ポンプは、並列に配置された第１回転軸および第２回転軸と、前記第１回転軸に固定された少なくとも１つの第１羽根車と、前記第２回転軸に固定された少なくとも１つの第２羽根車とを備えた多軸多段ポンプであり、前記第１羽根車と前記第２羽根車は反対方向を向いていることを特徴とする給水装置が提供される。
【０００７】
一態様では、給水装置は、前記第１回転軸および前記第２回転軸に連結され、前記第１回転軸および前記第２回転軸を反対方向に回転させる反転装置をさらに備える。
一態様では、前記反転装置は、磁石ロータを備えた磁石式反転装置である。
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力の低下および前記モータの回転速度の上昇に基づいて前記磁石式反転装置の脱調を検出する。
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁石式反転装置の脱調を検出する。
一態様では、前記給水装置は、前記ポンプを流れる水の流量を検出する流量検出器をさらに備え、前記制御部は、前記吐出し圧力の低下、前記モータの回転速度の上昇、および前記水の流量の低下に基づいて前記磁石式反転装置の脱調を検出する。
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上であり、かつ前記ポンプを流れる水の流量が所定の値以下である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁石式反転装置の脱調を検出する。
一態様では、前記磁石式反転装置の脱調を検出したときは、前記制御部は前記ポンプを保護停止し、その後前記ポンプの保護停止を解除するリトライ動作を実行する。
【０００８】
一態様では、前記モータは、前記第１回転軸および前記第２回転軸を反対方向に回転させる多軸電動機である。
一態様では、前記多軸電動機は、前記第１回転軸および前記第２回転軸にそれぞれ連結された第１駆動軸および第２駆動軸と、前記第１駆動軸および前記第２駆動軸に固定され、永久磁石が取り付けられた複数のロータと、各ロータの外周に配置された複数の電機子とを備え、前記複数の電機子は、磁極歯と磁極歯に装着されたコイルとを備え、隣接する前記ロータに設けられた永久磁石は、該永久磁石間で電機子を介して磁気カップリングして反転可能なように異磁極の複数対をなし、前記隣接するロータを駆動するときに、対称する位置の電機子が異磁極となるように通電して該対称する位置の電機子の異磁極間で磁気カップリングさせるように構成されている。
【０００９】
一態様では、給水装置は、前記モータと前記ポンプとの間に配置され、前記モータの回転速度を増加または低下させる磁気変速機をさらに備える。
一態様では、前記磁気変速機は、入力軸と、前記入力軸に固定された第１ロータと、前記第１ロータに固定された第１永久磁石と、出力軸と、前記出力軸に固定された第２ロータと、前記第２ロータに固定された第２永久磁石と、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に配置された固定磁極片とを備えている。
【００１０】
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力の低下および前記モータの回転速度の上昇に基づいて前記磁気変速機の脱調を検出する。
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁気変速機の脱調を検出する。
一態様では、前記給水装置は、前記ポンプを流れる水の流量を検出する流量検出器をさらに備え、前記制御部は、前記吐出し圧力の低下、前記モータの回転速度の上昇、および前記水の流量の低下に基づいて前記磁気変速機の脱調を検出する。
一態様では、前記制御部は、前記吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつ前記モータの速度指令値が設定速度以上であり、かつ前記ポンプを流れる水の流量が所定の値以下である状態が、予め設定された時間継続した場合は、前記磁気変速機の脱調を検出する。
一態様では、前記磁気変速機の脱調を検出したときは、前記制御部は前記ポンプを保護停止し、その後前記ポンプの保護停止を解除するリトライ動作を実行する。
一態様では、給水装置は、前記ポンプ、前記モータ、前記圧力タンク、前記圧力センサ、および前記制御部を内部に収容するキャビネットをさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多軸多段ポンプを使用することにより、羽根車が固定される第１回転軸および第２回転軸を短くすることができる。したがって、第１回転軸および第２回転軸の剛性が上がり、第１回転軸および第２回転軸の撓みが抑制される。結果として、給水装置の運転中の振動および騒音を低減させることができる。
また、多軸多段ポンプの高さ（軸方向の寸法）が小さくなるので、給水装置の全体の高さを小さくしつつ、高圧給水が可能となる。
さらには、多軸多段ポンプの第２羽根車によって加圧された液体の圧力は、第２回転軸が貫通するケーシングの部位には加わらない。したがって、軸封装置として、例えば汎用のメカニカルシールを用いることができ、結果として給水装置全体のコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る給水装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す給水装置の詳細な構造の一実施形態を示す正面図である。
【図３】図２に示す給水装置におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３に示すポンプおよびモータを示す断面図である。
【図５】図３の給水装置の反転装置に磁石式反転装置を用いた場合のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】給水装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図７】図６に示す給水装置におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】モータおよび反転装置に接続された磁気変速機の詳細な構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す第１ロータ、第１永久磁石、固定磁極片、第２永久磁石のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】磁気変速機の脱調を検出する工程を説明するフローチャートである。
【図１１】磁気変速機の脱調を検出する工程の他の実施形態を説明するフローチャートである。
【図１２】給水装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図１３】図１２に示す給水装置におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図１４】図１３に示すポンプおよびモータを示す断面図である。
【図１５】図１４のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１６】図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）はモータの動作を説明する説明図である。
【図１７】図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）は、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示す動作時のコイルへの通電パターンのタイムチャートである。
【図１８】図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示す動作時のコイルへの通電状態を示す回路図である。
【図１９】給水装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図２０】図１９に示す給水装置におけるＨ−Ｈ線断面図である。
【図２１】図２０に示すポンプ、モータ、および磁気変速機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る給水装置を示す模式図である。図１に示すように、給水装置１の吸込口１Ａは、導入管５を介して水道管または受水槽に接続されている。給水装置１の吐出し口１Ｂは給水管７に接続されており、この給水管７は、図示しない建物の給水栓（蛇口など）に連通している。給水装置１は、水道管または受水槽からの水を増圧して建物の各給水栓に水を供給するように構成される。
【００１４】
給水装置１は、水を加圧するポンプ２，２と、ポンプ２，２を駆動する駆動源としてのモータ３，３と、モータ３，３を可変速駆動する駆動装置としてのインバータ４，４と、ポンプ２，２の吐出し側に配置された逆止弁９，９と、逆止弁９，９の吐出し側に配置されたフロースイッチ１２，１２、圧力センサ１５、および圧力タンク１８とを備えている。これら構成要素は、キャビネット２０内に収容されている。ポンプ２，２は、吸込管６に接続されており、この吸込管６の一端は給水装置１の吸込口１Ａを構成する。吸込管６は、上述した導入管５に接続されている。本実施形態では、ポンプ２，２、モータ３，３、インバータ４，４、逆止弁９，９、およびフロースイッチ１２，１２が２組設けられ、これらは並列に設けられている。一実施形態では、１組、または３組以上のポンプ、モータ、インバータ、逆止弁、およびフロースイッチを設けてもよい。
【００１５】
逆止弁９，９は、ポンプ２，２の吐出し口２ｂ，２ｂにそれぞれ接続されており、ポンプ２，２が停止したときの水の逆流を防止するための弁である。フロースイッチ１２，１２はポンプ２，２を流れる水の流量を検出する流量検出器である。本実施形態におけるフロースイッチ１２，１２は、ポンプ２，２から吐き出された水の流量が所定の値以下にまで低下したことを検出する。一実施形態として、フロースイッチ１２，１２は、ポンプ２，２に流入する水の流量を検出してもよい。圧力センサ１５は、ポンプ２，２の吐出し圧力を測定するための水圧測定器である。一実施形態として、水圧測定器は、ポンプ２，２の吐出し圧力が所定の設定値に達したときに作動する圧力スイッチを用いてもよい。圧力タンク１８は、ポンプ２，２が停止している間の吐出し圧力を保持するための圧力保持器である。
【００１６】
ポンプ２，２の吐出し口は、逆止弁９，９およびフロースイッチ１２，１２を経由して吐出し集合管２３に接続されている。圧力センサ１５は吐出し集合管２３に取り付けられており、吐出し集合管２３内の静圧、すなわちポンプ２，２の吐出し圧力を測定する。圧力タンク１８は、吐出し集合管２３に連結されている。一実施形態として、流量検出器は、ポンプ２，２毎のフロースイッチ１２，１２に代えて、吸込管６または吐出し集合管２３もしくはその下流にひとつ設けてもよい。
【００１７】
給水装置１は、ポンプ２，２を制御する制御部２５をさらに備えている。ポンプ２，２、モータ３，３、およびインバータ４，４の運転は制御部２５によって制御される。インバータ４，４、フロースイッチ１２，１２、圧力センサ１５は、制御部２５に信号線もしくは通信線を介して接続されている。また、制御部２５は、以下に説明する自動運転による給水を行う。自動運転では、２台のポンプ２，２は、基本的に交互に始動されるように制御部２５によって制御される。また、ポンプ２，２のうちの一方が運転しているときは、他方のポンプ２は予備のポンプとして待機状態にある。制御部２５は、ポンプ２，２のそれぞれの運転回数や停止時間が平準化されるようにこれらポンプ２，２の運転を制御する。ポンプ２が３台以上の給水装置は、少なくとも１台が予備ポンプとして待機状態にあるとよい。
【００１８】
２台のポンプ２，２のうちの一方が運転しているときに、建物での水の使用が停止されると、ポンプ２を流れる水の流量が低下する。フロースイッチ１２は、ポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下まで低下したこと（過少水量）を検出すると、その検出信号を制御部２５に送る。制御部２５はこの検出信号を受け、インバータ４に指令を出して吐出し圧力が所定の停止圧力に達するまでポンプ２の回転速度を一時的に増加させ、圧力タンク１８に蓄圧した後にポンプ２を停止させる。このようなポンプ２の停止動作は、小水量停止動作と呼ばれる。また、小水量停止動作にて全てのポンプ２が停止した状態を小水量停止状態と称す。なお、フロースイッチ１２に代えて／もしくは加えて、制御部２５は、モータ３の電流値が所定の値以下を検出することで過少水量の検出を行ってもよい。
【００１９】
全てのポンプ２，２が小水量停止状態で建物内の水が使用されると、圧力タンク１８内に保持されている水が建物に供給される。圧力タンク１８は、ポンプ２，２の頻繁な起動停止を防止し、且つ給水圧力を円滑に一定に保つ作用をする。建物内でさらに水が使用されると、圧力タンク１８内の水が少なくなり、結果として吐出し圧力が所定の始動圧力以下に低下する。この吐出し圧力は圧力センサ１５によって測定される。吐出し圧力が始動圧力まで低下すると、制御部２５は２台のポンプ２，２のうちの少なくとも一方の運転を開始するよう、対応するインバータ４に指令を出す。制御部２５には、ポンプ２，２を始動させるトリガーとなる上記所定の始動圧力が予め記憶されている。
【００２０】
ポンプ２の運転中は、圧力センサ１５の測定値に基づいて推定末端圧力一定制御または吐出圧力一定制御が行われる。吐出圧力一定制御では、吐出し圧力が所定の目標圧力を維持するように一定に制御される。推定末端圧力一定制御では、ポンプ２の吐出し圧力の目標圧力を適切に変化させることにより、建物内の末端の給水栓での水圧（末端圧）が所定の値を維持するように制御される。また、給水先での水の需要が増えたら始動可能なポンプ２を追加してもよい。このように、制御部２５は、水圧測定器である圧力センサ１５の測定値に基づいてポンプ２，２を制御する。なお、圧力センサ１５に代えて圧力スイッチを用いた場合、圧力スイッチは測定値が所定の始動圧以下にてＯＮ状態となり、制御部２５は該ＯＮ状態の測定に基づいてポンプ２の運転を開始する。
【００２１】
図２は、図１に示す給水装置１の詳細な構造の一実施形態を示す正面図であり、図３は、図２に示す給水装置１におけるＡ−Ａ線断面図である。ポンプ２，２は立軸ポンプであり、ポンプ２，２の上部側にモータ３，３がそれぞれ配置されている。そして、ポンプ２，２の吸込口２ａ，２ａ（図３では１つの吸込口２ａのみが示されている）は、吸込管６に接続され、ポンプ２，２の吐出し口２ｂ，２ｂは、逆止弁９，９を介して吐出し集合管２３に接続されている。吐出し集合管２３には、圧力センサ１５並びに圧力タンク１８が接続されている。導入管５への接続が容易なように吸込口１Ａは、配管スペースＳｐにて鉛直下方向へ開口している。供給管７への接続が容易なように吐出し口１Ｂは、配管スペースＳｐにて鉛直下方向へ開口している。配管スペースＳｐは、キャビネット２０内であって、且つキャビネット２０の中心よりも下に設けられた空間である。配管スペースＳｐは、給水装置１の設置時に、工具などを用いて導入管５と吸込口１Ａの配管作業並びに供給管７と吐出し口１Ｂの配管作業を行うための空間である。一実施形態では、給水装置１の吸込口１Ａ並びに吐出し口１Ｂはキャビネット２０の側面、底面、または、キャビネット２０の外部に設けられてもよい。その際も、給水装置１は、キャビネット２０の中心よりも低い位置に吸込口１Ａ並びに吐出し口１Ｂが配置されるのが好ましい。
【００２２】
また、給水装置１は、建物の外壁等の生活環境に隣接した場所に設置されるため、防音や防振機能を備えたキャビネット２０を備える。キャビネット２０の表側に、扉２１が設けられており、この扉２１を開くことにより作業員がキャビネット２０の内部の構成部品にアクセスし、メンテナンス等を実施することが可能である。キャビネット２０は、扉２１とキャビネット本体２２によって、少なくとも前面、上面、背面、並びに側面が形成され、内部の機器を雨風や直射日光等の外的環境から保護する。本実施形態では、図３に示すように、吐出し集合管２３は吸込管６よりも扉２１の近くに配置されている。一実施形態では、吸込管６は吐出し集合管２３よりも扉２１の近くに配置されてもよい。上述したように、キャビネット型の給水装置１は、都市にて多く採用されるため、ポンプ２，２を立軸ポンプとすることでキャビネット２０の設置面積の省スペース化を実現している。
【００２３】
キャビネット２０の内部には架台３３が配置されている。この架台３３に吸込管６および吐出し集合管２３が防振材３４を介して設置されている。給水装置１の組立にあたっては、架台３３に吸込管６および吐出し集合管２３を予め設置し、さらにポンプ２，２、逆止弁９，９、および圧力タンク１８などの各構成要素を吸込管６および／または吐出し集合管２３に取り付けて組立体を構成し、この組立体をキャビネット２０内に収容する。これにより、組立作業を狭いキャビネット２０内で行わないので、組立作業が容易となる。防振材３４は、ポンプ２，２の運転に伴う振動が配管等の各機器を介してキャビネット２０に伝達するのを防止する防振対策であって、本実施形態ではゴム製の防振材３４が用いられる。なお、ポンプ２，２がキャビネット２０の側面もしくは背面に固定される場合も、防振材３４を介して固定するとよい。
【００２４】
図４は、図３に示すポンプ２およびモータ３を示す断面図である。ポンプ２は、並列に配置された複数の回転軸を有する多軸多段ポンプである。ポンプ２は、並列に配置された第１回転軸４１および第２回転軸４２と、第１回転軸４１に固定された複数の第１羽根車４５と、第２回転軸４２に固定された複数の第２羽根車４６と、複数の第１羽根車４５を収容する第１ケーシング４８と、複数の第２羽根車４６を収容する第２ケーシング４９とを備えている。第１ケーシング４８と第２ケーシング４９とは連通流路５０で接続されている。第１回転軸４１および第２回転軸４２は、鉛直方向に延びている。
【００２５】
複数の第１羽根車４５と複数の第２羽根車４６は、紙面上下方向において反対方向を向いている。本実施形態では、第１羽根車４５の枚数と第２羽根車４６の枚数は同じである。一実施形態では、第１羽根車４５の枚数と第２羽根車４６の枚数は異なってもよい。さらに、一実施形態では、１枚の第１羽根車４５および／または１枚の第２羽根車４６が設けられてもよい。
【００２６】
第１ケーシング４８は、その下端に吸込口２ａを有し、第２ケーシング４９は、その下端に吐出し口２ｂを有している。吸込口２ａと吐出し口２ｂは同じ高さに位置している。一実施形態では、吸込口２ａと吐出し口２ｂは異なる高さに位置してもよい。図２に示す例では、給水装置１の吐出し口１Ｂは、配管スペースＳｐにて鉛直下方向へ開口する。ポンプ２は、第１ケーシング４８の下端に吸込口２ａを有しているので、吸込口２ａと吸込管６を接続することができる。また、ポンプ２は、第２ケーシング４９の下端に吐出し口２ｂを有しているので、吐出し口２ｂと吐出し集合管２３を直接接続することができる。よって、吸込口または吐出し口のいずれか一方がケーシングの上端にある単軸の立軸多段ポンプに比して、吐出し口２ｂを吐出し集合管２３に接続するための鉛直方向に延びる配管を無くす又は短くすることができる。これにより、給水装置１を軽量化できる。
【００２７】
第１ケーシング４８と第２ケーシング４９は並列して配置され、かつ互いに離れている。一実施形態では、第１ケーシング４８と第２ケーシング４９は互いに接触してもよい。第１ケーシング４８の吐出し側と第２ケーシング４９の吸込側は、連通流路５０によって接続されている。連通流路５０は、水の流れを妨げないように、曲管から構成されている。第１羽根車４５は、第１羽根車４５が回転したときに水が吸込口２ａからモータ３に向かって流れる方向を向いている。第２羽根車４６は第１羽根車４５とは反対方向を向いている。すなわち、第２羽根車４６が回転したときに水がモータ３から吐出し口２ｂに向かって流れる方向を向いている。本実施形態では、連通流路５０は、水の流れを妨げないように、曲管から構成されているが、給水装置１では、圧力センサ１５によってポンプ２，２の運転を制御するため、ポンプ２内の圧損が大きくなっても給水先の圧力には影響しない場合もある。よって、連通流路５０は、曲管に限らず省略もしくは簡素化してポンプ２の図４の紙面左右方向の大きさを小さくすることで、キャビネット２０の底面を小さくしてもよい。
【００２８】
第１軸封装置は、第１回転軸４１が第１ケーシング４８の外部に貫通する軸封部に設けられる。第１軸封装置としての第１メカニカルシール５１は、第１ケーシング４８の吐出し側および第１回転軸４１に着脱可能に取り付けられている。第１メカニカルシール５１は、第１羽根車４５とモータ３との間に配置されている。第１ケーシング４８と第１回転軸４１との隙間は、第１メカニカルシール５１によって封止され、外部への液漏れや空気の吸込が防止される。第２軸封装置は、第２回転軸４２が第２ケーシング４９の外部に貫通する軸封部に備えられる。第２軸封装置としての第２メカニカルシール５２は、第２ケーシング４９の吸込側および第２回転軸４２に着脱可能に取り付けられている。第２メカニカルシール５２は、第２羽根車４６とモータ３との間に配置されている。第２ケーシング４９と第２回転軸４２との隙間は、第２メカニカルシール５２によって封止され、外部への液漏れや空気の吸込が防止される。一実施形態では、第１軸封装置および第２軸封装置として、メカニカルシールに代えて、フローティングシール、オイルシール、グランドパッキン、またはラビリンスシールなどを使用してもよい。
【００２９】
ポンプ２とモータ３との間には、第１回転軸４１と第２回転軸４２を反対方向に回転させるための反転装置６０が配置されている。本実施形態では、反転装置６０は、並列に配置された２つの伝達軸６１，６１と、これら伝達軸６１，６１に固定され、互いに噛み合う２つの歯車６４，６４と、これら歯車６４，６４を収容するハウジング６５を備えている。歯車６４，６４は、同じ歯数を有している。モータ３は、取り付けブラケット６７を介して反転装置６０に固定されている。２つの伝達軸６１，６１は、第１軸継手５５および第２軸継手５６によってポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２にそれぞれ連結されている。２つの伝達軸６１，６１のうちの一方は、モータ３の駆動軸３ａに連結され、かつ第１回転軸４１に連結されている。２つの伝達軸６１，６１のうちの他方は第２回転軸４２に連結されている。一実施形態では、２つの伝達軸６１，６１のうちの一方は、モータ３の駆動軸３ａに連結され、かつ第２回転軸４２に連結され、２つの伝達軸６１，６１のうちの他方は第１回転軸４１に連結されてもよい。なお、連通流路５０の圧損が大きい場合は、歯車６４，６４の歯数等を調整して、第１羽根車４５の回転速度よりも第２羽根車４６の回転速度を遅くしてもよい。そうすれば、第２羽根車４６における吸込圧力が不足するのを防止することができる。
【００３０】
モータ３の駆動軸３ａの回転は、一方の伝達軸６１を介して第１回転軸４１に伝達される。同時に、モータ３の駆動軸３ａの回転は、２つの歯車６４，６４および他方の伝達軸６１を介して第２回転軸４２に伝達される。互いに噛み合う２つの歯車６４，６４は反対方向に回転するので、第１回転軸４１と第２回転軸４２は反対方向に同じ速度で回転し、第１羽根車４５および第２羽根車４６も反対方向に同じ速度で回転する。このように、反転装置６０は、１台のモータ３のみで第１回転軸４１と第２回転軸４２の両方を反対方向に回転させることを可能とする。
【００３１】
第１羽根車４５および第２羽根車４６の回転に伴い、水は吸込口２ａを通って第１ケーシング４８内に流入し、第１羽根車４５によって昇圧される。昇圧された水は連通流路５０を通って第２ケーシング４９内に流入し、第２羽根車４６によってさらに昇圧される。第２羽根車４６は第１羽根車４５の下流に配置されており、第１羽根車４５および第２羽根車４６は直列に並んでいる。したがって、水は第１羽根車４５および第２羽根車４６の両方によって加圧され、高圧となる。
【００３２】
本実施形態によれば、ポンプ２として多軸多段ポンプを使用することにより、第１羽根車４５および第２羽根車４６が固定される第１回転軸４１および第２回転軸４２を短くすることができる。また、単一の回転軸を原動機と多段ポンプとが共有する場合に比べて、第１回転軸４１および第２回転軸４２に取り付けられる羽根車の数が半分となるため、各回転軸４１，４２における撓みが抑制される。結果として、ポンプ２の運転中の振動および騒音を低減させることができる。
【００３３】
また、ポンプ２の高さ（軸方向の寸法）が小さくなるので、給水装置１の全体の大きさを小さくしつつ、高圧給水が可能となる。さらに、モータ３の位置を低くすることができるので、給水装置１の全体の重心を下げることができる。結果として、給水装置１が安定し、かつ給水装置１の搬送が容易となる。
【００３４】
第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２にてシールする水は、第１羽根車４５によって昇圧された水であって、かつ第２羽根車４６によって昇圧される前の水である。言い換えれば、第２羽根車４６によって昇圧された水の圧力は、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２には作用しない。本実施形態では、第１羽根車４５と第２羽根車４６の枚数は同じであるので、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２に作用する圧力は、吐出し口２ｂから吐き出される水の圧力の半分である。給水装置１は、ポンプ２とモータ３の間の軸封部から液漏れすると、モータ３は被水して故障する。特に、給水装置１はライフラインであり、断水は極力避けたい。一般的に、軸封装置に作用する圧力が高いほど液漏れを防止するのは困難である。給水装置１は、吐出し口２ｂに軸封部が配置された場合に比べて軸封装置に作用する水の圧力が約半分と低く、液漏れを防止するのが容易となるので、モータ３の被水による断水を抑制することができる。
【００３５】
第１ケーシング４８の吐出し側と第２ケーシング４９の吸込側は、連通流路５０によって接続されているので、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２には、第１羽根車４５で昇圧された揚水の圧力が作用する。したがって、給水装置１は、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２には、同一の構成および同一のサイズを有するメカニカルシールを用いることができる。また、吐出し口２ｂに軸封部が配置される場合に比べて、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２に作用する水の圧力は約半分となるため、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２の耐圧は、約半分でよい。給水装置１が高層の建物に給水する場合、吐出し口２ｂに軸封部が配置されると、使用可能なメカニカルシールは汎用品に存在せず特注品となる。しかし、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２に作用する圧力は、吐出し口２ｂから吐き出される水の圧力の半分であるため、第１メカニカルシール５１および第２メカニカルシール５２は、流通量が豊富で簡単に入手できる汎用のメカニカルシールを使用することができる。
【００３６】
図４に示す反転装置６０は、歯車６４，６４を備えた歯車式反転装置である。一実施形態では、図５に示すように、反転装置６０は、歯車６４，６４に代えて、磁石ロータ６８，６８を備えた磁石式反転装置であってもよい。図５は、図３の給水装置１の反転装置６０に磁石式反転装置を用いた場合のＢ−Ｂ線断面図である。図５に示す実施形態に係る反転装置６０は、並列に配置された２本の伝達軸６１，６１にそれぞれ固定された２つの磁石ロータ６８，６８を備えている。特に説明しない本実施形態の構成は、図３並びに図４に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
【００３７】
磁石ロータ６８，６８は、円盤形状または円筒形状を有しており、その外周面は、Ｓ極の磁石６９ａとＮ極の磁石６９ｂが交互に配置された複数の磁石６９ａ，６９ｂから構成されている。磁石ロータ６８，６８は、同じ数の磁石６９ａ，６９ｂを有している。２つの磁石ロータ６８，６８は互いに同じ形状および同じ大きさを有しており、互いに近接している。２つの磁石ロータ６８，６８のうちの一方が回転すると、２つの磁石ロータ６８，６８間に作用する磁力により、他方の磁石ロータ６８が反対方向に回転する。このように構成された反転装置６０は、図４に示す反転装置６０と同じ機能を有する。２つの磁石ロータ６８，６８は、非接触であるので、歯車式反転装置に比べて騒音が発生しにくく、かつ潤滑油も不要である。図５に示す反転装置６０も、１台のモータ３のみでポンプ２の第１回転軸４１と第２回転軸４２の両方を同じ速度で反対方向に回転させることを可能とする。上述したように、給水装置１は、生活環境の近くに設置される。そのため、歯車式反転装置よりも低騒音で低振動の磁石式反転装置を用いるとよい。
【００３８】
図６は、給水装置１の他の実施形態を示す正面図であり、図７は、図６に示す給水装置１におけるＣ−Ｃ線断面図である。本実施形態の特に説明しない構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の給水装置１は、ポンプ２とモータ３との間に配置された磁気変速機８０をさらに備えている。より具体的には、磁気変速機８０は、モータ３と反転装置６０との間に配置されている。磁気変速機８０は、モータ３に連結され、さらに反転装置６０を介してポンプ２に連結されている。磁気変速機８０はモータ３の回転速度を増加または低下させる装置である。本実施形態では、磁気変速機８０は、モータ３の回転速度を増加させる増速機である。
【００３９】
図８は、モータ３および反転装置６０に接続された磁気変速機８０の詳細な構成を示す断面図である。磁気変速機８０は、入力軸８１と、入力軸８１に固定された第１ロータ８２と、第１ロータ８２に固定された複数の第１永久磁石８４と、第１永久磁石８４に隣接する複数の固定磁極片８５と、固定磁極片８５に隣接する複数の第２永久磁石８６と、第２永久磁石８６が固定された第２ロータ８８と、第２ロータ８８に固定された出力軸８９とを備えている。入力軸８１は、モータ３の駆動軸３ａに連結され、出力軸８９は反転装置６０の２つの伝達軸６１，６１のうちの一方に連結されている。
【００４０】
本実施形態の磁気変速機８０は、第１永久磁石８４、固定磁極片８５、第２永久磁石８６が半径方向に配列されたラジアル型の磁気変速機である。すなわち、複数の第１永久磁石８４は固定磁極片８５の半径方向外側に配置され、複数の固定磁極片８５は第２永久磁石８６の半径方向外側に配置され、複数の第２永久磁石８６は第２ロータ８８の外周面に固定されている。一実施形態では、複数の第２永久磁石８６は第２ロータ８８内に埋設されてもよい。また、一実施形態では、磁気変速機８０は、第１永久磁石８４、固定磁極片８５、第２永久磁石８６が軸方向に配列されたアキシャル型の磁気変速機であってもよい。
【００４１】
第１ロータ８２、第１永久磁石８４、固定磁極片８５、第２永久磁石８６、および第２ロータ８８は、ハウジング９０内に収容されている。ハウジング９０は、入力軸８１が貫通する第１隔壁９１と、出力軸８９が貫通する第２隔壁９２と、第１隔壁９１と第２隔壁９２との間に配置された周壁９３と、第２隔壁９２に接続された取り付けブラケット９４を備えている。第１隔壁９１、第２隔壁９２、および周壁９３により、ハウジング９０内に空間が形成されており、この空間内に第１ロータ８２、第１永久磁石８４、固定磁極片８５、第２永久磁石８６、および第２ロータ８８が配置されている。
【００４２】
第１隔壁９１と周壁９３の一端とは図示しないボルトまたはねじなどの締結具によって締結され、第２隔壁９２と周壁９３の他端とは図示しないボルトまたはねじなどの締結具によって締結されている。第１隔壁９１と周壁９３は一体に形成してもよく、または第２隔壁９２と周壁９３は一体に形成してもよい。本実施形態では、第２隔壁９２と取り付けブラケット９４は一体である。一実施形態では、取り付けブラケット９４は第２隔壁９２に着脱可能に取り付けられてもよい。取り付けブラケット９４は反転装置６０のハウジング６５に、図示しないボルトまたはねじなどの締結具によって固定されている。
【００４３】
固定磁極片８５はハウジング９０に固定されている。入力軸８１は、第１隔壁９１に固定された第１軸受９５によって回転可能に支持され、出力軸８９は、第２隔壁９２に固定された第２軸受９６によって回転可能に支持されている。第１ロータ８２と出力軸８９の端部との間には中間軸受９７が挟まれている。より具体的には、中間軸受９７の内輪は出力軸８９の端部を支持し、中間軸受９７の外輪は第１ロータ８２を支持している。入力軸８１と出力軸８９は互いに独立に回転することが可能である。
【００４４】
入力軸８１と出力軸８９は、共通の軸心ＣＬ上に一列に並んでおり、軸心ＣＬを中心に回転することができる。第２ロータ８８と出力軸８９は同心状である。第１ロータ８２の一部は円筒形状を有しており、第１永久磁石８４は第１ロータ８２の内周面に固定されている。第１ロータ８２と入力軸８１は同心状である。第１ロータ８２および第１永久磁石８４は、入力軸８１と一体に回転可能である。第１永久磁石８４は、第２ロータ８８および出力軸８９の軸心ＣＬの周りに等間隔に配列されている。第２ロータ８８および第２永久磁石８６は、出力軸８９と一体に回転可能である。第２永久磁石８６は、第２ロータ８８および出力軸８９の軸心ＣＬの周りに等間隔に配列されている。
【００４５】
図９は、図８に示す第１ロータ８２、第１永久磁石８４、固定磁極片８５、第２永久磁石８６のＤ−Ｄ線断面図である。固定磁極片８５は磁性材料から構成されており、第２ロータ８８および出力軸８９の軸心ＣＬの周りに等間隔に配列されている。固定磁極片８５は、第１永久磁石８４と第２永久磁石８６との間に配置されている。固定磁極片８５は、第１永久磁石８４と第２永久磁石８６とは非接触である。すなわち、固定磁極片８５と第１永久磁石８４との間には隙間が形成され、固定磁極片８５と第２永久磁石８６との間には隙間が形成されている。
【００４６】
図８に示すように、固定磁極片８５はハウジング９０の第２隔壁９２に固定されており、ハウジング９０は反転装置６０のハウジング６５およびモータ３のケーシングに固定されている。したがって、第１永久磁石８４と第２永久磁石８６が回転可能であるのに対して、固定磁極片８５は回転しない。第１永久磁石８４の数は第２永久磁石８６の数よりも多く、固定磁極片８５の数は、第１永久磁石８４の数および第２永久磁石８６の数よりも多い。このような構成によれば、モータ３のトルクは入力軸８１から出力軸８９に伝達されつつ、出力軸８９は入力軸８１よりも高い速度で回転する。
【００４７】
上述した磁気変速機８０は、モータ３自体の回転速度を上昇させずに、ポンプ２の回転速度を上昇させることができる。磁気変速機８０は、歯車同士の機械的接触がないので、少ない振動および少ない騒音でトルクを伝達することができる。結果として、給水装置１の運転中の振動および騒音を低減させることができる。
【００４８】
図８に示す磁気変速機８０は増速機として機能する。さらに、図８に示す磁気変速機８０は減速機として機能することも可能である。具体的には、出力軸８９を入力軸としてモータ３の駆動軸３ａに接続し、入力軸８１を出力軸として反転装置６０の伝達軸６１に接続してもよい。
【００４９】
磁気変速機８０は、磁気力を利用してトルクを入力軸８１から出力軸８９に伝達する。このため、ポンプ２に過大な負荷が加わると、磁気変速機８０が脱調することがある。ポンプ２に過大な負荷が加わる原因としては、ポンプ２の第１羽根車４５および／または第２羽根車４６に異物が絡みつくことなどが挙げられる。このように、磁気変速機８０が脱調することで、ポンプ２やモータ３の破損を防止できる。しかしながら、磁気変速機８０および磁石式反転装置が脱調すると、モータ３の回転がポンプ２に伝わらず、給水装置１は正常に給水を行うことができない。
【００５０】
そこで、制御部２５は、吐出し圧力の低下およびモータ３の回転速度の上昇に基づいて磁気変速機８０の脱調を検出する。図１０は、磁気変速機８０の脱調を検出する工程を説明するフローチャートである。以下、図１０に示すフローチャートを参照して磁気変速機８０の脱調を検出する工程を説明する。制御部２５は、図１に示す給水装置１において、ポンプ２，２のうちのいずれか一方が運転中か否かを判断する（ステップ１）。ポンプ２，２のうちのいずれか一方が運転しているとき、制御部２５は、圧力センサ１５によって測定された吐出し圧力が設定圧力以下であるか否かを判断する（ステップ２）。上記設定圧力は、ポンプ２の自動運転による給水時の目標圧力に近く且つ目標圧力よりも低い圧力である。例えば、推定末端圧力一定制御であれば、設定圧力は目標圧力の最低値（流量０の時の末端圧の値）の８０％程度であり、吐出圧力一定制御であれば、設定圧力は目標圧力の８０％程度である。ポンプ２の目標圧力並びに設定圧力は、制御部２５に予め設定されている。また、設定圧力は、目標圧力に対する相対的な値（例えば、上述の８０％）が制御部２５に予め設定され、演算にて算出されてもよい。
【００５１】
吐出し圧力が設定圧力以下のとき、制御部２５は、ポンプ２を駆動しているモータ３の速度指令値が設定速度以上であるか否かを判断する（ステップ３）。上記設定速度は、モータ３の最大速度に近い速度であり、例えばモータ３の最大速度の９８％程度である。モータ３の最大速度並びに設定速度は、制御部２５に予め設定されている。また、設定速度は、最大速度に対する相対的な値（例えば、上述の９８％）が制御部２５に予め設定され、演算にて算出されてもよい。吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつモータ３の速度指令値が設定速度以上である場合、制御部２５は、時間Ｔ１をカウントする（ステップ４）。時間Ｔ１は、吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつモータ３の速度指令値が設定速度以上である状態の継続時間である。吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつモータ３の速度指令値が設定速度以上である限り、時間Ｔ１のカウントは続けられる。
【００５２】
制御部２５は、時間Ｔ１が予め設定された時間（例えば３０秒）以上か否かを判断する（ステップ５）。時間Ｔ１が上記予め設定された時間未満である場合は、制御部２５は、上記ステップ１を再度実行する。時間Ｔ１が予め設定された時間以上である場合、すなわち吐出し圧力が設定圧力以下であり、かつモータ３の速度指令値が設定速度以上である状態が、予め設定された時間継続した場合は、制御部２５は、そのポンプ２に連結された磁気変速機８０の脱調を検出する（ステップ６）。モータ３が最大速度に近い速度で回転しているにもかかわらず、吐出し圧力が目標圧力よりも低いときは、モータ３の回転がポンプ２に伝わっていない、つまり磁気変速機８０が脱調していると推定される。
【００５３】
上記ステップ１で全てのポンプ２，２が運転されていない場合（ステップ１のＮＯ）、上記ステップ２で吐出し圧力が設定圧力よりも高い場合（ステップ２のＮＯ）、または上記ステップ３でモータ３の速度指令値が設定速度よりも低い場合（ステップ３のＮＯ）は、制御部２５は時間Ｔ１を０にリセットし（ステップ７）、その後上記ステップ１を再度実行する。
【００５４】
制御部２５は、吐出し圧力の低下およびモータ３の回転速度の上昇に加えて、ポンプ２を流れる水の流量の低下に基づいて磁気変速機８０の脱調を検出してもよい。図１１は、磁気変速機８０の脱調を検出する工程の他の実施形態を説明するフローチャートである。制御部２５は、図１に示す給水装置１において、ポンプ２，２のうちのいずれか一方が運転中か否かを判断する（ステップ１）。ポンプ２，２のうちのいずれか一方が運転しているとき、制御部２５は、圧力センサ１５によって測定された吐出し圧力が上記設定圧力以下であるか否かを判断する（ステップ２）。
【００５５】
吐出し圧力が設定圧力以下のとき、制御部２５は、ポンプ２を駆動しているモータ３の速度指令値が上記設定速度以上であるか否かを判断する（ステップ３）。モータ３の速度指令値が上記設定速度以上である場合、制御部２５は、ポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下であるか否かをフロースイッチ１２からの検出信号に基づいて判断する（ステップ４）。吐出し圧力が設定圧力以下であり、モータ３の速度指令値が設定速度以上であり、かつポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下である場合、制御部２５は、時間Ｔ１をカウントする（ステップ５）。時間Ｔ１は、吐出し圧力が設定圧力以下であり、モータ３の速度指令値が設定速度以上であり、かつポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下である状態の継続時間である。吐出し圧力が設定圧力以下であり、モータ３の速度指令値が設定速度以上であり、かつポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下である限り、時間Ｔ１のカウントは続けられる。
【００５６】
制御部２５は、時間Ｔ１が予め設定された時間（例えば３０秒）以上か否かを判断する（ステップ６）。時間Ｔ１が上記予め設定された時間未満である場合は、制御部２５は、上記ステップ１を再度実行する。時間Ｔ１が予め設定された時間以上である場合、すなわち吐出し圧力が設定圧力以下であり、モータ３の速度指令値が設定速度以上であり、かつポンプ２を流れる水の流量が所定の値以下である状態が予め設定された時間継続した場合は、制御部２５は、そのポンプ２に連結された磁気変速機８０の脱調を検出する（ステップ７）。
【００５７】
上記ステップ１で全てのポンプ２，２が運転されていない場合（ステップ１のＮＯ）、上記ステップ２で吐出し圧力が設定圧力よりも高い場合（ステップ２のＮＯ）、上記ステップ３でモータ３の速度指令値が設定速度よりも低い場合（ステップ３のＮＯ）、または上記ステップ４でポンプ２を流れる水の流量が所定の値よりも大きい場合（ステップ４のＮＯ）は、制御部２５は時間Ｔ１を０にリセットし（ステップ８）、その後上記ステップ１を再度実行する。
【００５８】
制御部２５が磁気変速機８０の脱調を検出すると、制御部２５は脱調検出回数に１を加えるとともに、警報は出さずに、脱調から復帰するための以下のリトライ動作をポンプ２に実行させる。すなわち、制御部２５は、ポンプ２を所定時間の間、保護停止する。具体的には、制御部２５はポンプ２の停止指令をインバータ４に発し、ポンプ２を所定時間の間、保護停止する。その後、制御部２５は、ポンプ２の保護停止を解除して、上述した自動運転の始動の条件に基づいて、インバータ４に指令を発してポンプ２を始動する。保護停止の後であって、ポンプ２を始動させる前、制御部２５はインバータ４に指令を発してポンプ２を一時的に反対方向に回転させてもよい。このようにポンプ２を停止したり反対方向に回転させることで、異物がポンプ２から除去されることが期待される。
【００５９】
上記リトライ動作にてポンプ２を始動した後、ポンプ２が小水量停止動作を行って正常に停止した場合、制御部２５は脱調検出回数を０にリセットする。ポンプ２の小水量停止動作は、上述したように、水の流量が所定の値まで低下したことをフロースイッチ１２が検出し、吐出し圧力が所定の停止圧力に到達するまでポンプ２の回転速度を一時的に上昇させ、その後にポンプ２を停止させる動作である。上記リトライ動作にてポンプ２を始動した後であって、ポンプ２が小水量停止動作を行う前に、制御部２５が磁気変速機８０の脱調を再度検出した場合は、制御部２５は脱調検出回数に１を加えるとともに、上記リトライ動作をポンプ２に再度実行させる。脱調検出回数が所定のしきい値（例えば、しきい値は５）に達したときは、制御部２５は警報を発し、ポンプ２を運転不可とする。なお、制御部２５は、ポンプ２，２毎に脱調検出回数をカウントし警報を発するとよい。
【００６０】
制御部２５が磁気変速機８０の脱調を検出したとき、上記リトライ動作を実行する前に、待機中の他のポンプ２を始動させ、給水装置１に給水動作を継続させることが望ましい。この場合、制御部２５は、上記始動させた他のポンプ２が小水量停止動作にて停止するまでの間、脱調が検出されたポンプ２を保護停止してもよい。また、上述した実施形態では、ポンプ２，２のうちのいずれか一方が運転しているときに、磁気変速機８０の脱調が検出されるが、複数台のポンプ２，２の運転中にも、制御部２５は複数の磁気変速機８０，８０の脱調を同じようにして検出することができる。
【００６１】
磁気変速機８０と同様に、図５に示す磁石ロータ６８，６８を備えた磁石式反転装置６０も、ポンプ２に過大な負荷が加わると脱調する。磁石式反転装置６０の脱調も、図１０および図１１のフローチャートで説明した磁気変速機８０の脱調検出と同じようにして検出することができる。
【００６２】
図１２は、給水装置１の他の実施形態を示す正面図であり、図１３は、図１２に示す給水装置１におけるＥ−Ｅ線断面図である。本実施形態の特に説明しない構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、モータ３は、多軸電動機である。多軸電動機は、複数の駆動軸を反対方向に同期して回転させることができるモータである。したがって、本実施形態では、反転装置６０並びに磁気変速機８０は設けられていない。
【００６３】
図１４は、図１３に示すポンプ２およびモータ３を示す断面図である。モータ３は、ブラシレスＤＣモータから構成された単一の多軸電動機である。モータ３は、並列に配置された第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂと、第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂにそれぞれ固定されたロータ１０２Ａ，１０２Ｂを備えている。モータ３は、これら第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂを反対方向に同期して回転させるように構成されている。本実施形態では、モータ３は、第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂを反対方向に同期して同一の速度で回転させるように構成されている。
【００６４】
ポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２は、共通のモータ３の第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂに第１軸継手５５および第２軸継手５６によってそれぞれ連結されている。ポンプ２とモータ３との間には、反転装置６０は存在せず、モータ３が発生したトルクは、ポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２に直接伝達される。このようなモータ３を用いた構成により、給水装置１の運転中の振動や騒音を低減させることが可能である。さらに、反転装置６０が不要であるので、モータ３の位置を低くすることができる。結果として、コンパクトな給水装置１が実現でき、かつ給水装置１の重心を低くして給水装置１を安定して搬送することができる。また、モータ３は、ポンプ２よりも重量が重い。よって、給水装置１に定期的に実施されるポンプ２の脱着を伴うメンテナンス作業において、上部にモータ３が取り付けられたポンプ２の着脱並びに持ち運びは、モータ３の位置が低い方がより容易となる。
【００６５】
一対のロータ１０２Ａ，１０２Ｂは、モータフレーム１０５内に収容されている。各ロータ１０２Ａ，１０２Ｂが固定された第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂは軸受１０６，１０６によって回転可能に支承されている。２つのロータ１０２Ａ，１０２Ｂは、それぞれ２ｎ極（ｎは極数）の永久磁石１０９ａ，１０９ｂを軸芯に対称に等間隔で磁束がラジアル方向に発生するように配置されている。
【００６６】
図１５は図１４のＦ−Ｆ線断面図である。本実施形態においては、各々のロータ１０２Ａ，１０２Ｂの極数ｎは２（ｎ＝２）であり、Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎの４極の永久磁石１０９ａ，１０９ｂがそれぞれのロータ１０２Ａ，１０２Ｂに取り付けられている。これら４つの永久磁石１０９ａおよび４つの永久磁石１０９ｂは、各ロータ１０２Ａ，１０２Ｂの中心軸線の周りに等間隔でそれぞれ配列されている。本実施形態では、永久磁石１０９ａ，１０９ｂは各々のロータ１０２Ａ，１０２Ｂの外周面に固定されているが、一実施形態では、永久磁石１０９ａ，１０９ｂは各々のロータ１０２Ａ，１０２Ｂ内に埋設されてもよい。
【００６７】
ロータ１０２Ａ，１０２Ｂの外周側には、各ロータ１０２Ａ，１０２Ｂの外周全周を囲むように複数の電機子１１０ａ１〜１１０ａ６，１１０ｂ１〜１１０ｂ６が配設されている。隣接する電機子間のピッチは６０°に設定されている。各電機子１１０ａ１〜１１０ａ６，１１０ｂ１〜１１０ｂ６は、電機子鉄心Ａｃに形成された磁極歯Ｕ〜Ｚ，Ｕ１〜Ｚ１と、磁極歯Ｕ〜Ｚ，Ｕ１〜Ｚ１に装着されたコイル１１４ａ，１１４ｂとから構成されている。磁極歯Ｕ〜Ｚ，Ｕ１〜Ｚ１は円周等配に形成されており、磁極歯Ｕ〜Ｚ，Ｕ１〜Ｚ１には、両ロータ１０２Ａ，１０２Ｂの軸線の中心面Ｇにおいて対称かつ反対の磁極となるように前記コイル１１４ａ，１１４ｂがそれぞれ装着されており、コイル１１４ｂはコイル１１４ａと反対巻きとなっている。
【００６８】
次に、前述のように構成されたモータ３の動作を説明する。図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）はモータ３の動作を説明する説明図である。なお、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）では図解を簡略化するためにロータと電機子のみ示している。電機子のコイル１１４ａ，１１４ｂに通電すると、電機子にはロータ１０２Ａ，１０２Ｂをそれぞれ反転して回転させる空間移動磁界が形成される。すなわち、図１６（ａ）の状態では電機子の磁極歯Ｕ，ＸにはＮ極，磁極歯Ｖ，ＹにはＳ極が形成され、電機子の磁極歯Ｕ１，Ｘ１にはＳ極，磁極歯Ｖ１，Ｙ１にはＮ極が同時に形成されるように通電すると、ロータ１０２Ａ，１０２Ｂは矢印で示すように、対向する方向に回転駆動される。
【００６９】
同様に図１６（ｂ）において、磁極歯Ｖ，ＹにはＳ極，磁極歯Ｗ，ＺにはＮ極が形成され、磁極歯Ｖ１，Ｙ１にはＮ極、磁極歯Ｗ１，Ｚ１にはＳ極が形成され、更に図１６（ｃ）に示すように、磁極歯Ｘ，ＵにはＳ極、磁極歯Ｗ，ＺにはＮ極が形成され、磁極歯Ｘ１，Ｕ１にはＮ極、磁極歯Ｗ１，Ｚ１にはＳ極がそれぞれ同時に形成されるように通電すると、ロータ１０２Ａ，１０２Ｂは連続した回転力で矢印で示す対向する方向に回転駆動される。
【００７０】
ロータ１０２Ａ，１０２Ｂのそれぞれ永久磁石１０９ａ，１０９ｂにより発生する磁界は、電機子によって磁路が各ロータ１０２Ａ，１０２Ｂ間で形成され閉じるように構成されている。したがって、一対のロータ１０２Ａ，１０２Ｂには、異磁極面で磁気カップリング作用が働き、必ず同期して相互に反対方向に回転する。
【００７１】
図１７は、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示す動作時のコイル１１４ａ，１１４ｂへの通電パターンのタイムチャートであり、磁極歯Ｕ〜Ｚの各コイル１１４ａ及び磁極歯Ｕ１〜Ｚ１の各コイル１１４ｂに供給する直流電流の通電パターンを示す図である。各磁極歯Ｕ〜Ｚ及び磁極歯Ｕ１〜Ｚ１には、図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように磁化されるように空間移動磁界（回転磁界）が発生し、ロータ１０２Ａ，ロータ１０２Ｂは、前述したように互いに反対方向に同期して回転する。図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示すパターンの直流を通電する通電回路は、図示は省略するが、半導体素子等の既存の電気素子で構成することができる。
【００７２】
図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示す動作時のコイル１１４ａ，１１４ｂへの通電状態を示す回路図である。図１８（ａ）は図１６（ａ）の動作時のコイル１１４ａ，１１４ｂの通電状態を示し、図１８（ｂ）は図１６（ｂ）の動作時のコイル１１４ａ，１１４ｂの通電状態を示し、図１８（ｃ）は図１６（ｃ）の動作時のコイル１１４ａ，１１４ｂの通電状態を示している。
【００７３】
以上説明した図１２乃至図１８に示す実施形態においては、永久磁石１０９ａ，１０９ｂが取り付けられた一対のロータ１０２Ａ，１０２Ｂを並列して配設し、各ロータの外周全周に複数の電機子１１０ａ１〜１１０ａ６，１１０ｂ１〜１１０ｂ６を配設し、永久磁石１０９ａ，１０９ｂは、ロータ１０２Ａ，１０２Ｂ間で電機子を介して磁気カップリング可能なように異磁極の複数対をなすため、磁気カップリング作用により同期反転を可能にすると共に、それぞれの軸受には過大な偏心荷重をかけずラジアル方向にバランスのとれた均等な荷重となるので、２軸を高速で安定して同期反転駆動することができ、かつ、長寿命な電動機を提供することができる。
【００７４】
また本実施形態によれば、隣接するロータ１０２Ａ，１０２Ｂ間で永久磁石１０９ａ，１０９ｂが磁気カップリングする場合に、複数対の異磁極間で磁気カップリング可能であるため、磁気カップリング面積が大きくとれ、しかも均等なエアギャップ長にできるので脈動のない大きな同期力が得られる。
【００７５】
さらに本実施形態によれば、一対のロータ１０２Ａ，１０２Ｂを駆動するときに、対称する位置の電機子が異磁極となるように通電するため、無通電時の磁気カップリング効果に加え、通電時の磁気カップリング効果をさらに高めることができる。
【００７６】
本実施形態では、モータ３はポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２を同一の速度で同期反転させるように構成されているが、モータ３はポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２を異なる速度で同期反転させるように構成することも可能である。具体的には、ロータ１０２Ａ，１０２Ｂの永久磁石の磁極数を異ならせ、磁極数比に応じた回転速度比でロータ１０２Ａ，１０２Ｂを同期反転させてもよい。
【００７７】
図１９は、給水装置１の他の実施形態を示す正面図であり、図２０は、図１９に示す給水装置１におけるＨ−Ｈ線断面図である。本実施形態の特に説明しない構成および動作は、上述した図１２乃至図１８に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の給水装置１は、図１２乃至図１８に示す実施形態に、図８に示す磁気変速機８０を組み入れたものである。ポンプ２とモータ３との間には、２台の磁気変速機８０，８０が並列に配置されている。
【００７８】
図２１は、図２０に示すポンプ２、モータ３、および磁気変速機８０，８０の断面図である。各磁気変速機８０の詳細な構成は、図８および図９を参照して説明した磁気変速機８０と同じであるので、その重複する説明を省略する。図２１に示すように、モータ３の第１駆動軸３ａおよび第２駆動軸３ｂは、２つの磁気変速機８０，８０の２つの入力軸８１，８１にそれぞれ連結されており、磁気変速機８０，８０の出力軸８９，８９はポンプ２の第１回転軸４１および第２回転軸４２にそれぞれ連結されている。
【００７９】
図８および図９に示す実施形態で説明した磁気変速機８０の脱調の検出、およびポンプ２のリトライ動作は、本実施形態にも適用することが可能である。
【００８０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１      給水装置
１Ａ    吸込口
１Ｂ    吐出し口
２      ポンプ
２ａ    吸込口
２ｂ    吐出し口
３      モータ
４      インバータ
５      導入管
６      吸込管
７      給水管
９      逆止弁
１２      フロースイッチ
１５      圧力センサ
１８      圧力タンク
２０      キャビネット
２１      扉
２３      吐出し集合管
２５      制御部
３３      架台
３４      防振材
４１      第１回転軸
４２      第２回転軸
４５      第１羽根車
４６      第２羽根車
４８      第１ケーシング
４９      第２ケーシング
５０      連通流路
５１      第１メカニカルシール
５２      第２メカニカルシール
５５      第１軸継手
５６      第２軸継手
６０      反転装置
６１      伝達軸
６４      歯車
６５      ハウジング
６７      取り付けブラケット
６８      磁石ロータ
６９ａ，６９ｂ      磁石
８０      磁気変速機
８１      入力軸
８２      第１ロータ
８４      第１永久磁石
８５      固定磁極片
８６      第２永久磁石
８８      第２ロータ
８９      出力軸
９０      ハウジング
９１      第１隔壁
９２      第２隔壁
９３      周壁
９４      取り付けブラケット
１０２Ａ，１０２Ｂ      ロータ
１０５      モータフレーム
１０６      軸受
１０９ａ，１０９ｂ      永久磁石
１１０ａ１〜１１０ａ６，１１０ｂ１〜１１０ｂ６      電機子
１１４ａ，１１４ｂ      コイル
Ａｃ      電機子鉄心
Ｕ〜Ｚ，Ｕ１〜Ｚ１      磁極歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2019163719.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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