(57)【要約】【課題】サブマージドポンプ用モータにおいて、製造工程時の手間を省くとともに、コストを低減することができるようにする。【解決手段】サブマージドポンプ用モータ１０は、モータシャフト２２と、モータシャフト２２が貫通する貫通孔３６が形成されたロータ２４とを有する。モータシャフト２２には、軸方向に沿って窪んだ溝部３４が設けられる。一方、ロータ２４には、溝部３４に係合するように、貫通孔３６内周面から突出する突出部３８が形成される。溝部３４と突出部３８が係合することで、キーを用いずに、モータシャフト２２とロータ２４との相対的な回転を防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータシャフトと、モータシャフトが貫通する貫通孔が形成されたロータとを有するサブマージドポンプ用モータにおいて、
モータシャフトには、軸方向に沿って窪んだ溝部が設けられ、
ロータには、溝部に係合するように、貫通孔内周面から突出する突出部が形成される、
ことを特徴とするサブマージドポンプ用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブマージドポンプ用モータに関し、特にモータの構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）など極低温液体を貯留したタンク内に設置され、タンク内の液体を外部へ汲み上げるサブマージドポンプが知られている。サブマージドポンプは、タンク内に設置されたコラム内に引き抜き可能に据え付けられる。コラムはタンクの外部で送液管に接続され、サブマージドポンプで加圧された液体がコラムの上部から送液管に送出される。
【０００３】
サブマージドポンプは、遠心ポンプなどのポンプと、このポンプを駆動するモータとが同軸上に並んで一体に形成される。サブマージドポンプのモータは、ポンプシャフトと同軸のモータシャフトと、モータシャフトに固定されるロータと、ロータを囲うようにサブマージドポンプのケースに固定されるステータとを有する。一般的に、モータシャフトとロータにはキー溝が形成され、このキー溝にキーを挿入することで、ロータの回転をモータシャフトに伝達すると共に、ロータ自身の周方向における相対的な回転を防止している。
【０００４】
下記特許文献１には、回転軸に固定されるスパイダと、スパイダの外周に固定される環状の積層鋼板である鉄心とからなる固定子を有するモータが開示されている。スパイダの外周には、窪んだ曲面状の凹部が形成されている。一方、鉄心には、スパイダが挿入される挿入孔と、挿入孔の近傍にピンが圧入されるピン挿入孔が形成されている。挿入孔の内径はスパイダの外径より大きく形成され、ピン挿入孔の内径はピンの外径より小さく形成される。このような構成において、ピンをピン挿入孔に圧入することで、挿入孔の内面部分がスパイダに向けて突出変形し圧接部となり、この圧接部がスパイダの凹部に入り込んで圧接し、鉄心とスパイダが相互に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１０２１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
サブマージドポンプは、全体が液に浸漬される形で使用される。このような使用態様であるので、インペラ部分と同時にロータ部分も液に浸漬される。このため、周速を低くしてこのロータ部分における液の摩擦による抵抗を抑制するという観点から、サブマージドポンプは、所定の出力を満たすために軸方向に長くなるように形成される。また、サブマージドポンプは上述のようにコラム内に配置されるので、ポンプの外形はコラムの内径に規制されコラムの軸方向に長くなるように形成される。そうすると、サブマージドポンプ用モータ及びそのロータも比較的軸方向に長く形成されるので、キーも長く形成されることになる。このような長さを有するキーは、ロータとモータシャフトとの周方向の相対的な回転を防止する部材であるため、所定の剛性が必要になるので、特に径方向に所定の大きさが求められる。そうすると、ロータとモータシャフトのキー溝は、所定の深さを有するように形成される。
【０００７】
キーは、極低温液体の環境下でも使用可能なように析出硬化系ステンレスが用いられる。このステンレスは、他のステンレスに比べ高価なものである。上述のように軸方向の所定の長さを有するとともに径方向においてもある程度の大きさが必要になってその重量が大きくなり、キー自体のコストがかかってしまうという問題がある。
【０００８】
また、モータシャフトのキー溝は、通常、エンドミル加工またはスロッター加工などの精密切削加工により形成されるので、加工に時間がかかり、製造コストが高くなるという問題もある。
【０００９】
また、ロータは、軸方向に積層する積層鋼板が用いられる。積層鋼板１枚の厚みは約１ｍｍで、各積層鋼板にはキー溝用の窪みが形成されており、これらの鋼板を積層することによりキー溝が形成される。このキー溝の公差は、通常、百分の一ミリ以下である。よって、鋼板を積層する際、この精度を実現するために、積層組立に手間がかかるという問題がある。特に、サブマージドポンプにおいては、上述のようにロータが軸方向に長く形成されるので、ロータに使用される積層鋼板の枚数も多くなり、上記キー溝の精度出しには相当に手間がかかってしまう。
【００１０】
本発明は、製造工程時の手間を省くとともに、コストを低減することができるサブマージドポンプ用モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、モータシャフトと、モータシャフトが貫通する貫通孔が形成されたロータとを有するサブマージドポンプ用モータにおいて、モータシャフトには、軸方向に沿って窪んだ溝部が設けられ、ロータには、溝部に係合するように、貫通孔内周面から突出する突出部が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のサブマージドポンプ用モータによれば、製造工程時の手間を省くとともに、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るサブマージドポンプの構成を示す断面図である。
【図２】モータシャフトを示す図である。
【図３】ロータを示す図である。
【図４】軸方向から見たモータシャフトとロータとを示す図である。
【図５】図４のＡ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るサブマージドポンプ用モータの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、まず、サブマージドポンプの構成を示す断面図である。
【００１５】
サブマージドポンプ１０は、極低温の液化ガスを貯留したタンク内に設置され、タンク内の液体を外部へ汲み上げる装置である。極低温の液化ガスは、例えば、液化天然ガス、液化石油ガス、液化エチレン、液化窒素など液体であり、これらの液体の温度は、液化天然ガスが−１６２℃、液化石油ガスが−４５℃、液化エチレンが−１０４℃、液化窒素が−１９６℃である。本実施形態のサブマージドポンプ１０は、このような極低温の液体を扱うサブマージポンプであることが好適である。よって、サブマージドポンプ１０を構成する部材は、低温−１９６℃にも耐えうる材質が使用される。なお、本発明のサブマージドポンプ１０は、上述のように主に極低温下で使用されることが好ましいが、使用温度には限定されない。
【００１６】
サブマージドポンプ１０は、タンク内の液体を、コラムを介して外部へ吐出する多段遠心ポンプ１２と、多段遠心ポンプ１２を駆動するモータ（本願発明のサブマージドポンプ用モータに対応）１４とを有する。
【００１７】
多段遠心ポンプ１２は、ポンプシャフト１６と、ポンプシャフト１６に配置された複数のインペラを含む遠心ポンプ１８と、ポンプシャフト１６と遠心ポンプ１８とを収容するポンプケース２０とを有する。本実施形態の遠心ポンプ１８は５個であるが、本発明はこの遠心ポンプ１８の個数、すなわち段数に限定されず、要求性能などから適宜定めることができる。
【００１８】
モータ１４は、モータシャフト２２と、モータシャフト２２に固定されたロータ２４と、ロータ２４を囲うように配置されたステータ２６と、モータシャフト２２とロータ２４とステータ２６とを収容するモータケース２８とを有する。
【００１９】
ロータ２４は、モータシャフト２２と同心の円筒状の磁性体であり、例えばケイ素鋼板を軸方向に積層して構成される。
【００２０】
モータシャフト２２は、例えば析出硬化系ステンレスであり、モータケース２８に設けられる軸受３０によりステータ２６に対して回転可能に支持される。モータシャフト２２は、モータ１４の出力を多段遠心ポンプ１２に伝達する出力シャフトであり、このモータシャフト２２とポンプシャフト１６とは、同軸で接続される。
【００２１】
ステータ２６は、ロータ２４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ２６は、ステータコイル３２を有し、このステータコイル３２の通電により、ステータ２６に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界に吸引される力がロータ２４に発生して、ロータ２４が回転する。
【００２２】
次に、モータシャフト２２とロータ２４の固定構造について、図２−５を用いて説明する。図２は、モータシャフト２２を示す図であり、図３は、ロータ２４を示す図であり、図４は、軸方向から見たモータシャフト２２とロータ２４とを示す図であり、図５は、図４のＡ部の拡大図である。
【００２３】
本実施形態のモータ１４は、モータシャフト２２には、軸方向に沿って窪んだ溝部３４が設けられ、ロータ２４には、溝部３４に係合するように、貫通孔３６内周面から突出する突出部３８が形成されることを特徴とする。このように、突出部３８と溝部３４が係合することにより、モータシャフト２２とロータ２４の相対的な回転を確実に防止することができる。また、従来のようなキーを必要としないので、部品点数を削減でき、製造コスト及び手間を低減することができる。
【００２４】
図２に示されるように、モータシャフト２２には溝部３４が形成されている。溝部３４は、軸方向に一端（図中右側）が開放されている。ロータ２４の貫通孔３６にモータシャフト２２が挿入されるとき、この開放された一端側から、突出部３８が溝部３４に挿入される。溝部３４の一端が開放であるため、エンドミルによる切削加工が容易になる。
【００２５】
図３に示されるように、ロータ２４の貫通部３６の内周面に突出部３８が形成されている。突出部３８は、図４，５に示されるように、断面半円形であり、溝部３４は、この突出部３８の形状に対応するように形成される。
【００２６】
突出部３８の高さは、３．５ｍｍ程度であり、この寸法は、従来のキー溝の深さと同等か小さいサイズである。なお、突出部３８の高さは、上述のように３．５ｍｍ程度が好ましいが、モータシャフト２２に伝達するトルクの大きさから、考慮して突出部３８の高さを選定してもよい。また、突出部３８の幅は、定格出力３０〜２０００ｋＷに応じて、６．５２〜６．６２ｍｍであり、この寸法は、従来のキー溝の約半分のサイズである。このように、突出部３８の形状は、従来のロータ及びモータシャフトに形成されたキー溝のサイズより小さい。よって、本実施形態のモータシャフト２２に形成される溝部３４のサイズは、従来のキー溝のサイズより小さくなるので、溝部３４の加工も容易になる。また、溝部３４及び突出部３８の断面形状が半円形でよいので、断面矩形の溝部及び突出部構造を成形する場合と比較して、加工に特殊な加工装置を必要としない。
【００２７】
また、従来技術で述べたように、従来のキー溝の公差は、通常、百分の一ミリ以下が要求される。このため、鋼板を積層する際、この精度を実現するために、手間がかかっていた。一方、本実施形態における突出部３８と溝部３４においては、そこまでの公差は要求されない。ロータシャフト２２にロータ２４が固定されたとき、相対的な回転が防止できるのであれば、突出部３８と溝部３４の間に隙間が生じていてもよい。よって、サブマージドポンプ用モータ１４特有の事情によりロータに使用される積層鋼板が多くなったとしても、突出部３８の精度が従来のキー溝より大幅に緩和されるので、従来に比べ組立時の手間が大幅に低減できる。
【００２８】
次に、モータシャフト２２とロータ２４の固定方法について簡単に説明する。ロータ２４は、薄板状の磁性体であるケイ素鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた鋼板を軸方向に所定の枚数を積層する。このプレス加工により突出部３８が形成され、積層時において突出部３８が位置合わせの基準となる。積層された複数の鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。
【００２９】
モータシャフト２２においては、切削加工により溝部３４を形成する。そして、モータシャフト２２は、焼き嵌めまたは圧入により、ロータ２２と一体固定される。このとき、モータシャフト２２の溝部３４にロータ２４の突出部３８が嵌り合うようにして、モータシャフト２２がロータ２４の貫通孔３６に挿入される。
【００３０】
図２，３には、溝部３４及び突出部３８の数がそれぞれ１つである場合の例を示しているが、本発明はこの構成に限定されず、溝部３４及び突出部３８の数は複数でも構わない。また、溝部３４及び突出部３８の形状は、加工が行い易い断面半円形が好ましいが、本発明はこの構成に限定されず、角を丸くした矩形など、他の形状でも構わない。
【符号の説明】
【００３１】
１０  サブマージドポンプ、１２  多段遠心ポンプ、１４  モータ、１６  ポンプシャフト、１８  遠心ポンプ、２０  ポンプケース、２２  モータシャフト、２４  ロータ、２６  ステータ、２８  モータケース、３０  軸受、３２  ステータコイル、３４  溝部、３６  貫通孔、３８  突出部。
【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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