(57)【要約】      （修正有）【課題】外径の制限を受けつつも、所定の揚程を容易に得ることができ、しかも、軸方向の寸方をより小型化する。【解決手段】円筒状のハウジング１１０と、この一端側と他端側にそれぞれ内装されたモータ部２００とポンプ部３００とを備え、上記モータ部２００は、ＳＲモータ２１０を備えて構成されており、上記ポンプ部３００は、上記ＳＲモータ２１０の出力軸２１３と同一軸線をもって回転可能なポンプ軸３１０と、このポンプ軸３１０に取付けられた羽根車３１２と、吸い込み口１２５と、吐出口１２９とを備えて構成されており、かつ、上記モータ部２００の出力軸２１３に取付けられた駆動側マグネット２１５と上記ポンプ軸３１０に取付けられた被動側マグネット３１１とを、上記ハウジング１１０をその一端側空間と他端側空間とに仕切る隔壁１２０を挟んで対向させている。【選択図】  図１
2004150390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のハウジングと、このハウジングの一端側と他端側にそれぞれ内装されたモータ部とポンプ部とを備え、上記モータ部は、上記ハウジングの他端側に向けて延出する出力軸をもつＳＲモータを備えて構成されており、上記ポンプ部は、上記ＳＲモータの出力軸と同一軸線をもって回転可能なポンプ軸と、このポンプ軸の適部に取付けられた羽根車と、この羽根車よりも上記ハウジングの一端側において上記ハウジングに形成された吸い込み口と、上記ハウジングの他端部に設けられた吐出口とを備えて構成された水中ポンプであって、上記モータ部の出力軸と上記ポンプ部のポンプ軸とは、上記モータ部の出力軸に取付けられた駆動側マグネットと上記ポンプ軸に取付けられた被動側マグネットとを、上記ハウジングをその一端側空間と他端側空間とに仕切る隔壁を挟んで対向させることによって構成されるマグネット・カプリングにより連携させられており、
上記隔壁は、上記ハウジングの軸方向に延びる円筒状部分と、この円筒状部分の一端を閉じる底壁部と、この円筒状部分の他端と上記ハウジングの内壁とをつなぐフランジ部とを備え、上記駆動側マグネットは上記円筒状部分の外側に配置されており、上記被動側マグネットは上記円筒状部分の内側に配置されているとともに、
上記ハウジングには、上記隔壁よりもハウジング他端側において、上記ポンプ軸を水密シールしつつ挿通する壁部が形成されており、この壁部と上記隔壁とによってハウジング内を仕切って形成される空間には、所定の液体が封入されていることを特徴とする、水中ポンプ。
【請求項２】
上記所定の液体は、防錆液あるいは不凍液である、請求項１に記載の水中ポンプ。
【請求項３】
円筒状のハウジングと、このハウジングの一端側と他端側にそれぞれ内装されたモータ部とポンプ部とを備え、上記モータ部は、上記ハウジングの他端側に向けて延出する出力軸をもつＳＲモータを備えて構成されており、上記ポンプ部は、上記ＳＲモータの出力軸と同一軸線をもって回転可能なポンプ軸と、このポンプ軸の適部に取付けられた羽根車と、この羽根車よりも上記ハウジングの一端側において上記ハウジングに形成された吸い込み口と、上記ハウジングの他端部に設けられた吐出口とを備えて構成された水中ポンプであって、上記モータ部の出力軸と上記ポンプ部のポンプ軸とは、上記モータ部の出力軸に取付けられた駆動側マグネットと上記ポンプ軸に取付けられた被動側マグネットとを、上記ハウジングをその一端側空間と他端側空間とに仕切る隔壁を挟んで対向させることによって構成されるマグネット・カプリングにより連携させられており、
上記隔壁は、上記ハウジングの軸方向に延びる円筒状部分と、この円筒状部分の一端と上記ハウジングの内壁とをつなぐフランジ部と、この円筒状部分の他端を閉じる底壁部とを備え、上記駆動側マグネットは上記円筒状部分の内側に配置されており、上記被動側マグネットは上記円筒状部分の外側に配置されているとともに、
上記円筒状部分の外側の空間は上記ポンプ部の吸い込み口と連通させられており、かつ、上記フランジ部よりもハウジング他端側におけるハウジングには、その内外を連通させる孔が形成されていることを特徴とする、水中ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、水中ポンプに関し、たとえば、家庭用井戸ポンプとして用いると好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中ポンプは、たとえば、井戸用ポンプとして使用され、この場合、地上から地下水脈に至るまで筒状の井戸ケーシングを埋設し、この井戸ケーシングを通してポンプ本体を地下水脈中に浸漬するようにして使用する。電源および制御部は地上に設置され、井戸ケーシングを通したケーブルを介してポンプ本体につなげられる。揚水配管もまた、ポンプ本体から井戸ケーシングを通して地上に引き出される。このような水中ポンプは、吐出側の圧力を揚程として用いることができるので、たとえば、地下３０〜５０ｍの深井戸の水さえ汲み上げることができる。
【０００３】
井戸ケーシングは、最近では内径１０ｃｍ程度のものが多用され、地上から地下水脈に至るまでボーリングを施した後、このボーリングによってできた穴に円筒パイプを挿入することによって形成される。水中ポンプは、モータ部と、このモータ部の出力軸に取付けた羽根車を回転させて周囲の水を吸引し、かつ吐出するポンプ部とを備えるが、上記のような円筒状の井戸ケーシング内に設置して使用する場合、たとえば特許文献１に示されているように、全体として円筒形の外形を有するように構成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５４５９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水中ポンプは、モータ部を水密封止する必要がある。メカニカルシールによってモータ出力軸の軸封をすることには寿命および信頼性に問題があるため、上記特許文献１に示された水中ポンプでは、モータ部として、いわゆるキャンドモータが使用されている。このキャンドモータは、ステータにのみ給電するようにするとともに、ステータとロータとの間に円筒状のキャンを配置し、ロータはキャンの内部に浸入が許容された液体中で回転するように構成されたものである。
【０００６】
しかしながら、キャンドモータは、ステータとロータとの間の隙間を厳しく管理する必要があり、しかも、このような隙間にキャンを正確に配置する必要があるため、製作がきわめて困難であり、また、コストが高くつくという問題がある。
【０００７】
さらに、上記キャンドモータは、基本的にＡＣモータとして構成されているので、回転数は、高々３０００ｒｐｍ止まりである。そうすると、全体の外径の制限を受けつつ所定の揚程を得るためには、上記特許文献１にも示されているように、羽根車を複数段備えたポンプ部を形成せねばならず、ポンプとしての軸方向の大型化を招く。
【０００８】
本願発明は、上記のような事情のもとで考え出されたものであって、外径の制限を受けつつも、所定の揚程を容易に得ることができ、しかも、軸方向の寸法をより小型化することができる水中ポンプを提供することをその課題としている。
【０００９】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の各技術的手段を採用した。
【００１０】
すなわち、本願発明の第１の側面によって提供される水中ポンプは、円筒状のハウジングと、このハウジングの一端側と他端側にそれぞれ内装されたモータ部とポンプ部とを備え、上記モータ部は、上記ハウジングの他端側に向けて延出する出力軸をもつＳＲ（スイッチト・リラクタンス）モータを備えて構成されており、上記ポンプ部は、上記ＳＲモータの出力軸と同一軸線をもって回転可能なポンプ軸と、このポンプ軸の適部に取付けられた羽根車と、この羽根車よりも上記ハウジングの一端側において上記ハウジングに形成された吸い込み口と、上記ハウジングの他端部に設けられた吐出口とを備えて構成された水中ポンプであって、
上記モータ部の出力軸と上記ポンプ部のポンプ軸とは、上記モータ部の出力軸に取付けられた駆動側マグネットと上記ポンプ軸に取付けられた被動側マグネットとを、上記ハウジングをその一端側空間と他端側空間とに仕切る隔壁を挟んで対向させることによって構成されるマグネット・カプリングにより連携させられており、
上記隔壁は、上記ハウジングの軸方向に延びる円筒状部分と、この円筒状部分の一端を閉じる底壁部と、この円筒状部分の他端と上記ハウジングの内壁とをつなぐフランジ部とを備え、上記駆動側マグネットは上記円筒状部分の外側に配置されており、上記被動側マグネットは上記円筒状部分の内側に配置されているとともに、
上記ハウジングには、上記隔壁よりもハウジング他端側において、上記ポンプ軸を水密シールしつつ挿通する壁部が形成されており、この壁部と上記隔壁とによってハウジング内を仕切って形成される空間には、所定の液体が封入されていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記所定の液体は、防錆液あるいは不凍液である。
【００１２】
以上の構成において、ＳＲモータを回転させると、その回転出力がマグネット・カプリングを介してポンプ軸に伝達され、このポンプ軸が回転させられる。そうすると、羽根車のポンピング作用により、ハウジングの吸い込み口から吸引された液体が、連続して吐出口から吐出される。
【００１３】
本願発明の水中ポンプにおいては、その動力源として、とくにＳＲモータが用いられている。このＳＲモータは、１００００〜１４０００ｒｐｍの最高回転数を達成することができるので、円筒型水中ポンプとして、その外径がたとえば１０ｃｍ程度に制限され、羽根車の外径もそれに応じて比較的小径とせざるをえなくとも、しかも、羽根車を１段構成としたとしても、十分な揚程を実現することができる。しかも、モータ部とポンプ部とが隔壁によって仕切られて、モータの出力軸とポンプ軸とがマグネット・カプリングによって非接触で連携されているので、モータの出力軸、あるいはポンプ軸に軸封を施す必要がなく、信頼性が著しく向上する。さらには、羽根車を１段構成とすることができることから、水中ポンプ全体の軸方向長さを短縮して、コンパクトにすることができる。加えて、一般にＳＲモータは、その他のモータに比較して振動と騒音が大きくなる傾向があるが、そもそもこの水中ポンプは、水中に浸漬し、他物に固定することなく使用されるので、上記の振動や騒音が実際上の問題となることはほとんどない。
【００１４】
また、上記隔壁は、上記ハウジングの軸方向に延びる円筒状部分を備えており、この円筒状部分をその半径方向に挟んで上記駆動側マグネットと上記被動側マグネットとが配置されているので、駆動側マグネットと被動側のマグネットとの対向面積を増大させることができ、その結果、このマグネット・カプリングの動力伝達効率がより向上する。
【００１５】
さらに、上記隔壁は、上記円筒状部分と、この円筒状部分の一端を閉じる底壁部と、この円筒状部分の他端と上記ハウジングの内壁とをつなぐフランジ部とを備え、上記駆動側マグネットは上記円筒状部分の外側に配置されており、上記被動側マグネットは上記円筒状部分の内側に配置され、上記ハウジングには、上記隔壁よりもハウジング他端側において、上記ポンプ軸を水密シールしつつ挿通する壁部が形成されており、この壁部と上記隔壁とによってハウジング内を仕切って形成される空間には、防錆液や不凍液等の所定の液体が封入されている。
【００１６】
このように構成することにより、マグネット・カプリング部分を錆から防ぐことができるし、また、寒冷地での使用にあたり、たとえば、ハウジング内に残った水が凍結してポンプの起動に支障を来たすといった事態を防止することができる。
【００１７】
本願発明の第２の側面によって提供される水中ポンプは、円筒状のハウジングと、このハウジングの一端側と他端側にそれぞれ内装されたモータ部とポンプ部とを備え、上記モータ部は、上記ハウジングの他端側に向けて延出する出力軸をもつＳＲモータを備えて構成されており、上記ポンプ部は、上記ＳＲモータの出力軸と同一軸線をもって回転可能なポンプ軸と、このポンプ軸の適部に取付けられた羽根車と、この羽根車よりも上記ハウジングの一端側において上記ハウジングに形成された吸い込み口と、上記ハウジングの他端部に設けられた吐出口とを備えて構成された水中ポンプであって、
上記モータ部の出力軸と上記ポンプ部のポンプ軸とは、上記モータ部の出力軸に取付けられた駆動側マグネットと上記ポンプ軸に取付けられた被動側マグネットとを、上記ハウジングをその一端側空間と他端側空間とに仕切る隔壁を挟んで対向させることによって構成されるマグネット・カプリングにより連携させられており、
上記隔壁は、上記ハウジングの軸方向に延びる円筒状部分と、この円筒状部分の一端と上記ハウジングの内壁とをつなぐフランジ部と、この円筒状部分の他端を閉じる底壁部とを備え、上記駆動側マグネットは上記円筒状部分の内側に配置されており、上記被動側マグネットは上記円筒状部分の外側に配置されているとともに、
上記円筒状部分の外側の空間は上記ポンプ部の吸い込み口と連通させられており、かつ、上記フランジ部よりもハウジング他端側におけるハウジングには、その内外を連通させる孔が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、吸い込み口から上記孔までの循環経路が形成され、また、この循環経路内に被動側マグネットが配置されることになる。この場合被動側マグネットは、隔壁の円筒状部分の外側に配置されているから、ポンプ軸に対して大径であり、ポンプ軸の回転時、ポンピング作用を行なう。すなわち、吸い込み口からハウジング内に導入された液体の一部が、上記被動側マグネットのポンピング作用により上記孔から吐き出される。したがって、仮にポンプ作動時、吸い込み口からスケール等の異物がハウジング内に導入されたとしても、上記した液体循環により、すみやかに上記孔からハウジング外に排出され、異物がハウジング内に溜まってポンプ作動に支障を来たすといった事態が回避される。
【００１９】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行なう詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２１】
まず、図１を参照し、本願発明の第１の側面に係る水中ポンプ１００の実施形態について説明する。水中ポンプ１００は、全体として円筒形をしているとともに、たとえばステンレスによって形成されたハウジング１１０を備えており、このハウジング１１０に内装されるようにして、その一端側にはモータ部２００が、他端側にはポンプ部３００が配置されている。図示の便宜上、水中ポンプ１００は横向きに描かれているが、井戸ケーシング（図示略）内で井戸水汲み上げポンプとして用いる場合には、ハウジング１１０の一端側、すなわち、モータ部２００の方を下にした垂直状として使用される。
【００２２】
モータ部２００は、その出力軸２１３がハウジング１１０の他端側に向けて延出するＳＲモータ２１０を備えて構成される。このＳＲモータ２１０は、ハウジング１１０の内壁に沿って配置された環状のステータ２１１と、このステータ２１１の内側において、円筒状ハウジング１１０の軸線と同一軸線周りに回転可能に支持されたロータ２１２とを備える。ロータ２１２は、ハウジング１１０の内壁に内向きフランジ状に形成された支持部１１５，１１６に対し、軸方向の２箇所においてベアリング１１３，１１４を介して回転支持された出力軸２１３と一体的に回転する。
【００２３】
よく知られているように、ＳＲモータ２１０のロータ２１２は、マグネットを用いず、通常は断面において放射状に延びる複数の鉄製ブロック片（図示略）を有する。ステータ２１１に形成される複数の電磁石の磁極を制御してロータ２１２の各ブロック片に周方向一方向の電磁的な引力を与え続けることにより、ロータ２１２を比較的高速回転させることができ、また、その起動回転力も大きく、回転数の制御も可能である。ＡＣモータが高々３０００ｒｐｍの回転数しか実現できないのに対し、ＳＲモータ２１０は、１００００〜１４０００ｒｐｍの最高回転数を容易に実現することができる。ＳＲモータが電気自動車の駆動モータに採用されつつある所以である。
【００２４】
ハウジング１１０の内部は、隔壁１２０によって、上記モータ部２００が内装される一端側空間と、上記ポンプ部３００が内装される他端側空間とに仕切られている。この実施形態では、この隔壁１２０は、円筒状部分１２１と、この円筒状部分１２１のハウジング他端側端部とハウジング１１０の内壁とをつなぐフランジ部１２３と、この円筒状部分１２１のハウジング一端側を塞ぐ底壁部１２２とを有するように形成されている。この隔壁１２０もまた、ステンレスによって形成される。
【００２５】
上記隔壁１２０の上記円筒状部分１２１とハウジング１１０の内壁との間の空間には、上記ＳＲモータ２１０の出力軸２１３と一体に回転するカップ状をしたブラケット２１４に支持された駆動側マグネット２１５が配置されている。
【００２６】
ポンプ部３００は、上記隔壁１２０よりも他端側におけるハウジング１１０内において、上記ＳＲモータ２１０の出力軸２１３と同一軸線をもって回転可能に支持されたポンプ軸３１０と、このポンプ軸３１０のハウジング他端側に取付けられた羽根車３１２とを備えて構成されている。ポンプ軸３１０は、その一端側がハウジング１１０の内壁から内向フランジ状に延びる支持部１１１に対して、その他端側がハウジング１１０の内壁に対してステー１３１によって支持されたボス部１３０に対して、それぞれメタルベアリング１３２，１３３を介して回転可能に支持されている。
【００２７】
ポンプ軸３１０のハウジング一端側の端部には、上記隔壁１２０の円筒状部分１２１を挟んで上記駆動側マグネット２１５と対向するようにして、被動側マグネット３１１が取付けられている。上記駆動側マグネット２１５と上記被動側マグネット３１１とにより、上記隔壁１２０のハウジング一端側に配置されるＳＲモータ２１０の出力軸２１３の回転動力を上記隔壁１２０のハウジング他端側に配置されるポンプ軸３１０に非接触状態で伝達することができるマグネット・カプリング３５０が構成される。
【００２８】
ハウジング１１０内における上記隔壁１２０よりもハウジング他端側の領域はまた、上記ポンプ軸３１０を水密シールしながら挿通する壁部１２４によって仕切られており、このようにして上記隔壁１２０および上記壁部１２４によって仕切られる空間には、防錆液、あるいは不凍液が充填される。上記隔壁１２０が設けられていることにより、このような防錆液、あるいは不凍液がモータ部２００に浸入するといった心配はない。また、上記領域に防錆液を充填しておくことにより、被動側マグネット３１１が錆びつくといった問題を防止することができるし、不凍液を充填しておくと、寒冷地での使用において、ハウジング１１０内に残った液体の一部が凍結し、水中ポンプ１００の起動に支障をきたすといった問題も回避できる。
【００２９】
上記ハウジング１１０にはまた、その側壁における上記壁部１２４よりもハウジング他端側において、吸い込み口１２５が開口させられている。この吸い込み口１２５には、好ましくはストレーナ１２６が取付けられる。ポンプ軸３１０のハウジング他端側の端部には、単一の羽根車３１２が取付けられている。この羽根車３１２は、ポンプ軸３１０とともに回転することにより、上記吸い込み口１２５からハウジング１１０内に導入され、ラッパ状の吸い込みガイド１２７に案内されてきた液体を吸引して遠心力によって半径方向外方に吐き出すというポンピング作用を行なう。
【００３０】
羽根車３１２によってその半径方向外方に吐き出された液体は、整流板１２８によって整流されながらハウジング１１０内をさらにその他端方向に送られ、逆止弁１５０を介してハウジング１１０の他端側に設けられた吐出口１２９に送られる。この揚水ポンプとしての使用にあたっては、上記吐出口１２９に揚水配管４３０（図示略）が接続される。この実施形態において、上記逆止弁１５０は、ハウジング１１０の他端側の端部に形成された内向フランジ状の弁座１５１と、この弁座１５１のハウジング他端側の面に着座して閉位置をとることができる弁体１５２とによって形成されている。弁体１５２は、上記弁座１５１のハウジング他端側の面に着座接触しうる円板部１５２ａと、この円板部の一側から上記弁座１５１の内径部に沿って延びるガイド脚１５２ｂと、円板部１５２ａの他側の中心位置から延出するガイドピン１５２ｃとを有する。このガイドピン１５２ｃは、吐出口１２９の内部にステー１３８を介して支持されたボス部１３９に軸方向移動可能に挿通される。この弁体１５２は、水中ポンプ１００の作動時にはハウジング１１０の内部からの液体圧を受けて図の仮想線で示すように移動して、液体の吐出方向の流出を許容するが、水中ポンプ１００の非作動時においてハウジング１１０の内部の液体圧が消失した場合に図に実線で示すように弁座１５１に当接して液体のハウジング１１０内への逆流を防止する。したがって、水中ポンプ１００の非作動時に揚水配管内の液体が逆流することはない。
【００３１】
以上の構成において、ＳＲモータ２１０を回転させると、その回転出力がマグネット・カプリング３５０を介してポンプ軸３１０に伝達され、このポンプ軸３１０が回転させられる。そうすると、羽根車３１２のポンピング作用により、ハウジング１１０の吸い込み口１２５から吸引された液体が、連続して吐出口１２９から吐出される。
【００３２】
前述したように、この水中ポンプ１００においては、動力源として、ＳＲモータ２１０が用いられている。このＳＲモータ２１０は、１００００〜１４０００ｒｐｍの最高回転数を達成することができるので、円筒型状水中ポンプ１００として、その外径がたとえば１０ｃｍ程度に制限され、羽根車３１２の外径もそれに応じて比較的小径とせざるをえなくとも、しかも、羽根車３１２を図に示す実施形態のように１段構成としたとしても、十分な揚程を実現することができる。しかも、モータ部２００とポンプ部３００とが隔壁１２０によって仕切られて、ＳＲモータ２１０の出力軸２１３とポンプ軸３１０とがマグネット・カプリング３５０によって非接触で連携されているので、モータ２１０の出力軸２１３、あるいはポンプ軸３１０に軸封を施す必要がなく、信頼性が著しく向上する。さらには、羽根車３１２を１段構成とすることができることから、水中ポンプ１００全体の軸方向長さを短縮して、コンパクトにすることができる。加えて、一般にＳＲモータ２１０は、その他のモータに比較して振動と騒音が大きくなる傾向があるが、そもそもこの水中ポンプ１００は、水中に浸漬し、他物に固定することなく使用されるので、上記の振動や騒音が実際上の問題となることはほとんどない。このようなことから、ＳＲモータ２１０と水中ポンプ１００との組合せは、これまでにはない最良の組合せといえるのである。
【００３３】
次に、図２および図３を参照し、本願発明の第２の側面に係る水中ポンプ１００の実施形態について説明する。水中ポンプ１００は、第１の側面に係る水中ポンプと同様、全体として円筒形をしているとともに、たとえばステンレスによって形成されたハウジング１１０を備えており、このハウジング１１０に内装されるようにして、その一端側にはモータ部２００が、他端側にはポンプ部３００が配置されている。
【００３４】
モータ部２００は、本願発明の第１の側面に係る水中ポンプと同様、その出力軸２１３がハウジング１１０の他端側に向けて延出するＳＲモータ２１０を備えて構成される。このＳＲモータ２１０は、ハウジング１１０の内壁に沿って配置された環状のステータ２１１と、このステータ２１１の内側において、円筒状ハウジング１１０の軸線と同一軸線周りに回転可能に支持されたロータ２１２とを備える。ロータ２１２は、ハウジング１１０の内壁に内向きフランジ状に形成された支持部１１５，１１６に対し、軸方向の２箇所においてベアリングを介して回転支持された出力軸２１３と一体的に回転する。
【００３５】
ハウジング１１０の内部は、隔壁１２０によって、上記モータ部２００が内装される一端側空間と、上記ポンプ部３００が内装される他端側空間とに仕切られているが、この第２の実施形態では、この隔壁１２０は、円筒状部分１２１と、この円筒状部分１２１のハウジング一端側端部とハウジング１１０の内壁とをつなぐフランジ部１２３と、この円筒状部分１２１のハウジング他端側を塞ぐ底壁部１２２とを有するように形成されている。この隔壁１２０もまた、ステンレスによって形成される。
【００３６】
上記隔壁１２０の上記円筒状部分１２１の内側には、モータの出力軸２１３に支持された駆動側マグネット２１５が配置されている。
【００３７】
ポンプ部３００は、上記隔壁１２０よりも他端側におけるハウジング１１０内において、上記ＳＲモータ２１０の出力軸２１３と同一軸線をもって回転可能に支持されたポンプ軸３１０と、このポンプ軸３１０のハウジング他端側に取付けられた羽根車３１２とを備えて構成されている。ポンプ軸３１０は、その一端側がハウジング１１０の内壁から内向フランジ状に延びる支持部１１１に対して、その他端側がハウジング１１０の内壁に対してステー１３１によって支持されたボス部１３０に対して、それぞれメタルベアリング１３２，１３３を介して回転可能に支持されている。なお、上記支持部１１１には、そのハウジング一端側領域と他端側領域間を連通させる液体通路１１１ａがハウジング１１０の軸方向に貫通状に形成されている。
【００３８】
ポンプ軸３１０のハウジング一端側の端部には、カップ状をしたブラケット２１６が上記隔壁１２０の円筒状部分１２１の外側に延入するようにして取付けられており、このブラケット２１６には、上記駆動側マグネット２１５と上記隔壁１２０の円筒状部分１２１を挟んで対向するようにして、被動側マグネット３１１が支持されている。上記駆動側マグネット２１５と上記被動側マグネット３１１とにより、上記隔壁１２０のハウジング一端側に配置されるＳＲモータ２１０の出力軸２１３の回転動力を上記隔壁１２０のハウジング他端側に配置されるポンプ軸３１０に非接触状態で伝達することができるマグネット・カプリング３５０が構成される。
【００３９】
ハウジング１１０内における上記隔壁１２０よりもハウジング他端側の領域はまた、上記ポンプ軸３１０をすきま１２４ａを介して挿通する壁部１２４が設けられている。また、ハウジング１１０の側壁における上記フランジ部１２３よりもハウジング他端側近傍には、ハウジング１１０の内外を連通させる孔１３７が形成されている。前述したように、ポンプ軸３１０を支持する支持部１１１に液体通路１１１ａが形成されており、上記壁部１２４とこれを挿通するポンプ軸３１０との間にはすきま１２４ａが形成されていることから、上記壁部１２４よりハウジング他端側の領域、上記壁部１２４と上記支持部１１１との間の領域、および上記支持部１１１と上記隔壁１２０との間の領域は、相互に液体流通可能な状態となっており、さらには、これらの液体流通経路は、上記の孔１３７を介してハウジング１１０の外部にも連通している。なお、上記壁部１２４のハウジング一端側の面には、マグネット１２４ｂが取付けられている。
【００４０】
上記ハウジング１１０にはまた、その側壁における上記壁部１２４よりもハウジング他端側において、吸い込み口１２５が開口させられている。この吸い込み口１２５には、好ましくはストレーナ１２６が取付けられる。ポンプ軸３１０のハウジング他端側の端部には、単一の羽根車３１２が取付けられている。この羽根車３１２は、ポンプ軸３１０とともに回転することにより、上記吸い込み口１２５からハウジング１１０内に導入され、ラッパ状の吸い込みガイド１２７に案内されてきた液体を吸引して遠心力によって半径方向外方に吐き出すというポンピング作用を行なう。
【００４１】
羽根車３１２によってその半径方向外方に吐き出された液体は、整流ベーン１２８によって整流されながらハウジング１１０内をさらにその他端方向に送られ、逆止弁１５０を介してハウジング１１０の他端側に設けられた吐出口１２９に送られる。この逆止弁１５０は、第１の実施形態において説明したのと同様の構成を備えており、水中ポンプ１００作動時にはハウジング１１０の内部からの液体圧を受けて液体の吐出方向の流出を許容するが、水中ポンプ１００非作動時においてハウジング１１０の内部の液体圧が消失した場合には液体のハウジング１１０内への逆流を防止する。
【００４２】
以上の構成においても、第１の側面に係る水中ポンプについて説明したのと同様、ＳＲモータ２１０を回転させると、その回転出力がマグネット・カプリング３５０を介してポンプ軸３１０に伝達されてこのポンプ軸３１０が回転させられ、羽根車３１２のポンピング作用により、ハウジング１１０の吸い込み口１２５から吸引された液体が、連続して吐出口１２９から吐出される。
【００４３】
そして、この第２の側面に係る水中ポンプ１００は、第１の側面に係る水中ポンプと同様、円筒型水中ポンプ１００として、その外径がたとえば１０ｃｍ程度に制限され、羽根車３１２の外径もそれに応じて比較的小径とせざるをえなくとも、しかも、羽根車３１２を図に示す実施形態のように１段構成としたとしても、十分な揚程を実現することができ、モータの出力軸２１３、あるいはポンプ軸３１０に軸封を施す必要がなく、信頼性が著しく向上し、さらには、水中ポンプ１００全体の軸方向長さを短縮して、コンパクトにすることができ、加えて、ＳＲモータ２１０の欠点といわれている振動や騒音の問題が実際の使用においてほとんど問題となることがない、といった種々の利点を享受することができる。
【００４４】
加えて、この実施形態においては、上記したように、上記壁部１２４のハウジング他端側の領域、すなわち、吸い込み口１２５と直接つながっている領域と、上記壁部１２４と上記支持部１１１との間の領域と、上記支持部１１１と上記隔壁１２０との間の領域が連通しており、さらには、これらの各領域は孔１３７を介してハウジング１１０の外部と連通している。上記孔１３７が形成されたハウジング１１０内領域には、ポンプ軸３１０と一体回転する被動側マグネット３１１が設けられている。したがって、水中ポンプ１００作動時、被動側マグネット３１１の回転が、ポンピング作用を行ない、図３に矢印で示すように、吸い込み口１２５からハウジング１１０内に吸い込まれた液体の一部が上記互いに連通する各領域を介して上記孔１３７から排出されるという液体循環が達成される。この水中ポンプ１００は、通常垂直状態で使用されるが、仮に吸い込み口１２５から吸い込まれる液体に混じってスケール等の異物がハウジング１１０内に導入されたとしても、上記の液体循環により、このような異物はすみやかにハウジング１１０の外部に排出される。これにより、異物が重力によってハウジング１１０内の被動マグネット付近に堆積してしまい、水中ポンプ１００の作動に支障を来たすといった事態を効果的に回避することができる。また、上記の液体循環の経路途中に、壁部１２４に設けたマグネット１２４ｂが配置されているので、異物中の鉄系成分はこのマグネットによって吸着され、金属異物がハウジング１１０の底部に堆積するといったことを効果的に回避することができる。
【００４５】
図４は、第２の側面に係る水中ポンプにおけるポンプ軸３１０の軸支構造の変形例を示している。この例では、ポンプ軸３１０のハウジング一端側の端部を、上記隔壁１２０の底壁部１２２に対し、スラスト方向とラジアル方向の双方の荷重を受けるように構成したメタルベアリング１３４を介して回転支持している。このようにすることにより、図２および図３に示した構造における支持部１１１を省略することができるので、ハウジング１１０の軸方向長さをさらに短縮して、水中ポンプ１００をよりコンパクト化することができる。
【００４６】
また、この例では、ポンプ軸３１０の先端に取付けた羽根車３１２をハウジング１１０の内壁に形成した内向フランジに対し、スラスト方向とラジアル方向の双方の荷重を受けるように構成したメタルベアリング１３５を介して回転可能に支持することにより、実質的にポンプ軸３１０のハウジング他端側の端部を支持している。このようにすることにより、図２に示した構造における、ステー１３１によって支持されたボス部１３０を省略することができるので、ハウジング１１０の軸方向長さをさらに短縮することができる。
【００４７】
図５は、第２の側面に係る水中ポンプにおける逆止弁１５０の構造の変形例を示している。この例では、整流ベーン１２８のハウジング他端側の壁面を利用して逆止弁のための弁座１５１を形成している。弁体１５２は、大略上記各実施形態のものと同様、円板部１５２ａと、ガイド脚１５２ｂと、ガイドピン１５２ｃとを備え、ガイド脚１５２ｂが上記整流ベーン１２８の内孔に案内され、ガイドピン１５２ｃがステー１３８で保持されたボス部１３９にガイドされるようにしている。図２と比較すれば明らかなように、この例によれば、整流ベーン１２８から逆止弁１５０までの距離が著しく短縮されるので、ハウジング１１０の軸長をさらに短縮して、水中ポンプ１００をよりコンパクトに構成することができる。
【００４８】
次に、地上に設置される制御部４００について、参考的に説明する。図６および図７は、制御部４００の第１の実施形態を示す。
【００４９】
制御部４００においては、ベース板４１０上に、入口ポート４２１と、出口ポート４２２と、これら各ポート４２１，４２２間をつなぐ配管４３０とを備えているとともに、制御基板４２０が設置されている。配管４３０には、その上流側から順に、逆止弁４７０、リードスイッチ４４０、圧力センサ４５０、およびアキュムレータ４６０が付設されている。リードスイッチ４４０は、逆Ｕ字状とした配管屈曲部に、液体動圧を受けて揺動するパドル４４１と、このパドル４４１に支持したマグネット４４２と、このマグネットの近接離間によって反応するスイッチ部４４３とを備える。スイッチ部４４３の反応しきい値を設定することにより、配管４３０を流れる液体の流量が所定以下となった時点を検出することができる。圧力センサ４５０は、配管４３０内の液体の静圧を検出する。アキュムレータ４６０は、配管４３０内を蓄圧する。入口ポート４２１には、上記した水中ポンプ１００の吐出口１２９に一端が接続された揚水配管（図示略）が接続される。出口ポート４２２には、利用配管（図示略）が接続され、この利用配管には、適当数の蛇口（図示略）が取付けられる。制御基板４２０には、電源回路、あるいは制御回路等が搭載される。また、図７に表れているように、制御基板４２０と上記配管４３０を構成する配管ブロック４３３との間は、熱伝導性のよい材質で形成された放熱部材４１２が介装されている。
【００５０】
次に、水中ポンプ１００の運転制御の一例について、説明する。図９は、配管内静圧と流量との関係を示すグラフである。圧力センサ４５０によって検出される配管内静圧につき、ＯＦＦしきい値、およびＯＮしきい値を設定しておく。水中ポンプ１００は、配管内静圧がＯＮしきい値を下回った時点で起動する。また、水中ポンプ１００は、配管内静圧がＯＦＦしきい値を上回り、かつ上記リードスイッチ４４０がＯＦＦした時点をもって、停止する。
【００５１】
配管４３０内は、アキュムレータ４６０によって蓄圧されているので、蛇口を開けると、アキュムレータ４６０の圧力開放によって液体が放出される。これによって配管内静圧が下がるので、やがて上記ＯＮしきい値を下回り、その時点で水中ポンプ１００が起動する。これによって継続して、水中ポンプ１００によって汲み上げられた液体が蛇口から放出される。逆に、蛇口を閉めてゆくと、配管内静圧が上昇するとともに、配管内流量が減少する。やがて配管内静圧がＯＦＦしきい値を上回る。そして、リードスイッチ４４０がＯＦＦとなった時点で水中ポンプ１００は停止する。逆止弁４７０が配管内液体の逆流を防止し、アキュムレータ４６０によって配管内圧力は所定の圧力に維持される。
【００５２】
本願発明に係る水中ポンプ１００は、回転数制御が可能なＳＲモータ２１０を用いている。したがって、上記のような基本制御に加え、上記圧力センサ４５０による配管４３０内静圧をリアルタイムで監視しながら、水中ポンプ１００揚程を勘案して、配管４３０内が無駄に圧力上昇することがないように制御し、より高効率、省エネルギを達成することができる。
【００５３】
また、制御基板４２０は、放熱部材４１２を介して配管ブロック４３３に接続されているので、熱源としての制御基板４２０の熱を効果的に配管ブロック４３３に逃がすことができる。したがって、たとえば、夏季における長時間連続運転によって制御基板４２０が異常昇温により故障するといった事態を有効に回避することができる。
【００５４】
図８は、制御部４００の第２の実施形態を示している。この例では、配管４３０に設ける逆止弁４７０の弁体の移動量を検知して、上記のように配管４３０内の液体流量が所定以下となったことを検出するリードスイッチ４４０を構成するとともに、圧力センサ４５０として、小型の半導体圧力センサを用いている。すなわち、逆止弁４７０の弁体４７２は、配管４３０途中に設けた弁座４７１に着座しうる円板部４７２ａと、この円板部の下方に延出するガイド脚４７２ｂと、円板部の上方に延出するガイドピン４７２ｃとを備え、ガイド脚４７２ｂが弁座４７１の中心孔内壁に案内され、ガイドピン４７２ｃがステー４３１に保持されたボス部４３２に案内されることによって上下方向に移動する。そして、配管内液体の流量に応じて、弁体４７２の上昇量が異なる。この例では、上記ガイドピン４７２ｃの先端にマグネット４７２ｄを取付け、配管ブロック４３０の天井部に上記マグネット４７２ｄの近接離間によって反応するスイッチ部４４３を設けている。
【００５５】
このようにすれば、図６に示した例におけるパドル４４１が省略されるので、構成がより簡単になる。また、圧力センサ４５０として半導体圧力センサを用いているので、センサ機能がより正確となり、また、制御部４００の小型化にも寄与する。
【００５６】
もちろん、この発明の範囲は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本願発明の範囲に含まれる。
【００５７】
また、本願発明に係る水中ポンプは、井戸水汲み上げ用の水中ポンプとして利用することができるほか、地上に設置して揚水ポンプとして利用することもできるのであり、利用分野が限定されるということもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の側面に係る水中ポンプの一実施形態の縦断面図である。
【図２】本願発明の第２の側面に係る水中ポンプの一実施形態の縦断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図２に示した実施形態におけるポンプ軸の支持構造の変形例を示す要部縦断面図である。
【図５】図２に示した実施形態における逆止弁の構造の変形例を示す要部縦断面図である。
【図６】制御部の第１の実施形態を示す部分断面正面図である。
【図７】図６に示す制御部の部分断面側面図である。
【図８】制御部の第２の実施形態を示す部分断面正面図である。
【図９】本願発明に係る水中ポンプの制御例を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１００    水中ポンプ
１１０    ハウジング
１１１    支持部
１１３    ベアリング
１１４    ベアリング
１２０    隔壁
１２１    円筒状部分
１２２    底壁部
１２３    フランジ部
１２４    壁部
１２５    吸い込み口
１２６    ストレーナ
１２７    吸い込みガイド
１２８    整流板（整流ベーン）
１２９    吐出口
１５０    逆止弁
１５１    弁座
１５２    弁体
２００    モータ部
２１０    ＳＲモータ
２１１    ステータ
２１２    ロータ
２１３    出力軸
２１４    ブラケット
２１５    駆動側マグネット
２１６    ブラケット
３００    ポンプ部
３１０    ポンプ軸
３１１    被動側マグネット
３１２    羽根車
３５０    マグネット・カプリング
４００    制御部
４１０    ベース板
４１２    放熱部材
４２０    制御基板
４２１    入口ポート
４２２    出口ポート
４３０    配管（配管ブロック）
４４０    リードスイッチ
４５０    圧力センサ
４６０    アキュムレータ
４７０    逆止弁
【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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