(57)【要約】【課題】気中での連続定格運転が可能な水中モータを提供すること。【解決手段】モータフレーム４を偏平なモータフレーム３と小径なモータフレーム５で凸形状にし、小径なモータフレーム５に反側軸受１０と放熱フィン１４ｂを設ける。偏平化により、トルク発生が容易化し、鉄心スロットの大形化と導体断面積の大形化が可能で低銅損化つまり発熱量が低下し、水位低下に対する冷却の低下が改善する。凸形状化により、高い熱抵抗とモータ本体からの隔離とで、反側軸受１０の温度上昇が低減する。放熱フィン１４ｂを大形化でき、反側軸受１０への伝熱が低下する。よって、気中での連続定格運転時間が長くなる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータフレームの形状が直径よりも軸方向の寸法が短い偏平な形状であることを特徴とする水中モータ。
【請求項２】
モータフレームが直径よりも軸方向の寸法が短い偏平なモータフレームと、この偏平なモータフレームに連なり該偏平なモータフレームよりも小径のモータフレームとからなる凸形状のモータフレームであり、前記偏平なモータフレーム内にステータ及びロータが配置され、モータシャフトを支承する直側軸受と反側軸受のうち、直側軸受は前記偏平なモータフレームの直側端部に取り付けた直側ブラケットにより装着され、反側軸受は前記小径のモータフレームの反側端部に取り付けた反側ブラケットにより装着されていることを特徴とする水中モータ。
【請求項３】
請求項２において、前記凸形状のモータフレームのうち、少なくとも前記小径のモータフレームの表面にフィンが設けられていることを特徴とする水中モータ。
【請求項４】
モータフレームの形状が直径よりも軸方向の寸法が短い偏平な形状であること、反側軸受を装着する反側ブラケットが少なくとも端板部分が非磁性材でできたものであり、前記反側ブラケットの内部にてモータシャフトの端部にマグネット板が取り付けられ、電磁コイルを一体に有するアキシャルファンが前記非磁性材の端板部分を挟んで前記マグネット板に対向し、前記反側ブラケットの外部に回転可能に設けられていること、水位の低下により前記電磁コイルを閉路し、水位の上昇により前記電磁コイルを開路するコイル短絡手段を備えていることを特徴とする水中モータ。
【請求項５】
請求項４において、前記コイル短絡手段として、前記偏平なモータフレームの側面に設けられ、水位の低下によりオンとなり、水位の上昇によりオフとなるフロートスイッチと、このフロートスイッチを前記電磁コイルの両端に接続する接続手段とを備えたことを特徴とする水中モータ。
【請求項６】
請求項５において、前記接続手段として、アキシャルファンのシャフトに取り付けられ、かつ、前記電磁コイルの両端に接続された２つのスリップリングと、これにそれぞれ接触し、前記フロートスイッチの両端に接続された２つのブラシとを備えたことを特徴とする水中モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水中モータの構造に関し、調整池等で水位が低下した場合の気中連続定格運転を可能にするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、従来の水中モータを示す。図１に示す水中モータは、その外形が軸方向に細長い形状をしているものである。具体的には、モータフレーム１が直径よりも軸方向の寸法が長い細長の形状をしており、モータフレーム１内のステータもロータも軸方向に細長い形状をしている。図１中、２は給電線である。
【０００３】
水中モータは、モータ全体が水没して水で冷却される状態での使用を前提に設計されている。従って、水中モータを定格出力で運転しようとする場合、水中では連続して使用できるが、気中では短時間、例えば３０分程度しか使用できない。
【０００４】
水中モータは一般に水中で運転されるものであるが、実際には、調整池で使用する場合などでは、水位の低下に伴ってモータ全体が水没することなく、細長いモータフレーム１が気中に曝されることが少なくない。このような場合には、短時間しか定格出力での運転を行えない。
【０００５】
細長いモータフレーム１が気中に曝される場合でも連続定格運転を行うには、下記▲１▼〜▲３▼の方策が考えられる。
▲１▼放水量を調整し、水位の低下を少なくする。
▲２▼特別な水冷機構、例えばポンプなどで水をモータフレーム１に浴びせて冷却する機構を設置する。
▲３▼体格をボリュームアップして、モータ自体の許容熱量を大きくする。
【０００６】
しかし、下記（１）　〜（３）　の弊害が生じる。
（１）　汚水処理では冷却用ポンプが詰まるなど、運用上の不都合がある。
（２）　コストアップ（冷却用ポンプの設置に伴うコストアップ、ボリュームアップに伴うコストアップ、ランニングコストのアップ、メンテナンスコストのアップ等）をもたらす。
（３）　冷却用ポンプの分、設置空間が広くなる。
【０００７】
また、ボリュームアップを極力抑制するために絶縁グレードを上げることが考えられる。しかし、軸受の温度上昇はコイルやモータフレームの温度に比例するので、水中モータの気中運転においては軸受の温度が過昇となり、グリース漏れやグリースの劣化が著しく、軸受の焼損に至らしめる。特に、直側軸受は水埋で冷却されるが、反側軸受は気中に曝されるので、冷却の向上が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、気中での連続定格運転が可能な水中モータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の水中モータは、モータフレームの形状が直径よりも軸方向の寸法が短い偏平な形状であることを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の水中モータは、モータフレームが直径よりも軸方向の寸法が短い偏平なモータフレームと、この偏平なモータフレームに連なり該偏平なモータフレームよりも小径のモータフレームとからなる凸形状のモータフレームであり、前記偏平なモータフレーム内にステータ及びロータが配置され、モータシャフトを支承する直側軸受と反側軸受のうち、直側軸受は前記偏平なモータフレームの直側端部に取り付けた直側ブラケットにより装着され、反側軸受は前記小径のモータフレームの反側端部に取り付けた反側ブラケットにより装着されていることを特徴とし、
第３発明の水中モータは、第２発明の水中モータにおいて、前記凸形状のモータフレームのうち、少なくとも前記小径のモータフレームの表面にフィンが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、第４発明の水中モータは、モータフレームの形状が直径よりも軸方向の寸法が短い偏平な形状であること、反側軸受を装着する反側ブラケットが少なくとも端板部分が非磁性材でできたものであり、前記反側ブラケットの内部にてモータシャフトの端部にマグネット板が取り付けられ、電磁コイルを一体に有するアキシャルファンが前記非磁性材の端板部分を挟んで前記マグネット板に対向し、前記反側ブラケットの外部に回転可能に設けられていること、水位の低下により前記電磁コイルを閉路し、水位の上昇により前記電磁コイルを開路するコイル短絡手段を備えていることを特徴とし、
第５発明の水中モータは、第４発明の水中モータにおいて、前記コイル短絡手段として、前記偏平なモータフレームの側面に設けられ、水位の低下によりオンとなり、水位の上昇によりオフとなるフロートスイッチと、このフロートスイッチを前記電磁コイルの両端に接続する接続手段とを備えたことを特徴とし、
第６発明の水中モータは、第５発明の水中モータにおいて、前記接続手段として、アキシャルファンのシャフトに取り付けられ、かつ、前記電磁コイルの両端に接続された２つのスリップリングと、これにそれぞれ接触し、前記フロートスイッチの両端に接続された２つのブラシとを備えたことを特徴とする水中モータ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
［第１実施例］
図２に、本発明の第１実施例に係る水中モータを示す。図２に示す水中モータは、例えば三相誘導電動機をその内部に水が入らない構造とした乾式水中モータであり、外形は偏平な形状をしている。具体的には、そのモータフレーム３は直径（径方向の寸法）よりも軸方向の寸法が短い偏平な形状であり、モータフレーム３内のステータもロータも偏平な形状をしている。このような偏平化により、モータ鉄心のスロットを大きく設け、導体断面積を大きくしている。偏平なモータフレーム３の表面には必要に応じて放熱フィン（図示省略）が設けられる。図２中、２は給電線である。
【００１４】
図２に示したように、偏平なモータフレーム３を持つ偏平な水中モータは、図１に示した従来の細長い水中モータに比べ、下記▲１▼〜▲４▼の利点がある。
▲１▼偏平化により、Ｄ２ｌ則（但し、ｌはＬの小文字）に従ってトルク発生が容易となる。
▲２▼偏平化により、モータ鉄心のスロットを大きくできるから、導体断面積を大きくすることで、低銅損化し発熱量の小さいモータとなる。
▲３▼水位の低下に対しても、偏平なモータフレーム３の水没する部分の表面積が大きくなり、冷却の低下が少ない。
▲４▼従って、水中モータの気中での連続定格運転時間が従来より長くなる。
【００１５】
［第２実施例］
図３に、本発明の第２実施例に係る水中モータを示す。図３に示す本例の水中モータは、第１実施例（図２）に示した偏平な水中モータに比べ、外形を凸形状にした点が異なる。具体的には、そのモータフレーム４は、図２に示した偏平なモータフレーム３の上にそれよりも小径のモータフレーム５が連なったもので、全体として凸形状をなしている。凸形状のモータフレーム４は、偏平なモータフレーム３と小径のモータフレーム５とを別々に形成してから例えば小径のモータフレーム５のフランジ５ａを用いることで両者を連ねたものでも良く、あるいは、偏平モータフレーム３と小径のモータフレーム５とを始めから一体成形して連ねたものでも良い。
【００１６】
偏平なモータフレーム３の直側端部（小径のモータフレーム５とは反対側の下端部）は凸形状のモータフレーム４の直側端部であり、この直側端部にフランジ６を取り付け、このフランジ６に取り付けた直側ブラケット７により直側軸受８を装着している。小径のモータフレーム５の反側端部（偏平なモータフレーム３とは反対側の上端部）は凸形状のモータフレーム４の反側端部であり、この反側端部に取り付けた反側ブラケット９により反側軸受１０を装着している。モータシャフト１１はこれらの直側軸受８と反側軸受１０とで支承される。図３に示す凸形状の水中モータは、例えば三相誘導電動機をその内部に水が入らない構造とした乾式水中モータであり、モータシャフト１１の端部は反側軸受１０側では反側ブラケット９内に存在するのに対し、直側軸受８側では端部が直側ブラケット７から外部に出ているが、ここからの水の侵入は阻止されている。
【００１７】
偏平なモータフレーム３にはステータ１２を装着し、ロータ１３も偏平なモータフレーム３内に位置するようにモータシャフト１１に装着している。ステータ１２とロータ１３は第１実施例と同様に偏平であり、モータ鉄心のスロットを大きく設け、導体断面積を大きくしている。小径のモータフレーム５内にはモータシャフト１１が通るだけで、ステータ１２もロータ１３も存在していない。従って、反側軸受１０は発熱源であるステータ１２及びロータ１３から、小径のモータフレーム５の軸方向長さの分だけ遠ざかっている。
【００１８】
凸形状のモータフレーム４の表面には放熱フィン１４ａ、１４ｂがある。放熱フィン１４ａは偏平なモータフレーム３の表面に形成され、放熱フィン１４ｂは凸形状のモータフレーム４の余剰空間、つまり、小径のモータフレーム５の周囲部分にて、小径のモータフレーム４の表面に形成されている。本例では、２つの放熱フィン１４ａ、１４ｂの外径を同じにしている。放熱フィン１４ｂは偏平なモータフレーム３と小径のモータフレーム４との内径差の分、放熱フィン１４ａよりも大型である。このように、凸形状のモータフレーム４の余剰空間に放熱フィン１４ｂを設けることにより、放熱フィン全体の表面積を大きくとることができる。凸形状のモータフレーム４の下部は気中に曝され難いことを考慮すると、偏平なモータフレーム３には必ずしも放熱フィンを設ける必要がない。
【００１９】
本例の凸形状の水中モータは、図２に示した偏平な水中モータの効果に加えて、以下に示す効果を有する。
（１）　反側軸受１０は小径のモータフレーム５の分、モータ本体（ステータ１２やロータ１３）から隔離しているので、熱勾配が生じて反側軸受１０の温度上昇が低減し、長時間の連続定格運転が可能になる。
（２）　モータ外形、言い換えればモータフレーム４の外形が凸形状であるので、熱抵抗が高まるとともに、凸形状のモータフレーム４の余剰部分（小径のモータフレーム５の周囲部分）に設けた大型の放熱フィン１４ｂがその放熱で反側軸受１０への伝熱を低下させる。これにより、反側軸受１０の温度上昇が更に低減するとともに、モータ全体の放熱が向上する。
【００２０】
［第３実施例］
図４に、本発明の第３実施例に係る水中モータを示す。図４に示す水中モータは、図２に示した偏平な水中モータに比べ、マグネット駆動式のアキシャルファンを陸上用の全閉モータと同様に設けた点が異なる。
【００２１】
具体的には、偏平なモータフレーム３の反側端部には、少なくとも端板部分１５ａが非磁性材でできた反側ブラケット１５を取り付けることで、モータシャフト１１を支承する反側軸受１０を装着してある。偏平なモータフレーム３の直側端部にはフランジ６を介して直側ブラケット７を取り付けることで、モータシャフト１１を支承する直側軸受８を装着している。更に、反側ブラケット１５の内部でモータシャフト１１の端部にマグネット板１６を取り付け、電磁コイル１７ａを一体に有するアキシャルファン１７を非磁性材の端板部分１５ａを挟んでマグネット板１６に対向させ、反側ブラケット１５の外部に設けている。アキシャルファン１７はその回転で偏平なモータフレーム３に向けて軸方向に風を生じるようにされている。アキシャルファン１７は適宜な回転支承部材１８により、反側ブラケット１５に回転可能に取り付けられている。図４に示す水中モータも、例えば三相誘導電動機をその内部に水が入らない構造とした乾式水中モータであり、モータシャフト１１の端部は反側軸受１０側では反側ブラケット１５内に存在するのに対し、直側軸受８側では端部が直側ブラケット７から外部に出ているが、ここからの水の侵入は阻止されている。
【００２２】
水中モータの運転によりマグネット板１６がモータシャフト１１と一緒に回転すると、電磁コイル１７ａが閉路している状態では、マグネット板１６と電磁コイル１７ａとの相互作用によりアキシャルファン１７が回転し、これにより風が生じて偏平なモータフレーム３を冷却する。
【００２３】
アキシャルファン１７はマグネット板１６の回転に伴って回転するが、水中モータが水中にある場合はアキシャルファン１７による冷却は必ずしも必要でない。そこで、アキシャルファン１７による冷却が不要な場合は、機械的あるいは電気的な適宜な手段でアキシャルファン１７を停止させると良い。
【００２４】
本例では、偏平なモータフレーム３の側面にフロートスイッチ１９を設け、このフロートスイッチ１９を適宜な接続手段でアキシャルファン１７の電磁コイル１７ａの両端に接続し、フロートスイッチ１９のオンで両端をショートして電磁コイル１７ａを閉路させ、フロートスイッチ１９のオフで両端をオープンして電磁コイル１７ａを開路させるようにしている。フロートスイッチ１９には、水位がフロートスイッチ１９の設置位置で決まる所定水位より低下した場合にオンとなり、所定水位より上昇した場合にオフとなるものを用いている。電磁コイル１７ａが閉路の場合はマグネット板１６と電磁コイル１７ａとの相互作用によりアキシャルファン１７が回転するが、電磁コイル１７ａが開路すると、マグネット板１６と電磁コイル１７ａとの相互作用がなくなり、アキシャルファン１７は回転しなくなる。
【００２５】
接続手段として、本例では、スリップリング２０とこれに接触するブラシ２１との組を２つ用いている。即ち、２つのスリップリング２０をアキシャルファン１７のシャフト１７ｂに取り付け、電磁コイル１７ａの両端に接続している。また、２つのブラシ２１を適宜な支持部材（図示省略）で反側ブラケット１５や偏平なモータフレーム３に取り付け、フロートスイッチ１９の両端に接続している。図３中、破線で囲んだ部分２２がコイル短絡装置であり、フロートスイッチ１９と２つのスリップリング２０と２つのブラシ２１とを含む。
【００２６】
ステータ１２とロータ１３は第１実施例や第２実施例と同様に偏平であり、モータ鉄心のスロットを大きく設け、導体断面積を大きくしている。
【００２７】
本例のマグネット駆動式アキシャルファン１７を有する水中モータは、図２に示した偏平な水中モータの効果に加えて、以下に示す効果を有する。
（１）　モータシャフト１１に設けたマグネット板１６とアキシャルファン１７に一体の電磁コイル１７ａとの相互作用でアキシャルファン１７が回転するので、電源は水中モータ本体のものだけで良く、アキシャルファン１７用の特別な電源は不要である。
（２）　水中モータが気中に曝された時のみフロートスイッチ１９によりアキシャルファン１７が回転するので、水中運転においては水中モータの運転効率が低下することがない。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、水中モータを気中で連続定格運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の水中モータの外観図。
【図２】本発明の第１実施例に係る水中モータの外観図。
【図３】本発明の第２実施例に係る水中モータの構造を示す断面図。
【図４】本発明の第３実施例に係る水中モータの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１　細長いモータフレーム（従来）
２　給電線
３　偏平なモータフレーム
４　凸形状のモータフレーム
５　小径のモータフレーム
５ａ　フランジ
６　フランジ
７　直側ブラケット
８　直側軸受
９　反側ブラケット
１０　反側軸受
１１　モータシャフト
１２　ステータ
１３　ロータ
１４ａ　放熱フィン
１４ｂ　放熱フィン
１５　反側ブラケット
１５ａ　非磁性材でできた端板部分
１６　マグネット板
１７　アキシャルファン
１７ａ　電磁コイル
１７ｂ　シャフト
１８　回転支承部材
１９　フロートスイッチ
２０　スリップリング
２１　ブラシ
２２　コイル短絡装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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