(57)【要約】【課題】省スペースを図れ、また軽量で、かつ保守性に優れ、コスト低減も図ることができるポンプ用駆動装置を提供する。【解決手段】回転子１２及び固定子１１からなる電動機１０と、電動機１０の回転速度を減速する減速機３０と、ポンプに連結され電動機１０の動力を伝達する出力軸１３，１７とを備えるポンプ用駆動装置において、出力軸が、回転子に固定される中空軸１３ａ及び中空軸内に挿入される中実軸１３ｂとで構成される第１の出力軸１３と、第１の出力軸１３の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機２０を介して接続される第２の出力軸１７とから構成され、第１の出力軸１３に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
前記出力軸が、前記回転子に固定される中空軸及び該中空軸内に挿入される中実軸とで構成される第１の出力軸と、該第１の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続される第２の出力軸とから構成され、
前記第１の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられていることを特徴とするポンプ用駆動装置。
【請求項２】
前記クラッチと前記減速機とは、前記電動機を中央にして該電動機の両端に相対して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ用駆動装置。
【請求項３】
回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され該電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
動力の伝達をオン・オフするクラッチが、前記電動機に前記減速機を介して設けられ、前記出力軸は、該電動機から該減速機を介して前記クラッチまで動力を伝達する第１の出力軸と、該クラッチから該第１の出力軸内を通る第２の出力軸とから構成され、
前記電動機及びクラッチが前記減速機の上面に配置されるか、もしくは前記クラッチのみ前記減速機の上面に配置され電動機は減速機の側面に配置されていることを特徴とするポンプ用駆動装置。
【請求項４】
前記電動機は、４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機とすることを特徴とする請求項１もしくは３に記載のポンプ用駆動装置。
【請求項５】
回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
前記電動機は、４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機であって、
前記出力軸が、前記回転子に固定された中空軸及び該中空軸内に挿入された中実軸とで構成される第１の出力軸と、該第１の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第２の出力軸とから構成され、
該第１の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられ、
該電動機、クラッチ及び減速機はパッケージ内に納められていることを特徴とするポンプ用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道、河川、農事用などの雨水の排水、揚水に使用される横軸もしくは立軸のポンプ用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水や揚水に使用される大容量立軸ポンプ用減速機の例としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあり、ポンプに減速機を直結し、該減速機にさらに電動機が直結されている。また、電動機と減速機とを一体的に構成される公知例としては、例えば、特許文献２に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−９３４６号
【特許文献２】
特開２０００−２９７８５１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のポンプ用減速機においては、以下の点で配慮されていない。
すなわち、特許文献１に記載される電動機と減速機とが分離して設置される構成のポンプ用減速機では、据付スペースが広くなる。また、特許文献２に記載されるポンプと直結の多極電動機では機器質量が増大する。一方、巻線形電動機を使用すれば始動電流は低減されるが、巻線形電動機は形状も大きく保守が繁雑でであり、また高価であるため装置全体のコストアップを招く。
【０００５】
本発明の目的は、省スペースを図れるポンプ用駆動装置を提供することにある。
また本発明の目的は、軽量で、かつ保守性に優れ、コスト低減下を図ることができるポンプ用駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、前記出力軸が、前記回転子に固定される中空軸及び該中空軸内に挿入される中実軸とで構成される第１の出力軸と、該第１の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第２の出力軸とから構成され、前記第１の出力軸に動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられているものである。
より好ましくは、前記クラッチと前記減速機とは、前記電動機を中央にして該電動機の両端に相対して配置されているものである。
【０００７】
また上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、動力の伝達をオン・オフするクラッチが、前記電動機に前記減速機を介して設けられ、前記出力軸は、該電動機から該減速機を介して前記クラッチまで動力を伝達する第１の出力軸と、該クラッチから該第１の出力軸内を通る第２の出力軸とから構成され、前記電動機及びクラッチが該減速機の上面に配置され、もしくは該クラッチのみ減速機の上面に配置され該電動機は減速機の側面に配置されているものである。
より好ましくは、前記電動機は、４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機とするものである。
【０００８】
さらにまた上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、前記電動機は、４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機であって、前記出力軸が、前記回転子に固定された中空軸及び該中空軸内に挿入された中実軸とで構成される第１の出力軸と、該第１の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第２の出力軸とから構成され、前記第１の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられ、前記電動機、クラッチ及び変速機はパッケージ内に納められているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るポンプ用駆動装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された例を示す。図２は、本発明のポンプ用駆動装置に係る実施例の断面図である。
【００１０】
まず図１により、ポンプ機場の概略構成を簡単に説明する。ポンプ機場の床Ｆ１にはポンプＰ（図示の例では立軸ポンプ）が設置され、床Ｆ１より上階の床Ｆ２にポンプＰを駆動するポンプ用駆動装置１が設置されている。このような構成のポンプ機場において、ポンプＰにより床Ｆ１より階下にある吸水槽Ｔ内の水が揚水され、目的とする吐出槽（図示せず）へ排水される。
【００１１】
したがってポンプ用駆動装置１は、設置スペースが狭いこと、すなわち省スペースが図れること、軽量であること、かつ保守性に優れていることが好ましいことは明らかで、このようなポンプ用駆動装置が望まれている。また軽量にすることによって、床構造はより簡素に構築することができる。
【００１２】
本発明のポンプ用駆動装置はこれらを満足するもので、以下図２によって詳細に説明する。
図２において、ポンプ用駆動装置１の概要構成は、電動機１０とクラッチ２０と減速３０とを備え、これら機器はパッケージ４０内（本実施例では、パッケージ４０ａ，４０ｂ，４０ｃに分割されている）に納められている。
【００１３】
詳細には、電動機１０は横軸形もしくは立軸形ポンプに適用され、かつカゴ形もしくは同期電動機を使用できる（以下、カゴ形電動機を例にとる）。また電動機１０は、固定子１１及び回転子１２のうち該回転子１２に第１の出力軸１３の一方を構成する中空軸１３ａが固定されている。中空軸１３ａは、その両端が軸受１４ａ，１４ｂを介してパッケージ４０ｂに回転自在に支承されている。該中空軸１３ａ内には、第１の出力軸１３の他方を構成する中実軸１３ｂが挿入されており、該中実軸１３ｂと前記中空軸１３ａとは動力の伝達をオン・オフする遠心式クラッチ２０（油圧式クラッチまたは流体継手でもよい）を介して接続されている。該遠心式クラッチ２０には、回転速度が定格の約８０〜９０％に達した時点で動力が伝達され、１００％の回転速度で完全に伝達される特性のものが好ましい。
【００１４】
１５は、電動機１０及び遠心式クラッチ２０を冷却するファンであり、中空軸１３ａに取り付けられている。１６ａは、中空軸１３ａと中実軸１３ｂとの間の一端部に介在する軸受であり、中実軸１３ｂと中空軸１３ａとが互いに回転自在であるように支承している。中実軸１３ｂの他端部は、軸受１６ｂ，１６ｃによりパッケージ４０ｃに回転自在に支承されている。また、前記電動機１０を中央にして前記遠心式クラッチ２０と相対する中実軸１３ｂの下端部には、所定の回転速度に減速する遊星歯車式の減速機３０の一方の側に接続されている。該減速機３０の他方の側には第２の出力軸１７が第１０の出力軸１３と同軸上に配置されて連結されている。したがって該第２の出力軸１７には、電動機１０の動力が減速機３０を介して伝達される。１８ａは、第２の出力軸１７のラジアル力を支持し、１８ｂは第２の出力軸１７のスラスト力を支持する軸受で、それぞれパッケージ４０ｃに支承されている。１９は潤滑油で、主として減速機３０を潤滑するので減速機３０がある最下槽のパッケージ４０ｃ内に溜まっている。
【００１５】
上記構成において、電動機１０で発生した動力は第１の出力軸１３へ伝達され、第１の出力軸１３から減速されてさらに第２の出力軸１７に伝達される。また遠心式クラッチ２０によって、中空軸１３ａの回転速度が定格（ポンプ運転時）の８０ないし９０％に達した時点でオンして動力が伝達される。
【００１６】
図３，図４は、それぞれカゴ形電動機を使用した場合における、従来のポンプ用駆動装置の始動特性と本発明の駆動装置の始動特性とを示す。
図３は従来のクラッチなし、すなわちカゴ形電動機にポンプＰを直結して始動した場合の、電動機固有の電流Ｉ及びトルクＴｒを回転速度との関係で示すものである。
【００１７】
まず、実線で示すカゴ形電動機固有の始動特性について説明する。電動機１０のＩ（１００％電圧）は１００％電圧における電流、Ｔｒ（１００％電圧）は１００％電圧におけるトルクを示すもので、カゴ形電動機の始動初期のＩ及びＴｒは、それぞれ定常運転時すなわち回転速度１００％の約４００％もしくは２００％に増大していることが理解される。
【００１８】
次に減電圧方式で始動するの場合、すなわち１００％より小さい電圧に減じて始動し順次電圧を高めて１００％電圧にする、いわゆる減電圧方式で始動するの場合のＩ（減電圧）及びＴｒ（減電圧）を一点鎖線で示して説明する。
１００％電圧で始動した場合は、始動電流が定常運転時の電流の約４００％以上に増大するため、例えば電源の変圧器の容量が小さいときには電圧降下のため照明灯のチラツキや電磁制御器具の磁力が弱まり誤作動を起こすなどの故障を生じることがある。そこで、始動電流を抑制するため減電圧方式を採用し、他の機器に与える影響を少なく必要がある。
【００１９】
駆動装置１にポンプＰを接続し減電圧方式で始動する場合、破線で示されるポンプＰのトルクＴｒ（Ｐ）と、電動機１０のトルクＴｒ１（減電圧１）との交点Ａまで回転速度を上昇させる。その後、１００％電圧に切り換え、電動機１０のトルクＴｒ（１００％電圧）と、ポンプＰのトルクＴｒ（Ｐ）との交点Ｂ、すなわち回転速度１００％となる。さらに例示すれば、始動電流をより低く抑制するためトルクＴｒ２（減電圧２）で減圧始動するとポンプＰのトルクＴｒ（Ｐ）との交点はＣとなり、昇速幅が大きくなる。この昇速幅は、所定値を超えると始動が困難もしくは不可能になる。この対策として巻線形電動機を使用せざるを得なくなり、駆動装置のコストがアップする。
【００２０】
図４は、本発明に係る駆動装置の始動特性を示すもので、電動機のトルクＴｒ１（減電圧１）及びトルクＴｒ２（減電圧２）と回転速度との関係を示す。
図において破線で示されるトルクＴｒ（Ｐ’）は、クラッチ２０をオフにし、すなわち中空軸１３ａのみの負荷（無負荷に近い状態）で始動させる場合のトルクを示す。これによりトルクＴｒ２（減電圧２）の場合について説明すると、トルクＴｒ（Ｐ’）と電動機１０のトルクＴｒ２（減電圧２）との交点Ｃは、約１００％に近い回転速度である。この時点で１００％電圧に切り換え、かつクラッチ２０をオンにすると、ポンプＰによるトルクＴｒ（Ｐ’）と電動機１０のトルクＴｒ（１００％電圧）との交点はＢとなり、該交点Ｂでは、１００％の回転速度になっているので昇速幅は小さくなる。したがって、始動時の電流を抑制した状態で始動することができる。なお交点Ｄは、クラッチ２０がオフの状態にある場合のトルクＴｒ（１００％電圧）との交点を示したものである。
【００２１】
本実施例によれば、電動機、クラッチ及び変速機がパッケージ内に納められていることによりコンパクトになり、省スペース化が図れる。
また本実施例によれば始動時の電流が小さく、このため４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機を使用することができ、軽量かつ保守性に優れ、コスト低減も図れる。
【００２２】
図５は、本発明のポンプ用駆動装置に係る他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
上記実施例と異なる点のみ説明する。動力の伝達をオン・オフするクラッチ２０が、前記電動機１０に平歯車５０ａ，５０ｂによる減速機５０を介して設けられ、かつ減速機５０の上面（上側）に配置されている。また電動機１０も減速機５０の上面（上側）に配置され、該電動機１０の出力軸は、該電動機１０から該減速機５０を介して該クラッチ２０までの第１の出力軸２１と、該クラッチ２０から第１の出力軸２１内を通る第２の出力軸２２とから構成されている。すなわち、電動機１０から平歯車５０ａまでの出力軸２１は中実軸、平歯車５０ｂからクラッチ２０までの出力軸２１は中空軸で形成され、クラッチ２０からの第２の出力軸２２は中実軸で形成されている。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られるが、高さが低くなるので高さに制約がある場合に有効である。
【００２３】
図６は、本発明のポンプ用駆動装置に係るさらに他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
上記実施例と異なる点のみ説明する。クラッチ２０が、前記電動機１０に傘歯車６０ａ，６０ｂにより減速機６０を介して設けられ、かつ減速機６０の上面（上側）に配置されている。電動機１０は減速機６０の側面に配置され、該電動機１０の出力軸は、該電動機１０から該減速機６０を介した該クラッチ２０までの第１の出力軸２１と、該クラッチ２０から第１の出力軸２１内を通る第２の出力軸２２とから構成されている。すなわち、電動機１０から平歯車６０ａまでの出力軸２１は中実軸、平歯車６０ｂからクラッチ２０までの出力軸２１は中空軸で形成され、クラッチ２０からの第２の出力軸２２は中実軸で形成されている。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られるが、高さが低くなるので高さに制約がある場合に有効である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のポンプ用駆動装置によれば、電動機、クラッチ及び変速機がパッケージ内に納められていることによりコンパクトになり、省スペース化が図れる。
また本実施例によれば始動時の電流が小さく、このため４ないし８極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機を使用することができ、軽量かつ保守性に優れ、コスト低減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプ用駆動装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された例を示す。
【図２】本発明に係るポンプ用駆動装置の実施例の断面図である。
【図３】従来の、カゴ形電動機を備えたポンプ用駆動装置の始動特性を示す。
【図４】本発明に係る、カゴ形電動機を備えたポンプ用駆動装置の始動特性を示す。
【図５】本発明のポンプ用駆動装置に係る他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
【図６】本発明のポンプ用駆動装置に係るさらに他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
【符号の説明】
１…ポンプ用駆動装置１０…電動機、１１…固定子、１２…回転子、１３…第１の出力軸、１３ａ…中空軸、１３ｂ…中実軸、１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１８ａ，１８ｂ…軸受、１７…第２の出力軸、１９…潤滑油、２０…クラッチ、３０，５０，６０…減速機、４０…パッケージ、５０ａ，５０ｂ…平歯車、６０ａ，６０ｂ…傘歯車。
【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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