(57)【要約】【課題】省スペースが図れ、軽量で、回転速度制御ができ、かつ保守性に優れたポンプ用駆動機一体型減速装置を提供する。【解決手段】電動機１０と、電動機１０の回転速度を変速する変速機と、ポンプに連結され電動機１０の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動機一体型減速装置において、出力軸に、増速用の第１の変速機２０及び減速用の第２の変速機３０が設けられ、第１の変速機２０と第２の変速機３０との間に、電動機１０の動力をオン・オフするクラッチ（可変速流体継手）４０が設けられている。【選択図】      図２
2004169777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、
前記出力軸に、増速用の第１の変速機及び減速用の第２の変速機が設けられ、
該第１の変速機と該第２の変速機との間に、前記電動機の動力をオン・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機一体型減速装置。
【請求項２】
電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、
前記出力軸は、前記電動機の回転子に固定された第１の出力軸、該第１の出力軸と並行に配置された第２の出力軸、及び該第２の出力軸と同軸上に配置された第３の出力軸とから構成され、
該第１の出力軸と該第２の出力軸とは増速用の第１の変速機で連結され、
該第２の出力軸と該第３の出力軸とは減速用の第２の変速機で連結され、
該第２の出力軸に、前記電動機の動力をオン・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機一体型減速装置。
【請求項３】
前記クラッチは、可変速流体継手とすることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のポンプ用駆動機一体型減速装置。
【請求項４】
電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、
前記電動機は、２ないし４極の三相誘導かご形もしくは同期電動機であり、
前記出力軸は、前記電動機の回転子に固定された第１の出力軸、該第１の出力軸と並行に配置された第２の出力軸、及び該第２の出力軸と同軸上に配置された第３の出力軸とから構成され、
該第１の出力軸と該第２の出力軸とは増速用の第１の変速機で連結され、
該第２の出力軸と該第３の出力軸とは減速用の第２の変速機で連結され、
該第２の出力軸に、前記電動機の動力をオン・オフするクラッチが設けられ、
該電動機、該第１の変速機、第２の変速機、及び該クラッチがパッケージ内に納められ一体に構成されていることを特徴とするポンプ用駆動機一体型減速装置。
【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、河川及び農事用などの雨水の排水、揚水などに使用される横軸もしくは立軸ポンプ用の駆動機一体型減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定格出力が大きい立軸ポンプ用減速機の例としては、例えば、特許文献１に記載されるものがあり、ポンプに減速機を直結し、さらに該減速機に電動機を直結する構成になっている。また、ポンプに使用される巻線形誘導電動機の制御装置の例として、例えば特許文献２に記載されたものがある。さらに巻線型誘導電動機のセルビウス方式速度制御装置の例として例えば特許文献３に記載されたものがある。これらは、いずれもインバータ制御と巻線形電動機、またはセルビウス制御とかご形電動機とを組合せて使用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−９３４６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５２９１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３６１６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし特許文献１に記載のものでは、電動機と減速機とが分離して設置されるものであるため、据付けスペースが広くなる。また、ポンプと直結した減速機に電動機を直結している構成であるため、ポンプ始動時に負荷運転となり、始動電流が大きなかご形電動機または同期電動機では使用できない。したがって構造が複雑で保守性に良くない巻線形電動機が使用されている。
【０００５】
次に特許文献１，２に記載のものでは、インバータを定期的に交換する必要がある。また、インバータを設置するスペースが必要であり、かつインバータから高調波が発生する。一方、巻線形電動機は構造が複雑であり、保守性に配慮されていない。さらに、セルビウスもインバータと同様に定期的に交換する必要がある。またセルビウスを設置するスペースを必要とし、かつ高調波も発生する。
【０００６】
本発明の目的は、省スペースが図れるポンプ用駆動機一体型減速装置を提供することにある。
また本発明の目的は、軽量で、かつ保守性に優れたポンプ用駆動機一体型減速装置を提供することにある。
さらに本発明の目的は、速度制御を行なうことが可能であり、かつ高調波が発生しないポンプ用駆動機一体型減速装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のポンプ用駆動機一体型減速装置は、電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、前記出力軸に、増速用の第１の変速機及び減速用の第２の変速機が設けられ、該第１の変速機と該第２の変速機との間に、前記電動機の動力をオン・オフするクラッチが設けられているものである。
【０００８】
また上記目的を達成するため本発明のポンプ用駆動機一体型減速装置は、電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、前記出力軸は、前記電動機の回転子に固定された第１の出力軸、該第１の出力軸と並行に配置された第２の出力軸、及び該第２の出力軸と同軸上に配置された第３の出力軸とから構成され、該第１の出力軸と該第２の出力軸とは増速用の第１の変速機で連結され、該第２の出力軸と該第３の出力軸とは減速用の第２の変速機で連結され、該第２の出力軸に、前記電動機の動力をオン・オフするクラッチが設けられているものである。
より詳しくは、前記クラッチは、可変速流体継手とし、速度制御を行なうことを可能とするポンプ用駆動機一体型減速装置とするものである。
【０００９】
さらにまた上記目的を達成するため本発明のポンプ用駆動機一体型減速装置は、電動機と、該電動機の回転速度を変速する変速機と、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機一体型減速装置において、前記電動機は、２ないし４極の三相誘導かご形もしくは同期電動機であり、前記出力軸は、前記電動機の回転子に固定された第１の出力軸、該第１の出力軸と並行に配置された第２の出力軸、及び該第２の出力軸と同軸上に配置された第３の出力軸とから構成され、該第１の出力軸と該第２の出力軸とは増速用の第１の変速機で連結され、該第２の出力軸と該第３の出力軸とは減速用の第２の変速機で連結され、該第２の出力軸に、前記電動機の動力をオン・オフするクラッチが設けられ、該電動機、該第１の変速機、第２の変速機、及び該クラッチがパッケージ内に納められ一体に構成されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る駆動機一体型減速装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された例である。図２は、本発明に係るポンプ用駆動機一体型減速装置の実施例の断面図である。
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機一体型減速装置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】
したがって駆動機一体型減速装置１は、速度制御が可能なこと、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、このような駆動機一体型減速装置が設置されることによってポンプ機場全体もコンパクトになる。また、軽量にすることによって、床構造はより簡素に構築できる。
【００１２】
本発明に係るポンプ用駆動機一体型減速装置はこれを満足するもので、以下図２によって詳細に説明する。
図２において、ポンプ用駆動機一体型減速装置１の要部は、電動機１０と第１の変速機２０と第２の変速機３０とクラッチ４０とを備え、これら機器はパッケージ５０内に共に納められて一体に構成されている。
【００１３】
詳しくは電動機１０、かご形もしくは同期電動機（以下、かご形電動機を例にとる）とし、固定子１１と回転子１２とを備え、該回転子１２には動力を伝達する第１の出力軸１３が固定されている。第１の出力軸１３は、その両端部に軸受１４ａ，１４ｂを介しパッケージ５０に回転自在に支承されている。
【００１４】
第１の出力軸１３と並行に第２の出力軸３１が配置され、該第２の出力軸３１は軸受３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを介してパッケージ５０に回転自在に支承されている。第１の出力軸１３と第２の出力軸３１とは、増速用の第１の変速機２０で連結されている。該第１の変速機２０は、平歯車２０ａ，２０ｂによって構成されている。３３は第３の出力軸であり、該第３の出力軸３３は前記第２の出力軸３１と同軸上に配置され、減速用の第２の変速機３０で連結されている。第２の変速機３０には、遊星歯車が使用されている。３２ｅは第３の出力軸３３のスラスト力を受ける軸受、３２ｆはラジアル力を受ける軸受あり、第３の出力軸３３をパッケージ５０に回転自在に支承するものである。４０はクラッチ（流体継手）であり、前記第２の出力軸に設けられ、電動機１０から第３の出力軸３３へ伝達される動力をオン・オフし、速度制御をすることも可能とするものである。
【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から第２の出力軸３１へ伝達される過程で第１の変速機２０で増速され、さらにクラッチ４０及び第の変速機を経て第３の出力軸３３へ伝達される。第２の出力軸３０から第３の出力軸３３へ伝達される過程で第２の変速機で減速される。
【００１６】
詳しくは、電動機１０の動力は、第１の変速機２０によって２極相当（５０Ｈｚ：３０００ｍｉｎ−１、６０Ｈｚ：３６００ｍｉｎ−１）まで回転速度が増速されてクラッチ４０に伝達される。一般に回転速度が大きくなるとトルクは小さくなり、このため、本実施例ではクラッチ４０は小型化できる。また、クラッチ４０をオフにすることによってかご形電動機の始動電流を負荷時の５０％以下まで低減させることができる。第１の変速機２０によって増速された回転速度は、再度第２の変速機３０で減速され、定常運転時のポンプ運転回転速度に合うように４極ないし３０極相当（５０Ｈｚ：１５００ｍｉｎ−１、６０Ｈｚ：１８００ｍｉｎ−１ないし５０Ｈｚ：２００ｍｉｎ−１、６０Ｈｚ：２４０ｍｉｎ−１）に減速される。
【００１７】
したがって、定格出力が大きいポンプ駆動用として用いられた場合でも、クラッチ４０によってかご形期電動機の始動電流は低減される。また、クラッチ４０は可変速流体継手とすることにより、通常の定常運転時の３０％ないし１００％の回転速度で運転することができる。すなわち、インバータやセルビウスを用いなくてもポンプの回転速度を変化させることができ、広い運転点に対応することができる。また、インバータなどを使用していないので高調波が生じることもない。
【００１８】
始動電流が低減することを、図３及び図４によってさらに詳しく説明する。
図３，図４は、それぞれかご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、すなわちかご形電動機にポンプ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。
【００１９】
まず、実線で示すかご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、かご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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、すなわち中実軸１３及び変速機２０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４０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となる。交点Ｃでは、約１００％に近い回転速度になっているので昇速幅は小さい。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４０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。
【００２３】
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２ないし４極の三相誘導かご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。
【００２４】
図５は、本発明に係る駆動機一体型減速装置を備える横軸ポンプが、ポンプ機場に設置された他の例である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のポンプ用駆動機一体型減速装置によれば、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。
また本発明のポンプ用駆動機一体型減速装置によれば、始動時の電流が小さく、このため２ないし４極の三相誘導かご形もしくは同期電動機を使用することができ、軽量、回転速度制御ができ、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】本発明の駆動機一体型減速装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置され例である。
【図２】本発明に係るポンプ用駆動機一体型減速装置の実施例の断面図である。
【図３】一般的なかご形電動機を備える駆動機の始動特性図である。
【図４】本発明に係る、かご形電動機を備えるポンプ用駆動機一体型減速装置の始動特性図である。
【図５】本発明の駆動機一体型減速装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された他の例である。
【符号の説明】
１…ポンプ用駆動機一体型減速装置、１０…電動機１０１…固定子、１２…回転子、１３…第１の出力軸、１４ａ，１４ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ…軸受、２０…第１の変速機、２０ａ，２０ｂ…平歯車、３０…第２の変速機、３１…第２の出力軸、３３…第３の出力軸、４０…クラッチ、５０…パッケージ。
【図１】
2004169777.tif 000003
【図２】
2004169777.tif 000004
【図３】
2004169777.tif 000005
【図４】
2004169777.tif 000006
【図５】
2004169777.tif 000007