(57)【要約】【課題】コイルに発生する熱をモータケーシングを通じて外部に効率良く放熱させることができ、更には、コイルを傷めることなく長時間に亘って連続運転することができる水中モータを提供する。【解決手段】モータケーシング１０に収容された回転子１２及び固定子１１を備える水中モータにおいて、固定子１１に装着されたコイル１３を弾性体４５で被覆し、該弾性体４５を樹脂４６で被覆し、該樹脂４６をモータケーシング１０の内面に密着させることによって、コイル１３に発生した熱を、弾性体４５，樹脂４６，モータケーシング１０を介して外部に放熱させる。【選択図】  図２
2004166414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケーシングに収容された回転子及び固定子を備える水中モータにおいて、
前記固定子に装着されたコイルを弾性体で被覆し、該弾性体を樹脂で被覆し、該樹脂を前記モータケーシングの内面に密着させたことを特徴とする水中モータ。
【請求項２】
前記弾性体は、少なくとも前記コイルの端部を被覆することを特徴とする請求項１に記載の水中モータ。
【請求項３】
前記樹脂は、金属又は金属繊維を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水中モータ。
【請求項４】
前記弾性体及び前記樹脂は、熱伝導性に富む材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水中モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中ポンプなどに使用される水中モータに係り、特に、固定子に装着されたコイルの熱を効率良く外部に放出することができる水中モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中ポンプなどに広く使用されている水中モータは、陸上で使用されるモータとは異なり、外部からの取扱液（水など）の浸入を防ぐために密封構造であることが必要とされる。このため、この種の水中モータは、回転子や固定子などの各構成部材がモータケーシング内に液密に収容された構成を有している。
【０００３】
このような構成を持つ水中モータでは、水中モータ内部に発生した熱は、主にモータケーシングを介して外部に放出される。この場合、モータケーシングの外面に接する取扱液が常温であれば水中モータは十分に冷却されるが、水中モータを囲む取扱液の温度が上昇して水中モータの内部と外部との温度差が小さくなった場合や、一時的に水中モータが大気中で運転される場合などは、水中モータが十分に冷却されない。従って、このような場合においても、水中モータの十分な冷却を考慮する必要がある。
【０００４】
そこで、従来の水中モータでは、モータ内部から外部への伝熱効率を向上させるために次のような工夫がなされている。即ち、固定子に装着されたコイルの端部（以下、コイルエンド部という）を覆うように樹脂をモータケーシング内に充填し、コイルエンド部に発生した熱を樹脂及びモータケーシングを介して外部に放熱させている。この場合、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂をモータケーシング内に充填させるのが一般的である。
【０００５】
ところが、弾力性の乏しい樹脂をモータケーシング内に充填すると、内部温度の変化に伴ってコイルに密着している樹脂が伸縮し、コイルを傷めるなどの問題が生じていた。このため、従来の水中モータでは、モータケーシング内に樹脂を充填せず、モータケーシング内を満たしている気体を介して熱を外部に放出する構成が採用されつつある。
【０００６】
この構成について図３を参照して説明する。図３は従来の水中モータの要部を示す断面図である。図３に示すように、水中モータは、主軸４に固定された回転子１２と、モータケーシング１０に固定された固定子１１とを備えている。固定子１１にはコイル１３が装着されており、その両端部にはコイルエンド部１３ａが形成されている。モータケーシング１０の内部空間５０は液密に封止されており、この内部空間５０には気体が満たされているのみである。このような構成によれば、コイルエンド部１３ａに発生した熱は、モータケーシング１０の内部の気体を介してモータケーシング１０に伝達され、更に、モータケーシング１０から外部に放熱される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水中モータの高出力化に伴い、コイルに発生する熱量が大きくなってコイルの温度が上昇すると、コイルエンド部での損失が増え、更には、コイルを構成する巻線の絶縁膜の絶縁性が低下してしまう。また、水中モータ付近に軸受が配置されている場合には、コイルの熱により軸受内に封入されている潤滑剤の粘度が低下し、軸受から潤滑剤が流れ出てしまうという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コイルに発生する熱をモータケーシングを通じて外部に効率良く放熱させることができ、更には、コイルを傷めることなく長時間に亘って連続運転することができる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】
上記目的を達成するために、本発明は、モータケーシングに収容された回転子及び固定子を備える水中モータにおいて、前記固定子に装着されたコイルを弾性体で被覆し、該弾性体を樹脂で被覆し、該樹脂を前記モータケーシングの内面に密着させたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい一態様は、前記弾性体は、少なくとも前記コイルの端部を被覆することを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記樹脂は、金属又は金属繊維を含有することを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記弾性体及び前記樹脂は、熱伝導性に富む材料からなることを特徴とする。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、コイルの熱を、弾性体、樹脂、そしてモータケーシングを介して外部に効率良く放熱させることができ、これにより、水中モータの過度な温度上昇を防ぐことができる。また、樹脂の温度が変化して該樹脂が伸縮した場合でも、弾性体によって樹脂の変形を吸収させることができ、これにより、コイルに作用する力を緩和させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る水中モータを備えた水中ポンプを示す断面図である。
図１に示すように、水中ポンプは、水中モータを構成するモータ部１と、内部に羽根車２を収容したポンプ部３とを備えている。モータ部１及びポンプ部３の内部には、主軸４が挿通されており、主軸４の下端には主軸４と一体に回転する羽根車２が取付けられている。このような構成により、主軸４を介してモータ部１により羽根車２が回転駆動される。
【００１３】
モータ部１は、モータケーシング１０と、モータケーシング１０の内周面に固着された固定子１１と、主軸４と一体に回転する回転子１２とを備えている。固定子１１にはコイル１３が装着され、コイル１３の両端にはコイルエンド部１３ａが形成されている。
【００１４】
モータケーシング１０の上部開口端の近傍には上部ブラケット１５が設けられている。上部ブラケット１５及びモータケーシング１０の下端部には上部軸受１６及び下部軸受１７がそれぞれ設けられており、この上部軸受１６及び下部軸受１７によって主軸４が回転自在に支持されている。
【００１５】
モータケーシング１０の上部開口端にはモータカバー１９が固定されている。このモータカバー１９とモータケーシング１０との間にはＯリング２０が介在しており、これにより、モータ部１の内部に取扱液が浸入してしまうことが防止される。モータカバー１９と上部ブラケット１５との間に形成された空間には、モータ部１を過熱や過負荷から保護するプロテクタ（過熱保護装置）２１やコンデンサ２２などの機器が収納されている。また、モータカバー１９に接続された水中ケーブル２３を介してモータ部１に電力が供給されるようになっている。
【００１６】
ポンプ部３は、吸込口３１ａ及び吐出口３１ｂを有するポンプケーシング３１と、ポンプケーシング３１とモータケーシング１０との間に配置された中間ケーシング３２とを備えている。そして、これらポンプケーシング３１と中間ケーシング３２とによって形成されるポンプ室３３の内部に上述した羽根車２が収容されている。吐出口３１ｂには、吐出ホース（図示せず）を接続するためのニップル３４が連結されている。
【００１７】
本実施形態における水中ポンプは、いわゆるボルテックスポンプである。羽根車２とポンプケーシング３１との間には、ボルテックスポンプの特徴である広い空隙が設けられており、比較的大きな異物を吸い込んだ場合でも、この異物を容易に排出できるようになっている。また、ポンプケーシング３１の下面には、ポンプ全体を起立させるポンプ台３５が設けられている。このポンプ台３５は、一定以上の大きさの異物が吸い込まれないように、ストレーナとしての機能を有している。
【００１８】
メカニカルシール４０は、モータケーシング１０と中間ケーシング３２とにより形成されたメカニカルシール室４１内に配置されている。このメカニカルシール４０はモータケーシング１０及び中間ケーシング３２により支持され、主軸４に摺接するように配置されている。メカニカルシール室４１内には、メカニカルシール４０の摺接面の潤滑と冷却を行うための潤滑液が封入されている。この潤滑液としては例えばタービン油を用いることができる。このメカニカルシール４０により、羽根車２によってポンプ室３３内に吸引された取扱液がモータ部１に浸入してしまうことが防止される。なお、メカニカルシール４０の寿命を長くするために、メカニカルシール４０と羽根車２との間にはオイルシール４２が設けられており、これにより、取扱液に含まれる砂などの異物がメカニカルシール４０と主軸４との間に入り込むことが防止される。
【００１９】
このように構成された水中ポンプは、例えば工事現場での湧き水などを排水するために使用される。この種の水中ポンプは、その全部或いはほとんどを取扱液中に浸漬させた状態で運転される。そして、回転する羽根車２によって取扱液が吸込口３１ａからポンプ室３３に吸い込まれ、ポンプケーシング３１の吐出口３１ｂから吐出される。
【００２０】
次に、本発明の特徴的構成である水中モータの構成について図２を参照して説明する。
図２は本実施形態に係る水中モータの要部を示す断面図である。なお、上述したように、本実施形態ではモータ部１が本発明に係る水中モータを構成する。
図２に示すように、略円形の横断面を有する回転子１２は主軸４に固定され、主軸４と一体的に回転するようになっている。モータケーシング１０の内周面には複数の固定子１１が固定され（図２では１つの固定子１１のみを示す）、これらの固定子１１は回転子１２の外周面を囲むように周方向に沿って等間隔に配置されている。また、各固定子１１にはコイル１３が装着され、コイル１３の両端にはコイルエンド部１３ａが形成されている。そして、コイルエンド部１３ａとモータケーシング１０との間に形成される空間には、弾性体４５、金属又は金属繊維を含有する樹脂４６がこの順に充填されている。
【００２１】
より具体的には、コイルエンド部１３ａの表面は弾性体４５によって被覆されており、コイルエンド部１３ａと弾性体４５とは互いに密着している。また、図示しないが、複数の固定子１１にそれぞれ装着されているコイル１３間の隙間にも弾性体４５が充填されている。ここで、弾性体４５としては、熱伝導性に優れ、かつ、絶縁性に富む材料が使用される。例えば、シリコンラバー系のゲルを固化させてゴム状にした材料が好適に使用され、更に、熱伝導率１．１〜５．６（Ｗ／（ｍ・℃））を有する材料であることが好ましい。
【００２２】
コイルエンド部１３ａを覆う弾性体４５は、金属又は金属繊維を含ませた樹脂４６によって被覆されており、弾性体４５と樹脂４６とは互いに密着している。更に、この樹脂４６は、モータケーシング１０の内周面に密着している。ここで、上記樹脂４６としては、熱伝導性に優れた材料が好適に用いられる。また、上記樹脂４６に含まれる金属又は金属繊維としては、アルミニウムなどが好適に用いられる。
【００２３】
このように、本実施形態に係るモータ部１（水中モータ）は、コイルエンド部１３ａの外面が弾性体４５に密着し、弾性体４５の外面が樹脂４６に密着し、更に、樹脂４６の外面がモータケーシング１０の内面に密着した構成を有している。このような構成では、コイル１３、特に、コイルエンド部１３ａにおいて発生した熱は、弾性体４５及び樹脂４６を介してモータケーシング１０に伝達され、モータケーシング１０から外部に放熱される。即ち、モータケーシング１０内に熱伝導率の高い弾性体４５及び樹脂４６を充填したことにより、モータ部１の内部に発生した熱を効率良く外部に放出することができる。
【００２４】
また、コイルエンド部１３ａと樹脂４６との間には弾性体４５が存在するので、樹脂４６の温度が変化して該樹脂４６が伸縮した場合でも、その変形を弾性体４５によって吸収することができ、コイルエンド部１３ａに作用する力を緩和することができる。さらに、モータ部１の温度が過度に上昇することが防止されるので、本実施形態のようにモータ部１の近傍に軸受１６，１７が配置されている場合でも、この軸受１６，１７に使用されている潤滑油が流れ出てしまうことを防止することができる。
【００２５】
なお、上述した実施形態では、本発明に係る水中モータを水中ポンプに適用した例を示しているが、本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、エアレーター（曝気装置）などにも本発明を適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コイルに発生した熱を効率よく外部に放出することが可能となり、従来のモータに比べてモータの効率を向上させることができる。また、樹脂が変形する際にコイル（コイルエンド部）に作用する力を弾性体によって吸収することができ、長時間に亘って運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水中モータを備えた水中ポンプを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水中モータの要部を示す断面図である。
【図３】従来の水中モータの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１      モータ部
２      羽根車
３      ポンプ部
４      主軸
１０      モータケーシング
１１      固定子
１２      回転子
１３      コイル
１３ａ    コイルエンド
１５      上部ブラケット
１６      上部軸受
１７      下部軸受
１９      モータカバー
２０      Ｏリング
２１      プロテクタ
２２      コンデンサ
２３      水中ケーブル
３１      ポンプケーシング
３１ａ    吸込口
３１ｂ    吐出口
３２      中間ケーシング
３３      ポンプ室
３４      ニップル
３５      ポンプ台
４０      メカニカルシール
４１      メカニカルシール室
４２      オイルシール
４５      弾性体
４６      樹脂
５０      モータ内部空間
【図１】
2004166414.tif 000003
【図２】
2004166414.tif 000004
【図３】
2004166414.tif 000005