(57)【要約】【課題】電動機の故障の原因を排除すると共に制御装置の温度上昇を軽減することができる電動ポンプ装置を提案する。【解決手段】ポンプ部２における電動機２４の外殻２４１の後部にファンカバー２４２で覆った外扇ファン２４３を設け、ファンカバーの一部に制御装置８に向けて開口させた切欠き口を２４２１設け、外扇ファン２４３で発生した冷却風によって電動機と制御装置を冷却するように構成した。【選択図】　図３
2004084510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に収容した羽根車を電動機で回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、このポンプ部で加圧した水を蓄水する圧力タンクと、前記電動機を制御する制御装置とを備えた電動ポンプ装置において、
前記電動機は、外殻の後部にファンカバーで覆った外扇ファンを備え、前記ファンカバーの一部には前記制御装置に向けて開口させた切欠き口を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御装置は、電子制御部品を実装した制御基板を基板ケースに収納して備え、この基板ケースの側面の一部に前記ファンカバーの切欠き口からの風を受け入れる開口部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記制御基板は、前記基板ケースの開口部を臨む位置にアルミニウム製の放熱板を備えたことを特徴とする電動ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動ポンプ装置は、ケーシング内に収容した羽根車を電動機により回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、このポンプ部で加圧した水を蓄水して水栓に給水する圧力タンクと、この圧力タンク内の圧力（蓄水量）を検出して前記電動機の運転／停止を制御する圧力スイッチを備え、圧力タンク内の蓄水量が減少して圧力が下限値まで減少すると圧力スイッチの機械式接点がオン（閉合）して電動機を運転し、蓄水量（圧力）が上限値まで増加するとオフ（開放）して電動機を停止する構成である。
【０００３】
電動機は、コンデンサ分相型の単相誘導電動機を使用しており、制御装置は、電動機用のコンデンサや安全装置をケースに収納して電動機の外殻に取り付ける構成である。
【０００４】
このような電動ポンプ装置における温度上昇の主たる要因は、電動機の発熱であることから、冷却対策は、電動機の外殻に冷却通風用の複数の風穴を設けて通風することにより放熱させる構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動ポンプ装置においては、電動機が複数の風穴を有する開放型であることから、この風穴から小さい昆虫等が入ってレアショートを発生したり、湿気も入り易いために絶縁が劣化して故障の原因となる。
【０００６】
また、電動ポンプ装置を小型化しようとすると、圧力タンクの小型化が必要であるが、圧力タンクを小型化すると給水流量が不安定になる。圧力タンクの小型化に伴う給水流量の不安定化は、圧力タンクの圧力（蓄水量）に応じて電動機の回転速度を変速制御することによって軽減することができる。しかしながら、電動機を変速制御するためには、制御装置に多数の電子制御回路部品を実装した制御回路基板を内蔵することが必要になり、制御装置の温度上昇が問題になる。
【０００７】
本発明の目的は、電動機の故障の原因を排除すると共に制御装置の温度上昇を軽減することができる電動ポンプ装置を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ケーシング内に収容した羽根車を電動機で回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、このポンプ部で加圧した水を蓄水する圧力タンクと、前記電動機を制御する制御装置とを備えた電動ポンプ装置において、前記電動機は、外殻の後部にファンカバーで覆った外扇ファンを備え、前記ファンカバーの一部には前記制御装置に向けて開口させた切欠き口を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記制御装置は、電子制御部品を実装した制御基板を基板ケースに収納して備え、この基板ケースの側面の一部に前記ファンカバーの切欠き口からの風を受け入れる開口部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記制御基板は、前記基板ケースの開口部を臨む位置にアルミニウム製の放熱板を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の実施の形態における電動ポンプ装置の特徴を分かり易くするために従来の電動ポンプ装置を対比しながら説明する。図１〜図７は、本発明の実施の形態である電動ポンプ装置を示し、図８〜図１０は、従来の電動ポンプ装置を示す。
【００１２】
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態における自動式の電動ポンプ装置は、圧力タンク１と、この圧力タンク１の上に設置したポンプ部２と気水分離室部３と吸込室部４と吸込継手５と吐出ニップル６と圧力センサ７と制御装置８と、これらを覆うポンプカバー９と、前記ポンプ部２により揚水されて圧力タンク１に蓄水した水を水栓へ給水する給水配管を接続するために該圧力タンク１の側面に設けた吐出フランジ１０を備える。
【００１３】
圧力タンク１は、ステンレス鋼板を絞り加工して形成したドラム部１１と合成樹脂を成型した鏡板１２を巻締め結合して構成する。この圧力タンク１は、この実施の形態では、揚水運転時にポンプ部２の吐出圧力を一定に制御することを前提として、有効利用容積を０．５Ｌ程度に抑え、全容積が１６Ｌ以下となるように設定することにより、高さＨを低く抑えて小型，軽量化を実現することができるように構成した。ドラム部１１を形成するステンレス鋼板は、材料の特性上、絞り加工時の加工硬化が大きくなり、普通鋼板製と同様形態のドラム部１１を１回の絞り加工で得ることは困難である。そこで、この実施の形態では、ドラム部１１の絞り率（ドラム部内径／素材直径）を０．５５以下にすることにより、ステンレス鋼板を使用しても１回絞りで形成することができるようにした。このドラム部１１を形成するステンレス鋼板の板厚は、ポンプ吐出圧力が一定に制御されて圧力上昇が抑制されることから、１．５ｍｍ以下のものを使用するようにして軽量化を促進した。
【００１４】
ポンプ部２は、羽根車２１と、この羽根車２１を収容するケーシング２２と、このケーシング２２の前面を閉じるケーシングカバー２３と、前記羽根車２１を回転させる電動機２４を備える。前記ケーシング２２は、吸込口部２２１と吐出口部２２２を備える。電動機２４は、連続的な回転速度制御を実現するために好都合なインバータ駆動電動機を使用する。このポンプ部２は、ウェスコポンプと称される形式のものである。なお、この実施の形態では、代表的なポンプであるウェスコポンプを例示するが、本発明はウェスコポンプに限定されるものではない。また、電動機２４は、給電波形制御（位相制御や間歇給電など）によって実質的に連続的な変速制御を行うことができる誘導電動機を使用しても良い。
【００１５】
気水分離室部３は、ポンプ部２のケーシング２２における吐出口部２２２に連通するように該ケーシング２２にねじ止めして固定し、吐出ニップル６を介して圧力タンク１の流入口に連通させる。この気水分離室３は、上部に、ねじ込み式の呼び水給水用栓３１を備える。この呼び水給水用栓３１は、取り外して気水分離室部３内に呼び水を給水した後に再び取り付けるように使用する。
【００１６】
給水室部４は、吸い込み側流路内に逆止弁４１を備え、ポンプケーシング２２の吸込口部２２１と吸込継手５を連通するように取り付ける。前記逆止弁４１は、吸込口部２２１からケーシング２２内への水の流れを許すが、その逆向きの流れを阻止するように作動する。
【００１７】
吸込継手５は、揚水配管を接続するものであ。
吐出ニップル６は、気水分離室部３と圧力タンク１を接続する。
【００１８】
圧力センサ７は、圧力タンク１内の圧力を検出することができるように吐出ニップル６に接続して取り付ける。この圧力センサ７は、圧力タンク１内の圧力に比例した圧力検出信号を発生する特性のものであり、図示説明は省略するが、例えば、電気コイルと該磁気コイルに作用する磁気コアを備え、磁気コアを圧力タンク１内の圧力に応動させて該圧力に応じて電気コイルへの作用の程度を変えることにより該電気コイルのインダクタンスの大きさを変化させ、このインダクタンスの大きさに応じて変化する電気信号を圧力検出信号として出力するように構成する。
【００１９】
制御装置８は、前記圧力センサ７から出力される圧力検出信号を入力し、入力した圧力検出信号に応じて前記ポンプ部２の電動機２４の運転／停止と運転時の回転速度の変速を制御する。電動機２４としてインバータ駆動電動機を使用する構成では、この制御装置８は、電動機２４に給電するインバータを内蔵し、圧力センサ７から入力する圧力検出信号に応じてインバータ出力電圧の発生の有無（電動機２４の運転／停止に相当）およびインバータ出力電圧の大きさや周波数の変更（電動機２４の回転速度の変速に相当）の制御を実行する。
【００２０】
ポンプカバー９は、圧力タンク１上に設置した前記ポンプ部２と気水分離室部３と吸込室部４と吸込継手５と吐出ニップル６と圧力センサ７と制御装置８を覆うように圧力タンク１の上に取り付ける。
【００２１】
吐出フランジ１０は、圧力タンク１内の蓄水を水栓に給水する給水配管を接続するために該圧力タンク１の下部に位置するようにドラム部１１の側面に取り付ける。
【００２２】
この自動式の電動ポンプ装置の揚水及び蓄水運転は、ポンプ部２の電動機２４を運転して羽根車２１を回転させることにより行う。まず、自吸運転を行い、自吸運転が終了すると揚水運転に移行する。
【００２３】
自吸運転では、ケーシング２２内の羽根車２１の回転によって吐出口部２２２から気水分離室部内３の呼び水が還流して空気分を吐出ニップル６から圧力タンク１内へ排出する。これにより、ケーシング２２の吸込口部２２１から上流側の空気が徐々に抜けて水が満たされて行く。そして、全部に水が満たされると自吸運転が終了して揚水運転に移行する。
【００２４】
揚水運転では、吸い上げた水を吐出ニップル６を通して圧力タンク１内に蓄水し、吐出フランジ１０を介して給水配管に送り出す。かかる揚水運転で、給水配管につながる水栓（流路）が閉じられると、圧力タンク１内の圧力が上昇する。圧力センサ７は、この圧力を圧力検出信号に変換して出力する。そして、制御装置８は、圧力センサ７から出力される圧力検出信号に基づいて電動機２４の運転／停止および回転速度の制御を実行する。
【００２５】
次に、この実施の形態における自動式の電動ポンプ装置の動作について、図７を参照して具体的に説明する。
【００２６】
運転待機（圧力タンク１内の圧力が上限値以上でポンプ部２の電動機２４が停止している）状態において、Ｔ１で水栓を開いて水を使い始めると、圧力タンク１に蓄水された水が流出して圧力センサ７の圧力検出信号（圧力タンク１内の圧力）が（ｃ）のように徐々に低下し、ポンプ吐出圧力も（ｂ）のように徐々に低下する。そして、運転開始圧力（下限値）に到達した時点Ｔ２で電動機２４の運転を開始して揚水する。水栓の開度、つまり水の使用量と揚水量の差に応じて圧力タンク１内の蓄水量（圧力）が増減して圧力センサ７から出力される圧力検出信号が変化することから、制御装置８は、この圧力検出信号を参照して電動機２４の回転速度を変速することにより、ポンプ吐出圧力（ｂ）を一定値に保持するような運転制御を実行する。
【００２７】
Ｔ３にて水の使用量を減じて揚水量が使用量より多くなると圧力タンク１内の蓄水量が増加して圧力が上昇し、圧力センサ７の圧力検出信号が上昇するので、制御装置８は、電動機２４の回転速度を減じてポンプ吐出圧力を一定に保持するように制御する。同様に、Ｔ４で水の使用量を増加させた場合、Ｔ５で水の使用量を一定とした場合も、各々の状況に応じて圧力センサ７の圧力検出信号が変化することから、制御装置８は、この圧力検出信号に応じて電動機２４の回転速度を変えてポンプ吐出圧力を一定とする運転制御を実行する。
【００２８】
そして、Ｔ６にて水栓を閉じて水の使用を終了すると、圧力タンク１への蓄水量が急増して圧力センサ７から出力される圧力検出信号が急上昇するので、制御装置８は、電動機２４の回転速度を急速に減速する。その後、水使用の有無を判定するために、Ｔ７において電動機２４の回転速度を若干上げた後、Ｔ８からＴ９間で電動機２４の回転速度を一定に保持し、この間、圧力センサ７の圧力検出信号が低下方向への変化がないことを確認してＴ９で電動機２４の回転を停止して待機状態とする。
【００２９】
次に、この実施の形態における電動ポンプ装置の特徴について説明する。
まず、従来の電動ポンプ装置について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００３０】
圧力タンク２０１の上部には、ポンプ部２０２と圧力スイッチ２０３と電気部品ケース２０４を設置する。ポンプ部２０２は、ケーシング２０２１内に収容した羽根車２０２２を電動機２０２３によって回転させる構成である。電気部品ケース２０４は、電動機用のコンデンサおよび安全装置等を収納し、固定金具２０５を介してねじ２０６によって電動機２０２３の外殻２０２３ａに固定する。
【００３１】
電動機２０２３は、外殻２０２３ａに冷却通風用の複数の風穴２０２３ｂを設けた開放型のコンデンサ分相誘導電動機である。
【００３２】
これに対して、この実施の形態における電動ポンプ装置は、電動機２４として、図４に示すように、風穴がない外殻２４１を使用した密閉式構造を採用し、温度上昇対策として、外殻２４１を熱伝導性の良いアルミニウムで形成すると共に表面積を増やすためにフィン２４１１を形成し、更に、外殻２４１の後部にファンカバー２４２で覆った外扇ファン２４３を設け、この外扇ファン２４３で発生した風を強制的に外殻２４１の表面に当てて強制風冷するように構成した。ファンカバー２４２は、円筒側面の一部に形成した切欠き口２４２１を備える。
【００３３】
制御装置８は、図５および図６に示すように、電動機２４の回転速度を変速制御するための電子制御回路部品８１とアルミニウム製の放熱板８２を実装した制御回路基板８３を基板ケース８４に収納し、防滴を目的としてウレタン樹脂でポッティングした後に基板カバー８５を被せた構成である。
【００３４】
基板ケース８４は、その側面に前記放熱板８２と向き合うように冷却通風のための通気口８４１を有し、基板カバー８５は、放熱板８２と向き合う位置に冷却通風のための格子状の通気孔８５１を有する。
【００３５】
そして、制御装置８は、電動機２４のファンカバー２４２に形成した切欠き口２４２１から吹き出す冷却風を基板ケース８４の側面に設けた通気口８４１から受け入れて内部を冷却する姿勢に設置した。
【００３６】
このように構成した電動ポンプ装置は、電動機２４が運転（回転）状態にあるときには、外扇ファン２４３の回転により発生した冷却風がフィン２４１１を有する外殻２４１の外表面を冷却して電動機２４の温度上昇を抑制し、また、外扇ファン２４３の回転によって発生した冷却風の一部はファンカバー２４２の切欠き口２４２１から吹き出して制御装置８の基板ケース８４の通気口８４１から基板ケース８４内に流入して制御回路基板８３（電子制御回路部品８１）を冷却する。制御回路基板８３に実装したアルミニウム製の放熱板８２は、通気口８４１に臨んで位置していることから、ファンカバー２４２の切欠き口２４２１から吹き込まれる冷却風に効率良く曝されるために高い冷却効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電動ポンプ装置は、密閉型の外扇型電動機を使用したことに外部からの侵入物による故障を防止することができる共に外扇型電動機の外扇ファンで発生する冷却風の一部を利用して制御装置を冷却するようにしているので外制御装置の温度上昇を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す電動ポンプ装置の縦断正面図である。
【図２】図１に示した電動ポンプ装置の右側面図である。
【図３】図１に示した電動ポンプ装置のポンプカバーを外して該電動ポンプ装置を上から見た平面図である。
【図４】図１に示した電動ポンプ装置における電動機の縦断側面図である。
【図５】図１に示した電動ポンプ装置における制御装置を基板カバーを外して見た正面図である。
【図６】図５に示した制御装置の正面図（ａ）および左側面図（ｂ）である。
【図７】図１に示した電動ポンプ装置の運転開始から停止するまでを時系列的に示す運転特性図である。
【図８】従来の電動ポンプ装置の縦断正面図である。
【図９】図８に示した電動ポンプ装置の右側面図である。
【図１０】図８に示した電動ポンプ装置における電動機の縦断側面図である。
【符号の説明】
１…圧力タンク、２４…電動機、２４１…外殻、２４２…ファンカバー、２４２１…切欠き口、２４３…外扇ファン、８…制御装置、８１…電子制御回路部品、８２…放熱板、８３…制御回路基板、８４…基板ケース、８４１…通気口、８５…基板カバー、８５１…通気孔。
【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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【図１０】
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