(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプに連結されるモータと、
前記モータの側部に固定され、冷却フィンを有するインバータと、
前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、
前記冷却ファンの近傍に配置された熱交換器と、
前記ポンプによって昇圧された液体を前記熱交換器に導く液体供給ラインと、
前記モータの少なくとも一部と前記冷却ファンとを覆い、前記モータと隙間を介して配置されたカバーとを備え、
前記熱交換器は、前記冷却ファンにより生じる気流と前記ポンプからの液体との間で熱交換を行うように構成されていることを特徴とするモータ組立体。
【請求項２】
前記モータと前記カバーとの間の隙間に配置された少なくとも１つのガイド部材をさらに備え、
前記ガイド部材は、前記冷却ファンからの気体を前記インバータの冷却フィンに導く形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
【請求項３】
前記カバーの内面には、吸音材または制振材が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ組立体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ組立体と、
前記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ組立体およびポンプ装置に関し、特にインバータおよびモータを効率よく冷却するための冷却構造を有するモータ組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプを駆動する駆動源としては、モータが広く採用されている。最近では、モータにインバータを取り付けたインバータ一体型のポンプモータが主流となりつつある。インバータは、パワースイッチング素子（例えば、Insulated  Gate  Bipolar  Transistor（ＩＧＢＴ）、パワーＭＯＳ  ＦＥＴなど）を備えており、このパワースイッチング素子により、モータに供給する電源の周波数を変化させ、モータの回転速度を変化させる。
【０００３】
このようなポンプモータを駆動している間、インバータおよびモータは熱を発生する。特に、インバータのパワースイッチング素子は、小さな表面積であるにもかかわらず高熱を発生するため、高温となってしまう。しかも、インバータは多くの電子デバイスを備えているため、モータに比べて耐熱温度が低い。したがって、モータのみならず、インバータを効率よく冷却することが重要とされる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１６０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、インバータおよびモータを効率よく冷却することができるモータ組立体および該モータ組立体を備えたポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するための本発明の一態様は、ポンプに連結されるモータと、前記モータの側部に固定され、冷却フィンを有するインバータと、前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、前記冷却ファンの近傍に配置された熱交換器と、前記ポンプによって昇圧された液体を前記熱交換器に導く液体供給ラインと、前記モータの少なくとも一部と前記冷却ファンとを覆い、前記モータと隙間を介して配置されたカバーとを備え、前記熱交換器は、前記冷却ファンにより生じる気流と前記ポンプからの液体との間で熱交換を行うように構成されていることを特徴とするモータ組立体である。
【０００７】
本発明の好ましい態様は、前記モータと前記カバーとの間の隙間に配置された少なくとも１つのガイド部材をさらに備え、前記ガイド部材は、前記冷却ファンからの気体を前記インバータの冷却フィンに導く形状を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記カバーの内面には、吸音材または制振材が取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記モータ組立体と、前記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポンプから供給される液体によって冷却ファンからの気体（一般には空気）が冷却され、この冷却された気体によってモータおよびインバータを効率よく冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。
ポンプ装置は、液体を移送するポンプ１と、このポンプ１を駆動する本発明の実施形態に係るモータ組立体２とを備えている。ポンプ１はモータ組立体２により駆動され、液体を吸込口１ａから吸込み、加圧し、そして吐出口１ｂから吐出する。ポンプ１の例としては多段式遠心ポンプが挙げられるが、他の型式のポンプを用いることもできる。
【００１１】
モータ組立体２は、ポンプ１に連結されたモータ５と、モータ５の回転速度を制御するインバータ６と、モータ５を覆うカバー７とを備えている。図１では、カバー７の縦断面が示されている。モータ５には、ロータに永久磁石を用いた同期電動機が用いられている。このタイプのモータ（Permanent  Magnet  motor）は、一般的なモータよりも効率がよく、したがって発熱が低いという特徴を持っている。しかしながら、他のタイプのモータを用いてもよいことはいうまでもない。なお、カバー７は図示しない支持部によってモータ５に固定されている。
【００１２】
モータ５の上方には冷却ファン８が配置されており、この冷却ファン８は、モータ５の回転軸１０の端部（反ポンプ側端部）に連結されている。したがって、冷却ファン８はモータ５の回転軸１０と一体的に回転するようになっている。図１に示すように、冷却ファン８とモータ５との間には、冷却ジャケット２４が配置されている。冷却ジャケット２４は冷却ファン８の近傍に配置されている。この冷却ジャケット２４は、ポンプ１から送られる液体と冷却ファン８から送られる気体（一般には空気）との間で熱交換を行う熱交換器である。
【００１３】
カバー７は、冷却ファン８と、冷却ジャケット２４と、モータ５の全体を覆う形状を有しており、モータ５の外面とカバー７の内面との間には隙間が形成されている。モータ５の側面には、複数の冷却フィン１３が形成されている。カバー７の上部には空気取り入れ孔（後述する）が形成されており、冷却ファン８を回転させることによって空気の流れがカバー７とモータ５との間の隙間に形成されるようになっている。
【００１４】
図２（ａ）はカバー７の上面図であり、図２（ｂ）はカバー７の縦断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
カバー７は、冷却ファン８、冷却ジャケット２４、およびモータ５のほぼ全体を囲む形状を有している。カバー７の上部には、冷却ファン８用の空気取り入れ孔（気体取り入れ孔）２０が形成されている。
【００１５】
カバー７の内面には、吸音材２３が取り付けられている。この吸音材２３はモータ５の側面を囲むように配置されている。ここで、吸音材とは、音を内部に取り込んで音エネルギーを熱エネルギーに変換することで音を吸収する部材をいう。吸音材２３の例としてはスポンジやウレタンフォームが挙げられる。
【００１６】
なお、吸音材２３に代えて、制振材をカバー７の内面に取り付けてもよい。この場合、上述した吸音材と同様に、モータ５の側面を覆うように制振材を配置することが好ましい。ここで、制振材とは、固体の振動エネルギーを熱エネルギーに変換することによって固体の振動を低減させる部材をいう。制振材の例としてはゴム板やプラスチック板が挙げられる。
【００１７】
図３（ａ）はモータ５とインバータ６との配置関係を説明するための上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すモータ５を矢印Ｂの方向から見たときの、インバータ６が無い状態を示す図である。インバータ６は、モータ側ブラケット１１およびインバータ側ブラケット１２を介してモータ５の側部に固定されている。より詳しくは、モータ側ブラケット１１はモータ５の側部に形成され、インバータ側ブラケット１２はインバータ６の底部に形成されている。これらモータ側ブラケット１１およびインバータ側ブラケット１２は図示しないボルトによって互いに連結されるようになっており、これによりインバータ６がモータ５に一体に取り付けられる。モータ側ブラケット１１には、インバータ６からモータ５に延びる電力線が通る貫通孔が形成されている。インバータ側ブラケット１２にも、モータ側ブラケット１１の貫通孔に接続される貫通孔が形成されている。
【００１８】
図４（ａ）はインバータ６の上面図であり、図４（ｂ）はインバータ６の裏面図であり、図４（ｃ）はインバータ６の部分断面図である。インバータ６は、パワースイッチング素子１５と、このパワースイッチング素子１５の動作を制御する制御基板１６と、パワースイッチング素子１５および制御基板１６を収容するボックス１７とを備えている。パワースイッチング素子１５は、ボックス１７の底部の内面に接触した状態でボックス１７に固定されている。インバータ６の底部はモータ５に対向しており、その底部の外面全体には冷却フィン１８が設けられている。これら冷却フィン１８はモータ５の外面に近接し、またモータ５の冷却フィン１３に隣接している。
【００１９】
図５（ａ）は冷却ジャケット２４を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）はモータ組立体２の上面図である。なお、図５（ｂ）においては、カバー７を想像線で示す。
冷却ジャケット２４は、熱伝導性のよい金属からなるジャケット２７と、このジャケット２７の中を蛇行して延びる液体流路２８とを備えている。液体流路２８の端部は、それぞれ流入ライン（液体供給ライン）２５および流出ライン（液体戻りライン）２６に連通している。ジャケット２７の中央には、回転軸１０が挿入される貫通孔２７ａが形成されている。ポンプ１から供給される液体は、流入ライン２５、冷却ジャケット２４、流出ライン２６をこの順で流れ、再びポンプ１に戻される。
【００２０】
冷却ジャケット２４は、液体が流れる流入ライン２５および流出ライン２６を介してポンプ１に接続されている。流入ライン２５の端部はポンプ１の吐出側流路に接続されており、流出ライン２６の端部はポンプ１の吸込側流路に接続されている。ポンプ１を駆動させると、ポンプ１の吐出側流路と吸込側流路との間には差圧が生じ、この差圧により、ポンプ１によって移送される液体の一部が流入ライン２５を通って冷却ジャケット２４に流入し、冷却ジャケット２４を通過し、そしてポンプ１に戻る。
【００２１】
上述の構成において、モータ５の回転軸１０を回転させると、ポンプ１が駆動され、同時に冷却ファン８が回転する。ポンプ１によって移送される液体の一部は、流入ライン２５を通じて冷却ジャケット２４に送られる。一方、冷却ファン８が回転することにより、空気（気体）が空気取り入れ孔２０からカバー７内に流入する。この空気は、冷却ジャケット２４に当たり、液体との熱交換により冷却される。冷却された空気は、カバー７とモータ５との間の隙間を流れ、冷却フィン１３，１８の間を通り、そしてカバー７から流出する。
【００２２】
空気の流れが冷却フィン１３，１８と接触している間、空気と冷却フィン１３，１８との間で熱交換が行われ、これによりモータ５およびインバータ６が冷却される。図４（ｃ）に示すように、パワースイッチング素子１５はボックス１７の底部に接触し、この底部に冷却フィン１８が形成されているので、発熱量の大きいパワースイッチング素子１５を効率よく冷却することができる。
【００２３】
図６は、冷却ジャケットの変形例を示す平面図である。この例では、冷却ジャケット２４の上面（ジャケット２７の冷却ファン８に対向する面）に、放射状に延びるフィン３０が形成されている。このフィン３０は、冷却ジャケット２４の表面積を増やし、モータ５の全周を覆う均一な空気の流れを形成する。
冷却ジャケット２４に代えて、図７に示すように、湾曲したパイプから構成される冷却パイプ２９を熱交換器として用いてもよい。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図８は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。本実施形態は、上述の実施形態と同様の基本的構成を備えているが、冷却ジャケット２４によって冷却された空気をインバータ６に集中させる構造を有している点で、上記実施形態と異なっている。すなわち、カバー７の内面とモータ５の外面との間の隙間には、冷却ファン８からの空気の流れをインバータ６に導くガイド部材３５が設けられている。図８では、カバー７を想像線で示している。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００２５】
図９（ａ）は図８に示すカバー７を下から見た図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のカバー７を矢印Ｃから見た図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。カバー７の下端（ポンプ側端部）は斜めに形成されており、この端部に沿って傾斜するガイド部材３５がカバー７の内面に固定されている。このガイド部材３５は、一部が欠けた環状のプレートから構成されており、インバータ６に向かって下方に傾斜している。ガイド部材３５は、カバー７の内面とモータ５の外面との間の隙間に位置し、カバー７の下端においてこの隙間を塞ぐように形成されている。
【００２６】
図１０は、冷却ファン８の回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。図１０に示すように、冷却ファン８の回転によって空気取り入れ孔２０から空気（気体）がカバー７内に流入し、冷却ジャケット２４によって冷却される。この冷却された空気は、モータ５とカバー７との間の隙間に下降流を形成する。この空気はモータ５の外面に沿ってガイド部材３５に向かって流れ、このガイド部材３５によってその進行方向がインバータ６に向けられる。そして、空気はインバータ６の底部に設けられた冷却フィン１８の間を流れ、これによりインバータ６が冷却される。このように、ガイド部材３５によって空気の流れをインバータ６に集中させることができるので、インバータ６を効果的に冷却することができる。
【００２７】
一般に、モータ５は発熱部であるステータ（コイル）の表面積が大きいため放熱しやすく、冷却が比較的進みやすい。一方、インバータ６は発熱部であるパワースイッチング素子１５の表面積が小さいため、放熱による冷却が進みにくい。さらに、インバータ６は多くの電子デバイスを有しているため、モータ５に比べて耐熱温度が低い。本実施形態によれば、冷却ファン８によって形成される空気の流れを強制的にインバータ６に向かわせることができるので、空気の流れがインバータ６に集中的に当たり、また空気の流れの流速が速まることで熱伝達率が向上し、インバータ６を速やかに冷却することができる。
【００２８】
カバー７に覆われていないモータ５の側面には、冷却フィン１３が設けられている。冷却ファン８からの空気は、モータ５の一部に沿って流れるので、この空気の流れはモータ５の冷却にも寄与する。さらに、モータ５は、冷却フィン１３によって冷却される。モータ５の冷却フィン１３の表面積は、インバータ６の冷却フィン１８に比べて大きく、また、モータ５の耐熱温度は比較的高いことから、これら冷却フィン１３や空気の流れによってモータ５を十分に冷却することができる。
【００２９】
なお、複数のガイド部材３５を設けることもできる。また、ガイド部材３５を、カバー７の内面ではなく、モータ５の外面に設けることもできる。さらに、この実施形態においても、冷却ジャケット２４は、図６に示す放射状のフィン３０を有していてもよい。さらに、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、カバー７の内面に吸音材または制振材を取り付けてもよい。
【００３０】
上述した各実施形態では、冷却ジャケット２４は冷却ファン８とモータ５との間に配置されているが、本発明はこの配置に限定されない。例えば、冷却ジャケット（熱交換器）２４、冷却ファン８、モータ５をこの順に配列し、冷却ファン８の吸引する空気を冷却ジャケット２４で冷却するという構成にすることもできる。この場合、冷却ジャケット２４は冷却ファン８と共にカバー７で覆われてもよく、またはカバー７の外側で冷却ファン８に近接して配置してもよい。
ここでは、冷却ジャケット２４で説明したが、図７に示す冷却パイプ２９を設けてもよい。
【００３１】
なお、上述したポンプ装置は、ポンプの回転軸が縦方向に延びる、いわゆる縦置型ポンプ装置である。このタイプのポンプ装置は、設置面積やフットプリントが小さくなるという利点を有する。しかしながら、本発明はこれに限らず、横置き型のポンプ装置であってもよい。
【００３２】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。
【図２】図２（ａ）はカバーの上面図であり、図２（ｂ）はカバーの縦断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３（ａ）はモータとインバータとの配置関係を説明するための上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すモータを矢印Ｂの方向から見たときの、インバータが無い状態を示す図である。
【図４】図４（ａ）はインバータの上面図であり、図４（ｂ）はインバータの裏面図であり、図４（ｃ）はインバータの部分断面図である。
【図５】図５（ａ）は冷却ジャケットを模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）はモータ組立体の上面図である。
【図６】冷却ジャケットの変形例を示す平面図である。
【図７】熱交換器としての冷却パイプを示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す側面図である。
【図９】図９（ａ）は図８に示すカバーを下から見た図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のカバーを矢印Ｃから見た図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）は、カバーの内面に吸音材または制振材を取り付けた例を示す図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      ポンプ
２      モータ組立体
５      モータ
６      インバータ
７      カバー
８      冷却ファン
１０      回転軸
１１      モータ側ブラケット
１２      インバータ側ブラケット
１３      冷却フィン
１５      パワースイッチング素子
１６      制御基板
１７      ボックス
１８      冷却フィン
２０      空気取り入れ孔
２３      吸音材または制振材
２４      冷却ジャケット
２５      流入ライン
２６      流出ライン
２７      ジャケット
２８      液体流路
２９      冷却パイプ
３０      フィン
３５      ガイド部材
【図１】
0005189891.tif 000002
【図２】
0005189891.tif 000003
【図３】
0005189891.tif 000004
【図４】
0005189891.tif 000005
【図５】
0005189891.tif 000006
【図６】
0005189891.tif 000007
【図７】
0005189891.tif 000008
【図８】
0005189891.tif 000009
【図９】
0005189891.tif 000010
【図１０】
0005189891.tif 000011
【図１１】
0005189891.tif 000012