(57)【要約】【課題】通常時のエネルギー損失が少なく、非常時にもポンプの運転を継続できるモータを提供すること。【解決手段】原子力発電所に設置されたポンプ１を駆動するためのモータ２において、ポンプ１が一方側端部に接続される出力軸２２と、当該出力軸２２の他方側端部６に設けられ、外部駆動源５の出力軸４とのカップリングを取り付けるためのカップリング取付部７とを備える。モータ２に電力供給ができない場合には、カップリング取付部７を介して外部駆動源５の出力軸４とモータ２の出力軸２２を連結することで、外部駆動源５によってポンプ１を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプを駆動するためのモータにおいて、
前記ポンプが一方側端部に接続される出力軸と、
当該出力軸の他方側端部に設けられ、外部駆動源の出力軸とのカップリングを取り付けるためのカップリング取付部とを備えることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記カップリング取付部は、前記出力軸の他方側端部に設けられたねじ穴又はキー溝であることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記カップリング取付部を保護するためのカバーをさらに備えることを特徴とするモータ。
【請求項４】
ポンプを駆動するためのモータにおいて、
前記ポンプが一方側端部に接続される出力軸と、
当該出力軸の他方側端部に設けられ、外部駆動源の出力軸とのカップリングを取り付けるためのカップリング取付部と、
当該カップリング取付部に着脱可能に取り付けられた冷却ファンとを備えることを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記カップリング取付部は、前記出力軸の他方側端部に設けられたキー溝であり、
前記冷却ファンは、前記キー溝に対応する他のキー溝を備えており、
前記冷却ファンは、前記２つのキー溝に挿入されたキーを介して前記出力軸に取り付けられていることを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記カップリング取付部は、前記出力軸の他方側端部に設けられた段付きシャフトであり、
前記冷却ファンは、前記段付きシャフトに締結された締結手段によって前記出力軸の他方側端部に取り付けられていることを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項１又は４に記載のモータにおいて、
前記モータは、外皮冷却型モータ、熱交換器付モータ及び立型モータのいずれかであることを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項１又は４に記載のモータにおいて、
前記外部駆動源は、エンジン又は他のモータであることを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項１又は４に記載のモータにおいて、
前記ポンプは、原子力発電所に設置されていることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
ポンプを駆動するためのポンプ駆動装置において、
前記ポンプが一方側端部に接続される出力軸を有するモータと、
前記出力軸の他方側端部に機械的又は磁気的に接続され、外部駆動源の回転動力を前記出力軸の他方側端部に伝達するための動力伝達装置とを備えることを特徴とするポンプ駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のポンプ駆動装置において、
前記動力伝達装置は、複数の外部駆動源の出力を前記出力軸の他方側端部に伝達することを特徴とするポンプ駆動装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のポンプ駆動装置において、
前記外部駆動源は、エンジン又は他のモータであることを特徴とするポンプ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載のポンプ駆動装置において、
前記ポンプは、原子力発電所に設置されていることを特徴とするポンプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプを駆動するためのモータ及びポンプ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所には、モータによって駆動される種々のポンプ（例えば、炉心冷却用ポンプ）がある。しかし、外部電源が遮断し、かつ、非常用ディーゼル発電機が停止し所内電源がなくなる非常時においては、当該モータに電源が供給されないために運転ができず、当該ポンプを駆動できなくなる。そのため、このような非常時に備えて、ポンプの予備的な駆動源を確保しておくことが重要となる。
【０００３】
これに関連する技術としては、駆動対象を駆動する第１電動機と、当該第１電動機の回転軸に平行に配置された第２電動機（ギヤードモータ）と、当該２つの電動機のスプロケットを連結する伝導チェーンと、当該第２電動機に電気を供給する発電機を備える原動装置が開示されている（特許文献１等）。この技術では、第１電動機に故障等が発生した非常時には、第２電動機によって伝導チェーンを駆動することで駆動対象を駆動する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９４１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の技術では、第１電動機が健全な状態でも第２電動機や伝導チェーンを設置しておく必要がある。そのため、第２電動機が未使用の通常時にも、第１電動機の出力が伝導チェーンや第２電動機に吸収されてしまうので、エネルギー損失が発生してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、通常時のエネルギー損失が少なく、非常時にもポンプの運転を継続できるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、ポンプを駆動するためのモータにおいて、前記ポンプが一方側端部に接続される出力軸と、当該出力軸の他方側端部に設けられ、外部駆動源の出力軸とのカップリングを取り付けるためのカップリング取付部とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通常時のエネルギー損失を低減できるとともに、モータ電源が喪失される非常時にもポンプの運転を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第１のカップリング取付部７Ａの説明図。
【図３】図２に示したカップリング取付部７Ａにフランジ２４を取り付けた状態の図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る第２のカップリング取付部７Ｂの説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る第１のカップリング取付部７Ｃの説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る第２のカップリング取付部７Ｄの説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るモータ３１のシャフト２２に外部駆動源４１を連結した状態を示す図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図。
【図１３】モータと外部駆動源の出力軸の継ぎ手にマグネティックカップリングを利用した場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。この図に示すポンプ駆動装置は、原子力発電所に設置された冷却ポンプ１を通常に駆動するためのモータ２と、モータ２への電力供給が遮断された非常時にモータ２を介して冷却ポンプ１を駆動するための外部駆動源５を備えている。
【００１２】
モータ２のシャフト（出力軸）２２の一方側端部（図中左側）にはポンプ１の回転軸が接続されており、シャフト２２の他方側端部（図中右側）６にはカップリング取付部７（図２等参照）が設けられている。カップリング取付部７は、外部駆動源５のシャフト（出力軸）４とモータのシャフト２２とを接続するためのカップリング（軸継手）を取り付けるためのもので、図１に示したカップリング取付部７にはフランジ３が取り付けられている。フランジ３は、外部駆動源５のシャフト４の一方側端部（図中左側）に設けられたフランジ８に連結されており、ボルト等でフランジ８と締結されることでカップリングを形成している。なお、シャフト４とシャフト２２の他のカップリング方法としては、各シャフト４，２２の外周に結合したボス同士を金属、ゴム等で連結したものや、非磁性体の隔壁を介して各シャフト４，２２を磁気的に結合したマグネティックカップリング（後の図１３参照）等がある。また、外部駆動源５としては、エンジン（内燃機関）やモータ等の各種原動機が利用可能である。
【００１３】
このようにモータ２のシャフト２２の他方側端部６に設けたカップリング取付部７にフランジ３を取り付け、当該フランジ３を介して外部駆動源５のシャフト４を機械的に接続すると、モータ２の電源が失われた場合にも、外部駆動源５の動力でポンプ１を駆動することができる。通常時は、モータ２のシャフト２２と外部駆動源５のシャフト４は連結されておらず、モータ２の出力が外部駆動源５に吸収されることは無いのでエネルギー損失を低減できる。したがって、本実施の形態によれば、通常時のエネルギー損失を低減できるとともに、モータ電源が喪失される非常時にもポンプの運転を継続できる。
【００１４】
次にカップリング取付部７の具体的形状について図を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施の形態に係る第１のカップリング取付部７Ａの説明図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示すように、原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ２１のシャフト２２の端部６は、通常時は、軸端カバー２３によって覆われており、回転部であるシャフト２２及びカップリング取付部７Aは軸端カバー２３によって保護されている。電源を喪失して外部駆動源が必要な場合には、軸端カバー２３を取り外し、シャフト２２の端部６を外部へ開放する。シャフト２２の端部６には、外部駆動源の出力軸に接続するためのフランジ２４（図３参照）が取付可能なように、カップリング取付部７Ａとしてねじ穴２５が設けられている。
【００１５】
図３は図２に示したカップリング取付部７Ａにフランジ２４を取り付けた状態の図である。フランジ２４には、シャフト２２に設けられたねじ穴２５と合致する位置に同様のねじ穴（図示せず）が設けられており、両ねじ穴にボルトを螺合させることでシャフト２２とフランジ２４が締結されている。なお、既存の一般的なモータのシャフトにねじ穴を設ける改造を施し、当該ねじ穴を介してフランジを締結することで上記の構成としても良い。
【００１６】
図４は本発明の第１の実施の形態に係る第２のカップリング取付部７Ｂの説明図である。この図に示すようにシャフト２２の端部６とフランジ２４の双方にキー溝２６を設け、当該２つのキー溝２６にキー（図示せず）を挿入することでシャフト２２とフランジ２４を連結しても良い。
【００１７】
次にポンプ１を駆動するモータが冷却ファンを備えた外皮冷却型のものである場合について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。この図に示す外皮冷却型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ３１は、そのシャフト２２の端部６に取り付けられた冷却ファン３２と、冷却ファン３２が収納されたファンケース３３を備えている。冷却ファン３２は、カップリング取付部７に着脱可能に取り付けられている。外部駆動源からの出力が必要な非常時には、冷却ファン３２を取り外すことでカップリング取付部７を露出させ、当該露出させたカップリング取付部７を介して外部駆動源のシャフトを連結する（図８参照）。これにより本実施の形態においても外部駆動源によってポンプ１を駆動することができるので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
本実施の形態におけるカップリング取付部７の形状としては、例えば、図６及び図７に示したものがある。図６は本発明の第２の実施の形態に係る第１のカップリング取付部７Ｃの説明図である。この図に示すように、シャフト２２の端部６には、カップリング取付部７Cとして、冷却ファン３２のキー溝３４と対応する他のキー溝３４が設けられており、当該２つのキー溝３４に挿入されたキー（図示せず）を介してシャフト２２と冷却ファン３２が連結されている。図７は本発明の第２の実施の形態に係る第２のカップリング取付部７Ｄの説明図である。この図に示すシャフト２２の端部６は、モータ３１側の軸径が先端側（冷却ファン３２取り付け側）の軸径よりも大きく形成された段付きシャフト３５となっている。冷却ファン３２は、段付きシャフト３５に挿入されており、ボルト等の締結手段を介してシャフト２２の端部６に固定されている。
【００１９】
なお、上記の他にも、シャフト２２の端部６に焼きバメによって冷却ファン３２を固定しても良く、非常時にはシャフト２２を冷やす等して冷却ファン３２を取り外して外部駆動源を連結するようにしても良い。
【００２０】
図８は本発明の第２の実施の形態に係るモータ３１のシャフト２２に外部駆動源４１を連結した状態を示す図である。この図に示すように、外部駆動源４１は、冷却ファン３２と入れ替えたカップリング４２に締結されたカップリング４３により、外皮冷却型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ３１に接続されている。外部電源を失った場合には、外皮冷却型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ３１は駆動できないため発熱することはなく、冷却ファン３２を取り外しても問題は生じない。このように冷却ファン３２の取り付け部をカップリング取付部７として利用することで、新規にカップリング取付部７を形成するための工数を減らすことができる。
【００２１】
次にポンプ１を駆動するモータが熱交換器を備えたものである場合について説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。この図に示す熱交換器付原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ５１は、そのシャフト２２の端部６に取り付けられた冷却ファン５５と、熱交換器としてのエアクーラ５３を備えている。本実施の形態における冷却ファン５５も、第２の実施の形態の冷却ファン３２と同様にカップリング取付部７Ｅに着脱可能に取り付けられている。このようにモータを構成しても、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
次にポンプ１を駆動するモータの外部駆動源を複数にした場合について説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。この図に示す原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ２は、図１に示したものと同じであり、カップリング取付部７にはフランジ３が取り付けられている。フランジ３には、シャフト４に取り付けられたフランジ８が連結されている。シャフト４には合力伝達装置８１が接続されている。
【００２３】
合力伝達装置８１は、複数の外部駆動源の出力を合力してシャフト４に伝達するためのものであり、本実施の形態の合力伝達装置８１は２つの外部駆動源８３ａ，８３ｂの出力軸８２ａ，８２ｂからの出力を合力している。各出力軸８２ａ，８２ｂには歯車（ギア）等で構成された動力伝達機構が連結されており、当該動力伝達機構を介してシャフト４に動力が伝達される。動力伝達機構としては、例えば、複数の歯車を介してシャフト４に動力を伝達するもの、複数の歯車及び当該歯車に掛け回されたチェーンを介して動力を伝達するもの、複数のプーリ及び当該プーリに掛け回されたベルトを介して動力を伝達するもの等がある。
【００２４】
このように合力伝達装置８１を介して複数の外部駆動源８３ａ，８３ｂでポンプ１を駆動すると、単独の外部駆動源５でポンプ１を駆動する場合（例えば図１の例）よりも各外部駆動源の出力が小さくて済むため、各外部駆動源を小型化できる。これにより、例えば、大出力の単体の外部駆動源が準備できない場合にも、小出力の外部駆動源を複数用意することでポンプ１を駆動できる場合がある。また、外部駆動源用の設置スペースが狭い場合にも、出力の小さい小型の外部駆動源を複数設置することでポンプ１の駆動に必要な動力を準備できる場合がある。
【００２５】
上記の各実施の形態ではモータの出力軸２２が地面に平行に配置された場合について説明してきたが、当該出力軸２２が垂直方向に配置された場合にも先の実施の形態と同様の考え方でポンプ１を外部駆動源で駆動することができる。図１１は本発明の第５の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。この図に示す立型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ６０は、そのシャフト２２Ａの端部６Ａに、先の各実施の形態と同様に設けられたカップリング取付部７Ｆを備えている。図に示した例では、カップリング取付部７Ｆにはフランジが４２取り付けられており、当該フランジ４２は外部駆動源６１のシャフトに取り付けられたフランジ４３と連結されている。このように、本実施の形態においても外部駆動源６１でポンプ１を駆動できるので、先の実施の形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施の形態では、外部駆動源６１を安定して設置するために、外部駆動源用の架台６２を別途設置することが好ましい。
【００２６】
次にモータが原子炉冷却剤再循環ポンプ（Reactor Internal Pump（ＲＩＰ））を駆動するためのＲＩＰモータである場合について説明する。図１２は本発明の第６の実施の形態に係るポンプ駆動装置の概略構成図である。現行の一般的なＲＩＰモータは完全密閉型モータのため、モータ出力軸の端部に冷却ファン等は取り付けられておらず、各実施の形態における軸端部６のような外部駆動力を伝達するための機構（カップリング取付部７）は存在していない。そこで、本実施の形態に係るポンプ駆動装置では、図１２に示すように、カップリング７４を介して外部駆動源７５の出力軸に連結される外部出力軸７３と、外部出力軸７３に伝達される外部駆動源７５の回転動力をギア等の動力伝達機構を介してＲＩＰモータ７１の軸端部６に伝達するための動力伝達装置７２を備えた。
【００２７】
このようにポンプ駆動装置を構成すると、ＲＩＰモータ７１の電源が失われた際に、外部出力軸７３にカップリングを用いて外部駆動源７５を設置することでポンプ１を駆動することができる。したがって、本実施の形態においても先の実施の形態と同様の効果を発揮することができる。なお、このとき、必要ならば外部駆動源７５を支持するための外部駆動源用架台７６を設置しても良い。
【００２８】
また、ＲＩＰモータ７１は機密性が求められるため、軸端部６に動力伝達装置７２を接続する際には、マグネティックカップリング等の非接触の接続方法を用いることが好ましい。ここで出力軸の継ぎ手にマグネティックカップリングを利用した例について説明する。
【００２９】
図１３はモータと外部駆動源の出力軸の継ぎ手にマグネティックカップリングを利用した場合の説明図である。この図に示すポンプ駆動装置では、モータ２と外部駆動源５が非磁性体で形成された隔壁８を介して隔離して配置されており、モータ２の出力軸（軸端部６）と外部駆動源５の出力軸４はマグネティックカップリング１０を介して磁気的に結合されている。隔壁８は原子力発電所の建屋を構成する壁要素等に相当する。隔壁８には略円柱状の凹部が形成されており、当該凹部にはモータ２の軸端部６に取り付けられたインナマグネット１０ａが収納されている。インナマグネット１０ａの外周には、隔壁８を介してアウタマグネット１０ｂが配置されている。アウタマグネット１０ｂは、モータ２が設置された空間と隔離された空間に設置された外部駆動源５の出力軸４に連結されている。アウタマグネット１０ｂとインナマグネット１０ａの間には隔壁５１が介在しているため両者は非接触となっているものの、両者は互いに磁気的に結合することでマグネティックカップリング１０を形成している。
【００３０】
ところで、原子力発電所における全電源喪失時や既存モータへの電力供給系故障に際してポンプによる冷却機能を喪失すると、原子炉での燃料の崩壊熱を除熱できなくなるため、温度や圧力上昇や冷却水喪失に繋がる可能性が高くなる。このように事態が深刻化することを防ぐためには、短時間で冷却機能を復旧させることが必要とされており、さらに、放射線防護の立場から遠隔作業かつ短時間で復旧作業を実施することが必要とされている。
【００３１】
この点に関し、上記のように構成したポンプ駆動装置では、マグネットカップリング１０によってモータ２の軸端部６と外部駆動源５の出力軸４を連結しているので、当該連結作業に高度な精度が不要な非接触の方法でモータ２と外部駆動源５を容易に連結できる。さらに、モータ２が設置された空間と外部駆動源５を設置する空間は隔壁１０を介して隔離されているので、モータ２が設置されている空間の雰囲気に関わらず、外部駆動源５の連結作業を遂行することができる。したがって、上記のように構成したポンプ駆動装置によれば、モータ２に電力が供給できない非常事態が発生しても、外部駆動源の設置を遠隔かつ短時間で実施できるので、冷却機能を速やかに復旧することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ポンプ
２  原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ
３  フランジ
４  外部駆動源シャフト
５  外部駆動源
６  モータ出力軸端部
２１  原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ
２２  シャフト（モータ出力軸）
２３  軸端カバー
２４  フランジ
２５  ねじ穴
２６  キー溝
３１  外皮冷却型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ
３２  冷却ファン
３３  ファンケース
３４  キー溝
３５  段付きシャフト
４１  外部駆動源
４２  カップリング
４３  カップリング
５１  熱交換器付原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ
５２  冷却ファン
５３  エアクーラ
６０  立型原子力発電用冷却ポンプ駆動モータ
６１  外部駆動源
６２  外部駆動源用架台
７１  ＲＩＰモータ
７２  動力伝達装置
７３  外部出力軸
７４  カップリング
７５  外部駆動源
７６  外部駆動源用架台
８１  合力伝達装置
８２  外部駆動源シャフト
８３  外部駆動源
【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】
2012235558.tif 000011
【図１０】
2012235558.tif 000012
【図１１】
2012235558.tif 000013
【図１２】
2012235558.tif 000014
【図１３】
2012235558.tif 000015