(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にモータ固定子を収容する第１の筒状部と、該第１の筒状部の外側に設けられ第１の筒状部との間に取扱流体が流れる空間を形成する第２の筒状部と、該第２の筒状部の外周部に設けられ平坦な面を有する周波数変換器取付用の座とを、同一金属材料にて一体に成形し、
該第２の筒状部の軸方向両端部に、取付部品との同軸度を確保するためのいんろう及びボルト締結用のボルト座を設け、
該第２の筒状部の軸方向端部から見て、モータフレームの該ボルト座と該ボルト座の間の位置に前記周波数変換器取付用の座を配置したことを特徴とするモータフレーム。
【請求項２】
前記第１の筒状部と第２の筒状部をつなぐ軸方向のリブの長さを、少なくともモータフレーム全長の半分以上の長さとしたことを特徴とする請求項１に記載のモータフレーム。
【請求項３】
モータフレームの軸方向端部とこの軸方向端部に取り付けられる相手側取付部品が直接接触するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータフレーム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータフレームと、モータフレームの第１の筒状部に収容されたモータ固定子と、モータフレームの開放端を閉塞するモータフレーム側板と、モータ固定子の内側に収容されるとともにモータフレームに設置された軸受によって回転自在に支持されたモータ回転子と、モータフレームの周波数変換器取付用の座に固定される周波数変換器とを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項４記載のモータと、モータ回転子の主軸に固定された羽根車と、モータフレームの軸方向端部に取り付けられるとともに羽根車を収容するノズルケーシングとを備えたことを特徴とするモータポンプ。
【請求項６】
前記ノズルケーシングは、吸込側ノズルケーシングと吐出側ノズルケーシングとを含むことを特徴とする請求項５記載のモータポンプ。
【請求項７】
前記吸込側ノズルケーシングと吐出側ノズルケーシングとは、同一部品であることを特徴とする請求項６記載のモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータフレーム及び該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプに係り、特に周波数変換器を実装させることを前提とした構造を有したモータフレーム及び該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からインバータに代表される周波数変換器を電動モータポンプに取付け、ポンプ取扱液にて、周波数変換器の発生熱を奪うように構成したポンプ組立体は知られている。例えば、特願平５−３５０９９４号（特開平７−１８９９９６号）においては、全周流型ポンプの円筒状のポンプケーシングの外面にインバータを取付ける構成が開示されている。
特開平７−１８９９９６号に開示されているポンプ組立体においては、インバータを全周流型ポンプのポンプケーシングの外面に取付けることにより、インバータ冷却用のヒートシンクを不要とし、インバータの小形化を図るとともに、インバータによりモータに供給する電力の周波数を高めることにより、モータの小形化を図り、更にポンプ回転数を増加させることによりポンプの小形化を図っている。
【０００３】
しかしながら、特開平７−１８９９９６号に開示されているポンプ組立体では、ポンプケーシングが円筒形状であり、インバータを収容する板金製の下ケースとの接触面が曲面を成している。このため、ポンプケーシングと下ケースとの接触面で両者の曲率が一致せずに隙間があき、インバータの冷却条件が安定しにくいという問題があった。また、インバータと下ケースの接触部も曲面を成しているため、この部分での熱伝達もばらつきやすかった。
【０００４】
上述の欠点を改良するため、本件出願人は、先に特願平９−５２４２１４号において、板金製のポンプケーシングの外面にアルミ合金製のブラケットを取付け、このブラケットにインバータ（周波数変換器組立体）を固定したポンプ組立体を提案している。このポンプ組立体では、ブラケットと周波数変換器組立体の接触面が平面であり、この部分には隙間があきにくいが、ポンプケーシングとブラケットの接触面が曲面をなしていることから、前述と同じ理由により周波数変換器の冷却条件が安定しにくいという問題があった。一般にこのような問題を解決するためには、接触面に液状シリコン等の充填材を塗布して隙間を埋める方法が用いられるが、この方法は手間が掛かり、生産性の観点では好ましいものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題点に鑑み、実装されたインバータを効果的に且つ安定的に水冷するためのモータフレーム及び該モータフレームを使用したモータ並びにモータポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明のモータフレームは、内部にモータ固定子を収容する第１の筒状部と、該第１の筒状部の外側に設けられ第１の筒状部との間に取扱流体が流れる空間を形成する第２の筒状部と、該第２の筒状部の外周部に設けられ平坦な面を有する周波数変換器取付用の座とを、同一金属材料にて一体に成形し、該第２の筒状部の軸方向両端部に、取付部品との同軸度を確保するためのいんろう及びボルト締結用のボルト座を設け、該第２の筒状部の軸方向端部から見て、モータフレームの該ボルト座と該ボルト座の間の位置に前記周波数変換器取付用の座を配置したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、周波数変換器とモータフレームは、例えば平面の座で接触するため、両者の間に隙間があきにくくなり、周波数変換器の冷却が良好になると共に冷却条件が安定する。また、周波数変換器とモータフレームの間には前述のアルミ合金製ブラケット等の部品が介在しないため、周波数変換器を極めて有効に冷却できる。この結果、場合によっては接触面に液状シリコン等の充填材を塗布する必要がなくなり、生産性の改善を図ることも可能となる。
【０００８】
また本発明によれば、後述のノズルケーシング及びノズルケーシングに固定されるライナリングと、羽根車に代表される回転体との同軸度を容易に確保して組立てることができる。
【０００９】
また本発明によれば、周波数変換器とノズルケーシング取付用のボルトが干渉せず、周波数変換器取付用の座の面積を相対的に大きくできるため、周波数変換器を有効に冷却することが可能となる。
【００１０】
本発明の１態様によれば、第１の筒状部と第２の筒状部をつなぐ軸方向のリブの長さを、少なくともモータフレーム全長の半分以上の長さとする。この結果、周波数変換器の発生熱はモータフレームの第２の筒状部の内面からだけでなく、リブ表面からも効果的に放熱される。
【００１１】
また、吸込側ノズルケーシングから吸込まれた取扱液は、羽根車と案内装置を通過しモータフレームの流路に導かれるが、案内装置から出た取扱液にはわずかに円周方向の流れ成分が含まれており、ポンプの効率低下や騒音発生につながる可能性がある。モータフレームの第１の筒状部と第２の筒状部をつなぐリブの全長を延ばすことで、この問題を同時に解決できる。
【００１２】
また本発明の１態様によれば、モータフレームの軸方向端部とこの軸方向端部に取り付けられる相手側取付部品が直接接触するように構成している。この結果、周波数変換器の発生熱はモータフレームの第２の筒状部の内面からだけでなく、例えばノズルケーシングの内面からも効果的に放熱される。
【００１３】
また本発明のモータは、上記のモータフレームと、モータフレームの第１の筒状部に収容されたモータ固定子と、モータフレームの開放端を閉塞するモータフレーム側板と、モータ固定子の内側に収容されるとともにモータフレームに設置された軸受によって回転自在に支持されたモータ回転子と、モータフレームの周波数変換器取付用の座に固定される周波数変換器とを備えたことを特徴とするものである。
本発明のモータポンプは、上記のモータと、モータ回転子の主軸に固定された羽根車と、モータフレームの軸方向端部に取り付けられるとともに羽根車を収容するノズルケーシングとを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明に係るモータポンプの一例である全周流型インラインポンプを示す縦断面図である。図２は図１のII−II線断面図であり、図３は図１のIII矢視図である。
【００１５】
本実施形態に示す全周流型モータポンプは、内部にモータ固定子を収容する第１の筒状部１と、第１の筒状部１の外側に設けられ第１の筒状部１との間に取扱流体が流れる空間５０を形成する第２の筒状部２と、第２の筒状部２の外周部に設けられた周波数変換器取付用の平面座３とを、ステンレス鋳鋼材にて一体に成形したモータフレーム４を備えている。このモータフレーム４は、例えば、ロストワックス鋳造法により形成されている。第１の筒状部１の内部にはモータ固定子７が焼き嵌めされ、第１の筒状部１の軸方向開放端にはモータフレーム側板５が密封溶接されている。モータ固定子７の内周部には、ステンレス薄板製の固定子キャン６が嵌着され、固定子キャン６はモータフレーム４及びモータフレーム側板５と密封溶接されている。
【００１６】
図２に示すように、モータフレーム４の第２の筒状部２の外周部には、平坦な上面を有する平面座３が設けられ、この平面座３に周波数変換器８を収容した下ケース９及び上ケース１０が取付けられている。この平面座３の存在によって、周波数変換器８とモータフレーム４は平面で接触するため、両者の間に隙間があきにくくなり、周波数変換器８の冷却が良好になると共に冷却条件が安定する。周波数変換器８の出力は、図１に示すように、平面座３に設けたリード線穴３ａからリード線１１を介してモータ固定子７に供給される。なお、リード線穴３ａの周囲にはＯリング１２を設け、上下ケース９，１０からなるケースの内部及びモータフレーム４の内部と、外部との気密を確保している。
【００１７】
モータ固定子７の内側には、モータ回転子１３が回転可能に収容されている。モータ回転子１３は主軸１４に焼き嵌め固定され、回転子キャン１５と回転子側板１６，１６及び主軸１４を密封溶接することにより、モータ回転子１３を取扱液による腐食から保護している。なお、回転子キャン１５と回転子側板１６，１６及び主軸１４の材料はステンレス鋼である。主軸１４は両端部においてモータフレーム４に設置された軸受（後述する）によって支承され、主軸１４の一端には羽根車１８が固定されている。羽根車１８はステンレス鋳鋼による鋳造成形品または薄肉ステンレス鋼によるプレス成形・溶接品が適宜選択される。図１では、上半分にステンレス鋳鋼による鋳造成形品が図示され、下半分に薄肉ステンレス鋼をプレス成形し溶接することにより形成されたプレス成形・溶接品が図示されている。
【００１８】
次に、羽根車１８と反対側に設けられた反スラスト荷重側の軸受周辺部について説明する。軸受ブラケット２０には、ラジアル軸受２１と固定側スラスト軸受２２が設けられている。ラジアル軸受２１の端面は、まれに発生する逆方向スラスト荷重を支える固定側スラスト軸受としての機能も付与されている。ラジアル軸受２１と固定側スラスト軸受２２を挟んで両側には、正方向のスラスト荷重を支える回転側正方向スラスト軸受２３と、逆方向のスラスト荷重を支える回転側逆方向スラスト軸受２４が設けられている。二つのスラスト軸受２３，２４は各々スラストディスク２５，２６に焼き嵌め固定されており、二つのスラストディスク２５，２６は、ラジアル軸受と摺動部を構成するスリーブ２７を間に挟んで、主軸１４の端部に設けられたダブルナット２８によって固定されている。
【００１９】
前記軸受ブラケット２０はモータフレーム側板５に設けられたいんろう５ａに弾性材からなるＯリング２９を介して挿入されている。また軸受ブラケット２０は弾性材からなるガスケット３０を介してモータフレーム側板５に当接している。なお、スラスト軸受２２，２３，２４、ラジアル軸受２１及びスリーブ２７の材料は、セラミック材料の一種であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）であり、軸受ブラケット２０及びスラストディスク２５，２６の材料はステンレス鋼である。
【００２０】
次に羽根車側に設けられたスラスト荷重側の軸受周辺部について説明する。
軸受ブラケット３１にはラジアル軸受３２が設けられており、モータフレーム４のいんろう４ａに弾性材からなるＯリング３３を介して挿入されている。ラジアル軸受３２と摺動部を構成するスリーブ３４は座金３５及び羽根車１８を介して主軸１４の端部に設けられたナット３６によって固定されている。
【００２１】
モータフレーム４の第２の筒状部２の軸方向両端部には、取付部品との同軸度を確保するためのいんろう２ａ，２ａ及びボルト締結用のボルト座２ｂ，２ｂが設けてあり、Ｏリング３８を介してステンレス鋳鋼製のノズルケーシング４０，４１が固定されている。吸込側ノズルケーシング４０および吐出側ノズルケーシング４１は、それぞれ、ノズル４０ｎ，４１ｎおよび取付用フランジ４０ｆ，４１ｆを一体に形成している。これら、吸込側ノズルケーシング４０および吐出側ノズルケーシング４１は、それぞれ、ステンレス鋳鋼を用いてロストワックス鋳造法により一体成形されている。吸込側ノズルケーシング４０と吐出側ノズルケーシング４１は同一部品とし、部品共用化によって生産性向上を図っている。吸込側ノズルケーシング４０には羽根車１８と摺動部を構成するライナリング４２が固定されている。
【００２２】
また吸込側ノズルケーシング４０は羽根車１８から吐出された流体を案内する樹脂製の案内装置４３をモータフレーム４との間で挟持している。案内装置４３と吸込側ノズルケーシング４０との間にはゴムのような弾性材からなるガスケット４４が設けられ、寸法精度のばらつきによって案内装置４３に無用の応力が加わることを防止すると共に、案内装置４３によって圧力回復・昇圧された取扱液が羽根車側に逆流することも防いでいる。またノズルケーシング４０には、図３に示すように、円周方向の旋回流を効果的に防止し、吸込性能等を向上させるためのリブ４５が設けられている。そして、ノズルケーシング４０，４１の外周部には空気抜き弁４６が取付けられると共に、圧力測定用ネジ穴４７や水抜き用ネジ穴４８が設けられ、これらネジ穴はプラグ４９，４９にて閉止されている。
【００２３】
前記周波数変換器取付用の平面座３は、図２に示すように、モータフレーム４を軸方向端部から見て、ノズルケーシング取付用のボルト座２ｂとボルト座２ｂの間の位置に配置している。これは周波数変換器８とノズルケーシング取付用のボルト５４およびナット５５が干渉しないようにするためであり、周波数変換器取付用の平面座３の面積を相対的に大きくできることから、周波数変換器８の冷却に寄与するものである。なお、モータフレーム４とノズルケーシング４０，４１とは前述のボルト５４およびナット５５によって締結されている。
【００２４】
第１の筒状部１と第２の筒状部２をつなぐ軸方向のリブ１７の長さは、少なくともモータフレーム４の全長の半分以上の長さを確保している。この結果、周波数変換器８の発生熱はモータフレーム４の第２の筒状部２の内面からだけでなく、リブ表面からも効果的に放熱される。また、吸込側ノズルケーシング４０から吸込まれた取扱液は、羽根車１８と案内装置４３を通過しモータフレーム４の流路５０に導かれるが、案内装置４３から出た取扱液にはわずかに円周方向の流れ成分が含まれており、ポンプの効率低下や騒音発生につながる可能性がある。ここではモータフレーム４の第１の筒状部１と第２の筒状部２をつなぐリブ１７の全長を延ばすことで、この問題を同時に解決している。モータフレーム４の流路５０に導かれた取扱液は、モータ固定子７の外周部と周波数変換器８を効果的に冷却する。また一部の取扱液は軸受２１，２２，２３，２４，３２およびスリーブ２７，３４の潤滑及び冷却を行い、同時にモータ固定子７の内周部とモータ回転子１３を冷却する。
【００２５】
モータフレーム４の軸方向端部とノズルケーシング４０，４１は直接接触するように構成されている。この結果、周波数変換器８の発生熱はモータフレーム４の第２の筒状部２の内面から放熱されるだけでなく、前述の接触面からノズルケーシング４０，４１に伝わり、その内面からも取扱液によって効果的に放熱される。
【００２６】
周波数変換器８は下ケース９内に密着して固定され、発生熱を効果的に取扱液へ放熱する。下ケース９と上ケース１０は合わせ面にゴム製のガスケット５６を介してボルト等の締結手段によって固定されている。また、下ケース９には電源からの電力を入力する手段として動力ケーブル５７が取付けられている。このケーブル５７は各芯線からの空気の流通を防止した気密処理ケーブルである。従って、上下ケース９，１０からなるケース内は外気と完全に遮断されているため、例えばポンプを高温多湿の環境条件において冷水循環用に使用した場合であっても、ケース内に結露を生じることがなく絶縁劣化の心配がない。
【００２７】
モータは２極の三相誘導電動機であり、周波数変換器から供給される例えば１６０Hz・２００Ｖの電力によって毎分約９６００回転の高速回転で運転される。この結果、羽根車を始めとするポンプ部の小型化とトルク低減によるモータの小型化が達成されている。このとき、小型化され表面積も小さくなったポンプ組立体に周波数変換器を取付けるためには、冷却条件の改善による周波数変換器自体の小型化が必須であり、本発明はこれを可能にしている。
【００２８】
なお、上述の実施形態においては、第２の筒状部の外周部に平面座を設けた例を説明したが、上面が平面である平面座でなくとも、周波数変換器取付用の座が設けられていればよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、実装されたインバータを効果的に且つ安定的に水冷するためのモータフレームを提供することが可能であり、また該モータフレームを使用した小型なモータ並びにモータポンプを提供することができる。更に、総じて冷却条件が良好となるため、高速化によるポンプ及びモータの小型化とインバータの小型化を両立した極めてコンパクトなモータポンプの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータポンプの一例である全周流型インラインポンプを示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII矢視図である。
【符号の説明】
１    第１の筒状部
２    第２の筒状部
２ａ，４ａ，５ａ    いんろう
２ｂ    ボルト座
３    平面座
３ａ    リード線穴
４    モータフレーム
５    モータフレーム側板
６    固定子キャン
７    モータ固定子
８    周波数変換器
９    下ケース
１０    上ケース
１１    リード線
１２，２９，３３，３８    Ｏリング
１３    モータ回転子
１４    主軸
１５    回転子キャン
１６    回転子側板
１７，４５    リブ
１８    羽根車
２０，３１    軸受ブラケット
２１，３２    ラジアル軸受
２２    固定側スラスト軸受
２３    回転側正方向スラスト軸受
２４    回転側逆方向スラスト軸受
２５，２６    スラストディスク
２７，３４    スリーブ
２８    ダブルナット
３０，４４，５６    ガスケット
３５    座金
３６，５５    ナット
４０    吸込側ノズルケーシング
４０ｆ，４１ｆ    取付用フランジ
４０ｎ，４１ｎ    ノズル
４１    吐出側ノズルケーシング
４２    ライナリング
４３    案内装置
４６    空気抜き弁
４７    圧力測定用ネジ穴
４８    水抜き用ネジ穴
４９    プラグ
５０    流路
５４    ボルト
５７    動力ケーブル
【図１】
0003998375.tif 000002
【図２】
0003998375.tif 000003
【図３】
0003998375.tif 000004