JP2000303986A5 - - Google Patents
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Description
【発明の名称】一体型モータポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、前記固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と
を含む一体型モータポンプ。
【請求項２】固定子鉄心にコイルが巻かれた固定子が液密に密封されて概して中空円筒状をなす密封固定子と、
中空円筒状をなし、前記密封固定子の内側に同心かつ相対回転可能に配設され、密封固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と、
前記密封固定子の両端開口部にそれぞれ固定的に設けられた吸入口形成部および吐出口形成部と、
それら吐出口形成部および吸入口形成部の内側において、前記密封固定子と前記回転子との間に設けられ、密封固定子に回転子を回転可能に支持させる軸受と
を含む一体型モータポンプ。
【請求項３】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に固定配列された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とを主体として多段渦巻ポンプが構成されたことを特徴とする一体型モータポンプ。
【請求項４】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に配設された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記ポンプ本体が、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含み、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とが、前記大径の中央部内に配設されたことを特徴とする一体型モータポンプ。
【請求項５】前記ポンプケースが、
前記固定子の内側に同心に配設された内筒と、
その内筒より小径の中空円筒部の外端にそれぞれ半径方向外向きのフランジを備える一方、各内端が前記内筒の両端開口と同心に対向する吸込フランジおよび吐出フランジと、
それら吸込フランジおよび吐出フランジの前記中空円筒部と前記内筒との半径方向の隙間を塞ぎつつ、それら吸込フランジおよび吐出フランジと内筒とを互いに固定するカバーと
を含む請求項４に記載の一体型モータポンプ。
【請求項６】前記回転子が、磁性を有するステンレス鋼から成る中空円筒部材の外周面に複数の永久磁石が固定されたものである請求項１ないし５のいずれかに記載の一体型モータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を圧送するポンプに関するものであり、特に電動モータにより駆動されるポンプの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータにより駆動されるモータ駆動ポンプは広く使用されている。従来のモータ駆動ポンプは、互いに別体である電動モータとポンプとがカップリングによって連結されたものであった。しかし、近年、モータ駆動ポンプ設置スペースの縮小、運転騒音の低減、メンテナンスの不要化または容易化等の要求が強まり、これらの要求を満たすための努力が払われている。設置スペースを縮小するために、電動モータとポンプとの軸を一体化し、電動モータ側への液体の侵入を両者の間に設けたメカニカルシールで防止することや、電動モータとポンプとを固定の仕切壁で遮断し、その仕切壁を挟んで磁気カップリングにより両者の軸を磁気的に連結することがその一例である。また、電動モータおよびポンプの小形化のために、高速回転化の方向にある。しかし、小形化，高速回転化すれば、運転騒音や電動モータの温度上昇が大きくなる。そこで、電動モータを冷却ジャケットで包み、ポンプにより圧送される液体を、その冷却ジャケットを通過させて流すものが提案された。このようにすれば、電動モータに発生する熱が液体によって運びさられ、電動モータの温度上昇を小さくすることができ、また、電動モータおよびポンプの運転騒音が冷却ジャケットにより遮断されるため、運転騒音が低減される。しかし、未だ十分とは言えない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景とし、小形化が容易であり、かつ、電動モータの温度上昇も低く抑えることができるモータ駆動ポンプを得ることを課題としてなされたものである。本発明によって、下記各態様の一体型モータポンプが得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）電動モータの回転子を中空とし、その中空回転子の内周面にポンプの回転羽根を固定したことを特徴とする一体型モータポンプ。
本項は特許請求の範囲の補正により本願発明ではなくなった。しかし、以下の説明の都合上削除しないで残すこととする。
上記構成の一体型モータポンプにおいては、ポンプが電動モータの内部に構成されるため、小形化が容易であり、また、中空回転子にポンプの回転羽根が固定されているため、ポンプにより圧送される液体が電動モータの中心を貫通して流れることとなり、この液体により電動モータが冷却され、温度上昇が低く抑えられる。そのため、本一体型モータポンプをボックス内に設置することも可能となり、その場合には、騒音低減効果が得られ、あるいは外観が向上して、設置場所の制限が少なくなる効果が得られる。回転羽根は、いかなる形態のものでもよく、回転羽根の形態によって、本一体型モータポンプは、渦巻ポンプ（半径流形，フランシス形，斜流形），軸流ポンプ等となる。また、電動モータも、ブラシレスＤＣモータ，無整流子モータ，かご型誘導モータ等種々のものを採用可能である。以上の説明は、以下のすべての態様の一体型モータポンプに当てはまる。
（２）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、前記固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と
を含む一体型モータポンプ（請求項１）。
本態様の一体型モータポンプにおいては、コイルへの電流の供給に応じて回転子が回転させられれば、回転羽根が一体的に回転し、ポンプ本体内に吸込口から吐出口に向かう液体の流れを生じさせる。この流れはモータの中心部を貫通して流れ、回転子を直接冷却する。また、回転子とポンプ本体との隙間には、吐出口側と吸込口側との液圧差により、吐出口側から吸込口側への液体の流れが生じ、この液体の流れがポンプ本体を介して固定子を冷却する。ただし、この液体の流れは、エネルギ損失をもたらすので、必要最小限に留めることが望ましい。固定子はまた、外周面側からも外部流体により冷却される。ポンプが大気中で使用される場合には、外部流体は空気であり、ポンプが水中で使用される場合には、外部流体は水である。外部流体が水等の液体である場合に、特に良好に冷却され、また、運転騒音の遮蔽効果も得られる。ただし、液体中で使用されるポンプについては、固定子がポンプ本体により、圧送される液体から遮断されるのみではなく、後記(13)項の一体型モータポンプにおけるように、固定子全体が液密に密封されることが必要である。
（３）前記回転子が、磁性材料製の中空円筒の外周面に永久磁石が固定されたものである (2)項に記載の一体型モータポンプ。
（４）前記ポンプ本体と前記回転子との間に設けられ、ポンプ本体に回転子を相対回転可能に支持させる軸受を含む (2)項または (3)項に記載の一体型モータポンプ。
この軸受はいかなる形式のものでもよいが、圧送される液体を潤滑剤とするすべり軸受とすることが望ましい。この場合、液体がすべり軸受を通して漏れるようにすることができる。軸受の内側の空間は勿論、外側の空間もポンプ本体の内部であり、漏れた液体がポンプ本体の外部へ流出するわけではない。従来の液体圧送用のポンプにおいては、軸受にはメカニカルシール等の軸封装置が不可欠であり、この軸封装置の漏れが、鳴き（異音発生）と共に故障の大半を占めていた。この漏れおよび鳴きの問題が解消されることが、本一体型モータポンプの大きな利点である。ビル給水設備用，工業用，家庭用等、一般的な用途においては、故障が大幅に減少するのであり、また、例えば、原子力施設用のように、液漏れを極端にきらう用途や、クリーンルーム用のように、メカニカルシール等の軸封装置から漏れた液体が気化して周囲に拡散することすら許されない用途にも使用が可能になるのである。なお、軸封装置は省略可能であっても、軸受内へ異物が侵入することを防止するために、ダストシールを設けることが望ましい場合もある。
（５）前記軸受が、軸封装置を備えないすべり軸受である (4)項に記載の一体型モータポンプ。
（６）前記ポンプ本体の内側に同心にかつ静止して設けられた固定軸と、
その固定軸に固定的に設けられ、前記回転羽根により運動エネルギを与えられた液体を案内する案内羽根と
を含む (2)項ないし (5)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
不可欠ではないが、ポンプ本体内の中心に固定軸を設ければ、その固定軸に、回転羽根と共同する案内羽根等の固定部材を固定的に設けることができ、ポンプの効率を高めることができる。
（７）前記固定軸が結合部材により前記ポンプ本体に結合されており、その結合部材がポンプ本体内の前記吸込口から吐出口への液体の流れを許容する形状を有する (6)項に記載の一体型モータポンプ。
本態様によれば、ポンプ本体内を貫通して流れる液体の流れを妨げることなく、固定軸をポンプ本体内に設けることができる。
（８）前記回転羽根が液体を遠心力により内周側から外周側へ移動させるものであって、複数個直列に設けられ、前記案内羽根が、互いに隣接する回転羽根の間に設けられ、それら回転羽根の一方の外周部から放出される液体を他方の回転羽根の内周部へ案内するものであり、かつ、その案内羽根と前記回転羽根に隣接する隣接回転羽根との間に、案内羽根に導かれた液体を隣接回転羽根の内周部へ導く返し通路が設けられた (6)項または (7)項に記載の一体型モータポンプ。
この構成の一体型モータポンプにおけるポンプは多段渦巻ポンプと称されるものであり、高い吐出圧が必要な場合に広く使用されている。多段渦巻ポンプは、段数を多くすれば直径を小さくすることができ、電動モータの中心部の空間を効率よく利用することができる。
（９）前記回転子が、前記吸込口側と吐出口側との両端部に、その回転子を半径方向に貫通し、回転子の内部空間を、回転子と前記ポンプ本体との隙間に連通させる連通孔を備えた (2)項ないし (8)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
このように、連通孔の形成により回転子とポンプ本体との隙間に液体の流れを生じさせる場合には、連通孔の断面積を調節することにより、容易に流量を調節することができる。
（１０）前記ポンプ本体の前記吸込口および吐出口が、それぞれ配管が接続されるべきフランジを備えている (2)項ないし (9)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
このように、吸込口および吐出口にフランジを設ければ、一体型モータポンプをあたかも１個の配管要素のように扱うことができ、ポンプシステムの組立てが容易となる。一体型モータポンプを単位ユニットとして、複数ユニットを直列または並列に接続することも容易であり、吐出圧や吐出流量の幅広い要求を容易に満たすことができる。
（１１）前記吸込口と前記吐出口とが、前記固定子および前記ポンプ本体と同心に設けられている (2)項ないし(10)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
一体型モータポンプをあたかも１個の配管要素のように扱うことが一層容易である。
（１２）前記コイルにインバータが接続された (2)項ないし(11)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
インバータを使用すれば、容易にモータの回転数を高めることができるため、一体型モータポンプを小形化することが容易となる。また、一体型モータポンプの回転数を変更することも容易であり、丁度必要な吐出圧や吐出流量で液体を圧送することができる。
（１３）固定子鉄心にコイルが巻かれた固定子が液密に密封されて概して中空円筒状をなす密封固定子と、
中空円筒状をなし、前記密封固定子の内側に同心かつ相対回転可能に配設され、密封固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と、
前記密封固定子の両端開口部にそれぞれ固定的に設けられた吸入口形成部および吐出口形成部と、
それら吐出口形成部および吸入口形成部の内側において、前記密封固定子と前記回転子との間に設けられ、密封固定子に回転子を回転可能に支持させる軸受と
を含む一体型モータポンプ（請求項２）。
本態様におけるように、固定子を密封固定子とすれば、一体型モータポンプ全体を液体中に沈めることができ、液中ポンプとして使用することができる。前記 (3)項ないし(12)項の各々に記載の特徴は、本項の一体型モータポンプにも適用可能である。ただし、適用する場合には、密封固定子の、固定子を密封している密封部材と、吸入口形成部および吐出口形成部とがポンプ本体に相当すると考えるものとする。
（１４）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に固定配列された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とを主体として多段渦巻ポンプが構成されたことを特徴とする一体型モータポンプ（請求項３）。
多段渦巻ポンプとすれば、高揚程を得ることが容易であるが、直径が大きくなることを避け得ない。それに対して、モータをブラシレスＤＣモータとすれば、回転子を薄形にすることが容易であり、全体として外径が比較的小さく、かつ、高揚程の一体型モータポンプが得られる。
（１５）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に配設された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記ポンプ本体が、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含み、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とが、前記大径の中央部内に配設されたことを特徴とする一体型モータポンプ（請求項４）。
ポンプ本体を、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含むものとすれば、回転羽根および案内羽根の半径方向寸法を大きくすることができ、高揚程の一体型モータポンプを得易くなる。
（１６）前記ポンプケースが、
前記固定子の内側に同心に配設された内筒と、
その内筒より小径の中空円筒部の外端にそれぞれ半径方向外向きのフランジを備える一方、各内端が前記内筒の両端開口と同心に対向する吸込フランジおよび吐出フランジと、
それら吸込フランジおよび吐出フランジの前記中空円筒部と前記内筒との半径方向の隙間を塞ぎつつ、それら吸込フランジおよび吐出フランジと内筒とを互いに固定するカバーと
を含む (15) 項に記載の一体型モータポンプ（請求項５）。
中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを容易に構成することができる。
（１７）前記回転子が、磁性を有するステンレス鋼から成る中空円筒部材の外周面に複数の永久磁石が固定されたものである (1) 項ないし (16) 項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ（請求項６）。
回転子の本体部材としての中空円筒部材を、磁性を有するステンレス鋼製とすれば、中空円筒部材を磁路形成部材として機能させつつ、液体との接触による錆の発生を良好に回 避することができる。
【０００４】
【発明の実施の形態】
図１および図２に本発明の一実施形態である一体型モータポンプを示す。本一体型モータポンプは、固定子１０および回転子１２を備えた電動モータ１４と、ポンプ本体としてのポンプケース１６，回転羽根１８，案内羽根２０および返し通路２２を備えた多段渦巻ポンプ２４とが一体化されたものある。本一体型モータポンプは液体、特に水を圧送するに適したものとして設計されている。
【０００５】
固定子１０は、固定子鉄心３２にコイル３４が巻かれて成り、外筒３６，内筒３８および一対の端板４０により構成される密封容器４２により、液密に密封されて密封固定子４４とされている。外筒３６および内筒３８共に中空円筒であって、互いに同心に配置され、それら外筒３６と内筒３８との間に形成される円環状の空間の両端開口が一対の端板４０により閉塞されているのである。この中空円筒状の密封固定子４４の両端開口部に、吸込フランジ５０と吐出フランジ５２とが同心に配置され、一対のカバー５４により、密封固定子４４に固定されている。吸込フランジ５０と吐出フランジ５２とは共に、中空円筒部５６の一端に半径方向外向きのフランジ５８が形成されたものであり、中空円筒部５６のフランジ５８側とは反対側の端部が、密封固定子４４の内部に挿入されている。そして、各中空円筒部５６の軸方向の中間部が各カバー５４により、密封固定子４４の両端に固定されて、吸入口形成部および吐出口形成部として機能するようにされている。その結果、吸込フランジ５０，吐出フランジ５２，一対のカバー５４および前記内筒３８により、中央部が大径である段付中空円筒状のポンプケース１６が形成されている。ポンプケース１６は、密封固定子４４内に同心に固定され、吸込フランジ５０と吐出フランジ５２との端部が外部に突出した状態となっている。したがって、吸込フランジ５０，吐出フランジ５２の、密封固定子４４内に位置する端を内端、密封固定子４４外に位置する端を外端と称することとする。
【０００６】
前記回転子１２は、磁性材料製（防錆上、磁性を有するステンレス鋼が望ましい）の中空円筒である回転子本体としてのヨーク６６の外周面に、複数の永久磁石６８が等角度間隔に固定されて成り、上記ポンプケース１６の大径中央部内に同心に配置されている。このように、回転子１２の磁界を永久磁石６８で形成すれば、ヨーク６６は磁路形成部材として機能すればよく、電路形成部材として機能する必要は少ないため、肉厚の薄いものとすることができ、その内部にポンプ２４の回転部を構成することが容易となる。
【０００７】
ヨーク６６の両端部には、円環状の軸受メタル７０が固定されており、これら一対の軸受メタル７０は、ポンプケース１６に固定の一対の軸受メタル７２に相対回転可能に嵌合されている。軸受メタル７２はカバー５４の内側面に固定された状態で設けられており、軸受メタル７０の端面および内周面とそれぞれ接触する端面および外周面を備えている。これら軸受メタル７０，７２はラジアル・スラスト軸受７４を構成しているのである。ラジアル・スラスト軸受７４はすべり軸受であり、軸封装置を備えていない。したがって、本一体型モータポンプにより圧送される水が、軸受メタル７０，７２の摺動面間に水膜を形成し、潤滑剤として機能する。
【０００８】
上記吸込フランジ５０，吐出フランジ５２の各内端には、それぞれ半径方向内向きのフランジ８０が形成されており、それらフランジ８０の内周縁にそれぞれ中空円筒状の嵌合部８２が設けられている。これら一対の嵌合部８２に固定軸８４の両端部が固定的に嵌合されており、それによって、固定軸８４は、ポンプケース１６内に同心に配置され、ポンプケース１６に相対回転不能かつ軸方向に移動不能に支持されている。上記フランジ８０には、図２に示すように、複数の開口８６が十分な大きさで形成されており、水の流れに対して、実質的な抵抗を与えない。
【０００９】
上記固定軸８４の外周面に前記案内羽根２０が固定される一方、前記回転子１２のヨーク６６の内周面に前記回転羽根１８が固定されている。案内羽根２０と回転羽根１８とは、固定軸８４の軸方向に交互に配置され、図示の例ではそれぞれ４個ずつ設けられている。案内羽根２０の外周面はヨーク６６の内周面に近接しているが、僅かに離れており、回転羽根１８の内周面は固定軸５４の外周面に近接しているが、僅かに離れている。そして、案内羽根２０の内周側には前記返し通路２２が形成されている。回転羽根１８および案内羽根２０は、以上の点以外は通常の渦巻ポンプのそれらと同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００１０】
前記ヨーク６６の両端部には、半径方向の貫通孔である連通孔９０，９２がそれぞれ形成されており、それによって、回転子１２の内部空間と、回転子１２の外周面とポンプケース１６の内周面との間の隙間である還流隙間９３とが互いに連通させられている。また、前記固定子１０のコイル３４に電流を供給するための電源ケーブル９４と、電源コネクタ９６との間、および電源コネクタ９６と密封容器４２との間は液密にシールされている。さらに、密封容器４２内の空隙には合成樹脂９８が充填されている。合成樹脂９８は空気よりも熱伝達性に優れているため、合成樹脂９８の充填により固定子１０に発生した熱が良好に密封容器４２に伝達される。
【００１１】
本一体型モータポンプは、例えば、図３に示す形態で使用される。図示の例では、２台の一体型モータポンプ１００が直列に接続されたものが２列並列に接続されているが、接続の台数および形態は吐出圧（揚程）および吐出流量の要求に応じて適宜定められるものであり、直列あるいは並列にのみ接続することも可能である。各一体型モータポンプ１００は図示しない電源ケーブルにより制御装置１０２に接続されている。制御装置１０２は、インバータ１０４を有する電源１０６を備えており、一体型モータポンプ１００を商用電源の周波数による場合より高速で回転させることができ、また、所要吐出流量に応じて回転数を変更することが可能である。本実施形態においては、電動モータ１４がブラシレスＤＣモータとなっているのである。複数台の一体型モータポンプ１００および制御装置１０２を主体とするポンプシステム１０８は、ボックス１１０内に配設されている。
【００１２】
以上のように構成されたポンプシステム１０８において、インバータ１０４から一体型モータポンプ１００のコイル３４に電流が供給されれば、固定子１２により回転する磁界が形成され、その磁界と回転子１２の永久磁石６８の磁界との相互作用により、回転子１２が固定子１２の磁界の回転速度と同じ速度で回転させられる。そのため、回転子１２に固定の回転羽根１８が回転し、水に運動エネルギを与えて内周側から外周側への移動を生じさせる。回転羽根１８の外周側から放出された水は、案内羽根２０の外周部に流入し、返し通路２２により内周側へ案内されるうちに、圧力が高くなる。案内羽根２０の内周部から放出された水は、返し通路２２を経て回転羽根１８の内周部へ流入し、再び運動エネルギを与えられる。以上の繰返しにより、最終段の案内羽根２０の内周部からは水が高い圧力で放出される。
【００１３】
このように、一体型モータポンプ１００の回転により、水が吸込フランジ５０の吸込口から吸い込まれ、吐出フランジ５２の吐出口から吐出されるのであるが、吸込側と吐出側との間に圧力差が生じるため、この圧力差により、吐出側の連通孔９０から、ポンプケース１６の内周面と回転子１２の外周面との間の還流隙間９３を経て、吸入側の連通孔９２に到る水の流れが生じる。この水の流れは、回転子１２を外周面側から、また、ポンプケース１６を内周面側から冷却する。このポンプケース１６には固定子鉄心３２およびコイル３４が直接、あるいは充填された合成樹脂９８を介して間接に接触させられているため、これらも冷却される。固定子鉄心３２およびコイル３４に発生した熱がポンプケース１６を介して還流隙間９３の水により運び去られるのである。また、回転子１２は、回転子１２の内部を流れる多量の水によって内周面側からも十分冷却される。本実施形態においては、回転子１２の電流は大きくないため、回転子１２自体は冷却の必要がないが、固定子鉄心３２およびコイル３４や後述の軸受等において発生する熱が回転子１２にも伝達されるため、回転子１２を冷却すれば、実質的に、固定子鉄心３２，コイル３４，軸受等の放熱面積を増大させる効果が生じる。なお、固定子１０は、外周面側から周囲の空気に熱を放散するが、この放熱量は少なく、一体型モータポンプ１００をボックス１１０内に支障なく設置し得る。
【００１４】
上記のように、回転子１０の吸込側と吐出側とに圧力差が生じるため、この圧力差がラジアル・スラスト軸受７４にも作用する。ラジアル・スラスト軸受７４には軸封装置は設けられていないため、上記液圧差により、ラジアル・スラスト軸受７４の摺動面間に水が供給され、水膜を形成して潤滑作用をなす。言わば、ラジアル・スラスト軸受７４に水の漏れが生じるのであるが、ラジアル・スラスト軸受７４は摺動面において互いに接触しているため、水の漏れは僅かであり、また、漏れといっても、すべてポンプケース１６の内部でのことであり、外部へ漏れるわけではない。本一体型モータポンプにおいては、軸封装置の漏れおよび鳴きの問題は発生しないのである。
【００１５】
本一体型モータポンプは、固定子１０が密封固定子４４とされており、回転子１２は永久磁石６８を備えてコイルを備えないものとされて、湿式とされている（電動モータ１４がいわゆるキャンドモータとされているのである）ため、全体を水等の液体中に埋没させ、液中ポンプとして使用することが可能である。なお、本実施形態においては永久磁石６８が錆の発生し難い材料で製造されているため密封はされていないが、錆の発生し易い材料で製造される場合には回転子１２も密封回転子とされることが望ましい。
【００１６】
以上説明した実施形態においては、電動モータ１４が固定子１０および回転子１２をそれぞれ１個ずつ有するものとされていたが、複数対の固定子１０および回転子１２を電動モータ１４の軸方向に直列に並べて配設することも可能である。このようにすれば、固定子や回転子の半径方向の厚さを小さくしつつ強力な電動モータを構成することが可能になり、電動モータの中心部に配設されるポンプの外径を大きくすることが可能になる。
【００１７】
また、電動モータとしてブラシレスＤＣモータが採用されているが、直流モータの弱点である機械式整流子をサイリスタに置き換えた無整流子モータの採用も可能である。これは、電動モータの回転軸に直結して、界磁と電機子巻線との相対的な位置を検出する回転子位置検出器を設置し、これの信号に従ってインバータを動作させるものである。
【００１８】
さらに、上記実施形態においては、回転子１２がヨーク６６に永久磁石６８のみが固定されたものとされ、電動モータ１４の起動時に、インバータ１０４により回転速度を０から徐々に上昇させる制御が行われるようにされていたが、回転子１２に永久磁石６８と共に起動用の電気導体を設けることも可能である。起動時には電気導体に流れる電流による磁界と固定子１０の磁界との相互作用によって、回転子１２が回転させられ、回転子１２が固定子１０の磁界と同期して回転する状態となった後（同期引き入れ後）には、ブラシレスＤＣモータとして作動する。さらに、かご型誘導モータの採用も可能である。これら回転子に電流が流れる形式の電動モータにおいては、回転子自体も発熱するため、前述のように、回転子が内周面と外周面との両方から冷却されることは非常に望ましいことである。
【００１９】
上記無整流子モータ，起動用の電気導体を備えたブラシレスＤＣモータ，かご型誘導モータ等においては、前記ブラシレスＤＣモータの固定子１０と同様に、防錆上、回転子も密封容器により密封して密封固定子とすることが必要になる場合がある。その一例を、かご型誘導モータについて図４に示す。本モータにおいては、ヨーク６６の外周面に、珪素鋼板が積層された磁路形成部１２０と、その磁路形成部１２０を貫通してアルミダイキャストにより形成された電気導体１２２とが固定的に設けられており、密封容器１２４によって液密に密封され、密封回転子１２６とされている。その他の点については、前記実施形態におけるブラシレスＤＣモータと同様であるため、同一の機能を果たす部分に同一を符号を付して対応関係を示し、詳細な説明は省略する。
【００２０】
前記実施形態においては、ラジアル・スラスト軸受７４が、単純に軸受メタル７０，７２間への液体（水）の侵入が許容され、潤滑剤としての機能を果たすようにされていたが、ラジアル・スラスト軸受７４は精度が良くかつ耐久性に優れたものであることが望ましい。電動モータにおいては、エネルギ効率向上のために、固定子と回転子との隙間をできる限り小さくすることが望ましく、この隙間を小さくしながら固定子と回転子との接触を確実に回避するために、ラジアル・スラスト軸受７４はきわめて重要なものなのである。したがって、これの耐久性を向上させるために、軸受メタル７０，７２間に良好な潤滑膜（水膜）が形成されるように、両者の摺動面の形状を工夫し、あるいは摺動面間に液体を積極的に供給する手段を講じる等により、いわゆる流体軸受（液体軸受）とすることが望ましい。
【００２１】
以上、本発明の二三の実施形態を説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である一体型モータポンプの正面断面図である。
【図２】上記一体型モータポンプの側面図である。
【図３】上記一体型モータポンプの使用形態の一例を示す正面断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態である一体型モータポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
１０：固定子 １２：回転子 １４：電動モータ １６：ポンプケース
１８：回転羽根 ２０：案内羽根 ２２：返し通路 ３２：固定子鉄心 ３４：コイル ４２：密封容器 ４４：密封固定子 ５０：吸込フランジ ５２：吐出フランジ ６８：永久磁石 ７０，７２：軸受メタル
７４：ラジアル・スラスト軸受 ８０：フランジ ９０，９２：連通孔
１００：一体型モータポンプ １０２：制御装置 １０４：インバータ
１１０：ボックス １２０：磁路形成部 １２２：電気導体 １２４：密封容器
１２６：密封回転子
【特許請求の範囲】
【請求項１】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、前記固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と
を含む一体型モータポンプ。
【請求項２】固定子鉄心にコイルが巻かれた固定子が液密に密封されて概して中空円筒状をなす密封固定子と、
中空円筒状をなし、前記密封固定子の内側に同心かつ相対回転可能に配設され、密封固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と、
前記密封固定子の両端開口部にそれぞれ固定的に設けられた吸入口形成部および吐出口形成部と、
それら吐出口形成部および吸入口形成部の内側において、前記密封固定子と前記回転子との間に設けられ、密封固定子に回転子を回転可能に支持させる軸受と
を含む一体型モータポンプ。
【請求項３】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に固定配列された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とを主体として多段渦巻ポンプが構成されたことを特徴とする一体型モータポンプ。
【請求項４】固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に配設された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記ポンプ本体が、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含み、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とが、前記大径の中央部内に配設されたことを特徴とする一体型モータポンプ。
【請求項５】前記ポンプケースが、
前記固定子の内側に同心に配設された内筒と、
その内筒より小径の中空円筒部の外端にそれぞれ半径方向外向きのフランジを備える一方、各内端が前記内筒の両端開口と同心に対向する吸込フランジおよび吐出フランジと、
それら吸込フランジおよび吐出フランジの前記中空円筒部と前記内筒との半径方向の隙間を塞ぎつつ、それら吸込フランジおよび吐出フランジと内筒とを互いに固定するカバーと
を含む請求項４に記載の一体型モータポンプ。
【請求項６】前記回転子が、磁性を有するステンレス鋼から成る中空円筒部材の外周面に複数の永久磁石が固定されたものである請求項１ないし５のいずれかに記載の一体型モータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を圧送するポンプに関するものであり、特に電動モータにより駆動されるポンプの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータにより駆動されるモータ駆動ポンプは広く使用されている。従来のモータ駆動ポンプは、互いに別体である電動モータとポンプとがカップリングによって連結されたものであった。しかし、近年、モータ駆動ポンプ設置スペースの縮小、運転騒音の低減、メンテナンスの不要化または容易化等の要求が強まり、これらの要求を満たすための努力が払われている。設置スペースを縮小するために、電動モータとポンプとの軸を一体化し、電動モータ側への液体の侵入を両者の間に設けたメカニカルシールで防止することや、電動モータとポンプとを固定の仕切壁で遮断し、その仕切壁を挟んで磁気カップリングにより両者の軸を磁気的に連結することがその一例である。また、電動モータおよびポンプの小形化のために、高速回転化の方向にある。しかし、小形化，高速回転化すれば、運転騒音や電動モータの温度上昇が大きくなる。そこで、電動モータを冷却ジャケットで包み、ポンプにより圧送される液体を、その冷却ジャケットを通過させて流すものが提案された。このようにすれば、電動モータに発生する熱が液体によって運びさられ、電動モータの温度上昇を小さくすることができ、また、電動モータおよびポンプの運転騒音が冷却ジャケットにより遮断されるため、運転騒音が低減される。しかし、未だ十分とは言えない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景とし、小形化が容易であり、かつ、電動モータの温度上昇も低く抑えることができるモータ駆動ポンプを得ることを課題としてなされたものである。本発明によって、下記各態様の一体型モータポンプが得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）電動モータの回転子を中空とし、その中空回転子の内周面にポンプの回転羽根を固定したことを特徴とする一体型モータポンプ。
本項は特許請求の範囲の補正により本願発明ではなくなった。しかし、以下の説明の都合上削除しないで残すこととする。
上記構成の一体型モータポンプにおいては、ポンプが電動モータの内部に構成されるため、小形化が容易であり、また、中空回転子にポンプの回転羽根が固定されているため、ポンプにより圧送される液体が電動モータの中心を貫通して流れることとなり、この液体により電動モータが冷却され、温度上昇が低く抑えられる。そのため、本一体型モータポンプをボックス内に設置することも可能となり、その場合には、騒音低減効果が得られ、あるいは外観が向上して、設置場所の制限が少なくなる効果が得られる。回転羽根は、いかなる形態のものでもよく、回転羽根の形態によって、本一体型モータポンプは、渦巻ポンプ（半径流形，フランシス形，斜流形），軸流ポンプ等となる。また、電動モータも、ブラシレスＤＣモータ，無整流子モータ，かご型誘導モータ等種々のものを採用可能である。以上の説明は、以下のすべての態様の一体型モータポンプに当てはまる。
（２）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、前記固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と
を含む一体型モータポンプ（請求項１）。
本態様の一体型モータポンプにおいては、コイルへの電流の供給に応じて回転子が回転させられれば、回転羽根が一体的に回転し、ポンプ本体内に吸込口から吐出口に向かう液体の流れを生じさせる。この流れはモータの中心部を貫通して流れ、回転子を直接冷却する。また、回転子とポンプ本体との隙間には、吐出口側と吸込口側との液圧差により、吐出口側から吸込口側への液体の流れが生じ、この液体の流れがポンプ本体を介して固定子を冷却する。ただし、この液体の流れは、エネルギ損失をもたらすので、必要最小限に留めることが望ましい。固定子はまた、外周面側からも外部流体により冷却される。ポンプが大気中で使用される場合には、外部流体は空気であり、ポンプが水中で使用される場合には、外部流体は水である。外部流体が水等の液体である場合に、特に良好に冷却され、また、運転騒音の遮蔽効果も得られる。ただし、液体中で使用されるポンプについては、固定子がポンプ本体により、圧送される液体から遮断されるのみではなく、後記(13)項の一体型モータポンプにおけるように、固定子全体が液密に密封されることが必要である。
（３）前記回転子が、磁性材料製の中空円筒の外周面に永久磁石が固定されたものである (2)項に記載の一体型モータポンプ。
（４）前記ポンプ本体と前記回転子との間に設けられ、ポンプ本体に回転子を相対回転可能に支持させる軸受を含む (2)項または (3)項に記載の一体型モータポンプ。
この軸受はいかなる形式のものでもよいが、圧送される液体を潤滑剤とするすべり軸受とすることが望ましい。この場合、液体がすべり軸受を通して漏れるようにすることができる。軸受の内側の空間は勿論、外側の空間もポンプ本体の内部であり、漏れた液体がポンプ本体の外部へ流出するわけではない。従来の液体圧送用のポンプにおいては、軸受にはメカニカルシール等の軸封装置が不可欠であり、この軸封装置の漏れが、鳴き（異音発生）と共に故障の大半を占めていた。この漏れおよび鳴きの問題が解消されることが、本一体型モータポンプの大きな利点である。ビル給水設備用，工業用，家庭用等、一般的な用途においては、故障が大幅に減少するのであり、また、例えば、原子力施設用のように、液漏れを極端にきらう用途や、クリーンルーム用のように、メカニカルシール等の軸封装置から漏れた液体が気化して周囲に拡散することすら許されない用途にも使用が可能になるのである。なお、軸封装置は省略可能であっても、軸受内へ異物が侵入することを防止するために、ダストシールを設けることが望ましい場合もある。
（５）前記軸受が、軸封装置を備えないすべり軸受である (4)項に記載の一体型モータポンプ。
（６）前記ポンプ本体の内側に同心にかつ静止して設けられた固定軸と、
その固定軸に固定的に設けられ、前記回転羽根により運動エネルギを与えられた液体を案内する案内羽根と
を含む (2)項ないし (5)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
不可欠ではないが、ポンプ本体内の中心に固定軸を設ければ、その固定軸に、回転羽根と共同する案内羽根等の固定部材を固定的に設けることができ、ポンプの効率を高めることができる。
（７）前記固定軸が結合部材により前記ポンプ本体に結合されており、その結合部材がポンプ本体内の前記吸込口から吐出口への液体の流れを許容する形状を有する (6)項に記載の一体型モータポンプ。
本態様によれば、ポンプ本体内を貫通して流れる液体の流れを妨げることなく、固定軸をポンプ本体内に設けることができる。
（８）前記回転羽根が液体を遠心力により内周側から外周側へ移動させるものであって、複数個直列に設けられ、前記案内羽根が、互いに隣接する回転羽根の間に設けられ、それら回転羽根の一方の外周部から放出される液体を他方の回転羽根の内周部へ案内するものであり、かつ、その案内羽根と前記回転羽根に隣接する隣接回転羽根との間に、案内羽根に導かれた液体を隣接回転羽根の内周部へ導く返し通路が設けられた (6)項または (7)項に記載の一体型モータポンプ。
この構成の一体型モータポンプにおけるポンプは多段渦巻ポンプと称されるものであり、高い吐出圧が必要な場合に広く使用されている。多段渦巻ポンプは、段数を多くすれば直径を小さくすることができ、電動モータの中心部の空間を効率よく利用することができる。
（９）前記回転子が、前記吸込口側と吐出口側との両端部に、その回転子を半径方向に貫通し、回転子の内部空間を、回転子と前記ポンプ本体との隙間に連通させる連通孔を備えた (2)項ないし (8)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
このように、連通孔の形成により回転子とポンプ本体との隙間に液体の流れを生じさせる場合には、連通孔の断面積を調節することにより、容易に流量を調節することができる。
（１０）前記ポンプ本体の前記吸込口および吐出口が、それぞれ配管が接続されるべきフランジを備えている (2)項ないし (9)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
このように、吸込口および吐出口にフランジを設ければ、一体型モータポンプをあたかも１個の配管要素のように扱うことができ、ポンプシステムの組立てが容易となる。一体型モータポンプを単位ユニットとして、複数ユニットを直列または並列に接続することも容易であり、吐出圧や吐出流量の幅広い要求を容易に満たすことができる。
（１１）前記吸込口と前記吐出口とが、前記固定子および前記ポンプ本体と同心に設けられている (2)項ないし(10)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
一体型モータポンプをあたかも１個の配管要素のように扱うことが一層容易である。
（１２）前記コイルにインバータが接続された (2)項ないし(11)項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ。
インバータを使用すれば、容易にモータの回転数を高めることができるため、一体型モータポンプを小形化することが容易となる。また、一体型モータポンプの回転数を変更することも容易であり、丁度必要な吐出圧や吐出流量で液体を圧送することができる。
（１３）固定子鉄心にコイルが巻かれた固定子が液密に密封されて概して中空円筒状をなす密封固定子と、
中空円筒状をなし、前記密封固定子の内側に同心かつ相対回転可能に配設され、密封固定子との間の磁気的相互作用により回転する回転子と、
その回転子の内側に、回転子と一体的に回転可能に設けられた回転羽根と、
前記密封固定子の両端開口部にそれぞれ固定的に設けられた吸入口形成部および吐出口形成部と、
それら吐出口形成部および吸入口形成部の内側において、前記密封固定子と前記回転子との間に設けられ、密封固定子に回転子を回転可能に支持させる軸受と
を含む一体型モータポンプ（請求項２）。
本態様におけるように、固定子を密封固定子とすれば、一体型モータポンプ全体を液体中に沈めることができ、液中ポンプとして使用することができる。前記 (3)項ないし(12)項の各々に記載の特徴は、本項の一体型モータポンプにも適用可能である。ただし、適用する場合には、密封固定子の、固定子を密封している密封部材と、吸入口形成部および吐出口形成部とがポンプ本体に相当すると考えるものとする。
（１４）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に固定配列された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とを主体として多段渦巻ポンプが構成されたことを特徴とする一体型モータポンプ（請求項３）。
多段渦巻ポンプとすれば、高揚程を得ることが容易であるが、直径が大きくなることを避け得ない。それに対して、モータをブラシレスＤＣモータとすれば、回転子を薄形にすることが容易であり、全体として外径が比較的小さく、かつ、高揚程の一体型モータポンプが得られる。
（１５）固定子鉄心にコイルが巻かれ、概して中空円筒状をなす固定子と、
その固定子の内側に同心に配設された中空円筒状部材であって、固定子の両端から突出した両端部に吸込口と吐出口とを備えたポンプ本体と、
中空円筒状をなし、前記ポンプ本体の内側に同心に配設され、ポンプ本体により回転可能に支持されるとともに、外周面の前記固定子に対応する部分に複数の永久磁石が固定された回転子と、
その回転子の内周側に、その回転子と一体的に回転可能に設けられた複数段の回転羽根と、
前記回転子の中心部にその回転子と同心に配設された固定軸と、
その固定軸の外周側に、前記複数段の回転羽根の各々と交互に配設された複数段の案内羽根と
を含み、前記固定子と前記回転子とを主体としてブラシレスＤＣモータが構成されるとともに、前記ポンプ本体が、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含み、前記複数段の回転羽根と前記複数段の案内羽根とが、前記大径の中央部内に配設されたことを特徴とする一体型モータポンプ（請求項４）。
ポンプ本体を、中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを含むものとすれば、回転羽根および案内羽根の半径方向寸法を大きくすることができ、高揚程の一体型モータポンプを得易くなる。
（１６）前記ポンプケースが、
前記固定子の内側に同心に配設された内筒と、
その内筒より小径の中空円筒部の外端にそれぞれ半径方向外向きのフランジを備える一方、各内端が前記内筒の両端開口と同心に対向する吸込フランジおよび吐出フランジと、
それら吸込フランジおよび吐出フランジの前記中空円筒部と前記内筒との半径方向の隙間を塞ぎつつ、それら吸込フランジおよび吐出フランジと内筒とを互いに固定するカバーと
を含む (15) 項に記載の一体型モータポンプ（請求項５）。
中央部が大径で両端部が小径である段付中空円筒状のポンプケースを容易に構成することができる。
（１７）前記回転子が、磁性を有するステンレス鋼から成る中空円筒部材の外周面に複数の永久磁石が固定されたものである (1) 項ないし (16) 項のいずれか１つに記載の一体型モータポンプ（請求項６）。
回転子の本体部材としての中空円筒部材を、磁性を有するステンレス鋼製とすれば、中空円筒部材を磁路形成部材として機能させつつ、液体との接触による錆の発生を良好に回 避することができる。
【０００４】
【発明の実施の形態】
図１および図２に本発明の一実施形態である一体型モータポンプを示す。本一体型モータポンプは、固定子１０および回転子１２を備えた電動モータ１４と、ポンプ本体としてのポンプケース１６，回転羽根１８，案内羽根２０および返し通路２２を備えた多段渦巻ポンプ２４とが一体化されたものある。本一体型モータポンプは液体、特に水を圧送するに適したものとして設計されている。
【０００５】
固定子１０は、固定子鉄心３２にコイル３４が巻かれて成り、外筒３６，内筒３８および一対の端板４０により構成される密封容器４２により、液密に密封されて密封固定子４４とされている。外筒３６および内筒３８共に中空円筒であって、互いに同心に配置され、それら外筒３６と内筒３８との間に形成される円環状の空間の両端開口が一対の端板４０により閉塞されているのである。この中空円筒状の密封固定子４４の両端開口部に、吸込フランジ５０と吐出フランジ５２とが同心に配置され、一対のカバー５４により、密封固定子４４に固定されている。吸込フランジ５０と吐出フランジ５２とは共に、中空円筒部５６の一端に半径方向外向きのフランジ５８が形成されたものであり、中空円筒部５６のフランジ５８側とは反対側の端部が、密封固定子４４の内部に挿入されている。そして、各中空円筒部５６の軸方向の中間部が各カバー５４により、密封固定子４４の両端に固定されて、吸入口形成部および吐出口形成部として機能するようにされている。その結果、吸込フランジ５０，吐出フランジ５２，一対のカバー５４および前記内筒３８により、中央部が大径である段付中空円筒状のポンプケース１６が形成されている。ポンプケース１６は、密封固定子４４内に同心に固定され、吸込フランジ５０と吐出フランジ５２との端部が外部に突出した状態となっている。したがって、吸込フランジ５０，吐出フランジ５２の、密封固定子４４内に位置する端を内端、密封固定子４４外に位置する端を外端と称することとする。
【０００６】
前記回転子１２は、磁性材料製（防錆上、磁性を有するステンレス鋼が望ましい）の中空円筒である回転子本体としてのヨーク６６の外周面に、複数の永久磁石６８が等角度間隔に固定されて成り、上記ポンプケース１６の大径中央部内に同心に配置されている。このように、回転子１２の磁界を永久磁石６８で形成すれば、ヨーク６６は磁路形成部材として機能すればよく、電路形成部材として機能する必要は少ないため、肉厚の薄いものとすることができ、その内部にポンプ２４の回転部を構成することが容易となる。
【０００７】
ヨーク６６の両端部には、円環状の軸受メタル７０が固定されており、これら一対の軸受メタル７０は、ポンプケース１６に固定の一対の軸受メタル７２に相対回転可能に嵌合されている。軸受メタル７２はカバー５４の内側面に固定された状態で設けられており、軸受メタル７０の端面および内周面とそれぞれ接触する端面および外周面を備えている。これら軸受メタル７０，７２はラジアル・スラスト軸受７４を構成しているのである。ラジアル・スラスト軸受７４はすべり軸受であり、軸封装置を備えていない。したがって、本一体型モータポンプにより圧送される水が、軸受メタル７０，７２の摺動面間に水膜を形成し、潤滑剤として機能する。
【０００８】
上記吸込フランジ５０，吐出フランジ５２の各内端には、それぞれ半径方向内向きのフランジ８０が形成されており、それらフランジ８０の内周縁にそれぞれ中空円筒状の嵌合部８２が設けられている。これら一対の嵌合部８２に固定軸８４の両端部が固定的に嵌合されており、それによって、固定軸８４は、ポンプケース１６内に同心に配置され、ポンプケース１６に相対回転不能かつ軸方向に移動不能に支持されている。上記フランジ８０には、図２に示すように、複数の開口８６が十分な大きさで形成されており、水の流れに対して、実質的な抵抗を与えない。
【０００９】
上記固定軸８４の外周面に前記案内羽根２０が固定される一方、前記回転子１２のヨーク６６の内周面に前記回転羽根１８が固定されている。案内羽根２０と回転羽根１８とは、固定軸８４の軸方向に交互に配置され、図示の例ではそれぞれ４個ずつ設けられている。案内羽根２０の外周面はヨーク６６の内周面に近接しているが、僅かに離れており、回転羽根１８の内周面は固定軸５４の外周面に近接しているが、僅かに離れている。そして、案内羽根２０の内周側には前記返し通路２２が形成されている。回転羽根１８および案内羽根２０は、以上の点以外は通常の渦巻ポンプのそれらと同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００１０】
前記ヨーク６６の両端部には、半径方向の貫通孔である連通孔９０，９２がそれぞれ形成されており、それによって、回転子１２の内部空間と、回転子１２の外周面とポンプケース１６の内周面との間の隙間である還流隙間９３とが互いに連通させられている。また、前記固定子１０のコイル３４に電流を供給するための電源ケーブル９４と、電源コネクタ９６との間、および電源コネクタ９６と密封容器４２との間は液密にシールされている。さらに、密封容器４２内の空隙には合成樹脂９８が充填されている。合成樹脂９８は空気よりも熱伝達性に優れているため、合成樹脂９８の充填により固定子１０に発生した熱が良好に密封容器４２に伝達される。
【００１１】
本一体型モータポンプは、例えば、図３に示す形態で使用される。図示の例では、２台の一体型モータポンプ１００が直列に接続されたものが２列並列に接続されているが、接続の台数および形態は吐出圧（揚程）および吐出流量の要求に応じて適宜定められるものであり、直列あるいは並列にのみ接続することも可能である。各一体型モータポンプ１００は図示しない電源ケーブルにより制御装置１０２に接続されている。制御装置１０２は、インバータ１０４を有する電源１０６を備えており、一体型モータポンプ１００を商用電源の周波数による場合より高速で回転させることができ、また、所要吐出流量に応じて回転数を変更することが可能である。本実施形態においては、電動モータ１４がブラシレスＤＣモータとなっているのである。複数台の一体型モータポンプ１００および制御装置１０２を主体とするポンプシステム１０８は、ボックス１１０内に配設されている。
【００１２】
以上のように構成されたポンプシステム１０８において、インバータ１０４から一体型モータポンプ１００のコイル３４に電流が供給されれば、固定子１２により回転する磁界が形成され、その磁界と回転子１２の永久磁石６８の磁界との相互作用により、回転子１２が固定子１２の磁界の回転速度と同じ速度で回転させられる。そのため、回転子１２に固定の回転羽根１８が回転し、水に運動エネルギを与えて内周側から外周側への移動を生じさせる。回転羽根１８の外周側から放出された水は、案内羽根２０の外周部に流入し、返し通路２２により内周側へ案内されるうちに、圧力が高くなる。案内羽根２０の内周部から放出された水は、返し通路２２を経て回転羽根１８の内周部へ流入し、再び運動エネルギを与えられる。以上の繰返しにより、最終段の案内羽根２０の内周部からは水が高い圧力で放出される。
【００１３】
このように、一体型モータポンプ１００の回転により、水が吸込フランジ５０の吸込口から吸い込まれ、吐出フランジ５２の吐出口から吐出されるのであるが、吸込側と吐出側との間に圧力差が生じるため、この圧力差により、吐出側の連通孔９０から、ポンプケース１６の内周面と回転子１２の外周面との間の還流隙間９３を経て、吸入側の連通孔９２に到る水の流れが生じる。この水の流れは、回転子１２を外周面側から、また、ポンプケース１６を内周面側から冷却する。このポンプケース１６には固定子鉄心３２およびコイル３４が直接、あるいは充填された合成樹脂９８を介して間接に接触させられているため、これらも冷却される。固定子鉄心３２およびコイル３４に発生した熱がポンプケース１６を介して還流隙間９３の水により運び去られるのである。また、回転子１２は、回転子１２の内部を流れる多量の水によって内周面側からも十分冷却される。本実施形態においては、回転子１２の電流は大きくないため、回転子１２自体は冷却の必要がないが、固定子鉄心３２およびコイル３４や後述の軸受等において発生する熱が回転子１２にも伝達されるため、回転子１２を冷却すれば、実質的に、固定子鉄心３２，コイル３４，軸受等の放熱面積を増大させる効果が生じる。なお、固定子１０は、外周面側から周囲の空気に熱を放散するが、この放熱量は少なく、一体型モータポンプ１００をボックス１１０内に支障なく設置し得る。
【００１４】
上記のように、回転子１０の吸込側と吐出側とに圧力差が生じるため、この圧力差がラジアル・スラスト軸受７４にも作用する。ラジアル・スラスト軸受７４には軸封装置は設けられていないため、上記液圧差により、ラジアル・スラスト軸受７４の摺動面間に水が供給され、水膜を形成して潤滑作用をなす。言わば、ラジアル・スラスト軸受７４に水の漏れが生じるのであるが、ラジアル・スラスト軸受７４は摺動面において互いに接触しているため、水の漏れは僅かであり、また、漏れといっても、すべてポンプケース１６の内部でのことであり、外部へ漏れるわけではない。本一体型モータポンプにおいては、軸封装置の漏れおよび鳴きの問題は発生しないのである。
【００１５】
本一体型モータポンプは、固定子１０が密封固定子４４とされており、回転子１２は永久磁石６８を備えてコイルを備えないものとされて、湿式とされている（電動モータ１４がいわゆるキャンドモータとされているのである）ため、全体を水等の液体中に埋没させ、液中ポンプとして使用することが可能である。なお、本実施形態においては永久磁石６８が錆の発生し難い材料で製造されているため密封はされていないが、錆の発生し易い材料で製造される場合には回転子１２も密封回転子とされることが望ましい。
【００１６】
以上説明した実施形態においては、電動モータ１４が固定子１０および回転子１２をそれぞれ１個ずつ有するものとされていたが、複数対の固定子１０および回転子１２を電動モータ１４の軸方向に直列に並べて配設することも可能である。このようにすれば、固定子や回転子の半径方向の厚さを小さくしつつ強力な電動モータを構成することが可能になり、電動モータの中心部に配設されるポンプの外径を大きくすることが可能になる。
【００１７】
また、電動モータとしてブラシレスＤＣモータが採用されているが、直流モータの弱点である機械式整流子をサイリスタに置き換えた無整流子モータの採用も可能である。これは、電動モータの回転軸に直結して、界磁と電機子巻線との相対的な位置を検出する回転子位置検出器を設置し、これの信号に従ってインバータを動作させるものである。
【００１８】
さらに、上記実施形態においては、回転子１２がヨーク６６に永久磁石６８のみが固定されたものとされ、電動モータ１４の起動時に、インバータ１０４により回転速度を０から徐々に上昇させる制御が行われるようにされていたが、回転子１２に永久磁石６８と共に起動用の電気導体を設けることも可能である。起動時には電気導体に流れる電流による磁界と固定子１０の磁界との相互作用によって、回転子１２が回転させられ、回転子１２が固定子１０の磁界と同期して回転する状態となった後（同期引き入れ後）には、ブラシレスＤＣモータとして作動する。さらに、かご型誘導モータの採用も可能である。これら回転子に電流が流れる形式の電動モータにおいては、回転子自体も発熱するため、前述のように、回転子が内周面と外周面との両方から冷却されることは非常に望ましいことである。
【００１９】
上記無整流子モータ，起動用の電気導体を備えたブラシレスＤＣモータ，かご型誘導モータ等においては、前記ブラシレスＤＣモータの固定子１０と同様に、防錆上、回転子も密封容器により密封して密封固定子とすることが必要になる場合がある。その一例を、かご型誘導モータについて図４に示す。本モータにおいては、ヨーク６６の外周面に、珪素鋼板が積層された磁路形成部１２０と、その磁路形成部１２０を貫通してアルミダイキャストにより形成された電気導体１２２とが固定的に設けられており、密封容器１２４によって液密に密封され、密封回転子１２６とされている。その他の点については、前記実施形態におけるブラシレスＤＣモータと同様であるため、同一の機能を果たす部分に同一を符号を付して対応関係を示し、詳細な説明は省略する。
【００２０】
前記実施形態においては、ラジアル・スラスト軸受７４が、単純に軸受メタル７０，７２間への液体（水）の侵入が許容され、潤滑剤としての機能を果たすようにされていたが、ラジアル・スラスト軸受７４は精度が良くかつ耐久性に優れたものであることが望ましい。電動モータにおいては、エネルギ効率向上のために、固定子と回転子との隙間をできる限り小さくすることが望ましく、この隙間を小さくしながら固定子と回転子との接触を確実に回避するために、ラジアル・スラスト軸受７４はきわめて重要なものなのである。したがって、これの耐久性を向上させるために、軸受メタル７０，７２間に良好な潤滑膜（水膜）が形成されるように、両者の摺動面の形状を工夫し、あるいは摺動面間に液体を積極的に供給する手段を講じる等により、いわゆる流体軸受（液体軸受）とすることが望ましい。
【００２１】
以上、本発明の二三の実施形態を説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である一体型モータポンプの正面断面図である。
【図２】上記一体型モータポンプの側面図である。
【図３】上記一体型モータポンプの使用形態の一例を示す正面断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態である一体型モータポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
１０：固定子 １２：回転子 １４：電動モータ １６：ポンプケース
１８：回転羽根 ２０：案内羽根 ２２：返し通路 ３２：固定子鉄心 ３４：コイル ４２：密封容器 ４４：密封固定子 ５０：吸込フランジ ５２：吐出フランジ ６８：永久磁石 ７０，７２：軸受メタル
７４：ラジアル・スラスト軸受 ８０：フランジ ９０，９２：連通孔
１００：一体型モータポンプ １０２：制御装置 １０４：インバータ
１１０：ボックス １２０：磁路形成部 １２２：電気導体 １２４：密封容器
１２６：密封回転子
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