JP2002054591A - 水中モータポンプ及びその自動発停方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便で信頼性の高い自動発停機能を有する水
中モータポンプ及びその自動発停方法を提供する。 【解決手段】 モータ部２の温度を検出する温度センサ
４８と、運転モード別の温度変化傾向を記憶した記憶装
置４０と、温度センサ４８からの信号と記憶装置４０に
記憶された温度変化傾向を基にモータ部２への電力の供
給を制御する演算装置４２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水中モータポンプ及
びその自動発停方法に係り、特に各種の工事現場で雨水
などの排水に使用される工事排水用等の水中モータポン
プ及びその自動発停装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】道路工事の工事現場などでは、雨中に工
事を行う場合や、例えば夜間などの工事休止中などに、
雨水などが工事現場に溜まらないよう排水するため、工
事排水用の水中モータポンプが適宜使用される。この種
の水中モータポンプで最も数多く使用されるタイプは、
モータ出力４００Ｗクラスで、単相交流電源で使用で
き、質量が１０ｋｇ前後の可搬式のものである。

【０００３】図９は、この種の水中モータポンプの従来
の一般的な構成を示すもので、図９に示すように、この
水中モータポンプには、主軸１を駆動するモータ部２と
該主軸１の回転によって排水を行うポンプ部３とが一体
に備えられているとともに、ポンプ部３の取扱液がモー
タ部２側へ漏洩しないように、ポンプ部３とモータ部２
の間はメカニカルシール４で軸封されている。

【０００４】モータ部２には、主軸１と一体に回転する
ロータ５と、ステータ巻線６を巻回したステータ７とが
モータ室８内に収納されて備えられ、このモータ室８の
上部には、水中ケーブル１０の引込口を有し、過電流や
欠相運転等によるモータ部２の焼損を防止するプロテク
タ（過熱保護装置）１１やコンデンサ１２等の機器を収
納するモータ上部室１３が配置されている。ここで、モ
ータ室８及びモータ上部室１３は、上方に開口した略円
筒状のモータフレーム１４と該モータフレーム１４の上
端に連結したモータカバー１５で水密的に包囲されてい
るとともに、ブラケット１６で上下に区画されている。

【０００５】そして、主軸１は、ブラケット１６の下面
に取付けた上部軸受１７とモータフレーム１４の内周面
に取付けた下部軸受１８で回転自在に支承され、更に、
モータカバー１５の上面には、湧水現場への吊下げや移
動を行なう把手２０が設けられている。ロータ５のモー
タ上部室１３側のエンドリングには、空気攪拌用のロー
タフィン２１がロータ５に固着されており、これによ
り、ロータ５の回転に伴って、ステータ巻線６を冷却す
るための風を送るように構成されている。

【０００６】一方、ポンプ部３には、主軸１の先端に連
結したボルテックス形羽根車２５が備えられ、この羽根
車２５は、吐出口２６ａと吸込口２６ｂを有するポンプ
ケーシング２６によって取り囲まれ、下部から工事現場
に於ける湧水等を吸い込んで側面から吐出すようになっ
ている。ここに、吐出口２６ａには、吐出ホース接続用
ニップル２７が連結されている。

【０００７】羽根車２５の翼とポンプケーシング２６の
底面の間には、ボルテックスポンプの特徴である広い空
隙が設けられており、比較的大きな異物でも容易に排出
することができるようになっている。また、ポンプケー
シング２６には、ポンプを自立させると同時に、一定サ
イズ以上の異物がポンプ内部に吸い込まれないように、
ストレーナと脚を兼用したポンプ台２８が取付けられて
いる。

【０００８】メカニカルシール４は、モータフレーム１
４とポンプケーシング２６とを接続する中間ケーシング
３０と、モータフレーム１４とで区画されたメカニカル
シール室３１内に配置され、この軸封部には、メカニカ
ルシール摺動面の潤滑と冷却を行う油が封入されてい
る。また、メカニカルシール４の寿命を長くするため、
メカニカルシール４と羽根車２５との間にオイルシール
が組み込まれており、砂等の異物がメカニカルシール摺
動面に接近するのを防いでいる。

【０００９】この種の水中モータポンプは、例えば工事
現場での湧水等の排水に使用され、一般にはポンプを湧
水等の発生場所に設置し、水位検知器なしで使用される
場合が多い。このような場合には、ポンプは常に運転状
態にある。

【００１０】しかし、無人の現場で雨水排水を行う際な
ど、排水すべき水の有無にかかわらず、ポンプを連続運
転すると、以下のような問題がある。 電力を無駄に
消費し、エンジン発電機を電源に使用する場合は、燃料
が無駄となる。 排水完了後は、空気が入り込んで
「ガバッ、ガバッ」という騒音を伴う息継ぎ運転にな
り、このため、この騒音がかなり煩わしく近所迷惑にな
る。 ポンプの運転時間が長くなるため、メカニカル
シールなどの消耗部品の消耗が進み易い。

【００１１】このため、例えば水位検出用のフロートス
イッチや電極を備え、これらの信号を基にポンプの自動
発停制御を行う制御装置を内蔵した、いわゆる自動発停
機能内蔵タイプの水中モータポンプが使用されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の水中モータポンプは、設備排水用の水中モータポンプ
と異なり、一般に仮設用・可搬式であり、このため、現
場への移動に使用するトラックの振動などを受ける輸送
中や、現場での作業中にフロートスイッチなどの部品が
痛む場合があるばかりでなく、現場への設置状態などに
よっては誤動作を生じる場合があるといった問題があっ
た。

【００１３】本発明は上記に鑑み、簡便で信頼性の高い
自動発停機能を有する水中モータポンプ及びその自動発
停方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、モータ部の温度を検出する温度センサと、運転モー
ド別のモータ部の温度変化傾向を記憶した記憶装置と、
前記温度センサからの信号と前記記憶装置に記憶した温
度変化傾向を基にモータ部への電力の供給を制御する演
算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプで
ある。

【００１５】水中モータポンプが水没している運転状態
（完全水没運転モード）では、空気の巻込みなどがない
ため、一般にモータ部の発熱量が大きいものの、モータ
部は取扱液によって効果的に冷却されるため、モータ部
の温度は、急勾配の温度上昇曲線を描いてやがて飽和温
度に達する。一方、排水完了後の「ガバッ、ガバッ」と
いう騒音を伴った息継ぎ運転状態（気中露出運転モー
ド）では、空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重
が小さくなるため、モータ部の発熱量は小さいものの、
モータ部が気中に露出するためにモータ部の冷却効果は
水没時に比べて劣り、その結果、モータ部の温度は、緩
やかな勾配の温度上昇曲線を描いてやがて飽和温度に達
する。従って、モータ部の温度変化傾向を把握すること
で、現在の運転モードを識別し、気中露出運転モードの
時にポンプの運転を停止することができる。

【００１６】ここで、温度センサにはサーミスタなどの
小型のものが使用できるため、フロートスイッチなどの
大きな部品が不要となり、輸送中に部品が痛む可能性も
低く、信頼性が高い。

【００１７】請求項２に記載の発明は、ポンプ運転停止
中に前記モータ部の温度が規定値以下になった時に運転
を再開させることを特徴とする請求項１記載の水中モー
タポンプである。これにより、モータ部の温度が規定値
以下となった時に、水中モータポンプが水中に没したと
判断して、排水を再開することができる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、ポンプ運転時に
おけるモータ部の負荷を検出する負荷センサと、運転モ
ード別のモータ部の負荷変化傾向を記憶した記憶装置
と、前記負荷センサからの信号と前記記憶装置に記憶し
た負荷変化傾向を基にモータ部への電力の供給を制御す
る演算装置とを有することを特徴とする水中モータポン
プである。

【００１９】水中モータポンプが水没している運転状態
（完全水没運転モード）では、空気の巻込みなどがない
ため、一般にモータ部の負荷は安定している。一方、排
水完了後の息継ぎ運転（気中露出運転モード）では、空
気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さく、且
つ、不安定になるため、モータ部の負荷も小さく、且
つ、不安定となる。従って、モータ部の負荷変化傾向を
把握することで、現在の運転モードを識別し、気中露出
運転モードの時にポンプの運転を停止することができ
る。

【００２０】請求項４に記載の発明は、モータ部の温度
を検出し、この温度変化と予め運転モード別に設定した
モータ部の温度変化傾向とを比較してモータ部への電力
の供給を制御することを特徴とする水中モータポンプの
自動発停方法である。

【００２１】請求項５に記載の発明は、ポンプ運転時の
モータ部の負荷を検出し、この負荷変化と予め運転モー
ド別に設定したモータ部の負荷変化傾向とを比較してモ
ータ部への電力の供給を制御することを特徴とする水中
モータポンプの自動発停方法である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態の水中モータポンプを示すもので、これは、図９に示
す従来の水中モータポンプに以下の構成を付加したもの
である。

【００２３】すなわち、モータカバー１５とモータフレ
ーム１４で囲まれたモータ上部室１３には、単相モータ
の場合に一般に使用される運転用コンデンサ１２や過熱
保護装置（プロテクタ）１１が配置され、更に、記憶装
置４０と演算装置４２とを有し、水中ケーブル１０から
供給される電力を動力用リード線４４を介してステータ
巻線６に供給する制御キット４６が配置されている。ま
た、モータカバー１５内の上面には、温度センサとして
のサーミスタ４８が取付けられ、このサーミスタ４８
は、信号用リード線５０を介して制御キット４６に接続
されている。これによって、サーミスタ４８からの信号
に基づき、モータカバー１５の上部の時々刻々の温度が
制御キット４６内へ情報として取込まれるようになって
いる。

【００２４】また、動力用リード線４４または制御キッ
ト４６内には、負荷センサとしての電流検出素子（図示
せず）が設けられ、この電流検出素子により時々刻々の
モータ部２の負荷に関する情報が制御キット４６内に取
込まれるようになっている。記憶装置４０には、運転モ
ード別のモータ部２の温度変化傾向とポンプ運転時にお
けるモータ部２の負荷変化傾向が予め記憶されている。
なお、温度検出と負荷検出の双方を行う場合には、前述
の過熱保護装置（プロテクタ）１１の機能を兼用するこ
ともできる。

【００２５】次に、この実施の形態の第１の制御例につ
いて、図２乃至図４を参照して説明する。なお、図２
は、水中モータポンプを完全に水没させて運転を開始し
た運転パターンを示し、図３及び図４は、その時の制御
ブロック図を示す。

【００２６】図２に示すように、水中モータポンプが完
全に水没した状態では、モータカバー１５の上部の温度
は運転負荷に拘わらず低い値を示し、その温度上昇傾向
はポンプ始動から短時間の間に飽和温度に至る。即ち、
横軸に時間、縦軸に温度上昇値を採ったグラフ上では、
やや急勾配の温度上昇曲線を描く。また、この運転状態
では、空気の巻込みなどがないため、一般にモータ部２
の負荷は安定している。このような温度上昇傾向を描
き、かつモータ部２の負荷が安定している状態を「完全
水没運転モード」として記憶装置４０に記憶しておく。
次に、水中モータポンプが半水没状態になると、負荷が
維持されたまま水中モータカバー部が気中に露出するた
め、モータカバー１５の上部の温度は、更に急勾配で上
昇を始める。このような温度上昇傾向を描き、かつモー
タ部２の負荷が安定している状態を「半水没運転モー
ド」として記憶装置４０に記憶しておく。

【００２７】この半水没状態での運転は、一般には短時
間で終了し、息継ぎ運転状態に移行する。この状態は、
空気の巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さくな
るため、モータ部の負荷・発熱量は小さいものの、モー
タ部２が気中に露出するためにモータ部２の冷却効果は
水没時に比べて劣り、その結果、モータカバー１５の上
部の温度は、緩やかな勾配の温度上昇曲線を描いてやが
て飽和温度に達する。また、この運転状態では、空気の
巻込みによって取扱液の見掛けの比重が小さく、且つ、
不安定になるため、モータ部２の負荷も小さく、且つ、
不安定となる。このような温度上昇傾向を描くか、また
はモータ部２の負荷が小さく、且つ、不安定な状態を
「気中露出運転モード」として記憶装置４０に記憶して
おく。

【００２８】この気中露出運転モードで水中モータポン
プが停止すると、モータカバー１５の上部の温度は、自
然対流空冷にて緩やかに低下し、最終的には周囲温度と
同一になる。自然対流空冷の途中で水位が上昇して水中
モータポンプが完全水没になった場合は、モータカバー
１５の上部の温度は急激に低下する。

【００２９】そこで、図３に示すように、記憶装置４０
に記憶していた各運転モードにおけるモータ部２の温度
変化傾向とサーミスタ４８から取り込まれる時々刻々の
モータカバー１５（モータ部２）の温度、及び各運転モ
ードにおけるモータ部２の負荷変化傾向と電流検出素子
から取り込まれる時々刻々のモータ部２の負荷とを演算
装置４２に入力して両者をそれぞれ比較し、「完全水没
運転モード」と判別した時には、ポンプの運転を継続す
る。「半水没運転モード」と判別した時には、モータ部
２の温度が所定温度以上に達しない限り運転を継続し、
所定の温度に達した時にポンプの運転を停止する。そし
て、「気中露出運転モード」と判別した時は、予め設定
した時間運転を継続した後、ポンプの運転を停止する。

【００３０】そして、図４に示すように、モータカバー
１５（モータ部２）の温度が所定の温度以下に達した時
に、水中モータポンプが水没したと判断してポンプの運
転を再開し、以下、前記と同様の制御を行う。なお、こ
の例では、モータ部２の温度と負荷の双方をセンサで把
握して、２つの物理量の変化傾向を関連付けることで、
より精度高く運転モードを識別するようにしているが、
一方のみで運転モードを識別してモータ部２への電力の
供給を制御しても良いことは勿論である。

【００３１】図５及び図６は、この実施の形態の第２の
制御例を示すもので、制御用ソフトにタイマー機能を持
たせて、ポンプ運転停止後、例えば１０分経過した時点
でポンプの再始動を掛けるようにしたものである。つま
り、「気中露出運転モード」と判別して、ポンプの運転
を停止した後、１０分経過後にポンプを再始動して、こ
の時のモータ部２の負荷が比較的小さい場合には、息継
ぎ運転あるいは排水すべき水が存在しないものとしてポ
ンプ運転を停止し、モータ部２の負荷が比較的大きい場
合には、排水すべき水が存在するものとしてポンプ運転
を継続するようにしたものである。

【００３２】なお、サーミスタ４８の取付け位置は、モ
ータカバー１５の上部内面が好ましいが、個々のモータ
ポンプの設計の事情等に応じて他の位置に設けるように
してもよい。また、この例は、正確さを必要とする水位
制御には適用できないが、工事排水用の水中モータポン
プの多くの用途で効果を発揮する実用性と信頼性の高い
機器を提供することができる。

【００３３】また、水中モータポンプの試運転の際は、
ポンプの据付け場所を変更して排水性を調整したりする
ため、ポンプの運転条件が安定しないことが考えられ
る。このような場合には、誤動作を防止するため、電源
投入後（即ち、電源ケーブル先端に電力が供給された瞬
間から）、例えば１０分間は無条件で水中モータポンプ
の運転を継続するように制御することが望ましい。

【００３４】図７は、本発明の第２の実施の形態の水中
モータポンプを示すもので、これは、図９に示す既存の
水中モータポンプに下記の構成を後付けで付加したもの
である。つまり、水中モータポンプの水中ケーブル１０
の取付け部に、モータ部２の温度変化に追従性高く対応
するため、例えばアルミ合金で形成したケース６０を配
置して、このケース６０をモータカバー１５と水中ケー
ブル１０の間にボルトによって三枚締めで固定し、この
ケース６０に記憶装置４０と演算装置４２とを有する制
御キット４６を内蔵するとともに、温度センサとしての
サーミスタ４８をケース６０内に取付け、信号用リード
線５０を介して制御キット４６へ接続したものである。
なお、電流検出素子（負荷センサ）が、動力用リード線
４４または制御キット４６内に設けられることは第１の
実施の形態と同様である。ここで、ケース６０は２つ割
りで構成され、両者の当接部にガスケット６２を介在さ
せることで、またケース６０と水中ケーブル１０の取付
け部との間にＯリング６３を介在させることで水密性を
確保している。この実施の形態によれば、既存の水中モ
ータポンプに簡易に適用して、自動発停機能を付加する
ことができる。

【００３５】図８は、本発明の第３の実施の形態の水中
モータポンプを示すもので、これも、図９に示す既存の
水中モータポンプに下記の構成を後付けで付加したもの
である。つまり、記憶装置４０と演算装置４２とを有す
る制御キット４６を内蔵し、雄端子６４と雌端子６６を
備えた樹脂製ケース６８を別途用意し、制御キット４６
から延びるサーミスタ用ケーブル７０の先端にクリップ
状のサーミスタ７２を連結したものである。この樹脂製
ケース６８も２つ割りで構成され、両者の当接部にガス
ケット７４を介在させることで水密性を確保している。

【００３６】この実施の形態によれば、雄端子６４を電
源コンセントに固定し、雌端子６６に水中モータポンプ
の水中ケーブル１０の先端の雄端子（プラグ）７６を挿
入し、更に、クリップ状のサーミスタ７２をモータカバ
ー１５の把手２０等に固定することで、既存の水中モー
タポンプに簡易に適用して、自動発停機能を付加するこ
とができる。これらの各実施の形態は、顧客の事情等に
応じて適宜使い分けられる。また、汚水排水用の水中モ
ータポンプや池水排水用の水中モータポンプにも適用で
きることは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フロートスイッチなどの大きな部品を用いることなく、
従って、輸送中に痛む可能性も低く、信頼性が高いサー
ミスタ等からなるセンサによって、簡易で信頼性の高い
自動発停機能を付与することができ、これによって、省
エネルギーを図るとともに、騒音対策を施すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の水中モータポンプ
を示す断面図である。

【図２】図１に示す水中モータポンプの第１の運転パタ
ーンを示すグラフである。

【図３】図２におけるポンプ運転時の制御ブロック図で
ある。

【図４】図２におけるポンプ運転再開時の制御ブロック
図である。

【図５】図１に示す水中モータポンプの第２の運転パタ
ーンを示すグラフである。

【図６】図６におけるポンプ運転再開時の制御ブロック
図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の水中モータポンプ
を示す断面図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の水中モータポンプ
を示す断面図である。

【図９】従来の水中モータポンプを示す断面図である。

【符号の説明】

２ モータ部 ３ ポンプ部 ４ メカニカルシール １０ 水中ケーブル １３ モータ上部室 １４ モータフレーム １５ モータカバー ２５ 羽根車 ２６ ポンプケーシング ４０ 記憶装置 ４２ 演算装置 ４４ 動力用リード線 ４６ 制御キット ４８ サーミスタ（温度センサ） ５０ 信号用リード線 ６０ ケース ６４ 雄端子 ６６ 雌端子 ６８ 樹脂製ケース ７０ サーミスタ用ケーブル ７２ サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中務 幸正 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 山本 雅和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 飯島 克自 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3H020 AA01 AA08 BA02 BA03 BA22 CA10 DA01 EA05 EA10 EA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ部の温度を検出する温度センサ
   と、 運転モード別のモータ部の温度変化傾向を記憶した記憶
   装置と、 前記温度センサからの信号と前記記憶装置に記憶した温
   度変化傾向を基にモータ部への電力の供給を制御する演
   算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプ。
2. 【請求項２】 ポンプ運転停止中に前記モータ部の温度
   が規定値以下になった時に運転を再開させることを特徴
   とする請求項１記載の水中モータポンプ。
3. 【請求項３】 ポンプ運転時におけるモータ部の負荷を
   検出する負荷センサと、 運転モード別のモータ部の負荷変化傾向を記憶した記憶
   装置と、 前記負荷センサからの信号と前記記憶装置に記憶した負
   荷変化傾向を基にモータ部への電力の供給を制御する演
   算装置とを有することを特徴とする水中モータポンプ。
4. 【請求項４】 モータ部の温度を検出し、この温度変化
   と予め運転モード別に設定したモータ部の温度変化傾向
   とを比較してモータ部への電力の供給を制御することを
   特徴とする水中モータポンプの自動発停方法。
5. 【請求項５】 ポンプ運転時のモータ部の負荷を検出
   し、この負荷変化と予め運転モード別に設定したモータ
   部の負荷変化傾向とを比較してモータ部への電力の供給
   を制御することを特徴とする水中モータポンプの自動発
   停方法。