JP2002310089A - 水中モータポンプ - Google Patents

水中モータポンプ

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JP2002310089A
JP2002310089A JP2001112854A JP2001112854A JP2002310089A JP 2002310089 A JP2002310089 A JP 2002310089A JP 2001112854 A JP2001112854 A JP 2001112854A JP 2001112854 A JP2001112854 A JP 2001112854A JP 2002310089 A JP2002310089 A JP 2002310089A
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pump
motor
shaft
section
casing
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JP2001112854A
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English (en)
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Masato Kawai
政人 川井
Kenichi Kajiwara
研一 梶原
Tsutomu Makino
力 牧野
Shoji Ito
昭二 伊藤
Masahiko Kishi
雅彦 岸
Kazuya Hiramoto
和也 平本
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Ebara Corp
Ebara Densan Ltd
Original Assignee
Ebara Corp
Ebara Densan Ltd
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ軸とモータ軸として異なる材質のもの
を使用することができ、カップリング等の接続部材等を
使用することなくポンプ軸とモータ軸を一体に連結でき
るようにした水中モータポンプを提供する。 【解決手段】 モータ部Mとポンプ部Pとを直列に連結
して水中または液中で使用する水中モータポンプにおい
て、モータ部Mの内部に配置されてロータ32と一体に
回転する中空のモータ軸30のポンプ側端部に、ポンプ
部Pの内部に配置されて羽根車12a〜12eと一体に
回転する中軸のポンプ軸10を一体に嵌着して主軸66
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ部、特に多
段ポンプ部と、ロータを収納するロータ室内に封入液を
封入したモータ部とを直列に連結して水中または液中で
使用する水中モータポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、多段ポンプ部とモータ部とを直列
に連結して水中または液中で使用する水中モータポンプ
は、一般に多段ポンプ部とモータ部とをそれぞれ単体で
完成品として製造し、例えばモータ部のポンプ側ブラケ
ットに設けたインロウ部やボルト等を用いて多段ポンプ
部のモータ側ケーシングにモータ部を直列に接続するよ
うにしていた。
【0003】図5及び図6は、モータ部としてキャンド
モータを使用した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5に示すように、この水中
モータポンプは、それぞれ単体で完成品として製造した
多段ポンプ部Pとモータ部(キャンドモータ)Mから構
成されている。
【0004】多段ポンプ部Pは、軸心に沿って延びるポ
ンプ軸10に固着した複数の羽根車12a,12b…を
収納したポンプケーシング(中間ケーシング)14a,
14b…と、モータ側に位置する吸込みケーシング16
と、反モータ側に位置する吐出しケーシング18とを有
している。そして、例えば幅が20〜30mm程度で、
多段ポンプ部Pのほぼ全長に渡る長さの板体からなり、
一端に鈎状のフック部20aを有し、他端にボルト22
を溶接等で固着した複数本の締付金具(バンド)20を
用意し、この締付金具20を、例えば円周方向に沿った
4カ所で多段ポンプ部Pの長さ方向に沿って掛け渡し、
その一端のフック部20aを吸込みケーシング16の端
面に設けた係合片16aに引っ掛け、その他端に固着し
たボルト22を吐出しケーシング18に設けた切欠き内
に挿通させる。そして、このボルト22にナット24を
螺合させ締付けることで、吸込みケーシング16、ポン
プケーシング14a,14b…及び吐出しケーシング1
8を一体に連結して固定している。
【0005】一方、モータ部(キャンドモータ)Mは、
図6に詳細に示すように、軸心に沿って延びるモータ軸
30に固着したロータ32と、このロータ32の周囲を
囲繞するステータ34とを有し、このステータ34は、
円筒状の外側フレーム36内に圧入されて収納されてい
る。このステータ34の内周面には、円筒状の内筒キャ
ン38が設けられ、この内筒キャン38と外側フレーム
36との間の両端開口部は、側板40,42でそれぞれ
閉塞されている。そして、この反ポンプ側の側板40に
ボルト44を介して反ポンプ側ブラケット46が、ポン
プ側の側板42にスタッドボルト48の一方のボルト部
48aを介してポンプ側ブラケット50がそれぞれ取付
けられている。
【0006】これによって、内部に封入液を封入してロ
ータ32を収納したロータ室52が内筒キャン38と両
ブラケット46,50で区画形成されている。そして、
このロータ室52内のロータ32を挟んだ両側には、反
ポンプ側に位置して一対の軸受54,56がそれぞれ配
置され、モータ軸30は、この軸受54,56で回転自
在に支承されている。更に、ロータ室52内に封入した
封入液は、この軸受54,56の冷却及び潤滑を行うよ
うになっている。
【0007】ここで、この種のモータ部Mは水中で使用
するため、外側フレーム36と内筒キャン38及び両側
板40,42で囲まれてステータ34を収納するステー
タ室58を水密的に封止して、ステータ室58内への外
液の浸入を防ぎ、ステータ34の絶縁性を保持する必要
がある。
【0008】このため、外側フレーム36の両端部を両
側板40,42の外周面に嵌着して、外側フレーム36
の各端面と各側板40,42の外周面とをその全周に渡
ってそれぞれ溶着し、また、内筒キャン38の両端部を
両側板40,42の内周面に嵌着して、内筒キャン38
の各端面と各側板40,42の内周面とをその全周に渡
ってそれぞれ溶着し、更にポンプ側の側板42に設けた
通孔42a内に挿着した端子台60の外周面と該通孔4
2aの内周面との間にOリング等からなるシール材62
を介装して、ステータ室58の水密性を確保している。
【0009】そして、多段ポンプ部Pの中実のポンプ軸
10とモータ部Mの中実のモータ軸30とをカップリン
グ64で直列に連結して、ロータ32の回転に伴って羽
根車12a,12b…を一体に回転させる主軸66を構
成し、更に一端のボルト部48aを植込んだスタッドボ
ルト48の外部に露出した他端のボルト部48bを吸込
みケーシング16の端板部に設けた通孔内に挿通させ、
このボルト部48bにナット68を螺合し締付けること
で、多段ポンプ部Pとモータ部Mとを直列に連結してい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水中モータポンプにあっては、一般に共に中実で、材質
の異なるポンプ軸とモータ軸をカップリング等の接続部
材で連結して、モータ部が発生するトルクをポンプ部へ
伝達させており、しかも、高速回転で運転する場合は、
微少な軸振れ等もポンプ性能に大きく影響するため、高
価なカップリング等の接続部材を用いる必要があって、
コストアップに繋がってしまうといった問題があった。
【0011】なお、モータ部とポンプ部が同一材質の場
合は、モータ軸(主軸)をポンプ部側まで延長し、延長
した部分をポンプ軸として用いることも広く行われてい
るが、これでは、例えばモータ軸(主軸)の材質が規制
されてしまうばかりでなく、ロータ室内に充填される封
入液を循環させるためには、モータ軸(主軸)の全域に
わたり穴加工を施す必要があって、この穴開け作業が困
難で、しかもかなりの加工工数を要するという問題があ
った。
【0012】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
ポンプ軸とモータ軸として異なる材質のものを使用する
ことができ、カップリング等の接続部材等を使用するこ
となくポンプ軸とモータ軸を一体に連結できるようにし
た水中モータポンプを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、ポンプ部とモータ部とを直列に連結して水中または
液中で使用する水中モータポンプにおいて、前記モータ
部の内部に配置されてロータと一体に回転する中空のモ
ータ軸のポンプ側端部に、前記ポンプ部の内部に配置さ
れて羽根車と一体に回転する中軸のポンプ軸を一体に嵌
着して主軸を構成したことを特徴とする水中モータポン
プである。
【0014】このように、主軸をモータ軸とポンプ軸に
分割して構成することで、モータ軸とポンプ軸として異
なる材質のものを使用することができ、しかもモータ軸
の中空部を利用して、この中空部の内部に中軸のポンプ
軸の端部を圧入や接着等で嵌着して一体に連結すること
で、モータ部で発生するトルクをポンプ部に確実に伝達
することができる。
【0015】請求項2に記載の発明は、前記中空のモー
タ軸のポンプ側端部に、中空部内に連通する封入液流通
孔を設けた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、ロータ室内に封入した封入
液を、中空のモータ軸の中空部及び該モータ軸に設けた
封入液流通孔を介して循環させて、軸受等の冷却や潤滑
に使用することができる。
【0016】請求項3に記載の発明は、前記中空のモー
タ軸と前記中軸のポンプ軸をそれぞれ異なる材質で構成
したことを特徴とする請求項1または2記載の水中モー
タポンプである。請求項4に記載の発明は、前記モータ
軸として配管用鋼管を用いたことを特徴とする請求項3
記載の水中モータポンプである。これにより、モータ軸
を安価に製造することができる。
【0017】
【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4を参照して説明する。なお、図5及び図6に示
す従来例と同一または相当部材には同一符号を付してそ
の説明を一部省略する。図1乃至図4は、本発明の実施
の形態の水中モータポンプを示すもので、図1に示すよ
うに、この水中モータポンプは、多段ポンプ部Pとモー
タ部(キャンドモータ)Mから構成されている。
【0018】多段ポンプ部Pは、軸心に沿って延びる中
実のポンプ軸10に固着した複数の羽根車12a,12
b…を収納したポンプケーシング(中間ケーシング)1
4a,14b…と、モータ側に位置する吸込みケーシン
グ16と、反モータ側に位置する吐出しケーシング18
とを有している。
【0019】一方、モータ部(キャンドモータ)Mは、
図2に詳細に示すように、軸心に沿って延びる、例えば
配管用鋼管からなる中空のモータ軸30に固着したロー
タ32と、このロータ32の周囲を囲繞するステータ3
4とを有している。このステータ34は、ステータ室5
8を区画形成する外側フレーム36、内筒キャン38及
びポンプ側側板42を一体に成形した二重円筒体84の
該ステータ室58内に収納され、この内筒キャン38の
反ポンプ側端部は、同じく一体に成形した端板86で閉
塞されている。そして、この外側フレーム36の開口部
は、反ポンプ側ブラケット46で閉塞され、更に、この
外側フレーム36と反ポンプ側ブラケット46との間
に、Oリング等のシール材88が介装されている。
【0020】このように、ステータ室58を一方に開口
する形状に形成し、この開口部をOリング等のシール材
88で水密的に閉鎖することで、溶接等を施すことな
く、ステータ室58を容易かつ確実に水密的に封止し
て、ステータ室58内への外液の浸入を防ぎ、ステータ
34の絶縁性を保持することができる。なお、外側フレ
ーム36の外周面と反ポンプ側ブラケット46の端面と
を、その全周に渡って溶接することで、ここでの水密性
の完全性を確保するようにしてもよい。
【0021】ここに、反ポンプ側ブラケット46には端
子台60が装着され、この端子台60の外周面にはOリ
ング等のシール材89が介装されて、ここで水密性が確
保されている。更に、反ポンプ側ブラケット46には、
外部に接続される電源ケーブルCを保護するためのケー
ブルガード90が連結されている。
【0022】ポンプ側側板42に当接してポンプ側ブラ
ケット50が配置され、このポンプ側ブラケット50に
スラスト軸受ケーシング(ポンプ側ケーシング)92が
連結されている。このポンプ側側板42とポンプ側ブラ
ケット50との間、及びポンプ側ブラケット50とスラ
スト軸受ケーシング92との間には、Oリング等のシー
ル材94,96が介装されている。このスラスト軸受ケ
ーシング92の内部にはスラスト軸受98が、内筒キャ
ン38の内部の端板86側端部にはラジアル軸受100
がそれぞれ配置され、モータ軸30は、これらの軸受9
8,100に回転自在に支承されている。
【0023】更に、スラスト軸受ケーシング92のポン
プ側端部は、該スラスト軸受ケーシング92と吸込みケ
ーシング16との間に挟持されて保持される仕切り部1
02の内周面に装着したメカニカルシール76を介して
水密的に閉塞されるようになっており、内筒キャン38
の内部及びスラスト軸受ケーシング92の内部のロータ
室52の内部には、軸受98,100の冷却及び潤滑用
の封入液が封入されている。
【0024】ここに、仕切り部102は、図4に詳細に
示すように、ロータ室52の内部の軸封に用いるメカニ
カルシール76の固定側円環78を内周面に装着した板
金製で略円板状のダイヤフラム押え板104と、このダ
イヤフラム押え板104と同径のダイヤフラム72とを
有しており、更に、吸込みケーシング16のモータ側内
周面には段部16bが設けられている。これにより、モ
ータ部Mのスラスト軸受ケーシング92と多段ポンプ部
P側の吸込みケーシング16との間に仕切り部102を
構成するダイヤフラム押え板104とダイヤフラム72
を挟み込んだ状態で、下記のように、多段ポンプ部Pと
モータ部Mとを締付金具20を介して一体に連結するこ
とで、ダイヤフラム72の内周面側の厚肉部をダイヤフ
ラム押え板104とスラスト軸受ケーシング92との間
で、ダイヤフラム72とダイヤフラム押え板104の外
周端部をスラスト軸受ケーシング92と吸込みケーシン
グ16の段部16bとの間でそれぞれ挟持して固定する
ようになっている。
【0025】このように、モータ部Mのポンプ側に取付
けられる多段ポンプ部Pの吸込みケーシング16を用い
て、ロータ室52の内部圧力を調節するダイヤフラム7
2及びメカニカルシール76の固定側円環78を装着し
たダイヤフラム押え板104を一括して固定すること
で、従来使用していたボルトを不要にして、部品点数及
びボルト締付け等の組立て作業時間を低減してコストダ
ウンを図ることができる。しかも、モータ部Mの外側フ
レーム36をポンプ側が上部になるように立てたまま、
反転させることなく、ダイヤフラム72やメカニカルシ
ール76の取付け作業からポンプ部組立て作業に至るま
で行うことが可能になり、組立て作業時間を更に低減す
ることができる。
【0026】また、ロータ室52の内部圧力調整用ダイ
ヤフラム72をモータ部ポンプ側端部に配置することに
より、ロータ室52内に充填される封入液の水頭圧を圧
力調整用ダイヤフラム72の吸収量に考慮する必要をな
くして、圧力調整用ダイヤフラム72の容量を少なくす
ることができる。
【0027】そして、モータ部Mの内部に配置された中
空のモータ軸30の中空部内に、多段ポンプ部Pの内部
に配置された中軸のポンプ軸10の端部を嵌着して、ロ
ータ32の回転に伴って羽根車12a,12b…を一体
に回転させる主軸66が構成されている。ここに、この
例にあっては、モータ軸30の中空部の端部に、段差部
30aを介して大径となる大径部30bを形成し、この
大径部30b内にポンプ軸10の端部を圧入すること
で、モータ軸30とポンプ軸10を一体化した主軸66
を構成している。なお、モータ軸30の大径部30b内
にポンプ軸10の端部を嵌入し、接着剤を介して一体化
するようにしてもよい。
【0028】このように、主軸66をモータ軸30とポ
ンプ軸10に分割して構成することで、モータ軸30と
ポンプ軸10として異なる材質のものを使用することが
できる。特に、モータ軸30として、配管用鋼管を用い
ることで、穴加工を不要となして、モータ軸30を安価
に製造することができる。しかも、モータ軸30の中空
部を利用して、この中空部の内部に中軸のポンプ軸10
の端部を圧入や接着等で嵌着して一体に連結すること
で、カップリング等の接続部材を用いることなく、モー
タ部Mで発生するトルクを多段ポンプ部Pに確実に伝達
することができる。
【0029】更に、モータ軸30には、前記段差部30
aの内側に位置して、中空部と連通する封入液流通孔3
0cが設けられている。これによって、モータ軸30の
回転に伴って、ロータ室52内に充填された封入液がモ
ータ軸30の中空部内に吸込まれ、この内部を流れて封
入液流通孔30cからスラスト軸受ケーシング92の内
部に吐出するようにすることで、ロータ室52に充填さ
れた封入液がこれらの内部を循環して、軸受98,10
0を有効に冷却することができる。
【0030】一方、多段ポンプ部Pの各構成部品である
各ポンプケーシング14a,14b…、吸込みケーシン
グ16及び吐出しケーシング18、モータ部Mの各構成
部品である反ポンプ側ブラケット46、ポンプ側ブラケ
ット50、二重円筒体84及びスラスト軸受ケーシング
92は、吸込みケーシング16とスラスト軸受ケーシン
グ92との間に仕切り部102を挟持した状態で、複数
本の締付金具(バンド)20で一体に連結して固定され
ている。
【0031】この複数本の締付金具(バンド)20は、
例えば幅が20〜30mm程度で、多段ポンプ部P及び
モータ部Mのほぼ全長に渡る長さの板体からなり、一端
に鈎状のフック部20aを有し、他端にボルト22を溶
接等で固着して構成されている。そして、この締付金具
20を、例えば円周方向に沿った4カ所で多段ポンプ部
P及びモータ部Mの長さ方向に沿って掛け渡し、その一
端のフック部20aを反ポンプ側ブラケット46の端面
に設けた凹部46aに引っ掛け、その他端に固着したボ
ルト22を吐出しケーシング18に設けた切欠き内に挿
通させる。そして、ボルト22にナット24を螺合させ
締付けることで、前述のように、多段ポンプ部Pを構成
する各構成部品及びモータ部Mを構成する各構成部品を
一体化している。
【0032】この例によれば、多段ポンプ部Pを構成す
る各構成部品及びモータ部Mを構成する各構成部品を所
定の位置に配置(積層)し、更に締付金具20を所定の
位置に掛け渡した後、この締付金具20に固着したボル
ト22にナット24を締付けることで水中モータポンプ
を組み立てることができる。従って、従来例におけるモ
ータ部Mと多段ポンプ部Pとを連結するためのスタッド
ボルト48や、モータ部のブラケットを固定するための
ボルト44(図5及び図6参照)が不要となり、これに
よって、部品点数を削減し、しかも組立て作業時におけ
るボルトの締付作業を低減してコストダウンを図ること
ができる。
【0033】ここで、ステータ34は、図3に示すよう
に、その長さ方向に沿った中央O−Oがステータ室
58の長さ方向に沿った中央O−Oから、ポンプ側
へ偏心量eだけ偏心した位置に配置されている。すなわ
ち、この例では、ステータ室58のステータ34を挟ん
だ反ポンプ側の容積Vの方が、ステータ34を挟んだ
ポンプ側の容積Vの2倍以上となるように設定されて
いる。これにより、ロータ室52内に充填される封入液
の総量を変えずに、ロータ室52のロータ32を挟んで
反ポンプ側の封入液の液量を増加させて、ステータ34
及び内筒キャン38から反ポンプ側のラジアル軸受10
0に伝わる熱量を低減させることができる。
【0034】すなわち、モータ運転に伴ってステータ3
4が発熱し、同時に渦電流により内筒キャン38が発熱
する。そして、これらの熱は、内筒キャン38を伝わっ
て軸受98,100に伝わり、軸受98,100の温度
が上昇する。ここで、これらの軸受98,100は、ロ
ータ室52内に封入された封入液で冷却されるが、特
に、ロータ32を挟んで反ポンプ側に位置するラジアル
軸受100は、閉鎖部に配置されているため熱が籠もり
易く、温度上昇が大きい。
【0035】このため、ステータ34を、その長さ方向
に沿った中央O−Oがステータ室58の長さ方向に
沿った中央O−Oから、ポンプ側へ偏心量eだけ偏
心した位置に位置するようにして、封入液の総量を変え
ることなく、ロータ室52のロータ32を挟んだ反ポン
プ側に位置する封入液の液量を増加させることで、ステ
ータ34及び内筒キャン38から反ポンプ側のラジアル
軸受100に伝わる熱量を低減させ、これによって、反
ポンプ側に位置するラジアル軸受100を有効に冷却す
ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主軸をモータ軸とポンプ軸に分割して構成することで、
モータ軸とポンプ軸として異なる材質のものを使用する
ことができ、しかもモータ軸の中空部を利用して、この
中空部の内部に中軸のポンプ軸の端部を圧入や接着等で
嵌着して一体に連結することで、モータ部で発生するト
ルクをポンプ部に確実に伝達することができる。これに
よって、カップリング等の接続部材を不要となして、コ
ストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明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】同じく、モータ部(キャンドモータ)の拡大断
面図である。
【図3】同じく、モータ部(キャンドモータ)の要部を
拡大して示す要部拡大断面図である。
【図4】同じく、仕切り部を拡大して示す要部拡大断面
図である。
【図5】従来の水中モータポンプを示す断面図である。
【図6】同じく、モータ部(キャンドモータ)の拡大断
面図である。
【符号の説明】
10 ポンプ軸 12a〜12e 羽根車 14a〜14f ポンプケーシング(中間ケーシング) 16 吸込みケーシング 16a 係合片 16b 段部 18 吐出しケーシング 20 締付金具 20a フック部 22 ボルト 24 ナット 30 モータ軸 30a 段差部 30b 大径部 30c 封入液流通孔 32 ロータ 34 ステータ 36 外側フレーム 38 内筒キャン 40、42 側板 46 反ポンプ側ブラケット 46a 凹部 50 ポンプ側ブラケット 52 ロータ室 58 ステータ室 60 端子台 62,88,89,94,96 シール材 66 主軸 72 ダイヤフラム 76 メカニカルシール 78 固定側円環 84 二重円筒体 86 端板 92 スラスト軸受ケーシング(ポンプ側ケーシング) 98,100 軸受 102 仕切り部 104 ダイヤフラム押え板 M モータ部(キャンドモータ) P 多段ポンプ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶原 研一 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 牧野 力 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 伊藤 昭二 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 岸 雅彦 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原電産内 (72)発明者 平本 和也 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原電産内 Fターム(参考) 3H034 AA01 BB01 BB06 BB12 BB13 BB16 BB17 CC03 CC05 CC06 DD13 DD14 DD16 DD24 DD30 EE05 EE12 EE13 EE14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポンプ部とモータ部とを直列に連結して
    水中または液中で使用する水中モータポンプにおいて、 前記モータ部の内部に配置されてロータと一体に回転す
    る中空のモータ軸のポンプ側端部に、前記ポンプ部の内
    部に配置されて羽根車と一体に回転する中軸のポンプ軸
    を一体に嵌着して主軸を構成したことを特徴とする水中
    モータポンプ。
  2. 【請求項2】 前記中空のモータ軸のポンプ側端部に、
    中空部内に連通する封入液流通孔を設けたことを特徴と
    する請求項1記載の水中モータポンプ。
  3. 【請求項3】 前記中空のモータ軸と前記中軸のポンプ
    軸をそれぞれ異なる材質で構成したことを特徴とする請
    求項1または2記載の水中モータポンプ。
  4. 【請求項4】 前記モータ軸として配管用鋼管を用いた
    ことを特徴とする請求項3記載の水中モータポンプ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102235371A (zh) * 2010-05-02 2011-11-09 王茂博 一种绞龙式潜水污水泵

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