JP2004169776A - ポンプ用駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転子12及び固定子11からなる電動機10と、電動機10の回転速度を減速する減速機30と、ポンプに連結され電動機10の動力を伝達する出力軸13,17とを備えるポンプ用駆動装置において、出力軸が、回転子に固定される中空軸13a及び中空軸内に挿入される中実軸13bとで構成される第1の出力軸13と、第1の出力軸13の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機20を介して接続される第2の出力軸17とから構成され、第1の出力軸13に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられている。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道、河川、農事用などの雨水の排水、揚水に使用される横軸もしくは立軸のポンプ用駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排水や揚水に使用される大容量立軸ポンプ用減速機の例としては、例えば、特許文献1に記載されたものがあり、ポンプに減速機を直結し、該減速機にさらに電動機が直結されている。また、電動機と減速機とを一体的に構成される公知例としては、例えば、特許文献2に記載されたものがある。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−9346号
【特許文献2】
特開2000−297851号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のポンプ用減速機においては、以下の点で配慮されていない。
すなわち、特許文献1に記載される電動機と減速機とが分離して設置される構成のポンプ用減速機では、据付スペースが広くなる。また、特許文献2に記載されるポンプと直結の多極電動機では機器質量が増大する。一方、巻線形電動機を使用すれば始動電流は低減されるが、巻線形電動機は形状も大きく保守が繁雑でであり、また高価であるため装置全体のコストアップを招く。
【0005】
本発明の目的は、省スペースを図れるポンプ用駆動装置を提供することにある。
また本発明の目的は、軽量で、かつ保守性に優れ、コスト低減下を図ることができるポンプ用駆動装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、前記出力軸が、前記回転子に固定される中空軸及び該中空軸内に挿入される中実軸とで構成される第1の出力軸と、該第1の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第2の出力軸とから構成され、前記第1の出力軸に動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられているものである。
より好ましくは、前記クラッチと前記減速機とは、前記電動機を中央にして該電動機の両端に相対して配置されているものである。
【0007】
また上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、動力の伝達をオン・オフするクラッチが、前記電動機に前記減速機を介して設けられ、前記出力軸は、該電動機から該減速機を介して前記クラッチまで動力を伝達する第1の出力軸と、該クラッチから該第1の出力軸内を通る第2の出力軸とから構成され、前記電動機及びクラッチが該減速機の上面に配置され、もしくは該クラッチのみ減速機の上面に配置され該電動機は減速機の側面に配置されているものである。
より好ましくは、前記電動機は、4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機とするものである。
【0008】
さらにまた上記目的を達成するために本発明に係るポンプ用駆動装置は、回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、前記電動機は、4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機であって、前記出力軸が、前記回転子に固定された中空軸及び該中空軸内に挿入された中実軸とで構成される第1の出力軸と、該第1の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第2の出力軸とから構成され、前記第1の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられ、前記電動機、クラッチ及び変速機はパッケージ内に納められているものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るポンプ用駆動装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された例を示す。図2は、本発明のポンプ用駆動装置に係る実施例の断面図である。
【0010】
まず図1により、ポンプ機場の概略構成を簡単に説明する。ポンプ機場の床F1にはポンプP(図示の例では立軸ポンプ)が設置され、床F1より上階の床F2にポンプPを駆動するポンプ用駆動装置1が設置されている。このような構成のポンプ機場において、ポンプPにより床F1より階下にある吸水槽T内の水が揚水され、目的とする吐出槽(図示せず)へ排水される。
【0011】
したがってポンプ用駆動装置1は、設置スペースが狭いこと、すなわち省スペースが図れること、軽量であること、かつ保守性に優れていることが好ましいことは明らかで、このようなポンプ用駆動装置が望まれている。また軽量にすることによって、床構造はより簡素に構築することができる。
【0012】
本発明のポンプ用駆動装置はこれらを満足するもので、以下図2によって詳細に説明する。
図2において、ポンプ用駆動装置1の概要構成は、電動機10とクラッチ20と減速30とを備え、これら機器はパッケージ40内(本実施例では、パッケージ40a,40b,40cに分割されている)に納められている。
【0013】
詳細には、電動機10は横軸形もしくは立軸形ポンプに適用され、かつカゴ形もしくは同期電動機を使用できる(以下、カゴ形電動機を例にとる)。また電動機10は、固定子11及び回転子12のうち該回転子12に第1の出力軸13の一方を構成する中空軸13aが固定されている。中空軸13aは、その両端が軸受14a,14bを介してパッケージ40bに回転自在に支承されている。該中空軸13a内には、第1の出力軸13の他方を構成する中実軸13bが挿入されており、該中実軸13bと前記中空軸13aとは動力の伝達をオン・オフする遠心式クラッチ20(油圧式クラッチまたは流体継手でもよい)を介して接続されている。該遠心式クラッチ20には、回転速度が定格の約80〜90%に達した時点で動力が伝達され、100%の回転速度で完全に伝達される特性のものが好ましい。
【0014】
15は、電動機10及び遠心式クラッチ20を冷却するファンであり、中空軸13aに取り付けられている。16aは、中空軸13aと中実軸13bとの間の一端部に介在する軸受であり、中実軸13bと中空軸13aとが互いに回転自在であるように支承している。中実軸13bの他端部は、軸受16b,16cによりパッケージ40cに回転自在に支承されている。また、前記電動機10を中央にして前記遠心式クラッチ20と相対する中実軸13bの下端部には、所定の回転速度に減速する遊星歯車式の減速機30の一方の側に接続されている。該減速機30の他方の側には第2の出力軸17が第10の出力軸13と同軸上に配置されて連結されている。したがって該第2の出力軸17には、電動機10の動力が減速機30を介して伝達される。18aは、第2の出力軸17のラジアル力を支持し、18bは第2の出力軸17のスラスト力を支持する軸受で、それぞれパッケージ40cに支承されている。19は潤滑油で、主として減速機30を潤滑するので減速機30がある最下槽のパッケージ40c内に溜まっている。
【0015】
上記構成において、電動機10で発生した動力は第1の出力軸13へ伝達され、第1の出力軸13から減速されてさらに第2の出力軸17に伝達される。また遠心式クラッチ20によって、中空軸13aの回転速度が定格(ポンプ運転時)の80ないし90%に達した時点でオンして動力が伝達される。
【0016】
図3,図4は、それぞれカゴ形電動機を使用した場合における、従来のポンプ用駆動装置の始動特性と本発明の駆動装置の始動特性とを示す。
図3は従来のクラッチなし、すなわちカゴ形電動機にポンプPを直結して始動した場合の、電動機固有の電流I及びトルクTrを回転速度との関係で示すものである。
【0017】
まず、実線で示すカゴ形電動機固有の始動特性について説明する。電動機10のI(100%電圧)は100%電圧における電流、Tr(100%電圧)は100%電圧におけるトルクを示すもので、カゴ形電動機の始動初期のI及びTrは、それぞれ定常運転時すなわち回転速度100%の約400%もしくは200%に増大していることが理解される。
【0018】
次に減電圧方式で始動するの場合、すなわち100%より小さい電圧に減じて始動し順次電圧を高めて100%電圧にする、いわゆる減電圧方式で始動するの場合のI(減電圧)及びTr(減電圧)を一点鎖線で示して説明する。
100%電圧で始動した場合は、始動電流が定常運転時の電流の約400%以上に増大するため、例えば電源の変圧器の容量が小さいときには電圧降下のため照明灯のチラツキや電磁制御器具の磁力が弱まり誤作動を起こすなどの故障を生じることがある。そこで、始動電流を抑制するため減電圧方式を採用し、他の機器に与える影響を少なく必要がある。
【0019】
駆動装置1にポンプPを接続し減電圧方式で始動する場合、破線で示されるポンプPのトルクTr(P)と、電動機10のトルクTr1(減電圧1)との交点Aまで回転速度を上昇させる。その後、100%電圧に切り換え、電動機10のトルクTr(100%電圧)と、ポンプPのトルクTr(P)との交点B、すなわち回転速度100%となる。さらに例示すれば、始動電流をより低く抑制するためトルクTr2(減電圧2)で減圧始動するとポンプPのトルクTr(P)との交点はCとなり、昇速幅が大きくなる。この昇速幅は、所定値を超えると始動が困難もしくは不可能になる。この対策として巻線形電動機を使用せざるを得なくなり、駆動装置のコストがアップする。
【0020】
図4は、本発明に係る駆動装置の始動特性を示すもので、電動機のトルクTr1(減電圧1)及びトルクTr2(減電圧2)と回転速度との関係を示す。
図において破線で示されるトルクTr(P’)は、クラッチ20をオフにし、すなわち中空軸13aのみの負荷(無負荷に近い状態)で始動させる場合のトルクを示す。これによりトルクTr2(減電圧2)の場合について説明すると、トルクTr(P’)と電動機10のトルクTr2(減電圧2)との交点Cは、約100%に近い回転速度である。この時点で100%電圧に切り換え、かつクラッチ20をオンにすると、ポンプPによるトルクTr(P’)と電動機10のトルクTr(100%電圧)との交点はBとなり、該交点Bでは、100%の回転速度になっているので昇速幅は小さくなる。したがって、始動時の電流を抑制した状態で始動することができる。なお交点Dは、クラッチ20がオフの状態にある場合のトルクTr(100%電圧)との交点を示したものである。
【0021】
本実施例によれば、電動機、クラッチ及び変速機がパッケージ内に納められていることによりコンパクトになり、省スペース化が図れる。
また本実施例によれば始動時の電流が小さく、このため4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機を使用することができ、軽量かつ保守性に優れ、コスト低減も図れる。
【0022】
図5は、本発明のポンプ用駆動装置に係る他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
上記実施例と異なる点のみ説明する。動力の伝達をオン・オフするクラッチ20が、前記電動機10に平歯車50a,50bによる減速機50を介して設けられ、かつ減速機50の上面(上側)に配置されている。また電動機10も減速機50の上面(上側)に配置され、該電動機10の出力軸は、該電動機10から該減速機50を介して該クラッチ20までの第1の出力軸21と、該クラッチ20から第1の出力軸21内を通る第2の出力軸22とから構成されている。すなわち、電動機10から平歯車50aまでの出力軸21は中実軸、平歯車50bからクラッチ20までの出力軸21は中空軸で形成され、クラッチ20からの第2の出力軸22は中実軸で形成されている。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られるが、高さが低くなるので高さに制約がある場合に有効である。
【0023】
図6は、本発明のポンプ用駆動装置に係るさらに他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
上記実施例と異なる点のみ説明する。クラッチ20が、前記電動機10に傘歯車60a,60bにより減速機60を介して設けられ、かつ減速機60の上面(上側)に配置されている。電動機10は減速機60の側面に配置され、該電動機10の出力軸は、該電動機10から該減速機60を介した該クラッチ20までの第1の出力軸21と、該クラッチ20から第1の出力軸21内を通る第2の出力軸22とから構成されている。すなわち、電動機10から平歯車60aまでの出力軸21は中実軸、平歯車60bからクラッチ20までの出力軸21は中空軸で形成され、クラッチ20からの第2の出力軸22は中実軸で形成されている。
本実施例によれば、上記実施例と同様の効果が得られるが、高さが低くなるので高さに制約がある場合に有効である。
【0024】
【発明の効果】
本発明のポンプ用駆動装置によれば、電動機、クラッチ及び変速機がパッケージ内に納められていることによりコンパクトになり、省スペース化が図れる。
また本実施例によれば始動時の電流が小さく、このため4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機を使用することができ、軽量かつ保守性に優れ、コスト低減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポンプ用駆動装置を備える立軸ポンプが、ポンプ機場に設置された例を示す。
【図2】本発明に係るポンプ用駆動装置の実施例の断面図である。
【図3】従来の、カゴ形電動機を備えたポンプ用駆動装置の始動特性を示す。
【図4】本発明に係る、カゴ形電動機を備えたポンプ用駆動装置の始動特性を示す。
【図5】本発明のポンプ用駆動装置に係る他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
【図6】本発明のポンプ用駆動装置に係るさらに他の実施例の側面図で、一部を断面にして示したものである。
【符号の説明】
1…ポンプ用駆動装置10…電動機、11…固定子、12…回転子、13…第1の出力軸、13a…中空軸、13b…中実軸、14a,14b,16a,16b,16c,18a,18b…軸受、17…第2の出力軸、19…潤滑油、20…クラッチ、30,50,60…減速機、40…パッケージ、50a,50b…平歯車、60a,60b…傘歯車。
Claims (5)
- 回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
前記出力軸が、前記回転子に固定される中空軸及び該中空軸内に挿入される中実軸とで構成される第1の出力軸と、該第1の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続される第2の出力軸とから構成され、
前記第1の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられていることを特徴とするポンプ用駆動装置。 - 前記クラッチと前記減速機とは、前記電動機を中央にして該電動機の両端に相対して配置されていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ用駆動装置。
- 回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され該電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
動力の伝達をオン・オフするクラッチが、前記電動機に前記減速機を介して設けられ、前記出力軸は、該電動機から該減速機を介して前記クラッチまで動力を伝達する第1の出力軸と、該クラッチから該第1の出力軸内を通る第2の出力軸とから構成され、
前記電動機及びクラッチが前記減速機の上面に配置されるか、もしくは前記クラッチのみ前記減速機の上面に配置され電動機は減速機の側面に配置されていることを特徴とするポンプ用駆動装置。 - 前記電動機は、4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機とすることを特徴とする請求項1もしくは3に記載のポンプ用駆動装置。
- 回転子及び固定子からなる電動機と、該電動機の回転速度を減速する減速機と、ポンプに連結され前記電動機の動力を伝達する出力軸とを備えるポンプ用駆動装置において、
前記電動機は、4ないし8極の三相誘導カゴ形もしくは同期電動機であって、
前記出力軸が、前記回転子に固定された中空軸及び該中空軸内に挿入された中実軸とで構成される第1の出力軸と、該第1の出力軸の回転速度をポンプの所定の回転速度まで減速する減速機を介して接続された第2の出力軸とから構成され、
該第1の出力軸に、動力の伝達をオン・オフするクラッチが設けられ、
該電動機、クラッチ及び減速機はパッケージ内に納められていることを特徴とするポンプ用駆動装置。
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