JP2005299617A - モータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータポンプ内部に残留した液体が凍結するような低温雰囲気下においてもモータポンプを適性に起動することを可能とする。
【解決手段】 モータ回転軸（５ａ）に固定されたロータ（６）及びそのロータの回転磁界を生成するステータ（７）を備えたモータ部（２）と、ステータに通電してロータの回転を制御するモータ駆動部（２０）と、モータ回転軸の回転により駆動される羽根車（１１）及びその羽根車を収めるポンプ室（１０）を備えたポンプ部（３）とを有するモータポンプ（１）において、ロータが正方向に回転した場合にのみモータ回転軸から羽根車に対する駆動力の伝達を行なうワンウェイクラッチ（１４）と、ロータ及びステータの間を仕切るように配置され、ポンプ部のポンプ室まで延在するキャン（８）とを備えた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプとモータを一体として構成したモータポンプに関するものであり、より詳細には、内部に残留した液体の凍結による起動時のトラブルを回避することのできるモータポンプに関するものである。

従来、モータポンプにおいて、内部に残留した液体が屋外等の低温雰囲気下において凍結してしまうと即時に起動ができない等の不都合が生じるので、そのような事態を回避するために内部に残留した液体の凍結を防止する技術が存在する。

例えば、キャンドモータポンプ内部に残留した液体の温度を測定するための温度センサを設け、その温度センサの検出温度に基づきステータへの通電を制御することで、ステータの発熱によりキャンドモータポンプ内部に残留した液体の凍結を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１５３０９８号公報

しかし、上記特許文献１に記載のような技術では、内部に残留した液体が凍結温度以下とならないように適宜ステータに通電する必要があるので、非稼働時間が長い場合には非効率的であり、電力コストも嵩むという問題があった。また、液体の温度を検出するセンサの検出誤差や故障により、液体の凍結を確実には回避できない恐れもある。

ここで、液体が凍結した後であってもステータに通電を行なうことによって凍結物を融解する方法も考えられるが、上記特許文献１に開示のような必要な揚程に到達しない程度の通電（或いはロータが回転しない程度の通電）では、十分な発熱量が得られず凍結物を融解させるのに長時間を要することとなる。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、モータポンプ内部に残留した液体が凍結するような低温雰囲気下においても、その凍結物を短時間で融解し、或いは液体の凍結を防止することによって、適性に起動することを可能とするモータポンプを提供することを主目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータポンプは、請求項１に示すとおり、モータ回転軸に固定されたロータ及びそのロータの回転磁界を生成するステータを備えたモータ部と、ステータに通電してロータの回転を制御するモータ駆動部と、モータ回転軸の回転により駆動される羽根車及びその羽根車を収めるポンプ室を備えたポンプ部とを有するモータポンプにおいて、ロータが正方向に回転した場合にのみモータ回転軸から羽根車に対する駆動力の伝達を行なうワンウェイクラッチと、ロータ及びステータの間を仕切るように配置され、ポンプ部のポンプ室まで延在するキャンとを備えた構成とする。

これによると、モータポンプの非稼働時に、ポンプ室内に残留した液体が低温雰囲気下において凍結した状態（即ち、羽根車が凍結物により固定された状態）となっても、モータ駆動部により、モータ回転軸を逆方向に回転させるようにステータに通電することによって、羽根車に対して駆動力を伝達させることなしにステータ及びキャンを発熱させてその凍結物を融解し、モータポンプを適切に起動することができる。また、モータポンプの非稼働時に内部に残留している液体が凍結する前にステータに通電すれば、ポンプ室内に残留した液体の温度をその凍結温度以上に保持することも可能である。

また、モータ部のロータ周辺に残留した液体が低温雰囲気下において凍結した状態となった場合には、ロータが凍結物により固定された状態となるので、ロータが回転しない程度にステータに通電することでステータを発熱させてロータ周辺の凍結物を融解することができる。

ここで、モータポンプ内に残留した液体は、モータポンプが輸送する液体（例えば、水）に限らず、気体を輸送するポンプにおいて、その気体中に含有される水分等の場合もあり得る。また、ステータ及びキャンの熱をより効率的に液体に伝達させるために、ポンプ室の内壁の少なくとも一部をキャンにより構成することができる。

また、請求項２に示すとおり、モータ部は、防水構造を有する構成とすることができる。

これにより、モータ回転軸に固定されたロータ周辺には液体が入らないので、液体の凍結によってロータの回転が阻害されることを防止することができる。

ここで、モータの防水構造としては、例えば、モータ部において、キャンをポンプ部側に開口を有する筒状に形成し、モータ回転軸に固定されたロータを密封するようにそのキャンの開口に軸封部を設けることができる。

また、請求項３に示すとおり、モータ部またはポンプ部に配置された温度センサを更に備え、モータ駆動部は、温度センサの検出結果よりモータ部内またはポンプ部内に存在する液体の凍結を検知した場合に、ステータに通電してロータを逆方向に回転させる構成とすることができる。

これにより、液体が凍結した状態にあるか否かの判定が容易となり、温度センサの検出温度が所定の値（所定の液体の凍結危険温度）以下にある場合には、羽根車に対して駆動力を伝達させることなしにステータ及びキャンを発熱させて凍結物を融解し、モータポンプを適切に起動することができる。

この場合、ポンプ部のポンプ室内やモータ部のロータ周辺に存在する液体の温度を直接または間接的に検出可能なように、一又は複数の温度センサを適切な位置に配置することができる。

また、請求項４に示すとおり、モータ回転軸の拘束状態を検出するためのロック電流検出部を更に備え、そのロック電流検出部がモータ回転軸の拘束状態を検出した場合に、モータ駆動部は、ステータに通電してロータを逆方向に回転させる構成とすることができる。

これにより、ロック電流検出部がモータ回転軸の拘束状態を検出した場合には、羽根車が凍結物により固定された状態であると判断して、羽根車に対して駆動力を伝達させることなしにステータ及びキャンを発熱させて凍結物を融解し、モータポンプを適切に起動することができる。

別法として、上記ロック電流検出部に代えて羽根車の回転を検出する羽根車回転検出部を設け、その羽根車回転検出部が羽根車の拘束状態を検出した場合に、モータ駆動部により、ステータに通電してモータ回転軸を逆方向に回転させることも可能である。

また、請求項５に示すとおり、ロータの逆方向への回転は、操作者の操作により開始される構成とすることができる。

更に、本発明のモータポンプは、請求項６に示すとおり、モータ回転軸に固定されたロータ及びそのロータの回転磁界を生成するステータを備えたモータ部と、ステータに通電してロータの回転を制御するモータ駆動部と、モータ回転軸の回転により駆動される羽根車及びその羽根車を収めるポンプ室を備えたポンプ部とを有するモータポンプにおいて、モータ回転軸から羽根車に対する駆動力の伝達を断続するクラッチと、ロータ及びステータの間を仕切るように配置され、ポンプ部のポンプ室まで延在する熱伝導部材とを備えた構成とする。

これによると、モータポンプの非稼働時にポンプ室内に残留した液体が、低温雰囲気下において凍結した状態となっても、クラッチにより、モータ回転軸と羽根車との接続を解除し、かつ、モータ駆動部により、モータ回転軸を回転させるようにステータに通電することで、羽根車に対して駆動力を伝達させることなしにステータ及びキャンを発熱させてその凍結物を融解し、モータポンプを適切に起動することができる。また、モータポンプの非稼働時に内部に残留している液体が凍結する前にステータに通電すれば、液温を凍結温度以上に保持することも可能である。

このように本発明によれば、モータポンプ内部に残留した液体が凍結するような低温雰囲気下においても、その凍結物を短時間で融解し、或いは液体の凍結を防止することによって、モータポンプを適性に起動することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のモータポンプの概略構成を示す断面図であり、図２は、図１のII−II断面図である。このモータポンプ１は、流体（ここでは、水）の輸送等に用いるものであり、ポンプ駆動用のモータ部２と、そのモータ部２に連結して配置されたポンプ部３とを有する。

モータ部２は、ブラシレスＤＣモータとして構成され、モータケーシング４の内部には、モータ回転軸５ａに固定された円筒形のロータ６と、そのロータ６の回転磁界を生成するべくその外周面に沿って設けられたステータ７と、ロータ６及びステータ７の間を仕切るように配置されたキャン８が備えられている。ポンプ部３は、ポンプケーシング９の内部に設けられたポンプ室１０を有し、そのポンプ室１０内には、ポンプ回転軸５ｂに固定された羽根車１１と、ポンプ室１０内に存在する水の温度を測定するための温度センサ１２が備えられている。

ここで、モータ回転軸５ａの一端は、シール形軸受１３ａで支持されており、他端は、ワンウェイクラッチ１４（正方向のみに回転し、逆方向は空転するクラッチ）を介して羽根車１１が固定されたポンプ回転軸５ｂに接続されている。また、このポンプ回転軸５ｂは、２つのシール形軸受１３ｂ、１３ｃで支持されている。

ロータ６は、その外周部に永久磁石（図示せず）が設けられており、ステータ７は、モータケーシング４の内周面に固定されたステータコア１５及びそのステータコア１５に巻装されたコイル１６からなる。

キャン８は、薄い金属板からなり、モータ部２において、ポンプ側に開口を有する有底筒状をなし、更に、ポンプ部３側においてポンプケーシング９の内壁に沿って延在し、ポンプ室１０の内壁を構成する。これにより、キャン８は、後述するようにその一部がモータ部２において発熱した際に、その熱をポンプ室１０側へ伝達する熱伝導部材として機能する。また、キャン８の開口に取付けられたシール形軸受１３ｂによって、モータ回転軸５ａに固定されたロータ６が密封された状態となり、ポンプ室１０側からロータ６側への液漏れを防止している。これにより、モータ部は、ロータ６周辺にはポンプ室１０側の水が入らない防水構造をなす。なお、キャン８の形状及び材質等については、ここに示したものに限定されるものではなく、少なくとも発生した熱をポンプ室１０側へ伝達する熱伝導部材としての機能を有する限りにおいて種々の選択が可能である。

ステータ７への通電は、モータ部２の駆動を制御するモータ駆動ドライバ２０（モータ駆動部）によって行なわれ、それによりロータ６の回転動作が制御される。ステータ７への通電によりロータ６が回転する際には、ロータ６とステータ７の間に配置されたキャン８には渦電流が発生し、流路抵抗による渦電流損が生じてキャン８が発熱する。モータ駆動ドライバ２０は、ロータ６がロック状態となった場合に生じるロック電流を検出する装置（ロック電流検出部）としても機能する。

通常、この種のモータポンプにおいては、輸送される水がモータポンプの非稼働時にポンプ室内等に残留する場合がある。このとき、モータポンプが寒冷地の屋外等の低温雰囲気下に設置されていると、ポンプ室内に残留した水が凍結し、その凍結物（氷）によって羽根車が固定された状態となり、操作者が再びモータを起動しようとしても、適切に起動できないというトラブルが生じ得る。しかし、そのように残留した水が凍結した状態であっても、上記構成の本発明のモータポンプでは、次に示す方法によって適切な起動が可能である。

図３は、低温雰囲気下における本発明のモータポンプの起動動作を示すフロー図である。モータポンプ１を起動する際には、まず、温度センサ１２の検出値が水の凍結危険温度以下であるか否かが判定される（ＳＴ１０１）。温度センサ１２の検出値が、水の凍結危険温度以上である場合には、水は液体の状態であると判断し、通常の起動が行なわれる。一方、温度センサ１２の検出値が水の凍結危険温度以下である場合には、モータ駆動ドライバ２０により、ステータ７に通電してロータ６を逆方向に回転させる（ＳＴ１０２）。このとき、モータ回転軸５ａからの駆動力は、ワンウェイクラッチ１４によって遮断され、ポンプ部３の羽根車１１に伝達されることはないが、キャン８及びステータ７が発熱し、その熱がキャン８を介してポンプ室１０に伝達され、ポンプ室１０内の凍結物の温度を上昇させる。

そこで、予め設定された時間（凍結物の融解時間）までロータ６を回転させると（ＳＴ１０３）、モータ駆動ドライバ２０によりロータ６の回転方向が切り替えられ、ロータ６が正方向に回転する（ＳＴ１０４）。このとき、モータ回転軸５ａからの駆動力は、ワンウェイクラッチ１４を介してポンプ部３の羽根車１１に伝達される。そこで、モータ駆動ドライバ２０は、ロック電流が流れているか否かを判断し（ＳＴ１０５）、ロック電流が検出された場合には、依然としてポンプ部３の羽根車１１が凍結物により固定された状態にあると判断し、ＳＴ１０５においてロック電流が検出されなくなる（即ち、定常電流が流れている状態）まで、ＳＴ１０２からＳＴ１０４の動作を繰り返し実行する。最終的に、ＳＴ１０５においてロック電流が検出されずにポンプ部３の羽根車１１が正方向に回転していると判断すると、モータポンプ１の起動動作は完了する。

なお、上記のような動作は、通常は自動的に実行されるが、場合によっては、操作者の判断により、手動で同様の動作を実行することも可能である。例えば、操作者が、温度センサ１２の検出値を確認し、手動スイッチにより一定時間ロータ６を逆方向に回転させることで、モータポンプ１の適切な起動が可能となる。

本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、これらの実施例はあくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、図１及び図２に示した本発明のモータポンプ１におけるワンウェイクラッチの代りに、モータ回転軸５ａから羽根車１１に対する駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ及びその制御装置を設けることも可能である。この場合においても、温度センサ１２の検出温度が所定の値以下である場合に、電磁クラッチにより、モータ回転軸５ａから羽根車１１に対する駆動力の伝達を遮断する一方、モータ駆動ドライバ２０により、ステータ７に通電してロータ６を回転させることができる。

本発明のモータポンプは、モータポンプ内部に残留した液体が凍結するような低温雰囲気下においても、その凍結物を短時間で融解し、或いは液体の凍結を防止することによって、適性に起動することが可能であり、ポンプ室１０内に残留した液体の凍結による起動時のトラブルを回避することのできるモータポンプとして有用である。

本発明のモータポンプの概略構成を示す断面図 図１に示した本発明のモータポンプのII−II断面図 低温雰囲気下における本発明のモータポンプの起動動作を示すフロー図

符号の説明

１ モータポンプ
２ モータ部
３ ポンプ部
５ａ モータ回転軸
５ｂ ポンプ回転軸
６ ロータ
７ ステータ
１１ 羽根車
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ シール形軸受
１４ ワンウェイクラッチ
２０ モータ駆動ドライバ

Claims (6)

1. モータ回転軸に固定されたロータ及びそのロータの回転磁界を生成するステータを備えたモータ部と、前記ステータに通電して前記ロータの回転を制御するモータ駆動部と、前記モータ回転軸の回転により駆動される羽根車及びその羽根車を収めるポンプ室を備えたポンプ部とを有するモータポンプにおいて、
   前記ロータが正方向に回転した場合にのみ前記モータ回転軸から前記羽根車に対する駆動力の伝達を行なうワンウェイクラッチと、前記ロータ及び前記ステータの間を仕切るように配置され、前記ポンプ部のポンプ室まで延在するキャンとを備えたことを特徴とするモータポンプ。
2. 前記モータ部は、防水構造を有することを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
3. 前記モータ部または前記ポンプ部に配置された温度センサを更に備え、
   前記モータ駆動部は、前記温度センサの検出結果より前記モータ部内または前記ポンプ部内に存在する液体の凍結を検知した場合に、前記ステータに通電して前記ロータを逆方向に回転させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータポンプ。
4. 前記モータ回転軸の拘束状態を検出するためのロック電流検出部を更に備え、
   そのロック電流検出部が前記モータ回転軸の拘束状態を検出した場合に、前記モータ駆動部は、前記ステータに通電して前記ロータを逆方向に回転させることを特徴とする請求項３に記載のモータポンプ。
5. 前記ロータの逆方向への回転は、操作者の操作により開始されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のモータポンプ。
6. モータ回転軸に固定されたロータ及びそのロータの回転磁界を生成するステータを備えたモータ部と、前記ステータに通電して前記ロータの回転を制御するモータ駆動部と、前記モータ回転軸の回転により駆動される羽根車及びその羽根車を収めるポンプ室を備えたポンプ部とを有するモータポンプにおいて、
   前記モータ回転軸から前記羽根車に対する駆動力の伝達を断続するクラッチと、前記ロータ及び前記ステータの間を仕切るように配置され、前記ポンプ部のポンプ室まで延在する熱伝導部材とを備えたことを特徴とするモータポンプ。

Images