JP2008075476A - 立形給水ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、安定した据付姿勢の確保がめざせる立形給水ポンプを提供する。
【解決手段】本発明の立形給水ポンプは、ポンプ部１のポンプシャフト１２を駆動するポンプ駆動部１５として、ポンプケーシングカバー１０にモータ据付用ブラケット１９を一体に成形した構造を用い、同ブラケット１９に永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータ１６を設置する構成とした。これにより、ポンプケーシングカバー１０、モータ据付用ブラケット１９は、小形軽量となり、モータは、永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータ１６を用いることで、小形軽量となる。そして、さらにモータの小形軽量化により、モータ据付用ブラケット自身も小さく抑えられるから、相乗効果により、ポンプ駆動部１５の全体が、大幅に小形軽量化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、縦方向に延びるポンプ部の上端部に、同ポンプ部を駆動するポンプ駆動部を設けて構成される立形給水ポンプに関する。

給水ポンプには、据付性の点で優れた立形給水ポンプがある。同給水ポンプの多くは、縦方向に延びる多段式のポンプ部をもつ構造が用いられる。具体的にはポンプ部には、引用文献１に示されるように羽根車を収めたポンプケーシングを、複数、積み重ね、下端部のポンプケーシングに吸込口と吐出口とを形成し、上端部のポンプケーシングの開口をポンプケーシングカバーで塞ぎ、ポンプケーシングカバーから、羽根車とつながるポンプシャフトの端部を上方（外部）に突き出させた構造が用いられる。立形給水ポンプは、こうしたポンプ部の上端部に、ポンプ駆動部を据え付けて、同ポンプ駆動部でポンプシャフトを駆動する構造としたタイプのポンプをいう。

こうした立形給水ポンプのポンプ駆動部では、引用文献１にも開示されているよう接水を重視したステンレスなどの部材で形成してあるポンプケーシングに、それとは違う剛性を重視した材料で構成されたモータ据付用ブラケットを組付け、このブラケットに誘導モータを据え付けることが行なわれている。
特開２００３−２１４３８３号公報

ところで、立形給水ポンプは、縦方向にポンプ部が延び、その上部にモータが据え付くために、横形給水ポンプに比べ、かなり据付面積が小さくてすむ利点がある。しかし、ポンプ部には、大きな外形寸法、さらにはかなり質量のある誘導モータが組付くため、ポンプ部の上部だけが、他の部分よりも重たくなる。このため、立形給水ポンプの据付姿勢は不安定である。

しかも、この不安定さの要因は、モータだけでなく、モータ据付用ブラケットの構造にもある。すなわち、ブラケットとポンプケーシングとを組付けるためには、別途、結合構造を用いて、ブラケットとポンプケーシングカバーとの相互間を結合することになる。しかし、この構造が重量の増加や外形寸法の増大を招き、ポンプ部上部の質量を増大させるという負担を強いている。

こうした立形給水ポンプの不安定さは、モータ出力が大きな給水ポンプになるほど、その傾向が大きい。

そこで、本発明の目的は、安定した据付姿勢の確保がめざせる立形給水ポンプを提供することにある。

請求項１に係る発明は、上記目的を達成するために、ポンプ部のポンプシャフトを駆動するポンプ駆動部として、ポンプケーシングカバーとモータ据付用ブラケットとを一体に成形した構造を用い、同モータ据付用ブラケットに永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータを据え付ける構成とした。

請求項２に係る発明は、永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータとして、ＩＰＭモータを採用したことにある。

請求項３に係る発明は、モータ据付用ブラケットとして、ポンプシャフトに作用するスラスト荷重を受けるスラスト軸受が組み込まれた構成を用いる。

請求項１に係る発明によれば、ポンプケーシングカバー、モータ据付用ブラケットは、相互が一体に成形されることで、両部品を結合していた種々の構造は不要となるために小形、軽量化が図れる。またモータは、永久磁石内蔵形のブラシレス同期モータを用いることで、通常の誘導モータとは違い、磁石による吸引、反発力により、高いトルクの発生が期待できるから、同じ出力であれば、通常の誘導モータよりも、小形軽量のモータですむ。しかも、モータの小形軽量に伴い、モータ据付用ブラケット自身も小さくできる。それ故、ポンプ駆動部の全体は、大幅な小形、軽量化が図れ、立形給水ポンプの不安定さを改善することができる。

したがって、立形給水ポンプは、最上部にモータが有っても安定した据付姿勢を得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、ＩＰＭモータは、コイルと永久磁石の吸引および反発力に加え、コイルが鉄を引き付ける力が最高に引き出され、モータ自身の一層の小形化が図れるので、一層、安定性が増し、立形給水ポンプの不安定さが払拭される。

請求項３に係る発明によれば、磁石内蔵形ブラシレス同期モータは、立形給水ポンプのポンプ部の駆動に用いると、スラスト荷重を考慮してモータシャフトを回転自在に支持することが求められるが、モータ据付用ブラケットにスラスト荷重を受けるスラスト軸受が組み込まれると磁石内蔵形ブラシレス同期モータは、スラスト荷重を考慮しない、ラジアル構造の軸受によるモータシャフトの支持ですむ。これで、モータシャフトを支持する軸受は、スラスト機能が不要となるから、その分、小形ですみ、モータ駆動部の小形軽量化が図り得る。これにより、一層、立形給水ポンプの安定が増し、立形給水ポンプの不安定さが払拭される。

以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は高出力、例えば１１ｋＷ以上の出力を有する大形の立形給水ポンプを示していて、図中１は同給水ポンプの縦方向に延びる多段式のポンプ部を示し、１５は同ポンプ部１の上部に据え付けられたポンプ駆動部を示している。

このうち多段式のポンプ部１は、図１に示されるように例えば羽根車２を収容した中間ケーシング３を多段に積み重ねてなる羽根車部４と、同羽根車部４の上端部に積み重ねられた上部ケーシング５と、羽根車部４の下端部に配置された下部ケーシング６と、羽根車部４の周囲に上部・下部ケーシング５，６間に連続して設けられた外ケーシング８（いずれのケーシングもポンプケーシングを構成する部材）とを有している。下部ケーシング６には、吸込口部６ａ、吐出口部６ｂが形成してある。上部ケーシング５および外ケーシング８の上端部には、上部ケーシング５の開口、上部ケーシング５と外ケーシング８間の隙間を塞ぐようにポンプケーシングカバー１０が設けてある。そして、ポンプケーシングカバー１０、上部ケーシング５、複数の中間ケーシング３、下部ケーシング６、外ケーシング８の相互は、締結、具体的にはポンプケーシングカバー１０と下部ケーシング６との間に渡されたボルト部材７ａをナット部材７ｂで固定するボルト締め構造によって締結させてある。これで、ポンプ部１の全体を構成している。下部ケーシング６の下部には、図１のような立姿勢でポンプ部１を据え付けるための据付座９が形成してある。なお、１０ａは、ポンプケーシングカバー１０の中央に形成してある円形のシールカバー取付用開口（図示しない）を塞ぐメカニカルシールカバーを示す。

各羽根車２は、最下段の中間ケーシング３〜メカニカルシールカバー１０ａに渡り挿通された主軸１２（本願のポンプシャフトに相当）に固定され、主軸１２が回転すると、各段の羽根車２が同時に駆動され、所期の圧送が行なえるようにしてある。つまり、各羽根車２が回転すると、吸込口部６ａから水が吸い込まれ、同水が、最も下段の羽根車２から最上段の羽根車２へと昇圧されながら、上部ケーシング５内に形成された吐出室５ａへ導かれる。そして、この昇圧を終えた水が、外ケーシング８とその内側の上部ケーシング５、中間ケーシング３との間に形成された通路１３を通じて、吐出口部６ｂへ吐出されるようにしてある。なお、１１は、メカニカルカバー１０ａに組付けた、主軸１２からの漏水を防ぐメカニカルシールを示す。

ポンプ駆動部１５には、ポンプ部１を駆動する電動モータ１６と、同電動モータ１６をポンプ部１の上部に据え付ける据付部品１７とを組み合わせた構造が用いられている。このうち据付部品１７には、例えばポンプケーシングカバー１０の外周部に、中間部（中継部）となる上方に延びる柵形のアーム部１８を一体に成形するとともに、同アーム部１８の延出端に環状のモータ据付用ブラケット１９を一体に成形する構造が用いてある。具体的には、ポンプケーシング１０、アーム部１８、モータ据付用ブラケット１９は、例えば接水に好適なステンレスなどの部材で一体成形させた１つの一体成形部品が用いてある。これで、ポンプケーシング１０〜モータ据付用ブラケット１９は、従来のポンプケーシングカバー１０とモータ据付用ブラケット１９とが別体な構造に比べ、両部品を結合するのに必要な部分や部品が不用となり、その分、小形、軽量にしてある。なお、モータ据付用ブラケット１９の中央部には、軸受組込部１９ａが形成してある。

電動モータ１６には、通常の誘導電動機でなく、永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータが用いられている。具体的には、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）という形式を採用したＩＰＭモータが用いてある。ＩＰＭモータは、例えば図１および図２に示されるようにロータ１６ａの鉄芯内部に深く永久磁石１６ｂを周方向沿いに埋め込んだ構造で、コイルと永久磁石１６ｂの吸引／反発力（マグネットトルク）に加え、コイルが鉄を引き付ける力（リラクタンストルク）を最高に引き出す電磁構造を用いたモータ本体１４が採用してある。このため、通常の誘導電動機と同じ出力であれば、モータ本体１４はかなり小形軽量のモータとなる。図１、２中１６ｃはステータを示しています。また立形給水ポンプのポンプ部１の駆動に用いる場合、通常であれば、ＩＰＭモータは、スラスト荷重を考慮してモータシャフト１６ｄを回転自在に支持することが求められるが、ここでは、スラスト荷重を受ける機能のないラジアル構造の軸受、すなわちラジアル軸受１６ｅでモータシャフト１６を回転自在に支持する構造を採用して、モータ本体１４自身を、さらに小形軽量にしてある（スラスト荷重を受ける構造が不要となるため）。図１中の二点鎖線は、通常の誘導電動機の外形を示し、図１中の実線は、同一出力のＩＰＭモータの外形を示していて、上記の理由から、かなり外形が小さくなることがわかる。

このＩＰＭモータで構成された電動モータ１６が、ポンプ据付用ブラケット１９の上面に形成された据付面に縦置きで据え付けてある。つまり、最上部となるポンプ部１の上端部に直列に据え付けてある。なお、２１は、電動モータ１６のモータ本体１４端をポンプ据付用ブラケット１９に固定させる固定具、例えばボルト・ナット部材を示す。

モータ据付用ブラケット１９の軸受組込部１９ａには、環状のスラスト軸受２０が組み込まれている。このスラスト軸受２０に、モータシャフト１６ｄの先端部が組み込んである。すなわち、スラスト軸受２０の内周部には、筒形のスラスト入力部材２２が嵌挿されている。このスラスト入力部材２２の上端部は、スラスト軸受２０のインナレース２０ａに係止されており、スラスト荷重が受け止められるようにしてある。このスラスト入力部材２２内に、モータ本体１４端から突き出るモータシャフト１６ｄの先端部が進退可能に嵌挿してある。

このスラスト入力部材２２の下端部から突き出る軸部２２ａは、例えば分割式の継手部材２３を介して、メカニカルシールカバー１０ａ（ポンプケーシングカバーを兼ねる）からポンプ部１外へ突き出る主軸１２の端部に結合され、主軸１２に作用するスラスト荷重が、モータ据付用ブラケット１９に組み込んだスラスト軸受２０で受け止められる構造にしている。このときのシャフト間をつなぐ構造により、ＩＰＭモータ（電動モータ１６）からの回転力が、主軸１２を通じて、各羽根車２へ伝えられるようにしている。

ところで、立形給水ポンプは、ポンプ部１が縦方向に延び、その最も高い上部に質量のある電動モータ１６が据え付けられる構造上、不安定な姿勢での据付けが強いられやすい。

このとき、立形給水ポンプの最上部に有るポンプ駆動部１５は、ポンプケーシングカバー１０とモータ据付用ブラケット１９とが一体成形されることで、小形・軽量化（両部品を結合する構造が不要になるから）を図っている。しかも、電動モータ１６として永久磁石内蔵形のブラシレス同期モータを用いることで、モータ自身の小形軽量化を図っている（高トルクの発生が可能になるため）。しかも、小形軽量のモータですむ分、モータ据付用ブラケット１９自身の外形寸法は小さく抑えられる。

それ故、相乗効果により、ポンプ駆動部１５は、重量的にも、外形寸法的にも、通常の誘導電動機を用いた立形給水ポンプに比べ、かなり抑えることができる。つまり、ポンプ駆動部１５の全体は、大幅に小形、軽量化が図れ、立形給水ポンプの不安定さを大幅に改善、すなわち不安定さを払拭することができる。

したがって、立形給水ポンプは、安定した据付姿勢が確保できる。特にＩＰＭモータを用いると、ポンプ駆動部１５は、格段に小形・軽量化が図れるので、一層、安定性が増し、立形給水ポンプの不安定さが払拭、つまり一層、安定した据付姿勢が確保できる。

しかも、モータ据付用ブラケット１９にスラスト軸受２０を組み込む構造にすると、スラスト荷重はモータ据付用ブラケット１９で対処できるから、磁石内蔵形ブラシレス同期モータは、スラスト荷重を考慮せずにすむ、ラジアル軸受１６ｅによるモータシャフト１６ｄの支持ですむ。これで、モータシャフト１６ｄを支持する軸受は、スラスト機能が不要なので、その分、小形ですみ、一層、モータ駆動部１５の小形軽量化を図ることができる。これにより、一層、立形給水ポンプの安定が増し、立形給水ポンプの不安定さが払拭される。

なお、第１の実施形態では、ＩＰＭモータを用いた立形給水ポンプを挙げたが、これに限らず、図２に示す第２の実施形態のように、電動モータ１６として、ロータ１６ａの表面に永久磁石１６ｂが組み込まれるＳＰＭ（Surface Permanent Magnetic）モータを用いてもよい。

但し、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わないことはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る立形給水ポンプの断面図。 ＩＰＭモータを説明するための断面図。 本発明の第２の実施形態に係る要部を示す断面図。

符号の説明

１…ポンプ部、１０…ポンプケーシングカバー、１２…主軸（ポンプシャフト）、１４…モータ本体、１５…ポンプ駆動部、１６…ＩＰＭモータ（電動モータ）、１６ｅ…ラジアル軸受、１６ｄ…モータシャフト、１９…モータ据付用ブラケット、２０…スラスト軸受、２３…継手部材。

Claims (3)

1. 縦方向に延び、当該延びた上端部はポンプケーシングカバーでカバーされ、かつ該ポンプケーシングカバーからは上方へポンプシャフトの端部が突き出るポンプ部と、
   前記ポンプ部の上端部に設けられ、前記ポンプシャフトを駆動するポンプ駆動部とを有して構成される立形給水ポンプであって、
   前記ポンプ駆動部は、
   前記ポンプケーシングカバーと一体に成形されたモータ据付用ブラケットと、
   前記モータ据付用ブラケットに据え付けられ、前記ポンプシャフトを駆動する永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータと
   を有して構成されることを特徴とする立形給水ポンプ。
2. 前記永久磁石内蔵形ブラシレス同期モータは、ＩＰＭモータであることを特徴とする請求項１に記載の立形給水ポンプ。
3. 前記モータ据付用ブラケットには、前記ポンプシャフトに作用するスラスト荷重を受けるスラスト軸受が組み込まれる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立形給水ポンプ。

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