JP2008232018A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積の増大やコスト高になることが極力回避されるように、また、原動機や変速装置の振動がポンプに伝わり難いようにしながらポンプの変速が可能となるポンプ装置を実現させて提供する。
【解決手段】排水ポンプ設備等において使用されるポンプ装置Ａにおいて、横軸型の電動機Ｍの出力軸３と横軸ポンプＰの主軸１とを、弾性材製のベルト９を用いたベルト式無段変速装置Ｔを介して連動連結するポンプ装置を採る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータやエンジン等の原動機で各種のポンプを駆動するポンプ装置に関するものである。

一般的なポンプでは、その原動機を定格出力で運転させる速度固定式のものが多いが、機場への設置等において適切な吐出量（単位時間当りの吐出量）に調整すべく、ポンプの駆動速度を減速したり増速したりの調節、即ち変速が可能となるものも望まれている。

そこで従来では、特許文献１において開示されるように、ポンプとその駆動源であるエンジンとの間に減速機を設ける手段が知られている。また、ポンプを幅広く変速駆動する必要のある場合においては、特許文献２において開示されるように、駆動用の電動機をインバータ（周波数変換器）を用いて変速させる手段も知られている。

前記特許文献１による装置では、減速機の存在により、ポンプとエンジンとが離れた位置関係になり、設置長さ（設置スペース）が大型化する問題がある。例えば、市街地等に設けられる排水ポンプ設備といった具合にポンプ装置を覆う建屋がある場合には、その建屋も大型化してしまうことになる。そして、前記特許文献２のものでは、インバータ及び周辺の制御装置はコスト的に高く付くものであってポンプ装置に対して割高となり、その導入には困難を伴う。

また、特許文献１にて開示されたポンプ装置では、減速機で生じる振動や原動機の振動、ポンプの羽根車の振動が軸を介して相互に伝わり易い傾向がある。それ故、元々脈動等の振動を伴うものであるポンプとの共振現象による異常振動や、それに伴う騒音等のデメリットが生じるおそれがあり、ポンプの変速駆動構造には改善の余地が残されているものであった。
特開２００１−１２３９８２号公報 特開２０００−００９０４６号公報

本発明の目的は、設置面積の増大やコスト高になることが極力回避されるように、また、原動機、変速装置、ポンプの振動が相互に伝わり難いようにして共振等の悪影響が生じないようにしながらポンプの変速が可能となるポンプ装置を実現させて提供する点にある。

請求項１に係る発明は、ポンプ装置において、原動機Ｍの出力軸３とポンプＰの主軸１とがベルト式無段変速装置Ｔを介して連動連結されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、前記ベルト式無段変速装置Ｔは、前記出力軸３に装備される駆動側割プ−リ７と、前記主軸１に装備される従動側割プ−リ８とに亘って弾性材製のベルト９が巻回されたものであることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のポンプ装置において、前記ポンプＰは前記主軸１が水平方向に向く横軸ポンプであり、前記原動機Ｍは前記出力軸３が水平方向に向く横軸型原動機であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のポンプ装置において、前記原動機Ｍが前記ポンプＰの上に配置されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４に記載のポンプ装置において、前記原動機Ｍが電動機４であることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４に記載のポンプ装置において、前記原動機Ｍが発電機１７を駆動可能なエンジン１４であり、前記ベルト式無段変速装置Ｔを変速操作するための電動モータ１０を設けるとともに、前記電動モータ１０が前記発電機１７で発電される電力によって駆動されるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、原動機とポンプとの間にベルト式無段変速装置を介装するものであるから、原動機とポンプとの伝動系における繋がり箇所はベルトのみとなって、原動機からポンプへ振動が伝播したり、その反対にポンプから原動機へ振動が伝播したりすることが殆どなくなり、共振現象や振動が増幅されることが回避されるようになる。ベルト式無段変速装置はポンプ主軸の軸心に直交する方向に長さを要するが、主軸の軸心方向の長さはあまり要しないものであるから、電動機と変速装置とポンプとが一直線上に配置され、しかもそれらの間にカップリングが必要となることもある従来のポンプ装置のものに比べて、装置としての主軸の軸心方向長さを短縮化することが可能になる。

その結果、共に振動源になりうる原動機とポンプとにベルト式無段変速装置を組合わせることにより、設置面積の増大やコスト高になることが極力回避されるようになる。また、原動機、変速装置、ポンプの振動が相互に伝わり難いようにしながらポンプの変速が可能となるポンプ装置を提供することができる。この場合、請求項２のように、駆動側及び従動側の各割プーリに巻回されるベルトを弾性材製とすれば、前述した振動伝達の抑制作用を一層改善することができる利点がある。

請求項３の発明によれば、横軸型ポンプを採用するポンプ装置においては、前述したポンプ主軸の軸心方向長さの短縮化、即ち、横方向寸法の短縮化が図れるので、従来よりも狭い土地等のスペースにも適用できる等、設置面積の狭小化が可能となる利点を有するポンプ装置を提供することができる。この場合請求項４のように、原動機をポンプの上に載置して、設置面積の更なる狭小化が行えるようにもできる。

請求項５の発明によれば、原動機を電動機とした場合の高価なインバータ制御装置が不要となり、コストメリットが得られるという効果を奏することができる。

請求項６の発明によれば、原動機をエンジンとした場合において、ベルト式無段変速装置を軽快に操作するための電動モータを設けた際の電源として、エンジン駆動される発電機を利用することができるから、屋外配置や屋内配置を問わずに受電設備を要することがない。従って、ポンプ装置の設置場所に融通が効く汎用性に富むものとしながら、前述した種々の利点を有するエンジン利用のポンプ装置を提供することができる。

以下に、本発明によるポンプ装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１，２は、それぞれ実施例１，２によるポンプ装置を示す側面図、平面図、図３は図１のポンプ装置を用いた排水ポンプ設備の例を示す概略図、図４，５はそれぞれポンプ装置の別実施例１，２である。

〔実施例１〕
実施例１によるポンプ装置は、図１のポンプ装置Ａに示すように、主軸１が水平に向く横軸ポンプ２（Ｐ）と、出力軸３が水平に向く横置き型の電動機（原動機及び横軸型原動機の一例である）４（Ｍ）と、これら両者２，４を連動連結するベルト式無段変速装置５（Ｔ）とから成る。電動機４は、横軸ポンプ２を囲むように構成される台枠６に搭載固定されており、平面視で互いに重なって必要面積が最小又はほぼ最小で済むように、横軸ポンプ２の真上に配置されている。台枠６は、底部材６ａ、複数の脚部材６ｂ，６ｂ、載せ台部材６ｃ等を備えて構成されている。尚、台枠６と横軸ポンプ２のベース２ａとは別体とすることが振動の伝導を防ぐためには望ましい。

ベルト式無段変速装置５は、電動機４の出力軸３に装備される駆動側割プーリ７と、横軸ポンプ２の主軸１に装備される従動側割プーリ８と、これら両プーリ７，８に亘って巻回される伝動ベルト９と、アシストモータ（操作モータ）１０等を有して構成される公知構造のものである。駆動側割プーリ７は、出力軸３に固定装備される固定プーリ片７ａと、出力軸３に相対回動不能かつ軸方向移動可能に装備される可動プーリ片７ｂと、可動プーリ片７ｂを固定プーリ片７ａ側に押圧付勢するバネ１１、可動プーリ片７ｂを軸方向にスライド移動させるカム１２等から構成されている。そして、カム１２は実質的にアシストモータ１０によって駆動操作されるように連動連係されている。

従動側割プーリ８は、主軸１に固定装備される固定プーリ片８ａと、主軸１に相対回動不能かつ軸方向移動可能に装備される可動プーリ片８ｂと、可動プーリ片８ｂを固定プーリ片８ａ側に押圧付勢するバネ１３等から構成されている。伝動ベルト９は、繊維材等で強化されたゴム（弾性材の一例）製のものが好都合であるが、金属製のもの等、それ以外の材料から成るものでも良い。例えば、従動側のバネ１３を駆動側のバネ１１よりも強いものとして、駆動側割プーリ７におけるベルト９の巻回径が最小で、従動側割プーリ８におけるベルト９の巻回径が最大となる最減速状態（図１に示す状態）に復帰付勢される構成が採れるが、これには限られない。

ベルト式無段変速装置５の変速は、手指等で変速レバー（図示省略）を増速又は減速操作すれば、それら操作に伴ってアシストモータ１０が正転又は逆転駆動され、意図する変速位置に軽快に操作して変速（増速又は減速）が行えるようになっている。また、図示は省略するが、アシストモータ（電動モータの一例）１０を操作モータとして、スイッチ操作等による制御回路を用いて駆動変速させる構成も可能である。

実施例１によるポンプ装置によれば、互いに平行となる一対の駆動側軸と従動側軸、即ち、図１においては出力軸３と主軸１とを有するベルト式無段変速装置５でもって電動機４とポンプ２とを連動連結させてあるから、電動機４とポンプ２との伝動系における繋がり箇所は弾性材製の伝動ベルト９のみとなって、電動機４の振動がポンプ２には殆ど伝わらないものとなり、電動機４の振動が加わることによる共振現象や振動が増幅されることが回避されるようになる。また、ポンプ２の振動が電動機４にも伝わり難いから、ポンプ２の振動が電動機４に加わることによる共振現象や振動増幅も回避される。

そして、電動機４は平面視で重なるようにポンプ２の真上に配置されているので、ポンプ装置Ａとしての必要スペースを小面積のものに小型化することが可能になるとともに、互いに独立配置されるポンプ２や電動機４のメンテナンス性も良好である。また、ベルト式無段変速装置は多岐に亘って使用されている汎用機であることから、インバータ制御を用いる変速構造に比べてコストメリットも出るものである。

例えば、図３に示すように、排水槽２０や建屋Ｈ付の排水ポンプ設備Ｓに適用する場合には、電動機４'と変速装置５'と二つのカップリング３３，３４と横軸ポンプ２とが一直線上に配置される従来のポンプ装置のものに比べて、実施例１によるポンプ装置では、ポンプ主軸方向の長さを明確に短縮することができる。それにより、従来のポンプ装置Ａ'を覆う場合の建屋Ｈ'（幅Ｌ１）に比べて、実施例１によるポンプ装置Ａを覆う建屋Ｈ（幅Ｌ２）も小型化すること（Ｌ１→Ｌ２、Ｌ１＞Ｌ２）が可能になる。

〔実施例２〕
実施例２によるポンプ装置は、図２のポンプ装置Ａに示すように、エンジン１４（Ｍ）と、横軸ポンプ１５（Ｐ）と、エンジンの出力軸３とポンプの主軸１とに亘って構成されるベルト式無段変速装置１６（Ｔ）とから成る。ベルト式無段変速装置１６は、図１の実施例１によるベルト式無段変速装置５と基本的に同じであり、各部には同符号を付して説明が為されたものとする。違いは、出力軸３で駆動回転される発電機１７を電源としてアシストモータ１０を駆動させる点である。即ち、原動機Ｍが発電機１７を駆動可能なエンジンであり、ベルト式無段変速装置１６を変速操作するための電動モータ１０を設けるとともに、電動モータ１０が発電機１７で発電される電力によって駆動されるように構成されている。

エンジン（ディーゼル式、その他等）１４は、ポンプ主軸１の軸方向を前後とした場合のポンプ２の左右いずれかの横傍に配置されており、やはり、装置としての主軸１の軸方向長さの短縮化が図られている。この場合には、エンジン１４、ポンプ１５、及びベルト式無段変速装置１６が同一平面上に配置されているから、メンテナンス性に優れる利点がある。

〔別実施例〕
図４に示すように、本発明は、排水ポンプ等の立軸ポンプＰの主軸１と、立軸モータＭの上下向きの出力軸３とに亘って巻回装備されるベルト式無段変速装置Ｔを有する立軸型ポンプ装置Ａのポンプ装置に適用されても良い。

また、図５に示すように、エンジンＭとポンプＰとを連動連結するベルト式無段変速装置Ｔを有するポンプ装置Ａにおいて、エンジン出力軸３とベルト式無段変速装置Ｔの駆動軸２１とがカップリング２３を介して連動連結したり、ポンプ主軸１とベルト式無段変速装置Ｔの従動軸２２とがカップリング２４を介して連動連結したりして、より振動伝達が回避される特徴を有するポンプ装置でも良い。

実施例１によるポンプ装置を示す模式図としての側面図 実施例２によるポンプ装置を示す模式図としての平面図 図１のポンプ装置を用いた排水ポンプ設備の概略図 第１別実施例のポンプ装置を示す概略の側面図 第２別実施例のポンプ装置を示す概略の平面図

符号の説明

１ 主軸
３ 出力軸
４ 電動機
７ 駆動側割プ−リ
８ 従動側割プ−リ
９ ベルト
１０ 電動モータ
１４ エンジン
１７ 発電機
Ｍ 原動機
Ｐ ポンプ
Ｔ ベルト式無段変速装置

Claims (6)

1. 原動機の出力軸とポンプの主軸とがベルト式無段変速装置を介して連動連結されているポンプ装置。
2. 前記ベルト式無段変速装置は、前記出力軸に装備される駆動側割プ−リと、前記主軸に装備される従動側割プ−リとに亘って弾性材製のベルトが巻回されたものである請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプは前記主軸が水平方向に向く横軸ポンプであり、前記原動機は前記出力軸が水平方向に向く横軸型原動機である請求項１又は２に記載のポンプ装置。
4. 前記原動機が前記ポンプの上に配置されている請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記原動機が電動機である請求項１〜４に記載のポンプ装置。
6. 前記原動機が発電機を駆動可能なエンジンであり、前記ベルト式無段変速装置を変速操作するための電動モータを設けるとともに、前記電動モータが前記発電機で発電される電力によって駆動されるように構成されている請求項１〜４に記載のポンプ装置。

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