JP2021063473A - モータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、モータ固定子を効率よく冷却することができるモータポンプを提供する。【解決手段】本発明のモータポンプは、磁石５が埋設される羽根車１と、磁石５に対向する位置に配置されるモータ固定子６と、取扱液の吸込口４ａを有する吸込ケーシング４と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータ室３３を有するモータケーシング３と、を備える。モータケーシング３は、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための少なくとも１つの入口孔３７を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、モータポンプに関し、特に、モータ固定子を取扱液で冷却するモータポンプに関する。

永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプが知られている。例えば、モータポンプは、半導体製造装置などの外部装置を冷却または温度調整するために使用される取扱液（熱媒体）を、該取扱液が貯留されるタンクと外部装置の熱交換部との間で循環させるために用いられる。このようなモータポンプは、タンクと熱交換部との間で取扱液を循環させる循環ラインに配置される。

モータポンプの取扱液として、例えば、フッ素系の絶縁性液体が使用されることがある。この場合、以下の理由により、取扱液を循環させるモータポンプとして、液体の漏洩を起こさないキャンドモータポンプ（以下、単に「モータポンプ」と称する）が使用されることがある。
ｉ）取扱液自体が高価である。
ｉｉ）工場（例えば、半導体製造工場）には製造プロセスで使用される有毒なガスを検知するためのガス検知器が設置されていることがあり、取扱液の漏洩が発生するとガス検知器を誤検知させてしまうことがある。

モータポンプを運転するとモータ固定子が発熱し、モータ固定子の過度の発熱は、該モータ固定子の劣化や破損につながる。さらに、循環ラインを流れる取扱液の温度が高い場合（すなわち、モータポンプに吸い込まれる取扱液の温度が高い場合）は、モータ固定子の温度が上昇しやすく、かつモータ固定子の冷却が困難なことが多い。そのため、モータ固定子の温度の上昇を抑制するために、冷却フィンなどの放熱部材、および／または冷却流体を供給する冷却装置（例えば、冷却ファン）をモータポンプに設ける場合もある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１６９７３４号公報

しかしながら、放熱部材および／または冷却装置をモータポンプに設けると、該モータポンプの構成が複雑となり、モータポンプの大型化や製造コストの上昇につながる。放熱部材および／または冷却装置を省略すると、モータポンプに流入する取扱液の温度に上限値を設ける必要があり、その結果、モータポンプの運転範囲が制限されてしまう。

そこで、本発明は、簡易な構成で、モータ固定子を効率よく冷却することができるモータポンプを提供することを目的とする。

一態様では、取扱液を移送するモータポンプであって、磁石が埋設される羽根車と、前記磁石に対向する位置に配置されるモータ固定子と、前記取扱液の吸込口を有する吸込ケーシングと、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記モータ固定子を収容するモータ室を有するモータケーシングと、を備え、前記モータケーシングは、前記吸込口から吸い込まれた取扱液を前記モータ室に流入させるための少なくとも１つの入口孔を有していることを特徴とするモータポンプが提供される。

一態様では、前記吸込ケーシングは、前記モータケーシングに連結されており、前記モータケーシングは、前記吸込ケーシングと前記ポンプケーシングとに挟まれている。
一態様では、前記吸込ケーシングには、前記吸込口を通過した前記取扱液が前記入口孔を通過するように案内する案内部材が配置されている。

一態様では、前記吸込ケーシングは、前記ポンプケーシングに連結されており、前記ポンプケーシングは、前記吸込ケーシングと前記モータケーシングとに挟まれている。
一態様では、前記モータケーシングは、前記入口孔を介して前記モータ室に流入させた取扱液によって、前記モータ室内の取扱液を排出させるための少なくとも１つの出口孔を有している。
一態様では、前記モータポンプは、前記モータ固定子の温度を測定する温度センサをさらに有している。
一態様では、前記取扱液は絶縁性を有している。

本発明によれば、入口孔から流入した取扱液で、モータ室が満たされる。モータ室を満たした取扱液は、モータポンプ内を流れる取扱液と熱交換を行うことができる。すなわち、モータ室に配置されたモータ固定子で発生した熱は、該モータ室を満たしている取扱液を介して、モータポンプ内を流れるより低温の取扱液に伝達され、モータポンプから該取扱液とともに排出される。したがって、取扱液がモータ室に流入する入口孔をポンプケーシングに設けるだけで、モータポンプを効率よく冷却することができる。

図１は、一実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。 図２は、図１に示す案内部材の概略平面図である。 図３は、図１に示すモータケーシングの一部を拡大して示す概略断面図である。 図４は、図３に示すモータケーシングの変形例を示す概略断面図である。 図５は、他の実施形態に係るモータポンプのモータケーシングの一部を拡大して示す概略断面図である。 図６は、さらに他の実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。 図７は、さらに他の実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。図１に示すモータポンプの取扱液は、絶縁性を有する液体であり、例えば、フッ素系の絶縁性液体である。

モータポンプは、環状の永久磁石５が埋設された羽根車１と、永久磁石５に作用する磁力を発生するモータ固定子６と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータ室３３を有するモータケーシング３と、吸込口４ａを有する吸込ケーシング４と、羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を支持する軸受１０とを備えている。

本実施形態では、モータケーシング３は、吸込ケーシング４とポンプケーシング２とに挟まれている。より具体的には、吸込ケーシング４は、モータケーシング３の入口側に連結され、ポンプケーシング２は、モータケーシング３の出口側に連結されている。吸込ケーシング４は、モータケーシング３の上側に配置されており、ポンプケーシング２は、モータケーシング３の下側に配置されている。吸込ケーシング４、モータケーシング３、およびポンプケーシング２は、この順に配列されており、この状態で、吸込ケーシング４、モータケーシング３、およびポンプケーシング２は、複数の連結ボルト（図示せず）によって一体に連結されている。吸込ケーシング４は、上方向に開口する吸込口４ａと、吸込口４ａに接続されるケーシング本体４ｂとを有しており、この吸込口４ａは、図示しない取扱液の入口ラインに接続される。入口ラインは、例えば、半導体製造装置などの外部装置の熱交換部とタンクとの間で取扱液を循環させる循環ラインの一部であり、該熱交換部からモータポンプまで延びるラインである。本実施形態では、吸込口４ａは、吸込ケーシング４の中央に配置されている。具体的には、吸込口４ａの中心は、吸込ケーシング４の中心軸線上にある。一実施形態では、吸込口４ａをケーシング本体４ｂと一体に形成してもよい。

なお、図１では、説明の便宜上、吸込ケーシング４、モータケーシング３、およびポンプケーシング２がこの順に鉛直方向に配列され、吸込ケーシング４の吸込口４ａが上向きに開口しているモータポンプの例を示している。すなわち、図１では、縦向きに配置されたモータポンプの例が示されている。しかしながら、本実施形態は、この例に限定されない。例えば、吸込ケーシング４、モータケーシング３、およびポンプケーシング２を、この順に水平方向に配列してもよい。この場合、モータポンプは横向きに配置されており、吸込ケーシング４の吸込口４ａは横方向に開口する。あるいは、吸込ケーシング４、モータケーシング３、およびポンプケーシング２がこの順に配列されたモータポンプを、水平方向または鉛直方向に対して斜めに配置してもよい（すなわち、モータポンプは斜めに配置される）。この場合、吸込ケーシング４の吸込口４ａは、水平方向または鉛直方向に対して斜めに開口する。さらに、一実施形態では、吸込口４ａは、その中心が吸込ケーシング４の中心軸線からずれていてもよい。

吸込ケーシング４とモータケーシング３との間には、シール部材としてＯリング１３が設けられており、ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。羽根車１とモータケーシング３とは微小な隙間を介して対向しており、羽根車１は、モータ固定子６により発生される回転磁界が永久磁石５に作用することによって回転する。羽根車１とモータケーシング３との隙間の大きさは、モータ固定子６により発生される回転磁界によって羽根車１が回転可能である限り任意である。しかしながら、この隙間の大きさは、羽根車１とモータケーシング３とが互いに接触しない程度にできるだけ小さいことが好ましい。例えば、羽根車１とモータケーシング３との隙間の大きさは、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にある。

モータ固定子６および軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されており、羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。本実施形態では、この軸受１０は取扱液の動圧を利用したすべり軸受（動圧軸受）である。一実施形態では、軸受１０は取扱液の動圧を利用しないすべり軸受であってもよい。

図１に示す軸受１０は、互いに緩やかに係合する回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２の組み合わせから構成される。回転側軸受要素１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の液体入口を囲むように配置されている。固定側軸受要素１２はモータケーシング３に固定されており、回転側軸受要素１１の吸込側に配置されている。この固定側軸受要素１２は、羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面１２ａと、羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面１２ｂとを有している。ラジアル面１２ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１２ｂは羽根車１の軸心に対して垂直である。

回転側軸受要素１１は環形状を有しており、回転側軸受要素１１の内周面が固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａに対向し、回転側軸受要素１１の側面が固定側軸受要素１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受要素１１の内周面とラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受要素１１の側面とスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。また、回転側軸受要素１１の内周面および側面には、動圧を発生させるための図示しないスパイラル溝が形成されている。

羽根車１から吐き出された取扱液の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の微小な隙間を通って軸受１０に導かれる。回転側軸受要素１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に取扱液の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって非接触に支持される。固定側軸受要素１２は、直交するラジアル面１２ａおよびスラスト面１２ｂにより回転側軸受要素１１を支持しているので、羽根車１の傾動は軸受１０により規制される。軸受１０（回転側軸受要素１１および固定側軸受要素１２）は、例えば、セラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成されている。

図１に示す吸込ケーシング４は、取扱液の流れ方向を変更して、取扱液が後述する開口孔３７（の近傍）を通過するように案内する案内部材１５を有している。図２は、図１に示す案内部材１５の概略平面図である。図１および図２に示すように、案内部材１５は、円盤状の本体１５ａと、本体１５ａを貫通して該本体１５ａの上面および下面から突出する複数の（図２では、４つの）支柱１５ｂと、を有する。図２では、支柱１５ｂにハッチングを付している。吸込ケーシング４をモータケーシング３に連結すると、支柱１５ｂは、吸込ケーシング４の上壁の内面とモータケーシング３の上面とに挟まれ、吸込ケーシング４内での案内部材１５の位置が固定される。案内部材１５の本体１５ａの中心は、吸込ケーシング４の中心軸線上にある。

案内部材１５によって、吸込口４ａから吸込ケーシング４に吸い込まれた取扱液は、案内部材１５の一方の面（上面）上を吸込ケーシング４の半径方向外側に向かって流れ、ケーシング本体４ｂの側壁の内面に衝突する。そして、取扱液は、案内部材１５の他方の面（下面）に回り込んで、吸込ケーシング４の半径方向内側に向かって流れる。すなわち、案内部材１５によって、吸込ケーシング４の半径方向外側に放射状に広がり、次いで、吸込ケーシング４の半径方向内側に収束する取扱液の流路４ｃ（図１の白抜き矢印参照）が形成される。この流路４ｃは、ケーシング本体４ｂに形成されており、吸込口４ａから延びて、モータケーシング３に形成された流路３ａ（後述する）に接続される。

モータケーシング３、および軸受１０の中心部には、それぞれ液体流路３ａ，１０ａが形成されている。これら液体流路３ａ，１０ａは一列に連結される。吸込口４ａから吸い込まれて、吸込ケーシング４の流路４ｃを流れた取扱液は、モータケーシング３の流路３ａおよび軸受１０の流路１０ａを直線状に流れて羽根車１の取扱液入口に吸い込まれる。このように、流路４ｃ，３ａ，１０ａは、吸込口４ａから羽根車１の液体入口まで延びる１つの液体流路を構成する。羽根車１が収容されるポンプケーシング２の側面には、吐出口１６ａを有する吐出ポート１６が設けられており、回転する羽根車１によって昇圧された液体は、吐出口１６ａを通ってモータポンプから吐き出される。

羽根車１は、絶縁性を有する取扱液（例えば、フッ素系の絶縁性液体）に耐性のある非磁性材料から形成される。さらに、羽根車１は、好ましくは、滑りやすく、かつ摩耗しにくい材料から形成される。このような材料の例としては、テフロン（登録商標）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、およびＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂や、セラミックが挙げられる。ポンプケーシング２も羽根車１と同じ材料から形成することができる。さらに、モータケーシング３および吸込ケーシング４を、羽根車１と同じ材料から形成してもよい。

図１に示すように、羽根車１には、環状の永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１９が埋設されている。永久磁石５はマグネットヨーク１９の吸込側に配置されている。永久磁石５とモータ固定子６とは互いに対向するように配置され、モータ固定子６は羽根車１の吸込側に配置されている。

なお、図１に示す羽根車１には、環形状を有する１つの永久磁石５が埋設されているが、本実施形態はこの例に限定されない。例えば、羽根車１には、複数の永久磁石５が埋設されていてもよい。この場合、羽根車１に埋設される複数の永久磁石５は環状に配列されており、各永久磁石５は、例えば、扇形の形状を有する。

本実施形態では、モータケーシング３は、環形状のモータ室３３を有している。モータ固定子６は、モータ室３３に収容される。この状態で、モータ室３３は、蓋部材３５によって塞がれる。

モータ固定子６は、複数の歯６ａを有する固定子コア６Ａと、これらの歯６ａにそれぞれ巻回された固定子コイル６Ｂと、を有している。歯６ａおよび固定子コイル６Ｂは環状に配列されており、羽根車１およびモータ固定子６は、軸受１０と同心状に配列されている。

固定子コイル６Ｂには、３本のリード線１７が接続されている。リード線１７の端部は駆動回路７に接続され、この駆動回路７は、該駆動回路７の動作を制御する制御装置８と、電源９とに接続される。駆動回路７は、例えば、インバータ装置であり、制御装置８は、インバータ装置に配置されたスイッチング素子などを用いて、電源９から各固定子コイル６Ｂに供給される電流のタイミングを制御する。このような駆動回路７からリード線１７を介して固定子コイル６Ｂに供給された電流によって、モータ固定子６には回転磁界が発生させられる。回転磁界は、羽根車１に埋設された永久磁石５に作用し、これにより、羽根車１が回転する。

羽根車１が回転すると、取扱液は吸込ケーシング４の吸込口４ａから流路４ｃ，３ａ，１０ａを通って羽根車１の液体入口に導入される。取扱液は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１６ａから吐き出される。羽根車１が取扱液を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された取扱液によって吸込側に（すなわち吸込口４ａに向かって）押圧される。軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。本実施形態に係る構成によれば、１つの軸受１０により羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を非接触で支持することができるので、パーティクルを発生させることのないコンパクトなモータポンプを実現することができる。

モータケーシング３を形成する材料は、絶縁性を有する取扱液（例えば、フッ素系の絶縁性液体）に対する耐性を有する限り限定されない。例えば、モータケーシング３を金属材料から形成することができる。しかしながら、モータ固定子６の電気的絶縁を確保し、かつ渦電流の発生を防止する観点から、モータケーシング３は非金属材料から形成されるのが好ましい。モータケーシング３を形成する非金属材料の例としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、およびＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂が挙げられる。上述したように、モータケーシング３を羽根車１と同じ樹脂材料から形成してもよい。樹脂製のモータケーシング３は、固定子コイル６Ｂがモータケーシング３に接触しても該固定子コイル６Ｂの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。

図３は、図１に示すモータケーシング３の一部を拡大して示す概略断面図である。図３に示すように、モータケーシング３は、内筒３０と、該内筒３０の半径方向外側に配置される外筒３１と、内筒３０および外筒３１を連結する隔壁３２と、を備えている。内筒３０は、略円筒形状を有しており、その中心部には上記した流路３ａが形成されている。外筒３１も略円筒形状を有しており、隔壁３２は環形状を有している。この隔壁３２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置しており、モータ固定子６が発生する回転磁界は、隔壁３２を通って羽根車１の永久磁石５に到達する。

さらに、モータケーシング３は、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口を塞ぐ蓋部材３５と、モータ室３３内でのモータ固定子６を位置決めするための固定リング３８と、を備えている。モータ固定子６を収容するモータ室３３は、内筒３０の外周面、外筒３１の内周面、隔壁３２の表面（上面）、および蓋部材３５の表面（下面）によって区画される。

固定リング３８は、モータ固定子６の固定子コア６Ａに接触しており、モータ固定子６をモータケーシング３の隔壁３２に対して押圧している。したがって、固定リング３８は、モータ室３３におけるモータ固定子６の位置を固定する固定部材として機能する。

蓋部材３５は、環形状を有している。蓋部材３５の内周面は、固定リング３８の外周面に接触し、蓋部材３５の外周面は、外筒３１の内周面に接触する。この状態で、蓋部材３５および固定リング３８は、図示しない固定具を用いてモータケーシング３に固定される。蓋部材３５および固定リング３８をモータケーシング３から取り外すと、モータ固定子６にアクセスすることができる。一実施形態では、蓋部材３５に、リード線１７の結線基板（図示せず）を配置してもよい。この場合、リード線１７は、固定子コイル６Ｂから結線基板を介して、駆動回路７まで延びる。あるいは、環形状を有する結線基板自体を蓋部材３５として用いてもよい。

図３に示すように、蓋部材３５には、複数の開口孔３７が形成されている。開口孔３７は、蓋部材３５の一方の側面（上面）から他方の側面（下面）まで延びており、これら開口孔３７によって、モータ室３３が吸込ケーシング４に形成された流路４ｃと連通する。したがって、吸込ケーシング４の流路４ｃを流れる取扱液の一部は、開口孔３７を介してモータ室３３に流入し、該モータ室３３を満たす。すなわち、開口孔３７は、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。モータ固定子６は、流路４ｃから開口孔（入口孔）３７を通ってモータ室３３に流入した取扱液に浸漬される。取扱液は、電気絶縁性を有しているため、モータ室３３に流入した取扱液によって、固定子コイル６Ｂがショートすることはない。

モータポンプを運転するために固定子コイル６Ｂに電流を供給すると、固定子コイル６Ｂが発熱する。固定子コイル６Ｂに発生した熱は、モータ室３３を満たした取扱液に伝わり、該取扱液の温度を上昇させる。しかしながら、モータポンプの運転中、モータ室３３内の取扱液は、常に吸込ケーシング４の流路４ｃを流れるより低温の取扱液と直接的に熱交換を行い（図３の黒塗り矢印参照）、これにより、モータ固定子６が冷却される。したがって、開口孔３７を蓋部材３５に設けるといった簡易な構成で、モータ固定子６を効率的に冷却することができる。その結果、従来のモータポンプで必要とされた冷却装置（例えば、冷却フィンまたは冷却ファン）が不要となるため、モータポンプの大型化および製造コストの上昇を抑制することができる。さらに、モータポンプに流入する取扱液の温度の上限値をあげることができるので、モータポンプの運転範囲を拡大することができる。

なお、図３に示す蓋部材３５は、開口孔３７を除いて、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口を完全に塞いでいるが、本実施形態は、この例に限定されない。すなわち、蓋部材３５は、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口を完全に塞がなくてもよい。例えば、蓋部材３５の外周面が外筒３１の内周面に接触する一方で、蓋部材３５の内周面と固定リング３８の外周面との間に隙間があってもよい。あるいは、蓋部材３５の内周面が固定リング３８の外周面に接触する一方で、蓋部材３５の外周面と外筒３１の内周面との間に隙間があってもよい。さらに、蓋部材３５は、その内周面および／または外周面に形成された１つのまたは複数の切り欠き（図示せず）を有していてもよい。

蓋部材３５に形成された開口孔３７の数は任意である。例えば、蓋部材３５は、１つの開口孔３７のみを有していてもよいし、２つ以上の開口孔３７を有していてもよい。複数の開口孔３７が蓋部材３５に形成される場合は、開口孔３７を蓋部材３５の周方向に沿って等間隔で配置するのが好ましい。一実施形態では、開口孔３７の数は固定子コイル６Ｂの数に一致し、各固定子コイル６Ｂに対して１つの開口孔３７が割り当てられる。

一実施形態では、上述した案内部材１５を省略してもよい。この場合、吸込ケーシング４の流路４ｃを、直線状に形成して、モータケーシング３の流路３ａと直線状に連結してもよい。しかしながら、モータポンプの吸込ケーシング４が案内部材１５を有するのが好ましい。案内部材１５によって、吸込口４ａから吸込ケーシング４の流路４ｃに流入した取扱液は開口孔（入口孔）３７に向けて積極的に案内される。したがって、案内部材１５によって、開口孔３７の上方に常に低温の取扱液の流れが作り出され、これにより、モータ固定子６を効率よく冷却することができる。

図３に示すように、モータポンプは、モータ固定子６の温度を測定する温度センサ１８を有していてもよい。温度センサ１８は、モータ固定子６に取り付けられており、上記した制御装置８（図１参照）に接続されている。温度センサ１８は、その測定値を制御装置８に送り、制御装置８は、この測定値に対するしきい値を予め記憶している。制御装置８は、温度センサ１８の測定値がしきい値を超えると、モータポンプの運転を停止して、警報を出力する。一実施形態では、制御装置８は、モータポンプの運転の停止、および警報の出力のいずれか一方のみを行ってもよい。

図１に示すように、吸込ケーシング４の吸込口４ａは、モータ固定子６が収容されるモータ室３３よりも高い位置に配置される。この場合、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液を確実にモータ室３３に流入させることができる。このような構成により、モータポンプの動作中は、モータ固定子６の固定子コイル６Ｂを取扱液に浸漬させて直接冷却させる状態を保つことができる。なお、モータポンプが斜めに、または横向きに配置されても、取扱液を開口孔３７を介してモータ室３３に流入させ、モータ固定子６の固定子コイル６Ｂを該取扱液に浸漬させることができる。

さらに、駆動回路（例えば、インバータ装置）７の動作を制御する制御装置８に、駆動回路７からモータ固定子６に供給される電流を監視させてもよい。モータポンプ内に取扱液が存在しない状態（以下、「ドライ状態」と称する）で、モータポンプが運転されると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に取扱液が導入されない。結果として、回転側軸受要素１１は固定側軸受要素１２に摺動し、軸受１０に摩擦熱が発生してしまう。このようなドライ状態でモータポンプを運転し続けると、軸受１０は、取扱液によって冷却されず、軸受１０の温度は上昇し続ける。その結果、軸受１０が焼き付きによって破損したり、モータポンプが故障してしまったりするおそれがある。

一方で、ドライ状態でモータポンプが運転されると、モータポンプの動力は減少するので、モータ固定子６に供給される電流が減少する。つまり、ドライ状態では、羽根車１にかかる負荷は最小になるため、電流は最小になる。そこで、制御装置８は、駆動回路７からモータ固定子６に供給する電流を監視し、電流の変化率および／または電流値の変化と所定のしきい値とを比較する。ここで、所定のしきい値とは、以下に示す値（基準値を下回った回数、設定値、規定値、許容値を下回った回数や偏差量など）の総称を意味する。

例えば、制御装置８は、駆動回路７からモータ固定子６に供給する電流を監視して、所定期間当たりの電流の変化率を計算するように構成される。一実施形態では、制御装置８は、所定期間（例えば１ヶ月）毎に、該所定期間当たりの電流の変化率を計算する。

そして、制御装置８は、モータ固定子６に供給される電流に基づいて、電流が異常レベルにあるか否か（すなわち、モータポンプがドライ状態で運転されているか否か）を決定する。電流の異常レベルは、例えば、次のように定義することができる。すなわち、あらかじめ、モータポンプが正常に運転されている時の電流値から得られる値（例えば、平均値）を基準値として設定する。そして、この基準値を用いて供給している電流の変化率を算定する。この変化率の値が所定の回数だけ負の数となったとき、制御装置８は、電流が異常レベルにあると決定する。一実施形態では、電流の変化率が所定の設定値よりも小さくなった場合、制御装置８は、電流が異常レベルにあると決定してもよい。これら基準値および設定値は同じ値であってもよく、または異なる値であってもよい。

他の実施形態では、制御装置８は、モータポンプの運転開始後、所定の時間間隔で、電流値を測定していく。制御装置８は、過去の電流の測定値と現在の電流の測定値との偏差の値が所定の規定値よりも小さくなった場合に、電流が異常レベルにあると決定してもよい。この場合、制御装置８は、電流の変化率ではなく、電流の変化を算定する。電流の変化は上記偏差の値である。さらに他の実施形態では、制御装置８は、この偏差の値が所定の許容値を下回った回数や偏差量に基づいて電流が異常レベルにあるか否かを決定してもよい。これら規定値および許容値は同じ値であってもよく、または異なる値であってもよい。

制御装置８は、電流の変化率および／または電流値の変化が所定のしきい値を超えて減少した場合、駆動回路７へ制御信号を送信し、モータ固定子６への電流の供給を停止させる。これにより、ドライ状態で、すなわち、モータ固定子６の固定子コイル６Ｂを取扱液によって直接冷却することができない状態で、モータポンプが運転されることを防止することができる。その結果、モータポンプの温度が過大に上昇してしまうことを防止できる。

さらに、図３に示すように、モータポンプは、該モータポンプの振動を検知する振動センサ２０を有していてもよい。振動センサ２０は、モータポンプの運転時に発生するモータポンプの振動を検出する。振動センサ２０は、例えば、振動の振幅（大きさ）、向き、および／または加速度を検出可能なセンサである。本実施形態では、振動センサ２０は、モータケーシング３の内筒３０に配置されており、上記した制御装置８（図１参照）に接続されている。

モータポンプの運転状態（モータポンプが正常に運転されているか否か）を、運転中のモータポンプに発生する振動に基づいて判断することができる。例えば、羽根車１および／または軸受１０に不具合が発生すると、モータポンプに発生する振動の振幅および加速度が大きくなる。そこで、制御装置８は、振動センサ２０から送信される振動の測定値（振動の振幅、向き、および／または加速度の測定値）を監視し、振動の変化率と所定のしきい値とを比較する。

例えば、制御装置８は、振動センサ２０から送信される振動の測定値を監視して、所定期間当たりの振動の変化率を計算するように構成される。一実施形態では、制御装置８は、所定期間（例えば１ヶ月）毎に、該所定期間当たりの振動の変化率を計算する。

そして、制御装置８は、振動センサ２０から送信される振動の測定値に基づいて、モータポンプの運転状態（すなわち、モータポンプが正常に運転されているか否か）を決定する。モータポンプの運転状態の異常は、例えば、次のように定義することができる。すなわち、あらかじめ、モータポンプが正常に運転されている時の振動の測定値から得られる値（例えば、平均値）を基準値として設定する。そして、この基準値を用いて振動の変化率を算定する。この変化率の値が制御装置８に予め記憶された所定のしきい値を越えると、制御装置８は、モータポンプの運転が異常であると決定する。さらに、制御装置８は、モータポンプの運転を停止させ、警報を出力する。一実施形態では、制御装置８は、モータポンプの運転の停止、および警報の出力のいずれか一方のみを行ってもよい。

一実施形態では、蓋部材３５を省略してもよい。図４は、図３に示すモータケーシングの変形例を示す概略断面図である。図４に示すモータケーシング３は、蓋部材３５が省略されている点で図３に示すモータケーシング３と異なる。

図４に示すモータケーシング３では、モータ固定子６を収容するモータ室３３は、内筒３０の外周面、外筒３１の内周面、および内筒３０と外筒３１とを連結する隔壁３２の表面（上面）によって区画されている。したがって、モータ室３３は、隔壁３２と反対側の端部に環状の開口３７’を有している。本実施形態では、この環状の開口３７’が吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。この場合、モータ室３３内の取扱液が吸込ケーシング４の流路４ｃを流れるより低温の取扱液と接触可能となる面積が最大となり、その結果、モータ固定子６の冷却効果を高めることができる。

本実施形態では、モータ室３３内の３本のリード線１７は、固定具（図示せず）を用いて、モータ室３３の内壁に固定されるのが好ましい。図４に示す例では、リード線１７は、外筒３１の内周面に固定されている。一実施形態では、リード線１７は、内筒３０の外周面に固定されてもよい。このような構成により、取扱液の流れによって、モータ室３３内のリード線１７がモータ固定子６に衝突することが防止される。

図５は、他の実施形態に係るモータポンプのモータケーシングの一部を拡大して示す概略断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図４を参照して説明された実施形態の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図５に示すモータポンプのモータケーシング３は、隔壁３２に複数の開口孔４０が形成されている点で図３に示すモータケーシング３と異なる。隔壁３２に形成された開口孔４０によって、モータ室３３がポンプケーシング２に形成された羽根車１の収容空間と連通する。

羽根車１から吐き出された取扱液の圧力は、羽根車１に吸い込まれる前の取扱液（すなわち、流路４ｃ，３ａ，１０ａを流れる取扱液）の圧力よりも高い。したがって、羽根車１から吐き出された取扱液の一部は、開口孔４０を通って、取扱液で満たされたモータ室３３に流入することができる。すなわち、本実施形態では、隔壁３２に形成された開口孔４０が羽根車１から吐出された取扱液（すなわち、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液）をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。

本実施形態では、開口孔（入口孔）４０を通ってモータ室３３に流入した取扱液によって、モータ室３３を満たしていた取扱液が蓋部材３５に形成された開口孔３７を通って、吸込ケーシング４の流路４ｃに押し出される。すなわち、蓋部材３５の開口孔３７は、開口孔４０からモータ室３３に流入した取扱液よって流路４ｃに排出される取扱液の出口孔として機能する。このような構成によれば、羽根車１が回転している間、すなわち、モータポンプの運転中は、モータ室３３内の取扱液が、常に、開口孔４０から流入した低温の取扱液と入れ替えられる。したがって、より効率的にモータ固定子６を冷却することができる。

隔壁３２に形成された開口孔４０の数も任意である。例えば、隔壁３２は、１つの開口孔４０のみを有していてもよいし、２つ以上の開口孔４０を有していてもよい。複数の開口孔４０が隔壁３２に形成される場合は、開口孔４０を隔壁３２の周方向に沿って等間隔で配置するのが好ましい。一実施形態では、開口孔４０の数は固定子コイル６Ｂの数に一致し、各固定子コイル６Ｂに対して１つの開口孔４０が割り当てられる。

図５に示す実施形態でも、図４を参照して説明されたように、蓋部材３５を省略することができる。この場合、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口孔（図４に示す環状の開口孔３７’に相当する）がモータ室３３に流入した取扱液よって流路４ｃに排出される取扱液の出口孔として機能する。

図６は、さらに他の実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態に係るモータポンプの構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図６に示すモータポンプでは、吸込口４ａは、水平方向に開口しており、吸込ケーシング４の上端に形成されている。すなわち、吸込口４ａの中心軸線は、吸込ケーシング４のケーシング本体４ｂの中心軸線から上方向にずれている。また、吸込ケーシング４は、上述した案内部材１５を有していない。取扱液は、吸込ケーシング４の上部に形成された吸込口４ａから、モータポンプに水平方向に流入する。吸込口４ａに流入した取扱液は、吸込ケーシング４内で下方向へ向かう流れと、モータケーシング３の流路３ａへ向かう水平方向への流れに分割される。吸込口４ａが吸込ケーシング４の上端に形成されているので、吸込ケーシング４の流路４ｃを容易に取扱液で満たすことができる。

下方向に流れた取扱液は、吸込ケーシング４のケーシング本体４ｂの下壁に衝突した後で上昇し、モータケーシング３の流路３ａに流入する。流路３ａに流入した取扱液は、軸受１０の流路１０ａを通って羽根車１に吸い込まれ、上方向を向いた吐出ポート１６の吐出口１６ａから吐出される。

本実施形態でも、隔壁３２には、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する複数の開口孔４０が設けられている。さらに、蓋部材３５には、複数の開口孔３７が設けられており、該開口孔３７は、開口孔４０を通ってモータ室３３に流入した取扱液によって押し出される取扱液の出口孔として機能する。開口孔３７を通った取扱液は、吸込ケーシング４の流路４ｃに排出される。なお、本実施形態でも、蓋部材３５を省略してもよい。この場合、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口孔（図４に示す環状の開口孔３７’に相当する）がモータ室３３に流入した取扱液よって流路４ｃに排出される取扱液の出口孔として機能する。

このような構成でも、モータポンプの運転中は、モータ室３３内の取扱液が、常に、開口孔４０から流入した低温の取扱液と入れ替えられる。したがって、効率的にモータ固定子６を冷却することができる。

一実施形態では、開口孔４０を省略してもよい。この場合、取扱液は、蓋部材３５に形成された開口孔３７からモータ室３３に流入する。すなわち、開口孔３７が吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。図３を参照して説明したように、モータ室３３を満たした取扱液は、常に吸込ケーシング４の流路４ｃを流れるより低温の取扱液と直接的に熱交換を行うことができる。その結果、モータ固定子６を効率的に冷却することができる。さらに、吸込口４ａが吸込ケーシング４のケーシング本体４ｂの上端に形成されているので、吸込ケーシング４の流路４ｃは容易に取扱液で満たされ、その結果、モータポンプの動作中は、モータ固定子６の固定子コイル６Ｂを取扱液に浸漬させて直接冷却させる状態を保つことができる。

さらに、一実施形態では、開口孔４０だけでなく蓋部材３５も省略してもよい。この場合、図４を参照して説明したように、隔壁３２と反対側の端部に形成された環状の開口孔（図４に示す環状の開口孔３７’に相当する）が吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。

図７は、さらに他の実施形態に係るモータポンプを示す概略断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図７に示すモータポンプでは、モータケーシング３は、ポンプケーシング２に連結されており、ポンプケーシング２は、吸込ケーシング４とモータケーシング３とに挟まれている。吸込ケーシング４のケーシング本体４ｂは、略円筒形状を有しており、吸込ケーシング４の流路４ｃの中心は、羽根車１の中心軸線と一致する。

吸込ケーシング４、ポンプケーシング２、およびモータケーシング３は、この順に配列されており、この状態で、複数の連結ボルト（図示せず）によって一体に連結されている。吸込ケーシング４とポンプケーシング２との間には、シール部材としてＯリング４６が設けられており、ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング４７が設けられている。一実施形態では、吸込ケーシング４をポンプケーシング２と一体に形成してもよい。この場合、Ｏリング４６は省略される。

モータケーシング３は、羽根車１の液体入口を囲むように配置されたライナーリング４８を備えている。モータ固定子６および軸受１０は、羽根車１の裏面側に配置されており、羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。この軸受１０の回転側軸受要素１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の主板の裏面に配置されている。固定側軸受要素１２はモータケーシング３に固定されており、回転側軸受要素１１の下方に配置されている。

本実施形態でも、回転側軸受要素１１は環形状を有しており、回転側軸受要素１１の内周面が固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａに対向し、回転側軸受要素１１の側面が固定側軸受要素１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受要素１１の内周面とラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受要素１１の側面とスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。また、回転側軸受要素１１の内周面および側面には、動圧を発生させるための図示しないスパイラル溝が形成されている。

羽根車１から吐き出された取扱液の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の隙間を通って軸受１０に導かれる。回転側軸受要素１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に取扱液の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって非接触に支持される。回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間の隙間に供給された取扱液は、羽根車１の主板に形成された貫通孔１ａを通って、羽根車１内に戻される。

羽根車１に埋設される環状の永久磁石５は、主板の裏面側に埋設されており、羽根車１には永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１９が埋設されている。モータ固定子６は、永久磁石５とモータ固定子６とが互いに対向するように、羽根車１の裏面側に配置されている。

モータケーシング３は、モータ固定子６が収容される環形状のモータ室３３を有しており、モータ室３３内には、リード線１７用の結線基板４２が配置されている。モータケーシング３の下端開口は、モータカバー４５によって閉じられている。モータケーシング３とモータカバー４５との間にはシール部材としてのＯリング４９が設けられている。

モータカバー４５は、円盤状の本体４５ａと、本体４５ａの中心部から突出する軸部４５ｂとを備えている。モータ室３３は、内筒３０の外周面、外筒３１の内周面、隔壁３２の表面（下面）、およびモータカバー４５の本体４５ａの表面（上面）によって区画される。モータカバー４５の軸部４５ｂの先端は、羽根車１の主板の裏面近傍まで延びている。軸部４５ｂの外周面と内筒３０の内周面との間には、隙間４５ｃが形成されている。

本実施形態でも、モータケーシング３は、内筒３０と外筒３１を連結する隔壁３２には、複数の開口孔４０が設けられている。この開口孔４０によって、モータ室３３は、羽根車１とモータケーシング３との間に形成された隙間と連通し、該開口孔４０は、吸込口４ａから吸い込まれた取扱液をモータ室３３に流入させるための入口孔として機能する。さらに、モータケーシング３０の内筒３０には、複数の開口孔３７が設けられている。さらに、固定リング３８には、複数の開口孔３７にそれぞれ対応して形成された複数の貫通孔３８ａが形成されている。これら開口孔３７および貫通孔３８ａによって、モータ室３３は、モータカバー４５の軸部４５ｂの外周面と内筒３０の内周面との間に形成された隙間４５ｃと連通する。開口孔３７は、開口孔４０を通ってモータ室３３に流入した取扱液によって、モータ室３３内の取扱液を排出させるための出口孔として機能する。

羽根車１が回転すると、取扱液は吸込ケーシング４の吸込口４ａから流路４ｃを通って羽根車１の液体入口に導入され、吐出ポート１６の吐出口１６ａから吐出される。羽根車１から吐き出された取扱液の一部は、羽根車１の裏面に回り込み、軸受１０に供給される。軸受１０に供給される取扱液の一部は、開口孔４０を通ってモータ室３３に流入する。モータ室３３に流入した取扱液は、モータ室３３を満たしている取扱液を開口孔３７を介して隙間４５ｃに押し出す。隙間４５ｃに排出された取扱液は、該隙間４５ｃを通って、羽根車１に裏面に到達し、さらに、主板に形成された貫通孔１ａを通って羽根車１内に戻される。

このように、羽根車１が回転している間、すなわち、モータポンプの運転中は、開口孔（入口孔）４０を通ってモータ室３３に流入した取扱液によって、モータ室３３を満たしていた取扱液が内筒３０に形成された開口孔３７を通って、羽根車１内に戻される。したがって、モータポンプの運転中は、モータ室３３内の取扱液が、常に、開口孔４０から流入した低温の取扱液と入れ替えられるので、効率的にモータ固定子６を冷却することができる。

一実施形態では、開口孔３７を省略してもよい。この場合、モータ室３３には、入口孔として機能する開口孔４０から取扱液が流入する。モータ室３３を満たした取扱液は、常に、羽根車１とモータケーシング３との間に形成された隙間を流れる低温の取扱液と直接的に熱交換を行うことができる。その結果、モータ固定子６を効率的に冷却することができる。

上述した実施形態では、絶縁性を有する取扱液を移送するモータポンプを説明してきた。取扱液が絶縁性を有している場合、固定子コイル６Ｂの巻線として、一般的に広く用いられている絶縁被覆電線を用いることができる。絶縁被覆電線は、例えば、銅線などの導体の外周面にエナメルなどの絶縁性材料の被覆を施した構造を有する。

一実施形態では、モータポンプによって移送される取扱液は絶縁性を有していなくてもよい。すなわち、取扱液は、導電性を有していてもよい。例えば、固定子コイル６Ｂの巻線として、耐水絶縁電線を用いる場合は、モータ室３３に導電性を有する取扱液（例えば、水）が流入しても、固定子コイル６Ｂがショートすることはない。耐水絶縁電線は、巻線自体が防液性（防水性）を有する電線の総称である。耐水絶縁電線は、例えば、絶縁被覆電線の外周面（すなわち、上記絶縁性材料の表面）に、さらに、耐水絶縁性能に優れる樹脂が被覆された構造を有する。このような樹脂は、例えば、ポリオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、または、ポリプロピレン等）である。

あるいは、各固定子コイル６Ｂの巻線全体を、絶縁性を有する樹脂でモールドしてもよい。このような構成でも、モータ室３３に流入した、導電性を有する取扱液によって、固定子コイル６Ｂがショートすることはない。さらに、この実施形態では、固定子コイル６Ｂの巻線として、耐水絶縁電線よりも安価な絶縁被覆電線を用いることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 羽根車
２ ポンプケーシング
３ モータケーシング
４ 吸込ケーシング
５ 永久磁石
６ モータ固定子
１０ 軸受
１５ 案内部材
１８ 温度センサ
３０ 内筒
３１ 外筒
３２ 隔壁
３５ 蓋部材
３７ 開口孔
３８ 固定リング
４０ 開口孔
４２ 結線基板
４５ モータカバー
４８ ライナーリング

Claims (7)

1. 取扱液を移送するモータポンプであって、
   磁石が埋設される羽根車と、
   前記磁石に対向する位置に配置されるモータ固定子と、
   前記取扱液の吸込口を有する吸込ケーシングと、
   前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
   前記モータ固定子を収容するモータ室を有するモータケーシングと、を備え、
   前記モータケーシングは、前記吸込口から吸い込まれた取扱液を前記モータ室に流入させるための少なくとも１つの入口孔を有していることを特徴とするモータポンプ。
2. 前記吸込ケーシングは、前記モータケーシングに連結されており、
   前記モータケーシングは、前記吸込ケーシングと前記ポンプケーシングとに挟まれていることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
3. 前記吸込ケーシングには、前記吸込口を通過した前記取扱液が前記入口孔を通過するように案内する案内部材が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のモータポンプ。
4. 前記吸込ケーシングは、前記ポンプケーシングに連結されており、
   前記ポンプケーシングは、前記吸込ケーシングと前記モータケーシングとに挟まれていることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
5. 前記モータケーシングは、前記入口孔を介して前記モータ室に流入させた取扱液によって、前記モータ室内の取扱液を排出させるための少なくとも１つの出口孔を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータポンプ。
6. 前記モータ固定子の温度を測定する温度センサをさらに有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータポンプ。
7. 前記取扱液は絶縁性を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータポンプ。

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