JP2021185308A - 湿式モータポンプ及び湿式モータ - Google Patents

Abstract

【課題】予知保全の精度を向上させるとともに、電気回線のトラブルによる故障のリスクを低減できる湿式モータポンプ及び湿式モータを提供する。【解決手段】液体中に配置され当該液体を吸引して吐出するポンプ１と、前記液体が内部に充満されるとともに前記液体中に配置されポンプ１を駆動する水中モータ２と、水中モータ２内に設けられたセンサ２ｊａ〜２ｊｆと、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を転送する通信線２ｋａ〜２ｋｆと、水中モータ２に配電するための電線路である動力線３とを備え、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆが水中モータ２内で接続する。【選択図】図２

Description

本発明は、水中モータのうち内部に液体が満たされている湿式モータ及び当該モータを用いて駆動する湿式モータポンプに関する。

水中モータポンプは、本体が水中に設置されるため、地上に設置する設備が少なく据付面積を小さくできるだけでなく、騒音や振動が少ない等の特徴を有し、地下水の汲み上げ等に用いられている。一方で、故障前に本体から発せられる異音や異常振動等の予兆を検知することが難しく予知保全が困難で、故障時には大掛かりな修理が必要となっていた。

そのため、特許文献１では、水中モータポンプのモータ部１ｃをリアルタイムで監視するセンサ収納部１ｂを設け、センサ収納部１ｂのデータ発信装置１ｂ９からの電気出力信号を動力ケーブル２ｂに送信し、電気出力信号を電力に重畳して地上に送信し、予知保全をできるようにしている。

特開２００１−９０６８８号公報

しかしながら、特許文献１では、センサ収納部１ｂがポンプ部１ａとモータ部１ｃの間に設けられ、モータ部１ｃの内部（特に水中モータポンプの下部に備わり回転軸を支えるスラスト軸受の周囲）にセンサが設置されていない。そのため、モータ部１ｃの状態を正確に検出することが難しく、予知保全を十分にできない。

また、モータ部１ｃの口出し線２ａとセンサ収納部１ｂの電源・送信ケーブル２ｃと動力ケーブル２ｂとを接続する水中ケーブルジョイント部２が深井戸用水中ポンプ１の上部水中に配置され、深井戸用水中ポンプ１に固定されていない。そのため、水中ケーブルジョイント部２を備えない水中モータポンプに比べて、電気回線のトラブルにより故障が発生するリスクが大きくなっている。

本発明の目的は、予知保全の精度を向上させるとともに、電気回線のトラブルによる故障のリスクを低減できる湿式モータポンプ及び湿式モータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、液体中に配置され当該液体を吸引して吐出するポンプと、前記液体が内部に充満されるとともに前記液体中に配置され前記ポンプを駆動するモータと、前記モータ内に設けられたセンサと、前記センサの信号を転送する通信線と、前記モータに配電するための電線路である動力線とを備え、前記動力線に前記通信線が前記モータ内で接続する。

本発明によれば、湿式モータポンプ及び湿式モータについて、予知保全の精度を向上させるとともに、電気回線のトラブルによる故障のリスクを低減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態による水中モータポンプの断面と動力線の電気回路を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態による水中モータポンプのモータ部の下部における断面と電気回路を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態による水中モータの固定子コアの正面図である。 本発明の第１の実施形態による水中モータポンプのモータ部の電気回路図である。 本発明の第２の実施形態による水中モータポンプの断面図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１、第２の実施形態による水中モータポンプと水中モータの構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０の断面と動力線の電気回路を示す模式図である。第１の実施形態による水中モータポンプ１０は深井戸用の水中モータポンプで、細径長尺な深井戸Ｗの水中に配置される。

水中モータポンプ１０は小径長尺な円柱体で、ポンプ１と、ポンプ１の下部に設けられポンプ１を駆動する水中モータ２と、水中モータ２に配電するための電線路である動力線３とを備えている。

ポンプ１は深井戸Ｗの地下水の中に配置され、地下水を吸引して吐出するタービンポンプで、ポンプ主軸１ａと複数の羽根車１ｂと軸受メタル１ｃと複数のケーシング１ｄとを有している。

ポンプ主軸１ａは、ポンプ１の回転軸である。ポンプ主軸１ａには、複数の羽根車１ｂが取り付けられている。

複数の羽根車１ｂは、地下水に運動エネルギーを与える回転体である。複数の羽根車１ｂの各々は複数のキー１ｅの各々によりポンプ主軸１ａと締結されている。そのため、複数の羽根車１ｂは、ポンプ主軸１ａに従って回転する。

水中モータポンプ１０は、深井戸用のモータポンプであるため、地下深くの地下水を深井戸Ｗから汲み上げなければならず、揚程が高くなければならない。しかしながら、深井戸Ｗの内径ｄＷは小さく、羽根車１ｂの外径Ｄ１ｂを大きくして揚程を高くすることはできない。また、深井戸Ｗの水中に配置される水中モータ２は回転速度が制約されるため、羽根車１ｂを高速回転させて揚程を高くすることもできない。そのようなことから、水中モータポンプ１０は、複数の羽根車１ｂを備えることで揚程が高くなるように構成されている。

また、ポンプ主軸１ａには、円筒部材であるスリーブ１ｆが取り付けられている。このスリーブ１ｆは、複数の羽根車１ｂのポンプ主軸１ａにおける軸方向の位置を規定している。また、ポンプ主軸１ａの上端に取り付けられたスリーブ１ｆには、軸受メタル１ｃが取り付けられている。この軸受メタル１ｃは水潤滑式ラジアル軸受で、ポンプ主軸１ａの上端のスリーブ１ｆを介して、ポンプ主軸１ａの上端を回転自在に支持している。

複数のケーシング１ｄは、複数の羽根車１ｂの各々を覆う筐体で、複数の羽根車１ｂにより運動エネルギーを与えられた地下水をポンプ１の上方に誘導するように内周壁の形状が構成されている。複数のケーシング１ｄの外径Ｄ１ｄは、細径の深井戸Ｗの水中に水中モータポンプ１０を配置できるようにするため、深井戸Ｗの内径ｄＷより小さくなっている。

複数のケーシング１ｄのうちの最も下部に備わるケーシング１ｄには、下部に吸込口を備える円筒部材であるストレーナ１ｈが取り付けられている。地下水はストレーナ１ｈの吸込口からポンプ１内に吸い込まれる。

複数のケーシング１ｄのうちの最も上部に備わるケーシング１ｄの上端には送水管４が取り付けられている。複数の羽根車１ｂと複数のケーシング１ｄによりポンプ１の上方に送られた地下水は送水管４により地上に送られる。

本発明の第１の実施形態による水中モータ２は、ポンプ１を駆動する三相誘導電動機である。水中モータ２は、モータ軸２ａと、回転子２ｂと、固定子２ｃと、上部ラジアル軸受２ｄと、上部エンドブラケット２ｅと、下部ラジアル軸受２ｆと、下部エンドブラケット２ｇと、スラスト軸受２ｈと、エンドカバー２ｉと、センサ２ｊａ〜２ｊｆ(図示せず)と、通信線２ｋａ〜２ｋｆ(図示せず)と、アダプタ２ｌとを備える。そして、水中モータ２の内部には水が充満されている。

モータ軸２ａは出力軸である。モータ軸２ａの上端は、軸継手５によりポンプ主軸１ａの下端と結合している。そのため、モータ軸２ａが回転すると、ポンプ主軸１ａはモータ軸２ａと共に回転する。また、ポンプ主軸１ａとモータ軸２ａが軸継手５により一体化している。そのため、水中モータポンプ１０は設置時に、ポンプ１と水中モータ２の芯出し調整をする必要がない。なお、モータ軸２ａとポンプ主軸１ａを１つのシャフトで形成し、軸継手５を用いずにモータ軸２ａとポンプ主軸１ａが結合するようにして、ポンプ主軸１ａがモータ軸２ａと共に回転するようにしてもよい。

回転子２ｂは、珪素鋼板を積層した円柱状の回転体である。回転子２ｂには、円柱の軸方向の中心に貫通孔２ｂａが設けられている。そして、貫通孔２ｂａにはモータ軸２ａが圧入されている。そのため、回転子２ｂは、モータ軸２ａに結合し、モータ軸２ａに従って回転する。

固定子２ｃは、回転子２ｂを回転させるための力を発生させる電機子で、珪素鋼板を積層した固定子コア２ｃａにコイル２ｃｂを巻き付け、肉薄円筒のハウジング２ｃｃに嵌め込まれている。また、固定子コア２ｃａとコイル２ｃｂは、モールド樹脂２ｃｄにより封止されている。そのため、固定子コア２ｃａとコイル２ｃｂは、水中モータ２の内部に充満された水に接触することが防止される。そのため、固定子コア２ｃａとコイル２ｃｂが水中モータ２の内部に充満された水により酸化することを防止することができる。なお、モールド樹脂２ｃｄと異なる材料、例えば、ワニスにより固定子コア２ｃａとコイル２ｃｂを封止してもよい。また、コイル２ｃｂを封止する代わりに、耐水性ワイヤをコイル２ｃｂに用いてもよい。

上部ラジアル軸受２ｄは水潤滑軸受で、モータ軸２ａの径方向の荷重をモータ軸２ａの上端で支持する軸受である。

上部エンドブラケット２ｅは、上部ラジアル軸受２ｄを保持するとともに、ハウジング２ｃｃの上端に組付けられ、水中モータ２の上端を覆う部材である。

下部ラジアル軸受２ｆは水潤滑軸受で、モータ軸２ａの径方向の荷重をモータ軸２ａの下端で支持する軸受である。

下部エンドブラケット２ｇは、下部ラジアル軸受２ｆを保持するとともに、ハウジング２ｃｃの下端に組付けられ、水中モータ２の下端を覆う部材である。

スラスト軸受２ｈは水潤滑軸受で、モータ軸２ａの軸方向の荷重をモータ軸２ａの下で支持する軸受である。

エンドカバー２ｉは底板付き円筒で、スラスト軸受２ｈの下端を支持するとともに、下部エンドブラケット２ｇの下端に組み付き、スラスト軸受２ｈを覆って保護する。エンドカバー２ｉの底板は中央に、円錐台状の突起を有している。

センサ２ｊａ〜２ｊｆは、水中モータ２内に設けられ、水中モータ２の状態（特にスラスト軸受２ｈの状態）を検出するセンサである。通信線２ｋａ〜２ｋｆは、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を転送する導体で、動力線３に接続する。なお、センサ２ｊａ〜２ｊｆと通信線２ｋａ〜２ｋｆの詳細は後述する。

動力線３は、水中モータ２に配電するための電線路で、コイル２ｃｂに電力を供給する。そのため、動力線３は、電源と接続する制御盤６から伸び出て、深井戸Ｗの開口から挿入され、深井戸Ｗ内の水中モータ２へと引き回され、上部エンドブラケット２ｅに形成された貫通孔から水中モータ２の内に引き込まれ、コイル２ｃｂの渡り線に接続される。なお、水中モータポンプ１０を設置する深井戸Ｗは細径で、深井戸Ｗの内壁とポンプ１の外周壁の隙間が小さい。そのため、動力線３は、深井戸Ｗの内壁とポンプ１の外周壁に挟まれ破損する可能性がある。そのため、動力線３は、おおい金３ａにより覆われている。

また、水中モータポンプ１０は、水中モータ２内に設けられ、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを接続するアダプタ２ｌを備える。アダプタ２ｌは、電力線搬送通信により通信線２ｋａ〜２ｋｆから転送されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を動力線３に伝送する。

アダプタ２ｌによりセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号が伝送された動力線３は制御盤６に接続する。制御盤６には、メーク接点６ａと遮断器６ｂとアダプタ６ｃと表示器６ｄが備わる。メーク接点６ａは、一方の接点に動力線３が接続し、他方の接点に遮断器６ｂを介して電源が接続する。そのため、動力線３には電源から電力が供給される。また、動力線３には、アダプタ６ｃが接続する。

アダプタ６ｃは、動力線３により制御盤６に転送されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を電力線搬送通信により伝送する装置である。アダプタ６ｃには表示器６ｄが接続する。したがって、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号は、アダプタ６ｃにより表示器６ｄに伝送される。

表示器６ｄは、水中モータポンプ１０のメンテナンスの要否を表示する装置である。表示器６ｄには、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号に基づいて水中モータポンプ１０のメンテナンスの要否を判断する処理装置が備わる。そのため、表示器６ｄに伝送されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号は、表示器６ｄに備わる処理装置により、水中モータポンプ１０のメンテナンスの要否に処理される。そして、表示器６ｄに備わる処理装置により処理されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号は、水中モータポンプ１０のメンテナンスの要否として表示器６ｄに表示される。

次に、水中モータポンプ１０の下部に備わるスラスト軸受２ｈとセンサ２ｊａ〜２ｊｄの構成を、図２を用いて説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０の水中モータ２の下部における断面と電気回路を示す模式図である。図２に示すように、水中モータ２の下部には、モータ軸２ａを径方向に支持する下部ラジアル軸受２ｆと、ハウジング２ｃｃの下端に組付けられた下部エンドブラケット２ｇと、スラスト軸受２ｈと、エンドカバー２ｉと、センサ２ｊａ〜２ｊｆと、通信線２ｋａ〜２ｋｆと、アダプタ２ｌと、動力線３とが備わっている。

スラスト軸受２ｈは、モータ軸２ａの下に備わり、モータ軸２ａの軸方向に働く荷重を支持する水潤滑軸受で、スラスト軸受フレーム２ｈａと回転側摺動部２ｈｂと固定側摺動部２ｈｃとメタルフレーム２ｈｄとエンドプレート２ｈｅとを備える。

スラスト軸受フレーム２ｈａはモータ軸２ａの下端と結合する円盤状の部品で、鋳鉄により形成されている。回転側摺動部２ｈｂは特殊なカーボンにより作製された中空円盤で、スラスト軸受フレーム２ｈａの下面に接合している。固定側摺動部２ｈｃはマルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ４２０Ｊ２）により作製された平板を有する複数のパッドメタルである。回転側摺動部２ｈｂの下面と固定側摺動部２ｈｃの上面は対向し、摺動可能に接合する。

メタルフレーム２ｈｄは、固定側摺動部２ｈｃを支持する鋳鉄部品で、固定側摺動部２ｈｃの下部に備わる突起が挿入される貫通孔を有する部分と、当該突起の先端を点接触で支持する面を有する部分を有する。メタルフレーム２ｈｄには回転中心から外周に貫通する複数の空間が備わる。この複数の空間が備わることにより水が流動でき、スラスト軸受２ｈは水潤滑が有効に機能する。

エンドプレート２ｈｅは、上面が球面となった突起を備える板である。エンドプレート２ｈｅの上面の突起は、メタルフレーム２ｈｄの下面に設けられた窪みに組付けられる。そして、メタルフレーム２ｈｄの底面とエンドプレート２ｈｅの球面は点接触する。そのため、メタルフレーム２ｈｄは、エンドプレート２ｈｅの球面に接触する点を支点として回転することができる。

回転側摺動部２ｈｂの下面は、モータ軸２ａが回転することにより、水を潤滑剤として固定側摺動部２ｈｃの上面に対して摺動する。そのため、モータ軸２ａと結合するスラスト軸受フレーム２ｈａは、モータ軸２ａとともに回転することができる。

一方、水中モータポンプ１０が運転停止を繰り返すと、回転側摺動部２ｈｂの下面が摩耗して、回転側摺動部２ｈｂの厚みは減少する。回転側摺動部２ｈｂの厚みが所定の閾値より小さくなると、スラスト軸受フレーム２ｈａが固定側摺動部２ｈｃに当接してスラスト軸受２ｈが破壊してしまう。したがって、回転側摺動部２ｈｂの厚みの閾値は水中モータポンプ１０の使用限度を示す。

エンドカバー２ｉは、下部エンドブラケット２ｇの下方に備わり、円筒部２ｉａと底板２ｉｂを有する。円筒部２ｉａはスラスト軸受２ｈを覆い保護する。底板２ｉｂは中央部が円錐台状に突起し、スラスト軸受２ｈの下端を支持する。

センサ２ｊａ〜２ｊｆは上記の通り、水中モータ２の状態（特にスラスト軸受２ｈの状態）を検出する装置で水中モータ２内に設けられている。センサ２ｊａ〜２ｊｆは、コイル温度センサ２ｊａと、変位量センサ２ｊｂと、回転数検出センサ２ｊｃと、３軸加速度センサ２ｊｄと、モータ外温度センサ２ｊｅと、モータ外圧力センサ２ｊｆを備える。

コイル温度センサ２ｊａは、コイル２ｃｂの発熱量を測定するセンサである。コイル温度センサ２ｊａの検出素子は、コイル２ｃｂを封止するモールド樹脂２ｃｄに埋め込まれている。そのため、モータ軸２ａと回転子２ｂと固定子２ｃと上部エンドブラケット２ｅと下部エンドブラケット２ｇとにより囲まれた領域に充満する水とコイル２ｃｂに、コイル温度センサ２ｊａは接触しないようになっている。このことにより、コイル温度センサ２ｊａは、水による酸化とコイル２ｃｂに直接的加熱が防止される。

変位量センサ２ｊｂはモータ軸２ａの下端面の変位量を検出するセンサで、スラスト軸受２ｈのメタルフレーム２ｈｄの上面中央に配置される。変位量センサ２ｊｂが検出するモータ軸２ａの下端面の変位量により、回転側摺動部２ｈｂの厚みが検知される。固定側摺動部２ｈｃの厚みには水中モータポンプ１０の使用限度を示す閾値がある。そのため、変位量センサ２ｊｂは水中モータポンプ１０の使用限度を検知することができる。なお、変位量センサ２ｊｂの検出方式には、静電容量式やレーザ式や超音波式等が用いられる。また、酸化防止と耐熱処理のため、変位量センサ２ｊｂには、耐熱樹脂によりモールド加工を施すことが好ましい。

回転数検出センサ２ｊｃはスラスト軸受フレーム２ｈａの回転数を検出するセンサで、スラスト軸受フレーム２ｈａの側面と対向するようにエンドカバー２ｉの円筒部２ｉａの内周壁に配置されている。回転数検出センサ２ｊｃの検出方式は、変位量センサ２ｊｂと同様に静電容量式やレーザ式や超音波式等が用いられる。なお、回転数検出センサ２ｊｃは、モータ軸２ａの回転数を検出するだけでなく、スラスト軸受フレーム２ｈａのモータ軸２ａの軸方向における変位量を検出することができる。そのため、水中モータポンプ１０を長期間使用し変位量センサ２ｊｂに誤差が発生した場合には、回転数検出センサ２ｊｃが検出する変位量により当該誤差を補正して正確な変位量を求めることができる。この場合、変位量センサ２ｊｂと回転数検出センサ２ｊｃの検出方式は、変位量をより正確に求めるため、相違させることが好ましい。また、変位量センサ２ｊｂと同様に、酸化防止と耐熱処理のため、回転数検出センサ２ｊｃには、耐熱樹脂によりモールド加工を施すことが好ましい。

３軸加速度センサ２ｊｄは、エンドカバー２ｉの底板２ｉｂに設けられた円錐台状の突起の裏面に取り付けられ、底板２ｉｂの振動を検出するセンサである。底板２ｉｂにはスラスト軸受２ｈの下部が載置するため、スラスト軸受２ｈの振動によりスラスト軸受２ｈの異常を検知することができる。また、変位量センサ２ｊｂ及び回転数検出センサ２ｊｃと同様に、酸化防止と耐熱処理のため、３軸加速度センサ２ｊｄには、耐熱樹脂によりモールド加工を施すことが好ましい。

ところで、水中モータポンプ１０は、スラスト軸受２ｈがモータ軸２ａの下方に位置するように縦に設置されるだけでなく、その他の姿勢で据付けられる場合がある。例えば、水道設備の直圧増圧のために横置容器の中に横置容器の内壁に沿って水中モータポンプ１０が収納される場合や、噴水やプールなどの水位の浅い貯水施設に水中モータポンプ１０が横に倒して設置される場合などである。

このような場合、スラスト軸受２ｈには重力によるスラスト荷重が係らない。そのため、水中モータポンプ１０が停止すると、スラスト軸受２ｈにはスラスト荷重がなくなる。したがって、スラスト荷重が係ることにより摺動可能に接合する回転側摺動部２ｈｂの下面と固定側摺動部２ｈｃの上面は、水中モータポンプ１０の停止すると離隔してしまう。

一方、水中モータポンプ１０が起動すると、スラスト軸受２ｈには瞬時にスラスト荷重が係り、離隔していた回転側摺動部２ｈｂの下面と固定側摺動部２ｈｃの上面は衝突する。このため、水中モータポンプ１０が停止と起動を繰り返すと、回転側摺動部２ｈｂと固定側摺動部２ｈｃに損傷が発生する恐れがある。

他方、３軸加速度センサ２ｊｄは、水中モータポンプ１０の起動時の回転側摺動部２ｈｂの下面と固定側摺動部２ｈｃの上面の衝突による振動を検出する。そのため、この振動の振幅や振動数により回転側摺動部２ｈｂと固定側摺動部２ｈｃの損傷を検知し、スラスト軸受２ｈが故障に至る前に回転側摺動部２ｈｂと固定側摺動部２ｈｃを修理又は交換することができる。

変位量センサ２ｊｂと、回転数検出センサ２ｊｃと、３軸加速度センサ２ｊｄとは、スラスト軸受２ｈの周囲に備わり、スラスト軸受２ｈに関する物理量（摩耗量、回転数または衝撃荷重）を測定する。そのため、モータ部１ｃの状態を正確に検出することができ、予知保全の精度を向上させることがきる。

モータ外温度センサ２ｊｅは、水中モータ２の外の水温を検出するセンサである。モータ外温度センサ２ｊｅは、エンドカバー２ｉの外径を小さくするため、スラスト軸受２ｈより下側に配置されている。具体的には、エンドカバー２ｉの底板２ｉｂの表面に本体が取り付けられている。モータ外温度センサ２ｊｅが取り付けられた底板２ｉｂには貫通孔が設けられている。この貫通孔にはモータ外温度センサ２ｊｅの検出素子が備わり、エンドカバー２ｉの外の地下水と接している。そのため、モータ外温度センサ２ｊｅは、本体が水中モータ２内にありながら水中モータポンプ１０の外の水温を検出することができる。

水中モータポンプ１０は、モータ外温度センサ２ｊｅにより水中モータ２の外の水温を検出できる。そのため、水中モータ２の設置場所の温度が水中モータ２の許容温度範囲ないで、水中モータ２を駆動できる状態であるか検知することができる。また、水中モータポンプ１０は、モータ外温度センサ２ｊｅの本体を水中モータ２内に備えるため、水中モータ２の外径の拡大を防止できる。したがって、水中モータポンプ１０を小径の深井戸Ｗの中に配置することができる。

モータ外圧力センサ２ｊｆは、水中モータ２の外の水圧を検出するセンサである。モータ外圧力センサ２ｊｆもエンドカバー２ｉの外径を小さくするため、スラスト軸受２ｈより下部に配置されている。具体的には、スラスト軸受２ｈより下側の円筒部２ｉａの内周壁に本体が取り付けられている。モータ外圧力センサ２ｊｆが取り付けられた円筒部２ｉａの内周壁には貫通孔が設けられている。この貫通孔にはモータ外圧力センサ２ｊｆの検出素子が備わり、エンドカバー２ｉの外の地下水と接している。そのため、モータ外圧力センサ２ｊｆは、本体が水中モータ２内にありながら水中モータポンプ１０の外の水圧を検出することができ、深井戸Ｗの水位を検知することができる。このことにより、水中モータポンプ１０が空回りして損傷してしまうことを防止することができる。

通信線２ｋａ〜２ｋｆは、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を転送する導体で、アダプタ２ｌを介して動力線３に水中モータ２内において接続する。通信線２ｋａ〜２ｋｆには耐水性のある電線が用いられている。そのため、通信線２ｋａ〜２ｋｆは、水中モータ２内に充満する水による酸化を防ぐことができる。

通信線２ｋａは、コイル温度センサ２ｊａをアダプタ２ｌに接続する導体で、コイル温度センサ２ｊａの信号を転送する。

通信線２ｋｂは、変位量センサ２ｊｂをアダプタ２ｌに接続する導体で、変位量センサ２ｊｂの信号を転送する。

通信線２ｋｃは、回転数検出センサ２ｊｃをアダプタ２ｌに接続する導体で、回転数検出センサ２ｊｃの信号を転送する。

通信線２ｋｄは、３軸加速度センサ２ｊｄをアダプタ２ｌに接続する導体で、３軸加速度センサ２ｊｄの信号を転送する。

通信線２ｋｅは、モータ外温度センサ２ｊｅをアダプタ２ｌに接続する導体で、モータ外温度センサ２ｊｅの信号を転送する。

通信線２ｋｆは、モータ外圧力センサ２ｊｆをアダプタ２ｌに接続する導体で、モータ外圧力センサ２ｊｆの信号を転送する。

アダプタ２ｌは上記のとおり動力線３を利用して通信を行うＰＬＣアダプタである。アダプタ２ｌも、エンドカバー２ｉの外径を小さくするため、スラスト軸受２ｈより下側に配置されている。具体的には、スラスト軸受２ｈより下側の円筒部２ｉａの内周壁に配置されている。通信線２ｋａ〜２ｋｆによりアダプタ２ｌへ転送されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号は、アダプタ２ｌにより動力線３に伝送される。

水中モータ２の下部に備わるスラスト軸受２ｈは水中モータポンプ１０の中で保守点検を最も必要とする。そのため、センサ２ｊａ〜２ｊｆは、スラスト軸受２ｈの周囲に配置されている。一方、アダプタ２ｌは、通信線２ｋａ〜２ｋｆの配線長を短くするため、センサ２ｊａ〜２ｊｆの近くに配置される。他方、動力線３は、上部エンドブラケット２ｅに形成された貫通孔から水中モータ２内に挿入し、固定子２ｃの上部に備わるコイル２ｃｂの口出し線に接続する。

したがって、動力線３をアダプタ２ｌに接続させるためには、固定子２ｃの一方の端面から他方の端面に動力線３を貫通される貫通部を固定子２ｃに備えなければならない。そのため、固定子コア２ｃａの外周壁２ｃｅには、図３に示すように、溝２ｃｆが設けられている。

溝２ｃｆは、固定子コア２ｃａの中心軸に沿って設けられている。したがって、コイル２ｃｂの口出し線に接続させた動力線３は、溝２ｃｆを貫通してアダプタ２ｌに接続できる。

なお、溝２ｃｆには、固定子コア２ｃａを製造する過程で用いられ、製造後に不要となった溝が流用できる。即ち、固定子コア２ｃａは、プレス加工された複数の珪素鋼板を、複数の珪素鋼板のそれぞれの外周に設けられた溝を案内として整列させて積層し、溶接又は連結ピンにより固定される。この溝は固定子コア２ｃａが固定された後には不要となる。そのため、動力線３を貫通させる貫通部に溝２ｃｆは流用できる。このことにより、溝２ｃｆの加工工数が削減でき、製造コストを抑制できる。

次に、水中モータポンプ１０の水中モータ２に備わる電気回路を、図４を用いて説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０の水中モータ２の電気回路図である。水中モータ２は、図４に示すように、動力線３と、複数のコイル２ｃｂと、コイル温度センサ２ｊａと、変位量センサ２ｊｂと、回転数検出センサ２ｊｃと、３軸加速度センサ２ｊｄと、モータ外温度センサ２ｊｅと、モータ外圧力センサ２ｊｆと、通信線２ｋａ〜２ｋｆと、アダプタ２ｌとを備える。

動力線３は３芯ケーブルで、図示しない３相交流電源と接続する。複数のコイル２ｃｂは、固定子コア２ｃａの複数のティースに巻き付けられた巻線で、動力線３とΔ結線により接続する。

コイル温度センサ２ｊａと、変位量センサ２ｊｂと、回転数検出センサ２ｊｃと、３軸加速度センサ２ｊｄと、モータ外温度センサ２ｊｅと、モータ外圧力センサ２ｊｆは、上記のとおり、水中モータ２に関する物理量を検出する。

通信線２ｋａ〜２ｋｆは２芯ケーブルで、上記の通り、センサ２ｊａ〜２ｊｆの各々と接続し、センサ２ｊａ〜２ｊｆの各々により検出された信号を転送する。

アダプタ２ｌは、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを接続し、通信線２ｋａ〜２ｋｆから転送されたセンサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を電力線搬送通信により動力線３に伝送する装置である。通信線２ｋａ〜２ｋｆがアダプタ２ｌに接続し、アダプタ２ｌは、動力線３のＵ，Ｖ相のケーブルに接続する。したがって、センサ２ｊａ〜２ｊｆの各々で検出され通信線２ｋａ〜２ｋｆからアダプタ２ｌに転送された信号は、アダプタ２ｌにより動力線３のＵ，Ｖ相の導体に伝送される。

（効果）
以上説明したように、本実施形態による水中モータポンプ１０は、地下水中に配置され地下水を吸引して吐出するポンプ１と、地下水が内部に充満されるとともに地下水中に配置されポンプ１を駆動する水中モータ２と、水中モータ２内に設けられたセンサ２ｊａ〜２ｊｆと、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を転送する通信線２ｋａ〜２ｋｆと、水中モータ２に配電するための電線路である動力線３とを備え、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆが水中モータ２内で接続する。そのため、予知保全の精度を向上させるとともに、電気回線のトラブルにより故障が発生するリスクを小さくすることができる。

また、本実施形態による水中モータポンプ１０は、水中モータ２内に設けられ、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを接続するアダプタ２ｌを備え、アダプタ２ｌは、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を動力線３に伝送する。そのため、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを確実に接続できるとともに、接続箇所の耐久性を向上させることができる。また、通信線２ｋａ〜２ｋｆの配線長を短くでき、電気回線のトラブルが発生するリスクを小さくできるとともに、コストダウンをすることができる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０は、水中モータ２の回転軸２ａに発生するスラスト荷重を受けるスラスト軸受２ｈを備え、センサ２ｊａ〜２ｊｆは、スラスト軸受２ｈに関する物理量を測定する。このことにより、スラスト軸受２ｈの状態を正確に検出し、予知保全の精度を向上させることができる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０は、前記物理量が、摩耗量、回転数または衝撃荷重である。このことにより、スラスト軸受２ｈの状態をさらに正確に検出し、予知保全の精度をさらに向上させることができる。

さらに、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０は、センサ２ｊａ〜２ｊｆがスラスト軸受２ｈに関する衝撃荷重を測定する３軸加速度センサ２ｊｄである。このことにより、水中モータポンプ１０を横に倒して設置し、スラスト軸受２ｈに重力によるスラスト荷重が係らない場合でも、スラスト軸受２ｈの異常を正確に検知できる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータポンプ１０は、水中モータ２の固定子２ｃ（固定子コア２ｃａの側面）に設けられ、アダプタ２ｌに接続する動力線３を、固定子２ｃの一方の端面から他方の端面に貫通される貫通部（溝２ｃｆ）を備える。そのため、上方から水中モータ２内に挿入され、固定子２ｃの上部に備わるコイル２ｃｂの口出し線と接続した動力線３を、貫通部を貫通させ、固定子２ｃの下部に配線することができる。したがって、水中モータ２の下部のスラスト軸受の周囲に備わるセンサ２ｊａ〜２ｊｆに接続する通信線２ｋａ〜２ｋｆを動力線３に水中モータ２内において接続させることができる。

また、本実施形態による水中モータ２は、水中モータ２内に設けられたセンサ２ｊａ〜２ｊｆと、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を転送する通信線２ｋａ〜２ｋｆと、水中モータ２に配電するための電線路である動力線３とを備え、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆが水中モータ２内で接続する。そのため、予知保全の精度を向上させるとともに、電気回線のトラブルにより故障が発生するリスクを小さくすることができる。

また、本実施形態による水中モータ２は、水中モータ２内に設けられ、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを接続するアダプタ２ｌを備え、アダプタ２ｌは、センサ２ｊａ〜２ｊｆの信号を動力線３に伝送する。そのため、動力線３に通信線２ｋａ〜２ｋｆを確実に接続できるとともに、接続箇所の耐久性を向上させることができる。また、通信線２ｋａ〜２ｋｆの配線長を短くでき、電気回線のトラブルが発生するリスクを小さくできるとともに、コストダウンをすることができる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータ２は、水中モータ２の回転軸２ａに発生するスラスト荷重を受けるスラスト軸受２ｈを備え、センサ２ｊａ〜２ｊｆは、スラスト軸受２ｈに関する物理量を測定する。このことにより、スラスト軸受２ｈの状態を正確に検出し、予知保全の精度を向上させることができる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータ２は、前記物理量が、摩耗量、回転数または衝撃荷重である。このことにより、スラスト軸受２ｈの状態をさらに正確に検出し、予知保全の精度をさらに向上させることができる。

さらに、本発明の第１の実施形態による水中モータ２は、センサ２ｊａ〜２ｊｆがスラスト軸受２ｈに関する衝撃荷重を測定する３軸加速度センサ２ｊｄである。このことにより、水中モータ２を横に倒して設置し、スラスト軸受２ｈに重力によるスラスト荷重が係らない場合でも、スラスト軸受２ｈの異常を正確に検知できる。

また、本発明の第１の実施形態による水中モータ２は、水中モータ２の固定子２ｃ（固定子コア２ｃａの側面）に設けられ、アダプタ２ｌに接続する動力線３を、固定子２ｃの一方の端面から他方の端面に貫通される貫通部（溝２ｃｆ）を備える。そのため、上方から水中モータ２内に挿入され、固定子２ｃの上部に備わるコイル２ｃｂの口出し線と接続した動力線３を、貫通部を貫通させ、固定子２ｃの下部に配線することができる。したがって、水中モータ２の下部のスラスト軸受の周囲に備わるセンサ２ｊａ〜２ｊｆに接続する通信線２ｋａ〜２ｋｆを動力線３に水中モータ２内において接続させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による水中モータポンプ２０の断面図である。本実施形態による水中モータポンプ２０が、第１実施形態による水中モータポンプ１０と主に異なる点は、水中モータポンプの全長及び外径である。即ち、本実施形態による水中モータポンプ２０は、第１の実施形態による水中モータポンプ１０より全長が短く、外径が大きい。そのため、第１の実施形態による水中モータポンプ１０が深井戸用であるのに対して、本実施形態による水中モータポンプ２０は、浅い井戸や貯水槽等の水位が浅い水源に適している。以下に本実施形態による水中モータポンプ２０が、第１の実施形態による水中モータポンプ１０と異なる具体的な点を示す。

本実施形態による水中モータポンプ２０は、センサ２ｊａ〜２ｊｆが、水中モータ２の底面から、水中モータ２の軸方向に、所定の距離よりも離れて配置されている。その理由は以下のとおりである。

水中モータポンプ２０は水位の浅い水源に用いられ、水中モータポンプ２０の底部が水源の底面に接するように配置される場合がある。この場合、水中モータポンプ２０の底面及びその近傍にセンサ２ｊａ〜２ｊｆが配置されていると、水源の底面の砂利やゴミ等により、センサ２ｊａ〜２ｊｆが正確に測定しない可能性がある。

また、第１の実施形態による水中モータポンプ１０ではエンドカバー２ｉの外径を小さくするため、モータ外温度センサ２ｊｅとモータ外圧力センサ２ｊｆがスラスト軸受２ｈの下側に配置される。しかし、本実施形態による水中モータポンプ２０は、第１の実施形態による水中モータポンプ１０と異なり外径が制約されない。そのため、規格に応じて外径を大きくすることができ、エンドカバー２ｉの外径を大きくすることができる。そのため、モータ外温度センサ２ｊｅとモータ外圧力センサ２ｊｆは、スラスト軸受２ｈの下側に限定されず、機能上適した場所に配置することができる。

これらのことより、センサ２ｊａ〜２ｊｆは、水中モータ２の底面から、水中モータ２の軸方向に、所定の距離（水源の底面の砂利やゴミ等がセンサ２ｊａ〜２ｊｆに影響を与える距離）よりも離れて配置されている。

詳細に示すと、第１の実施形態による水中モータポンプ１０のモータ外温度センサ２ｊｅは、エンドカバー２ｉの底板２ｉｂの表面に本体が取り付けられている。それに対し、本実施形態による水中モータポンプ２０のモータ外温度センサ２ｊｅは、エンドカバー２ｉの円筒部２ｉａ内周壁における上部に本体が取り付けられている。

また、第１の実施形態による水中モータポンプ１０のモータ外圧力センサ２ｊｆは、スラスト軸受２ｈより下側の円筒部２ｉａの内周壁に本体が取り付けられている。それに対し、本実施形態による水中モータポンプ２０のモータ外圧力センサ２ｊｆは、エンドカバー２ｉの円筒部２ｉａ内周壁における上部に本体が取り付けられている。

また、アダプタ２ｌは、通信線２ｋａ〜２ｋｆの配線長を短くするため、センサ２ｊａ〜２ｊｆのそれぞれに最も近い場所に配置されることが好ましい。しかしながら、第１の実施形態による水中モータポンプ１０のアダプタ２ｌは、エンドカバー２ｉの外径を小さくするため、スラスト軸受２ｈより下側の円筒部２ｉａの内周壁に配置されている。それに対し、本実施形態による水中モータポンプ２０のアダプタ２ｌは、エンドカバー２ｉの外径を大きくすることができるため、スラスト軸受２ｈの位置に制約されず、エンドカバー２ｉの円筒部２ｉａの内周壁におけるセンサ２ｊａ〜２ｊｆのそれぞれに最も近い場所に本体が取り付けられている。

また、本実施形態による水中モータポンプ２０は、設置する水源が大径で、宇水源の内壁とポンプ１の外周壁の隙間が大きい。そのため、動力線３は、水源の内壁とポンプ１の外周壁に挟まれ破損する可能性が少ない。そのため、動力線３をおおい金３ａにより覆う必要性が低い。したがって、本実施形態による水中モータポンプ２０は、おおい金３ａを備えない。

また、本実施形態による水中モータポンプ２０は、水中モータ２を覆い、下部に水の吸込口を備えた吸込管１ｉを備える。なぜならば、水中モータポンプ２０は、浅い水源に用いられる。そのため、水位が低い場合でも吸入できることが必要となるからである。

吸込管１ｉは円筒部材で、ポンプ１の下端に取り付き、水中モータ２を覆う。吸込管１ｉの下部には、水を外から吸い込むための複数の貫通孔１ｉａを備える。複数の貫通孔１ｉａから吸い込まれた水は、水中モータ２の周囲を通過してポンプ１に吸い込まれる。そのため、水中モータ２を冷却することができる。

（効果）
以上説明したように、本実施形態による水中モータポンプ２０は、センサ２ｊａ〜２ｊｆが、水中モータ２の底面から、水中モータ２の軸方向に、所定の距離よりも離れて配置されている。そのため、水中モータポンプ２０が設置された水源の底面の砂利やごみ等によって影響を受けにくく、センサ２ｊａ〜２ｊｆが正確に測定しやすい。

また、本実施形態による水中モータポンプ２０は、おおい金３ａを備えない。そのため、製造コストを抑制することができる。

また、本実施形態による水中モータポンプ２０は、水中モータ２を覆い、下部に水の吸込口１ｉａを有する吸込管１ｉを備える。そのため、水中モータポンプ２０は、水位が低く水源でも水を吸込むことができる。また、吸込管１ｉに吸込まれた水は水中モータ２の周囲を通過してポンプ１に吸い込まれる。そのため、水中モータ２を冷却することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。即ち、水中モータポンプ１０，２０が配置され、ポンプ１により吸引され吐出され、水中モータ２の内部に充満される液体は水だけなく、他の液体、例えば、オイル類や不凍液類の液体でもよい。

また、動力線３を固定子２ｃの一方の端面から他方の端面に通過される部分は溝２ｃｆではなく、貫通孔でもよい。

１…ポンプ、２…水中モータ２ｊａ〜２ｊｆ…センサ、２ｋａ〜２ｋｆ…通信線、３…動力線、１０，２０…水中モータポンプ

Claims (14)

1. 液体中に配置され、当該液体を吸引して吐出するポンプと、
   前記液体が内部に充満されるとともに前記液体中に配置され、前記ポンプを駆動するモータと、
   前記モータ内に設けられたセンサと、
   前記センサの信号を転送する通信線と、
   前記モータに配電するための電線路である動力線とを備え、
   前記動力線に前記通信線が前記モータ内で接続することを特徴とする湿式モータポンプ。
2. 前記請求項１に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記モータ内に設けられ、前記動力線に前記通信線を接続するアダプタを備え、
   前記アダプタは、前記通信線から転送された前記センサの信号を前記動力線に伝送することを特徴とする湿式モータポンプ。
3. 前記請求項１に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記モータの回転軸に発生するスラスト荷重を受けるスラスト軸受を備え、
   前記センサは、前記スラスト軸受の周囲に備わり、前記スラスト軸受に関する物理量を測定することを特徴とする湿式モータポンプ。
4. 前記請求項３に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記物理量が、摩耗量、回転数または衝撃荷重であることを特徴とする湿式モータポンプ。
5. 前記請求項３に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記センサが、前記スラスト軸受に関する衝撃荷重を測定する３軸加速度センサであることを特徴とする湿式モータポンプ。
6. 前記請求項３に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記モータの固定子に設けられ、前記アダプタに接続する前記動力線を、前記固定子の一方の端面から他方の端面に貫通される貫通部を備えることを特徴とする湿式モータポンプ。
7. 前記請求項１に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記センサが、前記モータの底面から、前記モータの軸方向に、所定の距離よりも離れて配置されていることを特徴とする湿式モータポンプ。
8. 前記請求項１に記載の湿式モータポンプにおいて、
   前記モータを覆い、下部に前記液体の吸込口を有する吸込管を備えることを特徴とする湿式モータポンプ。
9. 液体が内部に充満されるとともに前記液体中に配置されるモータであって、
   前記モータ内に設けられ、前記モータに関する物理量を測定するセンサと、
   前記センサの信号を転送する通信線と、
   前記モータに配電するための電線路である動力線とを備え、
   前記通信線と前記動力線とが前記モータ内で接続することを特徴とする湿式モータ。
10. 前記請求項９に記載の湿式モータにおいて、
    前記モータ内に設けられ、前記通信線と前記動力線とを接続するアダプタを備え、
    前記アダプタは、前記通信線から転送された前記センサの信号を前記動力線に伝送することを特徴とする湿式モータ。
11. 前記請求項９に記載の湿式モータにおいて、
    前記モータの回転軸に発生するスラスト荷重を受けるスラスト軸受を備え、
    前記センサは、前記スラスト軸受に関する物理量を測定することを特徴とする湿式モータ。
12. 前記請求項１１に記載の湿式モータにおいて、
    前記物理量が、摩耗量、回転数または衝撃荷重であることを特徴とする湿式モータ。
13. 前記請求項１１に記載の湿式モータにおいて、
    前記センサが、前記スラスト軸受に関する衝撃荷重を測定する３軸加速度センサであることを特徴とする湿式モータ。
14. 前記請求項１１に記載の湿式モータにおいて、
    前記モータの固定子に設けられ、前記アダプタに接続する前記動力線を、前記固定子の一方の端面から他方の端面に貫通される貫通部を備えることを特徴とする湿式モータ。

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