JP2851080B2 - インバータ付防爆形キャンドモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インバータをキャンドモータと一体の防爆
構造に構成したインバータ付防爆形キャンドモータに関
する。

（従来の技術） 外部への漏洩が嫌われる液を取扱い、かつガス蒸気危
険場所（以下、危険場所という）に設置されるポンプに
は、軸封部がなく完全無漏洩構造の防爆形キャンドモー
タポンプが多く採用されている。

この防爆形キャンドモータポンプをインバータにて駆
動する場合、従来の大気開放形のインバータではインバ
ータがポンプ設置場所から遠く離れた非危険場所に設置
されるので、ポンプを設置した危険場所での現場操作が
行なえずきわめて不便である。

また、キャンドモータポンプの軸受摩耗状態を検知す
るために、特公昭58−54580号公報所載の回転電機運転
監視装置を設ける場合は、インバータの出力波形やキャ
リア周波数の違いによって検出感度が大幅に低下したり
検出不能に至るので、インバータの選定範囲が狭く限定
され、そのため容量的に過大な、あるいはキャンドモー
タポンプの運転には不要である機能をも備えたインバー
タを採用せざるを得ない事態が多々生じる。

また、回転部分が外部に露出しないキャンドモータポ
ンプは、据付配線時に行なう回転方向確認作業が極めて
煩雑であることから、この回転方向を検知する手段とし
て、特公昭59−31290号公報所載のように、キャンドモ
ータに内蔵した検相回路をこのキャンドモータの電源端
子に接続し、この電源端子に印加される商用電源の相順
によって変化する検相回路の出力電圧を大小の指示計に
指示させてなる回転方向検知装置が多数のキャンドモー
タポンプに採用されているが、この商用電源用の検相回
路による回転方向検知装置はインバータ電源には適用で
きない。そのため、インバータ駆動用として新たな検相
回路を用意しなければならないが、インバータの出力波
形やキャリア周波数が異なる毎に専用の検相回路が必要
であり、さらに専用の検相回路を設けてもインバータの
出力周波数や出力電圧を変化させると検相回路の出力も
変化するため、実用的ではない。

そこで、本出願人は特願平１−75457号にインバータ
付防爆形キャンドモータを提案した。

第６図はこの発明（以下、基本発明という）をキャン
ドモータポンプに適用した例を示し、固定子枠１と固定
子キャン２とからなるキャンドモータ耐圧容器３にて形
成した固定子室４に固定子５を配設したキャンドモータ
６と、インバータ箱体７とインバータ蓋体８とからなる
インバータ耐圧容器９にて形成したインバータ室10にイ
ンバータ本体11を収納してなるインバータ12とを、機械
的に一体に結合して固定子室４とインバータ室10とを導
線引込体13にて互に遮断して連接し、この導線引込体13
を介して固定子５とインバータ本体11の出力側14とを結
線してインバータ付防爆形キャンドモータポンプを構成
する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この基本発明を適用した第６図に示すイン
バータ付防張形キャンドモータポンプにおいては、イン
バータ耐圧容器９に収納したインバータ本体11を冷却す
る手段として、インバータ本体11の強電回路15のターン
オフ素子や整流素子などの多量発熱部材16の金属製放熱
板16a面をインバータ箱体７の内壁7aに当接取着し、そ
の外壁7b側に冷却液を流す冷却ジャケット室17を形成し
ており、そのため多量発熱部材16の発熱量の大部分は金
属製放熱板16aおよびインバータ箱体７を介した熱伝達
によっれ冷却ジャケット室17を流れる冷却液に奪われる
が、残りの熱量は多量発熱部材16の金属製放熱板16a以
外の面からその囲りの空気に伝達され、およびインバー
タ本体11の発熱量の少ない弱電回路18の発熱量がその囲
りの空気に伝達され、インバータ室10における空気の自
然対流によってインバータ箱体７とインバータ蓋体８へ
熱伝達された後、これらの外壁7b,8b面から大気中へと
放熱されるので、大気がインバータ室へ出入りする従来
の大気開放形のインバータに比べて放熱効果に劣り、イ
ンバータ室10がかなり昇温する。

従って、夏場など大気温が高くなる場合には、インバ
ータ本体11、特に弱電回路18の部材や配線類がその許容
温度を越えてしまうので、弱電回路18に高耐熱の部材や
配線類を採用したり、あるいは従来の大気開放形のイン
バータに比べてインバータ12の定格電流をかなり低く設
定して強電回路15の多量発熱部材16の発熱量を減少させ
なければならず、すなわち従来の大気開放形のインバー
タに比べて容量の大きいインバータ12を採用しなければ
ならず、いずれの場合も相当コスト高につく。

そのため、本出願人は冷却ジャケット室17の面積を拡
大したり、冷却液の流量を増すことを試みたが、インバ
ータ室10の温度が幾分低下するものの顕著な効果は得ら
れなかった。

なお、キャンドモータポンプのほか、キャンドモータ
撹拌機やキャンドモータ送風機など、インバータにて駆
動する防爆形キャンドモータを採用した他の風水力機械
においても同様の問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、インバータをキャンドモータと一体の防爆構
造に構成したインバータ付防爆形キャンドモータにおい
て、インバータが配置されるインバータ室の昇温を抑制
して、インバータに弱電回路の部材や配線類に高耐熱品
を採用しなくてすみ、またはインバータの定格電流を従
来の大気開放形のインバータに比べて低く設定しなくて
すむようにできることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明のインバータ付防爆形キャンドモータの構成
は、固定子室を有するキャンドモータ耐圧容器と、この
キャンドモータ耐圧容器の固定子室に配設される固定子
を有するキャンドモータと、前記キャンドモータ耐圧容
器に一体に結合され、前記固定子室に連通されるインバ
ータ室を有するインバータ耐圧容器と、前記キャンドモ
ータ耐圧容器の固定子室と前記インバータ耐圧容器のイ
ンバータ室とを連通する連通部と、前記インバータ耐圧
容器のインバータ室に配置され、前記連通部を通じて固
定子に結線されて前記キャンドモータを制御するインバ
ータと、前記連通部において固定子室とインバータ室と
を遮断するとともに固定子とインバータとを結線する導
線引込体と、前記インバータ耐圧容器の外壁側に設けら
れた放熱手段と、前記インバータ室に設けられ、前記放
熱手段に対応するインバータ耐圧容器の内壁との間に通
風路を形成する仕切体と、前記インバータ室に設けら
れ、インバータ室に封入した気体を前記通風路に循環さ
せる電動ファンとを具備しているものである。

（作用） 本発明では、インバータをキャンドモータの一体の防
爆構造に構成したインバータ付防爆形キャンドモータに
おいて、導線引込体にてインバータ室を固定子室から遮
断し、インバータ耐圧容器の外壁側に放熱手段を設け、
インバータ室には、放熱手段に対応するインバータ耐圧
容器の内壁との間に通風路を形成する仕切体を設けると
ともに、インバータ室に封入した気体を通風路に循環さ
せる電動ファンを設けたので、電動ファンの作用によっ
てインバータ室に封入された気体が通風路を循環するこ
とにより、この通風路と対応した放熱手段の熱交換効率
が高くなって放熱手段にて奪われる気体の熱量が増加
し、インバータ室の昇温が抑制される。そのため、イン
バータの弱電回路の部材や配線類に高耐熱品を採用しな
くてすみ、あるいは従来の大気開放形のインバータに比
べてインバータの定格電流を低く設定しなくてすみ、す
なわち従来の大気開放形のインバータに比べて容量の大
きいインバータを採用しなくてすみ、コスト上昇を抑え
られる。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面に基き説明する。

第１図乃至第３図は、本発明を半径方向空隙形のキャ
ンドモータポンプに適用した実施例を示し、図中、第６
図に記載した符号と同一の符号は同一ないし同類部分を
示す。

20はポンプ21とキャンドモータ６とを液密に一体に構
成したキャンドモータポンプで、固定子枠１と固定子キ
ャン２とからなるキャンドモータ耐圧容器３にて形成し
た固定子室４に、固定子鉄心22に固定子巻線23を巻装し
てなる固定子５を配設し、固定子枠１に連通部を構成す
る端子受台24を突設し、この端子受台24のフランジ部24
Aに耐圧スタッド式引込方式の端子板による導線引込体1
3をアダプタ25にて挟持するようにボルト26にて締結取
着し、端子受台24のフランジ部24aとアダプタ25との嵌
合部に火災逸走防止隙間27を形成する。

12は、金属製のインバータ箱体７とインバータ蓋体８
とをボルト28にて締着してその接合面に火災逸走防止隙
間29を形成してなるインバータ耐圧容器９にて形成した
インバータ室10に、強電回路15と弱電回路18とからなる
インバータ本体11を収納して構成したインバータで、イ
ンバータ箱体７に端子受台30および連通部を構成する端
子受台31をそれぞれ突設し、一方の端子受台30のフラン
ジ部30aには耐圧スタッド式引込方式の端子板による導
線引込体32を端子箱33にて挟持するようにボルト34にて
締結取着してこの端子受台30のフランジ部30aと端子箱3
3との嵌合部に火災逸走防止隙間35を形成し、他方の端
子受台31のフランジ部31aをアダプタ25にボルト36にて
締結取着し、この端子受台31のフランジ部31aとアダプ
タ25との嵌合部に火災逸走防止隙間37を形成して、キャ
ンドモータ６とインバータ12とを機械的に一体に結合す
る。

また、インバータ本体11の強電回路15のターンオフ素
子や整流素子などの多量発熱部材16はその金属製放熱板
16a面をインバータ箱体７の内底壁7cに当接して取着
し、インバータ箱体７の外底壁7dに多量発熱部材16に対
向して冷却ジャケット室17を形成し、インバータ蓋体８
に起動停止スイッチ38、出力周波数設定ボリューム39お
よびインバータ出力周波数や故障内容を指示する防爆構
造のデジタル指示計40並びに後述するキャンドモータ運
転監視装置のアナログ指示計41を取着する。

そして、キャンドモータ６とインバータ12とを電気的
に結合し、すなわち、固定子巻線23の口出線23aを導線
引込体13および引込線42を介してインバータ本体11の出
力側14に接続し、インバータ本体11の入力側43を引込線
44、導線引込体32および電源ケーブル45を介して商用電
源に接続する。

また、キャンドモータポンプ20の軸受摩耗状態を検知
するために特公昭58−54580号公報所載の発明に基づく
キャンドモータ運転監視装置46を設け、すなわち、キャ
ンドモータ６の固定子鉄心22の対称的位置に２個の検出
コイル47a,47bを設け、この両検出コイル47a,47bと磁気
空隙48を隔ててそれぞれ対向する回転子49の回転子溝50
との関係位置が同じくなるようにこの回転子溝50を偶数
に定め、両検出コイル47a,47b中に発生するインバータ
出力周波数に同期した基本波電圧が互に打消され、回転
子溝50数によって決定される周波数をもつ高周波電圧の
瞬時値の差が検出されるように、両検出コイル47a,47b
を直列に接続して検出部51を構成し、この検出部51の出
力端をインバータ蓋体８に取着した防爆構造のアナログ
指示計41に接続する。

以上の構成は、特願平１−75457号に提案した基本発
明を適用した第６図に示すインバータ付防爆形キャンド
モータポンプの構成と同様である。

次に、本発明の特徴部分について説明する。

インバータ箱体７の外周壁7eにこれを周回する放熱手
段52としての冷却ジャケット室53を形成し、インバータ
蓋体８に懸架した弱電回路18の部材を囲むように筒状の
支切体54をインバータ蓋体８にボルト55にて固着してイ
ンバータ室10に配設して、支切体54とインバータ箱体７
の内周壁7fとの間に冷却ジャケット室53に対向する環状
の通風路56を形成し、支切体54の上部に複数の通風穴57
を穿設し、強電回路15の多量発熱部材16と弱電回路18の
部材との中間に位置した支切体54の下底部に、インバー
タ室10に封入した空気を通風路56を流して循環させる軸
流の電動ファン58を取着する。

59は両冷却ジャケット室17,53を連通する接続パイ
プ、60は冷却液入口、61は冷却液出口である。

このように構成した実施例によれば、特願平１−7545
7号に提案した基本発明を適用した第６図に示す構成の
インバータ付防爆形キャンドモータポンプと同様に、強
電回路15の多量発熱部材16の発熱量の大部分がその金属
製放熱板16aおよびインバータ箱体７を介した熱伝導に
よって冷却ジャケット室17を流れる冷却液に奪われて放
熱される。

これに加えて、本実施例においては、電動ファン58の
作用によって、第２図に矢印にて示すように、インバー
タ室10に封入した空気は、下方へ吹き出され、多量発熱
部材16に吹き当てられてその発熱量の一部を奪った後、
狭い通風路56を早い流速で下方から上方へと流れ、この
通風路56を流れる間にその熱量をインバータ箱体７を介
して冷却ジャケット室53を流れる冷却液に大量に奪われ
て冷却され、支切体54の風通穴57から支切体54の内側に
流入され、弱電回路18の部材や配線類の熱を奪いながら
支切体54の内側を上方から下方へと流れ、電動ファン58
に吸込まれてインバータ室10を循環されるので、強電回
路15の多量発熱部材16の発熱量の一部および弱電回路18
の部材の発熱量がインバータ室10を循環する空気を介し
て冷却ジャケット室53を流れる冷却液に大量に奪われて
放熱され、インバータ室10の昇温が大幅に抑制される。

すなわち、特願平１−75457号に提案した基本発明を
適用した第６図に示す構成のインバータ付防爆形キャン
ドモータポンプのように、支切体54と電動ファン58とを
設けずインバータ室10に封入した空気を循環させない場
合は、多量発熱部材16に対向してインバータ箱体７の下
底部に形成した冷却ジャケット室17に加えてインバータ
箱体７の外周壁7e側に冷却ジャケット室53を形成して
も、インバータ室10に封入した空気は自然対流によって
インバータ室10を循環するがその流速が遅々たるため、
放熱手段52としての外周壁7e側の冷却ジャケット室53の
熱交換効率が極めて低く、インバータ室10の昇温をたい
して抑制できないのに対し、本実施例においては、電動
ファン58によってインバータ室10に封入した空気を冷却
ジャケット室53に対向する通風路56に、それも通風路56
を狭く形成して早い流速で流してインバータ室10を循環
させるので、放熱手段52としての冷却ジャケット室53の
熱交換効率が極めて高く、インバータ室10の昇温が大幅
に抑制される。

本出願人の実験によれば、この実施例の構成によるモ
ータ定格出力7.5kW、インバータ容量13kVAのインバータ
付防爆形キャンドモータポンプを下記条件で運転した場
合、インバータ室10の上部（第２図にＡにて示す個所）
および下部（第２図にＢにて示す個所）の平衡温度は、
それぞれ51℃および55℃であったが、電動ファン58を取
りはずすとそれぞれ81℃および65℃と両冷却ジャケット
室17,53に冷却液を流しているにも拘わらず大幅に上昇
しており、本発明の効果が極めて顕著であることが実証
された。

商用電源 ３相 60Hz 220V インバータ入力 9620W インバータ出力 9575W インバータ出力周波数 80Hz インバータ出力電圧 202V インバータ出力電流 32A 冷却液 水 冷却液の流量 ４/min 冷却液の温度 35℃ 大気温度 40℃ なお、インバータ室10に封入した空気は第２図の矢印
と逆方向に循環させてもよいが、本出願人の実験では第
２図に示す矢印方向に循環させる方がインバータ室10の
温度が数℃低くなる結果を得た。

また、インバータ室10の温度を、インバータ本体11、
特に弱電回路18の部材や配線類に高耐熱品を採用しなく
てすみ、またはインバータ12の定格電流を従来の大気開
放形のインバータに比べて低く設定しなくてすむ所定値
以下に保てる限りにおいては、通風路56およびこの通風
路56に対向する冷却ジャケット室53の軸方向長を短く
し、または第４図に示すようにインバータ箱体７に周回
させずに、部分的に設けてもよく、電動ファンも軸流形
のほか第４図に示すように遠心形も適用できる。

次に、第５図は、第１図乃至第３図に示す実施例にお
いて、インバータ12の放熱手段52として冷却ジャケット
室17,53による液冷方式に代えて強制空冷方式を採用し
た実施例を示し、インバータ室10の下底部に小型の電動
機62を内設し、この電動機62の回転軸63をインバータ箱
体７の下方へ突出させてその軸貫通部に火災逸走防止隙
間64を形成し、この回転軸63の突出端に外部ファン65を
取着し、インバータ箱体７の外周壁7eに複数の冷却フィ
ン66を突設するとともにフィンカバー67を取着して、電
動機62、外部ファン65、冷却フィン66およびフィンカバ
ー67とからなる強制空冷方式の放熱手段52を構成し、強
電回路15の多量発熱部材16は、その金属製放熱板16a面
をインバータ箱体７の内周壁7fに当接して取着し、すな
わち通風路56に配設する。

この場合、図示のように、電動機62のインバータ室10
側へ突出した回転軸63の他端に内部ファン68を取着し
て、インバータ室10に封入した空気を循環させる電動フ
ァン58を構成すれば都合がよい。

以上、本発明を半径方向空隙形のキャンドモータポン
プに適用した実施例について説明したが、半径方向空隙
形か軸方向空隙形かを問わず、キャンドモータ撹拌機や
キャンドモータ圧縮機およびキャンドモータ送風機な
ど、インバータにて駆動する防爆形キャンドモータに適
用できる。

また、インバータ室には空気以外の気体を封入しても
よく、例えば熱伝導度の大きい六弗化硫黄（SF₆）ガス
を封入すると、放熱手段の熱交換効率が一層向上され
る。

（発明の効果） 本発明によれば、インバータをキャンドモータと一体
の防爆構造に構成したインバータ付防爆形キャンドモー
タにおいて、導線引込体にてインバータ室を固定子室か
ら遮断し、インバータ耐圧容器の外壁側に放熱手段を設
け、インバータ室には、放熱手段に対応するインバータ
耐圧容器の内壁との間に通風路を形成する仕切体を設け
るとともに、インバータ室に封入した気体を通風路に循
環させる電動ファンを設けたので、電動ファンの作用に
よってインバータ室に封入された気体が通風路を循環す
ることにより、この通風路と対応した放熱手段の熱交換
効率が高くなって放熱手段にて奪われる気体の熱量が増
加し、インバータ室の昇温を抑制でき、そのため、イン
バータの弱電回路の部材や配線類に高耐熱品を採用しな
くてすみ、あるいは従来の大気開放形のインバータに比
べてインバータの定格電流を低く設定すなくてすみ、す
なわち従来の大気開放形のインバータに比べて容量の大
きいインバータを採用しなくてすみ、コスト上昇を抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すインバータ付防爆形キ
ャンドモータの縦断面図、第２図は同上インバータ付防
爆形キャンドモータの横断面図、第３図は同上回路図、
第４図は同上他の実施例を示すインバータ付防爆形キャ
ンドモータの一部の横断面図、第５図は同上他の実施例
を示すインバータ付防爆形キャンドモータの横断面図、
第６図は本出願人が特願平１−75457号に提案した基本
発明を適用したインバータ付防爆形キャンドモータポン
プの縦断面図である。 ３……キャンドモータ耐圧容器、４……固定子室、５…
…固定子、６……キャンドモータ、９……インバータ耐
圧容器、10……インバータ室、12……インバータ、13…
…導線引込体、24,31……連通部を構成する端子受台、5
2……放熱手段、54……支切体、56……通風路、58……
電動ファン。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子室を有するキャンドモータ耐圧容器
   と、 このキャンドモータ耐圧容器の固定子室に配設される固
   定子を有するキャンドモータと、 前記キャンドモータ耐圧容器に一体に結合され、前記固
   定子室に連通されるインバータ室を有するインバータ耐
   圧容器と、 前記キャンドモータ耐圧容器の固定子室と前記インバー
   タ耐圧容器のインバータ室とを連通する連通部と、 前記インバータ耐圧容器のインバータ室に配置され、前
   記連通部を通じて固定子に結線されて前記キャンドモー
   タを制御するインバータと、 前記連通部において固定子室とインバータ室とを遮断す
   るとともに固定子とインバータとを結線する導線引込体
   と、 前記インバータ耐圧容器の外壁側に設けられた放熱手段
   と、 前記インバータ室に設けられ、前記放熱手段に対応する
   インバータ耐圧容器の内壁との間に通風路を形成する仕
   切体と、 前記インバータ室に設けられ、インバータ室に封入した
   気体を前記通風路に循環させる電動ファンと を具備していることを特徴とするインバータ付防爆形キ
   ャンドモータ。