JP3830209B2 - 可変速ポンプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ制御により負荷に応じて電源周波数を可変可能とした電動機を用いてポンプ部を駆動して、水など流体の圧送を行う可変速ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば給水装置などでは、ポンプ部、電動機、インバータ装置を１つのユニットになるように組合わせて構成される、負荷に応じてポンプ能力を可変可能としたポンプ装置、いわゆる可変速ポンプ装置が用いられている。
【０００３】
こうした可変速ポンプ装置には、水などの流体を圧送するポンプ部に連結された電動機に、パワーモジュール素子（インバータモジュール部に相当）を有するインバータ装置を接続した構成が採用され、インバータ装置によりインバータ制御、すなわち負荷に応じて電動機の回転数を可変できるようにしてある。
【０００４】
ところで、可変速ポンプの運転時（インバータ運転時）、インバータ装置のパワーモジュール素子は、かなりの温度上昇を伴う。
この温度上昇は、インバータ装置を構成する電子機器の焼損や部品の寿命低下を招く要因となる。
【０００５】
そこで、通常、インバータ装置には冷却用の放熱板を備えている。
しかし、これだけでは冷却能力が十分でないために、従来より放熱板に工夫を加えた冷却構造が採用してある。
【０００６】
具体的には、従来、放熱板に大きな放熱フィンを設けて、自然冷却で放熱板の放熱性能を促進させたり、別途、インバータ冷却用ファンを設けて、強制空冷で放熱板の放熱性能を促進させたり、放熱板に水冷ジャケットを設けて、水冷で放熱性能を促進させたりすることが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変ポンプ装置は、制約の多い場所に据えられることが多いために、コンパクト化が求められる上、トラブルの原因が発生しない環境を保てることが求められる。しかも、コスト的な負担も軽くてすむことが求められる。
【０００８】
ところが、大きな放熱フィンを設ける構造、インバータ冷却用ファンを設ける構造は、かなり大形の放熱フィン、インバータ冷却用ファンが装置内の面積を占めるために、構造上、ポンプ装置の外形が大きくなり、コンパクト化の要求に応えられない。
【０００９】
また水冷の構造だと、水冷ジャケット内を流通する低温の水により、インバータ装置周辺で結露が発生する心配があり、トラブルの原因を無くすという要求に応えられない。
【００１０】
しかも、いずれも構造とも、別途、冷却のための部品、機器を設けるので、コストの負担も大きいという難点があり、ポンプ装置には向かないという不都合がある。
【００１１】
このため、ポンプ装置に適したインバータ装置の冷却が望まれている。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、コンパクト化、さらには結露の発生がない、かつコストの負担が小さくてすむ構造で、インバータ装置を冷却することが可能な可変速ポンプ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、ベース板と、ベース板の上面に据え付けられた、水を圧送するポンプ部と、ポンプ部の直上に据え付けられ、ポンプ部を駆動する、冷却用ファン内蔵の電動機と、電動機のポンプ部側の端壁に設けられ、冷却用ファンにより、ポンプ部の周辺の空気を冷却空気として内部へ吸込む冷却空気入口と、電動機の周壁に設けられ、電動機の内部を通る冷却空気を電動機の側方へ吹き出す冷却空気出口と、ベース板の上面に電動機の冷却空気出口と隣接して当該電動機の側方に据え付けられた、電動機をインバータ制御するインバータモジュール部がケーシング内に収容されたインバータ装置と、ケーシングの冷却空気出口と向き合う側面に設けられ、冷却空気出口から吹き出された冷却風によりインバータモジュール部からの熱を放熱させるとともに、該冷却風を電動機との間を通じてポンプ部側へ導く、上下方向に延びる放熱板と、ベース板に、電動機、ポンプ部およびインバータ装置の周囲を覆い密閉させるように設けられたカバーとを有し、カバーの内部で、ポンプ部周辺の冷えた空気で電動機を冷却し、該冷却を終えた冷却風でインバータモジュール部を冷却し、該インバータモジュール部の冷却を終えた冷却風がポンプ部との熱交換で冷却されて低温の冷却風に戻るサイクルが形成される構成とした。
【００１３】
すなわち、通常、電動機は、励磁されるに伴い回転する回転子の挙動を用いて、外表面に設けてある冷却空気入・出口を通じ、内部に空気を流通させて、冷却を行っている。
【００１４】
このとき、電動機で駆動されるポンプ部の周辺は、ポンプ部の内部を水などの流体が流通することにより、低温の雰囲気となっている。
ここで、電動機の近傍には、このポンプ部が配置されているから、この低温の空気が冷却空気として、電動機の内部を流通し、運転している電動機を冷却する。
【００１５】
またインバータ装置の放熱板は、電動機の周辺に配置されているから、この電動機を冷却した冷却空気の流れに直接、触れる。
このとき、放熱板の温度は、電動機の冷却を終えた空気の温度よりも高いから、放熱板では冷却が行われ、インバータ素子部の温度上昇が抑制されることとなる。
【００１６】
こうしたインバータ装置の冷却は、電動機を冷却するポンプ部周辺の雰囲気を利用して、冷却性能を確保するから、大きな占有面積を占める、別途、大きな放熱フィン、インバータ冷却用ファン、冷却ジャケットなどを用いずにすむようになる。
【００１７】
この結果、装置の省スペース化が図れ、コンパクト化が図れるようになる。しかも、結露の心配もない。またコストの低減も図れるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明を適用した可変速ポンプ装置で、図中１は例えば矩形状のベース板である。
【００１９】
このベース板１の上面には、片側、例えば前部を占めるよう、渦巻き形のポンプ部４が、縦向き（軸心が鉛直方向に沿う向き）で据え付けられている。
具体的には、ポンプ部４は、例えばベース板１の上面に沿って配置された渦巻き状のポンプ室とこのポンプ室内に収容された羽根車（いずれも図示しない）とを有して構成されている。
【００２０】
またポンプ部４の近傍、例えばポンプ室の直上には、電動機５が、縦向き（軸心が鉛直方向に沿う向き）で据え付けられている。電動機５は、ポンプ室の上端壁で縦向きに支持された円筒形のケーシング６内に、例えば固定子７、回転子８、さらには冷却用ファン９を収容して構成されている。
【００２１】
そして、回転子８を支持している回転軸１０は、ポンプ部４を構成する羽根車の軸心部に連結されていて、電動機５が励磁されると、羽根車を回転駆動させて、水などの流体をポンプ部４にある吸込口部１１から吸込み圧送するようにしてある。
【００２２】
またベース板１のもう片側には、残るベース板１の上面の後部側を占めるように、例えばアキュームレータ１２で構成される蓄圧部が据付けられている。この蓄圧部の入口部（図示しない）は、ポンプ部４の吐出口部（図示しない）に接続されていて、ポンプ部４からの流体をアキュームレータ１２により所定の圧力を保ちながら、例えば吐出口部１５から吐出させるようにしてある。
【００２３】
一方、例えばケーシング６（電動機）の下端壁には、例えば図１（ａ）で示されるような複数の扇形の通孔で構成される冷却空気入口１６ａが設けられている。そして、回転子８と共に回転する冷却用ファン９（電動機５）によって、この冷却空気入口１６から、ポンプ室を流通する水で冷やされたポンプ部４の周辺の空気（雰囲気）を冷却空気として吸い込むようにしてある。なお、ケーシング６の上端壁にも、ポンプ部４の周辺の空気（雰囲気）が吸い込む冷却空気入口１６ｂが設けてある。
【００２４】
またケーシング６の下段の周壁部分、例えば左右部分には、例えば図１（ｂ）に示されるように軸方向に延びる複数の帯状の通孔で構成される冷却空気出口１７ａが設けられていて、ケーシング６内を通過した電動機５の冷却後の冷却空気を外部へ吹き出すようにしてある。なお、ケーシング６の上段の左右部分にも、冷却後の冷却空気を外部へ吹き出す冷却空気出口１７ｂが設けてある。
【００２５】
他方、ベース板１の上面の左寄りの部位には、インバータ装置１８が据え付けられている。
このインバータ装置１８は、例えばベース板１の上面の最も左寄りとなる左側に据え付けられた、ケーシング６の左側部と隣接して上方へ延びる偏平箱形のケーシング１９と、このケーシング１９内に収容された、パワーモジュール素子２０（インバータモジュール素子部に相当）を含む種々の電子機器が搭載されたインバータ回路基板２１とを有してなる。
【００２６】
また、インバータ用のリアクトル、ノイズフィルター等を、別の制御箱１３に用意し、インバータ装置１８の１次側に結線する。
そして、インバータ回路基板２１は電動機５に接続され、負荷に応じて電動機５の電源周波数を可変可能、つまり電動機５を負荷に応じてインバータ制御（負荷に応じたポンプ能力を可変）できるようにしてある。
【００２７】
またケーシング１９には、電動機５側、すなわち冷却空気出口１７ａ，１７ｂに向く放熱板２３が設けられている。
すなわち、放熱板２３は、電動機５の冷却空気出口側と対向するケーシング１９の側面部分、具体的にはケーシング６の側部と向き合う面全体に設けられている。そして、この放熱板２３の上下端は冷却空気入口１６ａ，１６ｂの近くまで延びていて、広い放熱面を確保してある。この構造によって、対向する放熱板２３の前面部と電動機５のケーシング６との間に、ケーシング６の側部に在る冷却空気出口１７ａ，１７ｂから吹き出された冷却風をケーシング１９の上下端に在る冷却空気入口１６ａ，１６ｂへ導く風路２４を形成している。
【００２８】
そして、この放熱板２３を電動機５に向けて配置する構造により、ケーシング１９（電動機５）の周りに生じる冷却空気の流れに放熱板２３を接触させるようにしてある。特に風路２４は冷却空気入口１６ａ，１６ｂと冷却空気出口１７ａ，１７ｂとの間を短絡する風路構造なので、ケーシング１９（電動機５）から吹き出る冷却風を直接、すなわち無用に冷却空気の温度上昇させることなく、放熱板２３に触れさせるようにしてある。
【００２９】
なお、放熱板２３の前面には広い放熱面積を確保するためにフィン高さが短い放熱フィン２５が設けてある。
そして、放熱板２３は例えばパワーモジュール素子２０に接していて、ポンプ装置の運転時におけるパワーモジュール素子２０の温度上昇を抑制できるようにしてある。
【００３０】
またこうした共通のベース板１上で、１つのユニットとして組上げられたポンプ装置は、ベース板１の周縁部に着脱可能に装着した共通の１つのカバー、例えば防水用カバー２６で密閉されるよう覆われている。
【００３１】
具体的には、防水用カバー２６により、ポンプ部４、電動機５、インバータ装置１８を含む、ベース板１上の全ての機器が周囲から覆われて密閉されている。この密閉構造にて、冷えたポンプ部周辺の空気を電動機５、インバータ装置１８の周辺で循環させるようにしている。
【００３２】
この空気の循環により、ポンプ装置の内部において、ポンプ部周辺の空気で電動機５を冷却、電動機５の冷却を終えた冷却風でインバータ装置１８（パワーモジュ−ル素子２０の冷却）を冷却、インバータ装置１８の冷却を終えた冷却風がポンプ部４との熱交換で冷却されて低温の冷却風に戻るという、サイクルを形成している。
【００３３】
つぎに、このように構成された可変速ポンプ装置の作用について説明する。
可変速ポンプ装置の電動機５は、インバータ装置１８で行われるインバータ制御にしたがって励磁される。
【００３４】
この励磁により電動機５で発生する回転力は、回転軸１０を介して、ポンプ装置の羽根車（図示しない）に伝わり、羽根車を回転させる。この羽根車の回転により、吸込口部から水などの流体を吸込み、これを圧送し、アキュームレータ１２を経て吐出口部から吐出させる。
【００３５】
一方、冷えたポンプ部４の周辺の空気は、回転軸１０と共に回転している電動機５の冷却用ファン９によって、図１中の黒塗りの矢印で示されるように冷却空気としてケーシング端に在る冷却空気入口１６ａ，１６ｂからケーシング内部に取り込まれ、電動機５を冷却する。
【００３６】
また電動機５の冷却を終えた冷却風は、ケーシング側部に在る冷却空気出口１７ａ，１７ｂから、図１中の白抜きの矢印で示されるように同冷却空気出口１７ａ，１７ｂと対向して配置されている放熱板２３へ向かって吹き出される。
【００３７】
このとき、放熱板２３の上下端は、ケーシング端に在る冷却空気入口１６ａ，１６ｂの近くまで延びているから、吹き出された冷却風（冷却空気）は、放熱板２３に直接、触れながら冷却空気入口１６ａ，１６ｂ、すなわち放熱板２３の上下端へ向かい風路２４を流れる。
【００３８】
ここで、パワーモジュール素子２０を放熱している放熱板２３の温度は、電動機５の冷却を終えた空気の温度よりも高いから、放熱板２３の熱は冷却空気で奪われていく。つまり、放熱板２３は冷却される。
【００３９】
この放熱板２３の冷却を終えた冷却風は、ポンプ部４に触れたり、ポンプ部４の周辺の冷えた空気に触れたりして冷却され、低温の冷却風に戻る。
そして、再びこの低温の冷却風が電動機５から取り込まれ、上述したような冷却サイクルを繰り返し、パワーモジュール素子２０の温度上昇を抑制することになる。
【００４０】
かくして、インバータ装置１８は、電動機５を冷却するポンプ部周辺の雰囲気（冷えた空気）を利用して、大きな冷却性能が確保されるようになる。
この結果、インバータ装置１８で大きな冷却性能を確保するための、別途、大きな放熱フィン、インバータ冷却用ファン、冷却ジャケットなどといった大きな占有面積を占める機器は用いずにすみ、可変速ポンプ装置の省スペース化を図ることができる。
【００４１】
よって、可変速ポンプ装置のコンパクト化を図ることができる。しかも、結露の心配もない。そのうえ、コスト的にも安価ですむので、コストの負担も小さい。
【００４２】
特に電動機５の側部に在る冷却空気出口１７ａ，１７ｂと対向するように放熱板２３を配置し、この放熱板２３の両端を電動機５の両端に在る冷却空気入口１６ａ，１６ｂの近くまで延ばしているので、電動機５から吹き出される冷却風を直接、広い放熱板２３の放熱面で受けることができる。と同時に冷却風は、冷却空気入口１６ａ，１６ｂに作用する吸込力を受けて放熱面上を冷却空気がスムーズに流れるようになるので、高い冷却効果が期待できる。むろん、小さい放熱フィン２５を放熱板２３に設けるようにすると、一層、高い冷却効果が得られる。
【００４３】
そのうえ、ポンプ部４、電動機５およびインバータ装置１８の周囲を共通な１つのカバー１６で覆い密閉したので、ポンプ部４の周辺の低温の冷却空気が、電動機５、インバータ装置１８、ポンプ部４を循環し、ポンプ部周辺の冷えた空気を十分に活用して、インバータ装置１８を効果的に冷却することができる。
【００４４】
なお、本発明を蓄圧部を有する可変速ポンプ装置に適用した例を挙げたが、これに限らず、蓄圧部の無いインバータ制御で能力可変が可能な可変速ポンプ装置に本発明を適用してもよく、このようにしても同様の効果を奏する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、冷えたポンプ部の周辺の空気を用いて放熱板の放熱を促進（冷却）させて、インバータ装置の温度上昇を抑制させることができる。
【００４６】
それ故、放熱板の冷却性能を確保するために必要とされていた、大きな放熱フィン、インバータ冷却用ファン、冷却ジャケットなどといった大きな占有面積を占める機器は不要となり、可変ポンプ装置の省スペース化が図れる。
【００４７】
この結果、コンパクトな可変速ポンプ装置を提供できる。
しかも、ポンプ部周辺の空気で放熱板を冷却するので、結露の心配もない。
そのうえ、別途、機器が不要なので、コスト的にも安価である。
【００４８】
さらに、ポンプ部の周辺の低温の冷却空気が、電動機、インバータ装置を循環するので、放熱板を用いて、効果的にインバータ装置を冷却できるという効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の可変速ポンプ装置の構造を説明するための図。
【符号の説明】
１…ベース板
４…ポンプ部
５…電動機
６…ケーシング
９…電動機の冷却用ファン
１６ａ，１６ｂ…冷却空気入口
１７ａ，１７ｂ…冷却空気出口
１８…インバータ装置
２０…パワーモジュール素子（インバータモジュール部）
２３…放熱板
２４…風路
２６…カバー。

Claims (1)

1. ベース板と、
   前記ベース板の上面に据え付けられた、水を圧送するポンプ部と、
   前記ポンプ部の直上に据え付けられ、前記ポンプ部を駆動する、冷却用ファン内蔵の電動機と、
   前記電動機の前記ポンプ部側の端壁に設けられ、前記冷却用ファンにより、前記ポンプ部の周辺の空気を冷却空気として内部へ吸込む冷却空気入口と、
   前記電動機の周壁に設けられ、前記電動機の内部を通る冷却空気を前記電動機の側方へ吹き出す冷却空気出口と、
   前記ベース板の上面に前記電動機の前記冷却空気出口と隣接して当該電動機の側方に据え付けられた、前記電動機をインバータ制御するインバータモジュール部がケーシング内に収容されたインバータ装置と、
   前記ケーシングの前記冷却空気出口と向き合う側面に設けられ、前記冷却空気出口から吹き出された冷却風により前記インバータモジュール部を冷却させるとともに、該冷却風を前記電動機との間を通じて前記ポンプ部側へ導く、上下方向に延びる放熱板と、
   前記ベース板に、前記電動機、前記ポンプ部および前記インバータ装置の周囲を覆い密閉させるように設けられたカバーとを有し、
   前記カバーの内部で、前記ポンプ部周辺の冷えた空気で前記電動機を冷却し、該冷却を終えた冷却風で前記インバータモジュール部を冷却し、該インバータモジュール部の冷却を終えた冷却風が前記ポンプ部との熱交換で冷却されて低温の冷却風に戻るサイクルが形成されるように
   したことを特徴とする可変速ポンプ装置。

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