JP6031323B2

JP6031323B2 - キャンドモータポンプ

Info

Publication number: JP6031323B2
Application number: JP2012233015A
Authority: JP
Inventors: 康志久保田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: JP2014084765A

Description

本発明は、ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプに関する。

従来から、ポンプを駆動するモータのロータを、取り扱い流体が満たされた円筒形のキャン内に収容したキャンドモータポンプが知られている。かかるキャンドモータポンプにおいて、モータのステータは、キャンの外周囲に配置され、キャンドモータポンプの筐体の一部として機能するモータケースに収容される。

ここで、こうしたキャンドモータポンプにおいて、従来、モータの出力は、ステータコイルの許容温度などを基準に設定されていた。すなわち、一般のモータの発熱の対象はロータであるが、キャンドモータポンプの場合は、ロータの周りには、取り扱い流体である液体が満たされているため、迅速に冷却される。そのため、キャンドモータポンプでは、発熱の対象はステータ側となり、コイルエンド部が一番高温になる。従来は、このコイルエンド部の温度上昇を抑制するために、ステータの熱を、モータケース等を介して外部に放出していた。そして、このコイルエンド部の温度が、絶縁材料の温度を超えないように、モータの出力や液温が規定されていた。

特開２００２−２５７０７５号公報

しかし、近年では、電気機械器具の表面温度に対する要求が厳しくなり、ステータコイルの温度基準を満たすだけでは、ユーザの要求に応えられない場合が増えてきた。すなわち、キャンドモータポンプのモータに用いられるステータコイルの許容温度は、２２０℃など比較的高温であることが多い。一方、キャンドモータポンプ等の電気機械器具の最高表面温度については、近年、比較的低温に保つことが要求されることが多くなった。

例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）７９では、電気機械器具の最高表面温度が規定されている。ＩＥＣ７９において、温度等級「Ｔ１」は最高表面温度４５０℃以下を、温度等級「Ｔ２」は最高表面温度３００℃以下を、温度等級「Ｔ３」は最高表面温度２００℃以下を、温度等級「Ｔ４」は最高表面温度１３５℃以下を、温度等級「Ｔ５」は最高表面温度１００℃以下を、温度等級「Ｔ６」は最高表面温度８５℃以下を、それぞれ意味している。従来は、温度等級Ｔ３（最高表面温度２００℃以下）を満たして欲しいというユーザが多かったが、近年では、温度等級Ｔ４（最高表面温度１３５℃以下）や、温度等級Ｔ５（最高表面温度１００℃以下）に抑えて欲しいという希望が増えている。

かかる希望を満たすためには、ステータの温度上昇を抑えることが必要であり、そのためには、モータの出力（通電量）や液温を大幅に制限する必要があった。その結果、モータの性能を十分に生かせず、効率の低い製品になっていた。

なお、特許文献１には、ステータの外側に冷却ジャケットを配置し、当該冷却ジャケットの内部に冷媒として機能する取り扱い流体を流す技術が開示されている。かかる技術によれば、モータの出力を制限することなく、表面温度を低く保つことができる。しかし、この特許文献１の技術では、冷却ジャケットや、冷媒の配管系など、複雑な構成を追加する必要があり、製造コストの増加や、キャンドモータポンプ全体として大型化、重量化などの問題があった。

そこで、本発明では、簡易な構成で、モータの出力を低下させることなく、表面温度を低く保てるキャンドモータポンプを提供することを目的とする。

本発明のキャンドモータポンプは、ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、前記ステータを保持するモータケースと、前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、を備え、前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に形成される空間である熱抵抗空間を含み、前記ステータコアの表面には、前記熱抵抗空間を構成する凹部が形成されている、ことを特徴とする。この場合、前記凹部の分布密度は、前記ステータコアの軸方向中心に近づくほど高い、ことが望ましい。

他の本発明であるキャンドモータポンプは、ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、前記ステータを保持するモータケースと、前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、を備え、前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に形成される空間である熱抵抗空間を含み、前記熱抵抗空間は、前記ステータコアの外表面と前記モータケースの内表面との間に部分的に配置された中間部材により、前記ステータコアと前記モータケースとの間に形成される間隙空間を含む、ことを特徴とする。

他の本発明であるキャンドモータポンプは、ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、前記ステータを保持するモータケースと、前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、を備え、前記熱抵抗構造は、ステータコアに形成され、周方向に均等に配置され、それぞれが軸方向に延びる複数の穴を含む、ことを特徴とする。この場合、前記複数の穴の横断面形状は、前記ステータコアに流れる磁束の経路に平行な方向に長尺な形状である、ことが望ましい。また、前記複数の穴は、径方向位置が交互にずれた千鳥状に配置される、ことも望ましい。

他の本発明であるキャンドモータポンプは、ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、前記ステータを保持するモータケースと、前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、を備え、前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に介在し、伝熱性の小さい材料からなる低伝熱部材を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、ステータコアからモータケースに伝達される熱量を大幅に低減でき、ひいては、モータケース外表面の温度の上昇を大幅に制限できる。そして、これにより、モータの出力を低下させることなく、表面温度を低く保つことができる。

本発明の第一実施形態であるキャンドモータポンプの構成を示す図である。図１のキャンドモータポンプで用いられるステータコアの斜視図である。キャンドモータポンプを模式的に表した熱抵抗回路である。ステータコアの他の例を示す図である。ステータコアの他の例を示す斜視図である。熱抵抗構造の他の例を示す横断面図である。中間部材の斜視図である。第二実施形態で用いられるステータコアの正面図である。ステータコアの他の例を示す正面図である。ステータコアの他の例を示す正面図である。ステータコアの他の例を示す正面図である。第三実施形態で用いられるキャンドモータポンプの構成を示す図である。低伝熱部材の断面図である。低伝熱部材の断面図である。他の例のキャンドモータポンプの構成を示す図である。

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、本発明の実施形態であるキャンドモータポンプ１０の構成を示す断面図である。また、図２は、当該キャンドモータポンプ１０で用いられるステータコア４２の斜視図である。

キャンドモータポンプ１０は、インペラ１６を回転させて取り扱い流体を送り出すポンプ１２と、インペラ１６を回転駆動するモータ１４と、に大別される。インペラ１６は、モータ１４の回転軸２８に取り付けられた状態でケーシング１８内に設けられており、モータ１４の駆動に伴い回転する。インペラ１６が回転することにより、取り扱い流体が、インペラ１６の正面に位置する吸込口２０から吸い込まれ、インペラ１６の外周より吐出口２２に向かって送り出される。

モータ１４のロータ２４は、略円筒形のキャン３０に収容されている。キャン３０の内部には、ロータ２４および回転軸２８が設置されている。回転軸２８は、ベアリング２６を介して回転可能に支持されている。この回転軸２８には、モータ１４のロータ２４が固着されており、回転軸２８とロータ２４は、連動して回転する。略円筒形のキャン３０の後端は、後端壁３２により閉鎖されており、キャン３０の内部は、外部に対して密閉されている。一方、キャン３０の前端は、ケーシング１８に接続されており、ケーシング１８内の取り扱い流体がキャン３０内に流入出できるようになっている。また、回転軸２８の内部には、軸方向に延びる流路２８ａが形成されており、ケーシング１８内の取り扱い流体は、当該流路２８ａを介しても、キャン３０の内部に流入出できるようになっている。キャン３０の内部は、取り扱い流体で満たされている。

キャン３０の外周囲には、ステータ４０が設置されている。ステータ４０は、ステータコア４２および当該ステータコア４２に巻回されたステータコイル４４から構成されている。ステータコア４２は、電磁鋼板を軸方向に積層することで構成される略円筒形部材で、その内周面には複数のティースが形成されている。かかるステータ４０は、略円筒形のモータケース５０内に収容されている。モータケース５０は、図１に示す通り、その一部は完全に外部に露出しており、キャンドモータポンプ１０の外表面を構成する。

ここで、キャンドモータポンプ１０を駆動した際には、モータ１４において熱が発生する。一般のモータ１４の発熱の対象はロータ２４であるが、キャンドモータポンプ１０の場合は、ロータ２４の周りには、取り扱い流体である液体が満たされているため、ロータ２４は迅速に冷却される。そのため、キャンドモータポンプ１０では、発熱の対象はステータ４０側となり、コイルエンド部４６が一番高温になる。従来は、モータ１４の性能を十分に生かすために、コイルエンド部４６の温度が、ステータコイル４４（コイルに用いられる絶縁材料）の許容温度を超えない範囲で、極力高い出力が得られるように通電量を制御していた。例えば、ステータコイル４４の許容温度が２２０℃である場合には、コイルエンド部４６の温度が２２０℃以下になるように、モータ１４の出力が制御されていた。また、従来は、コイルエンド部４６の温度上昇を抑制するために、ステータ４０で生じた熱を、積極的に、モータケース５０に伝達し、外部に放出する構成が多用されていた。

しかし、近年では、表面温度をより低減したいというユーザの希望が強くなっている。従来の構成では、こうした表面温度に対するユーザの要望に応えられない場合がでてきた。

例えば、ＩＥＣ７９では、電気機械機器の表面温度に関して、最高表面温度４５０℃以下を温度等級「Ｔ１」、最高表面温度３００℃以下を温度等級「Ｔ２」、最高表面温度２００℃以下を温度等級「Ｔ３」、最高表面温度１３５℃以下を温度等級「Ｔ４」、最高表面温度１００℃以下を温度等級「Ｔ５」、最高表面温度８５℃以下を温度等級「Ｔ６」と、規定している。従来は、温度等級Ｔ３（表面温度２００℃以下）程度であれば、ユーザの要望を充足できる場合が多かったが、近年では、表面温度に対する要望がより厳しくなり、温度等級Ｔ４（表面温度１３５℃以下）、あるいは、温度等級Ｔ５（表面温度１００℃以下）にして欲しいという要望が増えてきた。つまり、近年では、ステータコイル４４の許容温度に比べて、電気機械器具の表面温度に対する制限のほうが厳しくなってきた。

かかる状況において、従来と同様に、コイルエンド部４６がコイル許容温度に到達するまでモータ１４を駆動し、かつ、ステータ４０で生じた熱をモータケース５０に伝達すると、モータケース５０の表面温度（電気機械器具の表面温度）が、求められる温度等級を超えてしまい、表面温度に関する要望を満たすことが出来ない。

モータケース５０を介して放熱を行っていた従来技術において、表面温度に関する要望を満たすためには、モータ１４への通電量を大幅に制限してステータ４０の温度上昇を抑える必要があった。しかし、モータ１４への通電量を制限した場合には、十分な出力が得られない恐れがあった。かかる問題は、比較的、小さい通電量でも大きな出力が得られる大型モータを用いれば解決できるが、大型モータを用いた場合には、キャンドモータポンプ１０全体の大型化、重量化、コスト増加などの新たな問題が生じる。

そこで、本実施形態では、こうした問題を解決するために、ステータコア４２の内部からモータケース５０の外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造を設けた。熱抵抗構造としては、種々の構造が考えられるが、本実施形態では、ステータコア４２の外表面と、モータケース５０の内表面との間に空間６０（以下「熱抵抗空間６０」という）を設けている。より具体的には、本実施形態では、ステータコア４２の外表面に凹部６２を形成した。この凹部６２は、図２に示すように、ステータコア４２の外表面において、周方向に延びる複数の溝６４で構成される。かかる溝６４を設けることにより、ステータコア４２の外表面とモータケース５０の内表面との間に空気層（熱抵抗空間６０）が形成される。

この空気層は、ステータコア４２からモータケース５０への熱伝達を減少させる熱抵抗として機能する。そのため、本実施形態によれば、ステータコア４２からモータケース５０に伝達される熱量を大幅に低減でき、ひいては、モータケース５０外表面の温度の上昇を大幅に制限できる。そして、これにより、コイルエンド部４６が許容温度に到達するまでモータ１４出力を高めた（通電量を増加させた）としても、モータケース５０外表面の温度は比較的、低い温度のまま保つことができる。つまり、本実施形態によれば、モータ１４の出力を低下させることなく、表面温度を低く保てる。また、所望の出力を得るために、大型のモータ１４を使用する必要がないため、キャンドモータポンプ１０全体の大型化・重量化を避けることができ、コストも低く抑えることができる。

なお、本実施形態では、ステータコア４２の外表面のうち、５０％以上が、この凹部６２（溝６４）になるようにしている。これは、ステータコア４２・モータケース５０間の熱抵抗を、ステータコア４２・モータケース５０が互いに全面密着していた従来構造の二倍程度にすることを想定しているためである。

ただし、凹部６２の面積は、モータ１４の駆動に伴いコイルエンド部４６がステータコイル４４の許容温度に到達したときのモータケース５０の外表面温度が、製品仕様で定められた規定温度以下になるように設定されるのであれば、特に限定されない。

ここで、ステータコア４２の外表面のうちモータケース５０の内表面に接触する面積と、モータケース５０の外表面温度との関係について、図３を参照して説明する。図３は、キャンドモータポンプ１０を模式的に表した熱抵抗回路である。図３に示すように、キャンドモータポンプ１０は、ステータコア４２の内部が、熱抵抗Ｒ１を介してコイルエンド部４６に、熱抵抗Ｒ２を介してモータケース５０の外表面に、熱抵抗Ｒ３を介してキャン３０内の液体に、それぞれ接続されている熱抵抗回路をみなすことができる。

モータ１４の性能を十分に生かすためには、モータ１４の出力を、ステータコイル４４が許容温度に到達しない範囲で、高くすることが望まれる。したがって、モータ１４の性能を十分に生かし、かつ、表面温度を製品仕様で規定された規定温度以下に保つためには、コイルエンド部４６の温度Ｔａが、ステータコイル４４の許容温度に到達したときに、モータケース５０の外表面の温度Ｔｃを、規定温度以下に保つ必要がある。

ここで、コイルエンド部４６の温度Ｔａがコイル許容温度に到達したときのコア内部の温度Ｔｂは、モータ１４およびキャン３０等の構成によりほぼ決まり、凹部６２の面積に応じて変化することは殆どない。

一方、コア内部−ケース外表面間の熱抵抗Ｒ２、ひいては、ケース外表面の温度Ｔｃは、凹部６２の面積によって大きく変化する。具体的には、凹部６２の面積が大きいほど熱抵抗Ｒ２は大きくなり、ケース外表面の温度Ｔｃは低くなる。そこで、本実施形態では、ケース外表面の温度Ｔｃが、製品仕様で定められた温度以下となるべく、凹部６２の面積を調整している。

この凹部６２の面積（換言すればステータコア４２とモータケース５０との接触面積）と、外表面温度との関係について、より詳細に説明すると次のようになる。

熱伝導はフーリエの法則に従い定常状態に於いて、単位時間に単位面積を通過する熱量ｑは温度勾配に比例する。したがって、λを熱伝導度、Ａを断面積、（ｄｔ／ｄｘ）を温度勾配とすると、熱量ｑは、ｑ=−λＡ（ｄｔ／ｄｘ）と表すことができる。

ここで、ステータコア４２を、内半径ｒ１、外半径ｒ２、長さＬの円管と仮定し、その内面および外面の温度をそれぞれｔ１，ｔ２とする。この場合において、円管壁内の半径ｒの位置にある、厚さｄｒの薄い同心円管を考えると、この部分での定常伝熱速度ｑは、次の式１のようになる。
ｑ＝−λ（２πｒＬ）（ｄｔ/ｄｒ）
ｑ（ｄｒ/ｒ）＝−λ（２πＬ）ｄｔ（式１）
これを円管内面から外面まで積分し整理すると、次の式２が得られる。
ｑ＝λ（２πＬ）（ｔ１−ｔ２）／ｌｎ（ｒ２/ｒ１）
＝λ（２πＬ）Δｔ／ｌｎ（ｒ２/ｒ１）（式２）

ここで、円管の内表面積Ａ１、外表面積Ａ２、円管壁の厚さｘとすれば、Ａ１＝２πｒ１Ｌ、Ａ２＝２πｒ２Ｌ、ｘ＝ｒ２−ｒ１であるから、
ｑ＝λ（Ａ２−Ａ１）/ｌｎ（Ａ２/Ａ１）＊Δｔ/ｘ（式３）
となる。Ａａｖ＝（Ａ２−Ａ１）/ｌｎ（Ａ２/Ａ１）とおけば、式３は、次の式４のように書くことができる。
ｑ＝（λ・Ａａｖ・Δｔ）/ｘ（式４）
ここで、熱抵抗Ｒは、単位時間当たりの発熱量あたりの温度上昇量であるから、式５が得られる。
Ｒ＝Δｔ／ｑ＝ｘ／（λ・Ａａｖ）（式５）
つまり、Δｔ＝（ｑ・Ｒ）＝（ｑ・ｘ）／（λ・Ａａｖ）であり、温度差Δｔは、Ａａｖに反比例、熱抵抗Ｒに比例することが分かる。

一例として、既存の７．５ｋＷのモータ１４のステータコア４２を考える。既存のステータコア４２は、外径が２００ｍｍ（直径）、内径（スロットの外側径）が１２０ｍｍ（直径）、コア長さ２５０ｍｍである。かかるステータコア４２の場合、外表面積Ａ２＝０．１５７１ｍ２、内表面積Ａ１＝０．０９４２ｍ２、円環壁厚さｘ＝０．０４ｍ、Ａａｖ＝０．１２３０ｍ２となる。そして、かかるステータコア４２を有するモータ１４を規定の出力で駆動した場合、内面と表面との温度差ΔｔはΔｔ＝５０℃であった。

ここで、本実施形態に示すように、ステータコア４２の表面に凹部６２を設け、モータケース５０との接触面積を既存のステータコア４２の５０％とした場合を考える。この場合において、外表面積Ａ２´は５０％減となるので、Ａ２′≒０．５＊０．１５７１＝０．０７８６ｍ２となり、Ａａｖ′＝０．０８６２ｍ２となる。したがって、この場合の温度差Δｔ´は、Δｔ´＝Ａａｖ′／Ａａｖ＊Δｔ＝０．７＊Δｔ＝０．７＊５０℃＝３５℃となる。

ステータコア４２の内表面の温度Ｔｂが６０℃と観測された時、既存のステータコア４２ではモータケース５０の表面温度Ｔｃは、Ｔｃ＝Ｔｂ＋Δｔ＝６０℃＋５０℃＝１１０℃であり、温度等級は「Ｔ４」になる。一方、本実施形態では、Ｔｃ＝Ｔｂ＋Δｔ´＝６０℃＋３５℃＝９５℃となり、温度等級を一段階低い「Ｔ５」にすることができる。

つまり、ステータコア４２の表面に凹部６２を設けることにより、モータケース５０の表面温度を低減できることがわかる。なお、ステータコア４２に生じた熱が、モータケース５０の一部に集中して伝達されることを防止するために、凹部６２は、ステータコア４２の外表面全体に分散して形成されることが望ましい。ただし、ステータコア４２の内部の温度は、軸方向中央に近づくにつれ、高くなることが知られている。そのため、モータケース５０の外表面温度を、より均等にするためには、ステータコア４２の軸方向中央に近づくにつれ熱抵抗が高くなるように凹部６２の配置を決定することが望ましい。すなわち、ステータコア４２の軸方向中央に近づくにつれ、凹部６２の分布密度を高くすることが望ましい。例えば、図４に示すように、このステータコア４２の軸方向中央に近づくにつれ、一つの溝６４（凹部６２）の幅を広げたり、あるいは、単位面積当たりの溝６４の本数を増やしたりすることが望ましい。

また、本実施形態では、凹部６２として、周方向に延びる溝６４を形成したが、ステータコア４２の外表面に形成された凹部６２であるなら、他の形状であってもよい。例えば、図５に示すように、ステータコア４２の外表面において軸方向に延びる複数の溝６４を、周方向に均等に形成してもよい。なお、図５では、各溝６４の幅を軸方向一定としているが、各溝６４の幅は、軸方向中央に近づくにつれ幅広になるように変化してもよい。

また、ステータコア４２の外表面とモータケース５０の内表面との間に空間を形成できるのであれば、溝６４に限らず、他の形態の凹部６２でもよい。例えば、ステータコア４２の表面において、複数の略矩形の凹が、周方向および軸方向に間隔を開けて市松状に並ぶようにしてもよい。

また、本実施形態では、ステータコア４２の外表面に凹部６２を形成したが、ステータコア４２の外表面とモータケース５０の内表面の間に熱抵抗空間６０を形成できるのであれば、他の構成であってもよい。例えば、ステータコア４２とモータケース５０との間に、両者に部分的に接触する中間部材を介在させて、熱抵抗空間６０を形成してもよい。図６は、ステータコア４２とモータケース５０の間に中間部材６６を介在させた場合の概略横断面図である。また、図７は、図６で用いられる中間部材６６の斜視図である。この中間部材６６としては、いわゆる「トレランスリング」を用いることができる。トレランスリングは、同心状に配された二つの管体の相対位置関係を保持するために、当該二つの管体の間に配される部材で、例えば、特開２０１２−５２６３８号公報等に開示されている。かかるトレランスリング（中間部材６６）は、例えば、図７に示すように、プレス成型などにより、一枚の金属板を断面略Ｃ字状に成形した部材である。このトレランスリングの軸方向端部近傍には、外側に向かって突出する複数の凸部６６ａが形成されている。この凸部６６ａは、外側に配された管体の内径に応じて弾性変形するバネとして機能する。

かかるトレランスリングをステータコア４２とモータケース５０の間に配すると、図６に示すように、凸部６６ａのバネ力により、ステータコア４２が、モータケース５０との間に一定の間隔を開けた状態で保持される。そして、これにより、ステータコア４２とモータケース５０の間に空間（熱抵抗空間６０）が形成され、両者間の熱抵抗が高くなる。その結果、上述した実施形態と同様に、ステータコア４２からモータケース５０に伝達される熱量を大幅に低減でき、ひいては、モータケース５０外表面の温度の上昇を大幅に制限できる。

なお、ここで説明した中間部材６６の構成は一例であり、中間部材６６は、モータケース５０およびステータコア４２に部分的に接触するものであれば、当然ながら、他の構成でもよい。例えば、ステータコア４２の外周囲に固着されるリング状部材や、ステータコア４２の外表面からモータケース５０の内表面に向かって立脚する複数の柱部材などであってもよい。

また、さらに別の形態として、ステータコア４２とモータケース５０との間に、中空の円筒部材を配置して、熱抵抗空間６０を形成してもよい。この場合、円筒部材の内径は、ステータコア４２の外径とほぼ同じであり、外径は、モータケース５０の内径とほぼ同じである。また、この場合、円筒部材は、その内部が真空に保たれた真空チャンバであることが望ましい。また、さらに別の形態として、円筒部材を配置するのではなく、モータケース５０そのものを、ステータコア４２に接触する内管と、外部に露出する外管とを有した二重管構造としてもよい。この場合、内管と外管との間の空間を真空にし、モータケース５０を、いわゆる魔法瓶のような構造にすることが望ましい。

また、上述したいずれの形態においても、コイルエンド部４６に、当該コイルエンド部４６の温度を測定する温度センサ、または、許容温度を超えた場合に信号を出力する温度スイッチを設けておくことが望ましい。かかる温度センサまたは温度スイッチを設けることで、コイルエンド部４６の過熱を防止でき、絶縁の安全を確保できる。また、本実施形態によれば、コイルエンド部４６が、許容温度に到達した時点でも、モータケース５０の表面温度が規定温度以下になるように設定されている。したがって、コイルエンド部４６に、温度スイッチまたは温度センサを設けることで、モータケース５０の表面温度を規定温度以下に保たれる。つまり、本実施形態によれば、コイルエンド部４６に、温度スイッチまたは温度センサを設けておけば、絶縁の安全と防爆（温度等級）の安全を確保できる。

次に、第二実施形態について説明する。図８は、第二実施形態で用いられるステータコア４２の正面図である。図８に示すように、第二実施形態では、ステータコア４２の外周縁近傍に、周方向に並ぶ、複数の抵抗用穴７０を形成している。かかる抵抗用穴７０を形成することにより、ステータコア４２の内部とモータケース５０の内表面との間に熱抵抗として機能する空気層が形成される。換言すれば、本実施形態では、この抵抗用穴７０が熱抵抗構造として機能する。

この抵抗用穴７０は、図８に示すように、周方向に均等に配置されており、各抵抗用穴７０は、軸方向において貫通している。本実施形態において、抵抗用穴７０の面積は、当該抵抗用穴７０が形成されている半径位置における面積の５０％以上であることが望ましい。すなわち、抵抗用穴７０が形成される半径位置における円周をＡとした場合、複数の抵抗用穴７０の周方向距離の積算値は、Ａ／２以上とすることが望ましい。

ただし、抵抗用穴７０の大きさは、第一実施形態と同様に、コイルエンド部４６がステータコイル４４の許容温度に到達したときのモータケース５０の外表面温度が、製品仕様で定められた規定温度以下になるように設定されるのであれば、特に限定されない。

いずれにしても、ステータコア４２の内部に、穴を形成し、空気層を形成することで、当該空気層が熱抵抗として作用し、モータケース５０に伝達される熱量が大幅に低減される。そして、結果として、モータ１４の出力を低下させることなく、表面温度を低く保つことができる。なお、本実施形態においても、コイルエンド部４６に温度スイッチまたは温度センサを設けることが望ましい。この場合、抵抗用穴７０を、温度スイッチまたは温度センサのリード線の引き回しに利用してもよい。

なお、図８では、抵抗用穴７０を、軸方向視において、径方向に長尺な形状とし、外周縁近傍に配置しているが、その形状や位置は適宜、変更されてもよい。例えば、抵抗穴は、図９に示すように、軸方向視、略円形であってもよい。

また、図１０に示すように、抵抗用穴７０を、内径側に近い位置、具体的には、外周縁とスロットの背との中間位置、換言すれば、ステータコア４２のコアバック部の径方向中間位置に配置してもよい。このように抵抗用穴７０を、コアバック部（ヨーク部）の径方向略中間位置に配置することで、磁束の流れが抵抗用穴７０によって阻害されることが低減され、磁束の流れを円滑に保つことができる。すなわち、モータ１４を駆動した際、磁束は、ステータコア４２のコアバック部を周方向に進む。この周方向に進む磁束の流れを妨げないように、抵抗用穴７０は、コアバック部の径方向略中央に設けることが望ましい。

また、磁束の流れを阻害しないためには、各抵抗用穴７０は、磁束の流れに平行な方向に長尺な形状であることが望ましい。したがって、各抵抗用穴７０は、図１１に示すように、周方向に長尺な略長方形や楕円などであることが望ましい。また、磁束の流れを阻害しないためには、図１１に示すように、複数の抵抗用穴７０を、その径方向位置が交互にずれる千鳥状に配置することが、より望ましい。

また、抵抗用穴７０の形状は、一定である必要ななく、軸方向位置に応じて変化してもよい。例えば、上述した通り、ステータコア４２の内部温度は、軸方向中央に近いほど高温となる。そのため、モータケース５０の表面温度を均等に保つためには、軸方向中央に近づくほど、熱抵抗を大きくすることが望ましい。そこで、抵抗用穴７０の面積を、軸方向中央に近づくほど大きくしてもよい。また、これまでの説明では、抵抗用穴７０を、軸方向に貫通した貫通孔としているが、貫通孔でなくてもよい。例えば、軸方向中央部分にのみ、抵抗穴を形成してもよい。

次に、第三実施形態について説明する。図１２は、第三実施形態のキャンドモータポンプ１０の構成を示す断面図である。この第三実施形態は、第一実施形態と比べると、熱抵抗構造の構成のみが相違している。具体的には、第三実施形態では、ステータコア４２の内部からモータケース５０の外部への熱伝達を妨げる熱抵抗構造として、低伝熱部材８０を設けている。低伝熱部材８０は、伝熱性の低い材料、例えば、セラミックやグラスファイバなどからなる部材で、ステータコア４２の外表面とモータケース５０の内表面との間に配置される。かかる低伝熱部材８０が、ステータコア４２とモータケース５０の間に介在することで、ステータコア４２の内部からモータケース５０の外表面に伝達される熱が大幅に低減され、ケース外表面の温度が大幅に低減される。そして、結果として、コイルエンド部４６が許容温度に達するまで通電しても、モータケース５０の表面温度を低く保つことができるため、モータ１４の出力を低下させることなく、表面温度を低く保てる。

なお、この低伝熱部材８０は、ステータコア４２とモータケース５０との間に介在するのであれば、その形状等は特に限定されないが、熱抵抗をより向上させるためには、ステータコア４２およびモータケース５０のうち少なくとも一方との接触面積が小さくなる形状とすることが望ましい。例えば、図１３ａに示すように、低伝熱部材８０は、モータケース５０との接触面積を低減するために、その外表面に凹凸が形成されてもよい。あるいは、逆に、ステータコア４２との接触面積を低減するために、その内表面に凹凸が形成されてもよい。また、図１３ｂに示すように、モータケース５０およびステータコア４２との接触面積を低減するために、その外表面および内表面の両方に凹凸が形成されてもよい。

いずれにしても、低伝熱部材８０が介在することで、ステータコア４２からモータケース５０に伝達される熱量を大幅に低減でき、ひいては、モータケース５０外表面の温度の上昇を大幅に制限できる。そして、これにより、コイルエンド部４６が許容温度に到達するまでモータ出力を高めた（通電量を増加させた）としても、モータケース５０の外表面の温度は比較的、低い温度のまま保つことができる。つまり、本実施形態によれば、モータ１４の出力を低下させることなく、表面温度を低く保てる。

なお、本願明細書で説明した熱抵抗構造は、いずれも、一例であり、ステータコイル４４の許容温度に応じた出力でモータ１４を駆動した際のモータケース５０の外表面温度を規定の温度以下に保つべく、ステータコア４２コアの内部からモータケース５０の外表面への熱の伝達を減少できるのであれば、他の構成であってもよい。また、これまで説明した熱抵抗構造は、適宜、組み合わされてもよい。例えば、ステータコア４２の外表面に凹部６２を設けるとともに、ステータ４０の内部に抵抗用穴７０を設けたり、ステータコア４２とモータケース５０との間に中間部材６６や低伝熱部材８０を設けたりしてもよい。

また、これまでの説明したような、ステータコア４２とモータケース５０の間の熱抵抗を高めることで、モータケース５０の表面温度を低下させる構成に加えて、ステータコア４２内部の温度を低下させる構成を追加してもよい。具体的には、図１４に示すように、コイルエンド部４６とキャン３０の間に、伝熱部材８２を充填させてもよい。かかる構成とすることで、コイルエンド部４６の熱が効率的に、当該伝熱部材８２を介して、キャン３０、ひいては、キャン３０内の液体に伝達される。その結果、コイルエンド部４６の温度上昇が抑えられ、ひいては、ステータコア４２の内部の温度上昇も抑えられる。そのため、ステータコア４２とモータケース５０の間の熱抵抗の値が同じであっても、モータケース５０の表面温度を低くすることができる。

なお、コイルエンド部４６とキャン３０の間に充填される伝熱部材８２としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などの耐熱性に優れた樹脂に、伝熱性材料からなる粉体を混入させた部材を用いることができる。

１０キャンドモータポンプ、１２ポンプ、１４モータ、１６インペラ、１８ケーシング、２０吸込口、２２吐出口、２４ロータ、２６ベアリング、２８回転軸、３０キャン、４０ステータ、４２ステータコア、４４ステータコイル、４６コイルエンド部、５０モータケース、６０熱抵抗空間、６２凹部、６４溝、６６中間部材、７０抵抗用穴、８０低伝熱部材、８２伝熱部材。

Claims

ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、
前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、
前記ステータを保持するモータケースと、
前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、
を備え、
前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に形成される空間である熱抵抗空間を含み、
前記ステータコアの表面には、前記熱抵抗空間を構成する凹部が形成されている、
ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
請求項１に記載のキャンドモータポンプであって、
前記凹部の分布密度は、前記ステータコアの軸方向中心に近づくほど高い、ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、
前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、
前記ステータを保持するモータケースと、
前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、
を備え、
前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に形成される空間である熱抵抗空間を含み、
前記熱抵抗空間は、前記ステータコアの外表面と前記モータケースの内表面との間に部分的に配置された中間部材により、前記ステータコアと前記モータケースとの間に形成される間隙空間を含む、
ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、
前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、
前記ステータを保持するモータケースと、
前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、
を備え、
前記熱抵抗構造は、ステータコアに形成され、周方向に均等に配置され、それぞれが軸方向に延びる複数の穴を含む、
ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
請求項４に記載のキャンドモータポンプであって、
前記複数の穴の横断面形状は、前記ステータコアに流れる磁束の経路に平行な方向に長尺な形状である、ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
請求項４から５のいずれか１項に記載のキャンドモータポンプであって、
前記複数の穴は、径方向位置が交互にずれた千鳥状に配置される、ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
ポンプを駆動するモータのロータが、当該ポンプの取り扱い流体が満たされているキャン内に収容されたキャンドモータポンプであって、
前記キャンの外周囲に配置され、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、
前記ステータを保持するモータケースと、
前記ステータコイルの許容温度に応じた出力で前記モータを駆動した際の前記モータケースの外表面温度を規定の温度以下に保つべく、前記ステータコアの内部から前記モータケースの外表面への熱の伝達を減少させる熱抵抗構造と、
を備え、
前記熱抵抗構造は、ステータコア表面とモータケース内表面との間に介在し、伝熱性の小さい材料からなる低伝熱部材を含む、
ことを特徴とするキャンドモータポンプ