JP6739009B2 - 水汲み上げ及び排出ポンプ用の電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング部およびハウジング部外部に冷却構造を有する電動機に関するものである。

例えば、ハウジング部でステータおよび巻線部分を覆われる構造の電動機は、巻線からの発熱で電動機内外部の温度が上昇するため、電動機の冷却能力や排熱能力を向上させる必要がある。

そのために、従来では積層電磁鋼板からなるロータに複数の貫通孔を有し、貫通孔の近傍に複数の羽根片を有することにより、電動機内の空気を循環させることができ、簡易な構成で安価、かつ冷却性能を向上させている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その電動機について図６、７を参照しながら説明する。

図６は従来の電動機の側断面図であり、図７はそのロータ部分の縦断面図になる。電動機１００は軸受け１０１を介して回転自在に保持された積層電気鋼板からなるロータ１０２と、軸受け１０１を保持するブラケットと、ブラケットにより挟み込まれたステータ（固定子）を有する電動機であって、ロータ１０２に複数の貫通孔１０５を有し、貫通孔１０５の近傍であって片側もしくは、両側に複数の羽根片Ａ１０６を有する電動機である。電動機のロータ１０２に存在する貫通孔１０５を通じて電動機内部の空気を循環させることができ、電動機の冷却性能を向上させることができるとしている。

特開２００６−４２５４３号公報

このような従来の電動機においては、電動機の冷却性能を向上させるために、ロータに複数の風路用の貫通孔を設けることにより、ロータに流れる磁束経路の阻害による磁気特性が悪化するという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題を改善するものであり、ロータの磁気特性を悪化させずに、ハウジング天面側と底面側の空気および熱の移動を促進し、電動機内部の冷却性能を向上させた電動機を提供することを目的する。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る電動機は、回転軸を軸中心として回転する円筒形状のロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータと、天面及び底面を備えた筒形状を有し前記天面側及び前記底面側にて前記ロータを回転可能に軸支するとともに内側面に前記ステータが固定されたハウジングと、前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記天面側端部よりもさらに前記天面側に設けられた天面側空間と、前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記底面側端部よりもさらに前記底面側に設けられた底面側空間と、前記底面側空間のみに前記ハウジングの外部空間と接続する通風孔と、前記天面側空間と前記底面側空間とを通風可能に前記ハウジングの外部で接続する冷却用風路と、前記ハウジングの外側面に外部カバーと、を備え、前記ハウジングは、当該ハウジングの内側面に前記ステータが接触する接触面と前記ステータが接触しない非接触面とを備え、前記外部カバーは、当該外部カバーの内部空間が前記外部空間と遮断され、前記天面側空間と前記底面側空間とを当該外部カバーの内部空間を介して接続することで前記冷却用風路として機能し、前記外部カバーの内部空間に前記ロータの回転を制御するための電装部品を配置し、前記冷却用風路は、前記ハウジングの設置状態において上部に位置し、前記非接触面は、前記ハウジングの設置状態において前記ハウジングの上部と下部とに位置すると共に前記底面側空間と前記天面側空間とを通風可能に接続する、水汲み上げ及び排出ポンプ用の電動機であり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、ロータに風路用の貫通孔を設けることなく電動機内部の空気を循環させることができ、ロータの磁気特性を悪化させずに電動機の冷却性能を向上できる。

本発明の実施の形態１に係るポンプの斜視図 実施の形態１に係る電動機の側面からの断面簡略図 実施の形態１に係る電動機の正面からの断面簡略図 実施の形態２に係る電動機の側面からの断面簡略図 実施の形態３に係る電動機の正面からの断面簡略図 従来の電動機を示す側断面図 従来の電動機に係るロータの端断面図

以下、本発明の実態の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

（実施の形態１）
以下、図１〜図３を参照しながら本実施の形態に係る電動機１の内部構成について説明する。なお、図１は、本発明の実施の形態１に係るポンプの斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る、ポンプに備わった電動機の側面からの断面簡略図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る、ポンプに備わった電動機の正面からの断面簡略図である。

ポンプ６０は、電動機１に通じる水路を形成するためのケーシング６２とケーシングカバー６１とを備えており、例えば、浅井戸用の水を汲み上げるときになどに利用される。電動機１が駆動することにより、水路を介して水の汲み上げ及び排出が行われる。

電動機１は、内転型のＡＣモータであり、例えば、ポンプの駆動源として利用される。電動機１は、回転軸を軸中心として回転するロータ２と、シャフト１２と、ステータ３とを備え、電動機１の外郭はハウジング４で覆われている。

ロータ２は、ロータコアにアルミ合金を流し込み、固化させたものである。ロータ２は、円筒形状を有し、円筒形状における天面及び底面を貫通するシャフト１２に固定されている。

シャフト１２は、円筒棒状をしており、ロータ２の天面側が軸受け１３に、底面側が軸受け１４に挿入されている。

軸受け１３及び軸受け１４は、円筒形のリングである内輪と、円筒形のリングであって内輪より径の大きい外輪と、内輪と外輪との間でそれぞれを独立して回転可能に保持する複数の転動体とを備えている。軸受け１３は外輪をハウジング４の天面、軸受け１４は外輪をハウジング４の底面にそれぞれ固定されている。また軸受け１３及び軸受け１４の内輪はシャフト１２にそれぞれ固定されている。

ステータ３は、ロータ２の外周側に配置される。ステータ３は、円筒形状を有し、固定子鉄心３０と絶縁部材３１と巻線３２を備えている。

固定子鉄心３０は、ドーナツ形状の鉄板を積層して構成され、中心に円筒形空間であり、断面視にして円形空間である内孔５２を有する。ドーナツ形状の鉄板の外周、すなわち固定子鉄心３０の外径部分は、シャフト１２に垂直な平面での断面視において、直線部３３と円弧部３４とを備えている。

直線部３３は、直線形状を有し、すなわち対向する２つの直線を有する。固定子鉄心３０を柱状とした場合、直線部３３は、柱状において側平面を形成する。

円弧部３４は、円弧形状を有し、すなわち対向する２つの円弧を有する。固定子鉄心３０を柱状とした場合、円弧部３４は、柱状において側局面を形成する。

直線部３３は、当該直線部３３の両端に、２つの円弧部３４の一端同士を接続する。

内孔５２は、当該内孔内部にロータ２を備える。つまりロータ２に接続されたシャフト１２が回転軸となり、ロータ２が回転する。また固定子鉄心３０の天面から底面にかけて貫通するスロット、すなわち巻線を巻装するための空間を複数有している。

また固定子鉄心３０の円弧部３４とハウジング４の内部は接触面２１にて接触している。

絶縁部材３１は、絶縁素材により成形された絶縁物であり、固定子鉄心３０のスロットに軸方向、すなわち円筒形状における天面側及び底面側からそれぞれ対向させて挿入されている。

巻線３２は、絶縁被膜された銅線もしくはアルミ線であり、絶縁部材３１を介して固定子鉄心３０に巻装される。つまり巻線３２は、固定子鉄心３０のスロットに挿入された絶縁部材３１によって、固定子鉄心３０と非接触状態となる。

ハウジング４は、天面及び底面を備えた筒形状を有し、天面及び底面の中心に貫通孔である中心孔を有する。ハウジング４は、中心孔に軸受け１３、軸受け１４の外輪が固定され、ロータ２を回転可能に軸支するとともに内側面にステータ３の外周が固定されている。ハウジング４は、内部空間における、固定子鉄心３０の天面側端部よりも更に天面側（図２における左側）に天面側空間６と、固定子鉄心３０の底面側端部より更に底面側（図２における右側）に底面側空間７を備える。ハウジング４は底面側空間７と電動機１の外部空間５０とを接続する通風孔１１を備える。ハウジング４は、内側面に端部開口としての貫通孔８と貫通孔９とが形成されており、開口位置は、電動機１を設置した際の鉛直上方に位置している。

貫通孔８は、一端が天面側空間６と連通している。

貫通孔９は、一端が底面側空間７と連通している。

ハウジング４のさらに外周には、貫通孔８と貫通孔９を通じて、天面側空間６と底面側空間７とを、ハウジング４の外部で接続する冷却用風路１０を備える。冷却用風路１０は、例えば弾性を有する中空状のチューブや、プラスチック製の角筒による形成される。

冷却用風路１０は、リード線取り出し口２０を備えており、リード線１６は、例えば底面側空間７から貫通孔９、リード線取り出し口２０を介して外部空間５０に取り出されている。リード線取り出し口２０には、リード線１６が有る無しに関わらず、内部空間５１と外部空間５０を遮断できるようにする、弾性部材としてのゴムパッキン２３を備えている。

次に、図３を参照しながら固定子鉄心３０とハウジング４の位置関係について説明する。
ハウジング４は、内側面にハウジング４と円弧部３４が接触する接触面２１と、直線部３３と非接触となる非接触面２２とを有する。

この状態で、天面側空間６及び、底面側空間７を構成するハウジング４の内側であって、接触面２１に隣接する内側面（図２の固定子鉄心３０の左右位置）、かつ電動機１の設置状態にて鉛直上方に貫通孔８と貫通孔９を備えている。

以上が実施の形態１に係る、電動機１の構成である。

上記構成では、巻線３２からの発熱により、天面側空間６の温まった空気が鉛直上方に移動する。鉛直上方に移動した温まった空気は、通常ではその場でとどまるが、本実施の形態では、冷却用風路１０を通じて、底面側空間７へ移動することが可能となる。底面側空間７に移動した温まった空気は、通風孔１１を通じて外部空間５０へ排出されることで、電動機１が冷却される。つまり、電動機１の冷却性能を向上するという効果を奏する。

＜変形例１＞
図４は、変形例１を示す図であり、変形例１に係る、ポンプに備わった電動機１ｂの側面からの断面図である。

実施の形態１と同様な構成の電動機１ｂは、ハウジング４の外側面に位置する冷却用風路１０の代わりに、ハウジング４に対して着脱可能な外部カバー１９を備えている。

外部カバー１９は、ハウジング４の外周側面を冷却用風路１０の壁面として利用し、ハウジング４側面に着脱可能に設けられる。外部カバー１９は、外部カバー１９の内部空間５１が外部空間５０と遮断され、天面側空間６と底面側空間７とを貫通孔８と貫通孔９を介して接続することで、冷却用風路１０と同じ機能を有する。また外部カバー１９の内部空間５１であって、例えばハウジング４の外周側面にロータ２の回転を制御するための電装部品である、例えばコンデンサー１５などを配置可能としている。またコンデンサー１５はリード線１６とも接続された状態である。

以上が変形例１に係る、電動機１ｂの構成である。

上記構成により、実施の形態１の効果に加え、ハウジング４の外周に直接、電装部品を取りけることが可能となり、電動機の組み立て作業性を向上するという効果を奏する。

なお、通風孔１１をハウジング４に設けるのではなく外部カバー１９に設けてもよいし、通風孔１１をハウジング４と外部カバー１９とに設けてもよい。

またさらに、ゴムパッキン２３を取り除くことにより通気性を確保したリード線取り出し口２０より、巻線３２からの発熱により温まった空気を排出する構造を取ってもよい。この場合には、通風孔１１とリード線取り出し口２０の双方からの放熱が期待できる。

なお上記により、外部カバー１９に格納される電装部品（例えばコンデンサー１５）には湿度対策が必要になるため、例えばポリエステル製の袋などで電装部品を覆うことを行うことが好ましい。

＜変形例２＞
図５は、変形例２を示す図であり、変形例２に係る、ポンプに備わった電動機の正面からの断面図である。

変形例２に係る電動機１ｃは、天面側空間６及び、底面側空間７を構成するハウジング４の内側であって、接触面２１に隣接しない内側面、言い換えると非接触面２２に隣接する内側面に貫通孔８と貫通孔９を備えている。

他の構成に関しては実施の形態１と同様である。

以上が、変形例２に係る、電動機１ｃの構成である。

上記構成においても、実施の形態１の効果に加え、非接触面２２が、貫通孔８と貫通孔９と同じ、設置状態の鉛直上方に位置しているため、電動機内部において、鉛直上方と下方で温度差が高い場合では、実施の形態１の効果をより高め、冷却性能を更に向上させるという効果を奏する。

（変形例）
なお、ハウジング４に対して、ステータ３を圧入するために、ハウジング４を複数の部材を勘合できる形で分割してもよい。ただしハウジング４を分割する位置や分割する個数に関しては問わない。

（実施の形態の概要）
本発明に係る電動機は、
回転軸を軸中心として回転する円筒形状のロータと、
前記ロータの外周側に配置されたステータと、
天面及び底面を備えた筒形状を有し前記天面側及び前記底面側にて前記ロータを回転可能に軸支するとともに内側面に前記ステータが固定されたハウジングと、
前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記天面側端部よりもさらに前記天面側に設けられた天面側空間と、
前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記底面側端部よりもさらに前記底面側に設けられた底面側空間と、
前記ハウジングの外部空間と前記底面側空間とを接続する通風孔と、
前記天面側空間と前記底面側空間とを通風可能に前記ハウジングの外部で接続する冷却用風路とを備える。

これにより、ステータに備わった巻線からの発熱により、前記天面側空間の温まった空気が、上記冷却用風路を通じて、前記底面側空間へ移動し、通風孔を通じて外部へ排出され、電動機内部の冷却性能を向上するという効果を奏する。

また、前記ハウジングの外側面に外部カバーを備え、
前記外部カバーは、
当該外部カバーの内部空間が前記外部空間と遮断され、
前記天面側空間と前記底面側空間とを当該外部カバーの内部空間を介して接続することで前記冷却用風路として機能する構成としてもよい。

また前記外部カバーの内部空間に前記ロータの回転を制御するための電装部品を配置してもよい。

また前記ハウジングは、
当該ハウジングの内側面に前記ステータが接触する接触面と前記ステータが接触しない非接触面とを備え、
前記天面側空間及び前記底面側空間を構成する前記ハウジングの内側面であって前記接触面に隣接する内側面に前記冷却用風路の端部開口が設けてもよい。

これにより、端子開口から前記冷却用風路を通じて、前記天面側空間から前記底面側空間への空気の移動経路の他に、当該ハウジングと前記ステータとの非接触面とで、冷却用風路その２が形成され、冷却用風路その２を通じて、更に前記天面側空間と前記底面側空間の空気の移動が加速し、電動機内部の冷却性能を向上するという効果を奏する。

また前記冷却用風路は、
端部開口を前記ハウジングの内側面に備えた構成としてもよい。

また前記冷却用風路は、
前記ハウジングの設置状態において鉛直上部に位置にさせてもよい。

これにより、熱量の高い空気が高所へ移動する現象を利用し、前記冷却用風路への空気の移動を促進させることができるため、電動機内部の冷却性能を向上するという効果を奏する。

本発明に係る電動機は、電動機の冷却性能を向上させ、電動機の温度上昇を抑えることが可能であり、例えば、ポンプ用の駆動用電動機に適用できる。

１、１ｂ、１ｃ 電動機
２ ロータ
３ ステータ
４ ハウジング
６ 天面側空間
７ 底面側空間
８、９ 貫通孔
１０ 冷却用風路
１１ 通風孔
１２ シャフト
１３、１４ 軸受け
１５ コンデンサー
１６ リード線
１９ 外部カバー
２０ リード線取り出し口
２１ 接触面
２２ 非接触面
２３ ゴムパッキン
３０ 固定子鉄心
３１ 絶縁部材
３２ 巻線
３３ 直線部
３４ 円弧部
５０ 外部空間
５１ 内部空間
５２ 内孔
６０ ポンプ
６１ ケーシングカバー
６２ ケーシング
１００ 電動機
１０１ 軸受け
１０２ ロータ
１０５ 貫通孔
１０６ 羽根片Ａ

Claims (3)

1. 回転軸を軸中心として回転する円筒形状のロータと、
   前記ロータの外周側に配置されたステータと、
   天面及び底面を備えた筒形状を有し前記天面側及び前記底面側にて前記ロータを回転可能に軸支するとともに内側面に前記ステータが固定されたハウジングと、
   前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記天面側端部よりもさらに前記天面側に設けられた天面側空間と、
   前記ハウジングの内部空間における前記ステータの前記底面側端部よりもさらに前記底面側に設けられた底面側空間と、
   前記底面側空間のみに前記ハウジングの外部空間と接続する通風孔と、
   前記天面側空間と前記底面側空間とを通風可能に前記ハウジングの外部で接続する冷却用風路と、
   前記ハウジングの外側面に外部カバーと、を備え、
   前記ハウジングは、
   当該ハウジングの内側面に前記ステータが接触する接触面と前記ステータが接触しない非接触面とを備え、
   前記外部カバーは、
   当該外部カバーの内部空間が前記外部空間と遮断され、
   前記天面側空間と前記底面側空間とを当該外部カバーの内部空間を介して接続することで前記冷却用風路として機能し、
   前記外部カバーの内部空間に前記ロータの回転を制御するための電装部品を配置し、
   前記冷却用風路は、
   前記ハウジングの設置状態において上部に位置し、
   前記非接触面は、
   前記ハウジングの設置状態において前記ハウジングの上部と下部とに位置すると共に前記底面側空間と前記天面側空間とを通風可能に接続する、
   水汲み上げ及び排出ポンプ用の電動機。
2. 前記ハウジングは、
   前記天面側空間及び前記底面側空間を構成する前記ハウジングの内側面であって前記接触面に隣接する内側面に前記冷却用風路の端部開口が設けられた請求項１記載の水汲み上げ及び排出ポンプ用の電動機。
3. 前記冷却用風路は、
   端部開口を前記ハウジングの内側面に備えた請求項１または２に記載の水汲み上げ及び排出ポンプ用の電動機。