JPH09303284A - モータ駆動型流体機械及び該流体機械に使用される周波数変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸引する流体に応じて無駄なく効果的な運転
を行い、より小形・軽量で、様々な電源に対応し易く、
排出すべき流体の存在しない場合の消費電力を削減し、
過負荷・拘束に強く、起動不良しにくい（拘束しにく
い）、流体機械を提供する。また流体機械を実現するた
めに必要で且つ好適な周波数変換器を提供する。 【解決手段】 モータ３０によって駆動され、比重の異
なる複数の流体を場合に応じて吸引する流体機械におい
て、流体比重を判別する手段と、モータ３０の回転数と
運転時間と停止時間を要素として構成される駆動モード
を記憶する手段と、流体比重に基づき、駆動モードのい
ずれかを選択して実施する手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータで駆動される
流体機械に係り、特に場合に応じて比重の異なる複数の
流体を吸引する流体機械及び該流体機械に使用される周
波数変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】比重の異なる複数の流体を場合に応じて
吸引する流体機械として、実開平１−２１２９０号、実
開昭２−２８５９２号及び特公平７−５８０７８号が知
られている。

【０００３】この種の流体機械の共通の問題点は、場合
に応じて吸引する流体が変化するため、各々の流体にと
って最適な運転方法を採用できず、結果的に種々の妥協
が必要となることである。即ち、比重の大きな液体を吸
引することに主眼を置くと、羽根車の周速を低く抑える
必要があり、その結果、比重の小さな気体を吸引する能
力に限界が生じる。又、比重の小さな気体を吸引するこ
とに主眼を置くと、羽根車の周速を大きくする必要があ
り、比重の大きな液体を吸引した場合に、はなはだしい
過負荷がモータに加わり、ひいてはモータを焼損に至ら
しめる結果となる。

【０００４】一方、実開平１−２１２９０号及び実開平
２−２８５９２号に記載の流体機械は、単相交流電源に
よって駆動される比較的小出力で可搬式のポンプとして
使用されているが、出力０．４kW相当で、１０kg以上の
重量があり、持ち運びに都合の良いものとは言えなかっ
た。

【０００５】また実開平１−２１２９０号及び実開平２
−２８５９２号に記載のポンプは、いわゆるレンタル業
者が多数在庫して、これを使用者に賃貸しする場合が多
い。この際、レンタル業者は、使用者の電源事情に応じ
て、例えば、下記の表のように多数のポンプを在庫する
必要があり、ポンプの稼働率を低下させる原因となって
いた。 電 圧 ────────────────────────────── 単 相 三 相 ────────────────────────────── １００Ｖ ２００Ｖ ２００Ｖ ４００Ｖ ────────────────────────────── 周波数 ５０Hz ○ ○ ○ ○ ────────────────────────────── 周波数 ６０Hz ○ ○ ○ ○ ────────────────────────────── 勿論、モータとポンプを別々に在庫して置き、必要に応
じて組み立てる手法は可能であるが、作業の手間が掛か
り不便であった。

【０００６】また実開平１−２１２９０号及び実開平２
−２８５９２号に記載のポンプは、使用者が現場に付き
きりではなく、無人の現場で使用される場合が多い。こ
のため、例えば、排出すべき流体（ほとんどの場合、水
であるが）が存在しないにもかかわらず、いつ何どき水
がやってくるかわからないので、電源が投入され続ける
ことがあり、この間無駄な電力を消費してしまう。これ
を解決するために、水位検出装置等を組み合わせて使用
する場合があるが、異物を含んだ取扱液の場合に、誤動
作を生じるものもあった。

【０００７】また実開平１−２１２９０号に記載のポン
プを上述のように放置された形態で運転されると、呼水
の温度が上昇し、自吸不能となってしまうため、呼水温
度検知用のサーモスタットをモータ内に内蔵し、例え
ば、呼水温度が６０℃を越えるとモータを停止させ、４
５℃まで低下すると、再起動するように設定されてい
た。しかし、この方法には、サーモスタットの接点消耗
の恐れがあった。

【０００８】また実開平１−２１２９０号及び実開平２
−２８５９２号に記載のポンプは、エンジン掛け発電機
を電源として使用される場合が多く、夜間等にエンジン
音を抑えるため、エンジンのスロットルを絞ることがあ
る。この際、発電機によっては、発生電圧が降下するも
のがあり、結果的にモータが過負荷・過電流状態となる
事例が多い。又、異物の噛み込み等によって羽根車が拘
束され、過電流状態となる事例もある。過電流によるモ
ータ焼損を防止するため、従来からバイメタルを利用し
た自動復帰型のサーマルプロテクタが使用されてきた
が、ＯＮ−ＯＦＦを頻繁に繰り返すと、バイメタルの接
点が消耗し、最終的にはモータ焼損に至るケースもまま
あった。

【０００９】さらに、単相モータを使用した場合、起動
トルクが小さいために、わずかな異物の噛み込みによっ
て起動不良を生じる場合があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みなされたもので、吸引する流体に応じて無駄なく効
果的な運転を行い、より小形・軽量で、様々な電源に対
応し易く、排出すべき流体の存在しない場合の消費電力
を削減し、過負荷・拘束に強く、起動不良しにくい（拘
束しにくい）、流体機械を提供することを技術的課題と
している。

【００１１】また本発明は上記流体機械を実現するため
に必要で且つ好適な周波数変換器を提供することも技術
的課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ターボ式流体機械におい
ては、トルクは一般に回転数の２乗に正比例し、且つ、
取扱流体の比重の１乗に正比例する。又、略同一性能を
有した流体機械は、回転数を増加させることによって小
形となることが知られている。

【００１３】一方、モータ（三相誘導電動機）の大きさ
は、冷却条件と発生すべきトルクの大きさによって決ま
り、トルクは電流値とほぼ比例関係にあることが知られ
ている。従って、略同一出力のモータは、回転数を増加
させる（誘導電動機の場合、運転周波数を増加させるこ
とになる）ことにより、冷却条件の許容する範囲で小形
化できる。

【００１４】また単相誘導電動機と三相誘導電動機とを
比較すると（同一出力、同一回転数の下で）、後者の方
が小形であることが知られている。これは、単相誘導電
動機特有の始動トルク発生装置（遠心力スイッチ・コン
デンサ・補助巻線等）が三相では不要となるばかりでは
なく、固定子巻線および固定子鉄心も小さくて良いから
である。

【００１５】また当今の周波数変換器は、制御用のコン
ピュータチップを内蔵しており、情報さえ入力すれば、
それに応じた周波数（電圧）の電力をモータ等に供給す
ることが可能となっている。

【００１６】さらに、当今の周波数変換器は、単相を三
相に変換することができる。一方、単相誘導電動機の始
動トルクは、三相誘導電動機のそれよりも小さいことが
知られており、このため、単相モータを使用した流体機
械では、わずかな異物の噛み込み等による起動不良が頻
繁に生じていた。

【００１７】以上の背景の下で、問題を解決するため、
本発明は以下に列挙する手段を用いた。 流体機械を駆動するモータに周波数変換器を内蔵す
る。 流体比重を判別するため、出力する周波数と電流値
を検出する手段を周波数変換器に備える。 モータの回転数（周波数変換器の出力周波数）と運
転時間および停止時間を要素として構成される複数の駆
動モードを、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）を使用す
る等の方法により、周波数変換器に記憶させる。 判別した比重に基づき、記憶した駆動モードのうち
最適なものを選択して実施する機能を周波数変換器にも
たせる。 比重が小さな流体を吸引する場合には、高速回転、
比重の大きな流体を吸引する場合には、低速回転するよ
うにし、いかなる流体を吸引する場合でも、流体機械の
性能を充分に発揮できるようにする。 比重の小さな流体を所定時間吸引した後、低速回転
させたり、所定時間停止させることによって、消費電力
を節減し、省エネルギーに貢献させる。 モータ又は周波数変換器の温度、あるいは、自吸ポ
ンプにおける呼水温度を、無接点の温度検出素子サーミ
スタによって検出し、この検出信号を周波数変換器に送
ることにより、異常温度の際にはモータを停止させ、温
度が正常に戻った際には、自動的に復帰させる。

【００１８】請求項１に記載の発明は、比重の異なる複
数の流体（多くの場合、空気と水）を場合に応じて吸引
する流体機械に、流体比重の違いに応じて最適な駆動モ
ードを選択して実施する機能を付与したものである。駆
動モードとは、例えば、モータの回転数や、運転時間
（モータが継続して回転する時間）、および停止時間か
ら構成される。この結果、例えば、流体比重が小さな空
気を吸引する場合には、回転数を上げて吸引効果を高め
たり、本来的に吸引すべき水（空気より比重が大）が、
いつまで待ってもこない場合には、運転を停止したり、
回転数を下げることで消費電力を低減することができ
る。更に、吸引して排出すべき水がやってきた場合に
は、比較的迅速に（周辺に水が溢れ出さないうちに）排
水を完了することができる。

【００１９】請求項２に記載の発明は、回転数当たりの
消費トルク、換言すれば、発生周波数当たりの電流値を
検出することにより、流体の比重を検出するようにした
ものである。この際、電圧や電力を検出することによ
り、電流を検出したのと同じ効果を得ることもできる
し、又、電流値を含めて同時に検出することで、流体比
重を精度高く検出することも可能である。

【００２０】請求項３に記載の発明は、検出した流体比
重に基づき、吸引する流体に応じて最も効果的な駆動モ
ードを選択して実施する。周波数変換器には、ＣＰＵや
ＲＯＭ等の半導体素子が内蔵されているため、どのよう
な駆動モードを選択・実施するかは、いわゆるソフトウ
ェアの領域に含まれる内容である。たとえれば、当今の
電気炊飯器において、ご飯をおいしく炊きあげるため
に、ある熱量をある時間加えて炊飯を行い、ある時間
は、むらしを行う類の内容である。流体機械は、各々取
扱い流体や、その容量が異なるため、用意すべきソフト
ウェア（プログラム）も千差万別となる。

【００２１】請求項４に記載の発明は、自吸ポンプ等の
場合には、比重の小さな空気を吸引する場合には、高速
回転で駆動され、比重の大きな水を吸引する場合には、
低速回転で駆動されるように構成される。これにより自
吸特性を向上し、大きな自吸高さと短い自吸時間を得る
ことができる。

【００２２】請求項５に記載の発明は、自吸ポンプ等で
は、比重の小さな空気を長時間吸引し続けると呼水温度
が上昇し、全く自吸作用を生じなくなる場合があるた
め、自吸時間が多少長くなっても、回転数を低下させて
消費電力を抑え、呼水温度の上昇を防止するようにした
ものである。

【００２３】請求項６に記載の発明は、比重の小さな流
体を吸引する場合には、モータが所定時間回転した後、
所定時間停止する。すなわち、請求項５と同等の効果を
得るため、ポンプを停止させるようにしたものである。

【００２４】請求項７に記載の発明は、図１に示すよう
な自吸ポンプの場合には、空気吸入運転が長時間に及ぶ
と、呼水温度が上昇し、自吸作用がなくなってしまう場
合があるため、温度が上昇した際には、ポンプを停止
し、温度が正常に戻った際に運転を再開する機能を設け
ることで、上記問題を解決するようにしたものである。

【００２５】請求項８、９および１０に記載の発明は、
前述の発明を用いて流体機械を構成する際の好適な形態
を提案するものである。すなわち、周波数変換器は、モ
ータ軸の一端を支承する第１カバーと、その反軸受側に
設けられる第２カバーによって形成される空間に収容さ
れる。この形式のポンプは、取扱液による冷却が期待で
きる構造となっているため、後述の周波数変換器の発生
熱を極めて効果的に放散することができる。

【００２６】特に、第１カバー及び第２カバーをアルミ
合金で形成した場合には、冷却効果が大きいだけでな
く、周波数変換器の発する高調波ノイズを遮断し、外部
にノイズの影響を与えることがない。第２カバーに周波
数変換器及び電源ケーブルを固定して第２カバー組立体
を構成し、第２カバー組立体と第１カバー組立体を独立
して組立て可能とすることで、極めて有効な効果を得る
ことができる。即ち、第１カバー組立体を１種類と、入
力電源の種類によって異なる第２カバー組立体を複数種
類用意しておけば、その組合せによって、複数の電源に
対応することができる。モータ固定子を含む第１カバー
組立体は、重量物であるため、異なった種類のものを在
庫すると、その管理や移動に手間が掛かる。請求項１０
に記載の発明によれば、１種類の第１カバー組立体に軽
量な複数種の第２カバー組立体を取付けるだけでよいた
め、工場での生産性が良い。

【００２７】実開平２−２８５９２号に記載の床残水排
水ポンプは、床面近傍に羽根車を近接させることによっ
て、低水位からの排水を可能にしている。この方法は、
羽根車そのものの空気吸引能力によって、空気を排出
し、その後、水を排出するもので、自然、羽根車の外径
は大きくなってしまう。

【００２８】請求項１１および請求項１２に記載の発明
は高速化を前提にしており、初期的な空気吸引機能を羽
根車ナットに付与したことを特徴とするものである。高
速回転（８０Hz) により、比較的小さな外径の羽根車ナ
ットによって、速やかに空気を排出することができ、そ
の後、吸引する水は羽根車（６０Hzで回転) により、ゆ
ったりとポンプ効率良好に排出することができる。つま
り、羽根車は空気吸引能力を必要としないため、水を効
率よく排出するための機能・性能をもっていれば良い。
従って、実開平２−２８５９２号に記載の従来のポンプ
よりも効率が良い。

【００２９】従来のポンプにおいては、空気吸引時に高
速回転すると、メカニカルシールの摺動熱を効果的に放
出する構造が必要となる。従来、上記摺動熱は、メカニ
カルシールの潤滑油を経由し、モータフレームの外面
や、中間ケーシングの外面から放散されている。請求項
１３に記載の発明は、これを効果的に行うべく中間ケー
シングに放熱用リブを設けることを提案している。尚、
メカニカルシールは摺動熱により高温になると、摺動面
及び摺動部材を囲むゴムが劣化し、消耗が早まることが
知られている。

【００３０】モータによって駆動される流体機械に内蔵
される周波数変換器、特に水中ポンプ等に内蔵される周
波数変換器は、単純構造・単純機能のものが良い。これ
は外部から制御信号を取り込んだり、あるいは、外部へ
の信号供給を行ったりする機能を削除する一方で、流体
機械の機能を改善したり、あるいは保全したりする機能
を付与することで、信頼性を高め、且つ、周波数変換器
の生産性を改善できるからである。

【００３１】請求項１４に記載の発明は、入力部と出力
部および過電流を抑える制御部のみからなる周波数変換
器であり、完成品状態では、周波数や電圧の微調整が一
際、不可能となるように構成されている。即ち、流体機
械を素人が分解しても、周波数変換器の設定もしくはプ
ログラムを変更できないため、誤った作業によって流体
機械に無用の不具合が発生することを防止できる。これ
は、レンタル用途で用いられ、レンタル業者がメンテナ
ンスを行うような流体機械では、極めて重要な要素であ
る。

【００３２】また単純な機能のみに徹することで、周波
数変換器を小形にすることができ、流体機械もしくはモ
ータ内に容易に収容できる。同時に生産性の改善や、コ
ストを低く抑えることが可能となり、従来の単相誘導電
動機に使用されるコンデンサと同様の消耗部品として、
簡便に使用できる。

【００３３】本発明で使用される周波数変換器は、入力
部に差し込み型の入力端子を備えている。例えば、家庭
用の単相電源のコンセントに接続された流体機械の電源
ケーブルは、モータ内に取り込まれ、前記差し込み型の
入力端子に接続される。電源が、例えば、単相交流１０
０Ｖ，５０Hzとした場合、周波数変換器は、これを例え
ば、三相交流１００Ｖ，６０Hzに変換し、差し込み型の
出力端子から三相誘導電動機に供給される。

【００３４】この際、周波数変換器の出力電流定格とモ
ータの定格電流値は同一としておき、もし、モータの負
荷電流が定格よりも低い場合（例えば、流体比重が小さ
な場合）には、電圧は１００Ｖのまま周波数のみを上昇
させる機能を付与しておく。但し、その上限は、８０Hz
程度に定めておく。又、モータの負荷電流が定格よりも
高い場合（例えば、流体比重が大きな場合）には、電圧
と周波数の比Ｖ／Ｆを一定としたまま、出力周波数を低
下させる機能を付与しておく。

【００３５】この結果、本発明の請求項４に相当する流
体機械の制御が可能となる。更に、周波数変換器に流体
比重を判別して、駆動モードの選択と実施を行わせるこ
ともできる。この間、周波数変換器には、特別な制御信
号等を入力する必要はない。

【００３６】また従来の周波数変換器は、空気中で使用
されることが前提となっており、湿気や水分の存在に対
しては、比較的弱いものであった。一方、本発明の実施
例の図１等に示す流体機械（ポンプ）は、軸封部にメカ
ニカルシールを備えている。メカニカルシールは、消耗
部品であるから、使用時間が長くなると、水もれを生じ
る場合がある。その水分は結果的にモータ内に侵入す
る。周波数変換器をモータ内に収容して使用する場合、
その耐湿・耐水性は、少なくともモータの固定子巻線
と、同程度以上を確保すべきである。

【００３７】即ち、水分の存在によって端子部の絶縁抵
抗が低下することはやむを得ないとしても、修復不可能
な不具合を生じないことが必要である。更に、端子部の
みを乾燥することによって絶縁が回復することが望まれ
る。このため請求項１５に記載の発明は、半導体デバイ
スやコンデンサ等の内蔵部品をケース内に収容し、ケー
ス内に樹脂を充填して硬化させ、入出力端子のみを外部
に露出させている。この結果、従来、単相誘導電動機に
用いられてきた樹脂ケース入りの直方体コンデンサと同
様に、簡便に信頼性高くモータ内に収容して使用するこ
とができる。

【００３８】流体機械もしくは、駆動用モータに周波数
変換器を収容する場合、とにかく小形であることが最も
重要である。特に、可搬式ポンプ等の場合、周波数変換
器が大きいと、その収容ケース、カバーも大きくなり、
結果的に重量が増加して不都合となる。

【００３９】そこで、請求項１６に記載の発明は、電気
絶縁体（例えば、プラスチック）のケースに内蔵部品を
詰め込み、部品間の電気絶縁の確保は、間に絶縁フィル
ムを介装することによって小形化を図っている。従来の
周波数変換器は、基板間に電気絶縁のための空間（縁面
距離）を設けることと、基板をケースに固定するための
固定部材を設ける必要性から、大きなものとなってい
た。本発明は、縁面距離を実質的にゼロとし、各基板の
固定は充填樹脂の硬化によって行うため、極めて小形な
周波数変換器を構成することができる。尚、この方法
は、周波数変換器の冷却と（樹脂製ケースを用いた場合
には）、高調波ノイズのシールドに関して対策が必要と
なる。本発明の流体機械は、周波数変換器を収容するカ
バー類をアルミ合金で構成し、且つ、取扱流体がカバー
に接触するように構成することで、これらの問題を解決
している。

【００４０】請求項１７に記載の発明は、安全確保のた
めに漏電の場合には、周波数変換器の出力を停止させる
と共に、そのリセットは、電源の入り切りによって行え
るように構成している。この結果、余計なリセットスイ
ッチを用いず、信頼性高く安全を確保することが可能と
なっている。

【００４１】本発明の実施例の図１に示す流体機械で
は、長時間の空気吸込運転により、呼水温度が上昇し、
ついには自吸不能となる。そこで、請求項１８に記載の
発明は、周波数変換器内にサーミスタ等の無接点素子を
設けることで、異常温度上昇の際に流体機械を停止さ
せ、正常温度に戻った際に、運転を再開するように構成
している。そのため、従来の接点型素子（バイメタル）
と異なり、その接点消耗の心配がない。同時に、この機
能により、モータや周波数変換器自体を異常温度上昇か
ら保護することができる。

【００４２】従来、モータ内に収容して使用するコンデ
ンサ等は、その寸法がまちまちで、取付けスペースの確
保に苦慮する場合が多かった。請求項１９、２０、２１
及び２２に記載の発明は、いわゆるＪＩＳ規格にある標
準数を用いて形状寸法を規格化することを提案するもの
である。この結果、モータ内に都合良く収容することが
可能となる。特に、Ｌ×Ｗ×Ｈが２：１：１や１．４：
１：１の場合には、モータ内に複数個収容する場合に好
適である。

【００４３】

【実施例】以下、本発明に係るモータ駆動型流体機械及
び該流体機械に使用される周波数変換器の実施例を説明
する。図１及び図２は、本発明のモータ駆動型流体機械
の第１実施例である可搬式モータポンプを示す図であ
り、図１はモータポンプの縦断面図、図２はモータポン
プの平面図である。

【００４４】図１において、符号１は円筒状の鋼板製の
バレルであり、バレル１の内部にはモータポンプ本体２
が内装されている。モータポンプ本体２は図２に示すよ
うに円筒状のバレル１に対して偏心して配置されてい
る。バレル１の上部開口部は、第１カバー３によって閉
塞されており、バレル１の下部開口部はポンプ台４によ
って閉塞されている。バレル１と第１カバー３との間に
は、ゴム等の弾性材からなるシールリング５が設けられ
ている。またポンプ台４は、底板６の上面及び外周部に
モールドされたゴム材７とから構成されており、ゴム材
７がバレル１の下部開口部を密封している。これによっ
て、バレル１とモータポンプ部２との間に形成された略
環状の環状空間８が密封状態に保持されている。

【００４５】モータポンプ本体２は、下部のポンプ部１
０と、モータ部３０とから構成されている。ポンプ部１
０は、ポンプケーシング１１と、ポンプケーシング１１
内に配設された羽根車１２と、ポンプケーシング１１の
上部開口を覆う中間ケーシング１３と、中間ケーシング
１３とポンプケーシング１１間に介装されたゴム等の弾
性材からなるプレート１４とから構成されている。前記
ポンプ台４、ポンプケーシング１１およびプレート１４
は、中間ケーシング１３にボルト１５によって固定され
ている。また、羽根車１２はモータ軸１６にエアロック
防止ナット１７により固定されている。前記羽根車１２
の前面には広い間隙が形成されており、ポンプ運転時、
該間隙部の空間に発生する渦流と共に砂等の異物を搬出
するようにして羽根車の摩耗を少なくした、いわゆるボ
ルテックスポンプを構成している。

【００４６】ポンプケーシング１１には、ポンプ室吸込
口１８が形成されており、該ポンプ室吸込口１８は、吸
込通路１９を経て、ポンプ部吸込口に相当するポンプケ
ーシング吸込口２０に連通されている。該ポンプケーシ
ング吸込口２０は、吸込パイプ２１を介して第１カバー
３に固定された吸込管２２に接続されている。

【００４７】上記ポンプケーシング吸込口２０の近傍に
は、吸込通路１９へ向けて開口した循環水吸込口２３が
形成されている。またポンプ部吐出口に相当するポンプ
室吐出口２４は、環状空間８、つまりバレル内の吐出室
に開口している。また前記第１カバー３には吐出管２５
が固定されている。そして、吐出管２５には呼水栓２６
が着脱可能に取付けられている。

【００４８】一方、モータ部３０は、固定子３１と、固
定子３１の外周部を囲むモータフレーム３２と、固定子
３１内に配設された回転子３３と、回転子３３が固定さ
れたモータ軸１６とから構成されている。モータ軸１６
は上下部軸受３４，３５によって支承されている。上部
軸受３４は第１カバー３に支持され、下部軸受３５はモ
ータフレーム３２によって支持されている。

【００４９】また第１カバー３の反軸受側には周波数変
換器３６が配置され、この周波数変換器３６は第１カバ
ー３の上部に固定された第２カバー３７によって密閉さ
れている。即ち、周波数変換器３６は第１カバー３と第
２カバー３７とによって収容されている。ケーブル３８
は第２カバー３７の側面に固定され、可搬用の把手３９
は第２カバー３７の上面に固定されている。

【００５０】次に、前述のように構成されたモータポン
プの作用を説明する。ポンプ始動時、呼水栓２６を外し
てバレル１内に所要の自吸用呼水を補給すると、該呼水
はモータポンプ本体２とバレル１とによって囲まれた環
状空間（吐出室）８に貯留される。次いでポンプを起動
すると、上記環状空間８に開口された自吸用循環水吸込
口２３から呼水がポンプケーシング１１内に吸込まれ
る。この過程で、自吸用循環水吸込口２３から吸込まれ
た液は、吸込通路１９に向けて噴出する際のエジェクタ
作用により、負圧を生じ、該負圧の発生により、吸込管
２２を経て、吸込管２２に接続された図示しない吸込管
路内の空気を吸込む。

【００５１】上記のようにして吸込まれた吸込側の空気
と、自吸用循環水吸込口２３から吸込まれた液とが気水
混合体となってポンプ室内で羽根車１２によって加圧さ
れ、ポンプ室吐出口２４から環状空間（吐出室）８内に
吐出される。この吐出された気水混合体は該環状空間８
内で分離され、空気は吐出管２５より外部へ排出され、
液のみが再び上記自吸用循環水吸込口２３より吸込ま
れ、このようにして循環液が形成されて自吸作用が行わ
れる。

【００５２】上記の自吸作用により、次第に吸込側の空
気が抜かれるにつれて、第１カバー３に固定された吸込
管２２から液を吸込み、ポンプ室内で上記した循環流と
合流し、羽根車１２で加圧されて環状空間８内に吐出さ
れる。この吐出された液により上記環状空間８内を満水
にした状態で、第１カバー３に固定された吐出管２５よ
り吐出するようになって自吸作用を終了する。

【００５３】このようにして自吸作用が終了して正規の
ポンプ運転に移行した後は、通常のモータポンプとして
作用し、第１カバー３の吸込管２２から吸込まれた液
は、羽根車１２で加圧され、第１カバー３に固定された
吐出管２５から所定の場所へ吐出される。

【００５４】次に、図１及び図２のポンプに使用される
周波数変換器の実施例について図３を参照して説明す
る。図３は三相交流を入力として用いる場合の実施例を
示す。図３に示すように、周波数変換器３６は、交流を
直流にする整流回路７１と、整流された電圧を平滑化す
る平滑コンデンサ７２からなるコンバータ部分と、直流
から交流に変換するインバータ部７３とからなる。直流
部分であるコンバータには、補助電源部７４とコンバー
タ部の直流電圧を検出する電圧検出部７５が接続されて
いる。更に、補助電源部７４と電圧検出部７５は、駆動
モード及び判別を行う制御部７６に接続されており、制
御部７６からＰＷＭ信号によりインバータ部７３をドラ
イブする。三相インバータ７３の出力側には電流検出セ
ンサ７８が設けられており、センサ７８の検出値は電流
検出部７７により信号に変換されて制御部７６に送られ
る。

【００５５】三相インバータ７３の出力側には、モータ
３０が接続されている。モータ３０内には温度センサ７
９が設けられており、センサ７９によりモータ巻線温度
が検知され、検知信号は制御部７６に送られる。本発明
の実施例では、周波数変換器３６の中に、整流部として
整流回路７１と平滑コンデンサ７２が設けられており、
入力側の三相交流の相結線と無関係であり、又モータ３
０への電力はインバータ部７３より供給されており、入
力側結線順序には制約されないので、モータ３０は逆転
を防止することができる。

【００５６】本発明の実施例では、制御部７６より三相
ＰＷＭ信号が出力され、ドライブ回路を経由して三相イ
ンバータを駆動するので、電源が投入されると徐々にモ
ータ３０の回転数を上げ、それに比例した等価的な正弦
波電圧を制御部７６でＰＷＭ波形として作成し、出力す
るので、ソフトスタートが可能となり、回転数と電圧を
徐々に上げていくことにより、加速時の突入電流を避
け、スムーズな加速ができる。

【００５７】図４は単相交流を入力として用いる場合の
実施例を示す。図３に示す実施例では、整流回路７１で
三相交流を直流に変換するが、図４に示す実施例では、
整流回路７１で単相交流を直流に変換する。直流入力の
実施例は図５に示される。図５に示す実施例では、直流
の場合、使用者が電源接続の極性を誤っても保護するよ
うに逆接保護ダイオード８３と、保護ダイオード８４が
付加されている。もちろん保護ダイオード８３だけでも
保護はできる。

【００５８】図３乃至図５に示す実施例は入力部分が異
なるだけで、電圧検出部７５，補助電源部７４，制御部
７６，三相インバータ部７３，電流検出部７７，電流検
出センサ７８及び温度センサ７９は三相交流，単相交
流，直流においても同じ機能である。また図３乃至図５
に示す実施例において、符号２はモータポンプ本体であ
る。

【００５９】図３乃至図５に示す実施例において、電圧
検出部７５は直流部分（整流された）の電圧を検出し、
電圧をモニターし、制御部７６へ信号を送っている。電
流検出部７７及び電流検出センサ７８は、三相インバー
タ出力からモータへ流入する電流を検知することによ
り、モータ負荷状態をモニターしたり、モータ過負荷の
保護をする。温度センサ７９はモータの温度を検出し、
その信号を制御部７６へ送ることにより、高温時に保護
する為に、出力を停止させ、モータ３０を保護したり、
周波数変換器３６を保護する。

【００６０】図３乃至図５に示す実施例において、制御
部７６は電流検出部７７からの信号、又は温度センサ７
９からの信号により、出力を停止したりする制御機能を
もっている。制御部７６は、ＰＷＭ制御信号，駆動モー
ド，検出レベルの判別基準などの設定内容を記憶してい
るＲＯＭと、演算処理機能を有するＣＰＵ及び制御ＩＣ
からなり、駆動モード選択、高速回転と低速回転の判
断、自吸時間の制御などの処理機能を有している。

【００６１】図６は本発明による周波数変換器の構造を
示す図であり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は側面
図である。図６（ａ）に示すように、平滑コンデンサ８
０等を含む内蔵部品間には、絶縁フィルム８１が介装さ
れ、全体は樹脂ケース８２に収容され、且つ、部品間に
は樹脂材８３が充顛されている。充填された樹脂材８３
の硬化によって内蔵部品は固定されている。

【００６２】尚、図６に示す実施例において、発熱を伴
うパワー部８５を入力端子８６及び出力端子８７の近傍
に配置している理由は、結線を短かくできるためであ
る。パワー部８５の冷却を考慮して、６面体の樹脂ケー
ス８２の最も冷却条件の良い面にパワー部８５を配置す
る方法もありうる。樹脂ケース８２は直方体形状をな
し、その長さ×幅×高さ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）は標準数を用い
て規格化されている。すなわち、例えば、Ｌ：Ｗが２：
１又はＬ：Ｗが１．４：１であり、Ｗ：Ｈが１：１に設
定されている。

【００６３】本発明は、比重の異なる複数の流体（多く
の場合、空気と水）を場合に応じて吸引するポンプに、
流体比重を判別する手段を備え、流体比重の違いに応じ
て最適な駆動モードを選択して実施する機能を付与した
ものである。駆動モードとは、例えば、モータの回転数
や、運転時間（モータが継続して回転する時間）、およ
び停止時間から構成される。この結果、例えば、流体比
重が小さな空気を吸引する場合には、回転数を上げて吸
引効果を高めたり、本来的に吸引すべき水（空気より比
重が大）が、いつまで待ってもこない場合には、運転を
停止したり、回転数を下げることで消費電力を低減する
ことができる。更に、吸引して排出すべき水がやってき
た場合には、比較的迅速に（周辺に水が溢れ出さないう
ちに）排水を完了することができる。

【００６４】本発明は、モータに電力を供給する周波数
変換器３６を備え、回転数当たりの消費トルク、換言す
れば、発生周波数当たりの電流値を検出することによ
り、流体の比重を検出するようにしたものである。この
際、電圧や電力を検出することにより、電流を検出した
のと同じ効果を得ることもできるし、又、電流値を含め
て同時に検出することで、流体比重を精度高く検出する
ことも可能である。そして、検出した流体比重に基づ
き、吸引する流体に応じて最も効果的な駆動モードを選
択して実施する。周波数変換器３６には、ＣＰＵやＲＯ
Ｍ等の半導体素子が内蔵されているため、どのような駆
動モードを選択・実施するかは、いわゆるソフトウェア
の領域に含まれる内容である。ポンプは、各々取扱い流
体や、その容量が異なるため、用意すべきソフトウェア
（プログラム）も千差万別となる。

【００６５】本発明においては、図１及び図２に示す自
吸ポンプ等の場合には、比重の小さな空気を吸引する場
合には、高速回転で駆動され、比重の大きな水を吸引す
る場合には、低速回転で駆動されるように構成される。
これにより自吸特性を向上し、大きな自吸高さと短い自
吸時間を得ることができる。図１及び図２に示す自吸ポ
ンプ等では、比重の小さな空気を長時間吸引し続けると
呼水温度が上昇し、全く自吸作用を生じなくなる場合が
あるため、自吸時間が多少長くなっても、回転数を低下
させて消費電力を抑え、呼水温度の上昇を防止するよう
にしたものである。

【００６６】本発明においては、図１及び図２に示すよ
うな自吸ポンプの場合には、空気吸入運転が長時間に及
ぶと、呼水温度が上昇し、自吸作用がなくなってしまう
場合があるため、温度が上昇した際には、ポンプを停止
し、温度が正常に戻った際に運転を再開する機能を設け
ることで、上記問題を解決するようにしたものである。

【００６７】また本発明においては、周波数変換器３６
は、モータ軸１６の一端を支承する第１カバー３と、そ
の反軸受側に設けられる第２カバー３７によって形成さ
れる空間に収容される。この形式のポンプは、取扱液に
よる冷却が期待できる構造となっているため、周波数変
換器３６の発生熱を極めて効果的に放散することができ
る。特に、第１カバー３及び第２カバー３７をアルミ合
金で形成した場合には、冷却効果が大きいだけでなく、
周波数変換器３６の発する高調波ノイズを遮断し、外部
にノイズの影響を与えることがない。

【００６８】また第１カバー３とモータフレーム３２等
を含む第１カバー組立体を構成し、第２カバー３７に周
波数変換器３６及び電源ケーブル３８を固定して第２カ
バー組立体を構成し、第２カバー組立体と第１カバー組
立体を独立して組立て可能とすることで、極めて有効な
効果を得ることができる。即ち、第１カバー組立体を１
種類と、入力電源の種類によって異なる第２カバー組立
体を複数種類用意しておけば、その組合せによって、複
数の電源に対応することができる。モータ固定子３１及
びモータフレーム３２を含む第１カバー組立体は、重量
物であるため、異なった種類のものを在庫すると、その
管理や移動に手間が掛かる。本発明によれば、１種類の
第１カバー組立体に軽量な複数種の第２カバー組立体を
取付けるだけでよいため、工場での生産性が良い。

【００６９】モータによって駆動される流体機械に内蔵
される周波数変換器、特に水中ポンプ等に内蔵される周
波数変換器は、単純構造・単純機能のものが良い。これ
は外部から制御信号を取り込んだり、あるいは、外部へ
の信号供給を行ったりする機能を削除する一方で、流体
機械の機能を改善したり、あるいは保全したりする機能
を付与することで、信頼性を高め、且つ、周波数変換器
の生産性を改善できるからである。

【００７０】本発明は、入力部と出力部および過電流を
抑える制御部のみからなる周波数変換器であり、完成品
状態では、周波数や電圧の微調整が一際、不可能となる
ように構成されている。即ち、流体機械を素人が分解し
ても、周波数変換器の設定もしくはプログラムを変更で
きないため、誤った作業によって流体機械に無用の不具
合が発生することを防止できる。これは、レンタル用途
で用いられ、レンタル業者がメンテナンスを行うような
流体機械では、極めて重要な要素である。

【００７１】また単純な機能のみに徹することで、周波
数変換器を小形にすることができ、流体機械（ポンプ）
もしくはモータ内に容易に収容できる。同時に生産性の
改善や、コストを低く抑えることが可能となり、従来の
単相誘導電動機に使用されるコンデンサと同様の消耗部
品として、簡便に使用できる。

【００７２】本発明で使用される周波数変換器３６は、
入力部に差し込み型の入力端子８６を備えている。例え
ば、家庭用の単相電源のコンセントに接続された流体機
械の電源ケーブルは、モータ内に取り込まれ、前記差し
込み型の入力端子８６に接続される。電源が、例えば、
単相交流１００Ｖ，５０Hzとした場合、周波数変換器３
６は、これを例えば、三相交流１００Ｖ，６０Hzに変換
し、差し込み型の出力端子８７から三相誘導電動機に供
給される。

【００７３】この際、周波数変換器の出力電流定格とモ
ータの定格電流値は同一としておき、もし、モータの負
荷電流が定格よりも低い場合（例えば、流体比重が小さ
な場合）には、電圧は１００Ｖのまま周波数のみを上昇
させる機能を付与しておく。但し、その上限は、８０Hz
程度に定めておく。又、モータの負荷電流が定格よりも
高い場合（例えば、流体比重が大きな場合）には、電圧
と周波数の比Ｖ／Ｆを一定としたまま、出力周波数を低
下させる機能を付与しておく。

【００７４】この結果、比重の小さな流体を吸引する場
合にはモータが高速回転し、比重の大きな流体を吸引す
る場合にはモータが低速回転する制御が可能となる。更
に、周波数変換器に流体比重を判別して、駆動モードの
選択と実施を行わせることもできる。この間、周波数変
換器には、特別な制御信号等を入力する必要はない。

【００７５】また従来の周波数変換器は、空気中で使用
されることが前提となっており、湿気や水分の存在に対
しては、比較的弱いものであった。一方、本発明の実施
例の図１等に示す流体機械（ポンプ）は、軸封部にメカ
ニカルシール６１を備えている。メカニカルシールは、
消耗部品であるから、使用時間が長くなると、水もれを
生じる場合がある。その水分は結果的にモータ内に侵入
する。周波数変換器をモータ内に収容して使用する場
合、その耐湿・耐水性は、少なくともモータの固定子巻
線と、同程度以上を確保すべきである。

【００７６】即ち、水分の存在によって端子部の絶縁抵
抗が低下することはやむを得ないとしても、修復不可能
な不具合を生じないことが必要である。更に、端子部の
みを乾燥することによって絶縁が回復することが望まれ
る。このため本発明は、図６に示すように、半導体デバ
イスやコンデンサ等の内蔵部品を樹脂ケース内８２に収
容し、樹脂ケース８２内に樹脂材８３を充填して硬化さ
せ、入出力端子８６，８７のみを外部に露出させてい
る。この結果、従来、単相誘導電動機に用いられてきた
樹脂ケース入りの直方体コンデンサと同様に、簡便に信
頼性高くモータ内に収容して使用することができる。

【００７７】流体機械もしくは、駆動用モータに周波数
変換器を収容する場合、とにかく小形であることが最も
重要である。特に、可搬式ポンプ等の場合、周波数変換
器が大きいと、その収容ケース、カバーも大きくなり、
結果的に重量が増加して不都合となる。

【００７８】そこで、本発明は、電気絶縁体（プラスチ
ック）のケース８２に内蔵部品を詰め込み、部品間の電
気絶縁の確保は、間に絶縁フィルム８１を介装すること
によって小形化を図っている。従来の周波数変換器は、
基板間に電気絶縁のための空間（縁面距離）を設けるこ
とと、基板をケースに固定するための固定部材を設ける
必要性から、大きなものとなっていた。本発明は、縁面
距離を実質的にゼロとし、各基板の固定は充填樹脂の硬
化によって行うため、極めて小形な周波数変換器を構成
することができる。尚、この方法は、周波数変換器の冷
却と（樹脂製ケースを用いた場合には）、高調波ノイズ
のシールドに関して対策が必要となる。本発明の流体機
械（ポンプ）は、周波数変換器３６を収容する第１カバ
ー３及び第２カバー３７からなるカバー類をアルミ合金
で構成し、且つ、取扱流体がカバーに接触するように構
成することで、これらの問題を解決している。

【００７９】また本発明は、安全確保のために漏電の場
合には、周波数変換器の出力を停止させると共に、その
リセットは、電源の入り切りによって行えるように構成
している。この結果、余計なリセットスイッチを用い
ず、信頼性高く安全を確保することが可能となってい
る。

【００８０】本発明の実施例の図１に示す流体機械（ポ
ンプ）では、長時間の空気吸込運転により、呼水温度が
上昇し、ついには自吸不能となる。そこで、本発明は、
周波数変換器内にサーミスタ等の無接点素子を設けるこ
とで、異常温度上昇の際に流体機械（ポンプ）を停止さ
せ、正常温度に戻った際に、運転を再開するように構成
している。そのため、従来の接点型素子（バイメタル）
と異なり、その接点消耗の心配がない。同時に、この機
能により、モータや周波数変換器自体を異常温度上昇か
ら保護することができる。

【００８１】従来、モータ内に収容して使用するコンデ
ンサ等は、その寸法がまちまちで、取付けスペースの確
保に苦慮する場合が多かった。本発明は、いわゆるＪＩ
Ｓ規格にある標準数を用いて周波数変換器の形状寸法を
規格化することを提案するものである。この結果、モー
タ内に都合良く収容することが可能となる。特に、Ｌ×
Ｗ×Ｈが２：１：１や１．４：１：１の場合には、モー
タ内に複数個収容する場合に好適である。

【００８２】図７は、本発明のモータ駆動形流体機械の
第２実施例である残水排水ポンプを示す縦断面図であ
る。本実施例の残水排水ポンプのモータ部３０及び周波
数変換器３６の周辺部材の構成は、図１及び図２に示す
実施例と同一であるため、同一符号を付し説明を省略す
る。

【００８３】モータ軸１６の下端には、羽根車４３が羽
根車ナット４４によって取り付けられている。羽根車４
３を内蔵したポンプケーシング５１は、例えばゴム材質
のような錆のない安価な材料で形成されており、中間ケ
ーシング５２へ底板５３を介してボルト５４によって取
付けられている。底板５３の中央部には多数の小孔を有
したストレーナ５５が固定されている。また羽根車４３
は、ポンプケーシング５１内に、前方（フロント）クリ
アランスａ、側方（サイド）クリアランスｂ及び後方
（バック）クリアランスｃの各隙間をどれも僅かにして
配置されており、これによって、ポンプケーシング空間
を極力小さくするように構成されている。

【００８４】またポンプケーシング５１の底面周縁部に
は、該ケーシング５１と一体に形成されたストレーナ兼
ポンプ脚５７が、１〜３mmのような僅かの高さｄを保っ
て多数形成され、これらの各脚５７の間に残水の流入口
（図示せず）が多数形成されており、これによって、吸
込空間を極力小さくするように構成されている。それに
伴って、羽根車４３と床面との距離（間幅）ｆをできる
だけ短く構成している。

【００８５】また、ポンプケーシング５１の後面（図で
上側）にボルト５４によって固定される中間ケーシング
５２には、ポンプ吐出口５９が設けられ、該ポンプ吐出
口５９には、気水分離室６０ａの役目を兼ねるために外
気との接触面積を大きくした吐出管６０が取付けられて
いる。また吐出管６０の上部には、図示しない吐出導管
に接続されるホースカップリング６０ｂが一体に設けら
れている。なお、図７において、符号６１はメカニカル
シールであり、メカニカルシール６１の周囲には潤滑油
が封入されている。

【００８６】図８は羽根車ナットの詳細を示す図であ
り、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は断面図である。
概略６角形の羽根車ナット４４には放射状の複数の溝４
４ａが形成されており、これら溝４４ａによってナット
に空気吸引機能を付与している。羽根車ナット４４は、
図７に示すように羽根車４３の翼端よりも床面側に突出
させ、羽根車ナット４４の外径とポンプケーシング吸込
口６２のクリアランスｅを極小にしている。

【００８７】次に、前述のように構成された残水排水ポ
ンプの作用を説明する。当該ポンプを残水のある床面上
に底置きして運転したとき、羽根車４３の回転により、
ポンプケーシング吸込口６２の部位に負圧を発生し、ポ
ンプケーシング５１と一体に形成された吸込ストレーナ
兼ポンプ脚５７と床面間の僅かな高さの間隙ｄを通過し
て、床面上の残水をポンプケーシング吸込口６２よりケ
ーシング５１内に吸込む。この際、床面からの高さが１
〜３mmのように僅かしかないストレーナ兼ポンプ脚５７
によって残水流入口が形成されており、僅かな残水でも
該流入口を密封できるようになっているので、空気中で
空回りしている羽根車４３が作り出すポンプケーシング
吸込口６２の吸込圧力が、外部大気圧と短絡することが
ない。従って、残水が数mmしかなく羽根車４３が空中に
あっても、いち早く該羽根車４３が揚水で満たされるの
で、即座に排水作業が可能となる。

【００８８】また、ポンプケーシング５１内のポンプケ
ーシング空間を極力小さくするように、羽根車４３とケ
ーシング５１内の前方、側方及び後方の各クリアランス
ａ，ｂ及びｃを僅かに形成し、且つポンプケーシング吸
込口６２から床面までの吸込空間を極力小さく形成して
いるので、羽根車ナット４４による限られた吸込風量で
も、短時間で吸込圧力を発生することができる。従っ
て、吸込風量が僅かでも、床面上の残水が数mmしかなく
羽根車４３が空中にあっても、羽根車４３と床面との距
離ｆも出来るだけ短く形成されることと相俟って、残水
を即座にポンプ羽根車内へ導くことができ、揚水を短時
間で開始でき、又羽根車周辺部の各クリアランスａ，
ｂ，ｃを僅かにしてケーシング内の空間を極力小さく形
成しているので、自吸作用が発生し、エアロックするこ
となく、連続して排水作業ができる。

【００８９】また、一旦ポンプが空気を吸込み、気液排
水を始めたとしても、前記のように羽根車４３は自ら残
水を吸上げ、該羽根車４３を水で満たす能力をもってお
り、また中間ケーシング５２の上に設けた吐出管６０に
は、揚水した水を一時溜め、外気との接触面積を増やし
て気液分離室の役目を果たす室６０ａが形成されている
ので、揚水と一緒に吐出管６０へ吐出された気水混合液
がここで気液分離作用を受け、空気はホースカップリン
グ６０ｂを経て外部へ排出され、水の一部は必要に応じ
てポンプケーシング５１内に戻されて、連続して気水排
水が行われるのに利用される。また、底板５３の中央部
に配設されたストレーナ５５には、多数の小孔が穿設さ
れているので、高さの低いポンプ脚５７によって形成さ
れる僅かな高さｄの残水流入口と相俟って、砂、ゴミ等
の侵入を防ぐことができ、羽根車４３のつまりを防止す
ることができる。

【００９０】図７及び図８に示す床残水排水ポンプは、
高速化を前提にしており、初期的な空気吸引機能を羽根
車ナット４４に付与したことを特徴とするものである。
高速回転（８０Hz) により、比較的小さな外径の羽根車
ナット４４によって、速やかに空気を排出することがで
き、その後、吸引する水は羽根車（６０Hzで回転)４３
により、ゆったりとポンプ効率良好に排出することがで
きる。つまり、羽根車４３は空気吸引能力を必要としな
いため、水を効率よく排出するための機能・性能をもっ
ていれば良い。従って、羽根車そのものの空気吸引能力
によって、空気を排出し、その後、水を排出する実開平
２−２８５９２号に記載の従来のポンプよりも効率が良
い。

【００９１】従来のポンプにおいては、空気吸引時に高
速回転すると、メカニカルシールの摺動熱を効果的に放
出する構造が必要となる。従来、上記摺動熱は、メカニ
カルシールの潤滑油を経由し、モータフレームの外面
や、中間ケーシングの外面から放散されている。本発明
は、中間ケーシング５２に放熱用リブ５２ａを設けてい
るため、上記摺動熱を効果的に放熱できる。尚、メカニ
カルシールは摺動熱により高温になると、摺動面及び摺
動部材を囲むゴムが劣化し、消耗が早まることが知られ
ている。

【００９２】例えば、本発明の一実施例である図７に示
すような床残水排水ポンプでは、空気を排出することが
目的ではなく、水を排出することが目的である。従っ
て、比重の小さな空気を吸引する場合には、低速回転で
消費電力を抑え、その後、比重の大きな水がやってきた
ときに、回転数を増加し、素早く排水を完了することが
極めて効果的である。

【００９３】図９は図７に示す床残水排水ポンプの駆動
モードの一例を示すグラフである。本モードでは、比重
の小さな流体（空気）を吸引する際は、高速（８０Hz）
で駆動されるが、その時間は、例えば１５分間までとプ
ログラムされている。１５分を経過すると、低速（３０
Hz) で駆動され、それは、比重の大きな水がやってくる
まで継続される。水がやってくると回転数は上昇し（６
０Hz）、排水が完了するまで６０Hzで駆動される。排水
が完了して再び空気を吸引すると、８０Hzまで増速さ
れ、それは、再度水がやってくるまで最大１５分間継続
される。

【００９４】図１０は図７に示す床残水排水ポンプの駆
動モードの他の例を示すグラフである。本モードでは、
比重の小さな流体（空気）を吸引する際は、高速（８０
Hz)で駆動されるが、その１回目の許容時間は、例えば
２０分間までとプログラムされている。２０分を経過す
ると、ポンプは１０分間停止した後、５分間運転され
る。もし、この５分間の間に、比重の大きな水がやって
きた場合には、６０Hzにて排水運転を行う。又、５分間
の間に水がやってこない場合は、２０分間ポンプを停止
し、更に５分間運転される。この５分間の間に水がやっ
てくれば、６０Hzにて排水運転を行うが、水がやってこ
ない場合は、３０分間ポンプは停止する。

【００９５】以後、同様に停止時間を徐々に長くするこ
とによって、消費電力を節減することができる。勿論、
停止時間を一定にすることも可能であるし、比重の小さ
な流体を吸引する際に、高速回転が必要でない場合は、
６０Hz程度で運転することもできる。又、この方法は、
空気中では軸受が潤滑不良となる、自液潤滑型軸受を用
いたポンプの軸受保護にも有効である。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸引する流体に応じて無駄なく効果的な運転を行い、よ
り小形・軽量で、様々な電源に対応し易く、排出すべき
流体の存在しない場合の消費電力を削減し、過負荷・拘
束に強く、起動不良しにくい（拘束しにくい）、流体機
械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ駆動型流体機械の一実施例
であるモータポンプの縦断面図である。

【図２】図１に示すモータポンプの平面図である。

【図３】本発明に係る周波数変換器の一実施例を示す回
路図である。

【図４】本発明に係る周波数変換器の他の実施例を示す
回路図である。

【図５】本発明に係る周波数変換器の更に他の実施例を
示す回路図である。

【図６】本発明に係る周波数変換器の構造を示す図であ
り、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は側面図であ
る。

【図７】本発明に係るモータ駆動型流体機械の他の実施
例である床残水排水ポンプの縦断面図である。

【図８】図７に示す床残水排水ポンプの羽根車ナットを
示す図であり、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は断面
図である。

【図９】図７に示す床残水排水ポンプの駆動モードの１
例を示すグラフである。

【図１０】図７に示す床残水排水ポンプの駆動モードの
他の例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ バレル ２ モータポンプ本体 ３ 第１カバー ４ ポンプ台 ８ 環状空間 １０ ポンプ部 １１，５１ ポンプケーシング １２，４３ 羽根車 １３，５２ 中間ケーシング １６ モータ軸 １７ エアロック防止ナット １８ ポンプ室吸込口 １９ 吸込通路 ２０，６２ ポンプケーシング吸込口 ２１ 吸込パイプ ２２ 吸込管 ２３ 循環水吸込口 ２４ ポンプ室吐出口 ２５ 吐出管 ３０ モータ部 ３１ 固定子 ３２ モータフレーム ３３ 回転子 ３６ 周波数変換器 ３７ 第２カバー ４４ 羽根車ナット ５７ ストレーナ兼ポンプ脚 ５９ ポンプ吐出口 ６１ メカニカルシール ７１ 整流回路 ７３ インバータ部 ７４ 補助電源部 ７５ 電圧検出部 ７６ 制御部 ７７ 電流検出部 ７８ 電流検出センサ ７９ 温度センサ ８１ 絶縁フィルム ８２ 樹脂ケース ８３ 樹脂材 ８５ パワー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 良男 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 八木 薫 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 上井 圭太 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 宮崎 義晶 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 飯島 克自 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 丁子谷 一 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 (72)発明者 二本木 直稔 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 (72)発明者 守月 寛 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータによって駆動され、比重の異なる
   複数の流体を場合に応じて吸引する流体機械において、
   流体比重を判別する手段と、モータの回転数と運転時間
   と停止時間を要素として構成される駆動モードを記憶す
   る手段と、上記流体比重に基づき、上記駆動モードのい
   ずれかを選択して実施する手段を備えたことを特徴とす
   る流体機械。
2. 【請求項２】 モータに電力を供給する周波数変換器を
   備え、モータの電流値と電圧と電力及び周波数の少なく
   とも１つを検出し、該検出値に基づき流体比重を判別す
   る手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体
   機械。
3. 【請求項３】 前記周波数変換器は、判別した流体比重
   に基づき、あらかじめ記憶された駆動モードを選択して
   モータに電力を供給することを特徴とする請求項２に記
   載の流体機械。
4. 【請求項４】 比重の小さな流体を吸引する場合にはモ
   ータが高速回転し、比重の大きな流体を吸引する場合に
   はモータが低速回転することを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１項に記載の流体機械。
5. 【請求項５】 比重の小さな流体を所定時間以上吸引し
   た場合に、モータが低速回転することを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれか１項に記載の流体機械。
6. 【請求項６】 比重の小さな流体を吸引する場合には、
   モータが所定時間回転した後、所定時間停止することを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体
   機械。
7. 【請求項７】 モータまたは周波数変換器が異常な高温
   状態となった場合に、モータが停止し、モータまたは周
   波数変換器が正常な温度状態に戻った際、モータが再起
   動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
   に記載の流体機械。
8. 【請求項８】 モータ固定子外周部に取扱液もしくは搬
   送すべき液体が存在する流体機械において、モータ固定
   子外周部を囲むモータフレームと、モータ軸の一端に設
   けられたポンプ部と、モータ軸の他端側に設けられ軸受
   を支承する第１カバーと、第１カバーの反軸受側に設け
   られる周波数変換器と、第１カバーとの間に周波数変換
   器を収容する第２カバーを備えたことを特徴とする流体
   機械。
9. 【請求項９】 モータフレームと第１カバー、第１カバ
   ーと第２カバーをそれぞれ独立して分解・組立できるよ
   うにしたことを特徴とする請求項８に記載の流体機械。
10. 【請求項１０】 周波数変換器及び電源ケーブルを第２
    カバーに固定して第２カバー組立体を構成し、少なくと
    も第１カバーとモータフレームとを含む第１カバー組立
    体を構成し、電源の種類によって複数用意される第２カ
    バー組立体と、１種類の第１カバー組立体を組み合わせ
    ることによって、複数の電源に対応できるようにしたこ
    とを特徴とする請求項８又は９に記載の流体機械。
11. 【請求項１１】 床面近傍に羽根車を配置し、立軸で使
    用される残水排水用ポンプにおいて、羽根車を主軸に固
    定する羽根車ナットを羽根車の翼端よりも床面側に突出
    させ、羽根車ナットの外径とポンプケーシング吸込口の
    隙間を極小にしたことを特徴とする残水排水用ポンプ。
12. 【請求項１２】 前記隙間が５mm以下であることを特徴
    とする請求項１１に記載の残水排水用ポンプ。
13. 【請求項１３】 床面近傍に羽根車を配置し、立軸で使
    用される残水排水用ポンプにおいて、モータ部との間に
    メカニカルシールを挟持する中間ケーシングの羽根車側
    に放熱用のリブを設けたことを特徴とする残水排水用ポ
    ンプ。
14. 【請求項１４】 モータによって駆動され、比重の異な
    る複数の流体を場合に応じて吸引する流体機械に使用さ
    れる周波数変換器であって、三相誘導電動機に電力を供
    給する出力部と、電源と接続する入力部と、上記三相誘
    導電動機が過負荷等の条件により過電流状態となった場
    合に、出力する電圧及び周波数をあらかじめ設定した規
    則に基づいて変化させ、出力する電流値を低下させる制
    御部を備えたことを特徴とする周波数変換器。
15. 【請求項１５】 内蔵部品をケース内に収容し、ケース
    内に樹脂を充填して硬化させ、入出力端子のみ外部に露
    出させたことを特徴とする請求項１４に記載の周波数変
    換器。
16. 【請求項１６】 内蔵部品をモジュール化された複数の
    組立体にて構成し、各々の組立体の間に、電気絶縁フィ
    ルムを介装し、ケースを電気絶縁体で構成し、上記組立
    体とケースの固定は充填樹脂によって行うことを特徴と
    する請求項１５に記載の周波数変換器。
17. 【請求項１７】 漏電の場合、出力を停止させ、そのリ
    セットは電源を一旦切ることによって行えるようにした
    ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に
    記載の周波数変換器。
18. 【請求項１８】 異常温度上昇の場合、出力を停止さ
    せ、そのリセットは温度が正常に戻った際、自動的に行
    われることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか
    １項に記載の周波数変換器。
19. 【請求項１９】 形状を略直方体形状とし、その長さ×
    幅×高さ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）を、標準数を用いて規格化した
    ことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に
    記載の周波数変換器。
20. 【請求項２０】 Ｌ：Ｗが２：１であることを特徴とす
    る請求項１９に記載の周波数変換器。
21. 【請求項２１】 Ｌ：Ｗが１．４：１であることを特徴
    とする請求項１９に記載の周波数変換器。
22. 【請求項２２】 Ｗ：Ｈが１：１であることを特徴とす
    る請求項２０又は２１に記載の周波数変換器。