JPH11294373A

JPH11294373A - 水中モータ

Info

Publication number: JPH11294373A
Application number: JP9340998A
Authority: JP
Inventors: Yukio Murai; 井幸夫村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】巻線や上部軸受等を効果的に冷却することが
出来て、長寿命化を実現出来る水中モータの提供。【解決手段】回転子（２）の半径方向（ｒ）内方の領
域に貫通孔（３１）を形成し、固定子（１）の半径方向
（ｒ）外方とモータフレーム（５）との間にも空気通路
（３２）を形成し、前記貫通孔（３１）及び空気通路
（３２）を介してモータ室の上方の空間（Ｉ−Ｕ）と下
方の空間（Ｉ−Ｄ）との間で空気が循環（２１）する様
に風圧を発生させる回転子フィン（１３Ａ、１３Ｂ）を
設け、該回転子フィン（１３Ａ、１３Ｂ）は回転子
（２）の上方（１３Ａ）か下方（１３Ｂ）のいずれか一
方にのみ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水中モータに関し、例え
ば、汚水用水中ポンプで用いられる乾式水中モータの構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】この様な水中モータの従来技術が図６で
示されている。図６において、全体を符号ＰＭで示す従
来の水中モータは、モータフレーム５と、そのモータフ
レーム５に固定されている固定子１と、該固定子１の半
径方向内方に配置されている回転子２と、主軸３とを有
しており、該主軸３は下部軸受８及び上部軸受９により
支持されている。固定子１には固定子巻線４が巻き回さ
れており、そして固定子１の上方及び下方には回転子フ
ィン１３が設けられている。

【０００３】図６の水中モータＰＭは、さらに、下部ブ
ラケット６、メカニカルシール部ハウジング７、モータ
カバー１０、水中電源ケーブル１１、信号用水中ケーブ
ル１２、モータ吊り上げ用把手１４、サーマルプロテク
タ１５、浸水検知器１６を有している。

【０００４】ここで、図６で示す従来の水中モータＰＭ
では、回転子１の上方及び下方の両側に等しいサイズの
回転子フィン１３，１３が設けらており、当該等しいサ
イズの回転子フィン１３，１３の撹拌力によって空気流
をコイルエンドに送り、巻線の冷却を行なっているのが
一般的である。そして、その様な場合、モータ室下方の
空間Ｉ−Ｄとモータ室上方の空間Ｉ−Ｕの双方で、それ
ぞれ独立した循環流（空気流）２１、２２が発生してい
るのみであった。

【０００５】図６の水中モータＰＭの使用に際して、例
えば運転水位がモータフレーム５の上下方向の中心にあ
る場合においては、モータ下部（空間Ｉ−Ｄの存在する
側）の熱は、モータフレーム５の下半分の領域を介して
外部の水へ比較的効果的に放熱されるので、当該モータ
下部は有効に冷却される。しかし、モータ上部（空間Ｉ
−Ｕの存在する側）は空気に曝されているため、水没し
ている前記モータ下部に比較して、モータ上部で発生し
た熱が外部に放熱される効率が低く、外部放熱が十分に
行なわれないので、当該モータ上部の温度が非常に高く
なる傾向があった。また、上述した通り、循環流２１，
２２はモータ室下方の空間Ｉ−Ｄとモータ室上方の空間
Ｉ−Ｕのみをそれぞれ循環させるだけであるので、特に
上方の空間Ｉ−Ｕ側に位置する巻線或いはコイルエンド
に当たった空気流は、当該コイルが保有する熱をもらっ
て昇温し、その風が再びコイルエンドに当たる。これを
繰り返す結果として、前述した様に運転水位がモータフ
レーム中心にあるような場合は、モータ室上部の空気温
度が著しく高くなってしまう。

【０００６】図６において、モータ上部には上部軸受９
が設置されているが、前述の様にモータ室上部が高温に
なると、当該軸受９内に封入されたグリースの流出割合
が増大してしまう。そして最終的には、上部軸受９はグ
リース不足から潤滑不良となり、上部軸受９において著
しい温度上昇が発生する。その結果、上部軸受９の焼き
付きや、上部軸受９が摩耗して当該軸受９のインナーレ
ースとアウターレースの隙間が増大することにより回転
子２と固定子１が接触し、図６で示す従来の水中モータ
において重大なトラブルが発生する、という事例も存在
した。

【０００７】また、比較的容量の大きな水中モータに於
ては、回転子２の持つ熱容量が大きいため、運転停止後
もかなりの時間に亘って、回転子２が保有する熱量によ
って高熱の熱対流が発生する。これによって、高熱の空
気は上方に移動するので、モータ下部の空間Ｉ−Ｄに比
較して高熱の空気が移動するモータ上部の空間Ｉ−Ｕに
おいては、当該熱対流の影響が著しく、上部軸受９は高
熱に晒されることとなる。その結果、モータ室の上下で
は大きな熱的不均衡が生じることになる。また、前述し
た通り、特にモータ上部の空間Ｉ−Ｕを循環する空気流
がコイルに当たり、該コイルが保有する熱量の一部を受
け取って昇温されて、さらにコイル等に当たるため、モ
ータ上部の空間Ｉ−Ｕが高温化されてしまう傾向が存在
する。

【０００８】このように、図６で符号２２で示す空気循
環流の様にモータ上部の空間Ｉ−Ｕのみで空気流が循環
するのみでは、空間Ｉ−Ｄの温度を効率的に低下させる
事は困難である。すなわち、水中モータの運転と停止と
が頻繁に繰り返される場合であって且つ水中モータの容
量が比較的大きな場合において、モータ室上部或いは空
間Ｉ−Ｕでは温度が上昇し、上部軸受９は高温に晒され
て、上部軸受９の焼き付き、摩耗、回転子２と固定子１
との接触及びそれに起因するモータトラブルが発生する
ことがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した様な
従来の水中モータの問題点に鑑みて提案されたものであ
り、巻線や上部軸受等を効果的に冷却することが出来
て、長寿命化を実現出来る水中モータの提供を目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の水中モータは、
回転子の半径方向内方の領域に貫通孔を形成し、固定子
の半径方向外方とモータフレームとの間にも空気通路を
形成し、前記貫通孔及び空気通路を介してモータ室の上
方の空間と下方の空間との間で空気が循環する様に風圧
を発生させる回転子フィンを設け、該回転子フィンは回
転子の上方か下方のいずれか一方にのみ設けられている
ことを特徴としている。

【００１１】かかる構成を具備する本発明の水中モータ
ポンプによれば、前記回転子フィンがファンとして機能
することにより、回転子の半径方向内方の貫通孔及び固
定子とモータフレーム間の空気通路を循環経路とする空
気流、すなわちモータ室の上方の空間と下方の空間との
間を循環する空気流、が生じる。図６で示す従来の水中
モータとは異なり、発生した空気流がモータ室上方の空
間のみしか循環しないという事態にはならず、昇温した
モータ室上方の空気はモータ室下方の空気と混合され、
モータ室内部温度の均一化が達成され、モータ室上方の
空間における空気温度の低減が実現できる。その結果、
モータ室上方の空間が非常に高温となってしまう事態が
防止され、上部軸受が高温に晒されることも無く、上部
軸受の焼き付き、摩耗、上部軸受の損傷により回転子と
固定子とが接触する事、及びそれに起因するモータトラ
ブルを未然に防止する事が出来るのである。

【００１２】本発明の実施に際して、回転子の半径方向
内方の貫通孔から空気を吸引する効率を向上するため、
前記回転子フィンと、（モータ室内において）該回転子
フィンと対向する壁面との隙間を小さく設定するのが好
ましい。

【００１３】上述した本発明によれば、モータ室の上方
の空間と下方の空間との間を循環する空気流が生じる
が、図６の水中モータＰＭにおけるように回転子２の上
下に同一形状の回転子フィン１３、１３をそれぞれ配置
した場合に比較すると、回転子フィンを付けない側の空
間における循還流の流速が遅くなる。ここで、回転子フ
ィンを付けない側の空間に配置された巻線或いはコイル
エンドの放熱は、当該空間（回転子フィンを付けない側
の空間）を流れる空気の流速を早くすることによって更
に促進できる。そのため、本発明の水中モータの実施に
際しては、モータ室における前記回転子フィンとは反対
側の空間に循環流を生ぜしめて当該空間を冷却する第２
の回転子フィンを、回転子の前記回転子フィンを設けた
側の反対側に設けるのが好ましい。

【００１４】この様に構成すれば、回転子の前記回転子
フィンを設けた側の反対側に設けられた第２の回転子フ
ィンによって、第２の回転子フィンを設けた空間（前記
回転子フィンを設けた空間の反対側の空間）内に比較的
流速が早い第２の循還流（小循環流）を発生して、放熱
及び冷却が効果的に行われる。第２の循還流の流速が比
較的早ければ、上述した通り、第２の回転子フィンを設
けた空間に配置された巻線或いはコイルエンド等の放熱
が促進されるからである。

【００１５】ここで、前記第２の回転子フィンは、比較
的小型であるのが好ましい。第２の回転子フィンが大型
であれば、回転子の上方及び下方の回転子フィンにより
与えられる風圧が等しくなるため、モータ室の上方の空
間と下方の空間との間を循環する空気流が発生し難くな
るからである。

【００１６】このように本発明によれば、例えば汚水用
水中ポンプ等に使用される水中モータ（特に乾式水中モ
ータ）において、モータ内部の風の流れを改善すること
で、巻線や上部軸受を効果的に冷却し、モータの長寿命
化を実現することが出来るのである。運転水位がモータ
フレーム５の上下方向の中心にある場合や、水中モータ
の運転と停止とが頻繁に繰り返される場合であって且つ
水中モータの容量が比較的大きな場合においても同様で
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１−図５を参照して、本
発明の実施形態を説明する。なお、図１−図５で示す部
材であって、図６で示す部材と同様なものについては、
図６で用いたのと同様な符号を付して表現してある。

【００１８】図１は本発明の第１実施形態を示すもので
あり、全体を符号Ｍ１で示す水中モータは、固定子１、
回転子２、主軸３、固定子巻線４、モータフレーム５、
下部ブラケット６、メカニカルシール部７、ハウジング
下部軸受８、上部軸受９、モータカバー１０、水中電源
ケーブル１１、信号用水中ケーブル１２、モータ吊り上
げ用把手１４、サーマルプロテクタ１５、浸水検知器１
６については、図６の従来技術と同様である。しかし、
図１の実施形態では、回転子２の上部にのみ回転子フィ
ン１３Ａが設けられている。この回転子フィン１３Ａ
は、回転子２の半径方向（矢印ｒ方向）内方の貫通孔３
１（後述）から空気を吸引する効率を向上するため、モ
ータ室Ｉ内において回転子フィン１３Ａと対向する壁面
Ｉ−Ｓとの隙間が小さくなるように設定されている。そ
して前述したように、回転子２の半径方向ｒ内方には複
数の貫通孔３１が形成されていると共に、固定子１の半
径方向ｒ外方とモータフレーム５との間にも複数の空気
通路３２が形成されている。

【００１９】図１の第１実施形態によれば、回転子２が
回転し前記回転子フィン１３Ａがファンとして機能し
て、モータ室の上方の空間Ｉ−Ｕに存在する空気に対し
て風圧を付加する事により、前記貫通孔３１及び空気通
路３２を流通経路とする空気流、（モータ室の上方の空
間Ｉ−Ｕと下方の空間Ｉ−Ｄとの間を循環する循環流：
図４において符号２１で示されるような循還流）が生じ
る。この空気流或いは循還流により、昇温したモータ室
上方（Ｉ−Ｕ）の空気とモータ室下方（Ｉ−Ｄ）の空気
とが混合され、モータ室Ｉ内部の温度の均一化が達成さ
れ、モータ室上方の空間Ｉ−Ｕにおける空気温度が低下
する。従って、上部軸受９が高温に晒されることも無
く、上部軸受９の焼き付き、摩耗、その他上部軸受９の
損傷により回転子２と固定子１とが接触する事は未然に
防止される。そして各種モータトラブルが防止されるの
である。

【００２０】図１において、モータＭ１は水中で使用さ
れるものであるため、Ｏ−リング等の各種シール手段に
よって気密に構成されている。そして、モータＭ１を駆
動するため、水中ケーブル１１を介して電力が供給され
る。また、モータＭ１の上部には把手１４が設けられて
おり、該把手１４を用いて汚水発生現場等、汚水用水中
ポンプＰを設置するべき箇所に向けて、当該ポンプＰを
吊下げ或いは移動する。これに加えて、モータＭ内には
プロテクタ１５が設けられており、過電流や欠相運転等
による電動機の焼損を防止している。

【００２１】図２は本発明の第２の実施形態を示してい
る。この第２実施形態にかかる水中モータＭ２は、図１
の第１実施形態にかかる水中モータＭ１と殆ど同一の構
成を具備している。しかし、第１実施形態の水中モータ
Ｍ１では、回転子フィン１３Ａが回転子２の上方に設け
られているのに対して、図２の（第２実施形態にかか
る）水中モータＭ２では、回転子２の下方に回転子フィ
ン１３Ｂが設けられている。この回転子フィン１３Ｂに
おいても、回転子２の半径方向（矢印ｒ方向）内方の貫
通孔３１から空気を吸引する効率を向上するため、モー
タ室Ｉ内において回転子フィン１３Ｂと対向する壁面Ｉ
−Ｓ２との隙間が小さくなるように設定されている。図
２の第２実施形態の作用については、回転子フィン１３
Ｂが回転する事により風圧が付加される空気がモータ室
の下方空間Ｉ−Ｄに存在する空気である点を除いて、図
１の実施形態の作用と同様である。

【００２２】図３は本発明の第３実施形態を示してい
る。第３実施形態に係る水中モータＭ３は、固定子１、
回転子２、主軸３、固定子巻線４、モータフレーム５、
下部ブラケット６、メカニカルシール部７、ハウジング
下部軸受８、上部軸受９、モータカバー１０、水中電源
ケーブル１１、信号用水中ケーブル１２、モータ吊り上
げ用把手１４、サーマルプロテクタ１５、浸水検知器１
６については、図６の従来技術と同様である。そして、
回転子２の上部にのみ回転子フィン１３Ａが設けられて
いる点、回転子フィン１３Ａは壁面Ｉ−Ｓとの隙間が小
さくなるように設定されている点については、図１の第
１実施形態と同様である。さらに、回転子２の半径方向
ｒ内方に複数の貫通孔３１が形成されていると共に、固
定子１の半径方向ｒ外方とモータフレーム５との間にも
複数の空気通路３２が形成されている点については、図
１及び図２の実施形態と共通している。

【００２３】しかし、図３の水中モータＭ３では、回転
子２の上方に設けた回転子フィン１３Ａに加えて、回転
子２の下方（前記回転子フィンを設けた空間の反対側の
空間）に、比較的小さな第２の回転子フィン１７が設け
られている点で、図１、図２の実施形態とは異なってい
る。

【００２４】図３において、モータ室の上方の空間Ｉ−
Ｕと下方の空間Ｉ−Ｄとの間を循環する循環流（図４に
おいて符号２１で示されるような循還流）は、回転子２
の上方に設けられた回転子フィン１３Ａによって作られ
るが、回転子２の下方に設けた小さな第２の回転子フィ
ン１７は、モータ室下方の空間Ｉ−Ｄにおける空気の小
循環流（第２の循環流：図４において符号２２で示され
るような循環流）を作り出す。

【００２５】第２の回転子フィンを設けない場合には、
モータ室の下方の空間Ｉ−Ｄにおける空気流或いは循環
流は、図６の従来の水中モータＰＭのように回転子２の
上下に同一形状・同一サイズの回転子フィン１３、１３
をそれぞれ配置した場合におけるモータ室の下方の空間
Ｉ−Ｄ内の空気流の流速と比較すれば、その流速は遅
い。そして、巻線或いはコイルエンドの放熱は、空気流
の流速を早くした方が促進される。そのため、第２の回
転子フィン１７によって、モータ室の下方の空間Ｉ−Ｄ
内に（第２の回転子フィンを設けた空間内に）、比較的
流速が早い第２の循還流或いは空気流（小循環流）を発
生して、巻線或いはコイルエンドからの放熱が促進され
て、冷却が効果的に行われる様にせしめたのである。こ
れにより、水中モータＭ３の過熱による不利益はより一
層好適に除去される。

【００２６】図３の実施形態では、回転子２の上方に回
転子フィン１３Ａを設け、回転子２の下方に第２の回転
子フィン１７を設けている。換言すれば、図３の実施形
態は図１の実施形態に第２の回転子フィン１７を設けた
構造となっている。しかし、図示はされていないが、図
２の実施形態に第２の回転子フィン１７を設けた構造、
すなわち回転子２の下方に回転子フィン１３Ｂを設け
て、回転子２の上方に第２の回転子フィン１７を設けて
も良い。

【００２７】図４は、図３の実施形態における水中モー
タＭ３内部の空気流を示している。上述した通り、回転
子２の上方に設けられた回転子フィン１３Ａは、符号２
１で示す空気流、すなわちモータ室上方の空間Ｉ−Ｕ、
固定子１の半径方向ｒ外方とモータフレーム５との間の
空気通路３２、モータ室下方の空間Ｉ−Ｄ、回転子２の
半径方向ｒ内方の貫通孔３１を循環する循環流を形成す
る。一方、第２の回転子フィン１７は、回転子２の下方
（回転子フィン１３Ａが設けられているのとは反対側）
に設けられており、モータ室の下方の空間Ｉ−Ｄ（モー
タ室Ｉにおける回転子フィン１３Ａとは反対側の空間）
において、比較的流速が早い第２の循還流（小循環流）
（符号２２で示す空気流）を生じるのである。なお、図
４の符号２２で示す流線から明らかな様に、第２の回転
子フィン１７により形成される第２の循環流は、巻線４
に当たって、その熱量を放熱するのに効果的である。

【００２８】図５は本発明の水中モータを汚水用水中ポ
ンプについて用いた実施形態を示している。図５におい
て、全体を符号Ｐで示す汚水用水中ポンプと、全体を符
号Ｍで示す水中モータとは、一体に構成されており、水
中モータＭのモータ軸（主軸）３の先端に汚水用の羽根
車８１が取付けられている。

【００２９】図５で示すポンプＰにおいて、羽根車５１
は、吐出口９２と吸込口９１を有するポンプケーシング
５２によって覆われている。このポンプＰは、ケーシン
グ５２の下部から、例えば水処理装置等から排出された
汚水を吸い込んで、ケーシング５２の側面に設けられた
吐出ベンド５３を介して、符号９３で示す吐出口から図
５では上方に向かって吐出する。ここで、羽根車５１
は、汚水ポンプ用の羽根車の特徴である広い翼幅を有し
ており、ポンプＰ内に比較的大きな異物が吸い込まれた
場合であっても、容易に排出できる様になっている。ポ
ンプケーシング５２の下部には、ポンプＰが設置箇所に
おいて確実に自立する様にさせるため、ポンプ台５７が
取付けられている。

【００３０】図５において、ポンプＰの圧力水が一体に
構成されたモータＭ側へ漏洩しないように、ポンプＰと
モータＭとの間には上部メカニカルシール６２、下部メ
カニカルシール６１が取付けられている。そして、上部
メカニカルシール６２と下部メカニカルシール６１との
間には、油を封入した空間であるメカニカルシール室９
４が形成されている。メカニカルシール室９４内に充填
された油によって、メカニカルシール摺動面の潤滑と冷
却とが行われる。さらに、メカニカルシール６１、６２
の寿命を長くするため、下部メカニカルシール６１と羽
根車８１との間にはオイルシール５６が組み込まれてい
る。該オイルシール５６により、砂等の異物がメカニカ
ルシール摺動面に接近或いは侵入することを防止するた
めである。なお図５において、符号５４は中間ケーシン
グを示している。

【００３１】なお、図示の実施形態はあくまでも例示で
あり、本発明の技術的範囲は図示の実施形態に限定され
るものではない。そして、各種の変形や設計変更が可能
である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、例
えば汚水用水中ポンプに使用される（乾式）水中モータ
において、モータ内部の空気流が改善されて、モータ室
の上方の空間と下方の空間において、空気が均一に混合
され、特に高温になり易い傾向を有するモータ室上方の
空間の温度を低下されることが出来る。特に本発明で
は、回転子フィンを回転子の一方のみに設けたので、モ
ータ室の上方の空間と下方の空間とを空気流が効率的に
循環するのである。

【００３３】その結果、本発明によれば、モータの主軸
を軸支する上部軸受が高熱に晒されることに起因する各
種不都合が未然に防止して、水中モータの長寿命化を実
現することができる。

【００３４】ここで、本発明の水中モータを例えば汚水
用水中ポンプで用いる場合には、汚水用水中ポンプは例
えば屎尿槽の排水等に用いられることが多いので、その
メインテナンス作業は不潔で、大きな費用発生を伴う。
また、故障等によりポンプが停止する事態が発生する
と、水処理の安定操業が困難となる。従って、水中モー
タの長寿命化は、メインテナンス費用の低減と水処理装
置の安定稼働に大きな影響を及ぼすのである。

【００３５】さらに、請求項２に記載された本発明によ
れば、比較的小さな第２の回転子フィンによって、第２
の回転子フィンを設けた空間内に比較的流速が早い第２
の循還流を発生して、当該空間に配置された巻線或いは
コイルエンド等の放熱及び冷却を効果的に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる水中モータを
示す縦断面図。

【図２】本発明の第２の実施形態にかかる水中モータを
示す縦断面図。

【図３】本発明の第３の実施形態にかかる水中モータを
示す縦断面図。

【図４】第３実施形態において、モータ室全体を循環す
る空気流と、モータ室下方の空間における小循環流とを
示す縦断面図。

【図５】本発明の水中モータを汚水用水中ポンプに適用
した実施形態を示す縦断面図。

【図６】従来の水中モータの構造を示す縦断面図。

【符号の説明】

Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・水中モータ１・・・固定子２・・・回転子３・・・主軸４・・・固定子巻線５・・・モータフレーム８・・・下部軸受９・・・上部軸受１３、１３Ａ、１３Ｂ・・・回転子フィン１７・・・第２の回転子フィン３１・・・貫通孔３２・・・空気通路Ｉ・・・モータ室Ｉ−Ｕ・・・モータ室の上方の空間Ｉ−Ｄ・・・モータ室下方の空間２１、２２・・・循環流Ｐ・・・汚水用水中ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子の半径方向内方の領域に貫通孔を
形成し、固定子の半径方向外方とモータフレームとの間
にも空気通路を形成し、前記貫通孔及び空気通路を介し
てモータ室の上方の空間と下方の空間との間で空気が循
環する様に風圧を発生させる回転子フィンを設け、該回
転子フィンは回転子の上方か下方のいずれか一方にのみ
設けられていることを特徴とする水中モータ。
【請求項２】モータ室における前記回転子フィンとは
反対側の空間に循環流を生ぜしめて当該空間を冷却する
第２の回転子フィンを、回転子の前記回転子フィンを設
けた側の反対側に設けた請求項１の水中モータ。