JP2004166414A - 水中モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータケーシング10に収容された回転子12及び固定子11を備える水中モータにおいて、固定子11に装着されたコイル13を弾性体45で被覆し、該弾性体45を樹脂46で被覆し、該樹脂46をモータケーシング10の内面に密着させることによって、コイル13に発生した熱を、弾性体45,樹脂46,モータケーシング10を介して外部に放熱させる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中ポンプなどに使用される水中モータに係り、特に、固定子に装着されたコイルの熱を効率良く外部に放出することができる水中モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
水中ポンプなどに広く使用されている水中モータは、陸上で使用されるモータとは異なり、外部からの取扱液(水など)の浸入を防ぐために密封構造であることが必要とされる。このため、この種の水中モータは、回転子や固定子などの各構成部材がモータケーシング内に液密に収容された構成を有している。
【0003】
このような構成を持つ水中モータでは、水中モータ内部に発生した熱は、主にモータケーシングを介して外部に放出される。この場合、モータケーシングの外面に接する取扱液が常温であれば水中モータは十分に冷却されるが、水中モータを囲む取扱液の温度が上昇して水中モータの内部と外部との温度差が小さくなった場合や、一時的に水中モータが大気中で運転される場合などは、水中モータが十分に冷却されない。従って、このような場合においても、水中モータの十分な冷却を考慮する必要がある。
【0004】
そこで、従来の水中モータでは、モータ内部から外部への伝熱効率を向上させるために次のような工夫がなされている。即ち、固定子に装着されたコイルの端部(以下、コイルエンド部という)を覆うように樹脂をモータケーシング内に充填し、コイルエンド部に発生した熱を樹脂及びモータケーシングを介して外部に放熱させている。この場合、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂をモータケーシング内に充填させるのが一般的である。
【0005】
ところが、弾力性の乏しい樹脂をモータケーシング内に充填すると、内部温度の変化に伴ってコイルに密着している樹脂が伸縮し、コイルを傷めるなどの問題が生じていた。このため、従来の水中モータでは、モータケーシング内に樹脂を充填せず、モータケーシング内を満たしている気体を介して熱を外部に放出する構成が採用されつつある。
【0006】
この構成について図3を参照して説明する。図3は従来の水中モータの要部を示す断面図である。図3に示すように、水中モータは、主軸4に固定された回転子12と、モータケーシング10に固定された固定子11とを備えている。固定子11にはコイル13が装着されており、その両端部にはコイルエンド部13aが形成されている。モータケーシング10の内部空間50は液密に封止されており、この内部空間50には気体が満たされているのみである。このような構成によれば、コイルエンド部13aに発生した熱は、モータケーシング10の内部の気体を介してモータケーシング10に伝達され、更に、モータケーシング10から外部に放熱される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水中モータの高出力化に伴い、コイルに発生する熱量が大きくなってコイルの温度が上昇すると、コイルエンド部での損失が増え、更には、コイルを構成する巻線の絶縁膜の絶縁性が低下してしまう。また、水中モータ付近に軸受が配置されている場合には、コイルの熱により軸受内に封入されている潤滑剤の粘度が低下し、軸受から潤滑剤が流れ出てしまうという問題が生じていた。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コイルに発生する熱をモータケーシングを通じて外部に効率良く放熱させることができ、更には、コイルを傷めることなく長時間に亘って連続運転することができる水中モータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、モータケーシングに収容された回転子及び固定子を備える水中モータにおいて、前記固定子に装着されたコイルを弾性体で被覆し、該弾性体を樹脂で被覆し、該樹脂を前記モータケーシングの内面に密着させたことを特徴とする。
【0010】
本発明の好ましい一態様は、前記弾性体は、少なくとも前記コイルの端部を被覆することを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記樹脂は、金属又は金属繊維を含有することを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記弾性体及び前記樹脂は、熱伝導性に富む材料からなることを特徴とする。
【0011】
このように構成された本発明によれば、コイルの熱を、弾性体、樹脂、そしてモータケーシングを介して外部に効率良く放熱させることができ、これにより、水中モータの過度な温度上昇を防ぐことができる。また、樹脂の温度が変化して該樹脂が伸縮した場合でも、弾性体によって樹脂の変形を吸収させることができ、これにより、コイルに作用する力を緩和させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本実施形態に係る水中モータを備えた水中ポンプを示す断面図である。
図1に示すように、水中ポンプは、水中モータを構成するモータ部1と、内部に羽根車2を収容したポンプ部3とを備えている。モータ部1及びポンプ部3の内部には、主軸4が挿通されており、主軸4の下端には主軸4と一体に回転する羽根車2が取付けられている。このような構成により、主軸4を介してモータ部1により羽根車2が回転駆動される。
【0013】
モータ部1は、モータケーシング10と、モータケーシング10の内周面に固着された固定子11と、主軸4と一体に回転する回転子12とを備えている。固定子11にはコイル13が装着され、コイル13の両端にはコイルエンド部13aが形成されている。
【0014】
モータケーシング10の上部開口端の近傍には上部ブラケット15が設けられている。上部ブラケット15及びモータケーシング10の下端部には上部軸受16及び下部軸受17がそれぞれ設けられており、この上部軸受16及び下部軸受17によって主軸4が回転自在に支持されている。
【0015】
モータケーシング10の上部開口端にはモータカバー19が固定されている。このモータカバー19とモータケーシング10との間にはOリング20が介在しており、これにより、モータ部1の内部に取扱液が浸入してしまうことが防止される。モータカバー19と上部ブラケット15との間に形成された空間には、モータ部1を過熱や過負荷から保護するプロテクタ(過熱保護装置)21やコンデンサ22などの機器が収納されている。また、モータカバー19に接続された水中ケーブル23を介してモータ部1に電力が供給されるようになっている。
【0016】
ポンプ部3は、吸込口31a及び吐出口31bを有するポンプケーシング31と、ポンプケーシング31とモータケーシング10との間に配置された中間ケーシング32とを備えている。そして、これらポンプケーシング31と中間ケーシング32とによって形成されるポンプ室33の内部に上述した羽根車2が収容されている。吐出口31bには、吐出ホース(図示せず)を接続するためのニップル34が連結されている。
【0017】
本実施形態における水中ポンプは、いわゆるボルテックスポンプである。羽根車2とポンプケーシング31との間には、ボルテックスポンプの特徴である広い空隙が設けられており、比較的大きな異物を吸い込んだ場合でも、この異物を容易に排出できるようになっている。また、ポンプケーシング31の下面には、ポンプ全体を起立させるポンプ台35が設けられている。このポンプ台35は、一定以上の大きさの異物が吸い込まれないように、ストレーナとしての機能を有している。
【0018】
メカニカルシール40は、モータケーシング10と中間ケーシング32とにより形成されたメカニカルシール室41内に配置されている。このメカニカルシール40はモータケーシング10及び中間ケーシング32により支持され、主軸4に摺接するように配置されている。メカニカルシール室41内には、メカニカルシール40の摺接面の潤滑と冷却を行うための潤滑液が封入されている。この潤滑液としては例えばタービン油を用いることができる。このメカニカルシール40により、羽根車2によってポンプ室33内に吸引された取扱液がモータ部1に浸入してしまうことが防止される。なお、メカニカルシール40の寿命を長くするために、メカニカルシール40と羽根車2との間にはオイルシール42が設けられており、これにより、取扱液に含まれる砂などの異物がメカニカルシール40と主軸4との間に入り込むことが防止される。
【0019】
このように構成された水中ポンプは、例えば工事現場での湧き水などを排水するために使用される。この種の水中ポンプは、その全部或いはほとんどを取扱液中に浸漬させた状態で運転される。そして、回転する羽根車2によって取扱液が吸込口31aからポンプ室33に吸い込まれ、ポンプケーシング31の吐出口31bから吐出される。
【0020】
次に、本発明の特徴的構成である水中モータの構成について図2を参照して説明する。
図2は本実施形態に係る水中モータの要部を示す断面図である。なお、上述したように、本実施形態ではモータ部1が本発明に係る水中モータを構成する。
図2に示すように、略円形の横断面を有する回転子12は主軸4に固定され、主軸4と一体的に回転するようになっている。モータケーシング10の内周面には複数の固定子11が固定され(図2では1つの固定子11のみを示す)、これらの固定子11は回転子12の外周面を囲むように周方向に沿って等間隔に配置されている。また、各固定子11にはコイル13が装着され、コイル13の両端にはコイルエンド部13aが形成されている。そして、コイルエンド部13aとモータケーシング10との間に形成される空間には、弾性体45、金属又は金属繊維を含有する樹脂46がこの順に充填されている。
【0021】
より具体的には、コイルエンド部13aの表面は弾性体45によって被覆されており、コイルエンド部13aと弾性体45とは互いに密着している。また、図示しないが、複数の固定子11にそれぞれ装着されているコイル13間の隙間にも弾性体45が充填されている。ここで、弾性体45としては、熱伝導性に優れ、かつ、絶縁性に富む材料が使用される。例えば、シリコンラバー系のゲルを固化させてゴム状にした材料が好適に使用され、更に、熱伝導率1.1〜5.6(W/(m・℃))を有する材料であることが好ましい。
【0022】
コイルエンド部13aを覆う弾性体45は、金属又は金属繊維を含ませた樹脂46によって被覆されており、弾性体45と樹脂46とは互いに密着している。更に、この樹脂46は、モータケーシング10の内周面に密着している。ここで、上記樹脂46としては、熱伝導性に優れた材料が好適に用いられる。また、上記樹脂46に含まれる金属又は金属繊維としては、アルミニウムなどが好適に用いられる。
【0023】
このように、本実施形態に係るモータ部1(水中モータ)は、コイルエンド部13aの外面が弾性体45に密着し、弾性体45の外面が樹脂46に密着し、更に、樹脂46の外面がモータケーシング10の内面に密着した構成を有している。このような構成では、コイル13、特に、コイルエンド部13aにおいて発生した熱は、弾性体45及び樹脂46を介してモータケーシング10に伝達され、モータケーシング10から外部に放熱される。即ち、モータケーシング10内に熱伝導率の高い弾性体45及び樹脂46を充填したことにより、モータ部1の内部に発生した熱を効率良く外部に放出することができる。
【0024】
また、コイルエンド部13aと樹脂46との間には弾性体45が存在するので、樹脂46の温度が変化して該樹脂46が伸縮した場合でも、その変形を弾性体45によって吸収することができ、コイルエンド部13aに作用する力を緩和することができる。さらに、モータ部1の温度が過度に上昇することが防止されるので、本実施形態のようにモータ部1の近傍に軸受16,17が配置されている場合でも、この軸受16,17に使用されている潤滑油が流れ出てしまうことを防止することができる。
【0025】
なお、上述した実施形態では、本発明に係る水中モータを水中ポンプに適用した例を示しているが、本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、エアレーター(曝気装置)などにも本発明を適用することができる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コイルに発生した熱を効率よく外部に放出することが可能となり、従来のモータに比べてモータの効率を向上させることができる。また、樹脂が変形する際にコイル(コイルエンド部)に作用する力を弾性体によって吸収することができ、長時間に亘って運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る水中モータを備えた水中ポンプを示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る水中モータの要部を示す断面図である。
【図3】従来の水中モータの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
1 モータ部
2 羽根車
3 ポンプ部
4 主軸
10 モータケーシング
11 固定子
12 回転子
13 コイル
13a コイルエンド
15 上部ブラケット
16 上部軸受
17 下部軸受
19 モータカバー
20 Oリング
21 プロテクタ
22 コンデンサ
23 水中ケーブル
31 ポンプケーシング
31a 吸込口
31b 吐出口
32 中間ケーシング
33 ポンプ室
34 ニップル
35 ポンプ台
40 メカニカルシール
41 メカニカルシール室
42 オイルシール
45 弾性体
46 樹脂
50 モータ内部空間
Claims (4)
- モータケーシングに収容された回転子及び固定子を備える水中モータにおいて、
前記固定子に装着されたコイルを弾性体で被覆し、該弾性体を樹脂で被覆し、該樹脂を前記モータケーシングの内面に密着させたことを特徴とする水中モータ。 - 前記弾性体は、少なくとも前記コイルの端部を被覆することを特徴とする請求項1に記載の水中モータ。
- 前記樹脂は、金属又は金属繊維を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の水中モータ。
- 前記弾性体及び前記樹脂は、熱伝導性に富む材料からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水中モータ。
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