JP7184673B2 - 多段カスケードポンプ装置、及び多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、多段カスケードポンプ装置、及び多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法に関するものである。

従来から、カスケードポンプ（渦流ポンプ、ウェスコポンプ、摩擦ポンプともいう）が知られている。カスケードポンプは、円板に放射状の溝加工を施した羽根車を、ポンプケーシングのポンプ室内で回転させて、流体を揚水する容積式のポンプである。ポンプ室内では、羽根車の回転により羽根車に設けられた溝で渦が発生し、放射状に多数設けられた溝を通過するたびに流体が昇圧される。流体は、羽根車の外周側において、吸込側から吐出側に向かって昇圧しながら進んでいく。

カスケードポンプは、遠心ポンプに比べて、小水量での高圧運転が可能である。また、カスケードポンプは、プランジャーポンプ（往復動ポンプ）に比べて、振動及び騒音が小さい。このように、小水量での高圧運転が可能で、振動及び騒音が小さいカスケードポンプは、多段化することで、例えば、近年の高層化したオフィスビルなどに、高圧水を供給する給水装置としての適用が期待されている。

下記特許文献１には、多段化したカスケードポンプが開示されている。この多段カスケードポンプは、複数のカスケードポンプを、カスケードポンプの回転羽根の回転軸に沿って積層し、積層した順にカスケードポンプの吸込口と吐出口とを連結させるとともに、回転軸周りに吸込口と吐出口を均等に配置したことを特徴としている。

特開２０１３－２３０３号公報

ところで、上記多段カスケードポンプは、流体を吸い込む吸込口を電動機と反対の反電動機側に配置し、流体を吐出する吐出口を電動機側に配置している（上記特許文献１の図１参照）。つまり、低圧段がポンプ端部に配置され、電動機側に配置された高圧段に向かって、流体を昇圧していく。このように、電動機側に高圧段が配置されると、高圧段から電動機への流体の漏れを防止するために、電動機側で回転軸を軸封する軸封装置（メカニカルシールなど）を耐圧構造にする必要があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電動機側で回転軸を軸封する軸封装置を耐圧構造とすることなく運転が可能な多段カスケードポンプ装置の提供を目的とし、さらにはこの多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係る多段カスケードポンプ装置は、多段カスケードポンプと電動機が軸方向に接続され、前記多段カスケードポンプの流体を吸い込む吸込口が、前記電動機側に配置され、前記多段カスケードポンプの流体を吐き出す吐出口が、前記電動機と反対の反電動機側に配置されている。
（２）上記（１）に記載された多段カスケードポンプ装置であって、前記電動機は、前記多段カスケードポンプとケーシングの内部が連通し、該ケーシングの内部に前記流体が流通するキャンドモータであってもよい。
（３）上記（２）に記載された多段カスケードポンプ装置であって、前記キャンドモータは、樹脂でモールドされたステータを有してもよい。
（４）上記（３）に記載された多段カスケードポンプ装置であって、前記ステータは、コイルと、前記コイルが巻き掛けられた複数のスロットを有するステータコアと、を有し、前記スロットの隙間は、前記樹脂によって充填され、前記スロットの隙間を充填する前記樹脂には、軸方向に貫通する流体流通孔が形成されていてもよい。
（５）上記（２）～（４）のいずれか一つに記載された多段カスケードポンプ装置であって、前記ケーシングの内部に流通した前記流体を、前記多段カスケードポンプに戻す戻し流路が形成されていてもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一つに記載された多段カスケードポンプ装置であって、前記多段カスケードポンプは、回転軸に沿ってそれぞれ移動可能、且つ、該回転軸と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車を有し、前記複数の羽根車ごとに、前記羽根車の前記電動機側に設けられ、前記回転軸に対し前記羽根車を前記反電動機側に付勢する付勢部と、前記羽根車の前記反電動機側に設けられ、前記回転軸に沿った前記反電動機側への前記羽根車の移動を規制する規制部と、が設けられていてもよい。

（７）本発明の一態様に係る多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法は、多段カスケードポンプと電動機が軸方向に接続され、前記多段カスケードポンプの流体を吸い込む吸込口が、前記電動機側に配置され、前記多段カスケードポンプの流体を吐き出す吐出口が、前記電動機と反対の反電動機側に配置され、前記多段カスケードポンプは、回転軸に沿ってそれぞれ移動可能、且つ、該回転軸と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車を有し、前記複数の羽根車ごとに、前記羽根車の前記電動機側に設けられ、前記回転軸に対し前記羽根車を前記反電動機側に付勢する付勢部と、前記羽根車の前記反電動機側に設けられ、前記回転軸に沿った前記反電動機側への前記羽根車の移動を規制する規制部と、が設けられている、多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法であって、前記回転軸を軸方向に押し付けた状態で、前記羽根車と前記電動機側のケーシングとの間に、前記軸方向の隙間を調整するためのシムを挿入し、前記付勢部の付勢に抗して、前記羽根車を前記電動機側に移動させ、前記シムを前記羽根車と前記ケーシングとの間で挟み込み、その状態で前記羽根車の前記反電動機側の移動を規制するように前記規制部を前記回転軸に固定した後、前記シムを除去する。
（８）上記（７）に記載された多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法であって、前記羽根車の隙間調整は、前記電動機側に配置された羽根車から、前記反電動機側に配置された羽根車に向かって順に行ってもよい。

上記本発明の一態様によれば、電動機側で回転軸を軸封する軸封装置を耐圧構造とすることなく運転が可能な多段カスケードポンプ装置を提供できる。

一実施形態に係る多段カスケードポンプ装置１の横断面図である。 一実施形態に係る羽根車１１ａを収容するポンプ室２０ａ（低圧段）を形成するケーシング２２ａを軸方向で視た構成図である。 一実施形態に係る羽根車１１ｂを収容するポンプ室２０ｂ（中圧段）を形成するケーシング２２ｂを軸方向で視た構成図である。 一実施形態に係る羽根車１１ｃを収容するポンプ室２０ｃ（高圧段）を形成するケーシング２２ｃを軸方向で視た構成図である。 一実施形態に係るステータ６０の縦断面図である。 一実施形態に係る一実施形態に係る多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法を説明するための図である。

以下、一実施形態に係る多段カスケードポンプ装置、及び多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に係る多段カスケードポンプ装置１の横断面図である。
図１に示すように、多段カスケードポンプ装置１は、多段カスケードポンプ２と、電動機３と、を有し、多段カスケードポンプ２と電動機３とが、回転軸１０が延びる軸方向において接続されている。なお、以下の説明では、多段カスケードポンプ２が３段で流体を昇圧する形態を例示するが、多段カスケードポンプ２が２段や４段以上で流体を昇圧する形態であっても構わない。

多段カスケードポンプ２は、回転軸１０と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車１１（１１ａ～１１ｃ）を有している。複数の羽根車１１は、複数のポンプ室２０（２０ａ～２０ｃ）に収容されている。複数のポンプ室２０は、軸方向に積層された複数のケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）、５０によって形成されている。複数のケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）、５０の隙間は、Ｏリングなどのシール材２３によって液密にシールされている。なお、ケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）は、ポンプケーシングと称してもよい。また、ケーシング５０は、モータケーシングと称してもよい。

低圧段となる羽根車１１ａ及びポンプ室２０ａは、電動機側に配置されている。中圧段となる羽根車１１ｂ及びポンプ室２０ｂは、低圧段（羽根車１１ａ及びポンプ室２０ａ）の反電動機側に配置されている。また、高圧段（最終段）となる羽根車１１ｃ及びポンプ室２０ｃは、中圧段（羽根車１１ｂ及びポンプ室２０ｂ）の反電動機側（ポンプ端部）に配置されている。

多段カスケードポンプ２の流体を吸い込む吸込口２ａは、ポンプ室２０ａに接続されている。つまり、多段カスケードポンプ２の吸込口２ａは、電動機側に配置されている。また、多段カスケードポンプ２の流体を吐き出す吐出口２ｂは、ポンプ室２０ｃに接続されている。つまり、多段カスケードポンプ２の吐出口２ｂは、反電動機側（ポンプ端部）に配置されている。

ポンプ室２０ａとポンプ室２０ｂは、接続流路２１（２１ａｂ）を介して接続されている。また、ポンプ室２０ｂとポンプ室２０ｃは、接続流路２１（２１ｂｃ）を介して接続されている。つまり、吸込口２ａから多段カスケードポンプ２に導入された流体は、先ずポンプ室２０ａで昇圧され、次に接続流路２１ａｂを通ってポンプ室２０ｂで昇圧され、さらに接続流路２１ｂｃを通ってポンプ室２０ｃで昇圧された後、吐出口２ｂを介して多段カスケードポンプ２のポンプ端部から吐出される。

図２は、一実施形態に係る羽根車１１ａを収容するポンプ室２０ａ（低圧段）を形成するケーシング２２ａを軸方向で視た構成図である。
図２に示すように、羽根車１１（１１ａ）は、周縁部に多数の溝１１Ａが切られた円板状に形成されており、その周縁部によって、ポンプ室２０（２０ａ）に存在する水を、ほぼ１回転させながら昇圧させるものである。

ケーシング２２（２２ａ）には、ケーシング２２ごとに形成されたポンプ室２０（２０ａ）の周端である吸込口２０Ａ、吐出口２０Ｂが、羽根車１１（１１ａ）の外周部のケーシング外表面に開口するように形成されている。なお、ケーシング２２（２２ａ）の羽根車１１（１１ａ）の外周部の四隅には、積層した複数のケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）、５０を、図示しない締結ボルトによって軸方向で連結するためのボルト挿入孔２５が形成されている。

ケーシング２２ａ（低圧段）では、吐出口２０Ｂが閉塞板２６（プラグ付きが好ましい）によって閉塞されている。一方、ケーシング２２ａの吸込口２０Ａは、閉塞されておらず、多段カスケードポンプ２の吸込口２ａとなっている。また、ケーシング２２ａでは、ポンプ室２０ａの下流側に接続流路２１ａｂが形成され、接続流路２１ａｂは、中圧段のケーシング２２ｂのポンプ室２０ｂと連通している。

図３は、一実施形態に係る羽根車１１ｂを収容するポンプ室２０ｂ（中圧段）を形成するケーシング２２ｂを軸方向で視た構成図である。
図３に示すように、ケーシング２２ｂ（中圧段）では、ポンプ室２０ｂの吸込口２０Ａ及び吐出口２０Ｂが、上述した閉塞板２６によって閉塞されている。また、ケーシング２２ｂでは、ポンプ室２０ｂの上流側に接続流路２１ａｂが形成され、ポンプ室２０ｂの下流側に接続流路２１ｂｃが形成されている。接続流路２１ｂｃは、高圧段のケーシング２２ｃのポンプ室２０ｃと連通している。

図４は、一実施形態に係る羽根車１１ｃを収容するポンプ室２０ｃ（高圧段）を形成するケーシング２２ｃを軸方向で視た構成図である。
図４に示すように、ケーシング２２ｃ（高圧段）では、ポンプ室２０ｂの吸込口２０Ａが、上述した閉塞板２６によって閉塞されている。一方、ケーシング２２ａの吐出口２０Ｂは、閉塞されておらず、多段カスケードポンプ２の吐出口２ｂとなっている。また、ケーシング２２ｃでは、ポンプ室２０ｃの上流側に接続流路２１ｂｃが形成されている。

上述したケーシング２２ａ～２２ｃは、接続流路２１（２１ａｄ、２１ｂｃ）の位置を軸方向で合わせるために、ケーシング２２ａに対して、ケーシング２２ｂ、２２ｃの回転角度を９０°ずつ周方向にずらしている。これにより、ケーシング２２ａ～２２ｃは、接続流路２１（２１ａｄ、２１ｂｃ）の有り無しの加工を除けば、基本的に共通部品で形成することができる。なお、ケーシング２２ａ～２２ｃは、それぞれ専用部品で形成しても構わない。

図１に戻り、本実施形態の電動機３は、多段カスケードポンプ２とケーシング５０の内部が連通し、該ケーシング５０の内部に流体が流通するキャンドモータとなっている。つまり、多段カスケードポンプ２と電動機３との間には、従来の軸封装置（メカニカルシール）などは設けられておらず、むしろ積極的に、多段カスケードポンプ２から電動機３の内部に流体を流し、電動機３を冷却する構成となっている。

電動機３は、ケーシング５０の内部に収容されたステータ６０及びロータ７０を有している。ステータ６０は、ケーシング５０（後述する円筒状のフレーム５１）の内周面に固定されたステータコア６１と、ステータコア６１に巻き掛けられたコイル６２と、を備える。また、ロータ７０は、回転軸１０の外周面に固定されたロータコア７１と、ロータコア７１に挿入された永久磁石７２と、を備える。本実施形態のステータ６０は、ステータコア６１、コイル６２を含む略全体（ステータコア６１の外周面を除く）が、樹脂６３によって覆われている。つまり、ステータ６０は、円筒状に樹脂モールドされている。

図５は、一実施形態に係るステータ６０の縦断面図である。
図５に示すように、ステータコア６１は、ケーシング５０の内周面に沿って環状に形成されたヨーク６１ａと、ヨーク６１ａから径方向内側に突出する複数のティース６１ｂ（突極）と、を有している。ヨーク６１ａの外周面には、ケーシング５０に対して周方向の位置決めするための位置決め溝６１ａ１が形成されている。

ステータコア６１は、回転軸１０の軸方向において複数の電磁鋼板が積層されて形成されたものであり、複数の電磁鋼板を周方向に位置決めするための位置決め孔６５が形成されている。このステータコア６１の軸方向の端面には、コイル６２が巻き掛けられるスロットＳが開口している。樹脂６３は、ステータコア６１の内周面（ティース６１ｂの先端面）を一定の薄膜で覆うと共に、コイル６２が巻き掛けられた複数のスロットＳの隙間を充填している。

スロットＳの隙間を充填する樹脂６３には、軸方向に貫通する流体流通孔６４が形成されている。流体流通孔６４は、ステータ６０を樹脂モールドした後に形成してもよいし、樹脂モールドする際に、注型に芯棒ないし管体を差し込んで形成してもよい。本実施形態の流体流通孔６４は、スロットＳごとに形成されている。なお、流体流通孔６４は、スロットＳの少なくとも一つに形成されていればよい。

図１に戻り、ケーシング５０は、ステータ６０を内側に収容する円筒状のフレーム５１と、ステータ６０の軸方向一端側（多段カスケードポンプ２が配置される負荷側）に配置された負荷側ブラケット５２と、ステータ６０の軸方向他端側（負荷側と反対の反負荷側）に配置された反負荷側ブラケット５３と、フレーム５１の反負荷側の開口端を閉塞するエンドカバー５４と、を有している。樹脂モールドされたステータ６０、負荷側ブラケット５２、反負荷側ブラケット５３の隙間は、Ｏリングなどのシール材２３によって液密にシールされている。

負荷側ブラケット５２は、フレーム５１の負荷側の開口端を閉塞している。反負荷側ブラケット５３は、フレーム５１の反負荷側の開口端を介して、フレーム５１の内側に嵌入されている。エンドカバー５４は、反負荷側ブラケット５３よりも軸方向外側に配置され、フレーム５１の反負荷側の開口端を閉塞している。フレーム５１、負荷側ブラケット５２、反負荷側ブラケット５３、エンドカバー５４の隙間は、Ｏリングなどのシール材２３によって液密にシールされている。

負荷側ブラケット５２には、上述したポンプ室２０ａ（低圧段）の下流側と、上述した流体流通孔６４の負荷側の端部とを接続する接続流路５２ａが形成されている。また、反負荷側ブラケット５３には、上述した流体流通孔６４の反負荷側の端部が接続される貫通孔５３ａが形成されている。反負荷側ブラケット５３は、貫通孔５３ａよりも径方向内側において、回転軸１０を軸支する反負荷側軸受８２を支持している。反負荷側軸受８２としては、回転軸１０との間に、流体が流通する隙間を形成できる滑り軸受が好ましく、本実施形態のように滑り軸受の内周面に、軸方向に延びる流体流通溝８２ａを形成すると尚よい。

反負荷側軸受８２は、反負荷側スラストディスク８４と軸方向において当接している。反負荷側スラストディスク８４は、ロータ７０の反負荷側に配置され、ロータ７０側に配置された座金８５及びばね座金８６を介して、反負荷側軸受８２に押圧されている。または、反負荷側スラストディスク８４が、ばね座金８６を介してロータ７０（回転軸１０）を負荷側（多段カスケードポンプ２側）に押圧しているとも言える。反負荷側スラストディスク８４の反負荷側軸受８２側の当接面には、径方向に延びる流体流通溝８４ａが形成されている。

一方、ロータ７０の負荷側にも、負荷側スラストディスク８３が配置されている。負荷側スラストディスク８３は、上述したばね座金８６からの付勢によって負荷側軸受８１と軸方向において当接している。負荷側スラストディスク８３の負荷側軸受８１側の当接面には、径方向に延びる流体流通溝８３ａが形成されている。負荷側軸受８１は、負荷側ブラケット５２に支持され、回転軸１０を軸支している。

負荷側軸受８１としては、回転軸１０との間に、流体が流通する隙間を形成できる滑り軸受が好ましく、本実施形態のように滑り軸受の内周面に、軸方向に延びる流体流通溝８１ａを形成すると尚よい。負荷側ブラケット５２には、回転軸１０と負荷側軸受８１との隙間を流通した流体を、多段カスケードポンプ２に戻す戻し流路９０が形成されている。戻し流路９０は、図２に示すように、径方向に延び、ポンプ室２０ａ（低圧段）の上流側（低圧側）に接続されている。

以上のように、電動機３の内部には、多段カスケードポンプ２の取扱液（流体）が循環できる構成となっている。具体的には、図１に示すように、多段カスケードポンプ２のポンプ室２０ａ（低圧段）の下流側（高圧側）から接続流路５２ａを介して、ケーシング５０の内部に流体が導入される。接続流路５２ａを流通する流体は、流体流通孔６４を通ってステータ６０を軸方向に抜けた後、貫通孔５３ａを通って、反負荷側ブラケット５３とエンドカバー５４との隙間に導入される。

反負荷側ブラケット５３とエンドカバー５４との隙間に導入された流体は、回転軸１０と反負荷側軸受８２との隙間（主に流体流通溝８２ａ）及び、反負荷側軸受８２と反負荷側スラストディスク８４との隙間（主に流体流通溝８４ａ）を通って、ステータ６０の内側の空間に導入され、ステータ６０とロータ７０との隙間を軸方向に抜けた後、ロータ７０の負荷側の空間に導入される。

ロータ７０の負荷側の空間に導入された流体は、負荷側軸受８１と負荷側スラストディスク８３との隙間（主に流体流通溝８３ａ）及び、回転軸１０と負荷側軸受８１との隙間（主に流体流通溝８１ａ）を通って、負荷側軸受８１よりも負荷側の空間に導入される。負荷側軸受８１よりも負荷側の空間に導入された流体は、戻し流路９０によって、ポンプ室２０ａ（低圧段）の上流側（低圧側）に戻される。このような流体の循環によって、電動機３を冷却することができる。

ところで、上述した多段カスケードポンプ２においては、複数の羽根車１１を備えているため、複数の羽根車１１のそれぞれの側面の隙間の管理が重要である。羽根車１１の側面の隙間が広いと性能が低下し、隙間が狭いと接触による異音や発熱、取扱液への磨耗紛の混入が懸念される。このため、本実施形態では、複数の羽根車１１ごとに、付勢部３０及び規制部４０を設けている。

羽根車１１は、基本的には、その両側面に形成される流体膜の圧力により、回転軸１０に沿って自在に移動可能である。具体的には、回転軸１０にキー１２が設けられ、羽根車１１には、キー１２に回転方向において係合する図示しないキー溝が形成されている。つまり、羽根車１１は、軸方向においては、回転軸１０に対して自在に動くことができる。

付勢部３０は、羽根車１１の電動機側に設けられ、回転軸１０に対し羽根車１１を反電動機側に付勢するものである。本実施形態の付勢部３０は、回転軸１０の周面に形成された環状溝１３に係合するＣ型止め輪３１と、Ｃ型止め輪３１に当接する円環状の座金３２と、座金３２に当接し、羽根車１１の電動機側の側面を付勢するばね座金３３と、を有する。

規制部４０は、羽根車１１の反電動機側に設けられ、回転軸１０に沿った反電動機側への羽根車１１の移動を規制するものである。本実施形態の規制部４０は、回転軸１０に嵌挿される環状の羽根止めスリーブ４１と、羽根止めスリーブ４１を回転軸１０に対して固定する止めねじ４２と、を有する。

後述する羽根車１１の隙間調整の際には、回転軸１０が軸方向に移動することが無いように予圧を与えることが重要である。このため、エンドカバー５４には、回転軸１０の反負荷側の端部に、軸方向でアクセス可能な貫通孔５４ａが形成されている。貫通孔５４ａは、ねじ孔であり、平時においてはプラグ５５によって閉塞されている。なお、本実施形態にように、反負荷側にばね座金８６が配置されている場合、回転軸１０が軸方向一方側に常に押し付けられているため、必ずしもエンドカバー５４に貫通孔５４ａを設ける必要はない。

続いて、図６を参照して、上記構成の多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法（以下、本手法と称する）について説明する。
図６は、一実施形態に係る多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法を説明するための図である。

本手法では、図６に示すように、羽根車１１ａ（低圧段）から隙間調整を開始し、適宜、ケーシング５０にケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）を積層し、羽根車１１ｂ、１１ｃの順に隙間調整を行う。つまり、羽根車１１ａの隙間調整の際には、ケーシング２２（２２ａ～２２ｃ）及び羽根車１１ｂ、１１ｃは、取り外されている。また、本手法の前提として、上述したように回転軸１０は軸方向に押し付けられた状態（軸方向に移動しない状態）となっている。

本手法では、先ず図６（ａ）に示すように、羽根車１１の電動機側（背面側）に、シム１００（板体）を挿入する。シム１００は、羽根車１１の隙間調整用の隙間ゲージであり、所定の厚みを有している。シム１００は、羽根車１１の電動機側の側面１７及び、この側面１７と軸方向で対向するケーシング５０の対向面２７とそれぞれ当接可能な位置に挿入するとよい。

本手法では、次に図６（ｂ）に示すように、付勢部３０の付勢に抗して、羽根車１１を電動機側に移動させ、シム１００を羽根車１１とケーシング５０との間で挟み込む。そして、その状態で羽根車１１の反電動機側の移動を規制するように規制部４０を回転軸１０に固定する。つまり、止めねじ４２によって、羽根止めスリーブ４１を回転軸１０に対して固定し、羽根車１１がシム１００を挟み込んだ状態から反電動機側に移動しないようにする。

本手法では、次に図６（ｃ）に示すように、規制部４０によって羽根車１１の反電動機側の移動を規制した状態で、シム１００を除去する（抜き取る）。シム１００の厚みは、ケーシング２２を積層した際に、羽根車１１の反電動機側の側面１８が、ケーシング２２ａと適正な隙間を保てるような厚みに設定されている。このため、羽根車１１ａの側面１７，１８に、ケーシング５０、２２ａとの適正な隙間を形成することができる。なお、ケーシング２２ａを取り付けた後、上述した図６（ａ）～（ｃ）を繰り返すことで羽根車１１ｂの隙間調整が可能であり、同様にして羽根車１１ｃの隙間調整も可能である。
このように本手法によれば、複数の羽根車１１のそれぞれの側面１７、１８の隙間の管理が可能であり、性能の低下を抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の多段カスケードポンプ装置１は、図１に示すように、多段カスケードポンプ２と電動機３が軸方向に接続され、多段カスケードポンプ２の流体を吸い込む吸込口２ａが、電動機側に配置され、多段カスケードポンプ２の流体を吐き出す吐出口２ｂが、電動機３と反対の反電動機側に配置されている。この構成によれば、電動機側が低圧段となるため、電動機側に特別な耐圧構造の軸封装置（メカニカルシールなど）を設置することが不要になる。
したがって、電動機側で回転軸１０を軸封する軸封装置を耐圧構造とすることなく運転が可能な多段カスケードポンプ装置１を提供できる。

また、本実施形態では、電動機３は、多段カスケードポンプ２とケーシング５０の内部が連通し、該ケーシング５０の内部に流体が流通するキャンドモータとしている。このように、本実施形態では、電動機側の軸封装置を完全に取り去り、多段カスケードポンプ２の低圧段での取扱液を、電動機３の内部を循環する冷却流体として使用している。この構成によれば、より高圧側に装置の仕様を変更しても、電動機３の仕様を変更する必要がない。

また、本実施形態では、キャンドモータである電動機３は、樹脂６３でモールドされたステータ６０を有している。この構成によれば、ステータ６０の内周面とロータ７０の外周面との隙間に挿入されるキャンを、薄肉のステンレス鋼等の非磁性材などで形成する必要がなくなるため、渦電流による電気抵抗損失（キャン損）の発生を低減することができる。

また、本実施形態では、図５に示すように、ステータ６０は、コイル６２と、コイル６２が巻き掛けられた複数のスロットＳを有するステータコア６１と、を有し、スロットＳの隙間は、樹脂６３によって充填され、スロットＳの隙間を充填する樹脂６３には、軸方向に貫通する流体流通孔６４が形成されている。この構成によれば、ティース６１ｂの間の空間（スロットＳ）を、流体の循環流路として利用することができ、例えば、回転軸１０の中心に貫通孔を設けたり、電動機３の外部に配管を設ける必要がなくなる。よって、回転軸１０の中心に貫通孔を設ける加工上の問題や、別部品や別部品の取付スペースを確保する問題を解消することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、ケーシング５０の内部に流通した流体を、多段カスケードポンプ２に戻す戻し流路９０が形成されている。この構成によれば、電動機３の循環冷却が可能になり、電動機３を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、多段カスケードポンプ２は、回転軸１０に沿ってそれぞれ移動可能、且つ、該回転軸１０と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車１１を有し、複数の羽根車１１ごとに、羽根車１１の電動機側に設けられ、回転軸１０に対し羽根車１１を反電動機側に付勢する付勢部３０と、羽根車１１の反電動機側に設けられ、回転軸１０に沿った反電動機側への羽根車１１の移動を規制する規制部４０と、が設けられている。この構成によれば、複数の羽根車１１のそれぞれの側面の隙間の管理が可能となり、多段カスケードポンプ２の性能の低下を抑制することができる。

また、図６に示すように、本実施形態の多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法は、回転軸１０を軸方向に押し付けた状態で、羽根車１１と電動機側のケーシング５０との間に、軸方向の隙間を調整するためのシム１００を挿入し、付勢部３０の付勢に抗して、羽根車１１を電動機側に移動させ、シム１００を羽根車１１とケーシング５０との間で挟み込み、その状態で羽根車１１の反電動機側の移動を規制するように規制部４０を回転軸１０に固定した後、シム１００を除去する。この手法によれば、回転軸１０を軸方向に移動しないようにしつつ、シム１００の挟み込みによって、羽根車１１の隙間を適正に管理することができる。
また、羽根車１１の隙間調整は、電動機側に配置された羽根車１１ａから、反電動機側に配置された羽根車１１ｃに向かって順に行うことで、複数の羽根車１１のそれぞれの側面の隙間の管理を適正かつ効率よく行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、電動機３をキャンドモータとしたが、軸封装置を有する従来の電動機であっても構わない。この場合であっても、電動機側が低圧段となるので、軸封装置を特別な耐圧構造とする必要はない。

また、例えば、上述した多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法は、多段カスケードポンプ２の吸込口２ａが電動機側に配置され、多段カスケードポンプ２の吐出口２ｂが反電動機側に配置されている構成以外の構成においても適用可能である。例えば、上述した従来技術（特許文献１参照）のように、多段カスケードポンプ２の吸込口２ａが反電動機側に配置され、多段カスケードポンプ２の吐出口２ｂが電動機側に配置されている構成であっても、上述した多段カスケードポンプ装置１の羽根車隙間調整方法を適用することができる。

１ 多段カスケードポンプ装置
２ 多段カスケードポンプ
２ａ 吸込口
２ｂ 吐出口
３ 電動機
１０ 回転軸
１１ 羽根車
３０ 付勢部
４０ 規制部
５０ ケーシング
６０ ステータ
６１ ステータコア
６２ コイル
６３ 樹脂
６４ 流体流通孔
９０ 流路
１００ シム
Ｓ スロット

Claims (8)

1. 多段カスケードポンプと電動機が軸方向に接続され、
   前記多段カスケードポンプの流体を吸い込む吸込口が、前記電動機側に配置され、
   前記多段カスケードポンプの流体を吐き出す吐出口が、前記電動機と反対の反電動機側に配置され、
   前記多段カスケードポンプは、
   回転軸と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車と、
   前記羽根車を収容するポンプ室を形成する複数のポンプケーシングと、を有し、
   前記ポンプケーシングは、
   前記ポンプ室の周端に位置し、前記ポンプケーシングの外表面に開口するケーシング吸込口及びケーシング吐出口と、
   前記ポンプケーシングを軸方向に貫通し、隣り合う前記ポンプ室を接続する接続流路と、を有し、
   前記複数のポンプケーシングは、前記接続流路を軸方向で合わせるため、前記回転軸回りに９０°ずつ周方向にずらした状態で積層され、
   最も前記電動機側に配置された前記ポンプケーシングの前記ケーシング吸込口が、前記吸込口であり、
   最も前記反電動機側に配置された前記ポンプケーシングの前記ケーシング吐出口が、前記吐出口であり、
   前記吸込口及び前記吐出口以外の前記ケーシング吸込口及び前記ケーシング吐出口は、閉塞されている、ことを特徴とする多段カスケードポンプ装置。
2. 前記電動機は、前記多段カスケードポンプとケーシングの内部が連通し、該ケーシングの内部に前記流体が流通するキャンドモータである、ことを特徴とする請求項１に記載の多段カスケードポンプ装置。
3. 前記キャンドモータは、樹脂でモールドされたステータを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の多段カスケードポンプ装置。
4. 前記ステータは、
   コイルと、
   前記コイルが巻き掛けられた複数のスロットを有するステータコアと、を有し、
   前記スロットの隙間は、前記樹脂によって充填され、
   前記スロットの隙間を充填する前記樹脂には、軸方向に貫通する流体流通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の多段カスケードポンプ装置。
5. 前記ケーシングの内部に流通した前記流体を、前記多段カスケードポンプに戻す戻し流路が形成されている、ことを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の多段カスケードポンプ装置。
6. 前記複数の羽根車は、前記回転軸に沿ってそれぞれ移動可能であり、
   前記複数の羽根車ごとに、
   前記羽根車の前記電動機側に設けられ、前記回転軸に対し前記羽根車を前記反電動機側に付勢する付勢部と、
   前記羽根車の前記反電動機側に設けられ、前記回転軸に沿った前記反電動機側への前記羽根車の移動を規制する規制部と、が設けられており、
   前記規制部は、
   前記回転軸に嵌挿される環状の羽根止めスリーブと、
   前記羽根止めスリーブを前記回転軸に対して径方向から固定する止めねじと、を有する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の多段カスケードポンプ装置。
7. 多段カスケードポンプと電動機が軸方向に接続され、
   前記多段カスケードポンプの流体を吸い込む吸込口が、前記電動機側に配置され、
   前記多段カスケードポンプの流体を吐き出す吐出口が、前記電動機と反対の反電動機側に配置され、
   前記多段カスケードポンプは、
   回転軸に沿ってそれぞれ移動可能、且つ、該回転軸と一体で回転可能に設けられた複数の羽根車と、
   前記羽根車を収容するポンプ室を形成する複数のポンプケーシングと、を有し、
   前記ポンプケーシングは、
   前記ポンプ室の周端に位置し、前記ポンプケーシングの外表面に開口するケーシング吸込口及びケーシング吐出口と、
   前記ポンプケーシングを軸方向に貫通し、隣り合う前記ポンプ室を接続する接続流路と、を有し、
   前記複数のポンプケーシングは、前記接続流路を軸方向で合わせるため、前記回転軸回りに９０°ずつ周方向にずらした状態で積層され、
   最も前記電動機側に配置された前記ポンプケーシングの前記ケーシング吸込口が、前記吸込口であり、
   最も前記反電動機側に配置された前記ポンプケーシングの前記ケーシング吐出口が、前記吐出口であり、
   前記吸込口及び前記吐出口以外の前記ケーシング吸込口及び前記ケーシング吐出口は、閉塞されており、
   前記複数の羽根車ごとに、
   前記羽根車の前記電動機側に設けられ、前記回転軸に対し前記羽根車を前記反電動機側に付勢する付勢部と、
   前記羽根車の前記反電動機側に設けられ、前記回転軸に沿った前記反電動機側への前記羽根車の移動を規制する規制部と、が設けられており、
   前記規制部は、
   前記回転軸に嵌挿される環状の羽根止めスリーブと、
   前記羽根止めスリーブを前記回転軸に対して径方向から固定する止めねじと、を有する、多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法であって、
   前記回転軸を前記軸方向に押し付けた状態で、前記羽根車と前記電動機側のケーシングとの間に、前記軸方向の隙間を調整するためのシムを挿入し、前記付勢部の付勢に抗して、前記羽根車を前記電動機側に移動させ、前記シムを前記羽根車と前記ケーシングとの間で挟み込み、その状態で前記羽根車の前記反電動機側の移動を規制するように前記規制部を前記回転軸に固定した後、前記シムを除去する、ことを特徴とする多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法。
8. 前記羽根車の隙間調整は、前記電動機側に配置された羽根車から、前記反電動機側に配置された羽根車に向かって順に行う、ことを特徴とする請求項７に記載の多段カスケードポンプ装置の羽根車隙間調整方法。

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