特開 2023-100290 ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023100290

(43)【公開日】2023-07-19

(54)【発明の名称】ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/06 20060101AFI20230711BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20230711BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20230711BHJP

   F04D 29/046 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

F04D13/06 E

F04D29/42 A

F04D29/58 F

F04D29/046 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000815

(22)【出願日】2022-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】黒沼 隆行

(72)【発明者】

【氏名】小澤 孝英

(72)【発明者】

【氏名】小松 辰実

(72)【発明者】

【氏名】中村 陽一

(72)【発明者】

【氏名】大井 駿

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA02

3H130AB12

3H130AB22

3H130AB44

3H130AC11

3H130AC13

3H130AC30

3H130BA33A

3H130BA33H

3H130BA35A

3H130BA35H

3H130BA97A

3H130BA97H

3H130CA21

3H130CA22

3H130CA23

3H130CA27

3H130CA29

3H130DB03X

3H130DD04Z

3H130DF02X

3H130DF07X

3H130DJ06X

3H130EA01A

3H130EA07A

3H130EB02A

(57)【要約】

【課題】小型化を実現することができるポンプ装置が提供される。
【解決手段】ポンプ装置ＰＡは、モータケーシング９を備えている。モータケーシング９は、モータフレーム１２とインバータケース５１との間に空間６０を形成する空間形成部６２を備えている。インバータ５０は、空間６０を挟んでモータ１０に対向している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングに接続されたモータケーシングと、
前記羽根車を回転させるモータと、
前記モータの動作を制御するインバータと、
前記インバータを収容し、かつ前記モータケーシングに接続されたインバータケースと、を備え、
前記モータケーシングは、
前記モータを収容するモータフレームと、
前記モータフレームと一体的に構成され、かつ前記モータフレームと前記インバータケースとの間に空間を形成する空間形成部と、を備えており、
前記インバータは、前記空間を挟んで前記モータに対向している、ポンプ装置。

【請求項2】

前記モータケーシングは、その表面に形成された、鉛直方向に延びるモータ側フィンを有している、請求項１に記載のポンプ装置。

【請求項3】

前記インバータケースは、その表面に形成された鉛直方向に延びるインバータ側フィンを有している、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。

【請求項4】

前記インバータは、
電解コンデンサを含むインバータ要素と、
前記インバータ要素が実装された基板と、を備えており、
前記電解コンデンサは、前記空間に向かって突出している、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のポンプ装置。

【請求項5】

前記空間形成部は、前記モータフレームの外側に張り出した張り出し部を備えており、
前記ポンプ装置は、前記張り出し部に接続されたコネクタを備えている、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のポンプ装置。

【請求項6】

前記モータケーシングは、前記モータフレームから張り出した固定台を備えており、
前記固定台は、鉛直方向に延びる固定孔を有している、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のポンプ装置。

【請求項7】

前記ポンプ装置は、
前記羽根車が固定され、かつ軸通孔を有する回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持するすべり軸受と、を備えている、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプおよびモータを一体化したポンプ装置として、取扱液（液体）をモータ内部に取り込み、循環させることでモータを冷却する構造を有するキャンドモータポンプが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４６３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータを可変速で動作させるために、このようなポンプ装置は、モータの動作を制御するインバータを備えている場合がある。しかしながら、キャンドモータポンプにインバータを別置きで配置することや、モータ部の側部に配置されることにより、ポンプ装置の全体のサイズが大きくなるおそれがある。結果として、ポンプ装置の設置空間が制限される場合がある。

【0005】

特に、ポンプ装置は、狭小空間（例えば、車両への搭載、冷却ユニットへの搭載など）に設置される場合があるため、ポンプ装置の小型化が望まれる。

【0006】

そこで、本発明は、小型化を実現することができるポンプ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに接続されたモータケーシングと、前記羽根車を回転させるモータと、前記モータの動作を制御するインバータと、前記インバータを収容し、かつ前記モータケーシングに接続されたインバータケースと、を備えるポンプ装置が提供される。前記モータケーシングは、前記モータを収容するモータフレームと、前記モータフレームと一体的に構成され、かつ前記モータフレームと前記インバータケースとの間に空間を形成する空間形成部と、を備えており、前記インバータは、前記空間を挟んで前記モータに対向している。

【0008】

一態様では、前記モータケーシングは、その表面に形成された、鉛直方向に延びるモータ側フィンを有している。
一態様では、前記インバータケースは、その表面に形成された鉛直方向に延びるインバータ側フィンを有している。
一態様では、前記インバータは、電解コンデンサを含むインバータ要素と、前記インバータ要素が実装された基板と、を備えており、前記電解コンデンサは、前記空間に向かって突出している。

【0009】

一態様では、前記空間形成部は、前記モータフレームの外側に張り出した張り出し部を備えており、前記ポンプ装置は、前記張り出し部に接続されたコネクタを備えている。
一態様では、前記モータケーシングは、前記モータフレームから張り出した固定台を備えており、前記固定台は、鉛直方向に延びる固定孔を有している。
一態様では、前記ポンプ装置は、前記羽根車が固定され、かつ軸通孔を有する回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持するすべり軸受と、を備えている。

【発明の効果】

【0010】

ポンプ装置は、インバータを収容し、かつモータケーシングに接続されたインバータケースを備えている。したがって、インバータを別置きで配置する必要はなく、ポンプ装置は、その全体のサイズを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ポンプ装置の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】ポンプ装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0013】

図１は、ポンプ装置の一実施形態を示す斜視図である。図２は、ポンプ装置の断面図である。図１および図２に示す実施形態では、ポンプ装置ＰＡは、液体がその内部を循環する構造を有するインバータ一体型キャンドモータポンプである。ポンプ装置ＰＡは、ポンプＰと、ポンプＰを運転する電動機組立体ＭＡと、を備えている。電動機組立体ＭＡは、モータ部Ｍと、インバータ部Ｉと、を備えている。

【0014】

ポンプＰは、液体を移送するための羽根車１と、羽根車１が固定された回転軸（主軸）２と、羽根車１を収容するポンプケーシング４と、を備えている。ポンプケーシング４の高圧側の開口部にはケーシングカバー５が固定されている。回転軸２はケーシングカバー５を貫通して延びており、羽根車１は回転軸２の端部（より具体的には、ポンプケーシング側端部）に固定されている。回転軸２の内部には、その軸線ＣＬ方向に貫通する軸通孔２ａが形成されており、回転軸２の両端において開口している。軸通孔２ａは回転軸２の軸線ＣＬと平行である。

【0015】

ケーシングカバー５には、ポンプケーシング４内に吸い込まれた液体の一部をモータ部Ｍ、より具体的には、すべり軸受２１，２２と回転軸２との間の隙間に導くための複数の流通孔５ａが形成されている。羽根車１の回転によって昇圧された液体の一部は、これら複数の流通孔５ａを通ってモータ部Ｍに導かれる。複数の流通孔５ａは、回転軸２（すなわち、ケーシングカバー５）の周方向に沿って等間隔に配置されている。

【0016】

ポンプ装置ＰＡは、回転軸２を回転させるモータ（回転要素）１０と、回転軸２を回転自在に支持するすべり軸受２１，２２と、ポンプケーシング４に接続されたモータケーシング９と、を備えている。モータ１０は、回転軸２に固定されたモータロータ１５と、モータロータ１５の周囲に配置されたモータステータ１６と、を備えている。本実施形態では、モータ１０は、ＰＭモータである。モータステータ１６は、ステータコア１６ａと、ステータコア１６ａに巻かれた複数のコイル１６ｂと、を備えている。複数のコイル１６ｂは、モータロータ１５を囲むように配置されている。

【0017】

回転軸２は、モータロータ１５の両側に配置されたすべり軸受２１，２２によって回転自在に支持されている。すべり軸受２１は、回転軸２のラジアル荷重を支持するラジアル部位２１ａと、回転軸２（より具体的には、回転軸２に固定されたスラスト板２５）のスラスト荷重を支持するスラスト部位２１ｂと、から構成されている。同様に、すべり軸受２２は、ラジアル部位２２ａと、スラスト部位２２ｂと、から構成されている。スラスト板２５，２５は、環状形状を有しており、モータロータ１５の両側の位置において回転軸２に固定されている。スラスト板２５，２５は回転軸２と一体に回転する。

【0018】

モータロータ１５とモータステータ１６との間には、円筒状のキャン１８がモータロータ１５を取り囲むように配置されている。モータステータ１６は、モータケーシング９（より具体的には、モータフレーム１２）とキャン１８との間に配置されている。モータステータ１６は、モータフレーム１２の内面およびキャン１８の外面に接触している。モータロータ１５、モータステータ１６、およびキャン１８は同心状に配置されている。モータステータ１６は、モータフレーム１２、ケーシングカバー５、およびキャン１８により形成されたステータ室内に配置されている。

【0019】

モータフレーム１２は、筒状の収容構造（言い換えれば、コップ型の構造）を有しており、モータ１０は、モータフレーム１２のポンプ側開口からモータフレーム１２に挿入される。モータフレーム１２のポンプ側開口は、ケーシングカバー５によって閉じられている。モータ１０を挟んでケーシングカバー５の反対側にはエンドカバー１９が配置されており、モータフレーム１２のインバータ側開口はエンドカバー１９によって閉じられている。

【0020】

円筒状のラジアル部位２１ａは回転軸２を取り囲むように配置されており、回転軸２の外周面とラジアル部位２１ａの内周面との間には僅かな隙間が形成されている。同様に、円筒状のラジアル部位２２ａは回転軸２を取り囲むように配置されており、回転軸２の外周面とラジアル部位２２ａの内周面との間には僅かな隙間が形成されている。

【0021】

環状のスラスト部位２１ｂは、スラスト板２５とケーシングカバー５との間に配置されている。環状のスラスト部位２２ｂは、スラスト板２５とエンドカバー１９との間に配置されている。

【0022】

モータステータ１６のコイル１６ｂに電流を流すと、モータステータ１６に磁界が形成され、この磁界により、モータロータ１５が回転する。モータロータ１５の回転は回転軸２を通じて羽根車１を回転させる。羽根車１が回転軸２とともに回転すると、液体は吸込口４ａからポンプケーシング４内に吸い込まれ、羽根車１の回転により昇圧された後、吐出口４ｂから吐き出される。

【0023】

ポンプケーシング４内に吸い込まれた液体は、流通孔５ａを通じて、モータ部Ｍに導かれる。流通孔５ａを通過した液体は、すべり軸受２１が配置された空間に導かれ、スラスト部位２１ｂとスラスト板２５との間の隙間を流れ、さらに、ラジアル部位２１ａと回転軸２との間の隙間を流れる。

【0024】

モータ部Ｍに導かれた液体の一部は、モータロータ１５とキャン１８との間の僅かな隙間を通って、すべり軸受２２が配置された空間に導かれる。液体は、スラスト部位２２ｂとスラスト板２５との間の隙間を流れ、さらに、ラジアル部位２２ａと回転軸２との間の隙間を流れる。このようにして、液体は回転軸２およびすべり軸受２２を冷却および潤滑する。すべり軸受２２と回転軸２との間の僅かな隙間を流れた液体は、回転軸２の軸通孔２ａを通ってポンプケーシング４内に戻される。

【0025】

ポンプ装置ＰＡは、モータ１０の動作を制御するインバータ５０と、インバータ５０を収容し、かつモータケーシング９に接続されたインバータケース５１と、を備えている。インバータ５０は、図示しない整流器によって整流された電力を平滑化するとともに静電容量により電荷を蓄積する電解コンデンサ５０ａを含むインバータ要素と、インバータ要素が実装された基板５０ｂと、を備えている。

【0026】

インバータ要素は、電解コンデンサ５０ａの他、ＩＧＢＴなどのパワー素子（図示しない）およびパワー素子を駆動するドライバ回路（図示しない）などの電子部品を備えている。基板５０ｂは、インバータケース５１に固定されている。

【0027】

本実施形態によれば、ポンプＰ、モータ部Ｍ、およびインバータ部Ｉは、この順に沿って直列的に配置されている。したがって、インバータ５０を別置きで配置することや、モータ部の側部に配置されることの必要はなく、ポンプ装置ＰＡの全体のサイズを小さくすることができる。結果として、ポンプ装置ＰＡは、狭小空間に設置可能である。

【0028】

さらに、本実施形態に係るポンプ装置ＰＡは、その全体のサイズを小さくすることのみならず、その内部に、空間を形成することをもできる。ポンプ装置ＰＡの内部に形成された空間は、ポンプ装置ＰＡの利便性に貢献することができる。例えば、空間を形成することにより、ポンプ装置ＰＡの発熱体（例えば、モータ１０）が他の構成部品（例えば、インバータ５０）に悪影響を与えることを防止したり、大型の電解コンデンサ５０ａを配置することができる。以下、ポンプ装置ＰＡの内部に形成された空間について、図面を参照して説明する。

【0029】

図１および図２に示すように、モータケーシング９は、モータフレーム１２と一体的に構成され、かつモータフレーム１２とインバータケース５１との間に空間６０を形成する空間形成部６２をさらに備えている。モータフレーム１２および空間形成部６２は、一体成形部材である。インバータケース５１は空間形成部６２に接続されており、インバータ５０は空間６０を挟んでモータ１０に対向している。

【0030】

モータフレーム１２および空間形成部６２は一体成形部材であるため、モータケーシング９の部品点数を削減し、かつポンプ装置ＰＡの組立工数を削減することができる。結果として、ポンプ装置ＰＡの製造コストを低減することができる。

【0031】

本実施形態では、ポンプ装置ＰＡは、回転軸２を回転自在に支持するために、すべり軸受２１，２２を備えている。すべり軸受２１，２２で回転軸２を支持することにより、回転軸２は、高速で回転可能であり、モータ１０は、回転軸２を介して羽根車１を高速回転で運転することができる。結果として、モータ１０は、その小型化を実現しつつ、高い能力を発揮することができる。

【0032】

モータ１０の回転速度は、モータ１０のサイズ（より具体的には、モータステータ１６の、軸線ＣＬ方向における長さ）に依存している。したがって、モータ１０の回転速度が小さければ小さいほど、モータ１０のサイズは大きくなってしまう。一般的に、軸受として、玉軸受を採用した場合には、モータ１０の回転速度が制限されるため、必然的にモータ１０のサイズが大きくなってしまう。本実施形態では、ポンプ装置ＰＡは、すべり軸受２１，２２を備えているため、モータ１０は、高速で回転可能である。したがって、モータ１０のサイズを小さくすることができる。

【0033】

このように、ポンプ装置ＰＡは、すべり軸受２１，２２を備えることにより、モータ１０のサイズを小さくすることができ、結果として、ポンプ装置ＰＡは、その内部に空間６０を形成することができる。ポンプ装置ＰＡは、空間６０を形成しても、ポンプ装置ＰＡの全体のサイズをコンパクトにすることができる。空間６０は、モータ１０から発せられる熱の、インバータ５０への伝達を防止し、かつ電解コンデンサ５０ａを含むインバータ要素から延びる信号線６５を収容する収容空間としての役割を果たす。

【0034】

さらに、基板５０ｂ上に配置された電解コンデンサ５０ａは、軸線ＣＬ方向と平行に延びており、空間６０に向かって突出している。空間６０を形成することにより、電解コンデンサ５０ａを、その上方に延ばすためのスペースを確保することができるため、比較的大型の電解コンデンサ５０ａを収容することができる。

【0035】

ポンプ装置ＰＡは、ライフラインの一部を構成する重要な装置であるため、非常時であっても、可能な限り、運転を継続することが望ましい。本実施形態によれば、ポンプ装置ＰＡは、空間６０を形成する空間形成部６２を備えているため、比較的大型の電解コンデンサ５０ａを配置することができる。大型の電解コンデンサ５０ａを備えるポンプ装置ＰＡは、停電時においても、直ちに、その運転を停止することなく、一定時間の間、運転を継続することができる。結果として、ポンプ装置ＰＡは、その安定性に貢献することができる。

【0036】

図１および図２に示すように、空間形成部６２は、モータフレーム１２の外側に張り出した張り出し部６３を備えている。本実施形態では、張り出し部６３は、モータフレーム１２の上方に向かって延びており、モータケーシング９は、全体として、Ｌ字形状を有している。

【0037】

ポンプ装置ＰＡは、張り出し部６３に接続されたコネクタ６６を備えている。コネクタ６６には、インバータ要素から延びる信号線６５が接続されている。一実施形態では、コネクタ６６には、モータ１０（より具体的には、複数のコイル１６ｂ）から延びる電源線（図示しない）が接続されてもよい。

【0038】

ポンプ装置ＰＡは、その冷却効率を向上させるために、モータケーシング９（より具体的には、モータフレーム１２および空間形成部６２）の表面に形成されたモータ側フィン７０Ａと、インバータケース５１の表面に形成されたインバータ側フィン７０Ｂと、を備えている。

【0039】

モータ側フィン７０Ａおよびインバータ側フィン７０Ｂのそれぞれは、鉛直方向（言い換えれば、軸線ＣＬ方向と垂直な方向）に延びている。鉛直方向に延びるモータ側フィン７０Ａは、モータ１０から発せられる熱の流れ（上昇する流れ）を阻害することなく、熱がモータケーシング９の上方に流れるように、案内する。同様に、インバータ側フィン７０Ｂは、インバータ５０から発せられる熱の流れ（上昇する流れ）を阻害することなく、熱がインバータケース５１の上方に流れるように、案内する。

【0040】

このように、モータ側フィン７０Ａおよびインバータ側フィン７０Ｂを設けることにより、ポンプ装置ＰＡは、ファン（図示しない）による強制冷却を不要とすることができ、結果として、その小型化を実現することができる。

【0041】

図１および図２に示すように、モータケーシング９は、モータフレーム１２から張り出した固定台７５を備えている。固定台７５は、鉛直方向に延びる固定孔７５ａを有している。固定孔７５ａを鉛直方向に延ばすことにより、作業者は、ポンプ装置ＰＡの上方から固定孔７５ａにアクセスすることができる。結果として、ポンプ装置ＰＡを狭小空間に設置しても、作業者は、容易に、固定台７５を通じてポンプ装置ＰＡを固定することができる。

【0042】

モータ１０の小型化を実現することにより、モータフレーム１２を含む固定台７５の幅方向の長さＷＬ（図１参照）は、空間形成部６２の幅方向の長さと同一である。したがって、モータケーシング９は、その全体のサイズを大きくすることなく、固定台７５を備えることができる。一実施形態では、幅方向の長さＷＬは、空間形成部６２の長さよりも小さくてもよい。

【0043】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0044】

１ 羽根車
２ 回転軸
２ａ 軸通孔
４ ポンプケーシング
４ａ 吸込口
４ｂ 吐出口
５ ケーシングカバー
５ａ 流通孔
９ モータケーシング
１０ モータ（回転要素）
１２ モータフレーム
１５ モータロータ
１６ モータステータ
１６ａ ステータコア
１６ｂ コイル
１８ キャン
１９ エンドカバー
２１，２２ すべり軸受
２１ａ ラジアル部位
２１ｂ スラスト部位
２２ａ ラジアル部位
２２ｂ スラスト部位
２５ スラスト板
５０ インバータ
５０ａ 電解コンデンサ
５０ｂ 基板
５１ インバータケース
６０ 空間
６２ 空間形成部
６３ 張り出し部
６５ 信号線
６６ コネクタ
７０Ａ モータ側フィン
７０Ｂ インバータ側フィン
７５ 固定台
７５ａ 固定孔
ＰＡ ポンプ装置
Ｐ ポンプ
ＭＡ 電動機組立体
Ｍ モータ部
Ｉ インバータ部
ＷＬ 幅方向の長さ
ＣＬ 軸線

【図1】

【図2】