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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(54)【発明の名称】ポンプ装置
(51)【国際特許分類】
F04D 29/043 20060101AFI20241119BHJP
F04D 29/60 20060101ALI20241119BHJP
F04D 29/58 20060101ALI20241119BHJP
【ＦＩ】
F04D29/043 A
F04D29/60 D
F04D29/58 E
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020054026
(22)【出願日】2020-03-25
(65)【公開番号】P2021156172
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-03-23
(73)【特許権者】
【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】230104019
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 聖二
(74)【代理人】
【識別番号】230112025
【弁護士】
【氏名又は名称】小林 英了
(74)【代理人】
【識別番号】230117802
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100106840
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 耕司
(74)【代理人】
【識別番号】100131451
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 理
(74)【代理人】
【識別番号】100167933
【弁理士】
【氏名又は名称】松野 知紘
(74)【代理人】
【識別番号】100174137
【弁理士】
【氏名又は名称】酒谷 誠一
(74)【代理人】
【識別番号】100184181
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 裕史
(72)【発明者】
【氏名】内田 義弘
(72)【発明者】
【氏名】千葉 真
(72)【発明者】
【氏名】早川 淳一
【審査官】中村 大輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－１１５７３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１０３１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２１９５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１１４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／２１２５３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１１－０８２５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２９３５９７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｄ ２９／０４３
Ｆ０４Ｄ ２９／６０
Ｆ０４Ｄ ２９／５８
Ｆ０４Ｄ １３／００
Ｆ１６Ｄ ３５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
羽根車が連結された回転軸を有するポンプと、前記ポンプの回転軸を回転させるように駆動軸を回転させる駆動装置と、
入力軸と出力軸とを有し、電気をかけることで生じる場の作用で粘性が変化する粘性流体を、当該入力軸から当該出力軸までのトルクの伝達経路に内蔵し、前記粘性流体にかける場の強さに応じて当該入力軸から当該出力軸にトルクを伝達するトルク伝達装置と、
を備え、
前記トルク伝達装置は、駆動軸と回転軸の間、前記駆動軸の途中、または前記回転軸の途中に設けられ、
前記回転軸に備えられ、前記トルク伝達装置の外周を冷却する水流を起こす羽根車、
あるいは、
前記駆動軸に備えられ、前記トルク伝達装置の外周を冷却する空気流れを起こすファン、
を備えているポンプ装置。
【請求項2】
前記駆動軸は、前記駆動装置と前記トルク伝達装置の間に、前記トルク伝達装置の周囲に空気流れを引き起こすファンを備える請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項3】
前記駆動軸は、前記トルク伝達装置と前記ポンプの間に、前記トルク伝達装置の周囲に空気流れを引き起こすファンを備える請求項１または２に記載のポンプ装置。
【請求項4】
前記トルク伝達装置は、前記駆動軸の途中に設けられ、前記トルク伝達装置は、外周にフィンを備える
請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項5】
前記トルク伝達装置の出力軸は、前記入力軸と前記入力軸に設けられたディスクと前記粘性流体を収容する空間が形成されたヨークを有し、前記粘性流体が前記ヨークの内部及びフィンの内部を循環する流路が設けられている
請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項6】
前記流路は、前記ヨークの内壁を貫通して前記フィンへ延びる第１の流路と、第１の流路と連通し前記フィンに形成された第２の流路と、当該第２の流路と連通しており且つ前記ヨークの内壁を貫通して前記フィンへ延びる第３の流路とを有し、前記第３の流路の前記ヨークの内壁側の端の位置は、前記第１の流路のヨークの内壁側の端の位置より、前記入力軸の回転軸芯に近い
請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項7】
前記トルク伝達装置は、前記回転軸で且つ前記ポンプがポンピングする揚水に晒される位置に設けられている請求項１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、ポンプ装置及びトルク伝達装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の立軸ポンプの一例を、図８を参照して説明する。図８は、従来の立軸ポンプを設置したポンプ場の構造図である。図８において、第１の床４１０に吐出しエルボ４１２が配設され、第１の床４１０の下に設けられた吸込水槽４１４内に揚水管４１６と羽根車ケーシング４１８および吸込ベル４２０などが一体的に懸垂配設される。そして、第１の床４１０の上方に設けられた第２の床４２２に、減速装置４２４およびこれに連結された原動機４２６が配設され、吐出しエルボ４１２の外壁を垂直方向に貫通突出するポンプ軸４２８が適宜な軸継手を介して減速装置４２４の出力軸に連結される。そこで、原動機４２６の駆動により、その回転数が減速装置４２４で減速され、その減速された回転数でポンプ軸４２８が回転駆動されて立軸ポンプによる揚水がなされる。
【0003】
かかる立軸ポンプの設置構造にあっては、吐出しエルボ４１２を配設する第１の床４１０と、その上方に設けられて減速装置４２４および原動機４２６を配設する第２の床４２２とを備えた床構造のポンプ建屋が必要である。このような構造であるので、ポンプ建屋の建設費用が高く、また、立軸ポンプの設置高さが高いために、背丈の高いクレーンなどが組立作業に必要であり、それだけ組立作業が繁雑なものであった。さらに、減速装置４２４には、潤滑油を冷却するための冷却装置などが付帯設備として必要である。
【0004】
これらの課題を解決するために、図９に示す構造図によるポンプ機場が提案されている。すなわち、吐出しエルボ４３０と揚水管４９０と羽根車ケーシング４９２および吸込ベル４９４が一体的に構成された立軸ポンプが、吐出しエルボ４３０が吸込水槽４８８の上に配設された床４８４に配設され、吐出しエルボ４３０から下の揚水管４９０と羽根車ケーシング４９２および吸込ベル４９４が一体的に吸込水槽４８８の水面下まで懸垂配設されている。ここで、減速装置４５０が吐出しエルボ４３０の外壁に一体的に付設されて、減速装置の出力軸がポンプ軸４３４と連結され、また減速装置の入力軸４５２が吐出しエルボ４３０により水平方向に向けられる吐出し方向と反対側に水平方向に突出されている。減速装置４５０の入力軸４５２に適宜に軸継手を介して連結された原動機４８６が配設される。
【0005】
このような構成によれば、吐出しエルボ３０の外壁に減速装置４５０が付設されるので、立軸ポンプの設置高さが低くなり、組み立て分解に際して背丈の高いクレーンなどを必要とせず、また、設置するポンプ建屋は、床は１つで良いためポンプ建屋の建築費用が安価にできる。また、減速装置４３０の潤滑油を、吐出しエルボ４３０の外壁に接して流下させ、吐出しエルボ４３０の外壁に直接的に接させるとともに、吐出しエルボ４３０内を通過する流体により効果的に冷却させることで、減速装置４３０の潤滑油を冷却する冷却装置を、付帯設備として必要としないなどの効果を奏している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平１１－１９３７９９号公報
【文献】特開平６－２００９６０号公報
【文献】特開２０１７－７８４７１号公報
【文献】特開２００８－２８１０９８号公報
【文献】実開平３－３２２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、減速装置のサイズは、減速の程度が歯車比により決まってしまうため、より小型化をするには限界があった。
【0008】
また、減速装置は、歯車を用いるため、経時的な歯車の摩耗や、繰り返し疲労による歯車の破損の虞があるので、定期的にメンテナンスを行う必要があった。また、近年、排水の要請に応じて回転数を高くしたり低くしたりする必要があり、そのため、機械的に対応するには複数の歯車比を備え、クラッチ機構が必要となるなど、複雑さが増し、コスト増となるとともに、サイズ的にも大型化していた。
【0009】
回転数を変える装置としては、駆動機が電動機である場合には電動機に供給する電源をインバータを介することで可能であるが、排水機場で用いるポンプの駆動機に用いられるような電動機は容量が大きく、それに応じたインバータは、特殊仕様であるので、サイズ的には大きく、金額的には高価で、納期的には長期に及ぶことが課題であった。
【0010】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、破損もしく摩耗を抑制しつつ回転軸の回転数を変更可能で、メンテナンスに係る労力を抑制するとともに、ポンプ機場の設備の大型化を抑制することを可能とするポンプ装置及びトルク伝達装置の運転方法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】
【0011】
本発明の第１の態様に係るポンプ装置は、羽根車が連結された回転軸を有するポンプと、前記ポンプの回転軸を回転させるように駆動軸を回転させる駆動装置と、入力軸と出力軸とを有し、電気をかけることで生じる場の作用で粘性が変化する粘性流体を、当該入力軸から当該出力軸までのトルクの伝達経路に内蔵するトルク伝達装置と、を備え、前記トルク伝達装置は、駆動軸と回転軸の間、前記駆動軸の途中、または前記回転軸の途中に設けられている。
【0012】
この構成によれば、電気をかけることで生じる場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させる粘性流体を用いたトルク伝達装置を採用することにより、破損もしく摩耗を抑制しつつ回転軸の回転数を変更可能で、メンテナンスに係る労力を抑制するとともに、ポンプ機場の設備の大型化を抑制することができる。
【0013】
本発明の第２の態様に係るポンプ装置は、第１の態様に係るポンプ装置であって、前記駆動軸は、前記駆動装置と前記トルク伝達装置の間に、前記トルク伝達装置の周囲に空気流れを引き起こすファンを備える。
【0014】
この構成によれば、粘性流体の温度が上昇して発熱があっても、駆動軸に設けられたファンが回転してトルク伝達装置周辺に空気流を生じさせ、その空気流にトルク伝達装置に生じた熱が伝達されるので、トルク伝達装置は冷却される。
【0015】
本発明の第３の態様に係るポンプ装置は、第１または２の態様に係るポンプ装置であって、前記駆動軸は、前記トルク伝達装置と前記ポンプの間に、前記トルク伝達装置の周囲に空気流れを引き起こすファンを備える。
【0016】
この構成によれば、粘性流体の温度が上昇して発熱があっても、駆動軸に設けられたファンが回転してトルク伝達装置周辺に空気流を生じさせ、その空気流にトルク伝達装置に生じた熱が伝達されるので、トルク伝達装置は冷却される。
【0017】
本発明の第４の態様に係るポンプ装置は、第１から３のいずれかの態様に係るポンプ装置であって、前記トルク伝達装置は、前記駆動軸の途中に設けられ、前記トルク伝達装置は、外周にフィンを備える。
【0018】
この構成によれば、出力軸が回転している場合には、熱伝達により、トルク伝達装置の外周に備えられたフィンの放熱作用でトルク伝達装置が冷却できる。
【0019】
本発明の第５の態様に係るポンプ装置は、第４の態様に係るポンプ装置であって、前記トルク伝達装置の出力軸は、前記入力軸と前記入力軸に設けられたディスクと前記粘性流体を収容する空間が形成されたヨークを有し、前記粘性流体が前記ヨークの内部及びフィンの内部を循環する流路が設けられている。
【0020】
この構成によれば、出力軸が回転している場合には、熱伝達により、トルク伝達装置の外周に備えられたフィンの放熱作用でトルク伝達装置が冷却できる。それととともに、出力軸が回転していない場合で入力軸が回転している場合であっても、入力軸の複数のディスクが回転することに伴う遠心力の作用で、ディスクとヨークの間の粘性流体が、ディスクの外周と径方向で相対するヨークの内壁から、トルク伝達装置の外周に備えられたフィンの内部まで貫通する第１の流路を通過して、フィンに形成された第２の流路を通過する。このため、トルク伝達装置の内部の熱は粘性流体に伴ってファンに形成された第２の流路まで伝えられ、さらに、ファンを経由して周囲の空気に放熱する。
放熱して冷却された粘性流体は、トルク伝達装置の外周に備えられたフィンに沿って設けられた第２の流路を通る。そして、入力軸の端部側で、ディスクの軸方向で相対するヨークの入力軸に近い内壁から、トルク伝達装置の外周に備えられたに向けてヨークを貫通する第３の流路を介して、再びディスクを収容する収容空間に戻される。
放熱して冷却された粘性流体は、トルク伝達装置の外周に備えられたフィンに沿って設けられた第２の流路を通る。そして、入力軸の端部側で、ディスクの軸方向で相対するヨークの入力軸に近い内壁から、トルク伝達装置の外周に備えられたに向けてヨークを貫通する第３の流路を介して、再びディスクを収容する収容空間に戻される。
【0021】
本発明の第６の態様に係るポンプ装置は、第５の態様に係るポンプ装置であって、前記流路は、前記ヨークの内壁を貫通して前記フィンへ延びる第１の流路と、当該第１の流路と連通しており且つ当該第１の流路よりも入力軸側に設けられ且つ前記ヨークの内壁を貫通して前記フィンへ延びる第２の流路とを有し、前記第２の流路の前記ヨークの内壁側の端の位置は、前記第１の流路のヨークの内壁側の端の位置より、前記入力軸の回転軸芯に近い。
【0022】
この構成によれば、冷却された粘性流体が戻される位置は、収容空間から粘性流体が流出する位置よりも相対的に入力軸の回転軸芯に近いので、それに伴い粘性流体にかかる遠心力が小さい。この遠心力の差により、粘性流体が循環する力が生じる。
【0023】
本発明の第７の態様に係るポンプ装置は、第１の態様に係るポンプ装置であって、前記トルク伝達装置は、前記回転軸で且つ前記ポンプがポンピングする揚水に晒される位置に設けられている。
【0024】
この構成によれば、粘性流体の温度が上昇することになるが、本実施形態においては、そのような発熱があっても、トルク伝達装置がポンプのケーシング内にあるので、ポンプの羽根車の回転によってケーシング内に水が満たされれば、トルク伝達装置の外周を水が通過する際に、トルク伝達装置を冷却するので特別な冷却装置をポンプとは別置する必要がない。
【0025】
本発明の第８の態様に係るトルク伝達装置の運転方法は、電気をかけることで生じる場の作用で粘性が変化する粘性流体を、入力軸から出力軸までのトルクの伝達経路に内蔵するトルク伝達装置の運転方法であって、単位時間のうち、ある時間に、前記粘性流体に作用する場を生じさせるように電気をかける工程と、単位時間のうち、残りの時間に、前記粘性流体に作用する場が生じないように電気をかけないようにする工程と、を有し、電気をかける時間と電気をかけない時間の割合を可変にすることによって、前記トルク伝達装置の入力軸から出力軸への回転エネルギーの伝達割合を可変にするトルク伝達装置の運転方法である。
【0026】
この構成によれば、電気を供給する時間と電気をかけない時間の割合を変えることで、入力軸から出力軸までのトルクの伝達経路に電気的な場が生じる時間割合を変え、入力軸から出力軸への回転エネルギーの伝達割合を任意に決めて運転することが可能である。このような運転をすることで、粘性流体の発熱を冷却する装置を、より小型化あるいは不要とすることもできる。
【発明の効果】
【0027】
本発明の一態様によれば、電気をかけることで生じる場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させる粘性流体を用いたトルク伝達装置を採用することにより、破損もしく摩耗を抑制しつつ回転軸の回転数を変更可能で、メンテナンスに係る労力を抑制するとともに、ポンプ機場の設備の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】第１の実施形態に係るトルク伝達装置の縦断面図である。
【図2A】第１の実施形態に係るポンプ装置の一部を示す模式断面図である。
【図2B】第２の実施形態に係るポンプ装置の模式断面図である。
【図2C】羽根車部の詳細を示す模式断面図である。
【図3】第３の実施形態に係るポンプ装置の一部を示す模式断面図である。
【図8】従来の立軸ポンプを設置したポンプ機場の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0030】
まず、電気をかけることで生成される場によって作用される性質を持つ微粒子を潤滑油中に含ませることで、潤滑油の粘性が、それらの場により変化する性質を利用したトルク伝達装置について説明する。
【0031】
＜第１の実施形態＞
例えば、図１は、第１の実施形態に係るトルク伝達装置の縦断面図である。第１の実施形態に係るトルク伝達装置１２５は、入力軸１０１と、出力軸１０２とを有している。入力軸１０１（例えば入力軸１０１の出力軸１０２側の端部付近）には、複数のディスク１２１が互いに間隔をおいて設けられている。出力軸１０２の一部であるヨーク１２３の内部には、ディスク１２１のそれぞれを収容する収容空間が形成されている。
例えば、図１は、第１の実施形態に係るトルク伝達装置の縦断面図である。第１の実施形態に係るトルク伝達装置１２５は、入力軸１０１と、出力軸１０２とを有している。入力軸１０１（例えば入力軸１０１の出力軸１０２側の端部付近）には、複数のディスク１２１が互いに間隔をおいて設けられている。出力軸１０２の一部であるヨーク１２３の内部には、ディスク１２１のそれぞれを収容する収容空間が形成されている。
【0032】
収容空間の端部それぞれには、電気的絶縁性の気密シール１０４が設けられており、シールされた収容空間内には潤滑油などの電気的絶縁性の液媒体に固体粒子を含んだ粘性流体１０５が封入されている。出力軸１０２にはプラス電極が、入力軸１０１にはマイナス電極が接触し、これらプラス電極とマイナス電極に電圧をかけることで、収容空間内に電気的な場（電場ともいう）を生じさせるようになっている。
【0033】
電圧がかかっていない状態では、粘性流体１０５に電気的な場が生じないので、ディスク１２１とヨーク１２３の間には、粘性流体１０５の液媒体の粘性によって生じるわずかな力しか作用しないので、入力軸１０１が回転しても、入力軸１０１のトルクは出力軸１０２に伝達されず、出力軸１０２は回転しない。
【0034】
しかし、徐々に電圧をかけていくと、それに応じて、ディスク１２１とヨーク１２３の間に電気的な場が生じ強くなる。粘性流体１０５の固体粒子は電気的な場の強さに応じてクラスタの形成を促進させる。そして、粘性流体１０５の粘性は固体粒子のクラスタの成長に応じて大きくなる。このため、ディスク１２１とヨーク１２３に作用するトルクは徐々に増大して、入力軸１０１から出力軸１０２に伝達されるトルクが徐々に増大する。
【0035】
そして、粘性流体１０５に作用する電気的な場の強さが一定以上になると、入力軸１０１のトルクが、ほとんど１００％出力軸１０２に伝達され、あたかも入力軸１０１と出力軸１０２が一体化したようになる。
【0036】
電気をかけることで生成される場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させることを利用したトルク伝達装置１２５は、粘性流体に作用する電気的な場の強さに応じて、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に伝達する。このように、トルク伝達装置１２５は、入力軸１０１と出力軸１０２とを有し、電気をかけることで生じる場の作用で粘性が変化する粘性流体を、当該入力軸１０１から当該出力軸１０２までのトルクの伝達経路に内蔵する。
【0037】
しかしながら、入力軸のトルクより、出力軸のトルクが小さい状態の運転は、入力軸の回転エネルギーを出力軸の回転エネルギーに１００％変換せずに、一部を、粘性流体への散逸エネルギーとして排出させる。このため、粘性流体の温度が上昇して粘性流体の性質を劣化させたり、粘性流体の膨張により、粘性流体を気密する気密シールを破損させたりする虞がある。
【0038】
この対策としては、粘性流体を冷却する冷却装置を備えてもよい。しかしながら、別途、冷却装置を設ける必要があるので、設備の大型化や費用が増してしまうという問題がある。
【0039】
それに対して、本実施形態では、従来の機械式の減速装置を、電気をかけることで生成する電気的な場によって作用される性質を持つ微粒子を潤滑油中に含ませることで潤滑油の粘性がそれらの場により変化する性質を利用したトルク伝達装置に代替する際に、設備の大型化及び費用を抑えることも目的とする。
【0040】
以下、各実施形態おいて、ポンプの回転軸を回転させるように駆動軸を回転させる駆動装置は、原動機だけを含んでもよいし、原動機と減速機を含んでてもよい。また各実施形態では、ポンプの一例として立軸ポンプを例に説明するが、これに限らず、横軸ポンプであってもよい。
【0041】
図２Ａは、第１の実施形態に係るポンプ装置の一部を示す模式断面図である。図２Ａに示すように、立軸ポンプのうち、吐出エルボ部分が示されている。図２Ａに示すように、第１の実施形態に係るポンプ装置１００は、羽根車（図示せず）が連結された回転軸１３６を有する立軸ポンプＰと、立軸ポンプＰの回転軸１３６を回転させるように駆動軸１２８を回転させる駆動装置１２０と、回転軸１３６の途中に設けられたトルク伝達装置１２５を備える。
【0042】
吐出エルボ１１０は略曲管形状だが、吐出エルボの管外では、鉛直下方から吐出エルボ１１０の貫通孔１１９を貫通して上方に伸びる回転軸１２６と、吐出エルボ１１０の吐出方向とは反対方向から伸びて、駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１２８が、ポンプ回転軸２６に備えられた歯車Ａから、駆動軸１２８に備えられた歯車Ｚが直接互いにかみ合うように配置されている。羽根車が連結された回転軸を有する。なお、歯車Ａから歯車Ｚに、さらに別の歯車等を介してもよい。
【0043】
回転軸１２６と駆動軸１２８と吐出エルボ１１０との位置関係は、ケーシング１１４を介すことで決められ、互いに配設される。
【0044】
吐出エルボ１１０は、回転軸１２６の軸芯位置に軸方向に貫通孔１１９が穿設されており、回転軸１２６は、貫通孔１１９において、軸封装置１３２により軸封される。
【0045】
ケーシング１１４内の歯車Ａと歯車Ｚは、任意の歯車比でよい。回転軸１２６は、ケーシング１１４の上部に備えられた軸受１２２と、ケーシング１１４の上部に備えられた軸受１２４によりケーシング１１４に回転可能に支承される。駆動軸１２８は、ケーシング１１４の吐出エルボ１１０の吐出方向とは反対方向に備えられた駆動軸軸受１２９により回転可能に支承される。
【0046】
吐出エルボ１１０の管内には、回転軸１２６が管外から貫通孔１１９を通して挿入されている。回転軸１２６の下端部は、電気をかけることで生じる場（ここでは一例として電場）の作用で、粘性が変化する粘性流体を内蔵したトルク伝達装置に接続している。ここでいうトルク伝達装置とは、例えば前述の図１に示した装置である。ここで、入力軸１０１の表面と、出力軸１０２の表面を電気的絶縁材で覆ったり、電気的絶縁被膜を形成させたりしてもよい。図１を例にすれば、回転軸１２６の下端部は、図１に示したトルク伝達装置１２５の入力軸１０１に接続している。
【0047】
トルク伝達装置の出力軸１０２は、図示しない羽根車を端部に連結された回転軸１３６と接続する。回転軸１３６の回転により羽根車（図示せず）は回転する。羽根車の回転により、吸込水槽の水を、揚水管、羽根車ケーシングおよび吸込ベルが一体的に懸垂配設された管路を通して、吐出エルボ１１０から吐出側に吐出させることができる。
【0048】
ポンプ装置１００は、図１に示すようにトルク伝達装置１２５の出力軸１０２にはプラス電極Ｔ１が、入力軸１０１にはマイナス電極Ｔ２が備え、図２Ａに示すように、これらプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電圧をかける電源１４１を備える。
【0049】
電源１４１のプラス端子とマイナス端子はそれぞれ、吐出エルボ１１０の管外部から貫入された管１３７を通る配線を介して、トルク伝達装置１２５のプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に接続している。
【0050】
電源１４１は、直流の電圧または電流または印加時間と不印加時間の長さを可変にしてトルク伝達装置１２５に電気を供給でき、トルク伝達装置１２５のプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電気を供給する。これにより、収容空間内に収容された粘性流体の粘性が、電気を供給することによって生じた場（ここでは一例として電場）の作用により変化するようになっている。なお、電源１４１は、電源からトルク伝達装置に単位時間当たりの電気を供給する時間の長さを可変にできる直流電源に限らず、電圧または電流の出力を可変にする直流電源であってもよい。
【0051】
＜ポンプの運転例＞
次に、ポンプの運転例を述べる。駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１２８が回転すると、その駆動力は、歯車Ｚから歯車Ａを介して、回転軸１２６に伝達される。
次に、ポンプの運転例を述べる。駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１２８が回転すると、その駆動力は、歯車Ｚから歯車Ａを介して、回転軸１２６に伝達される。
【0052】
電源１４１から、トルク伝達装置１２５のプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電気（電圧）が加えられていない状態では、回転軸１２６とトルク伝達装置の入力軸１０１は回転するだけで、その回転トルクは、トルク伝達装置の出力軸１０２に伝わらず、したがって、回転軸１３６は回転しない。
すなわち、トルク伝達装置１２５に内蔵された粘性流体の粘性は最小で、粘性流体の攪拌は行われるが、その時に散逸するエネルギーは小さくほぼゼロである。そのため、粘性流体の温度上昇はほとんど生じない。
すなわち、トルク伝達装置１２５に内蔵された粘性流体の粘性は最小で、粘性流体の攪拌は行われるが、その時に散逸するエネルギーは小さくほぼゼロである。そのため、粘性流体の温度上昇はほとんど生じない。
【0053】
しかしながら、徐々に電気をかけていくと、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体に場が生じ、場の強さに応じて粘性流体に含まれる固体粒子が、生成された場の方向にクラスタを形成する。そして、粘性流体の粘性は、固体粒子のクラスタの成長に応じて大きくなる。このため、ディスク１２１とヨーク１２３に作用するトルクは徐々に増大し、入力軸１０１のトルクが徐々に出力軸１０２に伝達される。それに伴い、入力軸１０１の回転数に対する出力軸１０２の回転数が徐々に増加していく。出力軸１０２の回転に伴い回転軸１３６が回転し、回転軸１３６に備えられた羽根車の回転により、吸込水槽の水が吐出エルボ１１０を通って吐出側に吐出される。
【0054】
ところで、入力軸１０１のトルクよりも出力軸１０２のトルクが小さい状態で運転する場合は、入力軸１０１の回転エネルギーを出力軸１０２の回転エネルギーに１００％変換せずに、一部を、粘性流体への散逸エネルギーとして排出させる運転である。
【0055】
このため、粘性流体の温度が上昇することになるが、本実施形態においては、そのような発熱があっても、トルク伝達装置１２５がポンプのケーシング内にあるので、ポンプの羽根車の回転によってケーシング内に水が満たされれば、トルク伝達装置１２５の外周を水が通過する際に、トルク伝達装置１２５を冷却するので特別な冷却装置をポンプとは別置する必要がない。この場合、トルク伝達装置の入力軸１０１の表面と、出力軸１０２の表面を電気的絶縁材で覆うか、または電気的絶縁被膜を形成すればよい。これにより、水がトルク伝達装置の外周を通過しても、水中を通した電気的な短絡を回避して、電気を加えることによってディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体に場を効果的に生じさせることができる。
【0056】
したがって、電源から供給する電気の、電圧の高さあるいは電流の大きさを変えることによってディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体に生じる場の強さを変えることができ、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体の粘性を変えることができるので、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合を任意に決めて運転することが可能である。
【0057】
すなわち、従来の立軸ポンプの減速装置が機械式であれば、小型化をするには限界があり、可変速でありながら小型化することはさらに困難で、さらに、歯車を用いるため、定期的にメインテナンスを行う必要があった。それに対して、本実施形態によれば、電気をかけることで生じる場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させる粘性流体を用いたトルク伝達装置１２５を採用することにより、破損もしく摩耗を抑制しつつ回転軸の回転数を変更可能で、メンテナンスに係る労力を抑制するとともに、ポンプ機場の設備の大型化を抑制することができる。
【0058】
＜効率的な運転方法＞
次に、効率的な運転方法の一例について説明する。粘性流体に生じる場の強さが一定以上になると、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合は、ほぼ１００％となる。その場合には、粘性流体への散逸エネルギーはほぼゼロとなり、あたかも入力軸１０１と出力軸１０２が一体化したようになる。これまで述べてきたことを、粘性流体への散逸エネルギーの状態でみると、粘性流体への散逸エネルギーは、粘性流体に生じる場の強さがゼロの場合と、粘性流体に生じる場の強さが一定以上の場合には、粘性流体に生じる場の強さが両者の中間の場合に比べて、小さくなる。
次に、効率的な運転方法の一例について説明する。粘性流体に生じる場の強さが一定以上になると、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合は、ほぼ１００％となる。その場合には、粘性流体への散逸エネルギーはほぼゼロとなり、あたかも入力軸１０１と出力軸１０２が一体化したようになる。これまで述べてきたことを、粘性流体への散逸エネルギーの状態でみると、粘性流体への散逸エネルギーは、粘性流体に生じる場の強さがゼロの場合と、粘性流体に生じる場の強さが一定以上の場合には、粘性流体に生じる場の強さが両者の中間の場合に比べて、小さくなる。
【0059】
本実施形態では、この性質を利用して、以下の運転方法を行うことにより、粘性流体への散逸エネルギーを低減する。
例えば、入力軸１０１の回転エネルギーのＸ％（０≦Ｘ≦１００）を出力軸１０２の回転エネルギーに変換させる場合、ある単位時間（あるいは、ある一定時間）Ｔσにおいて、入力軸から出力軸の回転エネルギーの伝達割合が１００％となるように粘性流体に生じる場の強さを一定以上とする時間をＴ100とし、また、入力軸から出力軸の回転エネルギーの伝達割合が０％となるように粘性流体に生じる場の強さをゼロとする時間をＴ0とし、
Ｔσ＝Ｔ100＋Ｔ0
であって、かつ
Ｔ100／Ｔσ×１００＝Ｘ％
とする運転方法である。
例えば、入力軸１０１の回転エネルギーのＸ％（０≦Ｘ≦１００）を出力軸１０２の回転エネルギーに変換させる場合、ある単位時間（あるいは、ある一定時間）Ｔσにおいて、入力軸から出力軸の回転エネルギーの伝達割合が１００％となるように粘性流体に生じる場の強さを一定以上とする時間をＴ100とし、また、入力軸から出力軸の回転エネルギーの伝達割合が０％となるように粘性流体に生じる場の強さをゼロとする時間をＴ0とし、
Ｔσ＝Ｔ100＋Ｔ0
であって、かつ
Ｔ100／Ｔσ×１００＝Ｘ％
とする運転方法である。
【0060】
すなわち、単位時間Ｔσのうち、Ｘ％の時間（Ｔ100）で、入力軸から出力軸への回転エネルギーの伝達割合が１００％である。すなわち、粘性流体への散逸エネルギーはほぼゼロの状態の運転である。また、単位時間Ｔσのうち、残りの時間はすべて入力軸１０１から出力軸１０２の回転エネルギーの伝達割合が０％となるように粘性流体に生じる場の強さをゼロとする時間をＴ0なので、同じく粘性流体への散逸エネルギーはほぼゼロの状態の運転である。
【0061】
しかし、単位時間Ｔσ（＝Ｔ100＋Ｔ0）あたりでは、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達がＸ％になる。よって、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達がＸ％になるように、時間Ｔ0と時間Ｔ100が設定されている。
【0062】
このように、単位時間Ｔσのうち、電源１４１から、入力軸１０１から出力軸１０２の回転エネルギーの伝達割合が１００％（あるいは最高割合）となるように粘性流体に生じさせる場の強さを一定以上とする電気を供給する時間Ｔ100と、単位時間Ｔσのうち、残りの時間を入力軸から出力軸の回転エネルギーの伝達割合が０％（あるいは最低割合）となるように粘性流体に生じる場の強さをゼロとする（すなわち電気をかけない）時間Ｔ0に設定する。
【0063】
以上、本実施形態に係る、電気をかけることで生じる場の作用で粘性が変化する粘性流体を、入力軸から出力軸までのトルクの伝達経路に内蔵するトルク伝達装置の運転方法は、単位時間のうち、ある時間に、前記粘性流体に作用する場を生じさせるように電気をかける工程と、単位時間のうち、残りの時間に、前記粘性流体に作用する場が生じないように電気をかけないようにする工程と、を有する。電気をかける時間と電気をかけない時間の割合を可変にすることによって、トルク伝達装置１２５の入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合を可変にする。なお、単位時間とは毎秒単位でも良いし、入力軸が１回転する時間あたりでもよい。
【0064】
この構成によれば、電気を供給する時間Ｔ100と電気をかけない時間Ｔ0の割合を変えることで、入力軸１０１から出力軸１０２までのトルクの伝達経路（具体的には例えばディスク１２１とヨーク１２３の間）に電気的な場が生じる時間割合を変え、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合を任意に決めて運転することが可能である。この場合、電源１４１は、必ずしも電圧あるいは電流の大きさや強さを変える可変機能を備えていないものでもよい。
【0065】
このような運転をすることで、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体の発熱を冷却する装置を、より小型化あるいは不要とすることもできる。
【0066】
以上述べたように、本実施形態によれば、電気を供給することで生ずる場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させる粘性流体を用いたトルク伝達装置を、ポンプ内部に配置するので、従来の減速装置を用いた場合に比べ、装置全体のサイズを小型化することができる。
【0067】
またトルク伝達装置１２５は、回転軸１２６で且つ立軸ポンプＰがポンピングする揚水に晒される位置に設けられている。これにより、ポンピングする揚水でトルク伝達装置１２５が冷却されるので、粘性流体の発熱を容易に冷却できる。
なお、トルク伝達装置１２５は、歯車を用いていないので、定期的なメンテナンスがほぼ不要となるため、ポンプ内部に配置しても問題はない。
なお、トルク伝達装置１２５は、歯車を用いていないので、定期的なメンテナンスがほぼ不要となるため、ポンプ内部に配置しても問題はない。
【0068】
従来は駆動機が電動機である場合にのみ、電動機に供給する電源を、特殊仕様で、かつ大型で高価なインバータを介して回転数を制御していた。それに対して、本実施形態によれば、電動機であっても電動機以外のエンジンなどの任意の駆動機であっても、そのようなインバータに比べてずっと小型で汎用であり、電圧または電流の出力を可変にする直流電源、あるいは電源からトルク伝達装置に単位時間当たりの電気を供給する時間の長さを可変にできる直流電源を用いることで、ポンプの回転数を可変にすることができる。
【0069】
また、単位時間のうち、ある時間に、粘性流体に作用する電気的な場を生じさせるようにトルク伝達装置に電気をかけ、また、単位時間のうち、残りの時間に、粘性流体に作用する電気的な場が生じないように電気をかけないようにして、電気をかける時間と電気をかけない時間の割合を可変にする。そうすることで、トルク伝達装置１２５の入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合を可変にすることができる。このようにすることで、粘性流体の発熱をより低く抑えることができる。
特に、電気をかける時間には、トルク伝達装置１２５の入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合が１００％（あるいは、最高割合）となるように、粘性流体に生じる場の強さを一定以上とするように電気をかけると、粘性流体の発熱が最低レベルに抑えられる。このため、粘性流体の冷却装置を小型化、あるいは不要とすることができる。
特に、電気をかける時間には、トルク伝達装置１２５の入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合が１００％（あるいは、最高割合）となるように、粘性流体に生じる場の強さを一定以上とするように電気をかけると、粘性流体の発熱が最低レベルに抑えられる。このため、粘性流体の冷却装置を小型化、あるいは不要とすることができる。
【0070】
＜第２の実施形態＞
図２Ｂは、第２の実施形態に係るポンプ装置の模式断面図である。図２Ｃは、羽根車部の詳細を示す模式断面図である。図２Ｃに示すようにポンプの揚水が、本実施形態に係るトルク伝達装置１２５の外周を流れることでトルク伝達装置１２５を冷却するようになっている。
図２Ｂは、第２の実施形態に係るポンプ装置の模式断面図である。図２Ｃは、羽根車部の詳細を示す模式断面図である。図２Ｃに示すようにポンプの揚水が、本実施形態に係るトルク伝達装置１２５の外周を流れることでトルク伝達装置１２５を冷却するようになっている。
【0071】
図２Ｂは、ポンプ装置１０は、構造物９９に固定される固定パイプ２０と、固定パイプ２０内に出し入れ可能に収納されるポンプ本体３０を備える。ポンプ装置１０の運転時には固定パイプ２０内にポンプ本体３０が収容され、点検時にはポンプ本体３０が固定パイプ２０から引き出されるようにして取り扱われる。
【0072】
固定パイプ２０は、ポンプ本体３０を主に収容するコラムパイプ２１と、吸込管２５とを有している。コラムパイプ２１は、ポンプ本体３０を覆うことができる長さを有し、円筒状に形成され、鋼製又は鋳鉄製である。コラムパイプ２１は、軸線が鉛直になるように配置されて構造物９９に固定される。コラムパイプ２１には、収容されたポンプ本体３０の上端よりも所定の高さ以上の上方に、水平方向に延びる枝管２１ｐが設けられている。枝管２１ｐは、揚水した水の流路を形成する。コラムパイプ２１は、上端に上部フランジ２１ａが設けられ、下端 に下部フランジ２１ｂが設けられている。上部フランジ２１ａには、取り外し可能なコラム蓋２２が気密に取り付けられている。下部フランジ２１ｂには、吸込管２５の吸込管フランジ２５ｆと取り付けられている。
【0073】
吸込管２５は、コラムパイプ２１の内径よりも小さな径の開口２５ｈが形成された吸込管フランジ２５ｆの下方に異径管２５ｐが取り付けられて一体に形成された部材である。異径管２５ｐは、吸込管フランジ２５ｆから下方に向かって、一旦徐々に径がすぼまった後に、下端付近でコラムパイプ２１の径と同程度まで急激に径が広がるベルマウス形状に形成されている。
【0074】
ポンプ本体３０は、回転軸３２を備えた電動機３３と、その下方に、ポンプ軸の先端に取り付けられたオープン型の羽根車３１とを有している。電動機３３は乾式モータであり、内部を外部から封止密閉し、水中で運転される際に水が内部に侵入しないように、モータケーシング３３７で全体が囲われている。モータケーシング３３７の下部には、電動機３３の回転軸３２の貫通部があり、この貫通部には軸封装置としてのメカニカルシール３３６が設けられている。
メカニカルシール３３６を通して延出した回転軸３２は、これまですでに説明したトルク伝達装置の入力軸１０１に接続する。トルク伝達装置の出力軸１０２にはポンプ軸が接続する。トルク伝達装置には、図示しないが従前に説明した直流電源が接続され電気（電圧または電流）が可変的に供給できるようになっている。
メカニカルシール３３６を通して延出した回転軸３２は、これまですでに説明したトルク伝達装置の入力軸１０１に接続する。トルク伝達装置の出力軸１０２にはポンプ軸が接続する。トルク伝達装置には、図示しないが従前に説明した直流電源が接続され電気（電圧または電流）が可変的に供給できるようになっている。
【0075】
メカニカルシール３３６とモータケーシング３３７とで密封された内部には、回転軸３２に固着された回転子３３２、回転子３３２と僅かな隙間をもってその外周に配置された 固定子３３３及び回転軸３２を回転可能に支持する下部軸受３３４と上部軸受３３５が収納されている。固定子３３３は、モータケーシング３３７に固定されている。モータケーシング３３７の上部からは、駆動用の電源ケーブル３３ｃが引き出されている。ケーブル引き出し部は水がモータの内部に侵入しないようにシールされている。
【0076】
ポンプ本体３０は、さらに、羽根車３１の側面周囲（回転方向周り）を覆うように囲む 羽根車ケーシング３４を有している。また、羽根車３１の吐出側にはガイドベーン３５が配設されている。羽根車ケーシング３４は、羽根車３１に加えてガイドベーン３５をも側面周囲で覆うように囲む長さを有している。羽根車ケーシング３４は、下端の内径が吸込管フランジ２５ｆの開口２５ｈ（異径管２５ｐの内径）と略同じ大きさに形成され、上端の外径がコラムパイプ２１の内径よりも僅かに小さく形成されている。羽根車ケーシング３４は、下端から上端に向かって径が徐々に広がるように形成されている。
【0077】
羽根車ケーシング３４の外周には、円環状の嵌合座３４ｓが形成されている。他方、コラムパイプ２１の内面には、円環状の受け座２３が形成されている。受け座２３と嵌合座 ３４ｓとは、そこを水が漏洩しないように密着する構成となっている。受け座２３と嵌合座３４ｓとが嵌合することにより、コラムパイプ２１にポンプ本体３０が載置され、ポンプ本体３０がコラムパイプ２１に収容される。
【0078】
図２Ｃに示すように、モータケーシング３３７には、羽根車３１の揚水の一部をトルク伝達装置１２５の外周に導入する流入口と、トルク伝達装置１２５の外周を流れた揚水の一部をガイドベーン３５に流出する流出口を備えている。この構造により、羽根車３１の揚水の一部が、トルク伝達装置１２５の外周に導かれて流れるときに、トルク伝達装置１２５で発生する熱を冷却することができる。
【0079】
次にポンプ装置１０の運転の一例を説明する。雨水の流入により水槽内の水位が上昇し、水位 Ａ１よりも低い状態で、トルク伝達装置に電気の供給をゼロの状態で電動機３３を始動し始める。トルク伝達装置に電気の供給をゼロの状態であるので、出力軸１０２には入力軸１０１のトルクが伝達せず、したがってポンプ軸は回転しない。
水位がさらに上昇し、羽根車３１の下端部分の水位ＳＬＷＬに到達すると、羽根車３１は水を吸い込み可能となる。そこで、トルク伝達装置に電気の供給を徐々に増加することで、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に徐々に伝達していくことができ、ポンプ軸は徐々に回転数を増加するようになる。水位が定常運転水位ＲＷＬまで上昇する間に、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に１００％伝達するように、トルク伝達装置１２５に電気を供給する。
水位がさらに上昇し、羽根車３１の下端部分の水位ＳＬＷＬに到達すると、羽根車３１は水を吸い込み可能となる。そこで、トルク伝達装置に電気の供給を徐々に増加することで、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に徐々に伝達していくことができ、ポンプ軸は徐々に回転数を増加するようになる。水位が定常運転水位ＲＷＬまで上昇する間に、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に１００％伝達するように、トルク伝達装置１２５に電気を供給する。
【0080】
逆に、水位が最高水位ＨＷＬの状態から、徐々に水位が低下し、定常運転水位ＲＷＬを下回ると、トルク伝達装置に電気の供給を徐々に減少することで、入力軸１０１から出力軸１０２へのトルクの伝達を徐々に低減していくことができ、ポンプ軸は徐々に回転数を減少する。水位がＳＲＷＬ以下になると、入力軸１０１のトルクを出力軸１０２に伝達しないように、トルク伝達装置への電気の供給を停止する。このように、始動、停止時の水位が過渡的な状況に応じて、回転軸や、電動機本体に等に急激な負荷や過剰な電流のかからない運転が可能である。
【0081】
＜第３の実施形態＞
図３は、第３の実施形態に係るポンプ装置の一部を示す模式断面図である。図２Ａの第１の実施形態で説明したのと同じように、吐出エルボ１１０の管外で、鉛直下方から吐出エルボ１１０の貫通孔１１９を貫通して上方に伸びる回転軸１２６と、吐出エルボ１１０の吐出方向とは反対方向から伸びて、駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１２８が、回転軸１２６に備えられた歯車Ａと、駆動軸１２８に備えられた歯車Ｚが互いにかみ合うように配置されている。もちろん歯車Ａと歯車Ｚに、さらに別の歯車等を介してもよい。回転軸１２６と駆動軸１２８と吐出エルボ１１０との位置関係は、ケーシング１１４を介すことで決められ互いに配設されている。
図３は、第３の実施形態に係るポンプ装置の一部を示す模式断面図である。図２Ａの第１の実施形態で説明したのと同じように、吐出エルボ１１０の管外で、鉛直下方から吐出エルボ１１０の貫通孔１１９を貫通して上方に伸びる回転軸１２６と、吐出エルボ１１０の吐出方向とは反対方向から伸びて、駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１２８が、回転軸１２６に備えられた歯車Ａと、駆動軸１２８に備えられた歯車Ｚが互いにかみ合うように配置されている。もちろん歯車Ａと歯車Ｚに、さらに別の歯車等を介してもよい。回転軸１２６と駆動軸１２８と吐出エルボ１１０との位置関係は、ケーシング１１４を介すことで決められ互いに配設されている。
【0082】
吐出エルボ１１０は、回転軸１２６の軸芯位置に軸方向に貫通孔１１９が穿設されており、回転軸１２６は、貫通孔１１９において、軸封装置１３２により軸封される。
【0083】
ケーシング１１４内の第一の歯車と第二の歯車は、任意の歯車比であり、回転軸１２６は、ケーシング１１４の上部に備えられた軸受１２２と、ケーシング１１４の上部に備えられた軸受１２４によりケーシング１１４に回転可能に支承され。駆動軸１２８は、ケーシング１１４の吐出エルボ１１０の吐出方向とは反対方向に備えられた駆動軸軸受により回転可能に支承される。
【0084】
吐出エルボ１１０の管内には、回転軸１２６が管外から貫通孔１１９を通して挿入され、図示しない端部に備えた羽根車と接続する。回転軸１２６の回転により羽根車は回転する。羽根車の回転により、吸込水槽の水を、揚水管、羽根車ケーシングおよび吸込ベルが一体的に懸垂配設された管路を通して、吐出エルボ１１０から吐出側に吐出させることができる。
【0085】
駆動軸２８の、それに備えられた歯車Ｚとは反対側の端部は、電気をかけることで生じる場の作用で、粘性が変化する粘性流体を内蔵したトルク伝達装置に接続している。ここでいうトルク伝達装置１２５とは、例えば前述の図１に示した装置でよい。図３における態様では、図２Ａと異なり、入力軸１０１の表面と、出力軸１０２の表面を電気的絶縁材で覆ったり、電気的絶縁被膜を形成させたりしなくてもよい。図１を例にすれば、駆動軸１２８の歯車Ｚとは反対側の端部は、図１に示した装置の出力軸１０２に接続している。
【0086】
トルク伝達装置１２５の入力軸１０１は、駆動装置１２０による回転駆動力を伝達する駆動軸１３８と接続している。駆動装置１２０の回転により駆動軸１３８は回転され、それに接続するトルク伝達装置１２５の入力軸１０１が回転する。
【0087】
トルク伝達装置１２５の出力軸１０２にはプラス電極Ｔ１が、入力軸１０１にはマイナス電極Ｔ２が備えられ、またポンプ装置１０１ｂは、これらプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電圧を供給する電源１４１を備える。
【0088】
電源１４１は直流の電圧または電流の出力を可変、あるいは単位時間当たりの電気の供給時間を可変にして供給でき、トルク伝達装置１２５のプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電気を供給すると、収容空間内に収容された粘性流体の粘性が、電気の供給によって生じた場の作用により変化するようになっている。
【0089】
駆動軸１３８には、軸周辺の空気を軸方向に送風するファン１５１が設けられている。このため、駆動装置１２０が回転すると、駆動軸１３８に備えられたファン１５１も回転して、軸周辺の空気を軸方向に送風を開始する。このため、トルク伝達装置の外表面にも空気の流れが生じ、トルク伝達装置に生じた熱を冷却することができる。駆動軸３８に設けられたファン１５１により軸方向に生じる空気の流れは、トルク伝達装置１２５方向に向けても良いし、逆方向に向けても良い。
【0090】
また、駆動軸１２８にも一例として同じく軸周辺の空気を軸方向に送風するファン１５２が設けられていている。その場合はトルク伝達装置１２５により、駆動軸１２８にトルクが伝達され、駆動軸２８が回転すると、駆動軸２８に備えられたファン１５２も回転して、軸周辺の空気を軸方向に送風を開始する。駆動軸１２８に備えられたファン１５２により生じさせる空気の流れは、駆動軸１３８に備えられたファン１５２により生じさせる空気の流れの方向と同じ方向とするのが、冷却効果を高める上で好ましい。
【0091】
次に、ポンプの運転例を説明する。駆動装置１２０の回転駆動力を伝達する駆動軸１３８が回転すると、その駆動力は、トルク伝達装置１２５を介して、駆動軸２８に伝達される。
【0092】
電源１４１から、トルク伝達装置１２５のプラス電極Ｔ１とマイナス電極Ｔ２に電気が供給されていない状態では、回転軸１２６とトルク伝達装置の入力軸１０１は回転するだけで、その回転トルクは、トルク伝達装置の出力軸１０２に伝わらず、したがって、駆動軸１２８は回転しない。
【0093】
しかしながら、電源から徐々に電気を供給していくと、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体に場が生じ、場の強さに応じて粘性流体に含まれる固体粒子が場の方向にクラスタを形成する。そして、粘性流体の粘性は、固体粒子のクラスタの成長に応じて大きくなる。このため、ディスク１２１とヨーク１２３に作用するトルクは徐々に増大し、入力軸１０１のトルクが徐々に出力軸１０２に伝達される。それに伴い、駆動軸１２８が回転し、駆動軸１２８のもう一方の端部に備えられた歯車Ｚを回転させる。
【0094】
駆動軸１２８に備えられた歯車Ｚから、回転軸１２６に備えられた歯車Ａまで、互いの歯車が直接にかみ合って、あるいは、歯車Ｚから歯車Ａまでの間をそれらとは別の歯車等を介してかみ合うようにして、最終的に駆動軸１２８のトルクは回転軸１２６に伝達され、回転軸１２６に備えられた羽根車が回転することにより、吸込水槽の水が吐出エルボ１１０を通って吐出側に吐出される。
【0095】
ここで、入力軸１０１のトルクよりも出力軸１０２に伝達されるトルクが小さい状態で運転する場合は、入力軸１０１の回転エネルギーを出力軸１０２の回転エネルギーに１００％変換せずに、一部が、粘性流体への散逸エネルギーとして排出させる運転である。
【0096】
このため、粘性流体の温度が上昇するが、本実施形態においては、そのような発熱があっても、トルク伝達装置の入力軸１０１と接続する駆動軸１３８に備えられたファン１５１が回転してトルク伝達装置周辺に空気流を生じさせ、その空気流にトルク伝達装置１２５に生じた熱が伝達されるので、トルク伝達装置は冷却される。また、トルク伝達装置の出力軸１０２に接続する駆動軸１２８にファン１５２が備えられていれば、駆動軸１２８に備えられたファンも回転して、トルク伝達装置周辺に空気流を生じさせ、さらにトルク伝達装置に生じた熱を冷却することができる。
【0097】
このように、駆動装置の回転駆動力を伝達する駆動軸１３８にファン１５１を備えて、駆動軸１３８の回転でファン１５１により生成される空気流がトルク伝達装置１２５の外周を通過する際に、トルク伝達装置１２５を冷却するので、特別な冷却装置を通常配置される機器に加えて別置する必要がない。
【0098】
したがって、電源からの電気の供給の程度を変えて、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体に生じる場の強さを変えることで、入力軸１０１から出力軸１０２への回転エネルギーの伝達割合を任意に決めて運転することが可能である。
【0099】
＜第３の実施形態に係るトルク伝達装置の変形例１＞
なお、第３の実施形態に係るトルク伝達装置の構成は、次の図４の構成であってもよい。図４は、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたトルク伝達装置の縦断面図である。図４に示すように、トルク伝達装置１２５ｂは、図１のトルク伝達装置１２５に比べて、トルク伝達装置１２５ｂの外周（具体的にはヨーク１２３の外周）に接続しているフィン１０６を備える点が異なっている。これにより、図１の形状に比べて空気と接触するトルク伝達装置の外周面積が増加する。トルク伝達装置１２５ｂで生じた熱は、フィンを熱伝導してフィンの全面に拡散し、フィン表面に接する空気に熱伝達して放熱する。トルク伝達装置の出力軸１０２が回転すると、トルク伝達装置１２５ｂの外周に接続するフィン周辺の空気がかく乱され、フィン１０６からの放熱は促進する。
なお、第３の実施形態に係るトルク伝達装置の構成は、次の図４の構成であってもよい。図４は、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたトルク伝達装置の縦断面図である。図４に示すように、トルク伝達装置１２５ｂは、図１のトルク伝達装置１２５に比べて、トルク伝達装置１２５ｂの外周（具体的にはヨーク１２３の外周）に接続しているフィン１０６を備える点が異なっている。これにより、図１の形状に比べて空気と接触するトルク伝達装置の外周面積が増加する。トルク伝達装置１２５ｂで生じた熱は、フィンを熱伝導してフィンの全面に拡散し、フィン表面に接する空気に熱伝達して放熱する。トルク伝達装置の出力軸１０２が回転すると、トルク伝達装置１２５ｂの外周に接続するフィン周辺の空気がかく乱され、フィン１０６からの放熱は促進する。
【0100】
特に、図４のトルク伝達装置１２５ｂを第３の実施形態に適用すれば、トルク伝達装置の出力軸１０２の回転により、トルク伝達装置の外周に接続したフィン１０６が、駆動軸１２８方向に主に空気流の流れを生じさせる。これにより、前述の駆動軸３８や駆動軸２８に備えたファン１５１，１５２と相乗的な空気流れによる冷却効果を奏することが可能である。
【0101】
＜第３の実施形態に係るトルク伝達装置の変形例２＞
図５Ａは、図４とは別の態様で、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたことを示すトルク伝達装置の縦断面図である。図５Ｂは、図５Ａのトルク伝達装置の横断面図である。
図５Ａは、図４とは別の態様で、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたことを示すトルク伝達装置の縦断面図である。図５Ｂは、図５Ａのトルク伝達装置の横断面図である。
【0102】
図４と同じように、図５Ａ、図５Ｂではフィン１０６ｂがトルク伝達装置の外周に接続しており、図５Ａ、図５Ｂのフィン１０６ｂは直方体の板材の一辺を軸方向に、他の一辺を径方向に伸ばした状態でトルク伝達装置の外周に配置されている。図４のフィン１０６と同じように、空気と接触するトルク伝達装置１２５ｃの外周面積が図１の形態より増加している。そしてトルク伝達装置１２５ｃで生じた熱は、フィン１０６ｂを熱伝導してフィン１０６ｂの全面に拡散し、フィン１０６ｂ表面に接する空気に熱伝達して放熱する。トルク伝達装置１２５の出力軸１０２が回転すると、トルク伝達装置１２５の外周に接続するフィン１０６ｂ周辺の空気がかく乱され、フィン１０６ｂからの放熱は促進する。
【0103】
但し、図５Ａ、図５Ｂに示したフィン１０６ｂは、図４に示したフィン１０６と異なり、トルク伝達装置１２５の出力軸１０２の回転により、矢印に示すように、出力軸１０２に平行な軸方向からフィンに空気が流入し、トルク伝達装置の外周方向に空気流の流れが放射状に拡散する。このような空気流れでも、前述の駆動軸１３８や駆動軸１２８に備えたファン１５１、１５２がそれぞれ、トルク伝達装置１２５の方向へ空気を流すようにすれば、相乗的な空気流れによる冷却効果を奏することが可能である。
【0104】
＜第３の実施形態に係るトルク伝達装置の変形例３＞
図６は、図４、図５Ａ、図５Ｂと同じく、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたことを示す縦断面図である。図６のフィン１０６ｃは、図５Ａ、図５Ｂに示したフィンと同様の形状をしている。
図６は、図４、図５Ａ、図５Ｂと同じく、図１で示したトルク伝達装置の外周に、フィンを備えたことを示す縦断面図である。図６のフィン１０６ｃは、図５Ａ、図５Ｂに示したフィンと同様の形状をしている。
【0105】
但し図６では、ヨーク１２３には、入力軸１０１の複数のディスク１２１の外周と径方向で相対するヨーク１２３の内壁からフィン１０６ｃの内部まで貫通する三つの流路１０７（第１の流路ともいう）が形成されている。トルク伝達装置１２５ｄの外周に備えられたフィン１０６ｃには、フィン１０６ｃに沿って出力軸１０２と平行な方向に延びる流路１０８（第２の流路ともいう）が形成されている。流路１０８は、三つの流路１０７と連通している。
【0106】
また、入力軸１０１の端部側で、ディスク１２１の軸方向で相対するヨーク１２３の入力軸１０１に近い内壁から、トルク伝達装置１２５ｄの外周に備えられたフィン１０６ｃの内部まで貫通する流路１０９（第３の流路ともいう）が形成されている。この流路１０９は、流路１０８と連通している。このように、三つの流路１０７及び流路１０９は、流路１０８を介して連通している。このように、粘性流体がヨーク１２３の内部及びフィン１０６ｃの内部を循環する流路が設けられている。
【0107】
このような構成にすることで、出力軸１０２が回転している場合には、図４、図５Ａ、図５Ｂで説明したような熱伝達により、トルク伝達装置の外周に備えられたフィン１０６ｃの放熱作用でトルク伝達装置１２５ｄが冷却できる。それととともに、出力軸１０２が回転していない場合で入力軸１０１が回転している場合であっても、入力軸１０１の複数のディスク１２１が回転することに伴う遠心力の作用で、ディスク１２１とヨーク１２３の間の粘性流体が、ディスク１２１の外周と径方向で相対するヨーク１２３の内壁から、トルク伝達装置１２５ｄの外周に備えられたフィン１０６ｃの内部まで貫通する流路１０７を通過して、フィン１０６ｃに形成された流路１０８を通過する。このため、トルク伝達装置の内部の熱は粘性流体に伴ってフィン１０６ｃに形成された流路１０８まで伝えられ、さらに、フィン１０６ｃを経由して周囲の空気に放熱する。
【0108】
放熱して冷却された粘性流体は、トルク伝達装置の外周に備えられたフィン１０６ｃに沿って設けられた流路１０８を通る。そして、入力軸１０１の端部側で、ディスク１２１の軸方向で相対するヨーク１２３の入力軸１０１に近い内壁から、トルク伝達装置の外周に備えられたフィン１０６ｃに向けてヨーク１２３を貫通する流路１０９を介して、再びディスク１２１を収容する収容空間に戻される。
ここで、流路１０９のヨーク１２３の内壁側の端の位置は、流路１０７のヨーク１２３の内壁側の端の位置より、入力軸１０１の回転軸芯に近い。これにより、冷却された粘性流体が戻される位置は、収容空間から粘性流体が流出する位置よりも相対的に入力軸１０１の回転軸芯に近いので、それに伴い粘性流体にかかる遠心力が小さい。この遠心力の差により、粘性流体が循環する力が生じる。
ここで、流路１０９のヨーク１２３の内壁側の端の位置は、流路１０７のヨーク１２３の内壁側の端の位置より、入力軸１０１の回転軸芯に近い。これにより、冷却された粘性流体が戻される位置は、収容空間から粘性流体が流出する位置よりも相対的に入力軸１０１の回転軸芯に近いので、それに伴い粘性流体にかかる遠心力が小さい。この遠心力の差により、粘性流体が循環する力が生じる。
【0109】
以上述べたように、図６の態様においては、出力軸１０２が回転していない場合で入力軸１０１が回転している場合であっても、トルク伝達装置の熱を効率よく冷却することが可能である。
【0110】
なお、図６の例では、粘性流体がヨークの内部及びフィンの内部を循環する流路が形成されたが、これに限らず、粘性流体がヨークの内部だけを循環する流路が形成されていてもよく、その場合、フィンがあってもなくてもよい。
【0111】
以上、図３に係る構成について、図４乃至図６の変形例も含めて説明したが、図３に係る構成のトルク伝達装置の効率的な運転方法に関しては、上述した第１の実施形態に記載の運転方法が同じく本実施態様にも適用できる。
なお、図４乃至図６の変形例に係るトルク伝達装置を、第１の実施形態または第２の実施形態に適用してもよい。
なお、図４乃至図６の変形例に係るトルク伝達装置を、第１の実施形態または第２の実施形態に適用してもよい。
【0112】
＜各実施形態に係るトルク伝達装置の変形例＞
各実施形態に係るトルク伝達装置の変形例について、図７を用いて説明する。図７は、図１に示したトルク伝達装置とは別の態様のトルク伝達装置の縦断面図である。図７のトルク伝達装置１２５ｅは、図１のトルク伝達装置１２５と同じく、入力軸１０１と、出力軸１０２とを有している。入力軸１０１の出力軸１０２側の端部付近には、複数のディスク１２１が互いに間隔をおいて設けられており、出力軸１０２の一部であるヨーク１２３には、ディスク１２１のそれぞれを収容する収容空間が形成されている。
各実施形態に係るトルク伝達装置の変形例について、図７を用いて説明する。図７は、図１に示したトルク伝達装置とは別の態様のトルク伝達装置の縦断面図である。図７のトルク伝達装置１２５ｅは、図１のトルク伝達装置１２５と同じく、入力軸１０１と、出力軸１０２とを有している。入力軸１０１の出力軸１０２側の端部付近には、複数のディスク１２１が互いに間隔をおいて設けられており、出力軸１０２の一部であるヨーク１２３には、ディスク１２１のそれぞれを収容する収容空間が形成されている。
【0113】
収容空間の両端部には、気密シール１０４Ａが設けられており、シールされた収容空間内には潤滑油などの液媒体に固体粒子を含んだ粘性流体１０５が封入されている。ヨーク１２３内部であって収容空間の側方にはコイル１０３が設けられている。コイル１０３に電流を通電することにより、コイル１０３から生じ、ディスク１２１周辺の収容空間に液媒体に固体粒子に作用する磁場１３１が形成される。粘性流体１０５の固体粒子は、磁場１３１の強さに応じてクラスタを形成する。クラスタを介してディスク１２１から収容空間の壁面へトルクが伝達され、入力軸１０１と出力軸１０２とが連結される。
【0114】
電流の大きさによってコイル１０３から生じる磁場の状態は異なる。電流がコイルに通電していない状態では、粘性流体１０５に作用する磁場が生じないので、ディスク１２１とヨーク１２３の間には、粘性流体１０５の液媒体の粘性によって生じるわずかな力しか作用しか生じないので、入力軸１０１が回転しても、入力軸１０１のトルクは出力軸１０２に伝達されず、出力軸１０２は回転しない。
【0115】
しかし、徐々に電流を大きくしていくと、それに応じて、コイル１０３からディスク１２１とヨーク１２３の間に磁場が形成され、これにより、粘性流体１０５の固体粒子が磁場の強さに応じてクラスタを形成する。そして、粘性流体１０５の粘性は固体粒子のクラスタの成長に応じて大きくなる。このため、ディスク１２１とヨーク１２３に作用するトルクは徐々に増大し、入力軸１０１のトルクが出力軸１０２に伝達される。
【0116】
そして、粘性流体１０５に作用する場の強さが一定以上になると、入力軸１０１のトルクが、ほとんど１００％出力軸１０２に伝達され、あたかも入力軸１０１と出力軸１０２が一体化したようになる。
【0117】
【0118】
なお、各実施形態において、トルク伝達装置は、駆動軸の途中もしくは回転軸の途中に設けられているとして説明したが、これに限らず、駆動軸と回転軸の間に設けられていてもよい。
【0119】
以上、各実施形態に係るポンプ装置は、羽根車が連結された回転軸を有する立軸ポンプＰと、立軸ポンプの回転軸を回転させるように駆動軸を回転させる駆動装置と、入力軸と出力軸とを有し、電気をかけることで生じる場（例えば、電場または磁場）の作用で粘性が変化する粘性流体を、当該入力軸から当該出力軸までのトルクの伝達経路に内蔵するトルク伝達装置と、を備える。このトルク伝達装置は、駆動軸と回転軸の間、前記駆動軸の途中、または前記回転軸の途中に設けられている。
【0120】
この構成によれば、電気をかけることで生じる場の大きさにより潤滑油の粘性を変化させる粘性流体を用いたトルク伝達装置を採用することにより、破損もしく摩耗を抑制しつつ回転軸の回転数を変更可能で、メンテナンスに係る労力を抑制するとともに、ポンプ機場の設備の大型化を抑制することができる。
【0121】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0122】
１０ ポンプ装置
１００ ポンプ装置
１０１ 入力軸
１０２ 出力軸
１０４ 気密シール
１０５ 粘性流体
１０６ｂ、１０６ｃ フィン
１１０ 吐出エルボ
１１４ ケーシング
１１９ 貫通孔
１２０ 駆動装置
１２１ ディスク
１２２ 軸受
１２３ ヨーク
１２４ 軸受
１２５、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ トルク伝達装置
１２６ 回転軸
１２８ 駆動軸
１２９ 駆動軸軸受
１３１ 磁場
１３２ 軸封装置
１３６ 回転軸
１３７ 管
１３８ 駆動軸
１４１ 電源
１５１、１５２ ファン
２０ 固定パイプ
２１ コラムパイプ
２１ａ 上部フランジ
２１ｂ 下部フランジ
２１ｐ 枝管
２２ コラム蓋
２３ 受け座
２５ 吸込管
２５ｆ 吸込管フランジ
２５ｈ 開口
２５ｐ 異径管
２６ ポンプ回転軸
３０ ポンプ本体
３１ 羽根車
３２ 回転軸
３３ 電動機
３３２ 回転子
３３３ 固定子
３３４ 下部軸受
３３５ 上部軸受
３３６ メカニカルシール
３３７ モータケーシング
３３ｃ 電源ケーブル
３４ 羽根車ケーシング
３４ｓ 合座
３５ ガイドベーン
９９ 構造物
Ｐ 立軸ポンプ
１００ ポンプ装置
１０１ 入力軸
１０２ 出力軸
１０４ 気密シール
１０５ 粘性流体
１０６ｂ、１０６ｃ フィン
１１０ 吐出エルボ
１１４ ケーシング
１１９ 貫通孔
１２０ 駆動装置
１２１ ディスク
１２２ 軸受
１２３ ヨーク
１２４ 軸受
１２５、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ トルク伝達装置
１２６ 回転軸
１２８ 駆動軸
１２９ 駆動軸軸受
１３１ 磁場
１３２ 軸封装置
１３６ 回転軸
１３７ 管
１３８ 駆動軸
１４１ 電源
１５１、１５２ ファン
２０ 固定パイプ
２１ コラムパイプ
２１ａ 上部フランジ
２１ｂ 下部フランジ
２１ｐ 枝管
２２ コラム蓋
２３ 受け座
２５ 吸込管
２５ｆ 吸込管フランジ
２５ｈ 開口
２５ｐ 異径管
２６ ポンプ回転軸
３０ ポンプ本体
３１ 羽根車
３２ 回転軸
３３ 電動機
３３２ 回転子
３３３ 固定子
３３４ 下部軸受
３３５ 上部軸受
３３６ メカニカルシール
３３７ モータケーシング
３３ｃ 電源ケーブル
３４ 羽根車ケーシング
３４ｓ 合座
３５ ガイドベーン
９９ 構造物
Ｐ 立軸ポンプ
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
