JP2019037118A - 水封式モータ及び水中ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高効率且つ長期に亘り耐水絶縁性能を維持できる水封式モータ及び水中モータの提供。
【解決手段】モータ軸と、モータ軸を回転させるロータ及びステータ４と、ロータ及びステータ４を収容する円筒状のケーシング５と、を有し、ケーシング５の内部に封入水が充満されている水封式モータ１であって、ステータ４を覆うモールド樹脂３０と、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａに配置されたゴムリング４０と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水封式モータ及び水中ポンプに関するものである。

深井戸水中ポンプの駆動用途等に使用されるモータには、モータケーシング内外圧を一定に保つためケーシングの内部に封入水を充満する、所謂水封式モータが採用されている。封入水は、外部の水へ漏れてもいいように、一般に水またはプロピレングリコール水溶液から成る無害かつ水溶する不凍液からなる。そして、モータのステータコア、コイル、および口出線とコイルの接続部等の充電部は、封入水が直接触れないようにそれらを金属部材（フレーム、側板、キャン等）で覆ってステータを密閉し、封入水が侵入しないようなステータ構造とすることが一般的である。このような、水封式モータとして、例えば、下記特許文献１に記載されたキャンドモータが知られている。

特開平９−１０３０４２号公報

ところで、ステータコアの内周面とロータの外周面との空隙間に挿入されたキャンは、一般に薄肉のステンレス鋼等の非磁性材が用いられるが、ステータで発生した回転磁界がキャンを通過してロータへ伝播する時、キャン内部に渦電流が発生し、この渦電流により電気抵抗損失（キャン損）が発生するため効率が悪くなる、という問題がある。
そこで、本願発明者は、このようなキャン損を発生させない方法として、キャンを挿入することなくステータ、さらにはロータを樹脂でモールドすることにより、耐水性を持たせることを考えた。しかしながら、ステータ、ロータのコアやケーシング、モータ軸等の金属部材の線膨張係数に対し、モールド樹脂の線膨張係数は数倍から十数倍と大きく異なる。このため、モータの運転・停止に伴い、モータが温まったり冷えたりすると、前述した線膨張係数の差により、金属部材とモールド樹脂との間には微小な隙間が生じるので、この隙間を通って封入水がモールド樹脂の内部に侵入する虞がある。これにより、ステータでは、コイルと封入水が近接することで絶縁が低下し、ロータでは、永久磁石が封入水と活性に反応して腐食崩壊してしまう、といった問題が生じ得る。なお、金属部材とモールド樹脂との界面に予め接着材等を介在させても、長期に亘る熱サイクルにより剥がれてしまい、封入水の侵入を防ぐことは困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高効率且つ長期に亘り耐水絶縁性能を維持できる水封式モータ及び水中モータの提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係る水封式モータは、モータ軸と、前記モータ軸を回転させるロータ及びステータと、前記ロータ及びステータを収容する円筒状のケーシングと、を有し、前記ケーシングの内部に封入水が充満されている水封式モータであって、前記ステータを覆うモールド樹脂と、前記モールド樹脂と前記ケーシングとの対向部に配置されたゴムリングと、を有する。

（２）上記（１）に記載された水封式モータであって、前記ステータは、前記ケーシングの内周面に固定されたステータコアを有し、前記ゴムリングは、前記ケーシングと前記ステータコアとの角部に配置されていてもよい。
（３）上記（２）に記載された水封式モータであって、前記ゴムリングは、前記ケーシングと前記ステータコアとの角部に接する直角部を有すると共に、該直角部の対辺に斜辺部を有する直角三角形の断面形状を有していてもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載された水封式モータであって、前記ゴムリングは、水膨張性ゴムから形成されていてもよい。
（５）上記（１）〜（４）に記載された水封式モータであって、前記ロータを覆う第２のモールド樹脂と、前記第２のモールド樹脂と前記モータ軸との対向部に配置された第２のゴムリングと、を有してもよい。
（６）上記（５）に記載された水封式モータであって、前記ロータは、前記モータ軸の外周面に固定されたロータコアを有し、前記第２のゴムリングは、前記モータ軸と前記ロータコアとの角部に配置されていてもよい。
（７）上記（６）に記載された水封式モータであって、前記第２のゴムリングは、前記モータ軸と前記ロータコアとの角部に接する直角部を有すると共に、該直角部の対辺に斜辺部を有する直角三角形の断面形状を有していてもよい。
（８）上記（５）〜（７）に記載された水封式モータであって、前記第２のゴムリングは、水膨張性ゴムから形成されていてもよい。

（９）本発明の一態様に係る水中ポンプは、上記（１）〜（８）に記載された水封式モータと、前記水封式モータによって駆動するポンプ部と、を有する。

上記本発明の態様によれば、高効率且つ長期に亘り耐水絶縁性能を維持できる。

第１実施形態に係る水封式モータを備える水中ポンプの全体構成図である。 第１実施形態に係る水封式モータの断面図である。 第１実施形態に係るモールド樹脂によって覆われたステータの拡大図である。 第１実施形態に係るゴムリングを有する水封式モータの（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。 比較例としてゴムリングを有さない水封式モータの（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。 第１実施形態の別形態に係る水封式モータに設けられたゴムリングを示す拡大図である。 第２実施形態に係るモールド樹脂によって覆われたロータを示す図である。 第２実施形態に係るゴムリングを有するロータの（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。 第２実施形態の別形態に係るロータに設けられたゴムリングを示す拡大図である。 第２実施形態の別形態に係るロータに設けられたゴムリングを示す拡大図である。 第２実施形態の別形態に係るロータに設けられたゴムリングを示す拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係る水封式モータ及び水中ポンプを、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る水封式モータ１を備える水中ポンプ１００の全体構成図である。
水中ポンプ１００は、図１に示すように、水封式モータ１と、水封式モータ１によって駆動するポンプ部１０１と、を備える。この水中ポンプ１００は、例えば、深井戸に設置され、地下水の排出を行う。

ポンプ部１０１は、水封式モータ１の上部に取り付けられている。ポンプ部１０１は、筒状のケーシング１０２と、ケーシング１０２に収容されたポンプ軸１０３と、を備える。ケーシング１０２は、下から順に吸込ケーシング１０４、中間ケーシング１０５、上部ケーシング１０６、弁ケーシング１０７、及び吐出ケーシング１０８が、ポンプ軸１０３の回転中心軸Ｂに沿って連結された構成となっている。

ポンプ軸１０３は、水封式モータ１のモータ軸２と連結された主軸１０９と、主軸１０９に取り付けられた複数の羽根車１１０と、を備える。主軸１０９の下部は、ソケットカップリング１１１を介してモータ軸２と連結されている。主軸１０９の中間部は、中間軸受１１２を介して回転自在に支持されている。また、主軸１０９の上部は、上部軸受１１３を介して回転自在に支持されている。羽根車１１０は、中間軸受１１２と上部軸受１１３との間において、主軸１０９に対して多段状に取り付けられており、主軸１０９と一体で回転する。

吸込ケーシング１０４の周面には、複数の吸込口１１４が形成されている。ポンプ軸１０３が回転すると、ケーシング１０２の外部の液体は、複数の吸込口１１４を介してケーシング１０２の内部に吸い込まれる。中間ケーシング１０５は、ケーシング１０２の内部に吸い込まれた液体を多段状の羽根車１１０に導く渦巻状の流路を形成する。この中間ケーシング１０５には、羽根車１１０から半径方向に吐出された液体を次段に導くガイドベーン１１５が取り付けられている。

上部ケーシング１０６は、中間ケーシング１０５から吐出された液体を上方に導く流路を形成する。この上部ケーシング１０６は、上部軸受１１３を支持している。弁ケーシング１０７は、上部ケーシング１０６の流路を閉塞可能な弁機構１１７を収容している。弁機構１１７は、回転中心軸Ｂに沿って配置された弁棒１１８と、弁棒１１８に沿って移動自在な弁体１１９と、弁体１１９をバルブシート１２１に向かって付勢するスプリング１２０と、を有する。

バルブシート１２１は、上部ケーシング１０６と弁ケーシング１０７との間に挟持されている。ポンプ軸１０３が回転していないとき、弁体１１９は、スプリング１２０によって下方に移動し、バルブシート１２１と当接する。弁体１１９がバルブシート１２１に当接することで、上部ケーシング１０６の流路が閉塞される。吐出ケーシング１０８の頂部には、吐出口１２２が形成されている。吐出口１２２は、弁ケーシング１０７の弁機構１１７の周囲に形成された流路と連通し、液体を上方に吐出すると共に、その周囲のフランジ部に図示しない配管が接続可能とされている。

図２は、第１実施形態に係る水封式モータ１の断面図である。
水封式モータ１は、図２に示すように、モータ軸２と、モータ軸２を回転させるロータ３及びステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容するケーシング５と、を備える。モータ軸２は、回転中心軸Ｂに沿って配置されている。このモータ軸２は、複数の軸受６，７によって回転自在に支持されている。モータ軸２の周囲には、磁石を有するロータ３が固定されている。

ケーシング５は、円筒状に形成されており、その上下端に側板１４，１５が固定されている。ケーシング５は、例えば、ステンレス製でその内部空間１１には、封入水が充満されている。内部空間１１の下部は、バネ１２で張設されたダイアフラム１３によって形成されている。ダイアフラム１３は、内部空間１１とケーシング５の外部との圧力差に応じて変形し、当該圧力差を緩和する。封入水は、モータ軸２、ロータ３、複数の軸受６，７と接し、これらを冷却、及び潤滑する。また、ケーシング５の内部に充満された封入水は、軸封装置８により密封される。

ステータ４は、ケーシング５の内周面５ａに固定されたステータコア１７と、ステータコア１７に巻き掛けられたコイル１８と、を備える。コイル１８には、口出線２０が接続され、口出線２０は、ケーシング５の外部の電源ケーブル２１と端子部材２２を介して接続されている。このステータ４は、モールド樹脂３０によって覆われている。モールド樹脂３０は、ステータコア１７、コイル１８及び、コイル１８と口出線２０との接続部を覆っている。

図３は、第１実施形態に係るモールド樹脂３０によって覆われたステータ４の拡大図である。
図３に示すように、ステータコア１７は、ケーシング５の内周面５ａに沿って環状に形成されている。ステータコア１７は、モータ軸２と平行に延びる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、その軸方向における両方の端面１７ａにはコイル１８が挿通される不図示のスロット（空間）が開口している。このステータコア１７の外周面１７ｂは、ケーシング５の内周面５ａに接している。

モールド樹脂３０は、ステータコア１７の両方の端面１７ａを覆うと共に、ステータコア１７の内周面１７ｃからの封入水の侵入を防止するため、ステータコア１７の内周面１７ｃを厚みＴで覆っている。厚みＴは、モールド樹脂３０の強度や成形の都合に依るが、例えば１〜２ｍｍ程度である。このようなモールド樹脂３０は、例えば、モールド金型の芯金をステータコア１７の内径よりも小さくし、芯金とステータコア１７の内周面１７ｃとの間に隙間ができるようにして注型を実施することで成形できる。

モールド樹脂３０には、例えば、２液硬化型のエポキシ樹脂等を用いることができる。この液状の樹脂を金型内に注型した後、樹脂を固化させる。なお、樹脂を早く固化させるために８０〜１２０℃程度の高温を保持して硬化させるとよい。樹脂が硬化した後、注型金型からステータを取り出し、冷却することで、ステータコア１７の内周面１７ｃにもモールド樹脂３０の薄い膜を形成することができる。このモールド樹脂３０は、ケーシング５の内周面５ａに接するようにして、外周面１７ｂを除くステータコア１７、コイル１８、コイル１８と口出線２０との接続部を一体で覆う。

図３に示すように、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａには、ゴムリング４０が配置されている。ゴムリング４０は、環状に形成されたシール部材（例えばＯ−リング）であり、円形の断面形状を有する。このゴムリング４０は、ケーシング５とステータコア１７との角部１０に配置されている。角部１０は、ケーシング５の内周面５ａとステータコア１７の端面１７ａとによって形成され、ステータコア１７の軸方向における両端部に形成される。角部１０に配置されたゴムリング４０は、ケーシング５の内周面５ａとステータコア１７の端面１７ａとに接している。

ゴムリング４０は、水膨張性ゴムから形成することが好ましい。水膨張性ゴムは、水と接触すると体積が１．５〜１０倍程度に膨潤（膨張）するゴムのことで、例えば、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム等の基材から成る。このゴムリング４０は、モールド樹脂３０の注型の実施の前に、予めケーシング５とステータコア１７との角部１０に装着しておくことで、対向部Ａに容易に配置することができる。なお、ゴムリング４０の外径がケーシング５の内周面５ａ（内径）よりも僅かに大きいことが好ましく、これにより角部１０への装着時に蓄圧状態となり、ゴムリング４０の位置決めが容易になる。

続いて、図４及び図５を参照して、上記構成の水封式モータ１の作用について説明する。
図４は、第１実施形態に係るゴムリング４０を有する水封式モータ１の（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。図５は、比較例としてゴムリング４０を有さない水封式モータ１´の（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。

比較例の水封式モータ１´の場合、図５（ａ）に示すように、運転が停止し冷やされると、モールド樹脂３０がケーシング５よりも径方向に大きく収縮し、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａに隙間Ｓ１が形成される。これは、ケーシング５やステータコア１７の等の金属材料の線膨張係数が、例えば１０〜１８×１０^−６程度であるのに対し、モールド樹脂３０の線膨張係数が、例えば６０〜８０×１０^−６程度と大きく異なることが原因である。このため、モールド樹脂３０をケーシング５の内周面５ａに接するように成形したとしても、モールド樹脂３０とケーシング５との間には隙間Ｓ１が生じるので、この隙間Ｓ１に封入水が侵入してしまう。

次に、図５（ｂ）に示すように、運転が再開され水封式モータ１´が温められると、モールド樹脂３０の径方向の膨張により隙間Ｓ１が無くなるが、代わりに隙間Ｓ２が形成される。すなわち、ステータコア１７の両方の端面１７ａを覆うモールド樹脂３０は、ステータコア１７の不図示のスロットを通って接続されており、このモールド樹脂３０がステータコア１７よりも軸方向に大きく膨張することで、モールド樹脂３０とステータコア１７の端面１７ａとの間に隙間Ｓ２が形成される。隙間Ｓ１に侵入していた封入水は、隙間Ｓ１から隙間Ｓ２に侵入するため、コイル１８に接する虞がある。このように、ステータ４をモールド樹脂３０で覆っただけでは、封入水の侵入を防ぐことは困難である。

本実施形態の水封式モータ１は、図４（ａ）に示すように、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａにゴムリング４０を配置している。この構成によれば、図４（ａ）に示すように、運転が停止し水封式モータ１が冷やされ、モールド樹脂３０がケーシング５よりも径方向に大きく収縮して隙間Ｓ１が形成されても、ゴムリング４０が対向部Ａに配置されているため、隙間Ｓ１を介した封入水の侵入を阻止できる。また、図４（ｂ）に示すように、運転が再開され水封式モータ１が温められて隙間Ｓ２が形成されたとしても、隙間Ｓ２に封入水が侵入しにくくなるため、長期に渡ってステータ４の耐水性を保つことができる。

すなわち、本実施形態では、ゴムリング４０が、ケーシング５とステータコア１７との角部１０に配置されている。この構成によれば、図４（ａ）に示すように水封式モータ１が冷やされ、モールド樹脂３０が軸方向に収縮すると、ゴムリング４０がモールド樹脂３０とステータコア１７の端面１７ａとの間で圧縮され、ゴムリング４０が径方向に伸びてケーシング５の内周面５ａに密着し、シール性が向上する。また、図４（ｂ）に示すように水封式モータ１が温められ、モールド樹脂３０が径方向に膨張すると、ゴムリング４０がケーシング５の内周面５ａに押圧されて密着するため、シール性が向上する。

さらに、本実施形態では、ゴムリング４０は、水膨張性ゴムから形成されている。図４（ａ）に示すように、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａに形成された隙間Ｓ１に侵入した封入水は、ステータコア１７の端面１７ａに到達する前にゴムリング４０と接触するので、ゴムリング４０は水膨張し、より一層、モールド樹脂３０とケーシング５の内周面５ａ及びステータコア１７の端面１７ａとの間における止水性能が向上する。したがって、封入水がステータ４に、より侵入し難くなるため、長期に亘ってステータ４の耐水性を保つことができる。

このように、上述の本実施形態によれば、モータ軸２と、モータ軸２を回転させるロータ３及びステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容する円筒状のケーシング５と、を有し、ケーシング５の内部に封入水が充満されている水封式モータ１であって、ステータ４を覆うモールド樹脂３０と、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａに配置されたゴムリング４０と、を有する、という構成を採用することによって、封入水がモールド樹脂３０の内部に侵入することが防止されるので、長期に亘りステータ４の耐水絶縁性能を維持することができる。また、本実施形態の水封式モータ１は、金属キャンが無いので、キャン損が発生することがなく高効率となる。さらに、本実施形態の水封式モータ１は、これまでのキャンド方式、耐水絶縁電線方式の水中モータよりも構造がシンプルであり、安価である。

なお、第１実施形態は、次のような別形態を採用することができる。
図６は、第１実施形態の別形態に係る水封式モータ１Ａに設けられたゴムリング４０Ａを示す拡大図である。
図６に示すように、ケーシング５とステータコア１７との角部１０に配置されたゴムリング４０Ａは、角部１０に接する直角部４１を有すると共に、該直角部４１の対辺に斜辺部４２を有する直角三角形の断面形状を有する。この構成によれば、例えば、図４（ａ）に示すように水封式モータ１が冷やされ、モールド樹脂３０が軸方向に収縮すると、ゴムリング４０Ａの斜辺部４２に力が加わり、ゴムリング４０Ａがケーシング５の内周面５ａ及びステータコア１７の端面１７ａの両方に押圧されるため、シール性がさらに向上する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水封式モータについて説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、第２実施形態に係るモールド樹脂５０によって覆われたロータ３を示す図である。
図７に示すように、第２実施形態の水封式モータ１Ｂでは、ロータ３がモールド樹脂５０（第２のモールド樹脂）によって覆われている点で、上記実施形態と異なる。

ロータ３は、モータ軸２の外周面２ｂに固定されたロータコア６１と、ロータコア６１に挿入された永久磁石６２と、を備える。ロータコア６１は、モータ軸２と平行に延びる軸方向において複数の円板状の電磁鋼板が積層されて形成されたものであり、その軸方向における両方の端面６１ａには永久磁石６２が挿通される不図示のスロット（空間）が開口している。このロータコア６１の内周面６１ｃは、モータ軸２の外周面２ｂに接している。永久磁石６２は、例えば、封入水に対する耐食性が低い一般的な希土類元素等で形成されている。

モールド樹脂５０は、ロータコア６１及び永久磁石６２を覆っている。具体的に、モールド樹脂５０は、ロータコア６１の両方の端面６１ａを覆うと共に、ロータコア６１の外周面６１ｂからの封入水の侵入を防止するため、ロータコア６１の外周面６１ｂを厚みＴ１で覆っている。厚みＴ１は、モールド樹脂５０の強度や成形の都合に依るが、例えば１〜２ｍｍ程度である。このようなモールド樹脂５０は、例えば、モールド金型をロータコア６１の外径よりも大きくし、モールド金型とロータコア６１の外周面６１ｂとの間に隙間ができるようにして注型を実施することで成形できる。

モールド樹脂５０には、例えば、２液硬化型のエポキシ樹脂等を用いることができる。この液状の樹脂を金型内に注型した後、樹脂を固化させる。なお、樹脂を早く固化させるために８０〜１２０℃程度の高温を保持して硬化させるとよい。樹脂が硬化した後、注型金型からステータを取り出し、冷却することで、ロータコア６１の外周面６１ｂにもモールド樹脂５０の薄い膜を形成することができる。このモールド樹脂５０は、モータ軸２の外周面２ｂに接するようにして、内周面６１ｃを除くロータコア６１、永久磁石６２を一体で覆う。

図７に示すように、モールド樹脂５０とモータ軸２との対向部Ｃには、ゴムリング７０（第２のゴムリング）が配置されている。ゴムリング７０は、環状に形成されたシール部材（例えばＯ−リング）であり、円形の断面形状を有する。このゴムリング７０は、モータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａに配置されている。角部１０Ａは、モータ軸２の外周面２ｂとロータコア６１の端面６１ａとによって形成され、ロータコア６１の軸方向における両端部に形成される。角部１０Ａに配置されたゴムリング７０は、モータ軸２の外周面２ｂとロータコア６１の端面６１ａとに接している。

ゴムリング７０は、上述した第１実施形態のゴムリング４０と同様に、水膨張性ゴムから形成することが好ましい。水膨張性ゴムは、水と接触すると体積が１．５〜１０倍程度に膨潤（膨張）するゴムのことで、例えば、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム等の基材から成る。このゴムリング７０は、モールド樹脂５０の注型の実施の前に、予めモータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａに装着しておくことで、対向部Ｃに容易に配置することができる。なお、ゴムリング７０の内径がロータコア６１の取付部におけるモータ軸２の外周面２ｂ（外径）よりも僅かに小さいことが好ましく、これにより角部１０Ａへの装着時に蓄圧状態となり、ゴムリング７０の位置決めが容易になる。

続いて、図８を参照して、上記構成の水封式モータ１Ｂの作用について説明する。
図８は、第２実施形態に係るゴムリング７０を有するロータ３の（ａ）運転停止時、（ｂ）運転中の様子を示す説明図である。

第２実施形態の水封式モータ１Ｂは、図８（ａ）に示すように、モールド樹脂５０とモータ軸２との対向部Ｃにゴムリング７０を配置している。この構成によれば、図８（ａ）に示すように、運転が停止し水封式モータ１Ｂが冷やされ（さらにはモールド樹脂５０の射出形成時の圧力により）、モールド樹脂５０が収縮すると、例えば径方向では、ゴムリング７０がモールド樹脂５０とモータ軸２の外周面２ｂとの間で圧縮される。これにより、ゴムリング４０とモールド樹脂５０とが密着すると共に、ゴムリング４０とモータ軸２の外周面２ｂとが密着するため、例えば、密着部Ｐ１，Ｐ２を介した封入水の浸入を阻止できる。

また、ゴムリング７０が、モータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａに配置されていることで、モールド樹脂５０が熱収縮（および射出形成時の圧力）により軸方向に収縮すると、ゴムリング７０がモールド樹脂５０とロータコア６１の端面６１ａとの間で圧縮される。これにより、ゴムリング７０とロータコア６１とが密着し、密着部Ｐ３が形成される。そうすると、モータ軸２の外周面２ｂ、モールド樹脂５０、及びロータコア６１の端面６１ａの３点の密着部Ｐ１〜Ｐ３が形成されることから、止水性能が向上する。したがって、封入水がロータ３に侵入し難くなるため、長期に亘ってロータ３の耐水性を保つことができる。

また、図８（ｂ）に示すように、運転が再開され水封式モータ１Ｂが温められると、モールド樹脂５０がモータ軸２よりも径方向に膨張し、モールド樹脂５０とモータ軸２との間には隙間Ｓ３が生じ得る。また、モールド樹脂５０がロータコア６１よりも軸方向に膨張し、モールド樹脂５０とロータコア６１の端面６１ａとの間には隙間Ｓ４が生じ得る。ここで、ゴムリング７０は、モールド樹脂５０によって予圧縮されており、その一部の蓄圧が解除されることにより膨張（復元変形）し、密着部Ｐ１〜Ｐ３における止水性能を維持する。さらに、ゴムリング７０は、水膨張性ゴムから形成されており、隙間Ｓ３に侵入した封入水は、ロータコア６１の端面６１ａに到達する前にゴムリング７０と接触するので、ゴムリング７０が水膨張することで、より一層、止水性能が向上する。したがって、封入水がロータ３に侵入し難くなるため、長期に亘ってロータ３の耐水性を保つことができる。

このように、上述の第２実施形態によれば、モータ軸２と、モータ軸２を回転させるロータ３及びステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容するケーシング５と、を有し、ケーシング５の内部に封入水が充満されている水封式モータ１Ｂであって、ロータ３を覆うモールド樹脂５０と、モールド樹脂５０とモータ軸２との対向部Ｃに配置されたゴムリング７０と、を有する、という構成を採用することによって、封入水がモールド樹脂５０の内部に侵入することが防止されるので、長期に亘りロータ３の耐水絶縁性能を維持することができる。また、第２実施形態の水封式モータ１Ｂは、金属キャンが無いので、キャン損が発生することがなく高効率となる。さらに、第２実施形態の水封式モータ１Ｂは、これまでのキャンド方式、耐水絶縁電線方式の水中モータよりも構造がシンプルであり、安価である。

なお、第２実施形態は、次のような別形態を採用することができる。
図９は、第２実施形態の別形態に係るロータ３に設けられたゴムリング７０Ｃを示す拡大図である。
図９に示すように、モータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａに配置されたゴムリング７０Ｃは、角部１０Ａに接する直角部７１を有すると共に、該直角部７１の対辺に斜辺部７２を有する直角三角形の断面形状を有する。この構成によれば、例えば、ゴムリング７０Ｃが径方向に膨張（水膨張）すると、ゴムリング７０Ｃの上端部がモールド樹脂５０とロータコア６１との隙間に楔状に入り込み、モールド樹脂５０とロータコア６１の端面６１ａの両方に押圧されるため、密着部Ｐ２、Ｐ３におけるシール性がさらに向上する。

図１０は、第２実施形態の別形態に係るロータ３に設けられたゴムリング７０Ｄ１，Ｄ２を示す拡大図である。
図１０に示すように、モータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａには、複数のゴムリング７０Ｄ１，Ｄ２が配置されている。ゴムリング７０Ｄ１の内径は、モータ軸２の外周面２ｂ（外径）よりも僅かに小さく、蓄圧状態でモータ軸２に装着され、密着部Ｐ１を形成している。ゴムリング７０Ｄ２は、モールド樹脂５０及びロータコア６１の端面６１ａと密着して密着部Ｐ２，Ｐ３を形成すると共に、モータ軸２の外周面２ｂに装着された断面視矩形状のリング部材７３に支持されている。なお、ゴムリング７０Ｄ１は、リング部材７３の側面に密着し、密着部Ｐ４を形成している。

リング部材７３は、モールド樹脂５０よりも線膨張係数が大きい樹脂部材である。例えば、モールド樹脂５０がＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂の場合、線膨張係数は２０〜３０×１０^−６程度であるので、リング部材７３をＥＰ（エポキシ）樹脂にして、線膨張係数を４０×１０^−６程度にするとよい。この構成によれば、モールド樹脂５０が径方向に熱膨張し、ゴムリング７０Ｄ１とモールド樹脂５０との間に隙間が形成されても、リング部材７３がこのモールド樹脂５０よりも径方向に大きく熱膨張するため、ゴムリング７０Ｄ２が持ち上げられ、モールド樹脂５０との間の（密着部Ｐ２における）止水性能が維持される。すなわち、ゴムリング７０Ｄ１，Ｄ２が水膨張性ゴムでなくとも止水性能が維持される。なお、ゴムリング７０Ｄ１，Ｄ２が水膨張性ゴムであれば、より一層、止水性能が向上する。

図１１は、第２実施形態の別形態に係るロータ３に設けられたゴムリング７０Ｅ１，Ｅ２を示す拡大図である。
図１１に示す形態は、上述した図９に示す形態と、図１０に示す形態とを組み合わせたものである。すなわち、モータ軸２とロータコア６１との角部１０Ａには、直角三角形の断面形状を有する複数のゴムリング７０Ｅ１，Ｅ２が配置され、ゴムリング７０Ｅ２がモールド樹脂５０よりも線膨張係数が大きいリング部材７３に支持されている。この構成によれば、ゴムリング７０Ｅ２による楔効果と、リング部材７３による押圧（押し上げ）効果が得られ、より一層、止水性能が向上する。なお、ゴムリング７０Ｅ１，Ｅ２は、一体ものであってもよい。すなわち、ゴムリング７０Ｅ１，Ｅ２の上端部と下端部が接続され、全体として直角三角形であるが、その直角部に、リング部材７３を配置する溝が形成される形態を採用してもよい。

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、上記第１実施形態では、ゴムリング４０がケーシング５とステータコア１７との角部１０に配置されている構成について説明したが、ゴムリング４０が角部１０から離れて配置されていてもよく、モールド樹脂３０とケーシング５との対向部Ａに配置されていれば従来よりも耐水絶縁性能は向上する。
また、上記第２実施形態においても、対向部Ｃであればゴムリング７０が角部１０Ａから離れて配置されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、ステータコア１７の軸方向の両端部に一つずつゴムリング４０，７０を配置したが、両端部のそれぞれに複数配置してよい。
また、例えば、ステータコア１７の軸方向における一端部の方が他端部よりも止水性が悪い場合には、一端部の方が他端部よりも多くゴムリング４０，７０を配置してもよいし、一端部の方が他端部よりも対向部Ａに沿って幅広のゴムリング４０，７０を配置してもよい。
また、例えば、ゴムリング４０，７０の断面形状は、円形や直角三角形に限らず、四角形、その他の多角形、若しくは楕円形、それ以外の異形であってもよい。

また、例えば、モールド樹脂３０，５０を形成し、ゴムリング４０，７０を配置する形態は、ロータ３及びステータ４の少なくともいずれか一方であってもよい。

１ 水封式モータ
１Ａ 水封式モータ
１Ｂ 水封式モータ
２ モータ軸
２ｂ 外周面
３ ロータ
４ ステータ
５ ケーシング
５ａ 内周面
１０ 角部
１７ ステータコア
３０ モールド樹脂
４０ ゴムリング
４０Ａ ゴムリング
４１ 直角部
４２ 斜辺部
５０ モールド樹脂
６１ ロータコア
６２ 永久磁石
７０ ゴムリング
７０Ｃ ゴムリング
７０Ｄ１ ゴムリング
７０Ｄ２ ゴムリング
７０Ｅ１ ゴムリング
７０Ｅ２ ゴムリング
７１ 直角部
７２ 斜辺部
７３ リング部材
１００ 水中ポンプ
１０１ ポンプ部
Ａ 対向部
Ｃ 対向部
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間
Ｓ３ 隙間
Ｓ４ 隙間

Claims (9)

1. モータ軸と、前記モータ軸を回転させるロータ及びステータと、前記ロータ及びステータを収容する円筒状のケーシングと、を有し、前記ケーシングの内部に封入水が充満されている水封式モータであって、
   前記ステータを覆うモールド樹脂と、
   前記モールド樹脂と前記ケーシングとの対向部に配置されたゴムリングと、を有する、ことを特徴とする水封式モータ。
2. 前記ステータは、前記ケーシングの内周面に固定されたステータコアを有し、
   前記ゴムリングは、前記ケーシングと前記ステータコアとの角部に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水封式モータ。
3. 前記ゴムリングは、前記ケーシングと前記ステータコアとの角部に接する直角部を有すると共に、該直角部の対辺に斜辺部を有する直角三角形の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の水封式モータ。
4. 前記ゴムリングは、水膨張性ゴムから形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水封式モータ。
5. 前記ロータを覆う第２のモールド樹脂と、
   前記第２のモールド樹脂と前記モータ軸との対向部に配置された第２のゴムリングと、を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水封式モータ。
6. 前記ロータは、前記モータ軸の外周面に固定されたロータコアを有し、
   前記第２のゴムリングは、前記モータ軸と前記ロータコアとの角部に配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の水封式モータ。
7. 前記第２のゴムリングは、前記モータ軸と前記ロータコアとの角部に接する直角部を有すると共に、該直角部の対辺に斜辺部を有する直角三角形の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の水封式モータ。
8. 前記第２のゴムリングは、水膨張性ゴムから形成されている、ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の水封式モータ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の水封式モータと、
   前記水封式モータによって駆動するポンプ部と、を有する、ことを特徴とする水中ポンプ。

Images