JP2009180151A

JP2009180151A - 高速回転機器

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Publication number: JP2009180151A
Application number: JP2008019797A
Authority: JP
Inventors: Koji Horikawa; 浩司堀川; Kazunori Makimura; 和紀槇村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を準備しなくても、モータの温度上昇を抑えることができる高速回転機器を提供する。
【解決手段】回転軸２と、回転軸２の一端に形成された回転翼１と、吸入口５３と吐出口５５と有するケーシング５ａを備え、ケーシング５ａの内部に回転翼１を収納して、吸入口５３から流体を吸入し、吸入口５３から吸入した流体を吐出口５５から排出する流体移送部Ｒと、回転軸２を回転駆動するモータ４と、回転軸２が貫通する回転軸連通孔２Ｈを有するハウジング５ｂを備え、ハウジング５ｂの内部に回転軸２とモータ４とを収納するモータ駆動室Ｍとを具備する高速回転機器１０であって、流体移送部Ｒの流体流れの途中において流体の一部を流通する流体流路３０を具備し、流体流路３０を流通する流体を用いて、モータ４を冷却することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転翼の回転によって流体の排気等を行う高速回転機器に関する。

吸入口からガスを吸引し、吸引したガスを昇圧し、圧縮したガスを吐出口から排出する高速回転機器（以下、「ターボブロワ」という）は、例えば、送風機や油圧機やレーザ発振器等に使用されている。
図７は、従来の遠心式のターボブロワの一例を示す断面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示すものである。ターボブロワ７０は、ターボ翼（回転翼）１を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍとにより構成される。そして、ターボ翼１と電動モータ４とは、回転軸２を介して連結されている。

流体移送室Ｒは、ケーシング５ａに囲まれることによって形成され、その内部にターボ翼１を収納している。また、流体移送室Ｒは、ターボ翼１の頂部方向に開口する吸入口５３と、ターボ翼１の側方方向に開口するターボ翼吐出部５４と、最終的に外部にガス（流体）を排出するための吐出口５５と、ターボ翼吐出部５４と吐出口５５とを連結する流体旋回流路５６と、ターボ翼１の底部方向に開口する回転軸貫通孔２Ｈとを有する。
ターボ翼１は、回転軸２の上端に形成されており、切頭円錐状の基体１１の斜面部に螺旋状に複数の翼体１２を立設してある。
吸入口５３は、上方から見ると円形状の開口であり、ガスを吸引する。
ターボ翼吐出部５４は、上方から見ると円環形状の開口であり、中心部から円周部に向かって全方向にガスを送り出す。
流体旋回流路５６は、上方から見るとターボ翼吐出部５４より大きい円環形状の流路であり、ターボ翼吐出部５４から送り出されたガスを反時計回りに流通させながら、ガスを吐出口５５に導く。
そして、回転軸２は、回転軸貫通孔２Ｈを貫通することになる。
以上の構成において、ターボ翼１が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入る。流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４を通って流体旋回流路５６に入る。流体旋回流路５６に入ったガスは、ターボ翼１が反時計回りに回転するターボブロワでは流体旋回流路５６内を反時計回りに流通しながら吐出口５５に達する。最後に、吐出口５５に達したガスは、吐出口５５から流体移送室Ｒの外部に出る。すなわち、流体移送室Ｒでは、吸入口５３からガスを吸引し、吸引したガスを吐出口５５から排出することが行われている。

このようなターボ翼１を回転させるためには、電動モータ４等の動力源が必要となる。そこで、ターボブロワ７０は、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍが、流体移送室Ｒの下端部に連続して設けられている。つまり、流体移送室Ｒの下端部と、モータ駆動室Ｍの上端部とは、一体化されている。
モータ駆動室Ｍは、ハウジング５ｂに囲まれることによって形成され、その内部に電動モータ４と、回転軸２の下端部側と、回転軸２を回転可能に支持する転がり軸受３とを収納している。なお、モータ駆動室Ｍは、流体移送室Ｒの下端部とモータ駆動室Ｍの上端部とが共通しているので、電動モータ４の頂部方向に開口する回転軸貫通孔２Ｈを有することになる。
電動モータ４は、回転子４Ｒと固定子４Ｓとにより構成される。なお、固定子４Ｓの構成部位であるコイル４Ｃは絶縁皮膜が施されている。そして、回転子４Ｒが回転軸２に外嵌されて固着されるとともに、回転子４Ｒの周囲に対応するハウジング５ｂの内周面に固定子４Ｓが配設されている。電動モータ４としては、例えば、ＤＣブラシレス式のもの等が挙げられる。なお、電動モータ４の駆動源として、例えば、インバータ（図示せず）等が用いられる。

転がり軸受３は、上部転がり軸受３Ｕと下部転がり軸受３Ｄとにより構成される。これにより、回転軸２は、上部転がり軸受３Ｕと下部転がり軸受３Ｄとを介してハウジング５ｂに対して回転可能に保持される。転がり軸受３として、例えば、アンギュラタイプのものを採用することができる。アンギュラタイプのものを採用すれば、ジャーナル方向とスラスト方向とに作用する両荷重を支持しうるようになる。
なお、回転軸２を貫通するための回転軸貫通孔２Ｈには、シール部７（ラビリンスシール）が設けられている。シール部７は、流体移送室Ｒとモータ駆動室Ｍとを完全に分離してしまうものではなく、シール部７と回転軸２との間に若干の隙間を有するとともに絞り機能を有するものである。これにより、回転軸貫通孔２Ｈを介して流体移送室Ｒとモータ駆動室Ｍとの間でのガスの行き来を妨げることが可能となっている。

以上の構成において、インバータ等によって固定子４Ｓに電力が供給されると、回転子４Ｒが固着された回転軸２が回転駆動する。回転軸２が回転駆動すると、流体移送室Ｒの内部に配置されたターボ翼１が回転することになる。
なお、回転軸２を回転駆動させるモータ駆動室Ｍは、その内部に異物等（例えば、水分やゴミ等）が侵入すると、電動モータ４に異物等が付着することで、電動モータ４が損傷したりすることがあるため、ハウジング５ｂによって密閉構造となるように形成されている。

しかしながら、このようなターボブロワ７０では、ターボ翼１を回転させるために電動モータ４が作動したときに固定子４での損失（例えば、一次銅損や鉄損等）や、回転子４Ｒでの損失や、固定子４Ｓと回転子４Ｒとの間の風損失（流体摩擦損失）等が発生し、発熱することによって、温度上昇が起こる結果、モータ効率の低下や、コイル４Ｃの絶縁性能が低下することによるモータ損傷等が生じることがあった。
そこで、ハウジング５ｂ中に冷却水を冷媒として流通する冷却水路８１を備え、冷却水路８１を流通する冷却水を用いて電動モータ４の温度上昇を抑える対策がとられているターボブロワ８０が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図８は、従来の遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示し、白色矢印は、冷却水の流通方向を示すものである。また、上述したターボブロワ７０と同様のものについては、同じ符号を付している。すなわち、ターボブロワ８０は、回転軸２と、ターボ翼１と、ターボ翼１を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４と、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍと、ハウジング５ｂ中に冷却水を流通する冷却水路８１とを備える。

図８に示すように、冷却水路８１は、ハウジング５ｂ中に、電動モータ４の外周面を覆うような螺旋状となるように形成されている。そして、ハウジング５ｂの外周面に形成された冷却水流入口８２と冷却水流出口８３とには、冷却水循環器（図示せず）が接続される。
これにより、モータ駆動室５２内の電動モータ４が作動しても、冷却水路８１に冷却水を流すことで、電動モータ４の温度上昇を抑えることができるようになっている。
特開２００３−３０１７９９号公報

しかしながら、上述したようなターボブロワ８０では、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要があり、大型化やコストアップ等を招来することになっていた。
また、用途によっては冷却水を用いることができないことがあり、冷却水路８１を備えたターボブロワ８０を使用することができない場合があった。
そこで、本発明は、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を別途準備しなくても、モータの温度上昇を抑えることができる高速回転機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の高速回転機器は、回転軸と、前記回転軸の一端に形成された回転翼と、吸入口と吐出口と有するケーシングを備え、当該ケーシングの内部に回転翼を収納して、吸入口から流体を吸入し、当該吸入口から吸入した流体を吐出口から排出する流体移送部と、前記回転軸を回転駆動するモータと、ハウジングを備え、当該ハウジングの内部にモータを収納するとともに、前記回転軸を回転可能に保持するモータ駆動室とを具備し、前記ハウジングには、前記回転軸が貫通する回転軸貫通孔が形成されている高速回転機器であって、前記流体移送部の流体流れ途中において流体の一部を流通する流体流路を具備し、前記流体流路を流通する流体を用いて、前記モータを冷却するようにしている。

ここで、本発明における「流体」は、気体であってもよく、液体であってもよい。
また、「回転翼」の形状も、軸方向から入った流体が主に翼車の遠心力作用により昇圧され、翼車から半径方向の外側に向かい吐出される遠心式であっても、軸方向から入った流体が主に翼車の揚力により昇圧され、翼車により軸方向に向かい吐出される軸流式であってもよい。また、軸方向から入った流体が遠心力と翼車の揚力とにより昇圧され翼車から斜め方向に向かい吐出される斜流式であってもよい。更には、放射状に埋め込まれた多数の翼により流路内の液に運動量を与えて昇圧する渦流ポンプあるいは再生ポンプと呼ばれる種類のターボ機器であってもよい。
本発明の高速回転機器によれば、流体移送部の吐出口に至る途中において流体の一部を流通する流体流路を備えるので、モータ駆動室内のモータが作動することによって、流体移送部内の回転翼が回転すると、流体移送部では、流体を吸入口から吸入し、吸入した流体を圧縮しながら吐出口から排出するだけでなく、流体移送部の流体流れ途中において流体の一部が流体流路を流通する。そして、流体流路を流通する流体を冷却用流体とし、流体流路を流通する冷却用流体を用いてモータを冷却する。

以上のように、本発明の高速回転機器によれば、流体移送部の流体流れ途中において流体の一部を冷却用流体とし、冷却用流体を用いてモータを冷却するので、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を準備しなくても、モータの温度上昇を抑えることができる。
また、冷却水を用いることができないような用途にも、使用することができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記流体流路は、前記ハウジング及び／又はケーシング中に形成されているようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記流体流路は、前記モータの外周面を覆うように、前記ハウジング及び／又はケーシング中に形成されているようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記流体移送部の流体流れ途中において分岐された前記流体経路が、前記流体移送部の当該分岐位置の上流側まで連通するように形成されているようにしてもよい。
本発明によれば、吸入口から吸引する流体を吐出口以外の外部に排出しない構成とすることができるので、外部に排出することができない流体を用いることになる用途にも、使用することができる。
また、上記の発明において、前記流体流路は、前記回転翼の下流側から回転翼の上流側まで連通するように形成されているようにしてもよい。
本発明によれば、吸入口から吸引する流体を吐出口以外の外部に排出しない構成とすることができるので、外部に排出することができない流体を用いることになる用途にも、使用することができる。
さらに、回転翼の下流側の流体の圧力は、回転翼の上流側の流体の圧力より高くなっているので、流体流路内を流体がスムーズに流れるようにすることができる。
また、上記の発明において、前記回転翼の下流側には、前記流体を圧縮する静翼が設けられ、前記流体流路は、前記静翼の下流側から静翼の上流側まで連通するように形成されているようにしてもよい。
また、静翼が設けられたものにおいては、前記流体流路は、前記静翼の下流側から回転翼の上流側まで連通するように形成されているようにしてもよい。
本発明によれば、吸入口から吸引する流体を吐出口以外の外部に排出しない構成とすることができるので、外部に排出することができない流体を用いることになる用途にも、使用することができる。
さらに、静翼の下流側の流体の圧力は、静翼の上流側の流体の圧力より高くなっているので、流体流路内を流体がスムーズに流れるようにすることができる。

また、上記の発明において、前記流体流路は、前記モータ駆動室の内部に流体を導くともに、前記モータ駆動室の内部からモータ駆動室の外部に流体を排出するようにしてもよい。
本発明によれば、流体をモータに直接接触させることができるので、モータの温度上昇をより抑えることができる。
そして、上記の発明において、前記流体流路は、前記モータが配置された位置に対応するハウジング及び／又はケーシングの外面に向けて、前記流体を排出するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記ハウジング及び／又はケーシングの外面には、前記流体との接触面積を増加させる凹凸が形成されているようにしてもよい。
本発明によれば、ハウジングやケーシングの外面には凹凸が形成されているので、ハウジングの外面を効率よく冷却することができる。その結果、モータの温度上昇をより抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの一例を示す断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示すものである。また、上述したターボブロワ７０と同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態では、ターボブロワ１０Ａは、上述した従来のターボブロワ７０と異なり、ターボ翼吐出部５４の周囲に配置されたディフューザ（静翼）２０と、ターボ翼吐出部５４から排出するガスの一部を流通するための複数本の流体流路３０とを備える。すなわち、ターボブロワ１０Ａは、回転軸２と、ターボ翼１と、ターボ翼１を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４と、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍと、ディフューザ２０と、流体流路３０とを備える。

ディフューザ２０は、上方から見ると円環形状に形成されており、円環形状の基体２１の上面部に複数の翼体２２を立設したものである。そして、ディフューザ２０は、ターボ翼吐出部５４の下流側に配置されている。これにより、流体移送室Ｒに入ったガスは、ディフューザ２０を通過することによって圧縮されながら流体旋回流路５６に送り出されることになる。このとき、ディフューザ２０の下流側のガスの圧力は、ディフューザ２０の上流側のガスの圧力より高くなる。

流体流路３０の流体流入口３１は、円形状であり、１６個の流体流路３０の流体流入口３１が、上方から見るとディフューザ２０の周縁部（中心からの距離ｒ_３１）に円環状に並ぶように等間隔をあけて設けられている。
また、流体流路３０の流体流出口３２も、流体流入口３１と同様の形状の円形状であり、１６個の流体流路３０の流体流出口３２も、上方から見るとディフューザ２０の内周部（中心からの距離ｒ_３２）に円環状に並ぶように等間隔をあけて設けられている。なお、ｒ_３１＞ｒ_３２を満足するように形成されている。
そして、１個の流体流入口３１は、ハウジング５ａ中を通って、反時計回りに隣接する１個の流体流出口３２と連結されている。具体的には、1本の流体流路３０は、流体流入口３１からハウジング５ａの底面部まで下方向に伸びていき、その後、ハウジング５ａの底面部に達すると、水平方向かつ反時計回りに隣接する１個の流体流出口３２の方向に進行方向を変えて、流体流出口３２の真下まで来たときには、上方向に伸びていき、流体流出口３２に達する。すなわち、１本の流体流路３０は、側方から見るとＵの字形状をしており、１６本の流体流路３０によって、電動モータ４の外周面を覆うように、ハウジング５ａ中に形成されている。

ここで、ターボブロワ１０Ａにおけるガスの動きについて説明する。
まず、インバータ等によって固定子４Ｓに電力が供給されると、回転子４Ｒが固着された回転軸２が反時計周りに回転駆動する。回転軸２が回転駆動すると、流体移送室Ｒの内部に配置されたターボ翼１が反時計周りに回転する。そして、ターボ翼１が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入ることになる。
次に、流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４の外側（下流側）に配置されたディフューザ２０を通過する。このとき、大部分のガスは、ディフューザ２０を通って流体旋回流路５６に入るが、一部のガスは、ディフューザ２０に設けられた流体流入口３１から流体流路３０に入る。
流体流入口３１から入ったガスは、流体流路３０内を流通しながら電動モータ４付近のハウジング５ａと接触することにより、ハウジング５ａと熱交換を行う。つまり、ハウジング５ａを冷却する結果、電動モータ４も冷却する。その後、ガスは、ディフューザ２０に設けられた流体流出口３２に達し、流体流出口３２から流体旋回流路５６に入る。なお、流体流入口３１側のガスの圧力は、流体流出口３２側のガスの圧力より高くなっているので、流体流入口３１から流体流出口３２に向かって流体流路３０内をガスがスムーズに流れるようになっている。
次に、流体旋回流路５６に入ったガスは、流体旋回流路５６内を反時計回りに流通しながら吐出口５５に達する。最後に、吐出口５５に達したガスは、吐出口５５から流体移送室Ｒの外部に出る。

以上のように、ターボブロワ１０Ａによれば、流体移送部Ｒのターボ翼吐出部５４から排出するガスの一部を冷却用流体とし、冷却用流体を用いて電動モータ４を冷却するので、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を準備しなくても、電動モータ４の温度上昇を抑えることができる。
また、冷却水を用いることができないような用途にも、使用することができる上に、吸入口５３から吸引するガスを吐出口５５以外の外部に排出しない構成とすることができるので、外部に排出することができないガスを用いることになる用途にも、使用することができる。

＜第二の実施形態＞
図３は、本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である（図４に示すＢ―Ｂ線の断面図となる）。図４は、図３に示すターボブロワの底面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示すものである。また、上述したターボブロワ１０Ａと同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態では、ターボブロワ１０Ｂは、上述したターボブロワ１０Ａと流体流路３４の配置位置や構成が異なるとともに、ハウジング５ｂの外周面にフィン（凹凸）３５が形成されている。すなわち、ターボブロワ１０Ｂは、回転軸２と、ターボ翼１と、ターボ翼１を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４と、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍと、ディフューザ２０と、流体流路３４とを備える。

ハウジング５ｂの外周面には、下方から見ると円環形状に波形状のフィン３５が設けられている。
流体流路３４の流体流入口３４ａは、楕円形状であり、流体流路３４の流体流入口３４ａ付近は、流体流入口３４ａから進むにつれて徐々に円形状となるようになっている。すなわち、流体流路３４の流体流入口３４ａ付近は、ガスを内部に導きやすいテーパ状となっている。
また、複数個の流体流路３４の流体流入口３４ａが、上方から見るとディフューザ２０に円環状に並ぶように等間隔をあけて設けられている。
そして、１本の流体流路３４は、ケーシング５ａ中を通って下方向に伸びていき、ケーシング５ａを貫通することにより、外部と連結されている。このとき、流体流路３４は、電動モータ４が配置された位置に対応するハウジング５ｂの外周面に向けて、ガスを排出するように形成されており、複数本の流体流路３４によって、電動モータ４が配置された位置に対応するハウジング５ｂの外周面の全面に向けて、ガスを排出するように形成されている。
さらに、流体流路３４の流体流出口は、下方から見ると波形状のフィン３５の凹部に対応する位置に配置されており、流体流出口から排出されたガスをハウジング５ｂの底面部まで導くようになっている。

ここで、ターボブロワ１０Ｂにおけるガスの動きについて説明する。
まず、インバータ等によって固定子４Ｓに電力が供給されると、回転子４Ｒが固着された回転軸２が反時計回りに回転駆動する。回転軸２が回転駆動すると、流体移送室Ｒの内部に配置されたターボ翼１が反時計回りに回転する。そして、ターボ翼１が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入ることになる。
次に、流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４の外側に配置されたディフューザ２０を通過する。このとき、大部分のガスは、ディフューザ２０を通って流体旋回流路５６に入るが、一部のガスは、ディフューザ２０に設けられた流体流入口３４ａから流体流路３４に入る。
流体流入口３４ａから入ったガスは、流体流路３４内を流通し、その後、ハウジング５ｂの外周面に向けて排出される。そして、ガスは、ハウジング５ｂの外周面と接触することにより、ハウジング５ｂと熱交換を行う。つまり、ハウジング５ｂを冷却する結果、電動モータ４も冷却する。
一方、流体旋回流路５６に入ったガスは、流体旋回流路５６内を反時計回りに流通しながら吐出口５５に達する。最後に、吐出口５５に達したガスは、吐出口５５から流体移送室Ｒの外部に出る。

以上のように、ターボブロワ１０Ｂによれば、外部への放熱を促進するため伝熱面積をフィン３５により増加させ、またフィン３５の壁面にガスを流すことで伝熱効率を高めることが可能となる。これら構成により、流体移送部Ｒのターボ翼吐出部５４から排出するガスの一部を冷却用流体とし、冷却用流体を用いて電動モータ４を冷却するので、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を準備しなくても、電動モータ４の温度上昇を抑えることができる。
また、冷却水を用いることができないような用途にも、使用することができる。

＜第三の実施形態＞
図５は、本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示すものである。また、上述したターボブロワ１０Ａと同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態では、ターボブロワ１０Ｃは、上述したターボブロワ１０Ａと流体流路３６、３７の配置位置や構成が異なるとともに、ディフューザ２０が配置されていない。すなわち、ターボブロワ１０Ｃは、回転軸２と、ターボ翼１と、ターボ翼１を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４と、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍと、流体流路３６、３７とを備える。

流体流路３６の流体流入口は、円形状であり、ターボ翼吐出部５４に形成されている。そして、流体流路３６は、ハウジング５ｂ中を通って、モータ駆動室Ｍの内部と連結されている。
流体流路３７の流体流出口は、円形状であり、ハウジング５ｂの外周面に形成されている。そして、流体流路３７は、ハウジング５ｂ中を通って、モータ駆動室Ｍの内部と連結されている。
このとき、流体流路３６の流体流入口は、電動モータ４の上方となるモータ駆動室Ｍの内部の位置と連結されるとともに、流体流路３７の流体流出口は、電動モータ４の下方となるモータ駆動室Ｍの内部の位置と連結される。これにより、流体流路３６からモータ駆動室Ｍの内部に導かれたガスは、電動モータ４と接触して、その後、流体流路３７から外部へ排出されることになる。

ここで、ターボブロワ１０Ｃにおけるガスの動きについて説明する。
まず、インバータ等によって固定子４Ｓに電力が供給されると、回転子４Ｒが固着された回転軸２が反時計回りに回転駆動する。回転軸２が回転駆動すると、流体移送室Ｒの内部に配置されたターボ翼１が反時計回りに回転する。そして、ターボ翼１が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入ることになる。
次に、流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４を通過する。このとき、大部分のガスは、ターボ翼吐出部５４を通って流体旋回流路５６に入るが、一部のガスは、ターボ翼吐出部５４に設けられた流体流入口から流体流路３６に入る。
流体流入口から入ったガスは、流体流路３６内を流通し、その後、モータ駆動室Ｍの内部に入る。そして、モータ駆動室Ｍの内部に入ったガスは、電動モータ４と接触することにより、電動モータ４と熱交換を行う。つまり、電動モータ４を冷却する。
次に、熱交換を行ったガスは、モータ駆動室Ｍの内部から流体流路３７内を流通し、その後、外部に出る。
一方、流体旋回流路５６に入ったガスは、流体旋回流路５６内を反時計回りに流通しながら吐出口５５に達する。最後に、吐出口５５に達したガスは、吐出口５５から流体移送室Ｒの外部に出る。

以上のように、ターボブロワ１０Ｃによれば、流体移送部Ｒのターボ翼吐出部５４から排出するガスの一部を冷却用流体とし、冷却用流体を用いて電動モータ４を直接冷却するので、電動モータ４の温度上昇を効果的に抑えることができる。

＜第四の実施形態＞
図６は、本発明の一実施形態である軸流式のターボブロワの一例を示す断面図である。なお、図中における黒色矢印は、ガスの流通方向を示すものである。また、上述したターボブロワ１０Ａと同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態では、ターボブロワ１０Ｄは、上述した遠心式のターボブロワ１０Ａと異なり、軸流式のターボブロワ１０Ｄとなっている。すなわち、ターボブロワ１０Ｄは、回転軸２と、ターボ翼４５と、ターボ翼４５を収納する流体移送室Ｒと、電動モータ４と、電動モータ４を収納するモータ駆動室Ｍと、ディフューザ４４と、流体流路４０とを備える。

流体移送室Ｒは、円筒形状のケーシング６に囲まれることによって形成され、その内部にターボ翼４５を収納している。このとき、流体移送室Ｒは、ターボ翼４５の頂部方向に位置する吸入口５３と、ターボ翼４５の底部方向に位置するターボ翼吐出部５４と、ターボ翼吐出部５４の下流側に位置する吐出口５５とを有することになる。
ターボ翼４５は、回転軸２の上端に形成されており、円柱形状の基体の側面部に複数の翼体を取り付けたものである。
以上の構成において、ターボ翼４５が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入る。流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４を通過して吐出口５５から外部に出る。

モータ駆動室Ｍは、上面と下面とを有する略円筒形状のハウジング５ｂに囲まれることによって形成され、その内部に電動モータ４と、回転軸２の下端部側と、回転軸２を回転可能に支持する転がり軸受３とを収納している。なお、モータ駆動室Ｍは、電動モータ１の頂部方向に開口する回転軸貫通孔２Ｈを有する。
そして、モータ駆動室Ｍは、ケーシング６の内部となるターボ翼吐出部５４の下流側に配置される。

ディフューザ４４は、上方から見ると円環形状に形成されており、ハウジング５ｂの側面部に複数の翼体を取り付けたものである。そして、ディフューザ４４は、翼体がケーシング６の内周面に接するように配置されている。これにより、流体移送室Ｒに入ったガスは、ディフューザ４４を通過することによって圧縮されながら下流側に送り出されることになる。このとき、ディフューザ４４の下流側のガスの圧力は、ディフューザ４４の上流側のガスの圧力より高くなる。

流体流路４０の流体流入口４１は、円形状であり、複数個の流体流路４０の流体流入口４１が、上方から見るとディフューザ４４の下流側に円環状に並ぶように等間隔をあけて設けられている。
また、流体流路４０の流体流出口４２も、流体流入口３１と同様の形状の円形状であり、複数個の流体流路４０の流体流出口４２も、上方から見るとディフューザ２０の上流側に円環状に並ぶように等間隔をあけて設けられている。
そして、１個の流体流入口４１は、ハウジング５ｂ中を通って、１個の流体流出口４２と連結されている。具体的には、1本の流体流路４０は、流体流入口４１から電動モータ４の外周面付近まで水平方向に伸びていき、その後、電動モータ４の外周面付近に達すると、上方に進行方向を変えて、流体流出口４２の真横まで来たときには、水平方向に伸びていき、流体流出口４２に達する。すなわち、１本の流体流路４０は、側方から見ると横にしたＵの字形状をしており、複数本の流体流路４０によって、電動モータ４の外周面を覆うように、ハウジング５ｂ中に形成されている。

ここで、ターボブロワ１０Ｄにおけるガスの動きについて説明する。
まず、インバータ等によって固定子４Ｓに電力が供給されると、回転子４Ｒが固着された回転軸２が反時計回りに回転駆動する。回転軸２が回転駆動すると、流体移送室Ｒの内部に配置されたターボ翼１が反時計回りに回転する。そして、ターボ翼１が回転すると、ガスは吸入口５３から流体移送室Ｒの内部に入ることになる。
次に、流体移送室Ｒに入ったガスは、圧縮されながらターボ翼吐出部５４の下流側に配置されたディフューザ４４を通過する。このとき、大部分のガスは、ディフューザ４４を通って吐出口５５から外部に出るが、一部のガスは、ディフューザ４４に設けられた流体流入口４１から流体流路４０に入る。
流体流入口４１から入ったガスは、流体流路４０内を流通しながら電動モータ４付近のハウジング５ｂと接触することにより、ハウジング５ｂと熱交換を行う。つまり、ハウジング５ｂを冷却する結果、電動モータ４も冷却する。その後、ガスは、ディフューザ４４に設けられた流体流出口４２に達し、流体流出口４２からターボ翼吐出部５４に入る。なお、流体流入口４１側のガスの圧力は、流体流出口４２側のガスの圧力より高くなっているので、流体流入口４１から流体流出口４２に向かって流体流路４０内をガスがスムーズに流れるようになっている。
最後に、ガスは、吐出口５５から外部に出る。

以上のように、ターボブロワ１０Ｄによれば、流体移送部Ｒのターボ翼吐出部５４から排出するガスの一部を冷却用流体とし、冷却用流体を用いて電動モータ４を冷却するので、冷却水循環器等の装置を別途設ける必要がない上に、冷却水等の冷媒を準備しなくても、電動モータ４の温度上昇を抑えることができる。
また、冷却水を用いることができないような用途にも、使用することができる上に、吸入口５３から吸引するガスを吐出口５５以外の外部に排出しない構成とすることができるので、外部に排出することができないガスを用いることになる用途にも、使用することができる。

（他の実施形態）
上述したターボブロワ１０Ａにおいて、流体流出口３２をディフューザ２０の内周部に設ける構成としたが、流体流出口３２を流体流入口３１に対し低圧となる箇所に備える事例として、ターボ翼１の上流側の吸入口５３付近に設けるといったディフューザ２０の上流側に備えるような構成としてもよい。その他、流体流出口３２と流体流入口３１にて圧力差を生じる手段として、流体流入口３１をディフューザ２０の内周側に設け、流体流出口３２をターボ翼１の上流側の吸入口５３付近に設けてもよい。
あるいは、流体流入口３１の開口を流体流れ入口方向、即ち上流側に向かい開け、一方、流体流出口３２の開口を流体流れ出口方向、即ち下流側に向かい開けることで、ｒ_３１＝ｒ_３２においても流体流路３０にガスを導くことが可能となる。
また、ディフューザ２０も翼体２２を備えない、羽根なしディフューザのタイプであってもよい。
上述したターボブロワ１０Ｂにおいては、ディフューザ２０を備えないタイプのターボブロワであっても同様の効果が期待できる。また、外部に比べ流体流入口３４の圧力が高い運用においては、流体流入口３４の形状はテーパ状である必要はない。また、フィン３５をハウジング５ｂと同一部材から成形することで更に伝熱効率を高めることが可能である。更には、流体流出口３４から流出された流体がフィン３５の凹部に沿ってハウジング５ｂの底部まで確実に導かれるようにハウジング５ｂ外側に筒を設ける（図示せず）と更に冷却効果の向上が可能となる。また、フィンを備えず、ハウジング５ｂの外壁面、あるいは内部にガス流路を備え、ターボブロワ１０Ｂ外部と連結させる構成においても、モータ冷却には一定の効果は期待できる。
また、ターボブロワ１０Ａ、１０Ｂにおいては、冷却用流体を電動モータ４の外径側を流す場合の実施例で説明したが、電動モータ４の長手方向に流すことでも冷却効果は期待できる。
上述したターボブロワ１０Ｄにおいて、流体流路４０はハウジング５ｂ中に設ける構成としたが、流体流路４０は電動モータ４が配置された位置に対応するケーシング６中に設けるような構成としてもよく、さらに流体流路４０は電動モータ４が配置された位置に対応するハウジング５ｂ中とケーシング６中との両方に設けるような構成としてもよい。
更には、渦流ポンプにおいては、翼の回転により周方向にガスは昇圧されるため、周上の下流側に流体流入口を、上流側に流体流出口を備える構成とすることで、同様の効果が期待できる。

本発明の高速回転機器は、例えば、モータで回転翼を回転させることによって、流体の排気等を行うものに使用することができる。

本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの一例を示す断面図である。図１に示すＡ−Ａ線の断面図である。本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である。図３に示すターボブロワの底面図である。本発明の一実施形態である遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である。本発明の一実施形態である軸流式のターボブロワの一例を示す断面図である。従来の遠心式のターボブロワの一例を示す断面図である。従来の遠心式のターボブロワの他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ターボ翼（回転翼）
２回転軸
２Ｈ回転軸貫通孔
４電動モータ
５ａケーシング
５ｂハウジング
１０ターボブロワ（高速回転機器）
３０流体流路
５３吸入口
５４ターボ翼吐出部
５５吐出口
Ｍモータ駆動室
Ｒ流体移送室

Claims

回転軸と、
前記回転軸の一端に形成された回転翼と、
吸入口と吐出口と有するケーシングを備え、当該ケーシングの内部に回転翼を収納して、吸入口から流体を吸入し、当該吸入口から吸入した流体を吐出口から排出する流体移送部と、
前記回転軸を回転駆動するモータと、
ハウジングを備え、当該ハウジングの内部にモータを収納するとともに、前記回転軸を回転可能に保持するモータ駆動室とを具備し、
前記ハウジングには、前記回転軸が貫通する回転軸貫通孔が形成されている高速回転機器であって、
前記流体移送部の流体流れ途中において流体の一部を流通する流体流路を具備し、
前記流体流路を流通する流体を用いて、前記モータを冷却することを特徴とする高速回転機器。
前記流体流路は、前記ハウジング及び／又はケーシング中に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高速回転機器。
前記流体流路は、前記モータの外周面を覆うように、前記ハウジング及び／又はケーシング中に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の高速回転機器。
前記流体移送部の流体流れ途中において分岐された前記流体経路が、前記流体移送部の当該分岐位置の上流側まで連通するように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の高速回転機器。
前記流体流路は、前記回転翼の下流側から回転翼の上流側まで連通するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の高速回転機器。
前記回転翼の下流側には、前記流体を圧縮する静翼が設けられ、
前記流体流路は、前記静翼の下流側から静翼の上流側まで連通するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の高速回転機器。
前記流体流路は、前記モータ駆動室の内部に流体を導くともに、前記モータ駆動室の内部からモータ駆動室の外部に流体を排出することを特徴とする請求項２に記載の高速回転機器。
前記流体流路は、前記モータが配置された位置に対応するハウジング及び／又はケーシングの外面に向けて、前記流体を排出することを特徴とする請求項１に記載の高速回転機器。
前記ハウジング及び／又はケーシングの外面には、前記流体との接触面積を増加させる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の高速回転機器。