JP2012186932A - High speed rotary machine - Google Patents

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隆大 成田
Eitaro Tanaka
田中  栄太郎
Fumito Sakakibara
史人 榊原
Toshihisa Yuno
寿久 湯野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high speed rotary machine that effectively reduces a windage loss.SOLUTION: A high speed rotary machine 1 includes a rotor 2 capable of high speed rotation, and a housing 3 retaining and journaling the rotor 2 therein. The housing 3 includes a storage chamber 31 storing the rotor 2, air chambers 32 in communication with the storage chamber 31, and communication portions 33 connecting the storage chamber 31 to the air chambers 32. Inner wall surfaces of the storage chamber 31 face surfaces of the rotor 2 and have clearances to the surfaces. The communication portions 33 open to the storage chamber 31 at a portion radially spaced at least by a half of a radius r from a rotation axis A of the rotor 2.

Description

本発明は、高速で自転するロータと、該ロータを内部に配置すると共に軸支するハウジングとからなる高速回転機に関する。   The present invention relates to a high-speed rotating machine including a rotor that rotates at a high speed and a housing that supports the shaft while supporting the rotor.

例えば、レーザープリンタにおける光偏向器に搭載されたモータとして、ロータ磁石を備えて高速で自転するロータと、該ロータ磁石に対して所定のギャップ介して対向配置されたステータとからなるものがある(特許文献1)。
かかるモータにおいては、ロータが高速回転するために、ロータとステータとの間に生じる空気摩擦による抵抗が大きくなり、機械損失が問題となる。この機械損失(風損)の原因としては、ロータとステータとの間の空気が、ロータの回転に伴い攪拌され乱流となり、これが空気抵抗となることにあると考えられた。そこで、特許文献1においては、ロータとステータとの間の隙間を小さくして、摩擦抵抗の原因となる空気の乱流を低減することによって、風損を低減することを提案している。
For example, as a motor mounted on an optical deflector in a laser printer, there is a motor including a rotor that includes a rotor magnet and rotates at a high speed, and a stator that is disposed to face the rotor magnet with a predetermined gap therebetween ( Patent Document 1).
In such a motor, since the rotor rotates at a high speed, resistance due to air friction generated between the rotor and the stator increases, and mechanical loss becomes a problem. The cause of this mechanical loss (windage loss) was thought to be that the air between the rotor and the stator was agitated and turbulent with the rotation of the rotor, resulting in air resistance. Therefore, Patent Document 1 proposes reducing the windage loss by reducing the gap between the rotor and the stator to reduce the turbulent air flow that causes frictional resistance.

特開2005−237158号公報JP 2005-237158 A

しかしながら、空気等の気体による風損は、一般に、以下に示す種々のパラメータに起因し、単純にロータとステータとの間の隙間を小さくしただけでは、低減できない場合がある。すなわち、高速回転するロータに作用する風損Fは、ロータの周囲の気体の密度をρ、ロータの回転角速度をω、ロータの半径をr、ハウジングとロータ間の隙間とレイノルズ数(=r2ω/ν :ν=ロータ周囲の気体の動粘度)により定まる比例定数をk、ロータの回転軸方向長さをLとしたとき、k・ρ・ω3・r4・(2r+5L)となる(参考文献:生井武文、「遠心軸流送風機と圧縮機」、朝倉書店、昭和35年)。 However, the windage loss due to a gas such as air is generally caused by various parameters shown below, and may not be reduced simply by reducing the gap between the rotor and the stator. In other words, the windage loss F acting on the rotor rotating at high speed is expressed as follows: the density of gas around the rotor is ρ, the rotational angular velocity of the rotor is ω, the radius of the rotor is r, the gap between the housing and the rotor and the Reynolds number (= r 2). k / ρ · ω 3 · r 4 · (2r + 5L) where k is a proportionality constant determined by ω / ν: ν = kinematic viscosity of gas around the rotor) and L is the length in the rotation axis direction of the rotor ( Reference: Takefumi Ikui, “Centrifuge axial blower and compressor”, Asakura Shoten, 1960).

比例定数kと隙間との関係は、単に隙間を小さくすれば比例定数kが小さくなったり、あるいは大きくなったりするものではない。つまり、他の条件によってその隙間の最適値が異なり、隙間を大きくしすぎると乱流が原因となって比例定数kが大きくなり、隙間を小さくしすぎると気体の粘性が原因となって比例定数kが大きくなる。それゆえ、単に隙間を小さくしただけでは、高速回転機における風損を低減できるものではない。また、隙間の調整のみでは、大きな風損低減効果を期待することは困難である(参考文献:「Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik Volume 17, Issue 6, 1937, p.356-358, Ueber die Fluessigkeitsreibung umlaufender Scheiben, Zylinder und Zellenkoerper」〔和名「応用数学および応用力学誌 第17巻6号、1937、p.356-358、回転円板、シリンダ、およびセル構造体の流動摩擦について」〕)。   Regarding the relationship between the proportionality constant k and the gap, the proportionality constant k does not become smaller or larger if the gap is simply reduced. In other words, the optimum value of the gap varies depending on other conditions. If the gap is too large, the proportional constant k increases due to turbulence, and if the gap is too small, the proportionality constant increases due to gas viscosity. k increases. Therefore, simply reducing the gap does not reduce windage loss in a high-speed rotating machine. In addition, it is difficult to expect a large windage loss reduction effect only by adjusting the gap (Reference: “Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik Volume 17, Issue 6, 1937, p.356-358, Ueber die Fluessigkeitsreibung umlaufender Scheiben, Zylinder und Zellenkoerper "(Japanese name" Applied Mathematics and Applied Mechanics Vol.17, No.6, 1937, p.356-358, Flow friction of rotating disks, cylinders, and cell structures ").

また、例えば電気自動車やハイブリッド自動車におけるモータや、無停電電源(UPS)や運動エネルギー回収システム(KERS)等におけるフライホイールなど、ロータの半径rが大きいものは、風損(F=k・ρ・ω3・r4・(2r+5L))が極めて大きくなる。例えば、特許文献1に開示されたプリンタのポリゴンミラー等と比較して数十万倍の風損となる。 Further, for example, a motor with a large rotor radius r such as a motor in an electric vehicle or a hybrid vehicle, a flywheel in an uninterruptible power supply (UPS), a kinetic energy recovery system (KERS), or the like has a windage loss (F = k · ρ · ω 3 · r 4 · (2r + 5L)) becomes extremely large. For example, the windage loss is several hundred thousand times that of the polygon mirror of the printer disclosed in Patent Document 1.

さらには、ロータの表面に面した気体は、その粘性によってロータと共に回転する。この回転する気体が遠心力によってロータの径方向外側へ向かって移動する。そのため、特にロータの外周側へ行くほど気体の密度が高くなる。そして、ロータの外周側部分ほど速度が速いため、密度の高い気体との摩擦による抵抗が相乗的に大きくなることとなる。   Furthermore, the gas facing the rotor surface rotates with the rotor due to its viscosity. This rotating gas moves toward the outside in the radial direction of the rotor by centrifugal force. For this reason, the density of the gas increases particularly toward the outer peripheral side of the rotor. And since the speed is faster as the outer peripheral side portion of the rotor, the resistance due to the friction with the gas having high density is synergistically increased.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、風損を効果的に低減することができる高速回転機を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a high-speed rotating machine capable of effectively reducing windage loss.

本発明は、高速で自転するロータと、該ロータを内部に配置すると共に軸支するハウジングとからなる高速回転機であって、
上記ハウジングは、上記ロータを収容配置する収容室と、該収容室と連通した集気室と、上記収容室と上記集気室とを連結する連通部とを備え、
上記収容室の内壁面は、上記ロータの表面に対向すると共に該表面との間にクリアランスを設けてなり、
上記連通部は、上記ロータの回転軸から半径の半分以上径方向に離れた部分において、上記収容室に対して開口していることを特徴とする高速回転機にある(請求項1)。
The present invention is a high-speed rotating machine comprising a rotor that rotates at a high speed, and a housing that supports the shaft while supporting the rotor.
The housing includes a storage chamber that stores and arranges the rotor, a gas collection chamber that communicates with the storage chamber, and a communication portion that connects the storage chamber and the gas collection chamber.
The inner wall surface of the storage chamber is opposed to the surface of the rotor and has a clearance with the surface.
The communication portion is in a high-speed rotating machine characterized in that it opens to the storage chamber at a portion that is separated from the rotating shaft of the rotor in the radial direction by a half or more of the radius.

上記高速回転機においては、上記ハウジングが上記収容室と連通した上記集気室を有する。そして、上記連通部が、上記ロータの回転軸から半径の半分以上径方向に離れた部分において、収容室に対して開口している。これにより、ロータが高速回転して収容室における気体がロータの外周側へ向かったとき、気体は連通部を介して集気室へ集められることとなる。それゆえ、集気室における気体の密度が高くなり、その分、収容室の気体の密度は低くなる。その結果、高速回転機の風損を低減することができる。   In the high-speed rotating machine, the housing has the air collecting chamber communicated with the housing chamber. And the said communication part is opening with respect to the storage chamber in the part away from the rotating shaft of the said rotor in the radial direction more than half the radius. As a result, when the rotor rotates at high speed and the gas in the storage chamber moves toward the outer peripheral side of the rotor, the gas is collected into the air collecting chamber through the communication portion. Therefore, the density of the gas in the air collecting chamber is increased, and the density of the gas in the storage chamber is decreased accordingly. As a result, the windage loss of the high-speed rotating machine can be reduced.

特に、連通部がロータの回転軸から半径の半分以上径方向に離れた部分において、収容室に対して開口しているため、ロータの外周部分及びそこに近い部分における気体の密度が高くなることを防ぐことができる。その結果、効果的に高速回転機の風損を低減することができる。   In particular, since the communication portion is open to the storage chamber at a portion where the communication portion is separated from the rotating shaft of the rotor in the radial direction by more than half of the radius, the gas density at the outer peripheral portion of the rotor and the portion close thereto is increased. Can be prevented. As a result, the windage loss of the high-speed rotating machine can be effectively reduced.

また、上記集気室は、収容室とは個別の空間として形成してあるため、収容室の内壁面とロータの表面とを、両者の間のクリアランスを充分に小さくした状態で対向させることができる。その結果、ロータの表面において気体の乱流が生じることを防ぐことができ、風損を抑制することができる。   Further, since the air collection chamber is formed as a separate space from the storage chamber, the inner wall surface of the storage chamber and the surface of the rotor can be made to face each other with a sufficiently small clearance between them. it can. As a result, gas turbulence can be prevented from occurring on the surface of the rotor, and windage loss can be suppressed.

以上のごとく、本発明によれば、風損を効果的に低減することができる高速回転機を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a high-speed rotating machine capable of effectively reducing windage loss can be provided.

実施例1における、回転軸を含む平面による高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine by the plane containing a rotating shaft in Example 1. FIG. 図1のB−B線矢視断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 1. 図1のC−C線矢視断面図。The CC sectional view taken on the line of FIG. 実施例1における、集気室への気体の流れの説明図。Explanatory drawing of the flow of the gas to the air collection chamber in Example 1. FIG. 実施例2における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のD−D線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the high-speed rotary machine in Example 2, (B) DD sectional view taken on the line of (A). 実施例2における、集気室への気体の流れの説明図。Explanatory drawing of the flow of the gas to the air collection chamber in Example 2. FIG. 実施例3における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のE−E線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the high-speed rotary machine in Example 3, (B) Sectional view taken on line EE of (A). 実施例4における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のF−F線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the high-speed rotary machine in Example 4, (B) Sectional view taken along the FF line of (A). 実施例5における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のG−G線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the high-speed rotary machine in Example 5, (B) Sectional view taken on line GG of (A). 実施例5における、他の高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のH−H線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the other high-speed rotary machine in Example 5, (B) Sectional view taken along the HH line of (A). 実施例5における、さらに他の高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のI−I線矢視断面図。(A) Sectional drawing by the plane containing the rotating shaft of the further another high-speed rotary machine in Example 5, (B) Sectional view taken along the II line | wire of (A). 実施例6における、排気装置を接続した高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high speed rotary machine which connected the exhaust apparatus in Example 6. FIG. 実施例6における、排気装置を接続した他の高速回転機の断面図。Sectional drawing of the other high-speed rotary machine which connected the exhaust apparatus in Example 6. FIG. 実施例7における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のJ−J線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of the high-speed rotary machine in Example 7, (B) Sectional view taken on line JJ of (A). 実施例8における、ロータの外周面の断面形状を略半円形状とした高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high speed rotary machine which made the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of a rotor in Example 8 substantially semicircle shape. 実施例8における、ロータの外周面の断面形状を一対の斜辺によって構成される形状とした高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine which made the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of a rotor in Example 8 the shape comprised by a pair of hypotenuse. 実施例8における、ロータが平坦面を回転軸方向の片側にのみ有する高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine in which the rotor in Example 8 has a flat surface only in the one side of a rotating shaft direction. 実施例8における、回転軸を含む平面によるロータの断面形状を略菱形状とした高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine which made the cross-sectional shape of the rotor by the plane containing a rotating shaft in Example 8 substantially rhombus shape. 実施例8における、ロータの外周面に部分的に凹部を形成した高速回転機の断面図。In Example 8, sectional drawing of the high-speed rotary machine which formed the recessed part partially in the outer peripheral surface of the rotor. 実施例8における、ロータの外周面に断面が鋸歯状の凹凸面を形成した高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine in which the cross section formed the sawtooth-shaped uneven surface in the outer peripheral surface of the rotor in Example 8. FIG. 実施例8における、ロータの外周面の断面形状を六角形とした高速回転機の断面図。Sectional drawing of the high-speed rotary machine which made the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of a rotor the hexagon in Example 8. FIG. 実施例9における、回転電機の部分断面図。FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a rotating electrical machine according to a ninth embodiment. 実施例10における、運動エネルギー回収システムの部分断面図。In Example 10, it is a fragmentary sectional view of the kinetic energy recovery system. 比較例における、高速回転機の(A)回転軸を含む平面による断面図、(B)(A)のK−K線矢視断面図。Sectional drawing by the plane containing the (A) rotating shaft of a high-speed rotary machine in a comparative example, (B) Sectional view taken on line KK of (A).

上記ロータは、回転軸方向から見た形状が略円形となる立体形状を有することが好ましい。ロータの形状は、特に、「平面図形をそれと同平面に位置する直線(回転軸)の周りに回転することにより得られる立体図形」として幾何学的に定義される回転体、或いはこれに準ずる形状であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
また、上記ロータの半径とは、ロータにおける回転軸から径方向に最も離れた部位までの距離をいうものとする。
It is preferable that the rotor has a three-dimensional shape that is substantially circular when viewed from the rotation axis direction. The shape of the rotor is, in particular, a rotating body geometrically defined as “a solid figure obtained by rotating a plane figure around a straight line (rotation axis) located in the same plane”, or a shape equivalent to this. Although it is preferable, it is not limited to this.
Further, the radius of the rotor refers to the distance from the rotation axis of the rotor to the most distant portion in the radial direction.

また、上記気体としては、例えば空気が挙げられるが、これに限られるものではない。
また、上記集気室の容積は、例えば、上記収容室の容積より小さく、上記収容室の容積から上記ロータの体積を減算した容積の100分の1よりも大きいことが好ましい。この場合には、ハウジングの大型化を抑制しつつ、収容室の気体の密度を充分に低減させることができる。
Moreover, as said gas, although air is mentioned, for example, it is not restricted to this.
The volume of the air collection chamber is preferably smaller than the volume of the storage chamber, for example, and larger than 1/100 of the volume obtained by subtracting the volume of the rotor from the volume of the storage chamber. In this case, the density of the gas in the storage chamber can be sufficiently reduced while suppressing an increase in the size of the housing.

また、上記連通部は、上記ロータの回転軸から半径以上径方向に離れた部分において、上記収容室に対して開口していることが好ましい(請求項2)。この場合には、より効率的に収容室内の気体を連通部から集気室へ導くことができるとともに、ロータの外周部分及びそこに近い部分における気体の密度が高くなることを防ぐことができる。その結果、より効果的に高速回転機の風損を低減することができる。   Moreover, it is preferable that the said communication part is opening with respect to the said storage chamber in the part away from the rotating shaft of the said rotor more than a radius to radial direction. In this case, the gas in the accommodation chamber can be more efficiently guided from the communication portion to the air collection chamber, and the gas density at the outer peripheral portion of the rotor and the portion close thereto can be prevented from increasing. As a result, the windage loss of the high-speed rotating machine can be reduced more effectively.

また、上記ロータは、上記回転軸方向の少なくとも一端に、回転軸に直交する平坦面を備え、該平坦面を径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部において、上記連通部が上記収容室に開口していることが好ましい(請求項3)。この場合には、さらに効率的に収容室内の気体を連通部から集気室へ導くことができる。すなわち、収容室内の気体は、その粘性によって、上記平坦面に面した部分においてもロータと共に回転する。そして、この回転する気体が遠心力によってロータの外周側へ導かれる。それゆえ、上記平坦面を径方向外側へ延長した方向へ気体が導かれやすいため、その部分に連通部が開口していることにより、気体をより効率的に集気室へ集めることができる。   Further, the rotor includes a flat surface orthogonal to the rotation axis at at least one end in the rotation axis direction, and the communication portion is provided in the storage chamber in at least a part of a portion extending the flat surface radially outward. It is preferable that it is opened (Claim 3). In this case, the gas in the accommodation chamber can be more efficiently guided from the communication portion to the air collection chamber. That is, the gas in the accommodation chamber rotates with the rotor even in the portion facing the flat surface due to its viscosity. And this rotating gas is guide | induced to the outer peripheral side of a rotor by centrifugal force. Therefore, since the gas is easily guided in a direction in which the flat surface is extended outward in the radial direction, the gas can be more efficiently collected in the air collecting chamber by opening the communication portion in the portion.

また、上記集気室及び上記連通部は、上記平坦面の径方向外側の全周にわたって形成され、上記連通部は、上記平坦面の径方向外側の全周にわたって上記収容室に開口していることが好ましい(請求項4)。この場合には、収容室内の気体の密度を万遍なく低下させることができ、より効果的に高速回転機の風損を低減することができる。   In addition, the air collecting chamber and the communication portion are formed over the entire circumference of the flat surface on the radially outer side, and the communication portion opens to the storage chamber over the entire circumference of the flat surface on the radial direction outer side. (Claim 4). In this case, the density of the gas in the accommodation chamber can be reduced uniformly, and the windage loss of the high-speed rotating machine can be reduced more effectively.

また、上記ロータは、上記回転軸方向の両端に一対の上記平坦面を備えた略円柱形状を有し、該一対の平坦面をそれぞれ径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部に、それぞれ上記連通部が上記収容室に開口していることが好ましい(請求項5)。この場合には、上記一対の平坦面にそれぞれ面した部分において、収容室内の気体がロータと共に回転する。それゆえ、遠心力によってロータの外周側へ導かれる気体の量を効果的に増やすことができ、より効率的に気体を集気室へ導くことができる。   In addition, the rotor has a substantially cylindrical shape having a pair of flat surfaces at both ends in the rotation axis direction, and at least a part of the pair of flat surfaces extending radially outward, It is preferable that the communication part is open to the storage chamber. In this case, the gas in the accommodation chamber rotates together with the rotor at the portions facing the pair of flat surfaces. Therefore, the amount of gas guided to the outer peripheral side of the rotor by the centrifugal force can be effectively increased, and the gas can be more efficiently guided to the air collecting chamber.

また、上記集気室は、上記一対の連通部に対応して一対形成されていることが好ましい(請求項6)。この場合には、上記一対の連通部においてそれぞれ充分に収容室から気体を排出することができる。   Moreover, it is preferable that a pair of the air collecting chambers is formed corresponding to the pair of communicating portions. In this case, the gas can be sufficiently discharged from the storage chamber at each of the pair of communication portions.

また、上記一対の連通部は、一つの上記集気室に連通していてもよい(請求項7)。この場合には、ハウジングの小型化を容易にすることができる。   The pair of communication portions may communicate with one of the air collecting chambers (Claim 7). In this case, the housing can be easily reduced in size.

また、上記ロータは、上記回転軸方向の両端に、互いに半径の異なる一対の上記平坦面を備え、上記回転軸を含む平面による断面の形状が略台形状であり、上記一対の平坦面のうちの半径の大きい大径平坦面を径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部において、上記連通部が上記収容室に開口していることが好ましい(請求項8)。この場合には、面積の大きい大径平坦面に面した気体を集気室へ効率的に導くことができる。そのため、効率的に収容室内の気体の密度を低下させることができる。   The rotor includes a pair of flat surfaces having different radii at both ends in the direction of the rotation axis, and the cross-sectional shape of the plane including the rotation axis is substantially trapezoidal, It is preferable that the communication portion is open to the accommodation chamber in at least a part of a portion obtained by extending a large-diameter flat surface having a large radius to the outside in the radial direction. In this case, the gas facing the large-diameter flat surface having a large area can be efficiently guided to the air collecting chamber. Therefore, the density of the gas in the storage chamber can be reduced efficiently.

また、上記集気室は、該集気室から気体を排気する排気装置に接続されていることが好ましい(請求項9)。この場合には、上記集気室に集められた気体を外部に排出することができるため、収容室内の気体を集気室へより導きやすくなる。その結果、収容室内の気体の密度をより低減することができ、高速回転機の風損をより低減することができる。
上記排気装置としては、例えば、自動車のエンジンの吸気部(インテークマニホールド等)や、バキュームブースター等を用いることができる。
Moreover, it is preferable that the said air collection chamber is connected to the exhaust apparatus which exhausts gas from this air collection chamber (Claim 9). In this case, since the gas collected in the air collecting chamber can be discharged to the outside, the gas in the housing chamber can be more easily guided to the air collecting chamber. As a result, the gas density in the accommodation chamber can be further reduced, and the windage loss of the high-speed rotating machine can be further reduced.
As the exhaust device, for example, an intake portion (an intake manifold or the like) of an automobile engine, a vacuum booster, or the like can be used.

また、上記収容室と上記集気室と上記連通部とは、外部から隔離された密閉空間であって、該密閉空間には、同一圧力、同一温度において空気よりも密度の低い気体が充填されていることが好ましい(請求項10)。この場合には、風損(F=k・ρ・ω3・r4・(2r+5L))の構成因子のうちのρが小さくなるため、風損が低減される。
なお、上記「同一圧力、同一温度において空気よりも密度の低い気体」として、例えば、ヘリウム、水素等を用いることができる。
The storage chamber, the air collection chamber, and the communication portion are sealed spaces isolated from the outside, and the sealed spaces are filled with a gas having a lower density than air at the same pressure and the same temperature. (Claim 10). In this case, since the windage (F = k · ρ · ω 3 · r 4 · (2r + 5L)) ρ of the constituent factor is reduced, the windage loss is reduced.
For example, helium, hydrogen, or the like can be used as the “gas having a lower density than air at the same pressure and the same temperature”.

また、上記連通部には、上記集気室から上記収容室へ向かう気体の逆流を防ぐ逆止弁が配設されていることが好ましい(請求項11)。この場合には、上記集気室に集められた高圧の気体が収容室へ逆流することを防ぎ、収容室の気体の密度を効率的に低減させることができる。   Further, it is preferable that a check valve for preventing a backflow of gas from the air collecting chamber to the housing chamber is disposed in the communication portion. In this case, it is possible to prevent the high-pressure gas collected in the air collection chamber from flowing back to the storage chamber, and to efficiently reduce the gas density in the storage chamber.

また、上記ロータは、回転電機の回転子とすることができる(請求項12)。この場合には、上記回転電機の風損を低減することができる。また、上記回転電機は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両駆動用の回転電機とすることができる。この場合、回転子の半径が大きく、また回転子の回転速度が大きいため、風損が大きくなりやすいところ、本発明を適用することにより、その風損の低減効果を充分に得ることができる。   The rotor may be a rotor of a rotating electrical machine (claim 12). In this case, the windage loss of the rotating electrical machine can be reduced. The rotating electrical machine can be a rotating electrical machine for driving a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. In this case, since the radius of the rotor is large and the rotation speed of the rotor is large, the windage loss tends to increase. By applying the present invention, the effect of reducing the windage loss can be sufficiently obtained.

また、上記ロータは、フライホイールとすることもできる(請求項13)。この場合には、上記フライホイールの風損を低減することができる。また、フライホイールは、半径が大きく、また回転速度が大きいため、風損が大きくなりやすいところ、本発明を適用することにより、その風損の低減効果を充分に得ることができる。なお、上記フライホイールとしては、例えば、無停電電源(UPS)や運動エネルギー回収システム(KERS)等に用いられるものとすることができる。   The rotor may be a flywheel. In this case, the windage loss of the flywheel can be reduced. In addition, since the flywheel has a large radius and a high rotation speed, the windage loss is likely to increase. By applying the present invention, the effect of reducing the windage loss can be sufficiently obtained. In addition, as said flywheel, it shall be used for an uninterruptible power supply (UPS), a kinetic energy recovery system (KERS), etc., for example.

(実施例1)
本発明の実施例に係る高速回転機につき、図1〜図4を用いて説明する。
本例の高速回転機1は、図1〜図3に示すごとく、高速で自転するロータ2と、該ロータ2を内部に配置すると共に軸支するハウジング3とからなる。
ハウジング3は、ロータ2を収容配置する収容室31と、該収容室31と連通した集気室32と、収容室31と集気室32とを連結する連通部33とを備えている。
収容室31の内壁面は、ロータ2の表面に対向すると共に該表面との間にクリアランスを設けてなる。
Example 1
A high-speed rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the high-speed rotating machine 1 of this example includes a rotor 2 that rotates at high speed, and a housing 3 that has the rotor 2 disposed therein and supports the rotor 2.
The housing 3 includes a storage chamber 31 that stores and arranges the rotor 2, a gas collection chamber 32 that communicates with the storage chamber 31, and a communication portion 33 that connects the storage chamber 31 and the gas collection chamber 32.
The inner wall surface of the storage chamber 31 faces the surface of the rotor 2 and is provided with a clearance between the surface.

連通部33は、ロータ2の回転軸Aから半径rの半分以上径方向に離れた部分においてロータ2の表面に対向する位置に、収容室31に対して開口している。本例においては、連通部33は、ロータ2の回転軸Aから半径以上径方向に離れた部分において、収容室31に対して開口している。   The communication portion 33 is open to the accommodation chamber 31 at a position facing the surface of the rotor 2 at a portion that is separated from the rotation axis A of the rotor 2 in the radial direction by more than half of the radius r. In this example, the communication portion 33 is open to the accommodation chamber 31 in a portion that is away from the rotation axis A of the rotor 2 in the radial direction by a radius or more.

ロータ2は、図1に示すごとく、回転軸方向の両端に、回転軸Aに直交する平坦面21を一対備えた略円筒形状を有する。一対の平坦面21の中心からは、回転軸Aに沿って一対の軸部22がそれぞれ平坦面21の法線方向に延びている。軸部22は、ハウジング3に設けられた軸支部34に対して回転可能に軸支されている。なお、軸支部34は、例えば、ボールベアリングやローラーベアリング、すべり軸受、磁気軸受等の軸受にて構成することができる。   As shown in FIG. 1, the rotor 2 has a substantially cylindrical shape having a pair of flat surfaces 21 orthogonal to the rotation axis A at both ends in the rotation axis direction. From the center of the pair of flat surfaces 21, the pair of shaft portions 22 extend in the normal direction of the flat surface 21 along the rotation axis A. The shaft portion 22 is rotatably supported with respect to a shaft support portion 34 provided in the housing 3. In addition, the shaft support part 34 can be comprised with bearings, such as a ball bearing, a roller bearing, a slide bearing, and a magnetic bearing, for example.

ハウジング3は、ロータ2の平坦面21に対向する支持壁部35と、ロータ2の径方向の外周面23に対向する外周壁部36とを有する。そして、支持壁部35に、上記軸支部34が形成されている。また、外周壁部36に、連通部33及び集気室32が、それぞれ2個ずつ形成されている。   The housing 3 includes a support wall portion 35 that faces the flat surface 21 of the rotor 2 and an outer peripheral wall portion 36 that faces the outer peripheral surface 23 in the radial direction of the rotor 2. The shaft support 34 is formed on the support wall 35. In addition, two communication portions 33 and two air collecting chambers 32 are formed on the outer peripheral wall portion 36, respectively.

一対の連通部33は、一対の平坦面21をそれぞれ径方向外側へ延長した部分において、収容室31に開口している。図3に示すごとく、集気室32及び連通部33は、平坦面21の径方向外側の全周にわたって形成されている。したがって、集気室32及び連通部33は、円環状に形成されている。また、連通部33は、平坦面21の径方向外側の全周にわたって収容室31に開口している。   The pair of communication portions 33 open to the storage chamber 31 at portions where the pair of flat surfaces 21 are extended radially outward. As shown in FIG. 3, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed over the entire outer circumference in the radial direction of the flat surface 21. Therefore, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed in an annular shape. In addition, the communication portion 33 opens into the accommodation chamber 31 over the entire outer circumference in the radial direction of the flat surface 21.

連通部33は、図1、図4に示すごとく、収容室31に対する開口部における回転軸方向の両端が、平坦面21の延長面を挟んだ両側に位置している。そして、連通部33は、回転軸方向の幅W1が、ロータ2の平坦面21とハウジング3の支持壁部35の内壁面との間のクリアランスC1よりも大きい。
集気室32は、一対の連通部33に対応して一対形成されている。集気室32は、回転軸方向の幅が連通部33よりも大きく、径方向の幅W2が、ロータ2の外周面23とハウジング3の外周壁部36との間のクリアランスC2よりも大きい。
As shown in FIGS. 1 and 4, the communication portion 33 has both ends in the rotation axis direction at the opening portion with respect to the storage chamber 31 located on both sides of the extended surface of the flat surface 21. The communication portion 33 has a width W1 in the rotation axis direction larger than the clearance C1 between the flat surface 21 of the rotor 2 and the inner wall surface of the support wall portion 35 of the housing 3.
A pair of air collection chambers 32 is formed corresponding to the pair of communication portions 33. The air collecting chamber 32 has a width in the rotation axis direction larger than that of the communication portion 33, and a radial width W <b> 2 is larger than a clearance C <b> 2 between the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 and the outer peripheral wall portion 36 of the housing 3.

ハウジング3の収容室31、集気室32、連通部33は互いに連通しつつ、一つの密閉空間を構成している。すなわち、ハウジング3の内部空間は、外部と連通しておらず、気密構造を有する。ただし、ハウジング3の内部空間は、必ずしも気密構造である必要はなく、外部との間の通気構造を備えていてもよい。なお、本例においては、上記気体は空気である。   The housing chamber 31, the air collecting chamber 32, and the communication portion 33 of the housing 3 constitute one closed space while communicating with each other. That is, the internal space of the housing 3 does not communicate with the outside and has an airtight structure. However, the internal space of the housing 3 does not necessarily have an airtight structure, and may have a ventilation structure with the outside. In this example, the gas is air.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記高速回転機1においては、ハウジング3が収容室31と連通した集気室32を有する。そして、連通部33が、ロータ2の回転軸Aから半径rの半分以上径方向に離れた部分においてロータ2の表面に対向する位置に、収容室31に対して開口している。これにより、ロータ2が高速回転して収容室31における気体がロータ2の外周側へ向かったとき、気体は連通部33を介して集気室32へ集められることとなる。それゆえ、集気室32における気体の密度が高くなり、その分、収容室31の気体の密度は低くなる。その結果、高速回転機1の風損を低減することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the high-speed rotating machine 1, the housing 3 has a gas collection chamber 32 that communicates with the storage chamber 31. The communication portion 33 opens to the storage chamber 31 at a position facing the surface of the rotor 2 at a portion that is away from the rotation axis A of the rotor 2 in the radial direction by more than half of the radius r. Thereby, when the rotor 2 rotates at a high speed and the gas in the storage chamber 31 moves toward the outer peripheral side of the rotor 2, the gas is collected into the air collecting chamber 32 via the communication portion 33. Therefore, the gas density in the air collecting chamber 32 is increased, and the gas density in the storage chamber 31 is decreased accordingly. As a result, the windage loss of the high-speed rotating machine 1 can be reduced.

特に、連通部33がロータ2の回転軸Aから半径rの半分以上径方向に離れた部分において、収容室31に対して開口しているため、ロータ2の外周部分及びそこに近い部分における気体の密度が高くなることを防ぐことができる。
本例では、回転軸Aから半径r以上離れた部分において、連通部33が収容室31に対して開口している。そのため、より効率的に収容室31内の気体を連通部33から集気室32へ導くことができるとともに、ロータ2の外周部分及びそこに近い部分における気体の密度が高くなることを防ぐことができる。その結果、より効果的に高速回転機1の風損を低減することができる。
In particular, since the communication portion 33 is open to the accommodating chamber 31 in a portion that is separated from the rotation axis A of the rotor 2 by more than half of the radius r, the gas in the outer peripheral portion of the rotor 2 and the portion close thereto is provided. Can be prevented from increasing in density.
In this example, the communication portion 33 is open to the storage chamber 31 at a portion separated from the rotation axis A by a radius r or more. Therefore, the gas in the storage chamber 31 can be more efficiently guided from the communication portion 33 to the air collection chamber 32, and the gas density in the outer peripheral portion of the rotor 2 and the portion close thereto can be prevented from increasing. it can. As a result, the windage loss of the high-speed rotating machine 1 can be reduced more effectively.

また、集気室32は、収容室31とは個別の空間として形成してあるため、図1、図2に示すごとく、収容室31の内壁面とロータ2の表面とを、両者の間のクリアランスを充分に小さくした状態で対向させることができる。その結果、ロータ2の表面において気体の乱流が生じることを防ぐことができ、風損を抑制することができる。   Further, since the air collection chamber 32 is formed as a separate space from the storage chamber 31, as shown in FIGS. 1 and 2, the inner wall surface of the storage chamber 31 and the surface of the rotor 2 are disposed between the two. It can be made to oppose in the state which made clearance small enough. As a result, it is possible to prevent a turbulent gas flow from occurring on the surface of the rotor 2 and to suppress windage loss.

また、ロータ2の一対の平坦面21を径方向外側へ延長した部分において、連通部33が収容室31に開口している。こそれゆえ、さらに効率的に収容室31内の気体を連通部33から集気室32へ導くことができる。すなわち、収容室31内の気体は、その粘性によって、平坦面21に面した部分においてもロータ2と共に回転する。そして、図4に示すごとく、この回転する気体Gが遠心力によってロータ2の外周側へ導かれる。それゆえ、平坦面21を径方向外側へ延長した方向へ気体Gが導かれやすいため、その部分に連通部33が開口していることにより、気体Gをより効率的に集気室32へ集めることができる。   In addition, a communication portion 33 opens into the accommodation chamber 31 in a portion where the pair of flat surfaces 21 of the rotor 2 are extended outward in the radial direction. Therefore, the gas in the storage chamber 31 can be more efficiently guided from the communication portion 33 to the air collection chamber 32. That is, the gas in the storage chamber 31 rotates with the rotor 2 even in the portion facing the flat surface 21 due to its viscosity. And as shown in FIG. 4, this rotating gas G is guide | induced to the outer peripheral side of the rotor 2 with a centrifugal force. Therefore, since the gas G is easily guided in the direction in which the flat surface 21 is extended radially outward, the communication portion 33 is opened at that portion, so that the gas G is more efficiently collected in the air collecting chamber 32. be able to.

また、図3に示すごとく、集気室32及び連通部33は、平坦面21の径方向外側の全周にわたって形成され、連通部33は、平坦面21の径方向外側の全周にわたって収容室31に開口している。それゆえ、収容室31内の気体の密度を万遍なく低下させることができ、より効果的に高速回転機1の風損を低減することができる。   In addition, as shown in FIG. 3, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed over the entire outer circumference of the flat surface 21 in the radial direction, and the communication portion 33 is a storage chamber over the entire outer periphery of the flat surface 21 in the radial direction. 31 is open. Therefore, the density of the gas in the storage chamber 31 can be reduced uniformly, and the windage loss of the high-speed rotating machine 1 can be reduced more effectively.

また、図1に示すごとく、ロータ2における一対の平坦面21をそれぞれ径方向外側へ延長した部分の双方において、それぞれ連通部33が収容室31に開口している。そのため、一対の平坦面21にそれぞれ面した部分においてロータ2と共に回転する気体が、遠心力によってロータ2の外周側へ導かれる。それゆえ、収容室31から集気室32へ導かれる気体の量を効果的に増やすことができ、より効率的に収容室31の気体の密度を低減することができる。
また、集気室32は、一対の連通部33に対応して一対形成されている。そのため、一対の連通部33においてそれぞれ充分に収容室31から気体を排出することができる。
In addition, as shown in FIG. 1, communication portions 33 are opened to the accommodation chambers 31 in both portions of the rotor 2 where the pair of flat surfaces 21 are extended outward in the radial direction. Therefore, the gas that rotates together with the rotor 2 at the portions facing the pair of flat surfaces 21 is guided to the outer peripheral side of the rotor 2 by centrifugal force. Therefore, the amount of gas guided from the storage chamber 31 to the air collection chamber 32 can be effectively increased, and the gas density in the storage chamber 31 can be reduced more efficiently.
Further, a pair of air collecting chambers 32 is formed corresponding to the pair of communicating portions 33. Therefore, the gas can be sufficiently discharged from the storage chamber 31 at the pair of communication portions 33.

以上のごとく、本例によれば、風損を効果的に低減することができる高速回転機を提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide a high-speed rotating machine that can effectively reduce windage loss.

(実施例2)
本例は、図5、図6に示すごとく、ロータ2の形状を変更した例である。
具体的には、図5(A)に示すごとく、ロータ2は、回転軸方向の両端に、互いに半径の異なる一対の平坦面21を備え、回転軸Aを含む平面による断面の形状が略台形状となる形状を有する。そして、一対の平坦面21のうちの半径の大きい大径平坦面211を径方向外側へ延長した部分において、連通部33が収容室31に開口している。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 5 and 6, the shape of the rotor 2 is changed.
Specifically, as shown in FIG. 5 (A), the rotor 2 includes a pair of flat surfaces 21 having different radii at both ends in the direction of the rotation axis, and the cross-sectional shape of the plane including the rotation axis A is substantially a base. It has a shape that becomes a shape. The communication portion 33 opens into the accommodation chamber 31 in a portion of the pair of flat surfaces 21 extending from the large-diameter flat surface 211 having a large radius outward in the radial direction.

つまり、ロータ2は、上記平坦面21として、上記大径平坦面211と、該大径平坦面よりも半径の小さい小径平坦面212とを有する。大径平坦面211及び小径平坦面212は、いずれも回転軸Aを中心とした円形である。そして、大径平坦面211の端縁と小径平坦面212の端縁とを最短距離で結ぶように、外周面23が形成されている。したがって、回転軸Aを含む平面によるロータ2の断面形状(図5(A)に表れる形状)において、外周面23は、回転軸Aに対して傾斜している。
なお、本例においては、ロータ2の半径rは、大径平坦面211の半径に一致する。
That is, the rotor 2 includes the large-diameter flat surface 211 and the small-diameter flat surface 212 having a smaller radius than the large-diameter flat surface as the flat surface 21. Both the large-diameter flat surface 211 and the small-diameter flat surface 212 are circular with the rotation axis A as the center. The outer peripheral surface 23 is formed so as to connect the edge of the large-diameter flat surface 211 and the edge of the small-diameter flat surface 212 with the shortest distance. Therefore, the outer peripheral surface 23 is inclined with respect to the rotation axis A in the cross-sectional shape of the rotor 2 by the plane including the rotation axis A (the shape shown in FIG. 5A).
In this example, the radius r of the rotor 2 matches the radius of the large-diameter flat surface 211.

ハウジング3の収容室31も、ロータ2の外形に沿うように、回転軸Aを含む断面形状が略台形状となる形状を有する。そして、集気室32及び連通部33は、大径平坦面211を径方向外側へ延長した部分に形成されている。一方、小径平坦面212を径方向外側へ延長した部分には、集気室32及び連通部33は形成されていない。
その他は、実施例1と同様である。
The housing chamber 31 of the housing 3 also has a shape in which the cross-sectional shape including the rotation axis A is substantially trapezoidal so as to follow the outer shape of the rotor 2. The air collection chamber 32 and the communication portion 33 are formed in a portion obtained by extending the large-diameter flat surface 211 outward in the radial direction. On the other hand, the air collection chamber 32 and the communication portion 33 are not formed in a portion where the small-diameter flat surface 212 is extended radially outward.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、図6に示すごとく、面積の大きい大径平坦面211に面した気体Gを集気室32へ効率的に導くことができる。そのため、効率的に収容室31内の気体の密度を低下させることができる。
また、小径平坦面212に面した気体も、ロータ2の回転に伴って外周側へ導かれ、ロータ2の外周面23に沿ったクリアランスへ導かれる。この外周面23は、小径平坦面212から大径平坦面211へ向かうに従って回転軸Aから遠ざかるように傾斜している。それゆえ、外周面23に沿ったクリアランスに導かれた気体Gは、ロータ2の回転に伴い、徐々に大径平坦面211側へ導かれると共に連通部33を介して集気室32へ導かれる。
In the case of this example, as shown in FIG. 6, the gas G facing the large-diameter flat surface 211 having a large area can be efficiently guided to the air collecting chamber 32. Therefore, the density of the gas in the storage chamber 31 can be reduced efficiently.
Further, the gas facing the small-diameter flat surface 212 is also guided to the outer peripheral side as the rotor 2 rotates, and is guided to the clearance along the outer peripheral surface 23 of the rotor 2. The outer peripheral surface 23 is inclined so as to move away from the rotation axis A as it goes from the small-diameter flat surface 212 toward the large-diameter flat surface 211. Therefore, the gas G guided to the clearance along the outer peripheral surface 23 is gradually guided to the large-diameter flat surface 211 side as the rotor 2 rotates, and is also guided to the air collecting chamber 32 via the communication portion 33. .

それゆえ、収容室31の気体は、大径平坦面211側のクリアランスにある気体のみならず、小径平坦面212側のクリアランスにある気体、さらには、外周面23に沿ったクリアランスにある気体をも、効率的に集気室32へ導くことが可能である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
Therefore, the gas in the storage chamber 31 includes not only the gas in the clearance on the large-diameter flat surface 211 side, but also the gas in the clearance on the small-diameter flat surface 212 side, and further, the gas in the clearance along the outer peripheral surface 23. However, it is possible to efficiently lead to the air collecting chamber 32.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例3)
本例は、図7に示すごとく、ロータ2の一対の平坦面21のうちの一方のみを径方向外側へ延長した部分に、集気室32及び連通部33を形成した例である。
すなわち、実施例1においては、集気室32及び連通部33を2個形成しているが、本例においては、集気室32及び連通部33を1個ずつ形成したものである。そして、集気室32及び連通部33は、実施例1と同様に、回転軸Aを中心とした円環状に形成されている。
その他は、実施例1と同様である。
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 7, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed in a portion where only one of the pair of flat surfaces 21 of the rotor 2 is extended radially outward.
That is, in the first embodiment, two air collecting chambers 32 and communication portions 33 are formed, but in this example, one air collecting chamber 32 and one communication portion 33 are formed. And the air collection chamber 32 and the communication part 33 are formed in the annular | circular shape centering on the rotating shaft A similarly to Example 1. FIG.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、集気室32及び連通部33の形成箇所が少ないため、構造を簡素化することができ、加工コストも低減することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since there are few formation locations of the air collection chamber 32 and the communication part 33, a structure can be simplified and processing cost can also be reduced.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例4)
本例は、図8に示すごとく、連通部33を、収容室31の角部に斜めに形成した例である。
すなわち、ハウジング3における軸支壁部35と外周壁部36との交わる部分に、連通部33及び集気室32を形成してある。連通部33は、ロータ2における平坦面21と外周面23との間の角部に向かって、収容室31に開口している。
また、集気室32は、回転軸Aを含む平面による断面の形状(図8(A)に表れる形状)が略円形状を有する。
その他は、実施例3と同様である。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 8, the communication portion 33 is formed obliquely at the corner of the storage chamber 31.
That is, the communication portion 33 and the air collecting chamber 32 are formed at a portion where the shaft support wall portion 35 and the outer peripheral wall portion 36 intersect in the housing 3. The communication portion 33 opens into the accommodation chamber 31 toward the corner portion between the flat surface 21 and the outer peripheral surface 23 of the rotor 2.
Further, the air collecting chamber 32 has a substantially circular shape in cross section (a shape appearing in FIG. 8A) by a plane including the rotation axis A.
Others are the same as in the third embodiment.

本例の場合には、連通部33及び集気室32を切削加工によって形成することが容易となる。すなわち、加工治具をハウジング3の軸支壁部35と外周壁部36との間の部分に斜めに進入させることができるため、旋盤を用いて容易に連通部33及び集気室32を円環状に形成することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
なお、本例のような形状の集気室32及び連通部33を、ロータ2の一対の平坦面21の双方の延長線上に形成することもできる。
In the case of this example, it becomes easy to form the communication part 33 and the air collection chamber 32 by cutting. That is, since the processing jig can be made to enter the portion between the shaft support wall portion 35 and the outer peripheral wall portion 36 of the housing 3 at an angle, the communication portion 33 and the air collecting chamber 32 can be easily formed into a circular shape using a lathe. It can be formed in an annular shape.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
Note that the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 having the shape as in this example can be formed on the extended lines of both the pair of flat surfaces 21 of the rotor 2.

(実施例5)
本例は、図9〜図11に示すごとく、集気室32及び連通部33を、回転軸Aを中心とした円周方向の一部に形成した高速回転機1の例である。
すなわち、実施例1〜4に示した高速回転機1は、いずれも、回転軸Aを中心とした円周方向の全体にわたって、集気室32及び連通部33を円環状に形成したものである。これに対して、本例の高速回転機1は、集気室32及び連通部33を、上記円周方向の一部にのみ形成している。
(Example 5)
This example is an example of the high-speed rotating machine 1 in which the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed in a part of the circumferential direction around the rotation axis A as shown in FIGS.
That is, in each of the high-speed rotating machines 1 shown in the first to fourth embodiments, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed in an annular shape over the entire circumferential direction around the rotation axis A. . On the other hand, the high-speed rotating machine 1 of this example forms the air collection chamber 32 and the communication part 33 only in a part of the circumferential direction.

図9に示す高速回転機1は、ロータ2の一方の平坦面21を径方向外側へ延長した部分の一部にのみ、集気室32及び連通部33を形成したものである。集気室32の回転軸方向の幅及び延周方向の幅は、いずれも、連通部33よりも大きい。
図10に示す高速回転機1は、集気室32及び連通部33を、ロータ2の外周面23の外側に形成した例である。つまり、連通部33は、ロータ2の外周面23に向かって開口している。
In the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 9, the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 are formed only at a part of a portion where one flat surface 21 of the rotor 2 is extended outward in the radial direction. Both the width in the rotation axis direction and the width in the circumferential direction of the air collection chamber 32 are larger than the communication portion 33.
The high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 10 is an example in which the air collection chamber 32 and the communication portion 33 are formed outside the outer peripheral surface 23 of the rotor 2. That is, the communication part 33 opens toward the outer peripheral surface 23 of the rotor 2.

図11に示す高速回転機1は、ロータ2の一対の平坦面21の双方を径方向外側へ延長した部分の一部に、連通部33を形成した例である。ただし、集気室32は、ロータ2の一方の平坦面21を径方向外側へ延長した部分の一部にのみ形成してある。そして、上記一対の連通部33は、一つの集気室32に連通している。
その他は、実施例1と同様である。
The high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 11 is an example in which a communication portion 33 is formed in a part of a portion where both of the pair of flat surfaces 21 of the rotor 2 are extended radially outward. However, the air collecting chamber 32 is formed only in a part of the portion where one flat surface 21 of the rotor 2 is extended radially outward. The pair of communication portions 33 communicates with one air collection chamber 32.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、ハウジング2の小型化を容易にすることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the housing 2 can be easily downsized.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例6)
本例は、図12、図13に示すごとく、集気室32に排気装置4を接続した高速回転機1の例である。
すなわち、集気室32に排気装置4を接続することにより、集気室32から気体を排気することができるように構成してある。排気装置4としては、例えば、自動車のエンジンの吸気部(例えばインテークマニホールド)や、バキュームブースター等を用いることができる。
(Example 6)
This example is an example of the high-speed rotating machine 1 in which the exhaust device 4 is connected to the air collecting chamber 32 as shown in FIGS.
In other words, the exhaust device 4 is connected to the air collecting chamber 32 so that the gas can be exhausted from the air collecting chamber 32. As the exhaust device 4, for example, an intake portion (for example, an intake manifold) of an automobile engine, a vacuum booster, or the like can be used.

図12に示す高速回転機1は、実施例1に示した高速回転機1に排気装置4を取り付けた例である。また、図13に示す高速回転機1は、実施例2に示した高速回転機1に排気装置4を取り付けた例である。   A high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 12 is an example in which an exhaust device 4 is attached to the high-speed rotating machine 1 shown in the first embodiment. A high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 13 is an example in which an exhaust device 4 is attached to the high-speed rotating machine 1 shown in the second embodiment.

本例の場合には、集気室32に集められた気体を高速回転機1の外部に排出することができるため、収容室31内の気体を集気室32へより導きやすくなる。その結果、収容室31内の気体の密度をより低減することができ、高速回転機1の風損をより低減することができる。
その他は、実施例1と同様である。
In the case of this example, the gas collected in the air collecting chamber 32 can be discharged to the outside of the high-speed rotating machine 1, so that the gas in the storage chamber 31 can be more easily guided to the air collecting chamber 32. As a result, the density of the gas in the storage chamber 31 can be further reduced, and the windage loss of the high-speed rotating machine 1 can be further reduced.
Others are the same as in the first embodiment.

(実施例7)
本例は、図14に示すごとく、連通部33に逆止弁331を配設した高速回転機1の例である。逆止弁331は、集気室32から収容室31へ向かう気体の逆流を防ぐように配設されている。
その他の構成は、実施例5の図9に示す高速回転機1と同様である。ただし、逆止弁331は、これに限らず、他の構成であっても適宜、適用することができる。
(Example 7)
This example is an example of the high-speed rotating machine 1 in which a check valve 331 is disposed in the communication portion 33 as shown in FIG. The check valve 331 is disposed so as to prevent a backflow of gas from the air collection chamber 32 toward the storage chamber 31.
Other configurations are the same as those of the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. However, the check valve 331 is not limited to this, and can be applied as appropriate even if it has other configurations.

本例の場合には、集気室32に集められた高圧の気体が収容室31へ逆流することを防ぎ、収容室31の気体の密度を効率的に低減させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, it is possible to prevent the high-pressure gas collected in the air collection chamber 32 from flowing back into the storage chamber 31, and to efficiently reduce the gas density in the storage chamber 31.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例8)
本例は、図15〜図20に示すごとく、ロータ2の形状を種々変更した高速回転機1の例である。
回転軸Aを含む平面によるロータ2の断面形状を種々変更した例を、図15〜図18に示す。これらの高速回転機1において、ハウジング3の収容室31の形状は、ロータ2の外形に沿った形状としている。
(Example 8)
This example is an example of the high-speed rotating machine 1 in which the shape of the rotor 2 is variously changed as shown in FIGS.
Examples of various changes in the cross-sectional shape of the rotor 2 by a plane including the rotation axis A are shown in FIGS. In these high-speed rotating machines 1, the shape of the housing chamber 31 of the housing 3 is a shape that follows the outer shape of the rotor 2.

図15に示す高速回転機1は、ロータ2の外周面23の断面形状を略半円形状としたものである。
図16に示す高速回転機1は、ロータ2の外周面23の断面形状を、その中央部に向かって外側へ延びる一対の斜辺231によって構成される形状としたものである。そして、一対の斜辺が交わる部分に外周端縁232が形成されている。連通部33及び集気室32は、外周端縁232の外側に形成されており、外周端縁232に向かって連通部33が収容室31に開口している。
In the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 15, the cross-sectional shape of the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 is a substantially semicircular shape.
In the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 16, the cross-sectional shape of the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 is formed by a pair of oblique sides 231 that extend outward toward the center. And the outer periphery edge 232 is formed in the part where a pair of hypotenuse crosses. The communication portion 33 and the air collecting chamber 32 are formed outside the outer peripheral edge 232, and the communication portion 33 opens into the storage chamber 31 toward the outer peripheral edge 232.

図17に示す高速回転機1は、ロータ2が平坦面21を回転軸方向の片側にのみ有し、他方側には、略球面の一部に相当する球状面24を形成してなるものである。そして、平坦面21を径方向外側へ延長した部分に、集気室32及び連通部33が形成されている。
図18に示す高速回転機1は、回転軸Aを含む平面によるロータ2の断面形状を略菱形状としたものである。そして、その外周端縁232の外側に連通部33及び集気室32が形成されており、外周端縁232に向かって連通部33が収容室31に開口している。
In the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 17, the rotor 2 has a flat surface 21 only on one side in the rotation axis direction, and a spherical surface 24 corresponding to a part of a substantially spherical surface is formed on the other side. is there. And the air collection chamber 32 and the communication part 33 are formed in the part which extended the flat surface 21 to the radial direction outer side.
The high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 18 has a cross-sectional shape of the rotor 2 with a plane including the rotation axis A substantially rhombus-shaped. The communication portion 33 and the air collecting chamber 32 are formed outside the outer peripheral edge 232, and the communication portion 33 opens into the storage chamber 31 toward the outer peripheral edge 232.

次に、回転軸Aに直交する平面によるロータ2の断面形状を種々変更した例を、図19〜図21に示す。
図19に示す高速回転機1は、ロータ2の外周面23に、部分的に内側に凹んだ凹部233を形成したものである。すなわち、実施例1に示した円柱状のロータ2の外周面23に、例えば4か所に凹部233を設けることができる。図19に示すものは、凹部233を、回転軸Aに平行な方向に溝状に形成したものであるが、凹部233は、周方向に溝状に形成してもよいし、斜めに形成することもできる。さらには、凹部233を、点状に形成することもできる。
ここで、凹部233は、風損の観点では、なぐべく小さく、少ない方が好ましいが、特に限定されるものではない。
Next, examples in which the cross-sectional shape of the rotor 2 is changed variously by a plane orthogonal to the rotation axis A are shown in FIGS.
A high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 19 has a concave portion 233 that is partially recessed inward on the outer peripheral surface 23 of the rotor 2. That is, the recessed part 233 can be provided in the outer peripheral surface 23 of the cylindrical rotor 2 shown in Example 1, for example in four places. In FIG. 19, the recess 233 is formed in a groove shape in a direction parallel to the rotation axis A. However, the recess 233 may be formed in a groove shape in the circumferential direction or formed obliquely. You can also. Furthermore, the recessed part 233 can also be formed in dot shape.
Here, from the viewpoint of windage loss, the recesses 233 are preferably as small as possible and less, but are not particularly limited.

図20に示す高速回転機1は、ロータ2の外周面23に、断面が鋸歯状の凹凸面234を形成したものである。ここで、凹凸面234の深さはなるべく浅い方が好ましいが、特に限定されるものではない。   The high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 20 has an uneven surface 234 having a sawtooth cross section formed on the outer peripheral surface 23 of the rotor 2. Here, the depth of the uneven surface 234 is preferably as shallow as possible, but is not particularly limited.

図21に示す高速回転機1は、ロータ2の外周面23の断面形状を、多角形としたものである。ロータ2の外周面23の断面形状を多角形とする場合には、正多角形であることが好ましいとともに、角数が多い方が望ましく、例えば六角形以上であることが好ましい。
以上、本例において挙げた形状のロータ2を備える高速回転機1においても、実施例1と同様の作用効果を得ることが可能である。
In the high-speed rotating machine 1 shown in FIG. 21, the cross-sectional shape of the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 is a polygon. When the cross-sectional shape of the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 is a polygon, it is preferably a regular polygon and preferably has a larger number of corners, for example, a hexagon or more.
As described above, also in the high-speed rotating machine 1 including the rotor 2 having the shape mentioned in this example, it is possible to obtain the same effects as those in the first embodiment.

(実施例9)
本例は、図22に示すごとく、本発明の高速回転機1を適用した車両用の回転電機5の例である。
すなわち、本例の回転電機5は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両駆動用のモータとして用いられる。
回転電機5は、ハウジング3に、円環状のステータ51を備えている。そして、ステータ51の内側に、収容室31が形成されており、該収容室31に、回転子としてロータ2が収容されている。ロータ2は、軸部22において、ハウジング3に設けられた軸支部34に、回転可能に軸支されている。そして、ロータ2の外周面23は、ステータ51の内周面に対向配置されている。
Example 9
This example is an example of a vehicular rotating electrical machine 5 to which the high-speed rotating machine 1 of the present invention is applied, as shown in FIG.
That is, the rotating electrical machine 5 of this example is used as a motor for driving a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
The rotating electrical machine 5 includes an annular stator 51 in the housing 3. A storage chamber 31 is formed inside the stator 51, and the rotor 2 is stored in the storage chamber 31 as a rotor. The rotor 2 is rotatably supported at a shaft portion 22 by a shaft support portion 34 provided on the housing 3. The outer peripheral surface 23 of the rotor 2 is disposed opposite to the inner peripheral surface of the stator 51.

また、収容室31と軸支部34との間には、軸シール37が配置されている。これによって、歯車や軸支部34を潤滑する油がロータ2側に進入しないようにするとともに、集気室32の効果で空気の圧力が下がったハウジング3内(収容室31)に、差圧によって新たな空気が進入しないようにすることができる。   A shaft seal 37 is disposed between the storage chamber 31 and the shaft support portion 34. This prevents oil that lubricates the gears and the shaft support portion 34 from entering the rotor 2 side, and causes the pressure inside the housing 3 (the accommodation chamber 31) to be reduced due to the effect of the air collecting chamber 32 due to the differential pressure. New air can be prevented from entering.

ロータ2における一対の軸部22の一方には、大歯車521が固定されている。そして、該大歯車521と、これに噛み合って回転する小歯車522とによる減速ギア52を介して、ロータ2の回転力が、トルクを増加させて、シャフト53を通じて車両の駆動系に伝達される。   A large gear 521 is fixed to one of the pair of shaft portions 22 in the rotor 2. Then, the rotational force of the rotor 2 increases the torque and is transmitted to the vehicle drive system through the shaft 53 via the reduction gear 52 formed by the large gear 521 and the small gear 522 that meshes with the large gear 521. .

ハウジング3には、ロータ2の外周面23よりも外側において、収容室31から、回転軸方向であって減速ギア52と反対側へ向かって連通部33が形成され、その先に集気室32が形成されている。集気室32及び連通部33は、回転軸Aを中心とした円環状に形成されている。   In the housing 3, a communication portion 33 is formed on the outer side of the outer peripheral surface 23 of the rotor 2 from the storage chamber 31 toward the rotation axis direction and opposite to the reduction gear 52. Is formed. The air collection chamber 32 and the communication portion 33 are formed in an annular shape around the rotation axis A.

ロータ2は、略円柱形状を有し、その半径rは、例えば25〜200mmとすることができ、回転軸方向の幅W3は、例えば50〜200mmとすることができる。また、ロータ2は、ハウジング3に対して、例えば、最高回転速度10000〜50000rpmにて回転する。
その他は、実施例1と同様である。
The rotor 2 has a substantially cylindrical shape, the radius r thereof can be set to 25 to 200 mm, for example, and the width W3 in the rotation axis direction can be set to 50 to 200 mm, for example. The rotor 2 rotates with respect to the housing 3 at a maximum rotation speed of 10,000 to 50,000 rpm, for example.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、回転電機5の風損を低減することができる。特に、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両駆動用の回転電機5の場合には、回転子(ロータ2)の半径が大きく、またロータ2の回転速度が大きいため、風損が大きくなりやすいところ、集気室32を設けることにより、その風損の低減効果を充分に得ることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the windage loss of the rotating electrical machine 5 can be reduced. In particular, in the case of a rotating electrical machine 5 for driving a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, the radius of the rotor (rotor 2) is large, and the rotational speed of the rotor 2 is large, so that windage loss tends to increase. By providing the air collecting chamber 32, the effect of reducing the windage loss can be sufficiently obtained.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例10)
本例は、図23に示すごとく、本発明の高速回転機1を適用した運動エネルギー回収システム(KERS)6の例である。
すなわち、高速回転機1のロータ2を、運動エネルギー回収システム6におけるフライホイールとした。そして、このフライホイール(ロータ2)を内部の収容室31に収容するとともに軸支するハウジング3に、集気室32及び連通部33を設けている。
(Example 10)
This example is an example of a kinetic energy recovery system (KERS) 6 to which the high-speed rotating machine 1 of the present invention is applied, as shown in FIG.
That is, the rotor 2 of the high-speed rotating machine 1 is a flywheel in the kinetic energy recovery system 6. The flywheel (rotor 2) is accommodated in the internal accommodating chamber 31 and the housing 3 that pivotally supports the air collecting chamber 32 and the communication portion 33.

運動エネルギー回収システム6は、例えば、車両に搭載され、車両の減速時等において、車両の運動エネルギーをフライホイール(ロータ2)の回転運動のエネルギーとして蓄積するシステムである。   The kinetic energy recovery system 6 is a system that is mounted on a vehicle, for example, and accumulates the kinetic energy of the vehicle as energy of rotational motion of the flywheel (rotor 2) when the vehicle is decelerated.

ロータ2における一対の軸部22のうちの一方には、小歯車621が固定されており、該小歯車621と、これに噛み合う大歯車622とによって、後述する遊星歯車部63に連結された連結シャフト623の回転速度を増加させてロータ2に伝達する増速部62が構成されている。遊星歯車部63は、連結シャフト623に固定されたサンギア631と、該サンギア631に噛み合う4個のピニオンギア632と、該4個のピニオンギア632に噛み合う1個のリングギア633とからなる。なお、ピニオンギア632の個数については、特に限定されるものではなく、例えば3〜6個とすることができる。
また、収容室31と軸支部34との間には、軸シール37が配置されている。
A small gear 621 is fixed to one of the pair of shaft portions 22 in the rotor 2, and the small gear 621 and a large gear 622 meshing with the small gear 621 are connected to a planetary gear portion 63 described later. A speed increasing portion 62 that increases the rotational speed of the shaft 623 and transmits it to the rotor 2 is configured. The planetary gear unit 63 includes a sun gear 631 fixed to the connecting shaft 623, four pinion gears 632 that mesh with the sun gear 631, and one ring gear 633 that meshes with the four pinion gears 632. Note that the number of pinion gears 632 is not particularly limited, and may be 3 to 6, for example.
A shaft seal 37 is disposed between the storage chamber 31 and the shaft support portion 34.

上記複数のピニオンギア632は、入出力キャリア64の一端に固定されると共に入出力キャリア64に対して直交する方向へ放射状に延びる放射状腕部641に、それぞれ回転可能に固定されている。そして、入出力キャリア64の他端は、歯車あるいはチェーン・スプロケットあるいはベルト・プーリ等を介して車両の駆動系に接続されている。
具体的には、例えば、デファレンシャルギア、エンジンのスタータの歯車とかみ合うドライブプレート、オルタネータを駆動するベルト、トランスミッション内の歯車等と噛み合う歯車が入出力キャリア64に固定されている。或いは、トランスミッション内の回転軸とチェーンで動力を伝達できるスプロケットが入出力キャリア64に配置されていてもよい。その他、入出力キャリア64は、タイヤと動力の受け渡しができる部分のいずれかに接続される。
The plurality of pinion gears 632 are fixed to one end of the input / output carrier 64 and are respectively rotatably fixed to radial arm portions 641 that extend radially in a direction perpendicular to the input / output carrier 64. The other end of the input / output carrier 64 is connected to a drive system of the vehicle via a gear, a chain / sprocket, a belt / pulley, or the like.
Specifically, for example, a differential gear, a drive plate that meshes with a starter gear of an engine, a belt that drives an alternator, and a gear that meshes with a gear in a transmission are fixed to the input / output carrier 64. Or the sprocket which can transmit motive power with the rotating shaft and chain in a transmission may be arrange | positioned at the input-output carrier 64. FIG. In addition, the input / output carrier 64 is connected to one of the parts that can transfer power to and from the tire.

また、リングギア633は、ロータ2(フライホイール)へ伝達する回転速度を調整するための調速器651に接続されるリングギア保持部652に固定されている。調速器651としては、例えば、車両用の駆動モータ、ブレーキ、可変容量ポンプ等を用いることができる   The ring gear 633 is fixed to a ring gear holding portion 652 connected to a speed governor 651 for adjusting the rotational speed transmitted to the rotor 2 (flywheel). As the governor 651, for example, a vehicle drive motor, a brake, a variable displacement pump, or the like can be used.

遊星歯車部63は、高速回転機1のハウジング3に固定されたギアボックス66に収容されている。また、増速部62は、ハウジング3に設けた凹部とギアボックス66との間に形成された空間に形成されている。連結シャフト622及びリングギア保持部652は、それぞれハウジング3及びギアボックス66に設けられた軸受部67に軸支されている。また、入出力キャリア64は、連結シャフト622の内側に設けた軸受部670に軸支されている。   The planetary gear unit 63 is accommodated in a gear box 66 fixed to the housing 3 of the high-speed rotating machine 1. Further, the speed increasing portion 62 is formed in a space formed between a recess provided in the housing 3 and the gear box 66. The connecting shaft 622 and the ring gear holding portion 652 are pivotally supported by bearings 67 provided in the housing 3 and the gear box 66, respectively. Further, the input / output carrier 64 is pivotally supported by a bearing portion 670 provided inside the connection shaft 622.

ロータ2は、実施例1に示した高速回転機1における円柱形状のロータと同様の形状を有する。そして、その半径rは、50〜200mm、回転軸方向の幅W3は、25〜100mm程度である。また、ロータ2は、ハウジング3に対して、例えば、最高回転速度10000〜100000rpmにて回転する。
ハウジング3は、ロータ2の一対の平坦面21のうち、増速部62に近い側の一方の平坦面21を径方向に延長した部分に、集気室32及び連通部33を備えている。
The rotor 2 has the same shape as the cylindrical rotor in the high-speed rotating machine 1 shown in the first embodiment. The radius r is 50 to 200 mm, and the width W3 in the rotation axis direction is about 25 to 100 mm. Further, the rotor 2 rotates with respect to the housing 3 at a maximum rotation speed of 10,000 to 100,000 rpm, for example.
The housing 3 includes a gas collection chamber 32 and a communication portion 33 at a portion of the pair of flat surfaces 21 of the rotor 2 that extends in the radial direction from the one flat surface 21 closer to the speed increasing portion 62.

調速器651として駆動モータを選定した場合を例にとり、運動エネルギー回収システム6の作動を以下に説明する。
まず、サンギア631とリングギア633の歯数を、それぞれ、Zs、Zrとし、Ρ=Zs/Zrと定義する。また遊星歯車部63のサンギア631、入出力キャリア64、リングギア633の回転数・トルクを、それぞれωs・Ts、ωc・Tc、ωr・Trと定義する。また、入出力キャリア64の回転方向を正回転、反対の回転方向を負回転と定義する。
Taking the case where a drive motor is selected as the governor 651 as an example, the operation of the kinetic energy recovery system 6 will be described below.
First, the numbers of teeth of the sun gear 631 and the ring gear 633 are respectively defined as Zs and Zr, and Ρ = Zs / Zr. The rotational speed and torque of the sun gear 631, the input / output carrier 64, and the ring gear 633 of the planetary gear unit 63 are defined as ωs · Ts, ωc · Tc, and ωr · Tr, respectively. Further, the rotation direction of the input / output carrier 64 is defined as positive rotation, and the opposite rotation direction is defined as negative rotation.

運動エネルギー回収システム6に運動エネルギーを回収する際の、運動エネルギー回収システム6の作動は、以下のとおりである。
すなわち、リングギア633が正回転のとき、駆動モータ(調速器651)によって、リングギア633の回転数を下げる方向にトルクTrを与える。これにより、サンギア631にTs=Ρ/(1+Ρ)×Tcのトルクが、回転数を上げる方向に働き、ロータ2の回転数を上げる。ロータ2の慣性重量をIとしたときロータ2が保持するエネルギーはI×ωs2/2で表されるため、ロータ2の回転数の増加によりωsが大きくなった分だけ、ロータ2にエネルギーが回収される。
一方、リングギア633が負回転のとき、駆動モータ(調速器651)によって、リングギア633の回転数を上げる方向にトルクTrを与えることで、上記と同様に、サンギア631の回転数を上げ、ロータ2にエネルギーを回収する。
The operation of the kinetic energy recovery system 6 when recovering kinetic energy to the kinetic energy recovery system 6 is as follows.
That is, when the ring gear 633 is rotating forward, the torque Tr is applied in the direction of decreasing the rotation speed of the ring gear 633 by the drive motor (the governor 651). As a result, a torque of Ts = (/ (1 + Ρ) × Tc acts on the sun gear 631 in the direction of increasing the rotational speed, and the rotational speed of the rotor 2 is increased. Since the inertia weight of the rotor 2 the rotor 2 when the I energy held represented by I × .omega.s 2/2, by an amount .omega.s is increased by an increase in the rotor 2 rotating speed, energy to the rotor 2 Collected.
On the other hand, when the ring gear 633 is negatively rotated, the torque Tr is applied in the direction of increasing the rotational speed of the ring gear 633 by the drive motor (the governor 651), thereby increasing the rotational speed of the sun gear 631 as described above. The energy is recovered in the rotor 2.

また、運動エネルギー回収システム6に蓄積した運動エネルギーを利用する際の、運動エネルギー回収システム6の作動は、以下のとおりである。
すなわち、リングギア633が正回転の場合、駆動モータ(調速器651)によって、リングギア633の回転数を上げる方向にトルクTrを与える。これにより、サンギア631(ロータ2)にΡ/(1+Ρ)×Tcのトルクが、回転数を下げる方向に働き、その反力としてTcのトルクが入出力キャリア64に付加される。よってサンギア631(ロータ2)に蓄えられていた運動エネルギーが、入出力キャリア64を通じて利用される。リングギア633が負回転の場合、駆動モータ(調速器651)によって、リングギア633の回転数を下げる方向にトルクTrを与える。これにより、上記と同様に、サンギア631の回転数を下げ、サンギア631(ロータ2)に蓄えられていた運動エネルギーが、入出力キャリア64を通じて利用される。
その他の高速回転機1の部分の構成については、実施例1と同様である。
The operation of the kinetic energy recovery system 6 when using the kinetic energy accumulated in the kinetic energy recovery system 6 is as follows.
That is, when the ring gear 633 is rotating forward, the torque Tr is applied in the direction of increasing the rotation speed of the ring gear 633 by the drive motor (the governor 651). As a result, a torque of Ρ / (1 + Ρ) × Tc acts on the sun gear 631 (rotor 2) in the direction of decreasing the rotational speed, and the torque of Tc is applied to the input / output carrier 64 as a reaction force. Therefore, the kinetic energy stored in the sun gear 631 (rotor 2) is used through the input / output carrier 64. When the ring gear 633 is negatively rotated, torque Tr is applied in a direction to decrease the rotational speed of the ring gear 633 by the drive motor (the governor 651). Thereby, similarly to the above, the rotational speed of the sun gear 631 is lowered, and the kinetic energy stored in the sun gear 631 (rotor 2) is used through the input / output carrier 64.
Other parts of the configuration of the high-speed rotating machine 1 are the same as those in the first embodiment.

本例の場合には、フライホイールの風損を低減することができる。また、フライホイールは、半径が大きく、また回転速度が大きいため、風損が大きくなりやすいところ、本発明を適用することにより、その風損の低減効果を充分に得ることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the windage loss of the flywheel can be reduced. In addition, since the flywheel has a large radius and a high rotation speed, the windage loss is likely to increase. By applying the present invention, the effect of reducing the windage loss can be sufficiently obtained.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

なお、本発明の高速回転機は、上述した運動エネルギー回収システム6に限らず、無停電電源(UPS)等、フライホイールを備えた他の装置にも同様に用いることができる。   Note that the high-speed rotating machine of the present invention is not limited to the kinetic energy recovery system 6 described above, but can be similarly used for other devices having a flywheel such as an uninterruptible power supply (UPS).

なお、上記実施例においては、収容室31における気体が空気である場合について説明したが、気体は空気に限らず、他の気体であってもよい。
この場合、例えば、収容室31と集気室32と連通部33とを、外部から隔離された密閉空間として、該密閉空間に同一圧力、同一温度において空気よりも密度の低い(軽い)気体、例えばヘリウムや水素等を充填することもできる。この場合には、収容室31内に残った気体とロータ2との間の摩擦抵抗が小さくなり、風損をより低減することができる。つまり、風損(F=k・ρ・ω3・r4・(2r+5L))の構成因子のうちのρが小さくなるため、風損が低減される。
In addition, in the said Example, although the case where the gas in the storage chamber 31 was air was demonstrated, gas is not restricted to air but another gas may be sufficient.
In this case, for example, the storage chamber 31, the air collection chamber 32, and the communication portion 33 are formed as a sealed space isolated from the outside, and a gas having a lower density (lighter) than air at the same pressure and the same temperature in the sealed space, For example, helium or hydrogen can be filled. In this case, the frictional resistance between the gas remaining in the storage chamber 31 and the rotor 2 is reduced, and the windage loss can be further reduced. That is, since ρ among the constituent factors of the windage loss (F = k · ρ · ω 3 · r 4 · (2r + 5L)) is reduced, the windage loss is reduced.

(比較例)
本例は、図24に示すごとく、実施例1に示した高速回転機1における集気室32及び連通部33を有しないハウジング93を備えた高速回転機9の例である。
本比較例の高速回転機9は、高速で自転するロータ92と、該ロータ92を内部に配置すると共に軸支するハウジング93とからなる。そして、このハウジング93には、連通部も集気室も設けられていない。
その他は、実施例1と同様である。
(Comparative example)
This example is an example of the high-speed rotating machine 9 including a housing 93 that does not have the air collecting chamber 32 and the communication portion 33 in the high-speed rotating machine 1 shown in the first embodiment, as shown in FIG.
The high-speed rotating machine 9 of this comparative example includes a rotor 92 that rotates at a high speed, and a housing 93 that has the rotor 92 disposed therein and supports the shaft. The housing 93 is not provided with a communication portion or a gas collection chamber.
Others are the same as in the first embodiment.

本比較例においては、ロータ92が高速回転すると、ハウジング93の収容室931内の気体(空気)とロータ92の表面との間で空気摩擦が生じ、風損が生じる。特に、ロータ92の表面に面した気体は、その粘性によってロータ92と共に回転する。この回転する気体が遠心力によってロータ92の径方向外側へ向かって移動する。そのため、特にロータ92の外周側へ行くほど気体の密度が大きくなる。そして、ロータ92の外周側部分ほど速度が速いため、密度の高い気体との摩擦による抵抗が相乗的に大きくなることとなる。その結果、本比較例の高速回転機9においては、大きな風損が生じることとなる。   In this comparative example, when the rotor 92 rotates at a high speed, air friction occurs between the gas (air) in the housing chamber 931 of the housing 93 and the surface of the rotor 92, and windage loss occurs. In particular, the gas facing the surface of the rotor 92 rotates with the rotor 92 due to its viscosity. This rotating gas moves toward the outside in the radial direction of the rotor 92 by centrifugal force. Therefore, the density of the gas increases especially toward the outer peripheral side of the rotor 92. And since the speed is faster at the outer peripheral side portion of the rotor 92, the resistance due to friction with the dense gas is synergistically increased. As a result, a large windage loss occurs in the high-speed rotating machine 9 of this comparative example.

これに対して、実施例1〜10に示す高速回転機1は、集気室32及び連通部33を備えることにより、収容室31内の気体の密度を低下させることができ、特にロータ2の外周部における気体の密度上昇を防ぐことができる。そのため、上記のごとく、風損を効果的に抑制することができる。   On the other hand, the high-speed rotating machine 1 shown in Examples 1-10 can reduce the density of the gas in the storage chamber 31 by providing the air collection chamber 32 and the communication part 33, and especially the rotor 2 of FIG. It is possible to prevent an increase in gas density at the outer periphery. Therefore, as described above, windage loss can be effectively suppressed.

1 高速回転機
2 ロータ
21 平坦面
3 ハウジング
31 収容室
32 集気室
33 連通部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High speed rotating machine 2 Rotor 21 Flat surface 3 Housing 31 Storage chamber 32 Air collection chamber 33 Communication part

Claims (13)

高速で自転するロータと、該ロータを内部に配置すると共に軸支するハウジングとからなる高速回転機であって、
上記ハウジングは、上記ロータを収容配置する収容室と、該収容室と連通した集気室と、上記収容室と上記集気室とを連結する連通部とを備え、
上記収容室の内壁面は、上記ロータの表面に対向すると共に該表面との間にクリアランスを設けてなり、
上記連通部は、上記ロータの回転軸から半径の半分以上径方向に離れた部分において、上記収容室に対して開口していることを特徴とする高速回転機。
A high-speed rotating machine comprising a rotor that rotates at high speed, and a housing that supports the shaft and supports the rotor;
The housing includes a storage chamber that stores and arranges the rotor, a gas collection chamber that communicates with the storage chamber, and a communication portion that connects the storage chamber and the gas collection chamber.
The inner wall surface of the storage chamber is opposed to the surface of the rotor and has a clearance with the surface.
The high-speed rotating machine according to claim 1, wherein the communicating portion is open to the storage chamber at a portion spaced in the radial direction by a half or more of the radius from the rotating shaft of the rotor.
請求項1に記載の高速回転機において、上記連通部は、上記ロータの回転軸から半径以上径方向に離れた部分において、上記収容室に対して開口していることを特徴とする高速回転機。   2. The high-speed rotating machine according to claim 1, wherein the communicating portion is open to the housing chamber at a portion that is separated from the rotating shaft of the rotor in the radial direction by a radius or more. . 請求項1又は2に記載の高速回転機において、上記ロータは、上記回転軸方向の少なくとも一端に、回転軸に直交する平坦面を備え、該平坦面を径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部において、上記連通部が上記収容室に開口していることを特徴とする高速回転機。   3. The high-speed rotating machine according to claim 1, wherein the rotor includes a flat surface orthogonal to the rotation axis at at least one end in the rotation axis direction, and at least one of portions extending the flat surface radially outward. The high-speed rotating machine according to claim 1, wherein the communication portion is open to the storage chamber. 請求項3に記載の高速回転機において、上記集気室及び上記連通部は、上記平坦面の径方向外側の全周にわたって形成され、上記連通部は、上記平坦面の径方向外側の全周にわたって上記収容室に開口していることを特徴とする高速回転機。   4. The high-speed rotating machine according to claim 3, wherein the air collecting chamber and the communication portion are formed over the entire outer periphery in the radial direction of the flat surface, and the communication portion is the entire outer periphery in the radial direction of the flat surface. A high-speed rotating machine characterized by being open to the storage chamber. 請求項3又は4に記載の高速回転機において、上記ロータは、上記回転軸方向の両端に一対の上記平坦面を備えた略円柱形状を有し、該一対の平坦面をそれぞれ径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部に、それぞれ上記連通部が上記収容室に開口していることを特徴とする高速回転機。   5. The high-speed rotating machine according to claim 3, wherein the rotor has a substantially columnar shape including a pair of flat surfaces at both ends in the rotation axis direction, and the pair of flat surfaces are respectively radially outward. The high-speed rotating machine according to claim 1, wherein at least a part of the extended portion has the communication portion opened in the storage chamber. 請求項5に記載の高速回転機において、上記集気室は、上記一対の連通部に対応して一対形成されていることを特徴とする高速回転機。   6. The high-speed rotating machine according to claim 5, wherein a pair of the air collecting chambers are formed corresponding to the pair of communicating portions. 請求項5に記載の高速回転機において、上記一対の連通部は、一つの上記集気室に連通していることを特徴とする高速回転機。   6. The high-speed rotating machine according to claim 5, wherein the pair of communicating portions communicate with one of the air collecting chambers. 請求項3に記載の高速回転機において、上記ロータは、上記回転軸方向の両端に、互いに半径の異なる一対の上記平坦面を備え、上記回転軸を含む平面による断面の形状が略台形状であり、上記一対の平坦面のうちの半径の大きい大径平坦面を径方向外側へ延長した部分の少なくとも一部において、上記連通部が上記収容室に開口していることを特徴とする高速回転機。   4. The high-speed rotating machine according to claim 3, wherein the rotor includes a pair of flat surfaces having different radii at both ends in the rotation axis direction, and a cross-sectional shape by a plane including the rotation axis is substantially trapezoidal. The high-speed rotation is characterized in that, in at least a part of a portion obtained by extending a large-diameter flat surface having a large radius to the outside in the radial direction of the pair of flat surfaces, the communication portion is open to the accommodation chamber. Machine. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の高速回転機において、上記集気室は、該集気室から気体を排気する排気装置に接続されていることを特徴とする高速回転機。   The high-speed rotating machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the air collecting chamber is connected to an exhaust device that exhausts gas from the air collecting chamber. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の高速回転機において、上記収容室と上記集気室と上記連通部とは、外部から隔離された密閉空間であって、該密閉空間には、同一圧力、同一温度において空気よりも密度の低い気体が充填されていることを特徴とする高速回転機。   The high-speed rotating machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the storage chamber, the air collection chamber, and the communication portion are sealed spaces isolated from the outside, A high-speed rotating machine filled with a gas having a lower density than air at the same pressure and the same temperature. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の高速回転機において、上記連通部には、上記集気室から上記収容室へ向かう気体の逆流を防ぐ逆止弁が配設されていることを特徴とする高速回転機。   The high-speed rotating machine according to any one of claims 1 to 10, wherein a check valve for preventing a backflow of gas from the air collecting chamber to the housing chamber is disposed in the communication portion. A high-speed rotating machine. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の高速回転機において、上記ロータは、回転電機の回転子であることを特徴とする高速回転機。   The high-speed rotating machine according to any one of claims 1 to 11, wherein the rotor is a rotor of a rotating electrical machine. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の高速回転機において、上記ロータは、フライホイールであることを特徴とする高速回転機。   The high-speed rotating machine according to any one of claims 1 to 11, wherein the rotor is a flywheel.
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