JP2005264825A - Scroll compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スクロール圧縮機に係り、例えば超高真空分野のクライオポンプ装置用などに使用される密封形スクロール圧縮機に好適な技術に関する。 The present invention relates to a scroll compressor, and more particularly to a technique suitable for a hermetic scroll compressor used for a cryopump apparatus in an ultra-high vacuum field.
スクロール圧縮機は、例えば半導体製造装置のクライオポンプ装置の密封形スクロール圧縮機として使用される。クライオポンプ装置は、作動ガス(例えば、ヘリウムガス)をスクロール圧縮機により圧縮して吐出し、吐出したヘリウムガスをガス液化器により液化し、液化したヘリウムガスの蒸発熱を利用して熱負荷を冷却するものである。 The scroll compressor is used as, for example, a hermetic scroll compressor of a cryopump apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus. The cryopump device compresses and discharges a working gas (for example, helium gas) with a scroll compressor, liquefies the discharged helium gas with a gas liquefier, and uses the heat of evaporation of the liquefied helium gas to increase the heat load. It is to be cooled.
このようなクライオポンプ装置などに使用されるスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、その固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップが立設された旋回スクロールと、その旋回スクロールをクランクを介して旋回させるモータと、このモータを包囲する筒状のフレームを密閉容器に収納して構成される。そして、密閉容器から引き出された吸引ノズルを介してヘリウムガスを吸引し、吸引したヘリウムガスを固定スクロールに穿設された吸引口から圧縮室に吐出し、吐出したヘリウムガスを圧縮室に連通した吐出口から密閉容器内に排出する。排出されたヘリウムガスは、モータを通って吐出ノズルからガス液化器に向けて吐出される。 A scroll compressor used in such a cryopump device or the like is provided with a fixed scroll having a spiral wrap standing on an end plate, and provided so as to be able to swivel against the fixed scroll. An orbiting scroll having a spiral wrap standing between a plurality of compression chambers, a motor for rotating the orbiting scroll through a crank, and a cylindrical frame surrounding the motor are housed in an airtight container. Configured. Then, helium gas is sucked through the suction nozzle drawn out from the sealed container, the sucked helium gas is discharged from the suction port provided in the fixed scroll to the compression chamber, and the discharged helium gas is communicated with the compression chamber. Discharge from the discharge port into a sealed container. The discharged helium gas is discharged from the discharge nozzle toward the gas liquefier through the motor.
このスクロール圧縮機では、駆動モータを保護するため、モータの温度をモータ保護装置の温度センサにより検出し、検出温度が設定値以上になったときモータ保護装置によりモータを停止させることが行われる(例えば、特許文献1)。 In this scroll compressor, in order to protect the drive motor, the temperature of the motor is detected by the temperature sensor of the motor protection device, and the motor protection device stops the motor when the detected temperature exceeds a set value ( For example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、モータ保護装置の温度センサの配設位置については配慮されておらず、例えば、温度センサをモータコイルエンドの外表面に紐で縛って固定したり、密閉容器の内壁に密着して固定したりすると、必ずしもモータの平均的な温度を検出できない場合がある。したがって、モータ保護装置は、実際のモータ温度と異なる温度でモータを停止させることがあり、スクロール圧縮機の性能が必ずしも十分に発揮されない場合がある。
However,
本発明の課題は、モータを適切に保護しつつ、スクロール圧縮機の性能を十分に発揮させることにある。 An object of the present invention is to sufficiently exhibit the performance of a scroll compressor while appropriately protecting a motor.
上記課題を解決するため、本発明のスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップが立設された旋回スクロールと、旋回スクロールをクランクを介して旋回させるモータと、モータを包囲する筒状のフレームとが密閉容器に収納され、固定スクロールに穿設された吸引口に連通された吸引ノズルを密閉容器から引き出し、固定スクロールに穿設された吐出口を密閉容器内に開口し、密閉容器内に連通させて吐出ノズルを設け、フレームは密閉容器の吐出口が開口された空間と吐出ノズルが連通された空間とを仕切って形成され、吐出口から排出されたガスがモータを通ってフレームに開口された排気口から吐出ノズルが連通された空間に排出されるようにしてなり、モータの温度が設定値以上のときにモータを停止させるモータ保護装置の温度センサをフレームの排気口の近傍に配設してなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a scroll compressor according to the present invention is provided between a fixed scroll having a spiral wrap standing on an end plate and a swivel facing the fixed scroll, and between the fixed scroll wrap. An orbiting scroll provided with a spiral wrap that forms a plurality of compression chambers, a motor that orbits the orbiting scroll through a crank, and a cylindrical frame that surrounds the motor are housed in a sealed container, and the fixed scroll The suction nozzle communicated with the suction port drilled in is pulled out from the sealed container, the discharge port drilled in the fixed scroll is opened in the sealed container, and the discharge nozzle is provided in communication with the sealed container. It is formed by partitioning the space where the discharge port of the sealed container is opened and the space where the discharge nozzle is connected, and the gas discharged from the discharge port is opened to the frame through the motor A temperature sensor of a motor protection device that stops the motor when the temperature of the motor is equal to or higher than a set value is arranged near the exhaust port of the frame. It is characterized by being provided.
このようにすれば、固定スクロールの吐出口から排出されるガスはモータを通ることから、フレームの排気口から排気されるガスの温度は、モータの温度に相関することになる。したがって、排気されるガスの流れにモータ保護装置の温度センサを曝すことにより、モータの実際の温度に基づいてモータを停止させることができる。その結果、モータの温度が設定値に達する前にモータが停止されることを回避でき、スクロール圧縮機の性能を十分に発揮させることができる。 In this way, since the gas discharged from the discharge port of the fixed scroll passes through the motor, the temperature of the gas discharged from the exhaust port of the frame correlates with the temperature of the motor. Therefore, by exposing the temperature sensor of the motor protection device to the flow of exhausted gas, the motor can be stopped based on the actual temperature of the motor. As a result, it can be avoided that the motor is stopped before the temperature of the motor reaches the set value, and the performance of the scroll compressor can be exhibited sufficiently.
この場合において、温度センサをバイメタルにより形成し、そのバイメタルを過電流の遮断部として内蔵したものをモータ保護装置として用いることができる。この場合、バイメタルにモータ電流を流すことになるから、その電流により発熱するが、フレームの排気口から排気されるガス流により冷却されるため、その発熱による影響を低減できる。したがって、モータの温度が設定値に達する前にモータが停止されるという誤動作を回避でき、スクロール圧縮機の性能を十分に発揮させることができる。また、ガス流の冷却効果により、バイメタルの作動回数が減ることになり、モータ保護装置の製品寿命を長くすることができる。なお、モータ保護装置に温度センサを内蔵した一体型の形態に限られず、モータ保護装置と温度センサを別に配設することもできる。要するに、温度センサをフレームの排出口から排出されるガス流に曝すようにすればよい。 In this case, the temperature sensor is formed of a bimetal, and the bimetal incorporated as an overcurrent blocking portion can be used as a motor protection device. In this case, since a motor current is caused to flow through the bimetal, heat is generated by the current, but cooling is performed by the gas flow exhausted from the exhaust port of the frame, so that the influence of the heat generation can be reduced. Therefore, it is possible to avoid a malfunction that the motor is stopped before the motor temperature reaches the set value, and the performance of the scroll compressor can be sufficiently exhibited. In addition, due to the cooling effect of the gas flow, the number of operations of the bimetal is reduced, and the product life of the motor protection device can be extended. The motor protection device is not limited to an integrated type in which the temperature sensor is built in, and the motor protection device and the temperature sensor may be separately provided. In short, the temperature sensor may be exposed to the gas flow discharged from the discharge port of the frame.
また、従来機のスクロール圧縮機では排気口から排出されるガスの主流速度は例えば0.3m/秒程度であるから、ガス流によるモータ保護装置の冷却効果を十分に得ることができない。そこで、フレームの排気口からガスの流れ方向に延在させて風洞を形成し、その風洞を介してフレームの排気口から排出されるガスを吐出ノズルが連通された空間に案内するようにする。そして、その風洞内にモータ保護装置の温度センサを位置させて配設することが望ましい。これによれば、排気口から排出されるガスは風洞内に導かれるから、その排出ガスの主流速度が例えば1〜3m/秒程度と従来よりも大きくなる。したがって、ガス流によるモータ保護装置の温度センサの冷却効果を向上させることができる。 Further, in the conventional scroll compressor, the main flow speed of the gas discharged from the exhaust port is, for example, about 0.3 m / second, so that the cooling effect of the motor protection device by the gas flow cannot be sufficiently obtained. Therefore, a wind tunnel is formed by extending in the gas flow direction from the exhaust port of the frame, and the gas discharged from the exhaust port of the frame is guided through the wind tunnel to the space where the discharge nozzle communicates. And it is desirable to arrange | position and arrange | position the temperature sensor of a motor protection apparatus in the wind tunnel. According to this, since the gas discharged from the exhaust port is guided into the wind tunnel, the main flow velocity of the discharged gas is, for example, about 1 to 3 m / second, which is larger than the conventional one. Therefore, the cooling effect of the temperature sensor of the motor protection device by the gas flow can be improved.
また、圧縮室に潤滑油を注入する油インジェクションノズルを固定スクロールに穿設され、圧縮室に連通する油吸引口に連結して配設するのが望ましい。これにより、油インジェクションノズルから注入される潤滑油は、モータの潤滑油として作用するほか、ミスト状にガスと混合してガス温度を低減させる。そして、ガス及び潤滑油の混合体の流れにモータ保護装置の温度センサを曝すことにより、その温度センサの周囲部分の冷却が促進される。その結果、モータの温度が設定値に達する前にモータが停止されるという誤動作を回避し、モータ保護装置の作動電流を高くすることができる。 Further, it is desirable that an oil injection nozzle for injecting lubricating oil into the compression chamber is formed in the fixed scroll and connected to an oil suction port communicating with the compression chamber. Thereby, the lubricating oil injected from the oil injection nozzle acts as a lubricating oil for the motor, and also mixes with gas in a mist form to reduce the gas temperature. Then, by exposing the temperature sensor of the motor protection device to the flow of the mixture of gas and lubricating oil, cooling of the surrounding portion of the temperature sensor is promoted. As a result, it is possible to avoid a malfunction in which the motor is stopped before the motor temperature reaches the set value, and to increase the operating current of the motor protection device.
例えば、作動ガスとしてヘリウムガスを使用するヘリウム用スクロール圧縮機の場合、ガス及び潤滑油の混合体は比較的低温であるため、混合体の流れにモータ保護装置の温度センサを曝すようにすると、その混合流による冷却効果により、モータ保護装置の温度センサの周囲のガス雰囲気温度をより低減できる。したがって、例えばフロン冷媒R22仕様の冷凍空調用スクロール圧縮機と比較すると、容量および馬力などの機能性を同等とした場合、モータ保護装置を小型化および軽量化できることになり、所要コストを低減できる。 For example, in the case of a helium scroll compressor that uses helium gas as the working gas, the gas and lubricating oil mixture is relatively cold, so exposing the temperature sensor of the motor protection device to the flow of the mixture, The cooling effect by the mixed flow can further reduce the gas atmosphere temperature around the temperature sensor of the motor protection device. Therefore, for example, when compared with the refrigeration and air conditioning scroll compressor of the chlorofluorocarbon refrigerant R22 specification, when the functions such as capacity and horsepower are made equal, the motor protection device can be reduced in size and weight, and the required cost can be reduced.
さらに、モータが三相モータである場合、モータ保護装置は、三相モータの各相から引き出される3つの中性点用リード線のうち、2つの中性点用リード線をそれぞれタブ端子および電流遮断部(例えば、バイメタル式接点部)を介し、他の中性点用リード線をタブ端子を介して三相モータの三相中性点に接続して構成することができる。この場合、各中性点用リード線を少なくとも2本のリード線から形成するのが望ましい。すなわち、中性点用リード線を接続するタブ端子を2ピン化することにより、タブ端子の抵抗値が低下するから、モータ保護装置自体の発熱を抑えることができる。 Further, when the motor is a three-phase motor, the motor protection device uses two neutral point lead wires drawn out from each phase of the three-phase motor as tab terminals and currents, respectively. Another neutral point lead wire can be connected to the three-phase neutral point of the three-phase motor via a tab terminal via a blocking portion (for example, a bimetal contact portion). In this case, it is desirable to form each neutral point lead wire from at least two lead wires. That is, by making the tab terminal to which the neutral point lead wire is connected into two pins, the resistance value of the tab terminal is lowered, so that the heat generation of the motor protection device itself can be suppressed.
また、モータ保護装置の各タブ端子のうち隣り合うタブ端子が、中性点用リード線の接続方向を互いに逆向きにして中性点リード線を接続することにより、各タブ端子の充電露出部と中性点用リード線の絶縁距離を確保でき、三相間の短絡を未然に防止できる。また、中性点用リード線と、モータ主電源用リード線を通すリード線用の穴をフレームの排気口とは別にフレームに形成することが望ましい。 In addition, adjacent tab terminals of the tab terminals of the motor protection device connect the neutral point lead wires with the connection directions of the neutral point lead wires being opposite to each other, so that the charge exposed portion of each tab terminal is exposed. And the insulation distance of the lead wire for the neutral point can be secured, and the short circuit between the three phases can be prevented beforehand. Further, it is desirable to form a hole for the lead wire for passing the neutral point lead wire and the motor main power supply lead wire in the frame separately from the exhaust port of the frame.
本発明によれば、モータを適切に保護しつつ、スクロール圧縮機の性能を十分に発揮させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the performance of a scroll compressor can fully be exhibited, protecting a motor appropriately.
本発明を適用したスクロール圧縮機の一実施形態について図1ないし図15を参照して説明する。図1は、本発明を適用した横形構造の注油式密閉形スクロール圧縮機の縦断面図であり、本発明の特徴に係るモータ保護装置の温度センサの配設位置を示している。 An embodiment of a scroll compressor to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a horizontal lubrication type hermetic scroll compressor to which the present invention is applied, and shows the position of the temperature sensor of the motor protection device according to the feature of the present invention.
図1に示すように、例えば半導体製造装置のクライオポンプ装置に使用される密閉形スクロール圧縮機1は、横向きに載置される筒状のケーシング11と、ケーシング11の両側に取り付けられた湾曲状のSキャップ12a、12bを有する密閉容器10を備えている。このような密閉容器10に、鏡板13の渦巻き状のラップ14が立設された固定スクロール16と、固定スクロール16に対向して旋回可能に設けられ、固定スクロール16のラップ14との間に複数の圧縮室(密閉空間)18を形成する渦巻状のラップ20が鏡板21に立設された旋回スクロール22と、旋回スクロール22をモータ軸26に連結したクランク24を介して旋回させる三相モータ27と、三相モータ27を包囲する筒状のフレーム28とが収納されている。
As shown in FIG. 1, for example, a
そして、固定スクロール16に吸入口17が穿設されている。吸入口17に吸入ノズル30が連通されている。吸入ノズル30は、吸入管32に連設されており、Sキャップ12aを貫通して密閉容器10から引き出されている。なお、吸入ノズル30と固定スクロール16の接触部分に、高圧部と低圧部をシールするOリング34が取り付けられている。また、固定スクロール16に吐出口36が穿設されている。吐出口36は、密閉容器10内に開口して形成される。密閉容器10の頂部の器壁に吐出ノズル38が連通されている。そして、吐出口36が連通する空間40と吐出ノズル38が連通する空間42がフレーム28により仕切られて形成されている。フレーム28は、密閉容器10の内面に支持される胴部28aと、胴部28aの空間42に連通する側の端部を閉塞するサイドカバー28bを有して構成されている。サイドカバー28bに、吐出口36から排出されたガスが三相モータ27を通った後に空間42に排出される排気口44が形成されている。
A
ここで、本実施の形態の特徴構成について説明する。排気口44の近傍にモータ保護装置としてのモータプロテクタ74が配設されている。例えば、図1に示すように、排気口44からガスの流れ方向に延在する風洞としてのガス案内通路76が形成されている。ガス案内通路76は、排気口44から排出されるガスを空間42に案内するものである。ガス案内通路76内にモータプロテクタ74が位置して配設されている。モータプロテクタ74は、ガス案内通路76のホルダー77により保持されている。このようなモータプロテクタ74は、三相モータ27を保護するため、三相モータ27の温度が設定値以上のときに三相モータ27を停止させるものである。本実施形態では、モータプロテクタ74として、温度センサとして作用するバイメタルを過電流の遮断部として内蔵させたセンサ一体型のモータ保護装置を用いている。ただし、モータプロテクタ74に温度センサを内蔵させた一体型のものに限らず、モータプロテクタ74と温度センサを別に配設することもできる。要するに、温度センサを排気口44から排出されるガス流に曝すことができれば、いずれの形態のものでもよい。なお、モータプロテクタ74は、スクロール圧縮機1の起動電流が例えば250A〜350Aクラスとなる最大許容電流を有している。
Here, the characteristic configuration of the present embodiment will be described. A
本実施形態のスクロール圧縮機1の構成を更に詳細に説明する。図2は、固定スクロール16の平面図である。図3は、固定スクロール16の縦断面図である。図2及び図3に示すように、固定スクロール16は、円板状の鏡板13と、鏡板13に立設された渦巻き状のラップ14と、鏡板13の外周側に位置し、ラップ14を囲むように筒状に形成された支持部15を有して構成されている。ラップ14が立設された鏡板13の表面は、歯底13aとなっている。また、ラップ14は、インボリュート曲線あるいはインボリュート曲線に近似の曲線に形成されている。鏡板13の中心に、厚み方向に貫通する吐出口36が形成されている。鏡板13の外周側、かつ支持部15よりも軸心側に吸入口17、29が形成されている。また、鏡板13に油吸引口としての油注入用ポート46が穿設されている。このような固定スクロール16は、支持部15でボルト等によりフレーム28に固定される。固定スクロール16と一体となったフレーム28は、溶接等の固定手段によりケーシング11に固定されている。
The structure of the
図4は、旋回スクロール22の平面図である。図5は、旋回スクロール22の縦断面図である。図4及び図5に示すように、旋回スクロール22は、円板状の鏡板21と、鏡板21の表面である歯底21aから立設された渦巻状のラップ20と、鏡板21の背面中央に設けられたボス部50を有して構成されている。このような旋回スクロール22は、図1に示すように、ラップ20が固定スクロール16のラップ14に周方向に所定角度だけずらして重ね合わせられている。そして、旋回スクロール22を固定スクロール16に対して自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させるための機構として例えばオルダムリングおよびオルダムキーからなるオルダム機構56が取り付けられている。取り付けられたオルダム機構56により旋回スクロール22が支承されている。また、固定スクロール16のラップ14と旋回スクロール22のラップ20の間に、中央部に移動するに従い連続的に容積が縮小される三日月状の複数の圧縮室18が形成される。また、鏡板21の外周側の背面とフレーム28との間に空間(以下、背圧室という。)49が形成されている。背圧室49は、鏡板21に穿設された細孔53a、53bを介し、吸入圧力と吐出圧力の中間圧力Pbが導入される空間である。導入された中間圧力Pbにより、旋回スクロール22を固定スクロール16に押し付ける軸方向の付与力が与えられる。
FIG. 4 is a plan view of the orbiting
また、図1に示すように、電動機部25は、三相モータ27、電動機ステータ31a、31b、ステータエンドコイル33a、33bを有して構成されている。三相モータ27は、例えば5.5kW〜9kWの出力を有するものである。三相モータ27のモータ軸26は、フレーム28に回転自在に設けられ、固定スクロール16の軸線と同軸になっている。モータ軸26の先端にクランク24が連設されている。また、クランク24の旋回スクロール22側の先端に偏心軸54が連設されている。偏心軸54は、旋回軸受70を介しボス部50に旋回運動可能に挿入されている。偏心軸54を介して旋回スクロール22は、軸線が固定スクロール16の軸線に対して所定距離だけ偏心した状態に取り付けられる。また、電動機ステータ31a、31bが三相モータ27を取り囲んで配設されている。電動機ステータ31a、31bにモータコイルエンド33a、33bが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
フレーム28は、胴部28aの中心位置に軸受部51が形成されている。軸受部51に円筒ころがり軸受である主軸受52が取り付けられている。主軸受52にクランク24が支承されるようになっている。サイドカバー28bは、穴23を介してボルト等で胴部28aに取り付けられている。また、サイドカバー28bの中心位置に副軸受65が形成されている。副軸受65に、モータ軸26が挿入されている。また、副軸受65に油吸い上げ管67が連通している。油吸い上げ管67の他端は、密閉容器10の底部付近で開口している。なお、サイドカバー28bと電動機部25の間に空間35が形成されている。
The
固定スクロール16の吸入口17に、吸入ノズル30が連通されている。吸入口17は、複数の圧縮室18を介して吐出口36に連通している。吐出口36に方向変更手段38が配設されている。方向変更手段38は、ノズルなどを有して構成されている。そのノズルは、吐出ガスを上方向に向かわせるために、吐出口が固定スクロール16と密閉容器10の間に形成された吐出空間59の上側に向けて開口している。吐出空間59は、フレーム28の上側と密閉容器10の間に形成される隙間通路58、60を介して空間40に連通している。空間40は、隙間61aおよび隙間61bを介して排気口44に連通している。隙間61aは、電動機ステータ31aとフレーム28上側の間に形成されている。隙間61bは、電動機ステータ31aと三相モータ27との間に形成されている。排気口44は、サイドカバー28bと密閉容器10との間の空間42を介して、吐出ノズル38に連通している。なお、フレーム28の下側に油通流孔55が形成されている。吐出空間59で落下する油が密閉容器10の底部に溜まり、溜まった油が、油通流孔55を介して電動機ステータ31bとフレーム28下側との間に形成された油室57に移動する。
A
密閉容器10のSキャップ12aに貫通して油インジェクションノズル48が配設されている。油インジェクションノズル48は、固定スクロール16の油注入用ポート46に連結し、連結される開口が旋回スクロール22のラップ20の歯先面に対向している。
An
また、Sキャップ12bの外表にハーメチック端子72を介して電源57が配設されている。電源57の下側に油取出管68が配設されている。油取出管68は、Sキャップ12bを貫通し、密閉容器10内で下向きに屈曲して形成されている。油取出管68の下側に、油面計66が設けられている。油面計66は、運転中に密閉容器10の底部に溜まる油の液面レベルを管理するものである。
Further, a
なお、吸入ノズル30に逆止弁64が配設されている。逆止弁64は、スクロール圧縮機1が停止したときに、モータ軸26の逆転や、密閉容器10内の潤滑油の低圧側への流出を防止するものである。
A
このように構成されるスクロール圧縮機1の動作について説明する。まず、三相モータ27によりモータ軸26を回転する。モータ軸26の回転は、クランク24と偏心軸54を介して旋回スクロール22に伝えられる。これにより、旋回スクロール22は、固定スクロール16の軸線を中心に旋回運動する。旋回スクロール22の旋回運動によって、圧縮室18は中央に連続的移動する。その移動に従って圧縮室18の容積が連続的に縮小する。これによって、吸入ノズル30から吸入口17を介して圧縮室18に吸入された作動ガス(例えば、ヘリウムガス)は、各圧縮室18内で順次圧縮される。このとき、油インジェクションノズル48から油注入用ポート46を介して圧縮室18に潤滑油が注入される。注入された潤滑油は、圧縮室18でヘリウムガスと混合した後、混合したヘリウムガスと共に吐出口36、方向変更手段38を介して吐出空間59に吐出される。吐出されたヘリウムガスは、隙間流路58、60、空間40、隙間61a、61b、排気口44、空間42を介して吐出ノズル38から吐出される。
The operation of the
一方、吐出空間59のヘリウムガスに含まれる潤滑油の一部は、吐出空間59、あるいは吐出ノズル38までの通流過程でヘリウムガスから分離する。分離した潤滑油は、密閉容器10の底に落下して貯留する。貯留した潤滑油の周囲圧力は吐出圧力に保持されている。背圧室49の中間圧力Pbは吐出圧よりも低いため、貯留した潤滑油のうち一部の潤滑油は、油吸い上げ管67を介して吸い上げられる。吸い上げられた潤滑油は、モータ軸26とクランク24と偏心軸54を貫通して形成された貫通穴63を通って背圧室49に向けて通流する。通流する潤滑油は、通流過程で主軸受52や旋回軸受70に給油される。給油された潤滑油により、モータ軸26とクランク24と偏心軸54が潤滑される。主軸受52や旋回軸受70から排出される潤滑油は、背圧室49から旋回スクロール22の細孔53a、53bを介し、圧縮室18に注入される。注入された潤滑油は、圧縮中のヘリウムガスに混合された後、吐出口36から吐出空間59に吐出される。また、貯留する潤滑油の一部は、油面計66が設定値を検出したときに油取出管68を介して器外に取出される。なお、油取出管58から取出された潤滑油は、冷却された後に油インジェクションノゾル48に戻される。
On the other hand, a part of the lubricating oil contained in the helium gas in the
本実施形態のモータプロテクタ74及びその周辺構造について図6乃至図12を参照して説明する。図6は、図1のA−A矢視図にて、サイドカバー28bの排気口44の開口に対応させてモータプロテクタ74を配設した図である。図7は、図6のモータプロテクタ74を取り外した状態の図である。図6及び図7に示すように、モータプロテクタ74は、ボルト82、85を介しホルダー77に保持されることにより、排気口44の開口に臨ませて配設されている。モータプロテクタ74に、電動機ステータ31a内の三相中性点3k(図12)に接続するモータプロテクタ端子90a、90b、90cが配設されている。
The
また、サイドカバー28bに、リード線用穴84が排気口44とは別に形成されている。リード線用穴84に、モータコイルエンド33aから引き出された中性点用のリード線80と、モータ主電源用のリード線86が通される。リード線80は、各相に対応するモータコイルエンド33aから引き出されるリード線80a、80b、80cを有している。各リード線80a、80b、80cは、それぞれ2本のリード線から形成されており、被覆カバー83で束ねられている。電源用リード線86は、リード線86a、86b、86cを有している。各リード線86a、86b、86cは、被覆カバー87で束ねられている。
A
リード線80a、80b、80cは、接続ターミナルを介してモータプロテクタ端子90a、90b、90cに接続されている。例えば、図7に示すように、リード線80aは、2本のリード線を接続ターミナル78a−1、78a−2を介してモータプロテクタ端子90aの各タブ端子にそれぞれ接続されている。同様に、リード線80bは、接続ターミナル78b−1、78b−2を介してモータプロテクタ端子90bの各タブ端子にそれぞれ接続されている。リード線80cは、接続ターミナル78c−1、78c−2を介してモータプロテクタ端子90cの各タブ端子にそれぞれ接続されている。なお、モータプロテクタ端子90a、90b、90cの各タブ端子は、それぞれ2ピン化して形成されている。
The
図8は、モータプロテクタ74の平面図である。図9は、モータプロテクタ74の側面図である。図8及び図9に示すように、モータプロテクタ端子90a、90bは、モータプロテクタ74の外周側に位置して配設されている。一方、モータプロテクタ端子90cは、モータプロテクタ端子90aと90bの間に位置するように配設されている。なお、モータプロテクタ端子90a、90b、90cを同一直線上に並べて配設してもよいが、図8に示す千鳥状に配設してもよい。
FIG. 8 is a plan view of the
図8に示すように、モータプロテクタ端子90aのリード線つなぎ方向は、モータプロテクタ端子90bのリード線つなぎ方向とほぼ同じである。一方、モータプロテクタ端子90cのリード線つなぎ方向は、モータプロテクタ端子90a、90bのつなぎ方向に対し、例えば180度反対方向に向くようにされている。したがって、リード線80a、80bの延在方向は、リード線80cの延在方向と逆向きになっている。要するに、図8の接続形態に限らず、モータプロテクタ端子90a、90b、90cと各リード線80a、80b、80cとの絶縁距離が確保されるように接続すればよい。
As shown in FIG. 8, the lead wire connecting direction of the
図10は、電動機ステータ31aの外観図である。電動機ステータ31aのモータコイルエンド33aに引出し口92、94が形成されている。引出し口92から、電動機ステータ31aの各相に対応したリード線80a、80b、80cが引き出される。引出し口94から、電動機ステータ31aに接続するリード線86が引き出される。なお、リード線80cは、リード線80a、80bの線長よりも長いものが使用される。また、リード線86を構成する各リード線86a、86b、86cは、各先端に接続ターミナルが付属されている。
FIG. 10 is an external view of the
図11は、電動機ステータ31aの側面図であり、モータコイルエンド33aの引出し口92と引出し口94の位置関係を示す図である。引出し口92は、引出し口94よりもモータ軸周りに例えば10度ずれた位置に近接して形成される。そして、引出し口92、94に対応させて、サイドカバー28にリード線用穴84が形成される(図6、図7)。引出し口92から引き出されるリード線80と、引出し口94から引き出されるリード線86は、リード線用穴84に通される。つまり、リード線用穴84は、それぞれ2本のリード線からなるリード線80a、80b、80cと、1本のリード線からなるリード線86a、86b、86cの合計9本のリード線が通される。
FIG. 11 is a side view of the
図12は、モータ回路図である。図12に示すように、モータプロテクタ74は、3相モータ27の各相に対応するモータコイルエンド33aのスター結線の三相中性点3kを有している。モータプロテクタ74にモータプロテクタ端子90a、90b、90cが配設されている。ここで、モータプロテクタ端子90cと三相中性点3kの間に接点部98が設けられている。同様に、モータプロテクタ端子90aと三相中性点3kの間に接点部99が設けられている。つまり、モータプロテクタ74に接続する3相のモータコイルエンド33aのうち、2相に対応するモータコイルエンド33aは、接点部98、99を介して中性点3kに接続される。なお、接点部98、99は、バイメタル式の電流遮断部であり、雰囲気温度が所定値以上になったとき接点が開かれ、雰囲気温度が所定値に戻ったとき接点が閉じられる自動復帰式のものである。
FIG. 12 is a motor circuit diagram. As shown in FIG. 12, the
このようなモータプロテクタ74は、雰囲気温度が所定値よりも小さいときに接点部98、99が閉じるため、三相モータ27に電源57からのモータ電流を供給する。一方、雰囲気温度が所定以上になったときに接点部98、99が開くため、三相モータ27にモータ電流が供給されなくなる。例えば、モータ電流の異常増加とガス温度の異常増加により三相モータ27の温度が所定値以上になったとき、三相モータ27を通るガス流の温度により接点部98、99が開かれる。これによって、異常時にはモータ回路が遮断(ダイレクトカット)されるから、モータコイルエンド33aにモータ電流が流れず、三相モータ27が停止される。そして、三相モータ27の温度が所定値よりも小さくなったとき、三相モータ27を通るガス流の温度により接点部98、99が閉じられる。これによって、モータコイルエンド33aにモータ電流が供給される。
Such a
本実施形態によれば、吐出口36から吐出ノズル38を介して排出されるガスは電動機部25(例えば、三相モータ27、電動機ステータ31a、モータコイルエンド33a)の表面を通過することから、排気口44から排気されるガスの温度は、電動機部25の温度に相関することになる。したがって、排気口44から排気されるガスの流れにモータプロテクタ74を曝すことにより、電動機部25の実際の温度に基づいて電動機部25を停止させることができる。その結果、電動機部25の温度が設定値に達する前に電動機部25が停止されず、スクロール圧縮機1の性能を十分に発揮させることができる。
According to the present embodiment, the gas discharged from the
また、本実施形態によれば、バイメタル式構造の接点部98、99にモータ電流を流すために接点部98、99自体に熱が生じるが、接点部98、99で生じた熱は、排気口44から排気されるガス流により冷却されるため、その発熱による影響を低減できる。したがって、電動機部25の温度が設定値に達する前に電動機部25が停止されるという誤動作を回避でき、スクロール圧縮機1の性能を十分に発揮させることができる。また、ガス流による冷却効果により接点部98、99の作動回数が減ることから、モータプロテクタ74の製品寿命を長くすることができる。その結果、スクロール圧縮機1の長寿命化および信頼性を大幅に向上させることができる。
In addition, according to the present embodiment, heat is generated in the
また、本実施形態によれば、従来機のスクロール圧縮機では排気口44から排出されるガスの主流速度は例えば0.3m/秒程度であったが、排気口44に形成したガス案内通路76にガスが導かれることから、排気口44から排出されるガスの主流速度が例えば1〜3m/秒程度と従来よりも大きくすることができる。したがって、ガス流によるモータプロテクタ74の冷却効果を向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, the mainstream speed of the gas discharged from the
また、本実施形態の1つによれば、油インジェクションノズル48から注入される潤滑油は、電動機部25の潤滑油として作用するほか、ミスト状にガスと混合するから、ガス温度を低減させる。そして、潤滑油とガスの混合体の流れにモータプロテクタ74に曝されているから、モータプロテクタ74の接点部98、99の冷却が促進される。その結果、電動機部25の温度が設定値に達する前に電動機部25が停止されるという誤動作を回避し、モータプロテクタ74の作動電流を高くすることができるから、スクロール圧縮機1の性能を十分に発揮させることができる。
Further, according to one of the present embodiments, the lubricating oil injected from the
特に、作動ガスとしてヘリウムガスを使用したヘリウム用スクロール圧縮機の場合には、ガス及び潤滑油の混合体は比較的低温であるため、混合体の流れにモータプロテクタ74を曝すことにより、モータプロテクタ74の接点部98、99の周囲のガス雰囲気温度を一層低減することができる。したがって、例えばフロン冷媒R22仕様の冷凍空調用スクロール圧縮機と比較すると、容量および馬力などの機能性を同等とした場合、モータプロテクタ74を小型化および軽量化できることになり、所要コストを低減できる。
In particular, in the case of a scroll compressor for helium that uses helium gas as the working gas, the mixture of gas and lubricating oil is relatively low temperature. Therefore, by exposing the
また、本実施形態によれば、図6及び図7に示すように、中性点用のリード線80a、80b、80cは、それぞれ2本のリード線から形成すると共に、そのリード線80a、80b、80cが接続されるモータプロテクタ端子90a、90b、90cの各タブ端子が2ピン化されている。これにより、各タブ端子の抵抗値を小さくできるから、モータプロテクタ74自体の発熱を抑えることができる。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the neutral
また、本実施形態によれば、図8に示すように、モータプロテクタ端子90a、90b、90cの充電露出部と各リード線80a、80b、80cの被覆カバー83との絶縁距離が確保されている。したがって、スクロール圧縮機1の起動電流が、例えば250A〜350Aクラスとなるプロテクタ最大許容電流を備えたモータプロテクタ74において、起動瞬時の大電流通電時に各リード線80a、80b、80cが例えば数ミリ程度動いたときでも、モータプロテクタ端子90a、90b、90cの充電露出部と各リード線80a、80b、80cの被覆カバー83が接触することを防止できる。その結果、各被覆カバー83の焼損が回避されるから、三相間の短絡を未然に防止することができる。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the insulation distance between the charge exposed portions of the
また、本実施形態によれば、図11に示すように、引出し口92と引出し口94を近傍に形成すると共に、引出し口92、94に対応させたリード線用穴84がサイドカバー28bに排気口44とは別に設けられる。したがって、中性点用のリード線80a、80b、80cと、モータ主電源用のリード線86がサイドカバー28bに擦れる現象や無理に曲げられることを抑制できる。その結果、各リード線80a、80b、80c、リード線86の被覆カバー87が剥がれることを防止できたり、リード線配線構造を簡素にできたりする。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the lead-out
また、本実施形態によれば、方向変更手段38の吐出口が上方向、つまり隙間通路58側の方向に向けられていることから、吐出された潤滑油が、隙間通路58側に導かれ易くなる。したがって、導かれた潤滑油により電動機部25およびモータプロテクタ74の冷却が助長される。
Further, according to the present embodiment, since the discharge port of the direction changing means 38 is directed upward, that is, toward the
図13及び図14を参照して本実施形態のスクロール圧縮機1における本発明の効果の一例を説明する。図13は、横軸にモータプロテクタ74を通過する動作電流(A)、縦軸にモータプロテクタ74の雰囲気温度(℃)を示すモータプロテクタ74を示す特性図である。また、図13の線図93は、モータプロテクタを密閉容器の内壁に固定する従来のスクロール圧縮機の特性を示している。線図95は、空調用スクロール圧縮機に本発明を適用した場合の特性図、線図97は、ヘリウム用スクロール圧縮機に本発明を適用した場合の特性図である。
An example of the effect of the present invention in the
図13に示すように、雰囲気温度が温度Tpであるときに着目すると、従来機での動作電流は電流K1(A)である。これに対し、本発明を適用した空調用スクロール圧縮機では電流K2(A)であり、ヘリウム用スクロール圧縮機では電流K3(A)である。ここで、電流K3は電流K2よりも大きく、電流K2は電流K3よりも大きい。 As shown in FIG. 13, when attention is paid when the ambient temperature is the temperature Tp, the operating current in the conventional machine is the current K1 (A). On the other hand, in the scroll compressor for air conditioning to which the present invention is applied, the current is K2 (A), and in the scroll compressor for helium, the current is K3 (A). Here, the current K3 is larger than the current K2, and the current K2 is larger than the current K3.
図13からわかるように、モータプロテクタ74を最適な位置に配置することにより、圧縮機の過負荷条件を大きくできることがわかる。したがって、例えばスクロール圧縮機1の吐出圧力を従来機よりも高く確保することができるようになるから、スクロール圧縮機1の運転範囲をより広く柔軟に設定することができる。特に、ヘリウム用スクロール圧縮機の場合、潤滑油による冷却作用とガス流の速度が比較的大きいことから、モータプロテクタ74を通過する電流をより大きくすることができ、スクロール圧縮機1の性能を十分に発揮させることが可能になる。
As can be seen from FIG. 13, it is understood that the compressor overload condition can be increased by arranging the
図14は、横軸にモータプロテクタ74の雰囲気温度(℃)、縦軸にモータプロテクタ74の耐久性(寿命)を示す特性図である。モータプロテクタ74の雰囲気温度を冷却することにより、過電流が流れたときに接点部(例えば、図12の接点部98、99)が昇温することを抑制できる。したがって、例えば、モータプロテクタ74の接点部としてバイメタル式構造のものを用いた場合、接点部のオンオフ回数が減少する。その結果、接点部の製品寿命が長くなるから、図14に示すように、モータプロテクタ74としての耐久性(寿命)を向上させることができる。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the ambient temperature (° C.) of the
図15を参照して本発明のヘリウム用密封形のスクロール圧縮機1の一実施例を示す外観図および注油系統図ならびにヘリウム冷凍装置の実施例である。図15に示すように、密閉容器10に吸入管32を介してヘリウムガスが圧縮室18に吸引される。吸引されたヘリウムガスは、圧縮室18で圧縮された後、吐出ノズル38から吐出される。吐出されたヘリウムガスは、油分離器102によりヘリウムガスに含まれる潤滑油と分離された後、ガス冷却器50で冷却されて液化する。液化したヘリウムガスは、ヘリウム冷凍機106で減圧された後に熱負荷から熱を奪って蒸発する。これによって、熱負荷が冷却される。蒸発したヘリウムガスは、配管108を介して吸入管32に再び戻される。なお、油分離機102により分離された潤滑油は、配管110を介して配管108内のヘリウムガスと共に吸入管32に戻される。
FIG. 15 is an external view showing an embodiment of a sealed
一方、密閉容器10の底部に溜められた潤滑油は、密閉容器10内の圧力(吐出圧力Pd)と圧縮室18の圧力(吐出圧力Pd以下の圧力)との差圧によって油取出管68から取出される。取出された潤滑油は、外部油配管112を介して油ストレーナ114および油冷却器116に順に導かれる。導かれた潤滑油は、油冷却器116により冷却された後、油流量調整弁120が配設された油インジェクション管118に供給される。供給された潤滑油は、油インジェクション管108を介して油インジェクションノズル48から圧縮室18に注入される。注入された潤滑油は、ヘリウムガスと共に圧縮された後、吐出口36から吐出空間59に吐出される。吐出されたヘリウムガスから潤滑油が分離し、分離した潤滑油が密閉容器10の底部に溜まるようになっている。
On the other hand, the lubricating oil stored at the bottom of the sealed
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、作動ガスとしてヘリウムガスを用いた半導体製造装置のクライオポンプ装置用スクロール圧縮機を説明したが、作動ガスとしてフロン系ガスを用いた空調用スクロール圧縮機などの様々な形態のものに適用することができる。 Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to this. For example, the scroll compressor for a cryopump apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus using helium gas as the working gas has been described. However, the invention is applicable to various forms such as an air conditioning scroll compressor using a chlorofluorocarbon gas as the working gas. be able to.
また、モータプロテクタに温度センサを内蔵した一体型のインターナルサーモを用いた例を説明したが、モータプロテクタと温度センサを別に配設する形態でも本発明を適用することができる。要するに、モータ温度に相関したガスの流れに温度センサを配置すればよい。また、本実施形態では、三相モータを用いた例を説明したが、様々な形態のモータを用いることができる。 Moreover, although the example using the integrated internal thermo which incorporated the temperature sensor in the motor protector was demonstrated, this invention is applicable also to the form which arrange | positions a motor protector and a temperature sensor separately. In short, a temperature sensor may be arranged in the gas flow correlated with the motor temperature. In this embodiment, an example using a three-phase motor has been described, but various forms of motors can be used.
1 スクロール圧縮機
10 密閉容器
16 固定スクロール
18 圧縮室
22 旋回スクロール
24 クランク
25 電動機部
27 三相モータ
28 フレーム
28b サイドカバー
30 吸入ノズル
36 吐出口
38 吐出ノズル
44 排気口
46 油注入用ポート
48 油インジェクションノズル
57 電源
74 モータプロテクタ
76 ガス案内通路
80 中性点用のリード線
86 モータ主電源用のリード線
90a モータプロテクタ端子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記モータの温度が設定値以上のときに前記モータを停止させるモータ保護装置の温度センサを前記フレームの排気口の近傍に配設してなることを特徴とするスクロール圧縮機。 A fixed scroll in which a spiral wrap is erected on the end plate, and a spiral wrap which is provided so as to be pivotable facing the fixed scroll and forms a plurality of compression chambers between the fixed scroll wrap. A revolving scroll provided, a motor for revolving the revolving scroll via a crank, and a cylindrical frame surrounding the motor are housed in a sealed container and communicated with a suction port formed in the fixed scroll. The suction nozzle is pulled out from the sealed container, a discharge port formed in the fixed scroll is opened in the sealed container, and a discharge nozzle is provided in communication with the sealed container. A space in which a discharge port is opened and a space in which the discharge nozzle is communicated are formed, and the gas discharged from the discharge port passes through the motor and the frame. In a scroll compressor the discharge nozzle from the opened exhaust port is so as to be discharged in a space communicated,
A scroll compressor characterized in that a temperature sensor of a motor protection device for stopping the motor when the temperature of the motor is equal to or higher than a set value is provided in the vicinity of the exhaust port of the frame.
6. The scroll compressor according to claim 5, wherein each neutral point lead wire includes at least two lead wires.
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