JP2006009777A - 密閉形スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉形スクロール圧縮機において、簡単な構造で、モータプロテクタの長寿命化を図ると共に、モータの保護を確実に行ない、信頼性の向上を図ること。
【解決手段】本発明の密閉形スクロール圧縮機は、密閉容器１内にスクロール圧縮機部と電動機部３とを収納し、スクロール圧縮機部の圧縮室８を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、吐出口１０より容器室内に吐出し、この吐出された作動ガスを吐出管２０を介して器外に吐出するように構成されている。この密閉形スクロール圧縮機は、モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタ９１を備え、モータプロテクタ９１を作動ガスの主流となるガス流路部の下流側の位置にあるモータコイルエンド部３ｃに取付けると共に、モータプロテクタ９１を吐出管２０付近に設置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉形スクロール圧縮機に係り、特に、作動ガスとしてヘリウムガスを用いる超高真空分野のクライオポンプ装置用ヘリウム圧縮機等に使用される密閉形スクロール圧縮機に好適なものである。

従来の密閉形スクロール圧縮機では、図２９及び図３０に示すように、圧縮ガスの流れの停滞している部分に、モータプロテクタ９１をモータコイルエンド部３ｅの表面に縛り紐にて固定していた（従来技術１）。この従来技術１のモータプロテクタ９１は、厚さが０．２ｍｍ前後の比較的硬質系の絶縁紙から形成された絶縁部材１１０にて密封状態にされ、モータコイルエンド部の外表面に縛り紐１８６にて固定されていた。この絶縁部材１１０は、縛り紐１８６による固定のために、両側をモータプロテクタ９１より長くした円筒状の硬質系の絶縁紙で構成され、その両側と中央部とを縛り紐１８６にてモータコイルエンド部に固定されている。

そして、密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタに関する特許文献としては、特開平７−１８９９５４号公報（特許文献１）、特開２００１−３０４１４７号公報（特許文献２）に示されたものがある。

上記特許文献１の密閉形スクロール圧縮機では、冷媒ガスが吸入された空間内にモータが配置され、ガスの吸入管の開口近傍で且つ圧力逃し弁の低圧側出口近傍に位置して、モータのエンドコイル部にモータプロテクタを配設している（従来技術２）。

また、上記特許文献２の密閉形スクロール圧縮機では、密閉容器内が通常より高い温度となった場合に、モータに設けられた温度、電流を検知できるモータプロテクタの温度検知により、圧縮機が渦巻破損、軸受焼付を起こす前に停止するようになっている（従来技術３）。

特開平７−１８９９５４号公報 特開２００１−３０４１４７号公報

上述した従来技術１では、モータプロテクタが圧縮ガスの流れの停滞している部分に配置されているため、作動ガス流による冷却効果が十分に得られなかった。このため、モータプロテクタ周囲温度が高くなり、モータプロテクタ自身の寿命が短くなるといった問題があった。

また、従来技術１では、モータプロテクタ９１が絶縁部材１１０により密閉されているため、モータプロテクタ９１の発熱を絶縁部材１１０の外部に放熱し難くなり、モータプロテクタ９１の全体が温度上昇することになる。しかも、絶縁部材１１０が断熱作用をなすため、その周囲を流れる冷媒ガス流によるモータプロテクタ９１への冷却作用が十分に得られない事になり、より一層モータプロテクタ９１の温度上昇が大きくなる。このため、モータプロテクタ９１自身の寿命が短くなると共に、モータプロテクタ９１の作動電流となる最大連続電流値が低下する。最大連続電流値が低下すると、圧縮機の運転範囲がせばまり、使い勝手性が低下することになる。特に、ヘリウム用途のスクロール圧縮機においては、循環するヘリウムガス量が同一容量、同一行程容積となる空調用途の圧縮機に対して１／２０位まで小さくなるため、絶縁部材１１０でモータプロテクタ９１を密閉してしまうと、ヘリウムガスによるモータプロテクタ９１への冷却効果が殆ど期待できなくなり、モータプロテクタ９１自身の寿命低下と、モータプロテクタ９１の最大連続電流値が低下とが特に大きくなり、モータプロテクタ９１の性能・機能が大幅に低下する。

また、従来技術１では、密封状態の硬質系の絶縁部材１１０を縛り紐１８６で固定しているため、図２９及び図３０に示すように、比較的硬質の絶縁部材１１０の両側上部に突起部１１０ａが生じてしまう。また、コイルエンド部３ｅの周方向にもコイルエンド外側寸法（Ｄｋ寸法）より絶縁部材１１０の一部がはみ出す突起部１１０ｂが生じてしまう。このため、モータコイルエンド部３ｅとモータプロテクタ９１との組立て作業時の成形寸法にばらつきが発生し、ひいては、寸法不良に至り、または成形作業性が悪くなり、量産時の生産性が劣るという問題がある。

また、従来技術２のスクロール圧縮機は、吸入された低圧の冷媒ガスの空間内にモータが配置されたものであり、密閉容器内に吐出された圧縮ガスの流路にモータが配置されたものについては開示されていない。

また、従来技術３のスクロール圧縮機は、モータプロテクタの作動ガス流に対する具体的な設置位置に関しては開示されていなかった。

本発明の目的は、簡単な構造で、モータプロテクタの長寿命化が図れると共にモータの保護が確実に行なえて信頼性の高い密閉形スクロール圧縮機を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出する密閉形スクロール圧縮機において、モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、前記モータプロテクタを作動ガスの主流となるガス流路部の下流側の位置にあるモータコイルエンド部に取付けると共に、前記モータプロテクタを前記吐出管付近に設置したことである。

本発明の第２の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続し、モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、前記吐出口から吐出されるミスト状油と作動ガスとの混合作動ガスの流れの下流側となるモータコイルエンド部に前記モータプロテクタを設置すると共に、前記モータプロテクタを前記吐出管付近に設置したことである。

係る本発明の第１及び第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）モータステータ外周面と前記密閉容器の内壁面との間に前記吐出口から吐出される作動ガスを流すガス流路部を形成し、前記ガス流路部から前記吐出管に至る作動ガスの流れに接するモータコイルエンド部に前記モータプロテクタを設置したこと。
（２）前記吐出管を容器内部のフレーム付近まで延長して形成すると共に、前記吐出管のガス流入口付近に前記モータプロテクタを設置したこと。
（３）前記モータコイルエンド部に凹部を設け、この凹部に前記モータプロテクタを密着して配置したこと。

本発明の第３の態様は、密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、前記モータプロテクタをモータコイルエンド部に絶縁部材を介して縛り紐にて取付け、前記密閉容器との間に所定の絶縁距離を確保して前記モータプロテクタの一部が作動ガス域に露出するように前記絶縁部材に開口部を設けたことである。

本発明の第４の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続し、モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、前記吐出口から吐出されるミスト状油と作動ガスとの混合作動ガスの流れの下流側となるモータコイルエンド部に絶縁部材を介して縛り紐にて取付け、前記密閉容器との間に所定の絶縁距離を確保して前記モータプロテクタの一部がミスト状油と作動ガスとの混合作動ガス域に露出するように前記絶縁部材に開口部を設けたことである。

係る本発明の第３及び第４の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記絶縁部材を上面を開口した薄膜状絶縁部材で構成し、前記モータプロテクタを前記薄膜状絶縁部材に載置して上部を作動ガス域に露出したこと。
（２）前記絶縁部材を両側が開口された筒状絶縁部材で構成し、前記モータプロテクタを前記筒状絶縁部材内に収納して両側部分を作動ガス域に露出したこと。
（３）モータステータ外周面と前記密閉容器の内壁面との間に前記吐出口から吐出される作動ガスを流すガス流路を形成し、前記ガス流路から吐出管に至る作動ガスの流れに露出するように前記モータプロテクタを設置したこと。

本発明によれば、簡単な構造で、モータプロテクタの長寿命化が図れると共にモータの保護が確実に行なえて信頼性の高い密閉形スクロール圧縮機を得ることができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、それぞれの実施例を必要に応じて適宜に組み合わせることにより、より効果的なものとすることができる。

まず、本発明の第１実施例の密閉形スクロール圧縮機を図１から図１１を用いて説明する。

本発明の第１実施例の密閉形スクロール圧縮機として、ヘリウム圧縮機を例にとり説明する。図１は縦形構造における本発明の注油式密閉形ヘリウム用スクロール圧縮機の一実施例を示す縦断面図である。図２は図１のＣ−Ｃ断面図で、図３は図１のＤ−Ｄ断面図である。

図３において、吐出口１０から吐出されたミスト状油と冷媒ガスとの混合体の流れの下流側となるモータコイルエンド部３ｃに、モータ電流の異常増加とガス温度の異常上昇によりモータコイルを通電せしめるモータ回路をダイレクトカット機能を有するモータプロテクタ９１を電気的絶縁手段となる薄膜状スリーブ９１ｃを介して縛り紐（図示せず）にて直接取付けて電動機部３とモータプロテクタ６１とを一体化構造としている。モータプロテクタ９１は吐出管２０のガス流入口２０ａ付近に設置されている。

さらに、モータステータ３ａの外周面と密閉容器１の内壁面１ｍとにより円弧状のガス流路部２５ｃを形成し、ガス流路部２５ｃから吐出管２０に至る作動ガスの流れに接するモータコイルエンドの上端部３ｃにモータプロテクタ９１を設置している。モータプロテクタ９１は、水平方向の上記混合体の流れ及び円弧状のガス流路部２５ｃを上昇する主にガス流の中に晒されるためその周囲の混合体の速度は速まり、上記混合体によるモータプロテクタ９１への冷却作用が高まる。なお、８５は主電源用リード線、８６、８７、８８は中性点用リード線を示す。

図４は固定スクロール５の平面図、図５は固定スクロール５の縦断面図である。油インジェクション用ポート２２は、１個にて両方の圧縮室８へ冷却油を注入できるもので、ラップ溝中心位置に設けられる。その穴径ｄ０は、ラップ厚さｔより大きい値を設定し、油インジェクション時の油撃現象を防止している。図６、図７は、旋回スクロール６の平面図と縦断面図である。

本実施例では、作動ガスがヘリウムガスであり、図１に示すように、作動ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管３１を密閉容器１の上蓋２ａに貫通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２に接続している。油注入用ポート２２の開口部は、旋回スクロール６のラップ６ｂの歯先面に対向して開口している。密閉容器１内の吸入配管１７側となる上部にはスクロール圧縮機構部が、下側にはモータ部３が収納されている。そして、フレーム７をはさんで密閉容器１内は吐出室１ａとモータ室１ｂとに区画されている。スクロール圧縮機構部は、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛み合わせて圧縮室（密閉空間）８を形成している。

固定スクロール５は、図４に示すように、円板状の鏡板５ａと、これに直立したインボリュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されたラップ５ｂとからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１５（１５ａ、１５ｂ）を備えている。図６、図７に示すように旋回スクロール６も円板状の鏡板６ａと、これに直立し、固定スクロールのラップと同一形状に形成されたラップ６ｂと、鏡板の反ラップ面に形成されたボス部６ｃとからなっている。

図１において、フレーム７は中央部に主軸受である軸受部４０を形成し、この軸受部４０に回転軸１４が支承されている。回転軸先端の偏心軸１４ａは、ボス部６ｃに旋回運動が可能なように挿入されている。また、フレーム７には、固定スクロール５が複数本のボルト８１によって固定されている。旋回スクロール６がオルダムリングおよびオルダムキーよりなるオルダム機構３８によって支承されている。旋回スクロール６は、固定スクロール５に対して、自転しないで旋回運動をするように形成されている。回転軸１４には電動機軸１４ｂが一体に連設され、電動機軸１４ｂがモータ部３に直結されている。

固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器１の上蓋２ａを貫通して吸入管１７が接続され、吐出１０が開口している吐出室１ａはフレーム７の外縁部の通路１８ａ、１８ｂを介してモータ室１ｂ（１ｂ１、１ｂ２）と連通している。このモータ室１ｂは密閉容器中央部のケーシング部２ｂを貫通する吐出管２０に連通している。吐出管２０は通路１８ａ、１８ｂの位置に対してほぼ反対側の位置に設置している。この両者１８、２０の位置関係は、通路１８を通過したガスとインジェクション油の混合体が、その通路１８の鉛直方向となる通路２５ｂへの下方向の流れ経路と、ステータ上面３ｆやその周囲のコイルエンド部３ｅとの衝突によって水平方向の二手に分かれ容器内壁に沿った流れの経路とに２方向（厳密には３方向）に分流することになる。モータ室１ｂ１は、モータステータ３ａとケーシング部２ｂの内壁面１ｍ側との間にガス流路部となる円弧状の通路２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）を形成している。通路２５では、主に２５ｂ、２５ａ、２５ｄがガスとインジェクション油が下方向に向う流れとなり、通路２５ｃのみ作動ガスが上方向に向う上昇流となる。また、モータエアーギャップの隙間２６もガス通路となり、隙間２６を介して空間１ｂ１と空間１ｂ２とが連通している。

このような容器内部のモータ室１ｂ１、１ｂ２のガスと油の混合体の流れによって、６０℃〜７０℃の比較的低温なインジェクション油によるモータへの直接冷却が可能となる。また、その空間にて、ガス中の油はガスから分離されて下方に通路２５ａ、２５ｂ、２５ｄを介して周囲部材３ａ、２ｂを冷却しながら流れるものである。空調用途や冷凍用途スクロール圧縮機では、油インジェクション構造を付加していないので、この油による冷却効果は得られない。

なお、吸入管１７ｂと固定スクロール５との間には高圧部と低圧部とをシールするＯリング５３を設けている。また、吸入管１７内には、逆止弁手段１３が設けられ、逆止弁１３は圧縮機停止時の回転軸１４の逆転を防止することと、密閉容器内の潤滑油が低圧側に流出するのを防止するものである。７０は三相電源部である。

また、旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、スクロール圧縮機部２とフレーム７で囲まれた空間３６（以下背圧室と呼ぶ）が形成されている。この背圧室３６には、旋回スクロール６の鏡板６ａに穿設した細孔６ｅ、６ｆを介し、吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力Ｐｂが導入され、旋回スクロール６を固定スクロール５に押付ける軸方向の付与力を与えている。

潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められており、この潤滑油２３は密閉容器内の高圧圧力と、背圧室３６の中間圧力Ｐｂとの差圧により油吸上管２７へ吸上げられた後、回転軸１４内を流れ、旋回軸受３２、横穴１５１を介して副軸受３９、主軸受４０へ給油される。軸受部４０、３２へ給油された油は、背圧室３６を経て穴６ｅ、６ｆを介して、スクロールラップの圧縮室８へ注入され圧縮ガスと混合され、次いでヘリウムガスと共に吐出室１ａへ吐出される。密閉容器１の底部には、底部の潤滑油２２を器外へ取出す油取出し管３０が設けられている。また、密閉容器１の上蓋部２ａには、スクロール圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する油インジェクション管３１が設けられている。

本実施例の注油系統を図１を参照しながら説明する。密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２３は、密閉容器１内の圧力（吐出圧力Ｐｄ）と圧縮室８の圧力（吐出圧力以下の圧力）との差圧によって油取出し管３０の流入部３０ａから油取出し管３０内に流入していく。油取出し管３０内へ流入した油は外部油配管５１を通って油ストレーナ５６及び油冷却器３３へ至り、ここで適宜冷却された後、油配管５３ａ、５３ｂを介して油インジェクション管３１およびポート２２を経て差圧を利用し流入せしめ圧縮室８へ注入される。２７１は、油流量調節弁である。

この様にして圧縮室８へ注入された油は、圧縮室８内において作動ガスの冷却作用およびスクロールラップ先端部等の摺動部を潤滑する役目を果す。そして、この油は作動ガスと共に圧縮された後、吐出口１０より吐出室１ａへ吐出され、前述と同様に電動機室１ｂで作動ガスから分離して通路２５ａ、２５ｂ、２５ｄを介して流下し密閉容器１の底部に溜まる。

図８は本実施例のモータ回路図である。本実施例のモータ回路は、スター結線の中性点３ｋにインターナルモータプロテクタ９１を装備する回路であり、３相に対してモータプロテクタ９１に２箇所の接点部９１ｐ（電流遮断部）を備えている。この構成により、モータ電流の異常増加とガス温度の異常上昇によりモータコイルを通電せしめるモータ回路をダイレクトカット機能を有するモータプロテクタ９１を示したものである。このため、接点部は常時閉じている。異状時に開くものである。９１ａは、モータプロテクタピン部である。９１ｂは本体部である。３ｅはモータコイル部である。なお、３７はハーメチック端子である。

モータプロテクタ９１の周囲温度Ｔｐを下げて、ひいては吐出管２０より流出する吐出ガス温度Ｔｄを下げることにより、モータプロテクタの作動電流を高めることができる。通常Ｔｄ＜Ｔｐの状態であり、従来機（空調用途）では過負荷条件においてＴｐ−Ｔｄ＝２０〜３０℃の温度差がある。本実施例のヘリウム用スクロール圧縮機では、油インジェクション効果によりＴｐ−Ｔｄ＝１０〜１５℃と温度差を小さくせしめることが可能となる。その結果、モータプロテクタ９１のモータ保護機能が向上できることになる。また、Ｔｐ−Ｔｄ＝１０〜１５℃となるように油インジェクション冷却量を油流量調節弁２７１（図１参照）により調節するものである。

図９を用いて本実施例の作用を説明する。図９はモータプロテクタ９１を通過する動作電流とそのモータプロテクタ９１周囲の雰囲気温度との関係を示す特性図である。図９において、雰囲気温度Ｔｐの場合、従来機の場合には動作電流値がｋ１値であるのに対して、本実施例ではｋ２値（ヘリウム用途で油インジェクション機構の冷却油による冷却作用と高いガス速度による相乗冷却効果の得られるヘリウム用スクロール圧縮機の場合）となり、動作電流値が高くなっている。このことは、本実施例のモータプロテクタ９１を最適な位置に配置することにより、作動電流の大幅なアップ機能により、圧縮機の運転範囲の上限となる過負荷条件を大きくできる。例えば、吐出圧力を従来機より高く確保出来るので、運転範囲をより広く設定することが出来るという効果が得られる。油インジェクションにより、モータプロテクタ９１の雰囲気温度を空調用途よりも下げることができ、過電流が流れた時そのモータプロテクタ接点部（例えば図１３の９１ｐ）の温度が減少し、接点のＯＮ／ＯＦＦ回数の延べ回数が増加するという効果が得られる。接点部の構造としては、バイメタル方式構造（図示せず）がある。すなわち、モータプロテクタ９１の寿命改善の効果が得られるものである。なお、モータプロテクタ９１は、雰囲気温度が正常時に戻れば、バイメタル方式構造により、接点が閉じて再度回路に電流が流れるという自動復帰式である。

図１０と図１１は、モータコイルエンド部３ｃに凹部３ｇを設け、凹部３ｇにモータプロテクタ９１を絶縁部材９１ｃを介して密着して配置・取付けた変形例である。この変形例の構造にすることにより、モータプロテクタ９１とコイル部３ｃとの接触面積が増大して、モータの異常温度上昇を検知しやすくするもので、モータプロテクタ９１の追従性を向上でき、保護機能が向上するようになる。

本実施例では、従来技術１の課題を克服するため、特にヘリウム用途においては、作動ガスの冷却と共にモータ冷却に有効な油インジェクション機能構造を備えたヘリウム圧縮機において、容器内の吐出ガス流やミスト状の油とガスの混合体による混合流による電動機部３及びモータプロテクタ９１の冷却を促進させる圧縮機構造としている。さらに、モータプロテクタ９１のモータ保護機能を向上させること、モータプロテクタ９１の追従性を高めるため、最もガス温度が高くなる密閉容器内においての吐出ガス下流側となる吐出管２０近傍にあって吐出ガス流れの中に設置するものである。即ち、これらの構成とすることにより、ガス流と油ミストとの混合体によるモータプロテクタ９１自身への冷却を促進し、モータプロテクタ９１の最大作動電流値を高くせしめること、過電流の遮断部となるモータプロテクタ９１の接点部の長寿命化を図った密閉形スクロール圧縮機を実現できる。

また、上述した実施例の構成にすることにより、次の具体的な効果が得られる。
（１）ガス流やミスト状の油とガスの混合体による混合流の中にあって吐出ガス下流側に上記モータプロテクタを配置した構成とすることにより、モータプロテクタ自身と該モータプロテクタ周辺部分の冷却を促進できる。これらにより、モータプロテクタの最大作動電流値を高くせしめること、過電流の遮断部となるモータプロテクタ接点部の長寿命化を図ることができる。この効果・作用は油インジェクションによるモータ冷却ができるヘリウム用圧縮機において顕著となる。
（２）上記（１）項により、モータプロテクタの小形化・軽量化が図ることができる。そのことにより、コスト低減ができる。
（３）モータプロテクタの長寿命化を図ることができるので、圧縮機全体としても長寿命化及び信頼性が大幅に向上できる。
（４）モータプロテクタ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広くできる。例えば、吐出圧力を従来より高く確保出来るので、運転範囲をより広く設定することが出来るという効果が得られる。
（５）特にヘリウム用スクロール圧縮機の場合には、油インジェクションによる冷却効果が、モータプロテクタ周囲のガス雰囲気温度を20℃〜30℃前後更に低減できるので、フロン冷媒Ｒ２２仕様の冷凍空調用スクロール圧縮機の同一容量馬力クラスに対して、機能性が同等であっても更に小さなモータプロテクタを使用することができ、コスト低減が可能となる。ヘリウム圧縮機は主に半導体製造装置に用いられるクライオポンプ装置に使用されているが、モータプロテクタの信頼性が改善されることにより、モータ保護が確実となり、ヘリウム圧縮機ユニットの保護にも通じる。ヘリウム圧縮機ユニットのメンテナンス時間の長寿命化にも効果が波及されることになり、メンテナンス用コストのダウンが図れる。

次に、本発明の第２実施例について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は本発明の第２実施例の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図、図１３は図１２のＥ−Ｅ断面図である。この第２実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、吐出管２０を容器内部の主軸受４０を組み込んだフレーム７付近まで延長して突き出すと共に、吐出管２０のガス流入口２０ａ付近にモータプロテクタ９１を設置した実施例である。本構造とすることにより、吐出管２０へのガス流入速度が増して、その雰囲気にモータプロテクタ９１が晒されることになる。ガス速度が上昇したそのガス流及び油ミストの混合体によるモータプロテクタ９１への冷却作用の向上を図るものである。

この第２実施例の構成とすることにより、モータプロテクタ９１におけるガスの主流の速度が１〜３ｍ／ｓｅｃ前後に設定でき、その冷却効果を更に向上することができるものである。なお、従来技術１のモータプロテクタは、流速０．３ｍ／ｓｅｃ前後以下であった。

次に、本発明の第３実施例について図１２及び図９を用いて説明する。図１２は本発明の第３実施例の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。

この第３実施例は、油インジェクション機構部３０、３１を必要としない冷凍・空調用スクロール圧縮機である点で第１実施例と相違するものであり、モータ回路を含むその他の点については第１実施例と基本的には同一である。この第３実施例のように油インジェクション機構部３０、３１をもたない空調用スクロール圧縮機においても、第１実施例と同じ構成においては第１実施例と同様な作用・効果が得られるものである。即ち、図９において、雰囲気温度Ｔｐの場合、従来機の動作電流値がｋ１’であるのに対して、第３本実施例では、ｋ２’値（空調用圧縮機の実施例の場合、高いガス速度による冷却効果による作動電流値の拡大効果）と動作電流値が高くなっている。

次に、本発明の第４実施例について図１５から図２０を用いて説明する。図１５は本発明の第４実施例の密閉形スクロール圧縮機における横断面図（図１のＤ−Ｄ断面相当図）、図１６は同密閉形スクロール圧縮機の要部縦断面図、図１７は同密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタの縦断面図、図１８は同モータプロテクタ部の平面図、図１９は同モータプロテクタ部の側面図、図２０は同密閉形スクロール圧縮機の変形例の横断面図（図１のＤ−Ｄ断面相当図）である。この第４実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

第４実施例では、図１５及び図１６に示すように、吐出口１０から吐出されたミスト状油と冷媒ガスとの混合体の流れの下流側となるモータコイルエンド部４ｃに、モータ電流の異常増加とガス温度の異常上昇によりモータコイルを通電せしめるモータ回路をダイレクトカット機能を有するモータプロテクタ９１を電気的絶縁部材となる円筒状で薄膜状の絶縁部材１１０を介して縛り紐１８６にてコイルエンド部に直接取付けて電動機部３とモータプロテクタ９１とを一体化構造としている。電気的絶縁部材１１０としては、比較的軟質性で耐熱性があるポリエステル系合成樹脂材（シート材）を円筒状に巻いてプロテクタ本体部を包む構造である。比較的軟質性のため、緩衝材としての機能を持たせている。

モータプロテクタ９１の取付け構造に関して図１７から図１９を用いて説明する。

円筒状薄膜の絶縁部材１１０の長さＬ３は、モータプロテクタ９１の長手方向寸法Ｌ１に対して、概ねＬ３＝Ｌ１×１．１前後としている。この寸法関係とすることにより、プロテクタ固定作業時において、前記したコイルエンド部３ｃの周方向へのコイルエンド外側寸法（Ｄｋ寸法）より上記絶縁紙の一部はみ出しの解消、突起部１１０ｄ、１１０ｅの発生はなくなり、コイルエンド部とプロテクタとの組立て作業時の成形寸法のばらつき度合いが小さくなる。また縛り紐１８６の取付け作業性も改善され、プロテクタ取付け作業性の量産時の生産性が向上できることになる。従来の場合は、絶縁部材１１０が概ねＬ３＝Ｌ１×２．５前後と極めて長いものであった。

図１８及び図１９に示すように、絶縁部材１１０の両側端面は開口部１１０ａ、１１０ｂを形成しており、組立て後においてモータ室１ｂ側と連通し開放された状態となる。なお、９１ａ、９１ｂ、９１ｃはプロテクタ側の電源接続部（ピン部）であり、８６、８７、８８は中性点用リード線である。

図１５及び図１６に示すように、モータプロテクタ９１は吐出管２０のガス流入口２０ａ付近に設置されている。さらに、モータステータ３ａの外周部と密閉容器１の内壁面２ｍとにより円弧状のガス流路部２５ｃを形成し、ガス流路部２５ｃから吐出管２０に至る作動ガスの流れに接するようにモータコイルエンドの上端部３ｃにモータプロテクタ９１を設置している。モータプロテクタ９１は、水平方向の上記混合体の流れ及び円弧状のガス流路部２５ｃを上昇する主にガス流の中に、また油インジェクションされた油分の流れの中に晒されるため、その周囲のガスと油分の混合体の速度は速まり、上記混合体によるモータプロテクタ９１への冷却作用が高まる。このような構成とすることにより、前述したように、ガスの主流の速度が１〜３ｍ／ｓｅｃ前後に設定でき、本実施例の冷却効果が十分に得られるものである。なお、図２０に示すように、モータプロテクタ９１の取付け位置をモータコイルエンドの吐出管側３ｃと通路側３ｅとの中間部分に位置させても、絶縁部材１１０の開口部１１０ｃ、１１０ｄを設けたことによってモータプロテクタ９１の冷却効果が得られる。

次に、本発明の第５実施例について図２１及び図２２を用いて説明する。図２１は本発明の第５実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図、図２２は図２１における一部断面側面図である。この第５実施例は、次に述べる点で第４実施例と相違するものであり、その他の点については第４実施例と基本的には同一である。

第５実施例では、モータプロテクタ９１を薄膜状の絶縁部材１１０を介して縛り紐１８６にて取付け、絶縁部材１１０の両端部に切欠き部１１０ｅを設けた実施例である。切欠き部１１０ｅは組立て後において、モータプロテクタ９１の側面部表面が周囲の作動ガスとミスト状油との混合域となるモータ室１ｂと連通することになる。従来では絶縁部材１１０の内部に熱がこもっていたが、その切欠き部１１０ｅよりプロテクタ部で発生した熱を放散できる様になる。切欠き部１１０ｅはプロテクタの組立て後には開口部を形成することになる。

また、切欠き部１１０ｅを大きく設定した両側端部１１０ｆ、１１０ｇは、薄膜状の絶縁部材１１０とモータプロテクタ９１とを縛り紐１８６にてコイルエンド側に固定するための部材となる。このように、切り欠き構造と穴構造を備えた絶縁部材１１０は、それをコイルエンド部３ｃに組立てる際に、従来の余分な出っ張り部は切り欠き部などにより吸収されるため、所要成形寸法に収まり寸法不良は解消されることになる。

次に、本発明の第６実施例について図２３から図２５を用いて説明する。図２３は本発明の第６実施例の密閉形スクロール圧縮機に用いるモータプロテクタの縦断面図、図２４は同密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図、図２５は図２４における一部断面側面図である。この第６実施例は、次に述べる点で第５実施例と相違するものであり、その他の点については第５実施例と基本的には同一である。

この第６実施例では、モータプロテクタ９１を薄膜状絶縁部材１１０を介して縛り紐１８６にてモータエンドコイル部３ｃに取付け、絶縁部材１１０の中央部のモータプロテクタ９１の接点部８６、８７、８８に係る部位に孔部（開口部）１１０ｈを設けている。孔部１１０ｈは組立て後において、モータプロテクタ９１の上面部表面が周囲の作動ガスとミスト状油との混合域となるモータ室１ｂと連通することになる。その開口部１１０ｈからプロテクタ部で発生した熱を放散できる様にするものである。モータプロテクタ１１０の一部が作動ガス域と連通した本構造により、モータプロテクタ１１０からの発熱を直接モータ室に放熱できるようになる。また、ガス流による直接に強制冷却作用が得られるようになり、モータプロテクタ１１０の温度上昇が抑えられることなる。

次に、本発明の第７実施例について図２６から図２８を用いて説明する。図２６は本発明の第７実施例の密閉形スクロール圧縮機に用いるモータプロテクタの縦断面図、図２７は同密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図、図２８は図２７における一部断面側面図である。この第７実施例は、次に述べる点で第５及び第６実施例と相違するものであり、その他の点については第５及び第６実施例と基本的には同一である。

この第７実施例は、第５実施例の切欠き部１１０ｅと第６実施例の孔部１１０ｈを極限に大きくした場合の実施例である。モータプロテクタ９１の下部９１ｆとモータコイルエンド部３ｃとの間に緩衝材機能を有した絶縁部材１１０、例えば薄膜状のポリエステル系合成樹脂材を介してモータプロテクタ１１０を図２０のように縛り紐１８６にて巻くようにして取付けたものである。絶縁部材１１０はリブ部１１０ｉとシート部１１０ｊからなっている。本発明では、シート部１１０ｊのみでも本発明が求める機能は得られる。

シート状絶縁部材１１０の長さＬ５は、モータプロテクタ１１０の長さ分に縛り紐１８６にて縛るに必要な寸法分を合算した長さとなっている。シート幅Ｗ３はプロテクタ下部を覆う分、もしくはコイルエンド３ｃの幅Ｗ１（図１６及び図２０参照）とほぼ同じである。モータプロテクタ９１の上方には接点部８６〜８８がモータ室１ｂに裸の状態に晒される事になる。即ち、モータプロテクタ９１の下部９１ｆを除いた部分を剥き出しの状態にしてモータコイルエンド部３ｃに組み込んでいる。

この第７実施例により、モータプロテクタ９１の発熱を直接モータ室に放熱できるようになり、ガス流による強制対流による冷却作用が直接得られるようになるため、モータプロテクタ９１の温度上昇を格段に抑えられることなる。モータプロテクタ９１の冷却を促進することは、ＭＣＣ値を増加させると共に、モータプロテクタ９１の接点部のＯＮ／ＯＦＦ寿命回数を伸張させるので、プロテクタとしての容量アップにつながるものである。

本発明の第１実施例の縦形タイプのヘリウム用密閉形スクロール圧縮機を示す縦断面図。 図１のＣ−Ｃ断面図。 図１のＤ−Ｄ断面図。 同第１実施例の固定スクロールの平面図。 同第１実施例の固定スクロールの縦断面図。 同第１実施例の旋回スクロールの平面図。 同第１実施例の旋回スクロールの縦断面図 同第１実施例のモータ回路図。 同第１実施例のモータプロテクタの動作電流とモータプロテクタ周囲の雰囲気温度との関係を示す特性図。 同第１実施例のモータコイルエンド部に凹部を設けてモータプロテクタを取付けた部分の断面図。 図１０のモータプロテクタを取付けた部分の異なる方向での断面図。 本発明の第２実施例の縦形タイプのヘリウム用密閉形スクロール圧縮機を示す縦断面図。 図１２のＥ−Ｅ断面図。 本発明の第３実施例の縦形タイプの空調用密閉形スクロール圧縮機を示す縦断面図。 本発明の第４実施例の密閉形スクロール圧縮機における横断面図。 同第４実施例の密閉形スクロール圧縮機の要部縦断面図。 同第４実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタの縦断面図。 同第４実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図。 図１８の側面図。 同第４実施例の密閉形スクロール圧縮機の変形例の横断面図。 本発明の第５実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図。 図２１における一部断面側面図。 本発明の第６実施例の密閉形スクロール圧縮機に用いるモータプロテクタの縦断面図。 同第６実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図。 図２４における一部断面側面図。 本発明の第７実施例の密閉形スクロール圧縮機に用いるモータプロテクタの縦断面図。 同第７実施例の密閉形スクロール圧縮機のモータプロテクタ部の平面図。 図２７における一部断面側面図。 従来の縦形タイプのヘリウム用密閉形スクロール圧縮機を示す横断面図。 図２９のモータプロテクタの取付け構造を示す電動機部の側面図。

符号の説明

１…密閉容器、１ａ…吐出室、１ｂ１、１ｂ２…電動機室、３…電動機部、３ａ…モータステータ、３ｂ…モータロータ、３ｃ…吐出管側モータコイルエンド部、３ｅ…通路１８側のモータコイルエンド部、３ｇ…モータコイルエンド部の凹部、５…固定スクロール、５ａ…固定スクロール鏡板、６…旋回スクロール、６ａ…旋回スクロール鏡板、７…フレーム、８…圧縮室、１０…吐出口、1４…回転軸、1４ａ…偏心軸、1５…吸入口、１７…吸入管、１８ａ、１８ｂ…通路、２０…吐出管、２２…ポート、２３…潤滑油、２５…通路、２７…油吸上管、３０…油取出し管、３１…油インジェクション管、３２…旋回軸受、３８…オルダム機構、３９…補助軸受、４０…主軸受、５３…Ｏリング、８５…主電源用リード線、８６、８７、８８…中性点用リード線、９１…モータプロテクタ、９１ａ〜９１ｃ…プロテクタピン部、９１ｆ…プロテクタ下部、１１０…絶縁部材、１１０ａ・１０ｂ…突起部、１１０ｃ・１０ｄ…開口部、１１０ｅ…切欠き部、１１０ｆ・１１０ｇ…両側端部、１１０ｈ…孔部、１１０ｉ…リブ部、１１０ｊ…シート部、１８６…縛り紐。

Claims (10)

1. 密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、
   前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、
   この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出する密閉形スクロール圧縮機において、
   モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、
   前記モータプロテクタを作動ガスの主流となるガス流路部の下流側の位置にあるモータコイルエンド部に取付けると共に、前記モータプロテクタを前記吐出管付近に設置した
   ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
2. 作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
   密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、
   前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、
   この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、
   作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続し、
   モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、
   前記吐出口から吐出されるミスト状油と作動ガスとの混合作動ガスの流れの下流側となるモータコイルエンド部に前記モータプロテクタを設置すると共に、前記モータプロテクタを前記吐出管付近に設置した
   ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
3. 請求項１または２に記載の密閉形スクロール圧縮機において、モータステータ外周面と前記密閉容器の内壁面との間に前記吐出口から吐出される作動ガスを流すガス流路部を形成し、前記ガス流路部から前記吐出管に至る作動ガスの流れに接するモータコイルエンド部に前記モータプロテクタを設置したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
4. 請求項１または２に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記吐出管を容器内部のフレーム付近まで延長して形成すると共に、前記吐出管のガス流入口付近に前記モータプロテクタを設置したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
5. 請求項１から４の何れかに記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記モータコイルエンド部に凹部を設け、この凹部に前記モータプロテクタを密着して配置したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
6. 密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、
   前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、
   モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、
   前記モータプロテクタをモータコイルエンド部に絶縁部材を介して縛り紐にて取付け、前記密閉容器との間に所定の絶縁距離を確保して前記モータプロテクタの一部が作動ガス域に露出するように前記絶縁部材に開口部を設けた
   ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
7. 作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
   密閉容器内にスクロール圧縮機部と電動機部とを収納すると共に、
   前記スクロール圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立する旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合し、前記旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを前記吐出口より容器室内に吐出するように構成し、
   この吐出された作動ガスを吐出管を介して器外に吐出するように構成した密閉形スクロール圧縮機において、
   作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続し、
   モータコイルに通電させるモータ回路をモータ電流の異常増加と作動ガス温度の異常上昇によりダイレクトカットするモータプロテクタを備え、
   前記吐出口から吐出されるミスト状油と作動ガスとの混合作動ガスの流れの下流側となるモータコイルエンド部に絶縁部材を介して縛り紐にて取付け、前記密閉容器との間に所定の絶縁距離を確保して前記モータプロテクタの一部がミスト状油と作動ガスとの混合作動ガス域に露出するように前記絶縁部材に開口部を設けた
   ことを特徴とするヘリウム用密閉形スクロール圧縮機。
8. 請求項６または７に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記絶縁部材を上面を開口した薄膜状絶縁部材で構成し、前記モータプロテクタを前記薄膜状絶縁部材に載置して上部を作動ガス域に露出したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
9. 請求項６または７に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記絶縁部材を両側が開口された筒状絶縁部材で構成し、前記モータプロテクタを前記筒状絶縁部材内に収納して両側部分を作動ガス域に露出したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
10. 請求項６または７に記載の密閉形スクロール圧縮機において、モータステータ外周面と前記密閉容器の内壁面との間に前記吐出口から吐出される作動ガスを流すガス流路を形成し、前記ガス流路から吐出管に至る作動ガスの流れに露出するように前記モータプロテクタを設置したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。

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