JP4519490B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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。

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。

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。

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）。

特開２００１−３０４１４７号公報

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。

本発明の課題は、モータを適切に保護しつつ、作動ガスとしてヘリウムガスを用いる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。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

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２本のリード線から形成する。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明を適用した一実施形態の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る。 図１の固定スクロールの平面図である。 図１の固定スクロールの縦断面図である。 図１の旋回スクロールの平面図である。 図１の旋回スクロールの縦断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図にて、サイドカバーの排出口にモータプロテクタ７４を配設した図である。 図６のモータプロテクタを取り外した状態の図である。 図６のモータプロテクタの平面図である。 図６のモータプロテクタの側面図である。 図１の電動機ステータの外観図である。 図１の電動機ステータの側面図である。 図１のモータ回路図である。 モータプロテクタを通過する動作電流（Ａ）とモータプロテクタ７４の雰囲気温度（℃）の関係を示す特性図である。 モータプロテクタの雰囲気温度（℃）とモータプロテクタの耐久性（寿命）の関係を示す特性図である。 本発明のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機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。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記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、該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、該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、前記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前記密閉容器から引き出し、前記固定スクロールに穿設された吐出口を前記密閉容器内に開口し、前記密閉容器内に連通させて吐出ノズルを設け、前記圧縮室に冷凍機油を注入する油インジェクションノズルが前記固定スクロールに穿設されて前記圧縮室に連通する油吸引口に連結して配設され、前記フレームは前記密閉容器の前記吐出口が開口された空間と前記吐出ノズルが連通された空間とを仕切って形成され、前記吐出口から排出される作動ガスであるヘリウムガスと冷凍機油との混合体が前記モータを通って前記フレームに開口された排気口から前記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るヘリウムガス用のスクロール圧縮機において、
   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を有し、
   該モータ保護装置は、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て形成され、前記バイメタルは、前記フレームの前記排気口の近傍に該排気口から排出されるヘリウムガスと冷凍機油との混合体の流れに曝して配設され、
   前記モータは三相モータであり、
   前記モータ保護装置は、前記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が接続される３つのタブ端子を有し、該３つのタブ端子のうち２つのタブ端子は前記三相モータの三相中性点にそれぞれ前記バイメタルの遮断部を介して接続され、他の１つのタブ端子は前記三相中性点に直接接続されて形成され、前記各中性点用リード線は２本のリード線からなり、前記各タブ端子は２ピン化されてなることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記フレームの排気口から排出されるヘリウムガスと冷凍機油との混合体を前記吐出ノズルが連通された空間に案内する風洞が、前記フレームの排気口から前記混合体の流れ方向に延在して形成され、前記バイメタルは、前記風洞内に位置して配設されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記バイメタルは、前記モータの起動電流が２５０Ａ〜３５０Ａの最大許容電流を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。

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