ヘリウム用密閉形圧縮機
【課題】ヘリウム用密閉形圧縮機において、コロナ放電によるコイルエンド部の絶縁破壊を防止して信頼性を向上すること。
【解決手段】ヘリウム用密閉形圧縮機１００は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部２とコイルエンド部３ｃ、３ｄを有するステータ３ａ及びロータ３ｂからなるモータ部３とを密閉容器１内に収納すると共に、圧縮機部２の吐出口から密閉容器１内に吐出したヘリウムガスをコイルエンド部３ｃ、３ｄを通してから密閉容器１外に吐出する。コイルエンド部３ｃ、３ｄを構成するコイル３ｅの表面に絶縁被膜となるワニス処理層が複数層に形成されている。
【解決手段】ヘリウム用密閉形圧縮機１００は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部２とコイルエンド部３ｃ、３ｄを有するステータ３ａ及びロータ３ｂからなるモータ部３とを密閉容器１内に収納すると共に、圧縮機部２の吐出口から密閉容器１内に吐出したヘリウムガスをコイルエンド部３ｃ、３ｄを通してから密閉容器１外に吐出する。コイルエンド部３ｃ、３ｄを構成するコイル３ｅの表面に絶縁被膜となるワニス処理層が複数層に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウム用密閉形圧縮機に係り、特にヘリウムガスが満たされる密閉容器内にコイルエンド部を有するモータ部を収納したヘリウム用密閉形圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘリウム用密閉形圧縮機は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部とモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、フレームにて密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、フレームの外周面と密閉容器の内壁面との間に吐出室とモータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、ステータの外周面と密閉容器の内壁面との間にモータ上部室とモータ下部室とを連通する第２通路を設けている。そして、圧縮機部は、固定スクロールと旋回スクロールとをそれぞれのラップを互いに内側にして噛み合わせ、旋回スクロールを旋回運動させて固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを吐出室内を通してモータ室内へ吐出する構成としている。また、このヘリウム用密閉形圧縮機は、ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部と、モータ部を回転数制御するインバータとを備えている。
【０００３】
係るヘリウム用密閉形圧縮機に関連するものとして、例えば、特開２００６―２９２５１号公報（特許文献１）が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―２９２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘリウム用スクロール圧縮機においては、コイルエンド部の周囲にヘリウムガスが充満するため、ヘリウムガス雰囲気におけるコロナ放電が生じやすく、これによってモータコイルエンド部の絶縁性が低下する、というヘリウム用途に固有な課題があることが分かった。特に、モータ部の回転数をインバータで制御する場合には、インバータ側で高圧なサージ電圧が発生し、その高圧なサージ電圧がコイルエンド部に作用することとなるため、コロナ放電が生じやすかった。
【０００６】
しかしながら、従来のヘリウム用スクロール圧縮機においては、コイルエンド部を構成するコイルの表面に形成されたワニス処理層が単層であり、コロナ放電の防止について十分に配慮されている、とは言えなかった。
【０００７】
本発明の目的は、コロナ放電によるコイルエンド部の絶縁破壊を防止して信頼性を向上できるヘリウム用密閉形圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出したヘリウムガスを前記コイルエンド部を通してから当該密閉容器外に吐出するヘリウム用密閉形圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成したことにある。
【０００９】
また、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、圧縮機部とコイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、前記フレームの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、前記吐出室と前記モータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、前記ステータの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、当該ステータの上方のモータ上部室と当該ステータの下方の底部に油溜まりを有するモータ下部室とを連通する第２通路を設け、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて前記固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し、前記固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを前記吐出室内へ吐出するように構成し、前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えたヘリウム用密閉形圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成すると共に、
前記第１通路の下流側にある前記コイルエンド部の外径を拡大して、当該コイルエンド部のコイル密度を粗くすると共に、当該エンドコイル部の外周と前記密閉容器の内壁面との隙間寸法を前記第１通路の開口部の高さ寸法より小さくしたことにある。
【００１０】
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）前記コイルエンド部を構成するコイルとしてエナメル被覆されたコイルを用いると共に、前記ワニス処理層にエポキシ系ワニス材を用いたこと。
【００１１】
また、本発明の第３の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて、ヘリウムガスを前記固定スクロールの外周部の吸入口より吸入して前記固定スクロールの中央部の吐出口より前記吐出室内へ吐出するように構成し、前記モータ部を回転数制御するインバータを備えたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成したことにある。
【００１２】
係る本発明の第３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）前記密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定したこと。
【００１３】
係る本発明の第２及び第３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）前記ステータはステータコアとこのステータコアの両側に突出する前記エンドコイル部とを有し、前記ステータコアの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に当該ステータコアの上方と下方とを連通する通路を有するように当該ステータコアの外周面にコアーカット部を形成し、前記エンドコイル部の外径を前記コアーカット部における前記ステータコアの外径とほぼ等しい外径まで拡大して当該エンドコイル部のコイル密度を粗くしたこと。
【発明の効果】
【００１４】
係る本発明のヘリウム用密閉形圧縮機によれば、コロナ放電によるコイルエンド部の絶縁破壊を防止して信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のヘリウム用スクロール圧縮機を図１から図７を用いて説明する。
【００１６】
まず、図１を参照しながら、本実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の基本的な構成に関して説明する。図１は本発明の第１実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の縦断面図である。
【００１７】
ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００は、作動ガスとしてヘリウムガスが用いられ、密閉容器１内に圧縮機部２とモータ部３とを上下に位置して回転軸１４で連接して収納すると共に、密閉容器１の底部に貯留された潤滑油２３を圧縮機部２の圧縮室８に注入する油インジェクション機構部６０を備えている。
【００１８】
圧縮機部２は、鏡板５ａに渦巻状のラップ５ｂを直立した固定スクロール５と、鏡板６ａに渦巻状のラップ６ｂを直立した旋回スクロール６とを有し、これらのラップ５ｂ、６ｂを互いに内側にして噛み合わせ、旋回スクロール６を回転軸１４に連設する偏心軸１４ａに係合し、旋回スクロール６を自転することなく固定スクロール５に対し旋回運動させる。固定スクロール５には、中心部に開口する吐出口１０と、外周部に開口する吸入口１５とが設けられている。圧縮機部２は、旋回スクロール６の旋回運動により、吸入口１５より作動ガスを吸入し、固定スクロール５及び旋回スクロール６にて形成される圧縮室８を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを吐出口１０より圧縮機部２上方の吐出室１ａ内に吐出する。
【００１９】
モータ部３は、密閉容器１との間に複数の弓形状通路（第２通路）２５ａ〜２５ｄ（図３参照）を形成するステータ３ａと、このステータ３ａの内側に回転可能に設けられたロータ３ｂとを備えている。ステータ３ａは、ステータコア３ｆと、このステータコア３ｆから上下に突出するコイルエンド部３ｃ、３ｄとを有している。複数の弓形状通路２５ａ〜２５ｄは、ステータコア３ｆの外周面に複数のコアーカット部３ｑ〜３ｔを形成することにより構成される。
【００２０】
そして、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００は、インジェクション油と共に吐出された作動ガスを、圧縮機部２と密閉容器１との間に形成された矩形状通路（第１通路）１８を通して圧縮機部２下方のモータ室１ｂの上部モータ室１ｂ１に導き、さらにステータコア３ａと密閉容器１との間に形成された弓形状通路２５ｂを通してモータ部３下方の下部モータ室１ｂ２に導き、さらにステータコア３ａと密閉容器１との間に形成された他の弓形状通路２５ｃを通してモータ部３上方の上部モータ室１ｂ１に導き、さらに吐出管２０を通して外部に吐出するように構成されている。この吐出管２０は矩形状通路１８の反対側に位置して設けられている。弓形状通路２５ｂは、この矩形状通路１８の直下に鉛直方向に対向して設けられている。
【００２１】
次に、図１から図３を参照しながら、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の全体構成に関してさらに具体的に説明する。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
本実施形態では、上述したように作動ガスとしてヘリウムガスを用いており、この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１ｃ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。油インジェクション管３１から油注入用ポート２２を通して圧縮機部２の圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する。また、密閉容器１の底部には底部の潤滑油２３を器外へ取出す油取り出し管３０が設けられている。
【００２３】
圧縮機部２は、固定スクロール５と旋回スクロール６とを互いに噛み合わせて圧縮室８を形成している。固定スクロール５は、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を備えている。旋回スクロール６は、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５ｂ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。
【００２４】
フレーム７は、密閉容器１内を、圧縮機部２側の吐出室１ａと、モータ部３側のモータ室１ｂとに区画している。矩形状通路１８は、固定スクロール５及びフレーム７の外縁部と密閉容器１の内壁面１ｍとの間に形成された通路１８ａ、１８ｂで構成されている。このフレーム７は、中央部に軸受部４０を設けており、この軸受部４０に回転軸１４を支承している。また、このフレーム７は固定スクロール５を複数本のボルト８１によって固定している。
【００２５】
回転軸１４の上端部を構成する偏心軸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。旋回スクロール６は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によってフレーム７に支承され、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は、モータ軸１４ｂを一体に連設しており、モータ部３に直結されている。
【００２６】
固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器２の上蓋１ｃを貫通して吸入管１７が接続されている。吐出口１０が開口している吐出室１ａは、圧縮機部２の外縁部（固定スクロール５及びフレーム７の外縁部）の通路１８（１８ａ、１８ｂ）を介してモータ室１ｂと連通している。このモータ室１ｂは、密閉容器１の中央部を構成するケーシング部１ｄを貫通する吐出管１９と連通されている。吐出管１９は通路１８ａ、１８ｂに対してほぼ反対側の位置に設置されている。この両者１８、１９の位置関係は、通路１８を通過した作動ガスとインジェクション油の混合体が、その通路１８の鉛直方向となる弓形状通路２５ｂへ向かう下方向の流れ経路と、ステータ上面やその周囲のコイルエンド部３ｃとの衝突によって水平方向に向かう流れ経路との二手に分かれる。水平方向の流れ経路は、容器内壁に沿って弓形状通路２５ａ、２５ｄへ向かう流れ経路と、中央部を通って吐出管１９に向かう流れ経路とに分流される。
【００２７】
モータ部３は、ステータ３ａとケーシング部１ｄの内壁面１ｍとの間に作動ガスとインジェクション油との混合体の流路部となる弓形状通路２５ｂを形成し、その他の流路部としての弓形状通路２５ａ、２５ｃ、２５ｄを形成している。弓形状通路２５ｂでは主に作動ガスとインジェクション油との混合体が下方向に向う流れとなり、弓形状通路２５ｃでは作動ガスのみが上方向に向う流れとなる。また、ステータ３ａとロータ３ｂとのエアーギャップ２６もガス通路となり、エアーギャップ２６を介して空間１ｂ１と空間１ｂ２とが連通している。
【００２８】
このような容器内部のモータ室１ｂ１、１ｂ２の作動ガスとインジェクション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を含む作動ガスによるモータ部３への直接冷却が可能となる。また、作動ガス中の油は、そのモータ室１ｂ１、１ｂ２にて作動ガスから分離されて下方に流れ、密閉容器１の底部に貯留される。
【００２９】
ハーメ端子部７０は、密閉容器１に取付けられ、モータリード線３ｍを介してモータ部３に電力を供給する。
【００３０】
なお、吸入管１７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が設けられている。また、吸入管１７内には、逆止弁手段１３が設けられている。逆止弁１３は、圧縮機停止時の回転軸１４の逆転を防止すると共に、密閉容器１内の潤滑油２３が低圧側に流出するのを防止するためのものである。
【００３１】
また、旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、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６ｄを介して吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄ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。
【００３２】
潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められる。この潤滑油２３は、密閉容器１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、回転軸１４内を流れ、旋回軸受３２、横穴５１を介して主軸受４０、補助軸受３９へ給油される。主軸受４０、補助軸受３９へ給油された油は、背圧室３６を経て、穴６ｄを介してスクロールラップの圧縮室８へ注入されて圧縮ガスと混合され、ヘリウムガスと共に吐出室１ａへ吐出される。
【００３３】
次に、図１を参照しながら、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の油インジェクションによる注油系統に関して説明する。
【００３４】
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Ｐｄより低い圧力）との差圧によって油取り出し管３０の流入部３０ａから油取り出し管３０内に流入していく。油取り出し管３０の油入り口部３０ａ内へ流入した油は外部油配管５１を通って油冷却器３３へ至り、ここで適宜冷却された後、油配管５２ａ、５２ｂ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。なお、図１において、２７１は油流量調節弁である。
【００３５】
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、油インジェクションによる注油系統から圧縮室８へ供給された油及び主軸受４０、補助軸受３９を通して圧縮室８へ給油された油は、作動ガスと共に吐出口１０より吐出室１ａへ吐出され、ヘリウムガスとミスト状油との混合流体の流れとなる。この混合流体は、矩形状通路１８ａ、１８ｂを介してモータ室１ｂに移動することになり、前述したようにモータ室１ｂで作動ガスから分離されて弓形状通路２５などを介して流下し密閉容器２の底部に溜まる。
【００３６】
次に、図１、図４から図７を参照しながら、モータ部３のコイルエンド部３ｃ、３ｄに関してさらに具体的に説明する。図４は図１のモータ部３に用いるステータ３ａを横にした状態の断面図、図５は図１のモータ部３に用いるステータ３ａの平面図、図６は図４の本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄにおけるコイル部分の断面拡大図、図７は図４の従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’におけるコイル部分の断面拡大図である。
【００３７】
図４及び図５の実線で示す本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄは、一点差線で示す従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’より、その外径寸法Ｄｃ及び高さ寸法Ｌｍ１，Ｌｍ２が大きく形成され、そのコイル密度が粗く形成されている。これによって、コイル整形時の電工作業におけるコイル整形量を従来例より緩和することができ、電工作業時のコイルの傷の発生を抑制することができる。従って、コイル傷の発生に起因するコロナ放電の発生を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、コイルエンド部３ｃの高さ寸法Ｌｍ１はコイルエンド部３ｄの高さ寸法Ｌｍ２寸法と同等としている。また、ステータ外径Ｄｓと高さ寸法Ｌｍ１、Ｌｍ２との関係をＬｍ１／Ｄｓ＝Ｌｍ２／Ｄｓ＝０．２６〜０．３０とすることが実用的に適切である。
【００３９】
また、エンドコイル部３ｃ、３ｄは、コアーカット部３ｑ〜３ｔにおけるステータコア３ｆの外径Ｌｃとほぼ等しい外径Ｄｃまで拡大されている。これによって、弓形状通路２５ａ〜２５ｄの通路面積を確保しつつ、コイル整形量の緩和を図ることができる。
【００４０】
さらには、図１に示すように、エンドコイル部３ｃ、３ｄの外周と密閉容器１の内壁面１ｍとの隙間寸法Ｓ１が矩形状通路１８ｂの開口部の高さ寸法Ｈ１より小さくなるようにエンドコイル部３ｃ、３ｄの外径が拡大されている。これにより、矩形状通路１８ｂの開口部から流下する油とヘリウムガスとの混合体がコイルエンド部３ｃ上面に直接衝突することになり、密閉容器１内における油分離性が向上でき、密閉容器１から外部に油が流出する、いわゆる油上りの量を格段に低減できる。特に、ガス流量が最大となる過負荷圧力条件においては、衝突分離性能が発揮しやすくなるので、油上り量はさらに低減できる。ヘリウム用密閉形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、油上り量の低減により、ヘリウム圧縮機ユニットに搭載される油吸着器（アドゾーバ）の寿命が延びることになり、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及びメンテナンスコストの低減にも効果が波及されることになり、ヘリウム用密閉形圧縮機に固有の効果が得られる。
【００４１】
さらには、本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄを構成するコイル３ｅの表面には、図６に示すように、絶縁被膜となるワニス処理層５０が複数層に形成されている。ワニス処理層５０のワニス塗料材は、電気絶縁性の高いエポキシ系ワニス材が用いられている。この複数層のワニス処理層５０は、ワニス処理を複数回（図示例では、２回）実施することにより形成された第１ワニス処理層５０ａと第２ワニス処理層５０ｂとからなっている。このワニス処理は、各コイルエンド部３ｃ、３ｄをワニス槽に浸漬して取出し、これを複数回繰り返すことにより行われる。これに対し、従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’を構成するコイル３ｅの表面には、図７に示すように、絶縁被膜となるワニス処理層５０’が単層に形成されている。
【００４２】
本実施形態では、複数層のワニス処理層５０を形成するため、モータ部３の上下のコイルエンド部３ｃ、３ｄの外径Ｄｃとステータ３ａの外径Ｄｓとの比となるＤｃ／Ｄｓ値を約０．９５に設定し、コイル３ｅの密度を従来例より粗くしている。コイル３ｅの密度は、概略、コイル断面積／全体占有面積で表現され、この値が大きいほどコイル３ｅ相互間の隙間が小さくなり、コイル３ｅ相互間で接触する可能性が増大する。コイル３ｅ相互間で接触すると、コイル３ｅに傷が発生する要因になる。従来例のコイル３ｅの密度は約５０％であるのに対し、本実施形態のコイル３ｅの密度は約４０％であり、比率で約２割の低減となっている。この点からも、本実施形態では、電工作業時のコイル傷の発生を抑制することができこととなり、コイル傷の発生に起因するコロナ放電の発生を抑制することができる。
【００４３】
本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄ及び従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’のコイル３ｅは、エナメル被覆（ポリエステル系フィルム絶縁材）の電線が用いられている。エナメル被覆のコイル３ｅをワニス槽に浸漬して第１回目のワニス処理を行うことにより、コイル３ｅの表面に厚さ寸法Δ１の第１ワニス処理層５０ａ、ワニス処理層５０’が形成される。この厚さ寸法Δ１は、例えば、数μｍ程度である。第１回目のワニス処理による第１ワニス処理層５０ａ、ワニス処理層５０’を形成するだけでは、コイル３ｅを覆っていない非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部が部分的に発生する場合があり、コロナ放電の発生の原因ともなっていた。特に、コイル３ｅの表面のエナメル被覆に微小なピンホール（母線露出部）がある場合、このピンホールと非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部とが重なると、特にコロナ放電が発生しやすかった。
【００４４】
そこで、本実施形態では、第１ワニス処理層５０ａを形成したコイルエンド部３ｃ、３ｄを浸漬して第２回目のワニス処理を行うことにより、コイル３ｅの表面に厚さ寸法Δ２の複数層のワニス処理層５０を形成している。この複数層のワニス処理層５０は第１ワニス処理層５０ａと第２ワニス処理層５０ｂとからなっている。この厚さ寸法Δ２は、従来例のワニス処理層５０’の厚さ寸法Δ１に対して、約２倍の絶縁被膜の厚さになっている。この第２ワニス処理層５０ｂは、第１ワニス処理層５０ａにおける非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部を覆うように形成されるので、コロナ放電の発生を防止することができる。また、コイル３ｅの密度を粗くしたことにより、コイル３ｅ間の隙間Ｌ３〜Ｌ５が従来例の隙間Ｌ１〜Ｌ２より広がり、ワニス処理時にワニス材が浸透しやすくなって、コイル３ｅ表面に生ずる微小なピンホールがある場合でも、その微小なピンホール部を確実に被覆でき、モータ全体としての絶縁性が飛躍的に向上できる。
【００４５】
コイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅの表面に複数層のワニス処理層５０を形成すると、この部分からの放熱特性が低下する。そこで、本実施形態では、上述したように、油インジェクションによるモータ冷却を図っていること、矩形状通路１８ｂから流下する油とヘリウムガスとの混合体がコイルエンド部３ｃ上面に直接衝突することによりコイル３ｅへの油の冷却効果を促進すること、コイル３ｅの密度を粗くすることによりコイル３ｅ間に油を浸透しやすくしてコイル３ｅへの油の冷却効果を促進すること、などの対策を講じている。これによって、過負荷条件時などの過酷試験条件においても、コイルエンド部３ｃ、３ｄの温度上昇を防止でき、モータ寿命の低下やモータ焼損による信頼性の低下を防止することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８から図１０を用いて説明する。図８は本発明の第２実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の縦断面図、図９は第２実施形態の複数層のワニス処理層及び従来例の単層のワニス処理層の各コロナ開始電圧特性を示す図、図１０は第２実施形態及び従来例の各運転範囲を示す図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００４６】
この第２実施形態は、インバータ４００によって駆動されるヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の例である。この第２実施形態では、密閉容器１のケーシング部２ｂには、モータ部３にモータリード線３ｍを介して接続されたハーメチック端子７０が設置されている。このハーメチック端子７０には、商用電源５００から配線４５０、インバータ４００及び配線３９０を通して商用電源電圧が供給される。
【００４７】
例えば、米国地域などの商用電源４８０Ｖにおいては、インバータ駆動により発生するサージ電圧は、最大で、２×４８０×√２＝約１４００Ｖの高電圧がハーメ端子７０ひいてはコイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅ間に作用することになる。高圧なサージ電圧がコイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅ間に作用しても、第１実施形態と同様に、ワニス絶縁材料の被膜厚さが従来の１回実施に対して複数倍の厚く設定されること、コイル部のエナメル線にピンホールなどが介在していてもワニス絶縁材の皮膜が確実になされることにより、コロナ放電による絶縁破壊作用を防止でき、またコイル３ｅの傷によるレアーショートを防止できる。
【００４８】
本実施形態では、インバータ４００によって密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定している。これによって、コロナ放電の発生を確実に防止することができる。
【００４９】
そのことを、図９及び図１０を用いて具体的に説明する。図９はヘリウムガスの雰囲気圧力とコロナ放電開始電圧との関係を示す。Ｃ特性がワニス処理１回の従来例であり、Ｂ特性が２回ワニス処理したこの第２実施形態の場合であり、Ａ特性が３回のワニス処理を実施した場合である。このように、コロナ放電開始電圧は、ワニス処理回数の影響とともに雰囲気圧力に大きく影響することが判明し、また、複数層のワニス処理をすると共にモータ部３の周囲のヘリウムガスの圧力（すなわち、密閉容器１内の圧力）を１．５ＭＰａＧとすることにより、極めて高いコロナ放電開始電圧とすることができることが判明した。この結果から、インバータ制御するヘリウム用スクロール圧縮機においては、図１０に示すように運転中の容器内圧力を１．５ＭＰａＧ以上設定すれば、インバータ駆動により発生するサージ電圧によるモータ絶縁破壊を確実に防止できる。なお、上限の３．０ＭＰａＧは、密閉容器１の強度上の制約である。
【００５０】
潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められており、下部コイルエンド部３ｄの高さＬｍ２を大きくして油面２３ｃにコイルエンド部３ｄの下端部が浸かるようにしてある。これによって、モータ部３の冷却がより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のモータ部に用いるステータを横にした状態の断面図である。
【図５】図１のモータ部に用いるステータの平面図である。
【図６】図４の本実施形態のコイルエンド部におけるコイル部分の断面拡大図である。
【図７】図４の従来例のコイルエンド部におけるコイル部分の断面拡大図である。
【図８】本発明の第２実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図９】第２実施形態の複数層のワニス処理層及び従来例の単層のワニス処理層の各コロナ開始電圧特性を示す図である。
【図１０】第２実施形態及び従来例の各運転範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…密閉容器、１ａ…吐出室、１ｂ、１ｂ１、１ｂ２…モータ室、１ｄ…ケーシング部、２…圧縮機部、３…モータ部、３ａ…ステータ、３ｂ…ロータ、３ｃ、３ｄ…コイルエンド部、３ｆ…ステータコア、３ｍ…主電源用リード線、３ｑ〜３ｔ…コアーカット部、５…固定スクロール、６…旋回スクロール、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、１８、１８ａ，１８ｂ…矩形状通路（第１通路）、２０…吐出管、２２…ポート、２３…潤滑油、２５…第ニ通路、２５ａ〜２５ｄ…弓形状通路（第２通路）、３０…油取り出し管、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、５０…ワニス処理層、５０ａ…第１ワニス処理層、５０ｂ…第２ワニス処理層、６０…油インジェクション機構部、４００…インバータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウム用密閉形圧縮機に係り、特にヘリウムガスが満たされる密閉容器内にコイルエンド部を有するモータ部を収納したヘリウム用密閉形圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘリウム用密閉形圧縮機は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部とモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、フレームにて密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、フレームの外周面と密閉容器の内壁面との間に吐出室とモータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、ステータの外周面と密閉容器の内壁面との間にモータ上部室とモータ下部室とを連通する第２通路を設けている。そして、圧縮機部は、固定スクロールと旋回スクロールとをそれぞれのラップを互いに内側にして噛み合わせ、旋回スクロールを旋回運動させて固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを吐出室内を通してモータ室内へ吐出する構成としている。また、このヘリウム用密閉形圧縮機は、ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部と、モータ部を回転数制御するインバータとを備えている。
【０００３】
係るヘリウム用密閉形圧縮機に関連するものとして、例えば、特開２００６―２９２５１号公報（特許文献１）が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―２９２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘリウム用スクロール圧縮機においては、コイルエンド部の周囲にヘリウムガスが充満するため、ヘリウムガス雰囲気におけるコロナ放電が生じやすく、これによってモータコイルエンド部の絶縁性が低下する、というヘリウム用途に固有な課題があることが分かった。特に、モータ部の回転数をインバータで制御する場合には、インバータ側で高圧なサージ電圧が発生し、その高圧なサージ電圧がコイルエンド部に作用することとなるため、コロナ放電が生じやすかった。
【０００６】
しかしながら、従来のヘリウム用スクロール圧縮機においては、コイルエンド部を構成するコイルの表面に形成されたワニス処理層が単層であり、コロナ放電の防止について十分に配慮されている、とは言えなかった。
【０００７】
本発明の目的は、コロナ放電によるコイルエンド部の絶縁破壊を防止して信頼性を向上できるヘリウム用密閉形圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出したヘリウムガスを前記コイルエンド部を通してから当該密閉容器外に吐出するヘリウム用密閉形圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成したことにある。
【０００９】
また、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、圧縮機部とコイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、前記フレームの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、前記吐出室と前記モータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、前記ステータの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、当該ステータの上方のモータ上部室と当該ステータの下方の底部に油溜まりを有するモータ下部室とを連通する第２通路を設け、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて前記固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し、前記固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを前記吐出室内へ吐出するように構成し、前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えたヘリウム用密閉形圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成すると共に、
前記第１通路の下流側にある前記コイルエンド部の外径を拡大して、当該コイルエンド部のコイル密度を粗くすると共に、当該エンドコイル部の外周と前記密閉容器の内壁面との隙間寸法を前記第１通路の開口部の高さ寸法より小さくしたことにある。
【００１０】
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）前記コイルエンド部を構成するコイルとしてエナメル被覆されたコイルを用いると共に、前記ワニス処理層にエポキシ系ワニス材を用いたこと。
【００１１】
また、本発明の第３の態様は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて、ヘリウムガスを前記固定スクロールの外周部の吸入口より吸入して前記固定スクロールの中央部の吐出口より前記吐出室内へ吐出するように構成し、前記モータ部を回転数制御するインバータを備えたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機において、前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成したことにある。
【００１２】
係る本発明の第３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）前記密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定したこと。
【００１３】
係る本発明の第２及び第３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）前記ステータはステータコアとこのステータコアの両側に突出する前記エンドコイル部とを有し、前記ステータコアの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に当該ステータコアの上方と下方とを連通する通路を有するように当該ステータコアの外周面にコアーカット部を形成し、前記エンドコイル部の外径を前記コアーカット部における前記ステータコアの外径とほぼ等しい外径まで拡大して当該エンドコイル部のコイル密度を粗くしたこと。
【発明の効果】
【００１４】
係る本発明のヘリウム用密閉形圧縮機によれば、コロナ放電によるコイルエンド部の絶縁破壊を防止して信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のヘリウム用スクロール圧縮機を図１から図７を用いて説明する。
【００１６】
まず、図１を参照しながら、本実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の基本的な構成に関して説明する。図１は本発明の第１実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の縦断面図である。
【００１７】
ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００は、作動ガスとしてヘリウムガスが用いられ、密閉容器１内に圧縮機部２とモータ部３とを上下に位置して回転軸１４で連接して収納すると共に、密閉容器１の底部に貯留された潤滑油２３を圧縮機部２の圧縮室８に注入する油インジェクション機構部６０を備えている。
【００１８】
圧縮機部２は、鏡板５ａに渦巻状のラップ５ｂを直立した固定スクロール５と、鏡板６ａに渦巻状のラップ６ｂを直立した旋回スクロール６とを有し、これらのラップ５ｂ、６ｂを互いに内側にして噛み合わせ、旋回スクロール６を回転軸１４に連設する偏心軸１４ａに係合し、旋回スクロール６を自転することなく固定スクロール５に対し旋回運動させる。固定スクロール５には、中心部に開口する吐出口１０と、外周部に開口する吸入口１５とが設けられている。圧縮機部２は、旋回スクロール６の旋回運動により、吸入口１５より作動ガスを吸入し、固定スクロール５及び旋回スクロール６にて形成される圧縮室８を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮し、この圧縮された作動ガスを吐出口１０より圧縮機部２上方の吐出室１ａ内に吐出する。
【００１９】
モータ部３は、密閉容器１との間に複数の弓形状通路（第２通路）２５ａ〜２５ｄ（図３参照）を形成するステータ３ａと、このステータ３ａの内側に回転可能に設けられたロータ３ｂとを備えている。ステータ３ａは、ステータコア３ｆと、このステータコア３ｆから上下に突出するコイルエンド部３ｃ、３ｄとを有している。複数の弓形状通路２５ａ〜２５ｄは、ステータコア３ｆの外周面に複数のコアーカット部３ｑ〜３ｔを形成することにより構成される。
【００２０】
そして、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００は、インジェクション油と共に吐出された作動ガスを、圧縮機部２と密閉容器１との間に形成された矩形状通路（第１通路）１８を通して圧縮機部２下方のモータ室１ｂの上部モータ室１ｂ１に導き、さらにステータコア３ａと密閉容器１との間に形成された弓形状通路２５ｂを通してモータ部３下方の下部モータ室１ｂ２に導き、さらにステータコア３ａと密閉容器１との間に形成された他の弓形状通路２５ｃを通してモータ部３上方の上部モータ室１ｂ１に導き、さらに吐出管２０を通して外部に吐出するように構成されている。この吐出管２０は矩形状通路１８の反対側に位置して設けられている。弓形状通路２５ｂは、この矩形状通路１８の直下に鉛直方向に対向して設けられている。
【００２１】
次に、図１から図３を参照しながら、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の全体構成に関してさらに具体的に説明する。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
本実施形態では、上述したように作動ガスとしてヘリウムガスを用いており、この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１ｃ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。油インジェクション管３１から油注入用ポート２２を通して圧縮機部２の圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する。また、密閉容器１の底部には底部の潤滑油２３を器外へ取出す油取り出し管３０が設けられている。
【００２３】
圧縮機部２は、固定スクロール５と旋回スクロール６とを互いに噛み合わせて圧縮室８を形成している。固定スクロール５は、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を備えている。旋回スクロール６は、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５ｂ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。
【００２４】
フレーム７は、密閉容器１内を、圧縮機部２側の吐出室１ａと、モータ部３側のモータ室１ｂとに区画している。矩形状通路１８は、固定スクロール５及びフレーム７の外縁部と密閉容器１の内壁面１ｍとの間に形成された通路１８ａ、１８ｂで構成されている。このフレーム７は、中央部に軸受部４０を設けており、この軸受部４０に回転軸１４を支承している。また、このフレーム７は固定スクロール５を複数本のボルト８１によって固定している。
【００２５】
回転軸１４の上端部を構成する偏心軸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。旋回スクロール６は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によってフレーム７に支承され、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は、モータ軸１４ｂを一体に連設しており、モータ部３に直結されている。
【００２６】
固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器２の上蓋１ｃを貫通して吸入管１７が接続されている。吐出口１０が開口している吐出室１ａは、圧縮機部２の外縁部（固定スクロール５及びフレーム７の外縁部）の通路１８（１８ａ、１８ｂ）を介してモータ室１ｂと連通している。このモータ室１ｂは、密閉容器１の中央部を構成するケーシング部１ｄを貫通する吐出管１９と連通されている。吐出管１９は通路１８ａ、１８ｂに対してほぼ反対側の位置に設置されている。この両者１８、１９の位置関係は、通路１８を通過した作動ガスとインジェクション油の混合体が、その通路１８の鉛直方向となる弓形状通路２５ｂへ向かう下方向の流れ経路と、ステータ上面やその周囲のコイルエンド部３ｃとの衝突によって水平方向に向かう流れ経路との二手に分かれる。水平方向の流れ経路は、容器内壁に沿って弓形状通路２５ａ、２５ｄへ向かう流れ経路と、中央部を通って吐出管１９に向かう流れ経路とに分流される。
【００２７】
モータ部３は、ステータ３ａとケーシング部１ｄの内壁面１ｍとの間に作動ガスとインジェクション油との混合体の流路部となる弓形状通路２５ｂを形成し、その他の流路部としての弓形状通路２５ａ、２５ｃ、２５ｄを形成している。弓形状通路２５ｂでは主に作動ガスとインジェクション油との混合体が下方向に向う流れとなり、弓形状通路２５ｃでは作動ガスのみが上方向に向う流れとなる。また、ステータ３ａとロータ３ｂとのエアーギャップ２６もガス通路となり、エアーギャップ２６を介して空間１ｂ１と空間１ｂ２とが連通している。
【００２８】
このような容器内部のモータ室１ｂ１、１ｂ２の作動ガスとインジェクション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を含む作動ガスによるモータ部３への直接冷却が可能となる。また、作動ガス中の油は、そのモータ室１ｂ１、１ｂ２にて作動ガスから分離されて下方に流れ、密閉容器１の底部に貯留される。
【００２９】
ハーメ端子部７０は、密閉容器１に取付けられ、モータリード線３ｍを介してモータ部３に電力を供給する。
【００３０】
なお、吸入管１７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が設けられている。また、吸入管１７内には、逆止弁手段１３が設けられている。逆止弁１３は、圧縮機停止時の回転軸１４の逆転を防止すると共に、密閉容器１内の潤滑油２３が低圧側に流出するのを防止するためのものである。
【００３１】
また、旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、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６ｄを介して吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄ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。
【００３２】
潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められる。この潤滑油２３は、密閉容器１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、回転軸１４内を流れ、旋回軸受３２、横穴５１を介して主軸受４０、補助軸受３９へ給油される。主軸受４０、補助軸受３９へ給油された油は、背圧室３６を経て、穴６ｄを介してスクロールラップの圧縮室８へ注入されて圧縮ガスと混合され、ヘリウムガスと共に吐出室１ａへ吐出される。
【００３３】
次に、図１を参照しながら、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の油インジェクションによる注油系統に関して説明する。
【００３４】
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Ｐｄより低い圧力）との差圧によって油取り出し管３０の流入部３０ａから油取り出し管３０内に流入していく。油取り出し管３０の油入り口部３０ａ内へ流入した油は外部油配管５１を通って油冷却器３３へ至り、ここで適宜冷却された後、油配管５２ａ、５２ｂ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。なお、図１において、２７１は油流量調節弁である。
【００３５】
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、油インジェクションによる注油系統から圧縮室８へ供給された油及び主軸受４０、補助軸受３９を通して圧縮室８へ給油された油は、作動ガスと共に吐出口１０より吐出室１ａへ吐出され、ヘリウムガスとミスト状油との混合流体の流れとなる。この混合流体は、矩形状通路１８ａ、１８ｂを介してモータ室１ｂに移動することになり、前述したようにモータ室１ｂで作動ガスから分離されて弓形状通路２５などを介して流下し密閉容器２の底部に溜まる。
【００３６】
次に、図１、図４から図７を参照しながら、モータ部３のコイルエンド部３ｃ、３ｄに関してさらに具体的に説明する。図４は図１のモータ部３に用いるステータ３ａを横にした状態の断面図、図５は図１のモータ部３に用いるステータ３ａの平面図、図６は図４の本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄにおけるコイル部分の断面拡大図、図７は図４の従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’におけるコイル部分の断面拡大図である。
【００３７】
図４及び図５の実線で示す本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄは、一点差線で示す従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’より、その外径寸法Ｄｃ及び高さ寸法Ｌｍ１，Ｌｍ２が大きく形成され、そのコイル密度が粗く形成されている。これによって、コイル整形時の電工作業におけるコイル整形量を従来例より緩和することができ、電工作業時のコイルの傷の発生を抑制することができる。従って、コイル傷の発生に起因するコロナ放電の発生を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、コイルエンド部３ｃの高さ寸法Ｌｍ１はコイルエンド部３ｄの高さ寸法Ｌｍ２寸法と同等としている。また、ステータ外径Ｄｓと高さ寸法Ｌｍ１、Ｌｍ２との関係をＬｍ１／Ｄｓ＝Ｌｍ２／Ｄｓ＝０．２６〜０．３０とすることが実用的に適切である。
【００３９】
また、エンドコイル部３ｃ、３ｄは、コアーカット部３ｑ〜３ｔにおけるステータコア３ｆの外径Ｌｃとほぼ等しい外径Ｄｃまで拡大されている。これによって、弓形状通路２５ａ〜２５ｄの通路面積を確保しつつ、コイル整形量の緩和を図ることができる。
【００４０】
さらには、図１に示すように、エンドコイル部３ｃ、３ｄの外周と密閉容器１の内壁面１ｍとの隙間寸法Ｓ１が矩形状通路１８ｂの開口部の高さ寸法Ｈ１より小さくなるようにエンドコイル部３ｃ、３ｄの外径が拡大されている。これにより、矩形状通路１８ｂの開口部から流下する油とヘリウムガスとの混合体がコイルエンド部３ｃ上面に直接衝突することになり、密閉容器１内における油分離性が向上でき、密閉容器１から外部に油が流出する、いわゆる油上りの量を格段に低減できる。特に、ガス流量が最大となる過負荷圧力条件においては、衝突分離性能が発揮しやすくなるので、油上り量はさらに低減できる。ヘリウム用密閉形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、油上り量の低減により、ヘリウム圧縮機ユニットに搭載される油吸着器（アドゾーバ）の寿命が延びることになり、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及びメンテナンスコストの低減にも効果が波及されることになり、ヘリウム用密閉形圧縮機に固有の効果が得られる。
【００４１】
さらには、本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄを構成するコイル３ｅの表面には、図６に示すように、絶縁被膜となるワニス処理層５０が複数層に形成されている。ワニス処理層５０のワニス塗料材は、電気絶縁性の高いエポキシ系ワニス材が用いられている。この複数層のワニス処理層５０は、ワニス処理を複数回（図示例では、２回）実施することにより形成された第１ワニス処理層５０ａと第２ワニス処理層５０ｂとからなっている。このワニス処理は、各コイルエンド部３ｃ、３ｄをワニス槽に浸漬して取出し、これを複数回繰り返すことにより行われる。これに対し、従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’を構成するコイル３ｅの表面には、図７に示すように、絶縁被膜となるワニス処理層５０’が単層に形成されている。
【００４２】
本実施形態では、複数層のワニス処理層５０を形成するため、モータ部３の上下のコイルエンド部３ｃ、３ｄの外径Ｄｃとステータ３ａの外径Ｄｓとの比となるＤｃ／Ｄｓ値を約０．９５に設定し、コイル３ｅの密度を従来例より粗くしている。コイル３ｅの密度は、概略、コイル断面積／全体占有面積で表現され、この値が大きいほどコイル３ｅ相互間の隙間が小さくなり、コイル３ｅ相互間で接触する可能性が増大する。コイル３ｅ相互間で接触すると、コイル３ｅに傷が発生する要因になる。従来例のコイル３ｅの密度は約５０％であるのに対し、本実施形態のコイル３ｅの密度は約４０％であり、比率で約２割の低減となっている。この点からも、本実施形態では、電工作業時のコイル傷の発生を抑制することができこととなり、コイル傷の発生に起因するコロナ放電の発生を抑制することができる。
【００４３】
本実施形態のコイルエンド部３ｃ、３ｄ及び従来例のコイルエンド部３ｃ’、３ｄ’のコイル３ｅは、エナメル被覆（ポリエステル系フィルム絶縁材）の電線が用いられている。エナメル被覆のコイル３ｅをワニス槽に浸漬して第１回目のワニス処理を行うことにより、コイル３ｅの表面に厚さ寸法Δ１の第１ワニス処理層５０ａ、ワニス処理層５０’が形成される。この厚さ寸法Δ１は、例えば、数μｍ程度である。第１回目のワニス処理による第１ワニス処理層５０ａ、ワニス処理層５０’を形成するだけでは、コイル３ｅを覆っていない非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部が部分的に発生する場合があり、コロナ放電の発生の原因ともなっていた。特に、コイル３ｅの表面のエナメル被覆に微小なピンホール（母線露出部）がある場合、このピンホールと非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部とが重なると、特にコロナ放電が発生しやすかった。
【００４４】
そこで、本実施形態では、第１ワニス処理層５０ａを形成したコイルエンド部３ｃ、３ｄを浸漬して第２回目のワニス処理を行うことにより、コイル３ｅの表面に厚さ寸法Δ２の複数層のワニス処理層５０を形成している。この複数層のワニス処理層５０は第１ワニス処理層５０ａと第２ワニス処理層５０ｂとからなっている。この厚さ寸法Δ２は、従来例のワニス処理層５０’の厚さ寸法Δ１に対して、約２倍の絶縁被膜の厚さになっている。この第２ワニス処理層５０ｂは、第１ワニス処理層５０ａにおける非ワニス処理部または極めて薄いワニス処理部を覆うように形成されるので、コロナ放電の発生を防止することができる。また、コイル３ｅの密度を粗くしたことにより、コイル３ｅ間の隙間Ｌ３〜Ｌ５が従来例の隙間Ｌ１〜Ｌ２より広がり、ワニス処理時にワニス材が浸透しやすくなって、コイル３ｅ表面に生ずる微小なピンホールがある場合でも、その微小なピンホール部を確実に被覆でき、モータ全体としての絶縁性が飛躍的に向上できる。
【００４５】
コイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅの表面に複数層のワニス処理層５０を形成すると、この部分からの放熱特性が低下する。そこで、本実施形態では、上述したように、油インジェクションによるモータ冷却を図っていること、矩形状通路１８ｂから流下する油とヘリウムガスとの混合体がコイルエンド部３ｃ上面に直接衝突することによりコイル３ｅへの油の冷却効果を促進すること、コイル３ｅの密度を粗くすることによりコイル３ｅ間に油を浸透しやすくしてコイル３ｅへの油の冷却効果を促進すること、などの対策を講じている。これによって、過負荷条件時などの過酷試験条件においても、コイルエンド部３ｃ、３ｄの温度上昇を防止でき、モータ寿命の低下やモータ焼損による信頼性の低下を防止することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８から図１０を用いて説明する。図８は本発明の第２実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００の縦断面図、図９は第２実施形態の複数層のワニス処理層及び従来例の単層のワニス処理層の各コロナ開始電圧特性を示す図、図１０は第２実施形態及び従来例の各運転範囲を示す図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００４６】
この第２実施形態は、インバータ４００によって駆動されるヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の例である。この第２実施形態では、密閉容器１のケーシング部２ｂには、モータ部３にモータリード線３ｍを介して接続されたハーメチック端子７０が設置されている。このハーメチック端子７０には、商用電源５００から配線４５０、インバータ４００及び配線３９０を通して商用電源電圧が供給される。
【００４７】
例えば、米国地域などの商用電源４８０Ｖにおいては、インバータ駆動により発生するサージ電圧は、最大で、２×４８０×√２＝約１４００Ｖの高電圧がハーメ端子７０ひいてはコイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅ間に作用することになる。高圧なサージ電圧がコイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル３ｅ間に作用しても、第１実施形態と同様に、ワニス絶縁材料の被膜厚さが従来の１回実施に対して複数倍の厚く設定されること、コイル部のエナメル線にピンホールなどが介在していてもワニス絶縁材の皮膜が確実になされることにより、コロナ放電による絶縁破壊作用を防止でき、またコイル３ｅの傷によるレアーショートを防止できる。
【００４８】
本実施形態では、インバータ４００によって密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定している。これによって、コロナ放電の発生を確実に防止することができる。
【００４９】
そのことを、図９及び図１０を用いて具体的に説明する。図９はヘリウムガスの雰囲気圧力とコロナ放電開始電圧との関係を示す。Ｃ特性がワニス処理１回の従来例であり、Ｂ特性が２回ワニス処理したこの第２実施形態の場合であり、Ａ特性が３回のワニス処理を実施した場合である。このように、コロナ放電開始電圧は、ワニス処理回数の影響とともに雰囲気圧力に大きく影響することが判明し、また、複数層のワニス処理をすると共にモータ部３の周囲のヘリウムガスの圧力（すなわち、密閉容器１内の圧力）を１．５ＭＰａＧとすることにより、極めて高いコロナ放電開始電圧とすることができることが判明した。この結果から、インバータ制御するヘリウム用スクロール圧縮機においては、図１０に示すように運転中の容器内圧力を１．５ＭＰａＧ以上設定すれば、インバータ駆動により発生するサージ電圧によるモータ絶縁破壊を確実に防止できる。なお、上限の３．０ＭＰａＧは、密閉容器１の強度上の制約である。
【００５０】
潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められており、下部コイルエンド部３ｄの高さＬｍ２を大きくして油面２３ｃにコイルエンド部３ｄの下端部が浸かるようにしてある。これによって、モータ部３の冷却がより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のモータ部に用いるステータを横にした状態の断面図である。
【図５】図１のモータ部に用いるステータの平面図である。
【図６】図４の本実施形態のコイルエンド部におけるコイル部分の断面拡大図である。
【図７】図４の従来例のコイルエンド部におけるコイル部分の断面拡大図である。
【図８】本発明の第２実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図９】第２実施形態の複数層のワニス処理層及び従来例の単層のワニス処理層の各コロナ開始電圧特性を示す図である。
【図１０】第２実施形態及び従来例の各運転範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…密閉容器、１ａ…吐出室、１ｂ、１ｂ１、１ｂ２…モータ室、１ｄ…ケーシング部、２…圧縮機部、３…モータ部、３ａ…ステータ、３ｂ…ロータ、３ｃ、３ｄ…コイルエンド部、３ｆ…ステータコア、３ｍ…主電源用リード線、３ｑ〜３ｔ…コアーカット部、５…固定スクロール、６…旋回スクロール、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、１８、１８ａ，１８ｂ…矩形状通路（第１通路）、２０…吐出管、２２…ポート、２３…潤滑油、２５…第ニ通路、２５ａ〜２５ｄ…弓形状通路（第２通路）、３０…油取り出し管、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、５０…ワニス処理層、５０ａ…第１ワニス処理層、５０ｂ…第２ワニス処理層、６０…油インジェクション機構部、４００…インバータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出したヘリウムガスを前記コイルエンド部を通してから当該密閉容器外に吐出するヘリウム用密閉形圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成した
ことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項２】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部とコイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、
フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、
前記フレームの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、前記吐出室と前記モータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、
前記ステータの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、当該ステータの上方のモータ上部室と当該ステータの下方の底部に油溜まりを有するモータ下部室とを連通する第２通路を設け、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて前記固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し、前記固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを前記吐出室内へ吐出するように構成し、
前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えたヘリウム用密閉形圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成すると共に、
前記第１通路の下流側にある前記コイルエンド部の外径を拡大して、当該コイルエンド部のコイル密度を粗くすると共に、当該エンドコイル部の外周と前記密閉容器の内壁面との隙間寸法を前記第１通路の開口部の高さ寸法より小さくした
ことを特徴とするヘリウム用密閉形スクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記コイルエンド部を構成するコイルとしてエナメル被覆されたコイルを用いると共に、前記ワニス処理層にエポキシ系ワニス材を用いたことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項４】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、
フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて、ヘリウムガスを前記固定スクロールの外周部の吸入口より吸入して前記固定スクロールの中央部の吐出口より前記吐出室内へ吐出するように構成し、
前記モータ部を回転数制御するインバータを備えたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成した
ことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項５】
請求項４において、前記密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定したことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項６】
請求項２または４において、前記ステータはステータコアとこのステータコアの両側に突出する前記エンドコイル部とを有し、前記ステータコアの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に当該ステータコアの上方と下方とを連通する通路を有するように当該ステータコアの外周面にコアーカット部を形成し、前記エンドコイル部の外径を前記コアーカット部における前記ステータコアの外径とほぼ等しい外径まで拡大して当該エンドコイル部のコイル密度を粗くしたことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項１】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出したヘリウムガスを前記コイルエンド部を通してから当該密閉容器外に吐出するヘリウム用密閉形圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成した
ことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項２】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部とコイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部とを上下に配置して密閉容器内に収納し、
フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、
前記フレームの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、前記吐出室と前記モータ室とを連通する矩形状の第１通路を設け、
前記ステータの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に、当該ステータの上方のモータ上部室と当該ステータの下方の底部に油溜まりを有するモータ下部室とを連通する第２通路を設け、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて前記固定スクロールの外周部の吸入口よりヘリウムガスを吸入し、前記固定スクロールの中央部の吐出口よりヘリウムガスを前記吐出室内へ吐出するように構成し、
前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を密閉容器に貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えたヘリウム用密閉形圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成すると共に、
前記第１通路の下流側にある前記コイルエンド部の外径を拡大して、当該コイルエンド部のコイル密度を粗くすると共に、当該エンドコイル部の外周と前記密閉容器の内壁面との隙間寸法を前記第１通路の開口部の高さ寸法より小さくした
ことを特徴とするヘリウム用密閉形スクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記コイルエンド部を構成するコイルとしてエナメル被覆されたコイルを用いると共に、前記ワニス処理層にエポキシ系ワニス材を用いたことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項４】
作動ガスとしてヘリウムガスを用い、
圧縮機部と、コイルエンド部を有するステータ及びロータからなるモータ部と、を密閉容器内に収納すると共に、
フレームにて前記密閉容器内を吐出室とモータ室とに区画し、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した旋回スクロールとをそれぞれ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旋回運動させて、ヘリウムガスを前記固定スクロールの外周部の吸入口より吸入して前記固定スクロールの中央部の吐出口より前記吐出室内へ吐出するように構成し、
前記モータ部を回転数制御するインバータを備えたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機において、
前記コイルエンド部を構成するコイルの表面に絶縁被膜となるワニス処理層を複数層に形成した
ことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項５】
請求項４において、前記密閉容器内の運転圧力が１．５ＭＰａＧから３．０ＭＰａＧの範囲に設定したことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【請求項６】
請求項２または４において、前記ステータはステータコアとこのステータコアの両側に突出する前記エンドコイル部とを有し、前記ステータコアの外周面と前記密閉容器の内壁面との間に当該ステータコアの上方と下方とを連通する通路を有するように当該ステータコアの外周面にコアーカット部を形成し、前記エンドコイル部の外径を前記コアーカット部における前記ステータコアの外径とほぼ等しい外径まで拡大して当該エンドコイル部のコイル密度を粗くしたことを特徴とするヘリウム用密閉形圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−５１０５０（Ｐ２００８−５１０５０Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３００８５（Ｐ２００６−２３００８５）
【出願日】平成１８年８月２８日（２００６．８．２８）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２８日（２００６．８．２８）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
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