密閉形圧縮機及び空冷式ヘリウム圧縮装置
【課題】耐熱性と冷却効果を向上させることにより、信頼性と安全性をもつ密閉型圧縮機及び空冷式ヘリウム圧縮装置を提供する。
【解決手段】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した密閉形圧縮機において、圧縮機部の吐出口から密閉容器内に吐出した作動ガスを、コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、コイル部とリード線の結線部を吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【解決手段】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した密閉形圧縮機において、圧縮機部の吐出口から密閉容器内に吐出した作動ガスを、コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、コイル部とリード線の結線部を吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を向上させた密閉形圧縮機、及びヘリウム圧縮機ユニット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリウム用密閉形圧縮機等の密閉形圧縮機は、従来、特許文献１（特開２００８―５１０５０号）に示されるものがある。この従来技術は、インバータ制御するヘリウム用スクロール圧縮機であるが、商用電源時の商用周波数における圧縮機入力（入力電力）に比べ、ＡＣ仕様またはＤＣ仕様インバータ駆動による高速運転における圧縮機入力が大きく増大し、モータ部の巻線温度も上昇する。近年、地球環境の温度上昇に伴い、圧縮機の周囲温度もおよそ４０℃から地域的には５０℃レベルまで上昇することになる。
【０００３】
一方冷却系に関しては、ヘリウム用密閉形圧縮機と油分離器とガス冷却器及び油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置では、使い勝手の良い冷却ファンによる空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたユニットの場合、周囲温度上昇の影響によって、油冷却器の出口油温度は周囲温度に対して更に二十数度上昇し、ヘリウム圧縮機に注入される油インジェクション温度が高温となり、ひいてはモータ巻線温度の異常な上昇を引き起こす恐れがある。特に、インバータを使用したヘリウム圧縮機ユニットにおいては、インバータ内部の発生熱が加わるとユニット内の空気温度の上昇をもたらし、更に高温の約６０℃に至る。このため、内部に配置された圧縮機のモータ巻線温度の更なる上昇につながる。
【０００４】
図８に、ヘリウム圧縮機に注入される冷却用の油インジェクション量と、モータのモータ巻線温度との関係を示す。図９は、油インジェクション量とヘリウム圧縮機入力との関係を示す。両図から、空冷式油冷却器において周囲温度が６０℃の場合、その時のモータ巻線温度は、水冷式に比べて数十度大きく上昇することになる。一方、図８から、油インジェクション量を増加すると圧縮機入力（電力）が増加するため、油インジェクション量には制限がある。このような空冷式ヘリウム圧縮機ユニットの条件下においては、圧縮機入力を省エネルギー化のために制限する観点から、モータ巻線温度は、従来の水道水などを利用した水冷式ユニットの場合と比較して、モータ巻線温度の大幅な上昇は避けられないという問題がある。
【０００５】
また、図１１に示すように、ヘリウム圧縮機の運転圧力比の低い圧力比域のＰｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７（Ｐｄは吐出圧力、Ｐｓは吸入圧力を示す）では、給油差圧の確保が困難となるため油インジェクション量が低下し、それに伴い、周囲温度が高くなるほどモータ巻線温度が顕著に上昇するというヘリウム圧縮機固有の課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８―５１０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来技術においては、周囲温度の高温度化に伴い、モータ巻線温度が異常上昇し、それに伴いモータ絶縁部（絶縁被膜層）の劣化が進み、そのことがモータ寿命の低下、及び運転中の圧縮機漏れ電流が増加するという問題がある。万が一、モータ焼損に至ると、ヘリウム圧縮機全体の信頼性の低下、及び上記した電気安全性の低下の恐れがある。特に特許文献１では、コイル部表面の絶縁被膜となるワニス材が複数層となって絶縁被膜厚さが厚くなるため、放熱作用が低下し、コイル部の温度上昇を更に助長させる恐れがある。また、上記絶縁フィルム材とリード線被覆材に高耐熱性の硬質性のものを用いた場合、柔軟性がなくなって、各部品同士の干渉・接触の危険性が高まると共に、組立作業等において扱い難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、耐熱性と冷却効果を向上させることにより、信頼性と安全性をもつ密閉型圧縮機及び空冷式ヘリウム圧縮装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、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した密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成するとともに、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は上記目的を達成するため、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ともに、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、前記モータ部の周囲が吐出ガス域となる密閉形圧縮機において、
前記圧縮機の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成するとともに、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載の密閉形圧縮機において、前記モータ部はコイル部とリード線に耐熱温度１８０℃の仕様の耐熱材料を用い、その他の構成要素に耐熱温度１５５℃仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の密閉形圧縮機において、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を連通して作動ガスを流す第１通路を設け、該第１通路下方部の容器内壁面に油分離手段を備え、コイル部とリード線の結線部を、耐熱温度１５５℃仕様品の耐熱性材料の絶縁フィルムで包むとともに、前記油分離手段とほぼ反対位置となる前記吐出配管の近傍に配置することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、ヘリウム用密閉形圧縮機と、前記密閉形圧縮機の吐出ガスを冷却するガス冷却器と、吐出ガスの油を分離する油分離器と、前記密閉形圧縮機の油を冷却してインジェクション管に供給する油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置において、
前記ヘリウム用密閉形圧縮機に請求項１記載の密閉形圧縮機を用いると共に、前記冷却器として空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、モータ部の電気絶縁材に高耐熱仕様のものを用いるとともに、モータ部を冷却に適した構成にすることにより、モータ絶縁部の劣化を防止してモータの長寿命化が図れ、密閉形圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、冷却に必要な油インジェクション量を少なくできるので、圧縮機の入力（入力電力）を低く抑えられ、高性能なヘリウム圧縮機が得られる。
【００１５】
また、高耐熱性仕様の絶縁材を用いることで絶縁材が硬質性となっても、リード線とコイル部の結線部と、油分離手段との干渉・接触のない適正配置によって、モータステータのケーシング部への組立作業性が改善され、工数の低減（コスト低減）を図ることができる。
【００１６】
また、モータの絶縁劣化を防止できるので漏れ電流の低減が図れ、電気安全性の向上効果がある。特にヘリウムガスでは、漏れ電流が他の冷凍空調用冷媒ガスＲ２２，Ｒ４１０，Ｒ４０４等の作動ガスに比べて大きくなるという固有な特性があり、上記漏れ電流の低減効果はヘリウム圧縮機で大きい。
【００１７】
さらに、従来技術では、冷却のための油インジェクション量を確保する上で、低圧力比Ｐｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７の領域での運転が不可能であったが、本発明では可能となり運転範囲の拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のインバータ駆動のヘリウム用密閉形圧縮機のを示す縦断面図。
【図２】同じく要部を切欠いて示す縦断面図。
【図３】同じく図１のＡ−Ａ断面におけるモータ上部の平面図。
【図４】同じくステータの平面図。
【図５】同じくステータの縦断面図。
【図６】同じくステータスロット部の部分断面図。
【図７】本発明の実施形態の空冷式ヘリウム圧縮機装置の構成機器の配置図。
【図８】油インジェクション量とモータ巻線温度との関係を示す説明図。
【図９】油インジェクション量とヘリウム圧縮機入力との関係を示す説明図。
【図１０】モータ巻線温度とモータ寿命との関係を示す説明図。
【図１１】運転圧力比と油インジェクション量及びモータ巻線温度との関係を示す説明図。
【図１２】油分離手段とモータコイルエンド部及び結線部との位置関係を示す参考図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図１から図１２により詳細に説明する。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。図１は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、固定スクロール５と旋回スクロール６を備えたスクロール形圧縮機部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内に収納したヘリウム用密閉形圧縮機１００の縦断面を示す。
【００２０】
図１、図３において、モータ部３はさらに、コイル部３ｅ、絶縁フィルム部３ｙ、リード線３ｍ、縛り紐３ｆ及びコイル部表面を絶縁被膜するワニス材３ｚから構成され、各部材の耐熱温度が、１５５℃仕様品または１８０℃仕様品の高耐熱性材料が用いられる。
【００２１】
従来のヘリウム圧縮機におけるモータ耐熱仕様は、リード線３ｍ及び縛り紐３ｆの被覆材の最高温度は１２０℃仕様品であった。従って、この圧縮機を用いた空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置では、周囲温度に異常上昇があると冷却用油インジェクション温度も大幅に上昇し、その結果、ヘリウム圧縮機容器内のモータ周囲温度及びモータ巻線温度は容易に１２０℃を越える結果となり、耐熱上問題であった。これに対し、本実施形態では、上記１２０℃を越える温度条件下においても絶縁劣化及び絶縁破壊が起こらないように、前記した高耐熱性材料を用いて高耐熱仕様のモータ部（最高温度１５５℃レベル）を構成している。
【００２２】
図１で、ヘリウム用密閉形圧縮機１００は、インバータ４００により駆動される。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。油インジェクション機構部６０の先端には油インジェクション管３１が接続され、この油インジェクション管３１は、密閉容器１の上フタ１ｃを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。
【００２３】
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部２が、下側に高耐熱仕様のモータ部３が収納されている。そして、密閉容器１内はフレーム７をはさんで吐出室１ａと、モータ室１ｂとに区画されている。スクロール圧縮機部２は、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛み合せて圧縮室（密閉空間）８を形成している。上記圧縮機部２として、円板状鏡板５ａに渦巻状のラップ５ｂを直立した固定スクロール５と、円板状鏡板６ａに渦巻状のラップ６ｂを直立した旋回スクロール６とをそれぞれのラップを互いに内側にして噛み合わせている。
【００２４】
固定スクロール５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の鏡板６ａの反ラップ側に旋回軸受部３２を内側に備えたボス部６ｃを構成する。フレーム７の中央部に軸受部４０を形成し、この軸受部に回転軸１４が支承され、回転軸先端の偏心軸１４ａは、上記ボス部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、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構成されている。
【００２５】
回転軸１４はモータ軸１４ｂに一体に連設し、表面が絶縁被膜としてワニス処理されたコイルエンド部３ｃ、３ｄを有するモータ部３に直結している。固定スクロール５の吸入口１５には、密閉容器１の上フタ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、フレーム７の外縁部と密閉容器１の内壁面との間に設けられた第１通路１８ａ，１８ｂを介してモータ室１ｂ（１ｂ１）と連通している。吐出管２０は、上記第１通路１８ａ，１８ｂの位置に対してほぼ反対側の位置のケーシング部１ｄに設置されている。
【００２６】
モータ室１ｂは、ステータ３ａの上部空間１ｂ１と、下部空間１ｂ２とに区分されている。この両側の空間１ｂ１、１ｂ２を連通するように、モータステータ３ａのコアカット部３ｐと、ケ−シング部１ｄの内壁面１ｍ側との間に、油とヘリウムガスの流路部となる円弧状の通路２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、図３、図４参照）が形成される。モータエアーギャップの隙間２６も通路となる。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を設けている。
【００２７】
旋回スクロール６の鏡板の背面には、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、この背圧室３６には旋回スクロールの鏡板に穿設した細孔６ｄ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。
【００２８】
密閉容器１の底部の潤滑油２３は、密閉容器内の高圧圧力と、上記背圧室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５１を介して副軸受３９、主軸受４０、３２へ給油される。軸受部４０、３２へ給油された油は、前記背圧室３６を経て前記穴６ｄを介してスクロールラップ内部の圧縮室８へ移動し、圧縮ガス（作動ガス）のヘリウムガスと混合され、次いで吐出口１０から吐出室１ａへ吐出される。
【００２９】
前記密閉容器１の底部には、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。潤滑油２３は、密閉容器１内の圧力（吐出口１０の吐出圧力）と前記圧縮室８の圧力との差圧によって油取り出し管３０内を流れ、油取り出し管３０から外部油配管３６ａを通って空冷式油冷却器３３へ至る。３３２は冷却用ファン手段で、周囲温度より約２０℃から３０℃高い油温度にまで適宜冷却され、その冷却油は、油配管３６ｂを介して油インジェクション管３１およびポート２２を経て圧縮室８へ注入される。２７１は、油流量調節弁である。
【００３０】
圧縮室８へ注入された油は、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、次に第一通路１８を介して、図２、図３に示す油分離手段８０に導かれ、モータ室１ｂ１に移動する。そのモータ室１ｂ１で、ガス中の油はヘリウムガスから分離されて、下方の第２通路２５（２５ａ〜２５ｄ）を介して流下し、密閉容器１の底部に溜まる。油分離手段８０は、図２に示すように、第１通路１８ｂの下方部で第２通路２５ｂの真上に位置して容器内壁面に設けられ、上方が開口し、底部に衝突板８０ａを、側面の上半分に側壁８０ｂを、側面の下半分に開口部８０ｃを備えた略方形を有している。
【００３１】
第１通路１８ｂを通ったガスと油の混合体は、上方の開口から油分離手段８０内に流れ込み、衝突板８０ａに衝突して油が分離されると共に流れが変換され、開口部８０ｃから水平方向に流れる。開口部８０ｃから流れた該混合体は、さらにコイルエンド部３ｃの上端面に直接衝突することになり、該コイルエンド部３ｃでデミスタ作用が機能して油分離がなされ、油分離効率が向上する。
【００３２】
油分離手段８０とコイルエンド部３ｃへの衝突により分離された油は、僅かにガスが混合した状態で第２通路２５を通じて密閉容器１の底部に導かれる。他方、衝突により分離されたガスは、僅かに油が混合した状態でモータ室１ｂ１に流れて広がり、コイルエンド部３ｃの表面を流れる。油分離手段８０は上述したように第１通路１８ａ，１８ｂの真下にあり、図２に示すように、吐出管２０とは反対側のケーシングに配置される。従って、油分離手段８０から流れ出たガスは、反対側の吐出管２０に向かってコイルエンド部３ｃの上端面を両側から円弧状に流れ、吐出管２０の吐出口２０ａに集められて負荷（図示せず）に供給される。このように、コイルエンド部３ｃは端面の全体にわたってガスが流れるので、効率的に冷却される。
【００３３】
密閉容器１のケーシング部１ｄには、モータ部３にリード線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を通して電源電圧が供給される。図３に示すように、リード線３ｍは、コイル部３ｅ（エナメル線）と結線部３ｒで接続され、この結線部３ｒの周りを円筒状の高耐熱材料（例えば１５５℃仕様品）の絶縁フィルム３ｙで包んで、剥き出しの導電部となっている結線部３ｒを絶縁する。そして、この結線部３ｒとこれを包む絶縁フィルム３ｙは、油分離手段８０とは反対側の吐出管２０の付近に配置される。
【００３４】
該油分離手段８０と、モータコイルエンド部３ｃ及び前記結線部３ｒとの位置関係は、例えば参考図１２で示した配置関係になると、三相のコイル部３ｅ（エナメル線）とリード線３ｍとの結線部３ｒを被覆している絶縁フィルム部３ｙの端部と、上記油分離手段８０とが接近した構造となっている。この場合、両者８０と３ｙが干渉したり、さらに３本のリード線３ｍが油分離手段８０と接触したり、油分離手段８０から流れたガスの通るが悪くなるなど、モータステータ３ａ、３ｃをケーシング部１ｄへ組み込む際の作業性と安全性と、コイルエンド部の冷却が悪くなるという問題が生じる。
【００３５】
本実施態様では、図３〜図５に示すように結線部３ｒとこれを包む絶縁フィルム３ｙとを、油分離手段８０とは反対側の吐出管２０のガス流出口２０ａ付近に最適配置することにより、前記組立作業性と安全性に問題を解決する。さらに、吐出配管口２０ａの近傍はガスの流れが集中するため、この集中するガス流を結線部３ｒを包む絶縁フィルム３ｙとリード線３ｍに当てて、両者を冷却することができる。モータ部３では通電されるコイル部３ｅ（エナメル線）が発熱源のため温度が最も高くなり、この熱が伝達されるリード線３ｍの温度も上昇し易い。従って、上記のように集中するガス流により、絶縁フィルム３ｙとリード線３ｍの冷却は、モータ部全体の耐熱性の向上に役立つ。
【００３６】
図３〜図５において、高耐熱仕様のモータ部としての構成部品は、コイル部（エナメル線）３ｅがあり、該コイル部３ｅは線導体部（ワイヤ部）と絶縁被膜部とからなり、該絶縁被膜部を高耐熱仕様の材料手段（最高温度１５５℃以上でポリエステル系被膜エナメル線の例）の仕様品とする。また、コイル部３ｅの主な絶縁材料となる絶縁フィルム部３ｙとしては薄型形状であって、その材質は高耐熱性の１５５℃以上を有するポリエステル系絶縁材料とする。
【００３７】
リード線３ｍとしては、リード線内部の導電部と該導電部を高耐熱性１５５℃以上を有するフッ素樹脂系材質を使用した被膜部からなる。しばり紐３ｆとしては、高耐熱性の１５５℃以上を有するポリエステル系繊維質の材料を使用する。コイル部（エナメル線）３ｅの表面に絶縁被膜層となるワニス材３ｚには、高耐熱性の１５５℃以上を有するエポキシ系ワニス材質を用いる。
【００３８】
また、耐熱仕様として、最も温度の高くなりやすい部分のコイル部３ｅとリード線３ｍに上位の高耐熱クラス仕様品（最高温度１８０℃仕様）用い、その他を１５５℃仕様とすれば、低コストで高耐熱の性能が得られる。このように、１５５℃仕様品と１８０℃仕様品とを組合わせて用いることができる。
【００３９】
図６は図５に示すステータ３ａのスロット部３ｓ周辺の断面模様の模式図である。該スロット部内にも高耐熱性絶縁フィルム３ｙを使用する。該絶縁フィルム３ｙの使用部位として、上記スロット部絶縁用のほか相間絶縁用等がある。本実施態様は、耐熱仕様を１５５℃以上を確保できるモータ部３とすることであり、他の例として、モータ部３の構成部品であるコイル部３ｅは１８０℃仕様品、絶縁フィルム部３ｙは１５５℃仕様品、リード線３ｍは１８０℃仕様品、縛り紐３ｆは１５５℃仕様品及びコイル部表面を被覆しかつコイルエンド部３ｃ、３ｄをコイル間を固定し絶縁被覆せしめるワニス部材３ｚは１５５℃仕様品にそれぞれ設定して、高耐熱仕様品を組合せている。このように、ワニス材を除いてモータ構成部品の被膜材料としては高耐熱性ポリエステル系材料手段またはフッ素樹脂系（テフロン（登録商標）系）材料手段が実用的である。
【００４０】
本実施態様は、モータ部３の周囲が吐出圧力域の高圧チャンバ構造の例であるが、モータ周囲が吸入圧力の雰囲気となる低圧チャンバ構造の密閉形圧縮機においても適用できる。即ち、モータ部３の周囲が低圧の吸入ガス域となるヘリウム用密閉形圧縮機１００において、高耐熱性仕様モータを配置した実施例である。図示は、明白なため省略する。
【００４１】
図４及び図５は、コイルエンド部３ｃ、３ｄとステータ部３ａのコアーカット部の具体的な形状の実施例である。本実施態様の場合には、コイル整形作業時の電工作業におけるコイルエンド部３ｃ、３ｄの外径Ｄｃ寸法及び高さＬｍ１，Ｌｍ２寸法を極力大きく設定し、コイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル密度を粗くする。これにより、電工作業時におけるコイル部のエナメル線３ｅ表面のキズの発生とコイル部への損傷を抑制する。
【００４２】
図４及び図５において、モータ部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０．９０〜０．９５に設定し、コイル整形率を従来より小さく設定している。コイル整形率とは、概略「コイル断面積／コイル部全体の占有面積」で表現され、この値が大きいほどコイル相互間の隙間が小さくなり、コイル相互間で接触する度合いが大きくなる。本実施態様では、コイル整形率を従来の６５％を約５０％へと小さく設定する。コイルエンド部の高さＬｍ１寸法はＬｍ２寸法とほぼ同等としている。
【００４３】
このようにコイル整形率の緩和化により、コイル間の隙間が従来より広がり、ワニス処理の実施時にワニス材が浸透しやすくなって、コイル部表面に介在する微小なピンホールやコイルキズがあっても、それらの微小な欠陥部を完全にワニスで被覆できる作用がある。このため、高耐熱性仕様のモータ化との相乗効果によって、電気絶縁性が飛躍的に向上できる。
【００４４】
なお、３ｋはハーメチック端子部７０と接続するリセプタクル（コネクタ部品）である。また、第２通路を構成するコア−カット部３ｐを４ヶ所に形成する。３ｅはコイル部のエナメル線である。
【００４５】
本発明の実施態様となる図１の圧縮機においては、油インジェクションによるモータ冷却を図っているが、更に、上記で説明したモータ部３ａのコイル整形率緩和化によってコイルエンド部の内部に冷却用油が浸透しやすくなり、コイルへの冷却効果が促進できる効果及びモータ効率の向上効果も得られる。また、モータの高耐熱性仕様化においては、各構成部品の絶縁被膜厚さが厚くなり、各部品のＨｅガス中への放熱作用が低下する傾向にるが、上記の油インジェクションによる冷却効果によりコイル部の温度を低減できる。
【００４６】
また、本実施態様では、高耐熱性仕様により絶縁フィルム材とリード線被覆材の硬質性により非柔軟性となって扱い難くなっても、コイルエンド部でのリード線とコイル部との結線部の適正配置によって、モータステータのケーシング部への組立て作業の際に、組立部品（例えば油分離手段８０）間の干渉・接触が解消され、作業性が改善でき、組立工数の低減（コスト低減）を図る効果がある。
【００４７】
図１０はモータ巻線温度とモータ寿命との関係を示す説明図である。モータ寿命Ｌｍは、モータ巻線温度Ｔｍｏが高いほど顕著に低下し、大きく影響を受ける。空冷式ヘリウム圧縮装置においては、従来技術のモータ巻線温度Ｔｍｏ２の条件にてＢ点寿命となり、目標寿命Ｌｍｏを満足していない。本実施態様の高耐熱仕様のモータ部とすることにより、Ｃ点寿命に向上し目標寿命を満たすことになる。Ｃ点からＤ点への寿命アップは、図３に示すように、結線部３ｒの最適配置による冷却効果と、図４、図５のコイルエンド部の整形率緩和形状によるモータ部の冷却促進によるものである。本実施態様により、従来機に対してモータ寿命は、高耐熱仕様モータ化と上記モータ冷却促進改善による相乗作用により、約１．５倍前後の長寿命化が図れるようになる。
【００４８】
上述した環境温度、周囲温度の上昇が、コイル部温度の上昇の要因になるが、これを、油インジェクションによる冷却作用と、容器内のガス流の適正化及びコイル整形率の緩和化構造によって、モータ全体の冷却が促進され、またモータ寿命の向上する効果が得られるものである。
【００４９】
図７は、本実施態様の空冷式ヘリウム圧縮装置８００の外観図および注油系統図である。本実施態様の空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置８００を一点鎖線の枠内に示す。図７に示すように、圧縮機１００は図１に示される圧縮機であり、ここから吐出されたヘリウムガスは、空冷式ガス冷却器７１０に至る。７７２は冷却用ファン手段であり、ヘリウムガスを周囲温度より約１０℃から１５℃高い温度まで適宜冷却する。ヘリウムガスは、該ガス冷却器７１０から油分離器７００に送られ、ここで油が分離されたあと油吸着器８１２に送られ、配管７２０を経由してヘリウム冷凍機８６０で断熱膨張して冷熱源となる。その後再び配管７３０、さらに直接に吸入管路７３６を通り、常温の吸入ガスとして圧縮機１００に戻る。油配管７４０は、油分離器７００と吸入配管７３６とを接続して、分離した油を圧縮機吸入側に戻すものである。空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置８００は、圧縮機１００の持つ前記効果をそのまま有している。
【００５０】
本実施態様は、インバータ駆動のヘリウム圧縮機について説明したが、商用電源電圧仕様の一定速度用ヘリウム用密閉形圧縮機に対しても適用できるので、上述した同様な効果が得られる。また、前述したように、上記モータ部を電気絶縁の高耐熱仕様モータ（最高温度１５５℃仕様）に対して、更に上位の高耐熱仕様モータ（最高温度１８０℃）あるいは、両者の組合せ仕様のモータ部の構成としたヘリウム用密閉形圧縮機構造においても、更に改善した効果が得られるものである。
【符号の説明】
【００５１】
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…モータステータ、３ｂ…モータロータ、３ｃ、３ｄ…コイルエンド部、３ｅ…コイル部（エナメル線）、３ｐ…コアーカット部、３ｍ…主電源用リード線、３ｒ…結線部、３ｙ…絶縁フィルム、３ｆ…しばり紐、３ｋ…リード線端子部、３Ｓ…ステータスロット部、３ｚ…絶縁被膜用ワニス材、５…固定スクロール、６…旋回スクロール、８…圧縮室、１０…吐出口、７…フレーム、１５…吸入口、１４…回転軸、１４ａ…偏心軸、１７…吸入管、１８ａ，１８ｂ…第１通路、２５…第２通路、２０…吐出管、２２…ポート、４０…主軸受、３９…補助軸受、３０…油取り出し管、３１…油インジェクション管、３２…旋回軸受、７０…ハーメチック端子部、８０…油分離手段、１００…密閉形圧縮機、３３２、７７２…ファン手段、３３…空冷式油冷却器、７１０…空冷式ガス冷却器、４００…インバータ、３９０、４５０…商用電源線、５００…商用電源、８００…空冷式ヘリウム圧縮装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を向上させた密閉形圧縮機、及びヘリウム圧縮機ユニット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリウム用密閉形圧縮機等の密閉形圧縮機は、従来、特許文献１（特開２００８―５１０５０号）に示されるものがある。この従来技術は、インバータ制御するヘリウム用スクロール圧縮機であるが、商用電源時の商用周波数における圧縮機入力（入力電力）に比べ、ＡＣ仕様またはＤＣ仕様インバータ駆動による高速運転における圧縮機入力が大きく増大し、モータ部の巻線温度も上昇する。近年、地球環境の温度上昇に伴い、圧縮機の周囲温度もおよそ４０℃から地域的には５０℃レベルまで上昇することになる。
【０００３】
一方冷却系に関しては、ヘリウム用密閉形圧縮機と油分離器とガス冷却器及び油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置では、使い勝手の良い冷却ファンによる空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたユニットの場合、周囲温度上昇の影響によって、油冷却器の出口油温度は周囲温度に対して更に二十数度上昇し、ヘリウム圧縮機に注入される油インジェクション温度が高温となり、ひいてはモータ巻線温度の異常な上昇を引き起こす恐れがある。特に、インバータを使用したヘリウム圧縮機ユニットにおいては、インバータ内部の発生熱が加わるとユニット内の空気温度の上昇をもたらし、更に高温の約６０℃に至る。このため、内部に配置された圧縮機のモータ巻線温度の更なる上昇につながる。
【０００４】
図８に、ヘリウム圧縮機に注入される冷却用の油インジェクション量と、モータのモータ巻線温度との関係を示す。図９は、油インジェクション量とヘリウム圧縮機入力との関係を示す。両図から、空冷式油冷却器において周囲温度が６０℃の場合、その時のモータ巻線温度は、水冷式に比べて数十度大きく上昇することになる。一方、図８から、油インジェクション量を増加すると圧縮機入力（電力）が増加するため、油インジェクション量には制限がある。このような空冷式ヘリウム圧縮機ユニットの条件下においては、圧縮機入力を省エネルギー化のために制限する観点から、モータ巻線温度は、従来の水道水などを利用した水冷式ユニットの場合と比較して、モータ巻線温度の大幅な上昇は避けられないという問題がある。
【０００５】
また、図１１に示すように、ヘリウム圧縮機の運転圧力比の低い圧力比域のＰｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７（Ｐｄは吐出圧力、Ｐｓは吸入圧力を示す）では、給油差圧の確保が困難となるため油インジェクション量が低下し、それに伴い、周囲温度が高くなるほどモータ巻線温度が顕著に上昇するというヘリウム圧縮機固有の課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８―５１０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来技術においては、周囲温度の高温度化に伴い、モータ巻線温度が異常上昇し、それに伴いモータ絶縁部（絶縁被膜層）の劣化が進み、そのことがモータ寿命の低下、及び運転中の圧縮機漏れ電流が増加するという問題がある。万が一、モータ焼損に至ると、ヘリウム圧縮機全体の信頼性の低下、及び上記した電気安全性の低下の恐れがある。特に特許文献１では、コイル部表面の絶縁被膜となるワニス材が複数層となって絶縁被膜厚さが厚くなるため、放熱作用が低下し、コイル部の温度上昇を更に助長させる恐れがある。また、上記絶縁フィルム材とリード線被覆材に高耐熱性の硬質性のものを用いた場合、柔軟性がなくなって、各部品同士の干渉・接触の危険性が高まると共に、組立作業等において扱い難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、耐熱性と冷却効果を向上させることにより、信頼性と安全性をもつ密閉型圧縮機及び空冷式ヘリウム圧縮装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、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した密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成するとともに、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は上記目的を達成するため、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ともに、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、前記モータ部の周囲が吐出ガス域となる密閉形圧縮機において、
前記圧縮機の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成するとともに、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載の密閉形圧縮機において、前記モータ部はコイル部とリード線に耐熱温度１８０℃の仕様の耐熱材料を用い、その他の構成要素に耐熱温度１５５℃仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の密閉形圧縮機において、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を連通して作動ガスを流す第１通路を設け、該第１通路下方部の容器内壁面に油分離手段を備え、コイル部とリード線の結線部を、耐熱温度１５５℃仕様品の耐熱性材料の絶縁フィルムで包むとともに、前記油分離手段とほぼ反対位置となる前記吐出配管の近傍に配置することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、ヘリウム用密閉形圧縮機と、前記密閉形圧縮機の吐出ガスを冷却するガス冷却器と、吐出ガスの油を分離する油分離器と、前記密閉形圧縮機の油を冷却してインジェクション管に供給する油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置において、
前記ヘリウム用密閉形圧縮機に請求項１記載の密閉形圧縮機を用いると共に、前記冷却器として空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、モータ部の電気絶縁材に高耐熱仕様のものを用いるとともに、モータ部を冷却に適した構成にすることにより、モータ絶縁部の劣化を防止してモータの長寿命化が図れ、密閉形圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、冷却に必要な油インジェクション量を少なくできるので、圧縮機の入力（入力電力）を低く抑えられ、高性能なヘリウム圧縮機が得られる。
【００１５】
また、高耐熱性仕様の絶縁材を用いることで絶縁材が硬質性となっても、リード線とコイル部の結線部と、油分離手段との干渉・接触のない適正配置によって、モータステータのケーシング部への組立作業性が改善され、工数の低減（コスト低減）を図ることができる。
【００１６】
また、モータの絶縁劣化を防止できるので漏れ電流の低減が図れ、電気安全性の向上効果がある。特にヘリウムガスでは、漏れ電流が他の冷凍空調用冷媒ガスＲ２２，Ｒ４１０，Ｒ４０４等の作動ガスに比べて大きくなるという固有な特性があり、上記漏れ電流の低減効果はヘリウム圧縮機で大きい。
【００１７】
さらに、従来技術では、冷却のための油インジェクション量を確保する上で、低圧力比Ｐｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７の領域での運転が不可能であったが、本発明では可能となり運転範囲の拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のインバータ駆動のヘリウム用密閉形圧縮機のを示す縦断面図。
【図２】同じく要部を切欠いて示す縦断面図。
【図３】同じく図１のＡ−Ａ断面におけるモータ上部の平面図。
【図４】同じくステータの平面図。
【図５】同じくステータの縦断面図。
【図６】同じくステータスロット部の部分断面図。
【図７】本発明の実施形態の空冷式ヘリウム圧縮機装置の構成機器の配置図。
【図８】油インジェクション量とモータ巻線温度との関係を示す説明図。
【図９】油インジェクション量とヘリウム圧縮機入力との関係を示す説明図。
【図１０】モータ巻線温度とモータ寿命との関係を示す説明図。
【図１１】運転圧力比と油インジェクション量及びモータ巻線温度との関係を示す説明図。
【図１２】油分離手段とモータコイルエンド部及び結線部との位置関係を示す参考図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図１から図１２により詳細に説明する。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。図１は、作動ガスとしてヘリウムガスを用い、固定スクロール５と旋回スクロール６を備えたスクロール形圧縮機部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内に収納したヘリウム用密閉形圧縮機１００の縦断面を示す。
【００２０】
図１、図３において、モータ部３はさらに、コイル部３ｅ、絶縁フィルム部３ｙ、リード線３ｍ、縛り紐３ｆ及びコイル部表面を絶縁被膜するワニス材３ｚから構成され、各部材の耐熱温度が、１５５℃仕様品または１８０℃仕様品の高耐熱性材料が用いられる。
【００２１】
従来のヘリウム圧縮機におけるモータ耐熱仕様は、リード線３ｍ及び縛り紐３ｆの被覆材の最高温度は１２０℃仕様品であった。従って、この圧縮機を用いた空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置では、周囲温度に異常上昇があると冷却用油インジェクション温度も大幅に上昇し、その結果、ヘリウム圧縮機容器内のモータ周囲温度及びモータ巻線温度は容易に１２０℃を越える結果となり、耐熱上問題であった。これに対し、本実施形態では、上記１２０℃を越える温度条件下においても絶縁劣化及び絶縁破壊が起こらないように、前記した高耐熱性材料を用いて高耐熱仕様のモータ部（最高温度１５５℃レベル）を構成している。
【００２２】
図１で、ヘリウム用密閉形圧縮機１００は、インバータ４００により駆動される。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。油インジェクション機構部６０の先端には油インジェクション管３１が接続され、この油インジェクション管３１は、密閉容器１の上フタ１ｃを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。
【００２３】
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部２が、下側に高耐熱仕様のモータ部３が収納されている。そして、密閉容器１内はフレーム７をはさんで吐出室１ａと、モータ室１ｂとに区画されている。スクロール圧縮機部２は、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛み合せて圧縮室（密閉空間）８を形成している。上記圧縮機部２として、円板状鏡板５ａに渦巻状のラップ５ｂを直立した固定スクロール５と、円板状鏡板６ａに渦巻状のラップ６ｂを直立した旋回スクロール６とをそれぞれのラップを互いに内側にして噛み合わせている。
【００２４】
固定スクロール５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の鏡板６ａの反ラップ側に旋回軸受部３２を内側に備えたボス部６ｃを構成する。フレーム７の中央部に軸受部４０を形成し、この軸受部に回転軸１４が支承され、回転軸先端の偏心軸１４ａは、上記ボス部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、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構成されている。
【００２５】
回転軸１４はモータ軸１４ｂに一体に連設し、表面が絶縁被膜としてワニス処理されたコイルエンド部３ｃ、３ｄを有するモータ部３に直結している。固定スクロール５の吸入口１５には、密閉容器１の上フタ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、フレーム７の外縁部と密閉容器１の内壁面との間に設けられた第１通路１８ａ，１８ｂを介してモータ室１ｂ（１ｂ１）と連通している。吐出管２０は、上記第１通路１８ａ，１８ｂの位置に対してほぼ反対側の位置のケーシング部１ｄに設置されている。
【００２６】
モータ室１ｂは、ステータ３ａの上部空間１ｂ１と、下部空間１ｂ２とに区分されている。この両側の空間１ｂ１、１ｂ２を連通するように、モータステータ３ａのコアカット部３ｐと、ケ−シング部１ｄの内壁面１ｍ側との間に、油とヘリウムガスの流路部となる円弧状の通路２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、図３、図４参照）が形成される。モータエアーギャップの隙間２６も通路となる。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を設けている。
【００２７】
旋回スクロール６の鏡板の背面には、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、この背圧室３６には旋回スクロールの鏡板に穿設した細孔６ｄ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。
【００２８】
密閉容器１の底部の潤滑油２３は、密閉容器内の高圧圧力と、上記背圧室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５１を介して副軸受３９、主軸受４０、３２へ給油される。軸受部４０、３２へ給油された油は、前記背圧室３６を経て前記穴６ｄを介してスクロールラップ内部の圧縮室８へ移動し、圧縮ガス（作動ガス）のヘリウムガスと混合され、次いで吐出口１０から吐出室１ａへ吐出される。
【００２９】
前記密閉容器１の底部には、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。潤滑油２３は、密閉容器１内の圧力（吐出口１０の吐出圧力）と前記圧縮室８の圧力との差圧によって油取り出し管３０内を流れ、油取り出し管３０から外部油配管３６ａを通って空冷式油冷却器３３へ至る。３３２は冷却用ファン手段で、周囲温度より約２０℃から３０℃高い油温度にまで適宜冷却され、その冷却油は、油配管３６ｂを介して油インジェクション管３１およびポート２２を経て圧縮室８へ注入される。２７１は、油流量調節弁である。
【００３０】
圧縮室８へ注入された油は、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、次に第一通路１８を介して、図２、図３に示す油分離手段８０に導かれ、モータ室１ｂ１に移動する。そのモータ室１ｂ１で、ガス中の油はヘリウムガスから分離されて、下方の第２通路２５（２５ａ〜２５ｄ）を介して流下し、密閉容器１の底部に溜まる。油分離手段８０は、図２に示すように、第１通路１８ｂの下方部で第２通路２５ｂの真上に位置して容器内壁面に設けられ、上方が開口し、底部に衝突板８０ａを、側面の上半分に側壁８０ｂを、側面の下半分に開口部８０ｃを備えた略方形を有している。
【００３１】
第１通路１８ｂを通ったガスと油の混合体は、上方の開口から油分離手段８０内に流れ込み、衝突板８０ａに衝突して油が分離されると共に流れが変換され、開口部８０ｃから水平方向に流れる。開口部８０ｃから流れた該混合体は、さらにコイルエンド部３ｃの上端面に直接衝突することになり、該コイルエンド部３ｃでデミスタ作用が機能して油分離がなされ、油分離効率が向上する。
【００３２】
油分離手段８０とコイルエンド部３ｃへの衝突により分離された油は、僅かにガスが混合した状態で第２通路２５を通じて密閉容器１の底部に導かれる。他方、衝突により分離されたガスは、僅かに油が混合した状態でモータ室１ｂ１に流れて広がり、コイルエンド部３ｃの表面を流れる。油分離手段８０は上述したように第１通路１８ａ，１８ｂの真下にあり、図２に示すように、吐出管２０とは反対側のケーシングに配置される。従って、油分離手段８０から流れ出たガスは、反対側の吐出管２０に向かってコイルエンド部３ｃの上端面を両側から円弧状に流れ、吐出管２０の吐出口２０ａに集められて負荷（図示せず）に供給される。このように、コイルエンド部３ｃは端面の全体にわたってガスが流れるので、効率的に冷却される。
【００３３】
密閉容器１のケーシング部１ｄには、モータ部３にリード線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を通して電源電圧が供給される。図３に示すように、リード線３ｍは、コイル部３ｅ（エナメル線）と結線部３ｒで接続され、この結線部３ｒの周りを円筒状の高耐熱材料（例えば１５５℃仕様品）の絶縁フィルム３ｙで包んで、剥き出しの導電部となっている結線部３ｒを絶縁する。そして、この結線部３ｒとこれを包む絶縁フィルム３ｙは、油分離手段８０とは反対側の吐出管２０の付近に配置される。
【００３４】
該油分離手段８０と、モータコイルエンド部３ｃ及び前記結線部３ｒとの位置関係は、例えば参考図１２で示した配置関係になると、三相のコイル部３ｅ（エナメル線）とリード線３ｍとの結線部３ｒを被覆している絶縁フィルム部３ｙの端部と、上記油分離手段８０とが接近した構造となっている。この場合、両者８０と３ｙが干渉したり、さらに３本のリード線３ｍが油分離手段８０と接触したり、油分離手段８０から流れたガスの通るが悪くなるなど、モータステータ３ａ、３ｃをケーシング部１ｄへ組み込む際の作業性と安全性と、コイルエンド部の冷却が悪くなるという問題が生じる。
【００３５】
本実施態様では、図３〜図５に示すように結線部３ｒとこれを包む絶縁フィルム３ｙとを、油分離手段８０とは反対側の吐出管２０のガス流出口２０ａ付近に最適配置することにより、前記組立作業性と安全性に問題を解決する。さらに、吐出配管口２０ａの近傍はガスの流れが集中するため、この集中するガス流を結線部３ｒを包む絶縁フィルム３ｙとリード線３ｍに当てて、両者を冷却することができる。モータ部３では通電されるコイル部３ｅ（エナメル線）が発熱源のため温度が最も高くなり、この熱が伝達されるリード線３ｍの温度も上昇し易い。従って、上記のように集中するガス流により、絶縁フィルム３ｙとリード線３ｍの冷却は、モータ部全体の耐熱性の向上に役立つ。
【００３６】
図３〜図５において、高耐熱仕様のモータ部としての構成部品は、コイル部（エナメル線）３ｅがあり、該コイル部３ｅは線導体部（ワイヤ部）と絶縁被膜部とからなり、該絶縁被膜部を高耐熱仕様の材料手段（最高温度１５５℃以上でポリエステル系被膜エナメル線の例）の仕様品とする。また、コイル部３ｅの主な絶縁材料となる絶縁フィルム部３ｙとしては薄型形状であって、その材質は高耐熱性の１５５℃以上を有するポリエステル系絶縁材料とする。
【００３７】
リード線３ｍとしては、リード線内部の導電部と該導電部を高耐熱性１５５℃以上を有するフッ素樹脂系材質を使用した被膜部からなる。しばり紐３ｆとしては、高耐熱性の１５５℃以上を有するポリエステル系繊維質の材料を使用する。コイル部（エナメル線）３ｅの表面に絶縁被膜層となるワニス材３ｚには、高耐熱性の１５５℃以上を有するエポキシ系ワニス材質を用いる。
【００３８】
また、耐熱仕様として、最も温度の高くなりやすい部分のコイル部３ｅとリード線３ｍに上位の高耐熱クラス仕様品（最高温度１８０℃仕様）用い、その他を１５５℃仕様とすれば、低コストで高耐熱の性能が得られる。このように、１５５℃仕様品と１８０℃仕様品とを組合わせて用いることができる。
【００３９】
図６は図５に示すステータ３ａのスロット部３ｓ周辺の断面模様の模式図である。該スロット部内にも高耐熱性絶縁フィルム３ｙを使用する。該絶縁フィルム３ｙの使用部位として、上記スロット部絶縁用のほか相間絶縁用等がある。本実施態様は、耐熱仕様を１５５℃以上を確保できるモータ部３とすることであり、他の例として、モータ部３の構成部品であるコイル部３ｅは１８０℃仕様品、絶縁フィルム部３ｙは１５５℃仕様品、リード線３ｍは１８０℃仕様品、縛り紐３ｆは１５５℃仕様品及びコイル部表面を被覆しかつコイルエンド部３ｃ、３ｄをコイル間を固定し絶縁被覆せしめるワニス部材３ｚは１５５℃仕様品にそれぞれ設定して、高耐熱仕様品を組合せている。このように、ワニス材を除いてモータ構成部品の被膜材料としては高耐熱性ポリエステル系材料手段またはフッ素樹脂系（テフロン（登録商標）系）材料手段が実用的である。
【００４０】
本実施態様は、モータ部３の周囲が吐出圧力域の高圧チャンバ構造の例であるが、モータ周囲が吸入圧力の雰囲気となる低圧チャンバ構造の密閉形圧縮機においても適用できる。即ち、モータ部３の周囲が低圧の吸入ガス域となるヘリウム用密閉形圧縮機１００において、高耐熱性仕様モータを配置した実施例である。図示は、明白なため省略する。
【００４１】
図４及び図５は、コイルエンド部３ｃ、３ｄとステータ部３ａのコアーカット部の具体的な形状の実施例である。本実施態様の場合には、コイル整形作業時の電工作業におけるコイルエンド部３ｃ、３ｄの外径Ｄｃ寸法及び高さＬｍ１，Ｌｍ２寸法を極力大きく設定し、コイルエンド部３ｃ、３ｄのコイル密度を粗くする。これにより、電工作業時におけるコイル部のエナメル線３ｅ表面のキズの発生とコイル部への損傷を抑制する。
【００４２】
図４及び図５において、モータ部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０．９０〜０．９５に設定し、コイル整形率を従来より小さく設定している。コイル整形率とは、概略「コイル断面積／コイル部全体の占有面積」で表現され、この値が大きいほどコイル相互間の隙間が小さくなり、コイル相互間で接触する度合いが大きくなる。本実施態様では、コイル整形率を従来の６５％を約５０％へと小さく設定する。コイルエンド部の高さＬｍ１寸法はＬｍ２寸法とほぼ同等としている。
【００４３】
このようにコイル整形率の緩和化により、コイル間の隙間が従来より広がり、ワニス処理の実施時にワニス材が浸透しやすくなって、コイル部表面に介在する微小なピンホールやコイルキズがあっても、それらの微小な欠陥部を完全にワニスで被覆できる作用がある。このため、高耐熱性仕様のモータ化との相乗効果によって、電気絶縁性が飛躍的に向上できる。
【００４４】
なお、３ｋはハーメチック端子部７０と接続するリセプタクル（コネクタ部品）である。また、第２通路を構成するコア−カット部３ｐを４ヶ所に形成する。３ｅはコイル部のエナメル線である。
【００４５】
本発明の実施態様となる図１の圧縮機においては、油インジェクションによるモータ冷却を図っているが、更に、上記で説明したモータ部３ａのコイル整形率緩和化によってコイルエンド部の内部に冷却用油が浸透しやすくなり、コイルへの冷却効果が促進できる効果及びモータ効率の向上効果も得られる。また、モータの高耐熱性仕様化においては、各構成部品の絶縁被膜厚さが厚くなり、各部品のＨｅガス中への放熱作用が低下する傾向にるが、上記の油インジェクションによる冷却効果によりコイル部の温度を低減できる。
【００４６】
また、本実施態様では、高耐熱性仕様により絶縁フィルム材とリード線被覆材の硬質性により非柔軟性となって扱い難くなっても、コイルエンド部でのリード線とコイル部との結線部の適正配置によって、モータステータのケーシング部への組立て作業の際に、組立部品（例えば油分離手段８０）間の干渉・接触が解消され、作業性が改善でき、組立工数の低減（コスト低減）を図る効果がある。
【００４７】
図１０はモータ巻線温度とモータ寿命との関係を示す説明図である。モータ寿命Ｌｍは、モータ巻線温度Ｔｍｏが高いほど顕著に低下し、大きく影響を受ける。空冷式ヘリウム圧縮装置においては、従来技術のモータ巻線温度Ｔｍｏ２の条件にてＢ点寿命となり、目標寿命Ｌｍｏを満足していない。本実施態様の高耐熱仕様のモータ部とすることにより、Ｃ点寿命に向上し目標寿命を満たすことになる。Ｃ点からＤ点への寿命アップは、図３に示すように、結線部３ｒの最適配置による冷却効果と、図４、図５のコイルエンド部の整形率緩和形状によるモータ部の冷却促進によるものである。本実施態様により、従来機に対してモータ寿命は、高耐熱仕様モータ化と上記モータ冷却促進改善による相乗作用により、約１．５倍前後の長寿命化が図れるようになる。
【００４８】
上述した環境温度、周囲温度の上昇が、コイル部温度の上昇の要因になるが、これを、油インジェクションによる冷却作用と、容器内のガス流の適正化及びコイル整形率の緩和化構造によって、モータ全体の冷却が促進され、またモータ寿命の向上する効果が得られるものである。
【００４９】
図７は、本実施態様の空冷式ヘリウム圧縮装置８００の外観図および注油系統図である。本実施態様の空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置８００を一点鎖線の枠内に示す。図７に示すように、圧縮機１００は図１に示される圧縮機であり、ここから吐出されたヘリウムガスは、空冷式ガス冷却器７１０に至る。７７２は冷却用ファン手段であり、ヘリウムガスを周囲温度より約１０℃から１５℃高い温度まで適宜冷却する。ヘリウムガスは、該ガス冷却器７１０から油分離器７００に送られ、ここで油が分離されたあと油吸着器８１２に送られ、配管７２０を経由してヘリウム冷凍機８６０で断熱膨張して冷熱源となる。その後再び配管７３０、さらに直接に吸入管路７３６を通り、常温の吸入ガスとして圧縮機１００に戻る。油配管７４０は、油分離器７００と吸入配管７３６とを接続して、分離した油を圧縮機吸入側に戻すものである。空冷式ヘリウム圧縮機ユニット装置８００は、圧縮機１００の持つ前記効果をそのまま有している。
【００５０】
本実施態様は、インバータ駆動のヘリウム圧縮機について説明したが、商用電源電圧仕様の一定速度用ヘリウム用密閉形圧縮機に対しても適用できるので、上述した同様な効果が得られる。また、前述したように、上記モータ部を電気絶縁の高耐熱仕様モータ（最高温度１５５℃仕様）に対して、更に上位の高耐熱仕様モータ（最高温度１８０℃）あるいは、両者の組合せ仕様のモータ部の構成としたヘリウム用密閉形圧縮機構造においても、更に改善した効果が得られるものである。
【符号の説明】
【００５１】
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…モータステータ、３ｂ…モータロータ、３ｃ、３ｄ…コイルエンド部、３ｅ…コイル部（エナメル線）、３ｐ…コアーカット部、３ｍ…主電源用リード線、３ｒ…結線部、３ｙ…絶縁フィルム、３ｆ…しばり紐、３ｋ…リード線端子部、３Ｓ…ステータスロット部、３ｚ…絶縁被膜用ワニス材、５…固定スクロール、６…旋回スクロール、８…圧縮室、１０…吐出口、７…フレーム、１５…吸入口、１４…回転軸、１４ａ…偏心軸、１７…吸入管、１８ａ，１８ｂ…第１通路、２５…第２通路、２０…吐出管、２２…ポート、４０…主軸受、３９…補助軸受、３０…油取り出し管、３１…油インジェクション管、３２…旋回軸受、７０…ハーメチック端子部、８０…油分離手段、１００…密閉形圧縮機、３３２、７７２…ファン手段、３３…空冷式油冷却器、７１０…空冷式ガス冷却器、４００…インバータ、３９０、４５０…商用電源線、５００…商用電源、８００…空冷式ヘリウム圧縮装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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した密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【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密閉容器内に収納するとともに、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、前記モータ部の周囲が吐出ガス域となる密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の密閉形圧縮機において、前記モータ部はコイル部とリード線に耐熱温度１８０℃の仕様の耐熱材料を用い、その他の構成要素に耐熱温度１５５℃仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、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を連通して作動ガスを流す第１通路を設け、該第１通路下方部の容器内壁面に油分離手段を備え、前記コイル部とリード線の結線部を、耐熱温度１５５℃仕様品の耐熱性材料の絶縁フィルムで包むとともに、前記油分離手段とほぼ反対位置となる前記吐出配管の近傍に配置することを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項５】
ヘリウム用密閉形圧縮機と、前記密閉形圧縮機の吐出ガスを冷却するガス冷却器と、吐出ガスの油を分離する油分離器と、前記密閉形圧縮機の油を冷却してインジェクション管に供給する油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置において、
前記ヘリウム用密閉形圧縮機に請求項２に記載の密閉形圧縮機を用いると共に、前記冷却器として空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたことを特徴とする空冷式ヘリウム圧縮装置。
【請求項１】
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した密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【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密閉容器内に収納するとともに、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、前記モータ部の周囲が吐出ガス域となる密閉形圧縮機において、
前記圧縮機部の吐出口から前記密閉容器内に吐出した作動ガスを、前記コイルエンド部を通してから密閉容器に設けた吐出管から当該密閉容器外に吐出するように構成すると共に、前記モータ部をさらに、コイル部、リード線、コイル部とリード線の結線部を包む絶縁フィルム、コイル部を縛る縛り紐及びコイル部表面を絶縁被覆するワニス材から構成し、
前記コイル部とリード線の結線部を前記吐出配管の近傍のコイルエンド部に配置すると共に、前記モータ部の前記構成要素に耐熱温度１５５℃仕様または１８０℃の仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の密閉形圧縮機において、前記モータ部はコイル部とリード線に耐熱温度１８０℃の仕様の耐熱材料を用い、その他の構成要素に耐熱温度１５５℃仕様の耐熱材料を用いたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、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を連通して作動ガスを流す第１通路を設け、該第１通路下方部の容器内壁面に油分離手段を備え、前記コイル部とリード線の結線部を、耐熱温度１５５℃仕様品の耐熱性材料の絶縁フィルムで包むとともに、前記油分離手段とほぼ反対位置となる前記吐出配管の近傍に配置することを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項５】
ヘリウム用密閉形圧縮機と、前記密閉形圧縮機の吐出ガスを冷却するガス冷却器と、吐出ガスの油を分離する油分離器と、前記密閉形圧縮機の油を冷却してインジェクション管に供給する油冷却器を備えたヘリウム圧縮装置において、
前記ヘリウム用密閉形圧縮機に請求項２に記載の密閉形圧縮機を用いると共に、前記冷却器として空冷式ガス冷却器及び空冷式油冷却器を備えたことを特徴とする空冷式ヘリウム圧縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−３８４６１（Ｐ２０１１−３８４６１Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５８４２（Ｐ２００９−１８５８４２）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【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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