JP5558961B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型圧縮機、特に、腐食性ガスを圧縮するための密閉型圧縮機に関する。

雌雄一対のスクリュロータによってガスを圧縮するスクリュ圧縮機では、モータなどで駆動されるロータ軸がロータを収容するロータケーシングを貫通するが、ロータ軸とロータケーシングとの間を完全に封止することは非常に難しい。冷媒を圧縮するスクリュ圧縮機は、冷媒の漏出を防ぐために、圧縮機本体とモータとを一体に接続、つまり、スクリュロータを収容するロータケーシングとモータの固定子および回転子を収容するモータケーシングとを一体に接続し、ロータ軸とロータケーシングとの隙間から漏出する冷媒をモータケーシング内に封止する密閉構造をとるものが多い。

このような密閉型圧縮機では、圧縮するガスがモータケーシングの内部に進入するため、腐食性ガスを圧縮する場合には、モータの巻線に耐蝕性が要求される。このため、例えば、特許文献１に記載されているように、アンモニアを冷媒とする冷凍装置用のスクリュ圧縮機用モータの巻線として、アルミニウム線をフッ素樹脂で被覆したものを用いることが知られている。アルミニウム線は、通常の銅線に比べて抵抗率が高いので、巻線抵抗を低くするために巻線の径を太くしなければならない。

固定子の巻線は、特許文献２に記載されているように、外部から電力を供給可能とするために、その端部（口出線）がモータケーシングの開口を封止する端子台を貫通する外部端子（外部端子）にそれぞれ接続される。通常、外部端子は、巻線の端部を挿入してかしめる圧着端子の構造になっている。

モータケーシングには耐圧性が要求されるため、端子台はさほど大きくできない。また、一般に、部品の標準化のために、端子台は、異なる製品間で同じものを使用できるようにすることが望ましい。このため、通常のモータと同じピッチで排列された外部端子に、銅線に比べて径の太いアルミニウム線を接続すると、外部端子の圧着部間の距離が短くなってしまう。アンモニアは、空気と比べて絶縁性が低いため、外部端子の圧着部間の距離が短くなると、モータ内部で絶縁破壊が生じて短絡してしまうという問題がある。

また、アルミニウム線が太くなると、複数のアルミニウム線やアルミニウム撚線を外部端子に圧着する際、線の束や撚線の中心部まで強い圧縮応力を生じさせることが難しくなるため、複数のアルミニウム線の略中心部やアルミニウム撚線の中央に隙間ができる。すると、中央の素線と外側の素線との間の導電接触が不十分になり、電流が外側に偏って流れるため、局所的に大きなジュール損を生じて口出線を焼損する危険性がある。このような発熱は、口出線の径や外部端子の寸法をより大きくすることにより防止できるが、そうすると、さらに絶縁距離が短くなり、短絡の危険性が増してしまう。

特開２００５−１７１９４３号公報 特開２００１−９５１９５号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、モータの口出線と外部端子との接続部分で発熱や絶縁破壊が生じにくい密閉型圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による密閉型圧縮機は、雄ロータおよび雌ロータからなるスクリュロータを収容するロータ室を形成するロータケーシングと、モータの固定子および前記雄ロータと軸を共有する回転子を収容するモータ室を形成するモータケーシングとが一体且つ気密に接続されて、空気と比べて絶縁性が低い圧縮すべき腐食性ガスの流路と前記モータ室とが連通する密閉型圧縮機において、前記モータの固定子は、それぞれの相について、複数の独立した巻線を多重に巻回して形成されるとともに、各相の複数の独立した巻線が当該位相の全ての極の磁界を分担して形成するものであり、前記複数の独立した巻線はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム線又はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム撚線からなるとともに、当該独立した巻線のそれぞれについて電源から電力を供給する個別の外部端子が設けられているものであり、前記外部端子を前記モータケーシングに気密に取り付けられる複数の端子台に分けて配置したものとする。

この構成によれば、巻線を多重にすることによって各巻線の電流が小さくなるので、巻線の線径を細くすることができる。これにより、巻線と外部端子との良好な圧着を行って局所的な抵抗損が生じないようにでき、また、外部端子の接続部が大型化せず、モータ内部で絶縁破壊が生じない。

また、本発明の密閉型圧縮機において、前記複数の独立した巻線は、それぞれ、フッ素樹脂で被覆した複数本のアルミニウム線又はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム撚線からなってもよい。

この構成によれば、耐蝕性の高い圧縮機を提供できる。

また、本発明の密閉型圧縮機において、前記モータケーシングには、ロータ室と反対側の端部および上部に、それぞれ開口が形成され、前記開口には、それぞれ、スペーサを介して前記端子台が気密に取り付けられていてもよい。

この構成によれば、モータケーシングの端子台のための開口が小さくなるので、耐圧性を確保することが容易であり、端子台を通常のモータと共用化してコストを下げることもできる。

本発明の１つの実施形態の密閉型圧縮機の断面図である。 図１の密閉型圧縮機のモータ固定子の回路図である。 図２の１つの極の概略断面図である。 図３の代案の極の概略断面図である。 図３のさらなる代案の極の概略断面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の１つの実施形態の密閉型スクリュ圧縮機１を示す。スクリュ圧縮機１は、アンモニアガスを圧縮するために設計されており、圧縮機本体２とモータ３とを一体に接続してなる。

圧縮機本体２は、ロータケーシング４に形成したロータ室５内に、互いに咬合するスクリュロータ（雄ロータ６および雌ロータ７）が収容されている。スクリュロータ６，７は、モータ回転子１１の回転力によって回転させられ、吸込流路１２からアンモニアガスを吸い込んで圧縮し、吐出流路１３から圧縮した冷媒を吐出する。

モータ３は、３相誘導モータであり、ロータケーシング４に気密に接続されたモータケーシング８が形成するモータ室９内に、モータ固定子１０と雄ロータ６と軸を共有するモータ回転子１１とが収容されている。モータ室９と吸込流路１２とは、モータ固定子１０および雄ロータ６が共用する軸が貫通する開口を介して連通しており、モータ室９の内部には、吸込流路１２からアンモニアガスが流入し得る。

モータケーシング８には、ロータ室５と反対側の端部および上部に、それぞれ、開口１４が形成され。開口１４は、それぞれ、スペーサ１５を介して端子台１６が気密に取り付けられることによって封止されている。２つの端子台１６には、それぞれ、モータ固定子１０の巻線の端部を延伸した口出線１７の先端に接続した棒状の外部端子１８が固定されている。モータ固定子１０の巻線（口出線１７）は、フッ素樹脂製の被覆を有するアルミニウム撚線からなる。

外部端子１８は、端子台１６に設けた貫通孔１６ａを貫通し、モータ室９側に設けたフランジ１８ａが端子台１６の内側の窪み１６ｂに嵌合して、端子台１６の貫通孔を封止する。また、外部端子１８は、内側の端部に、被覆を剥がした口出線１７の端部を覆うように嵌装され、かしめることで口出線１７に圧着される圧着構造を有し、外側の端部に設けた外ねじに螺合する複数のナット１９で端子台１６に固定されている。外部端子１８に螺合するナット１９の間に電源から電力を供給する配線の接続端子を挟み込んで固定することで、モータ固定子１０に電力を供給することができるようになっている。

また、端子台１６は、外部端子１８の外側の端部を覆う外箱２０と、スペーサ１５とともに、取付ボルト２１によってモータケーシング８に取り付けられている。

続いて、図２に、モータ９の固定子１０の回路図を示す。モータ９は、各相の巻線が２重に巻回されている。各巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、それぞれが独立したアルミニウム撚線からなる。図２において、各巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、１つのコイルとして示されているが、実際には、それぞれが複数の極を形成するように巻回され得る。

図３乃至５に、固定子１０の１つの極の巻線Ａ１，Ａ２の巻き方の例を簡略化して図示する。巻線Ａ１とＡ２とは、図３に示すように、鉄心２２の周りに２つの層を形成するように巻回されてもよく、図４に示すように、鉄心２２を２分するように巻回されてもよく、また、図５に示すように、例えば２本同時に巻き付けることによって、互いに混在して巻回されてもよい。このように、各層の巻線Ａ１とＡ２、Ｂ１とＢ２またはＣ１とＣ２は、互いに異なる極を形成するのではなく、当該位相のすべての極の磁界を半分ずつ分担して形成する。

各巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、従来の等価なモータの各相のアルミニウム巻線と比較して、約２倍のインピーダンスを有し、電流値が従来の巻線の約半分になるように構成される。したがって、各巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２における銅損を従来と同程度に設定すると、それらの断面積は、従来の巻線の約２分の１でよい。しかしながら、各極において従来と同数の磁束を発生させるために、巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２の合計長は、従来の約２倍になる。

このように巻回された各巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２の両端の口出線１７の端部には、それぞれ、個別の外部端子１８が接続されている。

図２に示すように、それぞれの外部端子１８に接続した配線は、モータ９の外部において、例えば、可変周波数電源（インバータ）の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに対して接続される。ことのき、巻線Ａ１とＡ２、巻線Ｂ１とＢ２、および、巻線Ｃ１とＣ２をそれぞれ並列に接続し、且つ、巻線Ａ１，Ａ２と、巻線Ｂ１，Ｂ２と、巻線Ｃ１，Ｃ２とをデルタ型に接続するように結線される。尚、端子台１６の外側の雰囲気は絶縁性が高く、腐食性のない空気であるため、銅線や他の導体を使用して配線することができ、それらの導体間の絶縁距離を短くすることもできる。

モータ９に商用周波数電源を直接印加する場合は、始動電流を抑制するために、始動時には、巻線Ａ１，Ａ２と、巻線Ｂ１，Ｂ２と、巻線Ｃ１，Ｃ２とをスター型に接続するようにしてもよく、巻線Ａ１とＡ２、巻線Ｂ１とＢ２、および、巻線Ｃ１とＣ２をそれぞれ直列に接続するようにしてもよい。

このように、２重に巻回した固定子の巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、径が細いため、端子台１６における外部端子１８のピッチを、銅線を用いた他のモータと同じにしても、口出線１７と外部端子１８との接続部分（圧着部）の間隔を大きく保ち、絶縁性の低いアンモニア雰囲気中においても絶縁破壊（放電）による短絡を防止できる。

尚、本発明において、固定子１１の巻線を３重、または、４重以上に巻回してもよく、その場合、端子台１６を３つ以上設けてもよい。

また、巻線Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ、１本のアルミニウム撚線に替えて、個々のアルミニウム素線をフッ素樹脂で被覆した複数本のアルミニウム線を巻回して形成されてもよい。

また、本発明のロータケーシング４とモータケーシング８とは、構造的一体性によって区分すべきものではなく、ロータ室５を形成する部分がロータケーシング４であり、モータ室９を形成する部分がモータケーシング８であると理解しなければならない。

１…スクリュ圧縮機
２…圧縮機本体
３…モータ
４…ロータケーシング
５…ロータ室
６，７…スクリュロータ
８…モータケーシング
９…モータ室
１０…モータ固定子
１１…モータ回転子
１４…開口
１５…スペーサ
１６…端子台
１７…口出線
１８…外部端子
２２…鉄心
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２…巻線

Claims (3)

1. 雄ロータおよび雌ロータからなるスクリュロータを収容するロータ室を形成するロータケーシングと、モータの固定子および前記雄ロータと軸を共有する回転子を収容するモータ室を形成するモータケーシングとが一体且つ気密に接続されて、空気と比べて絶縁性が低い圧縮すべき腐食性ガスの流路と前記モータ室とが連通する密閉型圧縮機において、
   前記モータの固定子は、それぞれの相について、複数の独立した巻線を多重に巻回して形成されるとともに、各相の複数の独立した巻線が当該位相の全ての極の磁界を分担して形成するものであり、
   前記複数の独立した巻線はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム線又はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム撚線からなるとともに、当該独立した巻線のそれぞれについて電源から電力を供給する個別の外部端子が設けられているものであり、
   前記外部端子を前記モータケーシングに気密に取り付けられる複数の端子台に分けて配置したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記複数の独立した巻線は、それぞれ、フッ素樹脂で被覆した複数本のアルミニウム線又はフッ素樹脂で被覆したアルミニウム撚線からなることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記モータケーシングには、ロータ室と反対側の端部および上部に、それぞれ開口が形成され、
   前記開口には、それぞれ、スペーサを介して前記端子台が気密に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。

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