JP2006266113A - ハイブリッド流体機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド流体機の小型化の要請に対応しつつ、併せて装置のメンテナンス効率を向上可能なハイブリッド流体機を提供する。
【解決手段】電動機および発電機として機能する回転機と、電動機として機能する際の回転機または外部駆動源により駆動され圧縮機として機能するとともに、外部回路からの熱により膨張機として機能する圧縮・膨張機構と、前記外部駆動源の動力を回転機に伝達・遮断するクラッチ機構とを備えたハイブリッド流体機において、装置の駆動軸の軸方向の端部から回転機、クラッチ機構をこの順に並設したことを特徴とするハイブリッド流体機。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハイブリッド流体機に関し、とくにアイドリングストップ車、ハイブリッド車の冷凍サイクル、ランキンサイクルで発電を行なう省エネ車の発電サイクル等に好適なハイブリッド流体機に関する。
従来から、ハイブリッド車等の冷凍サイクル等に適用されるハイブリッド流体機としては、図4に示すようなものがよく知られている(特許文献1)。図4において、100はハイブリッド圧縮機を示している。ハイブリッド圧縮機100は、圧縮・膨張機構101と、発電機および電動機(電動モータ)として機能する回転機102と、エンジン等の外部駆動源(図示略)からの動力が伝達されるプーリ103と、該プーリ103に伝達される動力を駆動軸104に選択的に伝達可能なクラッチ機構105とを有している。このようなハイブリッド圧縮機100においては、クラッチ機構105のオン・オフにより、アーマチュア106が可動部107に接続されたり離間することにより、外部駆動源からの動力が駆動軸104に伝達されたり、遮断されるようになっている。これにより圧縮・膨張機構101が、電動モータとして機能する場合の回転機102または外部駆動源からの動力により駆動され圧縮機として機能するようになっている。一方、吐出室116側から加熱された冷媒が導入されると、圧縮・膨張機構101は膨張機として機能する。そして、その膨張機からの動力により回転機102が発電機として機能するようになっている。
しかし、このようなハイブリッド圧縮機100においては、図4に示すようにプーリ103内にクラッチ機構105が配置され、また、該クラッチ機構105の内周側に回転機102が配置される構造になっているので、プーリ103、ひいては圧縮機100全体が径方向に大型化するおそれがある。
一方、図5に示すようなハイブリッド流体機108も既に知られている(特許文献2)。図5において、ハイブリッド流体機108は、圧縮・膨張機構109と、発電機または電動モータとして機能する回転機110と、エンジン等の外部駆動源(図示略)からの動力が伝達されるプーリ111と、該プーリ111に伝達される動力を駆動軸112に選択的に伝達可能なクラッチ機構113とを有している。このようなハイブリッド圧縮機108においては、クラッチ機構113のオン・オフにより、アーマチュア114がプーリ111に接続されたり離間することにより、外部駆動源からの動力が駆動軸112に伝達されたり、遮断されるようになっている。これにより圧縮・膨張機構109が、電動モータとして機能する場合の回転機110または外部駆動源からの動力により駆動されるようになっている。また、このようなハイブリッド圧縮機108においては、クラッチ機構113、回転機110が駆動軸112の端部側からこの順に配置されているので、プーリ111、ひいては装置全体の径方向への大型化が抑制されるようになっている。
しかし、ハイブリッド流体機108において、最も頻繁に保守点検等の必要が生じるのは、とくに回転機110のであるが、上記のような構成においては、駆動軸112の端部にクラッチ機113が配置されその内側に回転機108が配置されるようになっているので、ハイブリッド流体機108のメンテナンス効率が著しく低下するおそれがある。
特開2001−140757号公報 特開2004−278459号公報
そこで、本発明の課題は、ハイブリッド流体機の小型化の要請に対応しつつ、併せて装置のメンテナンス効率を向上可能なハイブリッド流体機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド圧縮機は、電動機および発電機として機能する回転機と、電動機として機能する際の回転機または外部駆動源により駆動され圧縮機として機能するとともに、外部回路からの熱により膨張機として機能する圧縮・膨張機構と、前記外部駆動源の動力を回転機に伝達・遮断するクラッチ機構とを備えたハイブリッド流体機において、装置の駆動軸の軸方向の端部から回転機、クラッチ機構をこの順に並設したことを特徴とするものからなる。このような構成においては、装置の駆動軸の軸方向の端部から回転機、クラッチ機構がこの順に並設されているので、装置の径方向への大型化を防止できる。また、駆動軸の端部側に最も頻繁にメンテナンス等の必要がある回転機が配置されるので、ハイブリッド流体機のメンテナンス効率を大幅に向上できる。
上記回転機は、ステータと、該ステータの外周側に設けられたアウターロータとを有するものを用いることが好ましい。このような構成においては、たとえば、アウターロータの周縁に径方向に突出する鍔部15を設け、該鍔部15に外部駆動源からの動力を伝達するプーリに接触可能なクラッチ板を固定することができるので、回転機構とクラッチ機構とを装置の軸方向に対して接近して配置することが可能となり、装置の径方向への小型化のみならず装置の軸方向への小型化も併せて達成できる。
上記アウターロータへのクラッチ板の固定法はとくに限定されるものではないが、たとえばリベット、ボルト等を介して固定することができる。リベットを用いる固定法においては、クラッチ板の取り付け作業を簡単に行なうことができるので、取り付け作業性を向上できる。一方、ボルトを用いる固定方法においては、クラッチ板の着脱を容易に行なうことができるので、メンテナンス効率を向上できる。
本発明に係るハイブリッド流体機は、アイドリングストップ車、ハイブリッド車の冷凍サイクル、ランキンサイクルで発電を行なう省エネ車の発電サイクルに好適である。したがって、この場合の外部駆動源は車両用の原動機、たとえばエンジン、モータ等を挙げることができる。
また、本発明に係るハイブリッド流体機は、ハイブリッド車等の冷凍サイクル、たとえばエンジンの廃熱回収回路、冷房回路等に適用できる。たとえば、廃熱回収回路に適用する場合には、膨張機として機能する圧縮・膨張機構をエンジン補機として利用できる。また、たとえば冷房回路に適用する場合には、電動機として機能する際の回転機をエンジン補機として利用することができる。なお、本発明においてエンジン補機とは、外部駆動源としてのエンジンが起動する際に補助的な役割を果たす車両搭載機器を言う。
上記圧縮・膨張機構はとくに限定されるものではないが、たとえば固定スクロールに対して可動スクロールが旋回運動するスクロール型圧縮・膨張機構を用いることができる。
このような本発明係るハイブリッド流体機によれば、装置の駆動軸の軸方向の端部から回転機、クラッチ機構がこの順に並設されているので、装置の径方向への大型化を防止できる。また、駆動軸の端部側に最も頻繁にメンテナンス等の必要がある回転機が配置されるので、ハイブリッド流体機のメンテナンス効率を大幅に向上できる。
以下に、本発明に係るハイブリッド流体機の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施態様に係るハイブリッド流体機を示している。図1において、1はハイブリッド流体機を示している。ハイブリッド流体機1は、圧縮・膨張機構2と、発電機および電動機(電動モータ)として機能する回転機3と、外部駆動源としてのエンジン4からの動力が伝達されるプーリ5と、該プーリ5に伝達される動力を駆動軸6に選択的に伝達可能なクラッチ機構7とを有している。本実施態様においては、図1から明らかなように、駆動軸6の軸方向の端部6aから、回転機3、クラッチ機構7がこの順に設けられている。
圧縮・膨張機構2は、スクロール型圧縮・膨張機構から構成されており、圧縮・膨張機構2はケーシング8内に収容されている。圧縮・膨張機構2は、固定スクロール9と、該固定スクロール9に対して旋回運動する可動スクロール10とを有している。可動スクロール10の凸部10a内には偏心ブッシュ11が挿入されている。偏心ブッシュ11には、クランクピン12が挿入されている。クランクピン12は駆動軸6の軸心から偏心した位置に挿入されている。
回転機3は、電動機(モータ)としての機能と発電機としての機能を併有している。回転機3は、ステータ13と該ステータ13の外周側に設けられたアウターロータ14とを有している。アウターロータ14の内周側には磁石25が設けられている。また、アウターロータ14の周縁には径方向に突出する鍔部15が設けられており、該鍔部15には、クラッチ機構7のクラッチ板16がリベット17を介して固定されている。なお、本実施態様においては、クラッチ板16はリベット17を介してアウターロータ14に固定されているが、図2に示すようにボルト18を介して固定するようにしてもよい。リッベト17を用いてクラッチ板16を固定する方法においては、クラッチ板16を鍔部15に簡単に固定できるので、組み付け作業性を大幅に向上できる。一方、ボルト18を介して固定する方法においては、クラッチ板16を容易に着脱することができるので、メンテナンス効率を向上できる。
プーリ5内にはクラッチコイル19が収容されている。クラッチコイル19への通電によりクラッチ板16がプーリ5に接触するようになっている。この場合には、エンジン4からの動力がアウターロータ14に接続されたアーマチュア20を介して駆動軸6に伝達され、可動スクロール10が駆動する。一方、クラッチコイル19へ通電されていない場合には、クラッチ板16とプーリ5との間には図1に示すように隙間が形成されるので、駆動軸6への動力の伝達が遮断されるようになっている。
本実施態様においては、装置の駆動軸6の軸方向の端部6aから回転機3、クラッチ機構7がこの順に並設されているので、装置の径方向への大型化を防止できる。また、駆動軸6の端部6a側に最も頻繁にメンテナンス等の必要がある回転機3が配置されるので、ハイブリッド流体機1のメンテナンス効率を大幅に向上できる。
また、アウターロータ14の周縁の鍔部14に外部駆動源からの動力を伝達するプーリ5に接触可能なクラッチ板16が固定されているので、回転機構3とクラッチ機構7とを装置の軸方向に対して接近して配置することが可能となり、装置の径方向への小型化のみならず装置の軸方向への小型化も併せて達成できる。
次に、本実施態様に係るハイブリッド流体機1が適用された車両の冷凍サイクルについて図3を用いて説明する。図3において、30は車両の冷凍、発電サイクルを示している。冷凍、発電サイクル30は、エンジン冷却回路31、エンジン4の廃熱回収回路32、および冷房回路33を有している。エンジン冷却回路31はポンプ34と熱交換器35とを有している。エンジン4を冷却した冷媒は熱交換器35に送られ、該熱交換器35において熱交換(放熱)された後再びエンジン4に戻されるようになっている。
廃熱回収回路32は、ハイブリッド流体機1の圧縮・膨張機構2が膨張機として機能する際の回路を示しており、該廃熱回収回路32は、ハイブリッド流体機1、凝縮器36、ポンプ37を有している。廃熱回収回路32おいては、冷媒(たとえば、R245fa等)はエンジン冷却回路31側の熱交換器35においてエンジン4の廃熱により加熱される。加熱された冷媒は、ハイブリッド流体機1の吐出ポート21から吐出室22内に流入した後、吐出孔23から圧縮・膨張機構2において膨張される。そして膨張された冷媒は、吸入ポート24からハイブリッド流体機1外に送られ、凝縮器36、ポンプ37を介して再び熱交換器35に流入する。また、圧縮・膨張機構2内において冷媒が膨張される際に可動スクロール10が旋回し、これによりアウターロータ14が回転し回転機3が発電機として機能し発電が行なわれる(なお、この際にはクラッチ機構7は当然オフになっている。)。つまり、上記廃熱回収回路はランキンサイクルに構成されている。また、車両がアイドルストップから発進する際には、クラッチ機構7をオンにし膨張機動力をエンジン4のプーリ38に伝達し、該膨張機動力を利用しエンジン4の起動を補助する。つまり、膨張機として機能する圧縮・膨張機構2がエンジン補機に構成されている。
冷房回路33は、ハイブリッド流体機1の圧縮・膨張機構2が圧縮機として機能する際の回路を示しており、該冷房回路33は、ハイブリッド流体機1、凝縮器39、膨張弁40、蒸発器41を有している。冷房回路33においては、冷媒(たとえば、R134a等)が吸入ポート24からハイブリッド流体機1内に流入すると、固定スクロール9と可動スクロール10の端部から流体ポッケト(図示略)に取り込まれ。そして、可動スクロール10の旋回に伴い流体ポッケトが容積を減じながら中央に移動することにより冷媒は圧縮され吐出孔23、吐出室22、吐出ポート21を介してハイブリッド流体機1外に送られる。ハイブリッド流体機1外に送られた冷媒は、凝縮器39、膨張弁40、蒸発器41を介して再びハイブリッド流体機1内に流入する。また、圧縮機として機能する圧縮・膨張機構2は、クラッチ機構73のオン、オフにより、電動機(モータ)として機能する回転機3または外部駆動源としてのエンジン4の動力により駆動されるようになっている。たとえば、冷暖房が不要な場合にはクラッチ機構7はオフになり、エンジン4からの動力は駆動軸6には伝達されない。冷暖房が必要な時には、クラッチ機構7はオンになり、エンジン4からの動力が駆動軸6に伝達され、これに伴い圧縮・膨張機構2が圧縮機として機能するようになっている。また、車両のアイドル時にエンジン4が停止しクラッチ機構7がオフになると、電動機として機能する回転機3により圧縮・膨張機構2が駆動される。さらに車両がアイドルストップから発進する際には、クラッチ機構7をオンにし電動機の動力をエンジン4のプーリ38に伝達し、エンジン4の起動を補助する。つまり、電動機として機能する回転機3がエンジン補機に構成されている。
上記のように本実施態様に係るハイブリッド流体機は、冷媒の流れ方向に応じて、つまり、吸入ポート24から冷媒が導入された場合には回転機3は電動機として機能するとともに圧縮・膨張機構2は圧縮機として機能する。一方、冷媒が吐出ポート21から導入された場合には圧縮・膨張機構2は膨張機として機能するとともに回転機3は発電機として機能する。したがって、本実施態様に係るハイブリッド流体機は、アイドリングストップ車、ハイブリッド車の冷凍サイクル、ランキンサイクルで発電を行なう省エネ車の発電サイクル等に好適なものである。
なお、図3おいて、本実施態様に係るハイブリッド流体機1は、エンジン冷却回路31、エンジン4の廃熱回収回路32、および冷房回路33を有する車両の冷凍、発電サイクルサイクル30に適用されているが、廃熱回収回路32を省略しエンジン冷却回路31、冷房回路33からなるサイクルに適用することも可能である。
本発明に係るハイブリッド流体機は、アイドリングストップ車、ハイブリッド車の冷凍サイクル、さらにランキンサイクルで発電を行なう省エネ車の発電サイクルに好適である。
本発明の一実施態様に係るハイブリッド流体機の縦断面図である。 図1とは別の態様でクラッチ板が固定されたハイブリッド流体機の部分縦断面図である。 図1のハイブリッド流体機を適用した車両の冷凍、発電サイクルの概略構成図である。 従来のハイブリッド流体機の縦断面図である。 図4とは別の従来のハイブリッド流体機の縦断面図である。
符号の説明
1 ハイブリッド流体機
2 圧縮・膨張機構
3 回転機
4 エンジン
5 プーリ
6 駆動軸
6a 駆動軸の端部
7 クラッチ機構
8 ケーシング
9 固定スクロール
10 可動スクロール
10a 凸部
11 偏心ブッシュ
12 クランクピン
13 ステータ
14 アウターロータ
15 鍔部
16 クラッチ板
17 リベット
18 ボルト
19 クラッチコイル
20 アーマチュア
21 吐出ポート
22 吐出室
23 吐出孔
24 吸入ポート
25 磁石
30 冷凍、発電サイクル
31 エンジン冷却回路
32 廃熱回収回路
33 冷房回路
34、37 ポンプ
35 熱交換器
36、39 凝縮器
38 プーリ
40 膨張弁
41 蒸発器

Claims (9)

  1. 電動機および発電機として機能する回転機と、電動機として機能する際の回転機または外部駆動源により駆動され圧縮機として機能するとともに、外部回路からの熱により膨張機として機能する圧縮・膨張機構と、前記外部駆動源の動力を回転機に伝達・遮断するクラッチ機構とを備えたハイブリッド流体機において、装置の駆動軸の軸方向の端部から回転機、クラッチ機構をこの順に並設したことを特徴とするハイブリッド流体機。
  2. 前記回転機が、ステータと、該ステータの外周側に設けられたアウターロータとを有している、請求項1のハイブリッド流体機。
  3. 前記アウターロータの周縁に径方向に突出する鍔部が設けられており、該鍔部に外部駆動源からの動力を伝達するプーリに接触可能なクラッチ板が固定されている、請求項1または2のハイブリッド流体機。
  4. 前記クラッチ板がアウターロータにリベットを介して固定されている、請求項3のハイブリッド流体機。
  5. 前記クラッチ板がアウターロータにボルトを介して固定されている、請求項3のハイブリッド流体機。
  6. 前記外部駆動源が車両用のエンジンからなる、請求項1ないし5のいずれかに記載のハイブリッド流体機。
  7. 前記エンジンのエンジン補機が、電動機として機能する際の回転機からなる、請求項6のハイブリッド流体機。
  8. 前記エンジンのエンジン補機が、膨張機として機能する際の圧縮・膨張機構からなる、請求項6のハイブリッド流体機。
  9. 前記圧縮・膨張機構がスクロール型圧縮・膨張機構からなる請求項1ないし8のいずれかに記載のハイブリッド流体機。

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