JP2006266113A

JP2006266113A - ハイブリッド流体機

Info

Publication number: JP2006266113A
Application number: JP2005082372A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kashima; 秀雄加島
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。