JP2007198181A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を膨張させる際のエネルギーを用いて圧縮機構の駆動を補助することができ、しかも膨張機構が作動していない間でも駆動力が無用に増大することのない圧縮機を提供する。
【解決手段】膨張機構２０によって冷媒を膨張させることにより第２回転部材２が回転し、第２回転部材２の回転力を各プラネタリーギア５１及びリングギア４１を介して第１回転部材１に伝達することができるので、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒を膨張機構２０によって膨張させることにより、圧縮機構１０の駆動を補助することができる。また、第１回転部材１、第２回転部材２及び第３回転部材３のうち何れか１つの回転力を他の１つまたは２つに伝達することができるので、圧縮機構１０の作動を開始した直後で膨張機構２０が作動していない間でも、電動モータ８０の駆動力によって発電機構３０による発電が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば冷凍・冷蔵ショーケース、自動販売機、空気調和装置等に用いられる圧縮機に関するものである。

従来、この種の圧縮機としては、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する回転軸とを備え、エンジンからの動力によって回転軸を回転させることにより、冷媒を圧縮するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、従来の圧縮機には冷媒としてフロンガスが用いられていたが、環境への影響を考慮し、近年ではイソブタンやプロパン等の炭化水素系冷媒が用いられるようになってきている。しかしながら、炭化水素系冷媒はフロンガスと比べて圧縮に大きな力を要するので、炭化水素系冷媒を圧縮する圧縮機は従来の圧縮機に比べて駆動トルクが大きくなり、省エネルギー化を図ることができないという問題点があった。

そこで、他の圧縮機としては、回転軸と、回転軸が回転方向一方に回転することにより冷媒を圧縮するとともに、冷媒を膨張させることにより回転軸を回転方向他方に回転させる圧縮機構と、回転軸と同軸上に設けられ、エンジンからの動力によって回転するプーリと、回転軸の一端に設けられ、プーリと着脱自在に連結可能なアーマチュア板と、回転軸を回転方向一方に駆動可能な電動モータとを備え、エンジンからの動力及び電動モータによって回転軸を回転方向一方に回転させることにより、圧縮機構によって冷媒を圧縮し、アーマチュア板とプーリとの連結を解除するとともに、エンジン等の廃熱により高圧にされた冷媒を圧縮機構により膨張させ、回転軸を回転方向他方に回転させることにより、電動モータによって発電を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、さらに他の圧縮機としては、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する回転軸と、回転軸を駆動する電動モータと、圧縮機構によって圧縮された冷媒を膨張させることにより、回転軸に回転力を付与する膨張機構とを備え、膨張機構によって圧縮機構の駆動を補助するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平５−６００７８号公報 特開２００５−５４５８５号公報 特開２００１−１０７８８１号公報

ところで、前者の他の圧縮機では、エンジン等の廃熱で高圧となった冷媒により発電を行うことはできるが、１つの圧縮機構によって冷媒の圧縮及び膨張を行うようにしているので、冷媒を膨張させる際のエネルギーを圧縮機構の駆動に用いることができず、エンジン等の廃熱で高圧となった冷媒により圧縮機構の駆動を補助することができないという問題点があった。

また、後者の他の圧縮機では、圧縮機構の作動を開始して暫くの間は膨張機構に圧縮された冷媒が供給されず、膨張機構が作動しないので、電動モータによって圧縮機構とともに膨張機構を駆動する必要があり、膨張機構を駆動する分だけ電動モータの駆動力が無用に増大するという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体を膨張させる際のエネルギーを用いて圧縮機構の駆動を補助することができ、しかも膨張機構が作動していない間でも駆動力が無用に増大することのない圧縮機を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、流体を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する第１回転部材と、流体を膨張させる膨張機構と、膨張機構によって流体を膨張させることにより回転する第２回転部材と、回転体が回転することにより発電する発電機構と、発電機構の回転体を駆動する第３回転部材と、第１回転部材、第２回転部材及び第３回転部材のうち何れか１つの回転部材の回転力を他の２つの回転部材に伝達可能な遊星歯車機構とを備えている。

これにより、膨張機構によって流体を膨張させることにより第２回転部材が回転し、第２回転部材の回転力を遊星歯車機構によって第１回転部材に伝達することができることから、圧縮機構によって圧縮された流体またはエンジン等の廃熱で高圧となった流体を膨張機構によって膨張させることにより、圧縮機構の駆動を補助することができる。また、遊星歯車機構によって第１回転部材、第２回転部材及び第３回転部材のうち何れか１つの回転力を他の２つに伝達可能であることから、第２回転部材が回転していない状態で第１回転部材を駆動した場合でも、第１回転部材の回転力は第２回転部材に伝達されずに第３回転部材に伝達され、第３回転部材とともに回転体が回転して発電が行われる。

本発明によれば、圧縮機構によって圧縮された流体またはエンジン等の廃熱で高圧となった流体を膨張機構によって膨張させることにより、圧縮機構の駆動を補助することができるので、流体を膨張させる際のエネルギーを用いて圧縮機構の駆動を補助することができる。また、第２回転部材が回転していない状態で第１回転部材を駆動させた場合でも、第１回転部材の回転力が第２回転部材に伝達されずに第３回転部材に伝達され、第３回転部材とともに回転体が回転して発電が行われるので、例えば圧縮機構の作動を開始した直後で膨張機構が作動していない間でも、第１回転部材を駆動するための駆動力が無用に増大することがなく、省エネルギー化を図る上で極めて有利である。

図１乃至図８は本発明の一実施形態を示すもので、図１は圧縮機の側面断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３及び図４は冷凍回路の回路図、図５乃至図８は遊星歯車機構の動作説明図である。

本実施形態の圧縮機は、冷媒を圧縮するための圧縮機構１０と、圧縮機構１０を駆動するための第１回転部材１と、冷媒を膨張させるための膨張機構２０と、膨張機構２０によって冷媒を膨張させることにより回転する第２回転部材２と、回転体としてのロータ３２が回転することにより発電する発電機構３０と、発電機構３０のロータ３２を駆動するための第３回転部材３と、第１回転部材１に設けられたリングギア４１と、第２回転部材２に設けられた複数のプラネタリーギア５１と、第３回転部材３に設けられたサンギア３ａと、第１回転部材１、第２回転部材２、第３回転部材３、圧縮機構１０、膨張機構２０、発電機構３０、リングギア４１、プラネタリーギア５１及びサンギア３ａを収容する円柱状の圧縮機本体７０と、圧縮機本体７０に収容され、第１回転部材１を駆動する駆動手段としての電動モータ８０とを備えている。尚、リングギア４１、各プラネタリーギア５１及びサンギア３ａによって遊星歯車機構ＰＧが構成されている。

圧縮機構１０は圧縮機本体７０の軸方向一端側に配置されている。また、圧縮機構１０は、固定スクロール部材１１と、一端面が固定スクロール部材１１に対向するように設けられた可動スクロール部材１２とを有する。

固定スクロール部材１１は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向他端側に渦巻状突起１１ａを有する。固定スクロール部材１１は圧縮機本体７０の内面に固定され、圧縮機本体７０内を軸方向に仕切っている。固定スクロール部材１１の中央部には固定スクロール部材１１を圧縮機本体７０の軸方向に貫通する吐出孔１１ｂが設けられている。即ち、各スクロール部材１１，１２によって圧縮された冷媒は吐出孔１１ｂから吐出される。

可動スクロール部材１２は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向一端側に渦巻状突起１２ａを有する。渦巻状突起１２ａは固定スクロール部材１１の渦巻状突起１１ａと係合している。可動スクロール部材１２の圧縮機本体７０における軸方向他端側にはボス部１２ｂが設けられ、ボス部１２ｂは圧縮機本体７０の軸方向に延びる円筒状である。

第１回転部材１は圧縮機本体７０の軸方向に延びる円柱状のシャフトであり、軸方向一端には他の部分に対して偏心している偏心部１ａが設けられている。第１回転部材１の軸方向一端は圧縮機本体７０の軸方向一端側に配置され、第１回転部材１の軸方向他端は圧縮機本体７０の軸方向中央部に配置されている。第１回転部材１の軸方向一端側は周知のベアリング６１ａを介して第１仕切壁６１に回転自在に支持されている。また、第１回転部材１の軸方向中央側は周知のベアリング６２ａを介して第２仕切壁６２に回転自在に支持されている。各仕切壁６１，６２は圧縮機本体７０の内面に固定され、それぞれ圧縮機本体７０内を軸方向に仕切っている。第１仕切壁６１は一端面が可動スクロール部材１１に沿うように設けられている。また、可動スクロール部材１１には圧縮機本体７０の軸方向一端側から当接部材６１ｂが当接し、当接部材６１ｂは第１仕切壁６１に固定されている。第１仕切壁６１の外周面側には流路６１ｃが設けられ、流路６１ｃは第１仕切壁６１の一端面側から他端面側に冷媒を流通させる。第２仕切壁６２には流路６２ｂが設けられ、流路６２ｂは第２仕切壁の一端面側から他端面側に冷媒を流通させる。

第１回転部材１の偏心部１ａは周知のベアリング１ｂを介して可動スクロール部材１２のボス部１２ｂに連結している。偏心部１ａはボス部１２ｂに対して回転可能である。また、可動スクロール部材１２は図示しない回転規制機構によって回転を規制されている。即ち、第１回転部材１が回転すると、第１回転部材１の偏心部１ａに連結している可動スクロール部材１２が所定の旋回運動を行う。

第１回転部材１の他端側には円板状部４０が設けられている。円板状部４０は、第１回転部材１の他端側から径方向外側に延びる径方向延設部４０ａと、径方向延設部４０ａの外周面側から圧縮機本体７０の軸方向他端側に延びる軸方向延設部４０ｂと、軸方向延設部４０ｂにおける圧縮機本体７０の軸方向他端側から径方向内側に延びる先端部４０ｃとを有する。先端部４０ｃの内周面にリングギア４１が形成されている。

膨張機構２０は圧縮機本体７０の軸方向他端側に配置されている。膨張機構２０は、第１固定スクロール部材２１と、一端面が第１固定スクロール部材２１に対向するように設けられた第１可動スクロール部材２２と、第２固定スクロール部材２３と、一端面が第２固定スクロール部材２３に対向するように設けられた第２可動スクロール部材２４と、第１固定スクロール部材２１と第２固定スクロール部材２３との間に設けられたスペーサ２５とを有する。

第１固定スクロール部材２１は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向他端側に渦巻状突起２１ａを有する。第１固定スクロール部材２１は圧縮機本体７０の内面に固定され、圧縮機本体７０内を軸方向に仕切っている。第１固定スクロール部材２１の中央部には第１固定スクロール部材２１を圧縮機本体７０の軸方向に貫通する吸入孔２１ｂが設けられている。即ち、吸入孔２１ｂを介して第１固定スクロール部材２１と第１可動スクロール部材２２との間に冷媒が吸入される。

第１可動スクロール部材２２は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向一端側に渦巻状突起２２ａを有する。渦巻状突起２２ａは第１固定スクロール部材２１の渦巻状突起２１ａと係合している。第１可動スクロール部材２２の外周面側には吐出孔２２ｂが設けられている。即ち、第１固定スクロール部材２１と第１可動スクロール部材２２との間で膨張した冷媒が吐出孔２２ｂから吐出される。

第２固定スクロール部材２３は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向一端側に渦巻状突起２１ａを有する。第２固定スクロール部材２３は第１固定スクロール部材２１よりも圧縮機本体７０の軸方向他端側に配置されている。第２固定スクロール部材２３は圧縮機本体７０の内面に固定され、圧縮機本体７０内を軸方向に仕切っている。第２固定スクロール部材２３の中央部には第２固定スクロール部材２３を圧縮機本体７０の軸方向に貫通する吐出孔２３ｂが設けられている。即ち、第２固定スクロール部材２３と第２可動スクロール部材２４との間で膨張した冷媒が吐出孔２３ｂから吐出される。

第２可動スクロール部材２４は円板状に形成され、圧縮機本体７０の軸方向他端側に渦巻状突起２４ａを有する。渦巻状突起２４ａは第２固定スクロール部材２３の渦巻状突起２３ａと係合している。第２可動スクロール部材２４の外周面側には吸入孔２４ｂが設けられている。即ち、吸入孔２４ｂを介して第２固定スクロール部材２３と第２可動スクロール部材２４との間に冷媒が吸入される。

第２回転部材２は圧縮機本体７０の軸方向に延びる円柱状のシャフトである。第２回転部材２の軸方向一端は圧縮機本体７０の軸方向中央部に配置され、第２回転部材２の軸方向他端は圧縮機本体７０の軸方向他端側に配置されている。第２回転部材２の軸方向一端は周知のベアリング４０ｄを介して円板状部４０に回転自在に支持されている。第２回転部材２の軸方向中央部はベアリング６３ａを介して第３仕切壁６３に回転自在に支持されている。第２回転部材２の軸方向他端は周知のベアリング６４ａを介して第４仕切壁６４に回転自在に支持されている。各仕切壁６３，６４は圧縮機本体７０の内面に固定され、それぞれ圧縮機本体７０内を軸方向に仕切っている。また、第３仕切壁６３は膨張機構２０よりも圧縮機本体７０の軸方向一端側に配置され、第４仕切壁６４は膨張機構２０よりも圧縮機本体７０の軸方向他端側に配置されている。第４仕切壁６４の外周面側には流路６４ｂが設けられ、流路６４ｂは第４仕切壁６４の一端面側から他端面側に冷媒を流通させる。

ベアリング６３ａとベアリング６４ａとの間の第２回転部材２には他の部分に対して偏心している偏心部２ａが設けられている。偏心部２ａは図示しないベアリングを介して第１可動スクロール部材２２及び第２可動スクロール部材２４に連結している。偏心部２ａは各可動スクロール部材２２，２４に対して回転可能である。また、各可動スクロール部材２２，２４はそれぞれ図示しない回転規制部材によって回転を規制されている。即ち、各スクロール部材２１，２２，２３，２４の間で冷媒が膨張すると、各可動スクロール部材２２，２４が所定の旋回運動を行う。また、各可動スクロール部材２２，２４の旋回運動により、第２回転部材２が回転する。

第２回転部材２の一端側には円板状のプラネタリーキャリア５０が設けられている。プラネタリーキャリア５０は円板状部４０の軸方向延設部４０ｂの径方向内側に配置されている。プラネタリーキャリア５０の外周面側には各プラネタリーギア５１が設けられ、各プラネタリーギア５１は互いにプラネタリーキャリア５０の周方向に間隔をおいて設けられている。各プラネタリーギア５１はそれぞれプラネタリーキャリア５０に対して回転自在である。

発電機構３０は、第１回転部材１の外周面側に配置された円筒状のステータ３１と、ステータ３１の外周面側に配置された円筒状のロータ３２とを有する。ステータ３１は複数の巻芯を有し、第２仕切壁６２に固定されている。ロータ３２は永久磁石から成る。

第３回転部材３は、ロータ３２の外周面側から圧縮機本体７０の軸方向他端側に延びる円筒状の円筒部３ｂと、円筒部３ｂの圧縮機本体７０における軸方向他端側から径方向内側に延びる径方向延設部３ｃと、径方向延設部３ｃの径方向内側から圧縮機本体７０の軸方向一端側に延びる軸方向延設部３ｄと、軸方向延設部３ｄの圧縮機本体７０における軸方向一端側から径方向外側に延びる先端部３ｅとを有する。先端部３ｅの外周面にサンギア３ａが形成され、サンギア３ａは各プラネタリーギア５１にリングギア４１の径方向内側から歯合している。第３回転部材３は周知のベアリング３ｆによって圧縮機本体７０の内面に回転自在に支持されている。また、円筒部３ｂの内周面にロータ３２が固定されている。即ち、第３回転部材３が回転することにより、発電機構３０によって発電が行われる。

圧縮機本体７０は、圧縮機本体７０の軸方向に延びる円筒部７０ａと、円筒部７０ａの両端を閉鎖する一対の端面部７０ｂとを有する。各端面部７０ｂは溶接によって円筒部７０ａに固定されている。

圧縮機本体７０には第１吸入口７１、第１吐出口７２、第２吸入口７３及び第２吐出口７４とが設けられている。

第１吸入口７１は円筒部７０ａを挿通する筒状部材から成り、圧縮機本体７０外から第３回転部材３の外周面側に冷媒を吸入する。第１吐出口７２は圧縮機本体７０の軸方向一端側の端面部７０ｂを挿通する筒状部材から成り、圧縮機本体７０の軸方向一端側から圧縮機本体７０外に冷媒を吐出する。即ち、第１吸入口７１から圧縮機本体７０内に吸入された冷媒は各流路６２ｂ，６１ｃを通過して各スクロール部材１１，１２の間に流入し、各スクロール部材１１，１２によって圧縮された冷媒は吐出孔１１ｂを通過して第１吐出口７２から圧縮機本体７０外に吐出される。

第２吸入口７３は円筒部７０ａを径方向に挿通する筒状部材から成り、圧縮機本体７０外から第３仕切壁６３と第１固定スクロール部材２１との間に冷媒を吸入する。第２吐出口７４は圧縮機本体７０の軸方向他端側の端面部７０ｂを軸方向に挿通する筒状部材から成り、圧縮機本体７０の軸方向他端側から圧縮機本体７０外に冷媒を吐出する。即ち、第２吸入口７３から圧縮機本体７０内に吸入された冷媒は吸入孔２１ｂを通過して第１固定スクロール部材２１と第１可動スクロール部材２２との間に流入し、吐出孔２２ｂから吐出される。また、吐出孔２２ｂから吐出された冷媒は吸入孔２４ｂから第２固定スクロール部材２３と第２可動スクロール部材２４との間に流入し、吐出孔２３ｂから吐出される。吐出孔２３ｂから吐出された冷媒は第２吐出口７４から圧縮機本体７０外に吐出される。

電動モータ８０は第１仕切壁６１と第２仕切壁６２との間に配置されている。電動モータ８０は、圧縮機本体７０の内面に固定された円筒状のステータ８１と、ステータ８１の内周面側に配置され、第１回転部材１の外周面に固定された円筒状のロータ８２とを有する。ステータ８１は複数の巻芯を有する周知の構造であり、ロータ８２は永久磁石から成る周知の構造である。

以上のように構成された圧縮機においては、各吸入口７１，７３及び各吐出口７２，７４は圧縮機本体７０外の機器に接続され、冷媒回路が構成されている。冷媒回路は、電動モータ８０によって圧縮機構１０を作動させる場合と、圧縮機構１０を作動させない場合とで異なる。

圧縮機構１０を作動させる場合について図３に示す。この場合、第１開閉弁１４０が開放され、第２開閉弁１７０が閉鎖されている。即ち、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒は第１放熱器１００に流入する。冷媒はイソブタンやプロパン等の炭化水素系冷媒である。また、第１放熱器１００はファン１０１によって空冷されている。第１放熱器１００を通過した冷媒はポンプ１１０によって第１加熱器１２０に送られる。第１加熱器１２０は図示しないエンジンの廃熱によって加熱されている。第１加熱器１２０を通過した冷媒は膨張機構２０によって膨張し、第２放熱器１３０に流入する。第２放熱器１３０はファン１３１によって空冷されている。第２放熱器１３０を通過した冷媒は第１開閉弁１４０を通過して膨張弁１５０に流入する。膨張弁１５０によって冷媒の圧力が低下する。圧力の低下した冷媒が室内機１６０に流入し、室内の熱によって冷媒が気化する。気化した冷媒は再び圧縮機構１０に流入する。

一方、圧縮機構１０を作動させない場合について図４に示す。この場合、第１開閉弁１４０が閉鎖され、第２開閉弁１７０が開放されている。第２放熱器１３０を通過した冷媒は第２開閉弁１７０を通過し、第２開閉弁１７０を通過した冷媒はポンプ１１０によって第１加熱器１２０に送られる。第１加熱器１２０においてエンジンの廃熱によって加熱された冷媒は膨張機構２０によって膨張する。

次に、各回転部材１，２，３、リングギア４１、各プラネタリーギア５１及びサンギア３ａの動作について説明する。

先ず、電動モータ８０によって圧縮機構１０の作動を開始した直後について説明する（図５参照）。この場合、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒がまだ膨張機構２０に流入していないので、膨張機構２０によって第２回転部材２が回転しない。即ち、第２回転部材２が停止していることから、各プラネタリーギア５１がサンギア３ａの周りを公転しない。この状態で第１回転部材１が回転すると、各プラネタリーギア５１が自転する。また、各プラネタリーギア５１の回転力がサンギア３ａに伝達され、第３回転部材３が回転する。第３回転部材３は第１回転部材１と反対方向に回転する。第３回転部材３が回転することにより、発電機構３０によって発電が行われる。発電機構３０によって発電された電気は図示しない充電装置に充電され、電動モータ８０等を駆動するために用いられる。

続いて、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒が膨張機構２０に流入する際について説明する（図６参照）。膨張機構２０に圧縮された冷媒が流入し始めると、膨張機構２０によって第２回転部材２が第１回転部材１と同一の方向に回転し始める。この時、第２回転部材２の回転速度は第１回転部材１の回転速度よりも遅い。即ち、各プラネタリーギア５１がサンギア３ａの周りを公転し始め、各プラネタリーギア５２の自転速度が遅くなる。

これにより、第３回転部材３の回転速度が遅くなる。また、第２回転部材２の回転速度がさらに速くなると、各プラネタリーギア５１の公転速度が速くなるとともに自転速度が遅くなり、第３回転部材３が第１回転部材１と同一の方向に回転し始める。例えば、第２回転部材２の回転速度が第１回転部材１の回転速度と等しくなると、各プラネタリーギア５１の公転速度がリングギア４１の回転速度と等しくなり、各プラネタリーギア５１の自転が停止する（図７参照）。

第２回転部材２が回転し始めると、第２回転部材２の回転力は各プラネタリーギア５１を介してリングギア４１に伝達される。これにより、圧縮機構１０を駆動する駆動力が第２回転部材２の回転力によって補助される。即ち、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒を膨張機構２０によって膨張させることにより、圧縮機構１０の駆動を補助することができる。

ここで、発動機構３０の発電量を制御することにより、第２回転部材２から第１回転部材１に伝達される回転力の大きさを変化させることができる。即ち、発電機構３０の発電量を大きくすると、ロータ３２を回転させるためのトルクが大きくなるので、第２回転部材２から第１回転部材１に伝達される回転力が大きくなる。

一方、圧縮機構１０を作動させずに、エンジンの廃熱によって膨張機構２０を作動させる場合について説明する（図８参照）。この場合、第１回転部材１が停止していることから、リングギア４１が回転しない。この状態で第２回転部材２が回転すると、各プラネタリーギア５１がリングギア４１に沿って公転する。リングギア４１が回転しないので、各プラネタリーギア５１は公転方向と反対方向に自転する。各プラネタリーギア５１が公転及び自転することにより、サンギア５１が各プラネタリーギア５１の公転方向に回転する。即ち、第３回転部材３が回転することにより、発電機構３０によって発電が行われる。

このように、本実施形態の圧縮機によれば、膨張機構２０によって冷媒を膨張させることにより第２回転部材２が回転し、第２回転部材２の回転力を各プラネタリーギア５１及びリングギア４１を介して第１回転部材１に伝達することができるので、圧縮機構１０によって圧縮された冷媒またはエンジン等の廃熱で高圧となった冷媒を膨張機構２０によって膨張させることにより、圧縮機構１０の駆動を補助することができ、冷媒を膨張させる際のエネルギーを用いて圧縮機構１０の駆動を補助することができる。

また、第１回転部材１、第２回転部材２及び第３回転部材３のうち何れか１つの回転力を他２つに伝達することができるので、第２回転部材２が回転していない状態で第１回転部材１が回転した場合でも、第１回転部材１の回転力は第２回転部材２に伝達されずに第３回転部材３に伝達され、第３回転部材３とともにロータ３２が回転して発電が行われる。即ち、圧縮機構１０の作動を開始した直後で膨張機構２０が作動していない間でも、電動モータ８０によって第１回転部材１０を駆動するための駆動力が無用に増大することがなく、省エネルギー化を図る上で極めて有利である。

さらに、第１回転部材１、第２回転部材２及び第３回転部材３のうち何れか１つの回転力を他の２つに伝達することができるので、第１回転部材１が回転していない状態で第２回転部材２が回転した場合でも、第２回転部材２の回転力は第１回転部材１に伝達されずに第３回転部材３に伝達され、第３回転部材３によりロータ３２が回転して発電が行われる。即ち、圧縮機構１０を作動させない状態においても、冷媒をエンジンの廃熱によって高圧にし、その冷媒を膨張機構２０によって膨張させることにより、発電機構３０によって発電を行うことができるので、省エネルギー化を図る上で極めて有利である。

また、リングギア４１を第１回転部材１に設けるとともに、複数のプラネタリーギア５１を第２回転部材２に設け、サンギア３ａを第３回転部材３に設け、各プラネタリーギア５１はリングギア４１に径方向内側から歯合し、サンギア３ａは各プラネタリーギア５１にリングギア４１の径方向内側から歯合している。このため、第２回転部材２が停止している状態で第１回転部材１を回転させると、第１回転部材１の回転力を第３回転部材３にのみ伝達することができる。また、第１回転部材１が停止している状態で第２回転部材２を回転させると、第２回転部材２の回転力を第３回転部材３にのみ伝達することができる。さらに、各回転部材１，２，３の回転が規制されていない状態で第２回転部材２を回転させると、第２回転部材２の回転力を第１回転部材１及び第３回転部材３に伝達することができる。即ち、第１回転部材１、第２回転部材２及び第３回転部材３のうち何れか１つの回転力を他の２つに伝達することができる。

また、第１回転部材１を駆動するための電動モータ８０を設けたので、エンジン等の外部の動力によって第１回転部材１を駆動しなくとも、圧縮機構１０によって冷媒を圧縮することができ、走行状態によってエンジンが停止するハイブリットカーに圧縮機を用いる場合に極めて有利である。

また、圧縮機構１０は各スクロール部材１１，１２によって冷媒を圧縮するスクロール型であることから、シリンダー内を往復動するピストンによって冷媒を圧縮する圧縮機構と比較し、圧縮機の小型化を図ることができる。

また、膨張機構２０は各スクロール部材２１，２２，２３，２４によって冷媒を膨張させるスクロール型であることから、シリンダー内を往復動するピストンによって冷媒を膨張させる膨張機構と比較し、圧縮機の小型化を図ることができる。

尚、本実施形態では、リングギア４１を第１回転部材１に設けるとともに、複数のプラネタリーギア５１を第２回転部材２に設け、サンギア３ａを第３回転部材３に設けたものを示したが、図９に示すように、リングギア４１を第２回転部材２に設けるとともに、複数のプラネタリーギア５１を第１回転部材１に設け、サンギア３ａを第３回転部材３に設け、各プラネタリーギア５１をリングギア４１に径方向内側から歯合させ、サンギア３ａを各プラネタリーギア５１にリングギア４１の径方向内側から歯合させることも可能である。

この場合は、第２回転部材２の回転が規制されている状態で第１回転部材１を回転させると、各プラネタリーギア５１がサンギア３ａの周りを公転しながら自転し、第３回転部材３が各プラネタリーギア５１の公転方向に回転する。即ち、第１回転部材１の回転力を第３回転部材３にのみ伝達することができる。また、第１回転部材１の回転が規制されている状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア５１が公転せずに自転し、第３回転部材３が第２回転部材２と反対方向に回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第３回転部材３にのみ伝達することができる。さらに、各回転部材１，２，３の回転が規制されていない状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア５１が公転しながら自転し、第３回転部材３が回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第１回転部材１及び第３回転部材３に伝達することができる。

また、図１０に示すように、リングギア２０１を第３回転部材２００に設けるとともに、複数のプラネタリーギア２１１を第１回転部材１に設け、サンギア２２０ａを第２回転部材２に設け、各プラネタリーギア２１１をリングギア２０１に径方向内側から歯合させ、サンギア２２０ａを各プラネタリーギア２１１にリングギア２０１の径方向内側から歯合させることも可能である。

この場合、リングギア２０１は第３回転部材２００の内周面に設けられている。第３回転部材２００は圧縮機本体７０の内面に周知のベアリング２００ａによって回転自在に支持され、第３回転部材２００の内周面にロータ３２が固定されている。

また、各プラネタリーギア２１１は第３回転部材２００の内周面側に配置された円板状のプラネタリーキャリア２１０に設けられている。各プラネタリーギア２１１は互いにプラネタリーキャリア２１０の周方向に間隔をおいて設けられている。

また、サンギア２２０ａは各プラネタリーギア２１１の内側に配置された円板状部２２０の外周面に設けられ、円板状部２２０は第２回転部材２の一端に設けられている。また、第１回転部材１の端部は円板状部２２０に周知のベアリング２２０ｂを介して回転自在に支持されている。

これにより、第２回転部材２の回転が規制されている状態で第１回転部材１を回転させると、各プラネタリーギア２１１がサンギア２２０ａの周りを公転しながら自転し、第３回転部材２００が各プラネタリーギア２１１の公転方向に回転する。即ち、第１回転部材１の回転力を第３回転部材２００にのみ伝達することができる。また、第１回転部材１の回転が規制されている状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア２１１が公転せずに自転し、第３回転部材２００が第２回転部材２と反対方向に回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第３回転部材にのみ伝達することができる。さらに、各回転部材１，２，２００の回転が規制されていない状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア２１１が公転しながら自転し、第３回転部材２００が回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第１回転部材１及び第３回転部材２００に伝達することができる。

また、図１１に示すように、リングギア２０１を第３回転部材２００に設けるとともに、複数のプラネタリーギア２１１を第２回転部材２に設け、サンギア２２０ａを第１回転部材に設け、各プラネタリーギア２１１をリングギア２０１に径方向内側から歯合させ、サンギア２２０ａを各プラネタリーギア２１１にリングギア２０１の径方向内側から歯合させることも可能である。

この場合、第２回転部材２の回転が規制されている状態で第１回転部材１を回転させると、各プラネタリーギア２１１がサンギア２２０ａの周りを公転せずに自転し、第３回転部材２００が第１回転部材１と反対方向に回転する。即ち、第１回転部材１の回転力を第３回転部材にのみ伝達することができる。また、第１回転部材１の回転が規制されている状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア２１１が公転しながら自転し、第３回転部材２００が各プラネタリーギア２１１の公転方向に回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第３回転部材２００にのみ伝達することができる。さらに、各回転部材１，２，２００の回転が規制されていない状態で第２回転部材２を回転させると、各プラネタリーギア２１１が公転しながら自転し、第３回転部材２００が回転する。即ち、第２回転部材２の回転力を第１回転部材１及び第３回転部材２００に伝達することができる。

尚、本実施形態では、第１回転部材１を電動モータ８０によって回転させるようにしたものを示したが、第１回転部材１を圧縮機本体７０の軸方向一端側から突出させ、エンジン等の外部の動力によって第１回転部材１を回転させることも可能である。

また、本実施形態では、炭化水素系冷媒を用いるようにしているが、冷媒として二酸化炭素やフロンガス等を用いることも可能である。

尚、本実施形態では、第１回転部材１または第２回転部材２の回転力により発電機構３０による発電を行うようにしたものを示したが、発電機構３０をモータとして機能させることにより、電動モータ８０を小型化することができる。即ち、圧縮機の小型化を図る上で極めて有利である。

本発明の一実施形態を示す圧縮機の側面断面図 図１におけるＡ−Ａ線断面図 冷凍回路の回路図 冷凍回路の回路図 遊星歯車機構の動作説明図 遊星歯車機構の動作説明図 遊星歯車機構の動作説明図 遊星歯車機構の動作説明図 本実施形態における遊星歯車機構の変形例を示す圧縮機の側面断面図 本実施形態における遊星歯車機構の他の変形例を示す圧縮機の側面断面図 本実施形態における遊星歯車機構のさらに他の変形例を示す圧縮機の側面断面図

符号の説明

１…第１回転部材、２…第２回転部材、３…第３回転部材、３ａ…サンギア、１０…圧縮機構、１１…固定スクロール部材、１２…可動スクロール部材、２０…膨張機構、２１…第１固定スクロール部材、２２…第１可動スクロール部材、２３…第２固定スクロール部材、２４…第２可動スクロール部材、３０…発電機構、３１…ステータ、３２…ロータ、４０…円板状部、４１…リングギア、５０…プラネタリーキャリア、５１…プラネタリーギア、６１…第１仕切壁、６２…第２仕切壁、６３…第３仕切壁、６４…第４仕切壁、７０…圧縮機本体、８０…電動モータ、８１…ステータ、８２…ロータ、１００…第１放熱器、１１０…ポンプ、１２０…第１加熱器、１３０…第２放熱器、１４０…第１開閉弁、１５０…膨張弁、１６０…室内機、１７０…第２開閉弁、２００…第３回転部材、２０１…リングギア、２１０…プラネタリーキャリア、２１１…プラネタリーギア、２２０…円板状部、２２０ａ…サンギア、ＰＧ…遊星歯車機構。

Claims (9)

1. 流体を圧縮する圧縮機構と、
   圧縮機構を駆動する第１回転部材と、
   流体を膨張させる膨張機構と、
   膨張機構によって流体を膨張させることにより回転する第２回転部材と、
   回転体が回転することにより発電する発電機構と、
   発電機構の回転体を駆動する第３回転部材と、
   第１回転部材、第２回転部材及び第３回転部材のうち何れか１つの回転部材の回転力を他の２つの回転部材に伝達可能な遊星歯車機構とを備えた
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記遊星歯車機構を、第１回転部材に設けられたリングギアと、第２回転部材に設けられ、リングギアに径方向内側から歯合するプラネタリーギアと、第３回転部材に設けられ、プラネタリーギアにリングギアの径方向内側から歯合するサンギアとから構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記遊星歯車機構を、第２回転部材に設けられたリングギアと、第１回転部材に設けられ、リングギアに径方向内側から歯合するプラネタリーギアと、第３回転部材に設けられ、プラネタリーギアにリングギアの径方向内側から歯合するサンギアとから構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
4. 前記遊星歯車機構を、第３回転部材に設けられたリングギアと、第１回転部材に設けられ、リングギアに径方向内側から歯合するプラネタリーギアと、第２回転部材に設けられ、プラネタリーギアにリングギアの径方向内側から歯合するサンギアとから構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
5. 前記遊星歯車機構を、第３回転部材に設けられたリングギアと、第２回転部材に設けられ、リングギアに径方向内側から歯合するプラネタリーギアと、第１回転部材に設けられ、プラネタリーギアにリングギアの径方向内側から歯合するサンギアとから構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
6. 前記第１回転部材を駆動する駆動手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の圧縮機。
7. 前記流体として炭化水素系冷媒を用いる
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の圧縮機。
8. 前記圧縮機構はスクロール型である
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載の圧縮機。
9. 前記膨張機構はスクロール型である
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の圧縮機。
   
   

Images