JP4047205B2 - ハイブリッド駆動補機およびその制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行状態に応じてエンジンが停止されるアイドルストップ車両やハイブリッド車両に搭載され、ランキンサイクルを備える冷凍サイクルに適用して好適なハイブリッド駆動補機およびその制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省燃費の観点よりアイドルストップ車両やハイブリッド車両が市場に投入される例が有る。これらの車両においては、走行状態に応じてエンジンを停止させるようにしているため、エンジンの駆動力を受けて作動する冷凍サイクル内の圧縮機はエンジン停止中は共に停止することになり、冷房機能を果たさないことになる。
【０００３】
これを解決するために、例えば、特許文献１に示されるように、エンジンの回転が伝達されるプーリと圧縮機とを電磁クラッチを介して連結させ、更に圧縮機の反プーリ側の回転軸にモータを連結させたハイブリッドコンプレッサを用いたものが知られている。
【０００４】
これにより、エンジン停止時には、電磁クラッチを切断して、モータによって圧縮機を作動させることができ、エンジンの作動、停止にかかわらず冷凍サイクルの冷房機能を果たすようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１３０３２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、エンジンによって圧縮機が作動されている時には、同一回転軸に接続されるモータも同時に回転され、モータは発電機能を伴うことになるので、エンジンにとっては発電分の負荷を受けることになり、燃費の悪化に繋がる。特にエンジンが高速走行などで高回転作動している場合には、モータも高回転で作動し、内部の磁束が高周波数で変動することから鉄損が大きくなり、エンジンへの負荷は増加する。
【０００７】
この対策として、圧縮機とモータ間にクラッチ等の断続機構を設けて、エンジン作動中は断続機構を切断してモータを非作動状態とすればよいが、構造の複雑化を伴う。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、比較的簡単な構造で、エンジンの負荷を軽減して補機の作動およびモータでの発電を可能とするハイブリッド駆動補機およびその制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、冷媒を加熱する加熱器（２５０）が設けられ、ランキンサイクル（２０１）を備える車両用の冷凍サイクル（２００）に適用されるハイブリッド駆動補機において、車両のエンジン（１０）から駆動力を受けて回転駆動する駆動軸（１１１）に設けられ、エンジン（１０）からの駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ（１２０）と、電動機および発電機の両機能を備える回転機（１３０）と、一方向回転時に冷媒を圧縮する圧縮機として作動すると共に、加熱器（２５０）からの過熱蒸気冷媒の逆流入によって他方向回転側に膨張機として作動する補機（１４０）と、駆動軸（１１１）、回転機（１３０）の回転機軸（１３１）、補機（１４０）の補機軸（１４１）の間に設けられ、１つの軸（１１１）の駆動トルクを他の２つの軸（１３１、１４１）へ分配可能とするトルク分配機構（１５０）と、電磁クラッチ（１２０）が切断された時に、回転機軸（１３１）あるいは補機軸（１４１）から駆動軸（１１１）への駆動トルクの伝達を阻止するロック機構（１６０）と、電磁クラッチ（１２０）が接続された時に、回転機（１３０）のロータ部（１３２）を電磁クラッチ（１２０）のコイル（１２１）に吸着してロータ部（１３２）を固定状態にする固定機構（１７０）とを有することを特徴としている。
【００１１】
これにより、エンジン（１０）作動時においては電磁クラッチ（１２０）を接続してエンジン（１０）の駆動力で補機（１４０）を圧縮機として作動させることができ、また、エンジン（１０）停止時においては、電磁クラッチ（１２０）を切断して、回転機（１３０）の駆動力で補機（１４０）を圧縮機として作動させることができ、エンジン（１０）の作動、停止に関わらず冷凍サイクル（２００）を作動させることができる。
【００１２】
ここで、電磁クラッチ（１２０）を接続した時には、既存部材（１２１、１３２）を用いて比較的簡単な構成で成し得る固定機構（１７０）によって、回転機（１３０）のロータ部（１３２）が固定状態となるようにして、回転機（１３０）が発電機として作動しないようにすることができるので、作動中のエンジン（１０）の負荷を低減することができる。
【００１３】
また、冷凍サイクル（２００）が停止状態の時には、電磁クラッチ（１２０）を切断して加熱器（２５０）からの過熱蒸気冷媒によって補機（１４０）を膨張機として作動させることで、回転機（１３０）を発電機として作動させ、エンジン（１０）からの駆動力を直接使用する事無く、発電することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のように、各軸（１１１、１３１、１４１）を遊星歯車（１５０）のサンギヤ（１５１）、プラネタリーキャリヤ（１５２）、リングギヤ（１５３）のいずれかに対応して連結することでトルク分配機構（１５０）を容易に形成することができる。
【００１５】
そして、請求項３に記載の発明では、駆動軸（１１１）は、プラネタリーキャリヤ（１５２）に対応して連結され、ロック機構（１６０）は、駆動軸（１１１）の正規回転方向にのみ回転駆動を許容する一方向クラッチ（１６０）としたことを特徴としている。
【００１６】
これにより、電磁クラッチ（１２０）が切断された時に、回転機（１３０）あるいは補機（１４０）の一方を駆動軸（１１１）の正規回転方向とは逆側に作動させることで、共連れにより駆動しようとする駆動軸（１１１）を一方向クラッチ（１６０）によりロックさせ、回転機（１３０）あるいは補機（１４０）の他方に駆動トルクを伝達することができ、安価なロック機構として対応することができる。
【００１７】
更に、請求項４に記載の発明では、回転機軸（１３１）は、サンギヤ（１５１）に対応して連結され、補機軸（１４１）は、リングギヤ（１５３）に対応して連結されるようにしたことを特徴としている。
【００１８】
これにより、回転機（１３０）で補機（１４０）を圧縮機として作動させる時に、回転機（１３０）に対して減速させ、且つその減速比を大きく取ることができるので、高回転、低トルク型の回転機（１３０）での対応を可能として小型で安価にすることができる。
【００１９】
また、補機（１４０）を膨張機として作動させ、その駆動トルクによって回転機（１３０）を発電機として作動させる時には、補機（１４０）に対して増速させ、且つその増速比を大きく取ることができるので、回転機（１３０）での発電量を高めることができ、同様に回転機（１３０）の小型化が可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のハイブリッド駆動補機（１００Ａ）と、加熱器（２５０）の作動、電磁クラッチ（１２０）の断続、回転機（１３０）の作動を制御する制御装置（１８０）とを有するハイブリッド駆動補機制御装置において、制御装置（１８０）は、エンジン（１０）作動時において、冷凍サイクル（２００）を作動状態とする場合は、電磁クラッチ（１２０）を接続状態にし、補機（１４０）を圧縮機として作動させ、エンジン（１０）停止時において、冷凍サイクル（２００）を作動状態とする場合は、電磁クラッチ（１２０）を切断状態にし、回転機（１３０）によって補機（１４０）を圧縮機として作動させ、エンジン（１０）作動時で冷凍サイクル（２００）を停止状態とする場合に、電磁クラッチ（１２０）を切断し、加熱器（２５０）によって補機（１４０）を膨張機として作動させることを特徴としている。
【００２１】
これにより、請求項１〜４に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示し、まず、具体的な構成について図１、図２を用いて説明する。
【００２４】
ハイブリッド駆動補機１００Ａは、走行運転中一時停車した時にエンジン１０が停止されるいわゆるアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル２００に適用されるものとしている。このハイブリッド駆動補機１００Ａは、制御装置１８０によってその作動が制御され、ハイブリッド駆動補機制御装置１００を形成している。
【００２５】
尚、詳細については後述するが、ここで言う補機とは、冷凍サイクル２００内の冷媒を圧縮する圧縮機として作動すると共に、ランキンサイクル２０１の加熱器２５０によって加熱された過熱蒸気冷媒によって膨張機として作動するものとしており、以下、補機については圧縮機、そしてハイブリッド駆動補機についてはハイブリッドコンプレッサと呼ぶことにする。
【００２６】
冷凍サイクル２００は、図１に示すように、車両のエンジン１０で発生する廃熱を加熱源とする加熱器２５０を構成要素とするランキンサイクル２０１を備えるものとしている。
【００２７】
凝縮器２１０は、後述するハイブリッドコンプレッサ１００Ａに組込まれる圧縮機１４０の吐出側（冷媒吐出口１４８ｂ）に接続され、放熱しながら冷媒を凝縮液化する熱交換器である。気液分離器２２０は、凝縮器２１０から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバである。減圧器２３０は、気液分離器２２０で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、圧縮機１４０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００２８】
蒸発器２４０は、減圧器２３０によって減圧された冷媒を蒸発させて、その時の蒸発潜熱によって空調空気を冷却する熱交換器であり、蒸発器２４０の冷媒出口側には圧縮機１４０の冷媒吸入口１４６ａにのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２４０ａが設けられている。そして、これらの圧縮機１４０、凝縮器２１０、気液分離器２２０、減圧器２３０および蒸発器２４０が閉回路を成して冷凍サイクル２００を形成している。
【００２９】
加熱器２５０は、圧縮機１４０と凝縮器２１０とを繋ぐ冷媒通路に設けられ、この冷媒通路を流れる冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によってエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器２５０に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。
【００３０】
尚、ラジエータ２２は、エンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器であり、水ポンプ２３は、エンジン冷却水を循環させるものである。そして、エンジン１０、三方弁２１、ラジエータ２２、水ポンプ２３によって温水回路２０が形成される。図１では、ラジエータ２２を迂回させて冷却水を流すバイパス回路およびこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２２に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略している。
【００３１】
第１バイパス回路２６０は、気液分離器２２０で分離された液相冷媒を加熱器２５０の凝縮器２１０側の冷媒出入口に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路２６０には、気液分離器２２０側から加熱器２５０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２６０ａおよび液相冷媒を循環させるための液ポンプ２６０ｂが設けられている。尚、液ポンプ２６０ｂは、本実施形態では、電動式のポンプとしている。
【００３２】
また、第２バイパス回路２７０は、圧縮機１４０の冷媒吸入口１４６ａ（膨張機として作動する場合の冷媒出口側）と凝縮器２１０の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路２７０には、圧縮機１４０の冷媒吸入口１４６ａから凝縮器２１０の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２７０ａが設けられている。
【００３３】
更に、凝縮器２１０と加熱器２５０との間には開閉弁２８０が設けられている。開閉弁２８０は電磁式のバルブであり、このバルブを開くことにより上記の冷凍サイクル２００における冷媒流れを可能とし、またバルブを閉じることにより、以下で説明するランキンサイクル２０１における冷媒流れを可能とする。
【００３４】
ランキンサイクル２０１は、気液分離器２２０、第１バイパス回路２６０、液ポンプ２６０ｂ、加熱器２５０、圧縮機１４０（この時は膨張機として作動する）、第２バイパス回路２７０、凝縮器２１０が閉回路を成して形成される。
【００３５】
ハイブリッドコンプレッサ１００Ａは、主にプーリ１１０、電磁クラッチ１２０、モータ１３０、圧縮機１４０および遊星歯車１５０等から成り、以下、その詳細について図２を用いて説明する。
【００３６】
プーリ１１０は、フロントハウジング１０１に固定されたプーリ軸受け１１２によって回転可能に支持され、エンジン１０の駆動力がベルト１１（図１）を介して伝達され回転駆動するようにしている。駆動軸１１１は、プーリ１１０の中心部に設けられ、フロントハウジング１０１に固定された軸受け１１３によって回転可能に支持されている。
【００３７】
また、駆動軸１１１の略中央部（後述する電磁クラッチ１２０と遊星歯車１５０との間）には、外周側がフロントハウジング１０１に固定された一方向クラッチ１６０が設けられている。一方向クラッチ１６０は、本発明におけるロック機構を成すものであり、駆動軸１１１のプーリ回転方向（正規回転方向）の回転駆動を許容し、その逆回転方向に対しては噛み合いにより回転駆動を阻止する。
【００３８】
電磁クラッチ１２０は、プーリ１１０から圧縮機１４０に伝達される駆動力を断続するものであり、フロントハウジング１０１および中間ハウジング１０２に固定されたコイル１２１と駆動軸１１１に固定されたハブ１２２とから成る。周知のように電磁クラッチ１２０は、コイル１２１に通電されるとハブ１２２がプーリ１１０に吸着されプーリ１１０の駆動力を駆動軸１１１に伝達する（クラッチＯＮ）。逆にコイル１２１への通電を遮断するとハブ１２２はプーリ１１０から離れ、プーリ１１０の駆動力は切断される（クラッチＯＦＦ）。
【００３９】
モータ１３０は、電動機および発電機の両機能を備える回転機としており、主にロータ部１３２およびステ−タ部１３３から成り、中間ハウジング１０２内に収容されている。モータ１３０は、ロータ部１３２の外周部にマグネット（永久磁石）１３２ａが設けられるいわゆるＳＰモ−タ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）としており、ロータ部１３２の内周側のスペースを活用して後述する遊星歯車１５０を収容している。尚、モータ軸（回転機軸）１３１は、遊星歯車１５０のサンギヤ１５１の中心部に二点鎖線で示される架空上のものとなっている。
【００４０】
ステ−タ部１３３にはコイル１３３ａが設けられており、このステータ部１３３は中間ハウジング１０２の内周面に圧入により固定されている。そして、図示しないバッテリからの電力がインバータを介してコイル１３３ａに供給されることによりロータ部１３２は回転駆動される。
【００４１】
ここで、電磁クラッチ１２０のコイル１２１は、フロントハウジング１０１および中間ハウジング１０２を貫通してモータ１３０側に延びるようにしており、また、モータ１３０のロータ部１３２の外周部には張出し部１３２ｂを設けるようにしており、コイル１２１と張出し部１３２ｂとが近接して対向するようにしている。そして、電磁クラッチ１２０がＯＮされた時には、張出し部１３２ｂがコイル１２１に吸着されて、ロータ部１３２は固定状態となるようにしている。尚、コイル１２１および張出し部１３２ｂは、本発明における固定機構１７０に対応する。
【００４２】
圧縮機１４０は、ここでは固定容量型のスクロール式圧縮機としており、モータ１３０の反プーリ側となるエンドハウジング１０３内に固定される固定スクロール１４４と、圧縮機軸（補機軸）１４１の偏心シャフト１４３によって公転する可動スクロール１４５とを有している。
【００４３】
この固定スクロール１４４と可動スクロール１４５との噛み合わせによって、外周部に吸入室１４６が形成され、また中心側に圧縮室１４７が形成される。エンドハウジング１０３の側壁には吸入室１４６に連通する冷媒吸入口１４６ａが設けられている。また、圧縮室１４７の中心側は、吐出ポート１４７ａを経て吐出室１４８、更にはエンドハウジング１０３の端部側に設けられた冷媒吐出口１４８ｂに繋がっている。そして、固定スクロール１４４には、吐出ポート１４７ａを開閉する吐出弁１４８ａが設けられている。
【００４４】
この圧縮機１４０においては、冷媒吸入口１４６ａから吸入室１４６に吸入された冷媒を圧縮室１４７で圧縮し、吐出ポート１４７ａ、吐出室１４８を経て冷媒吐出口１４８ｂから吐出する圧縮機として文字通り作動する。加えて、圧縮機１４０は、上記の加熱器２５０で加熱された過熱蒸気冷媒が冷媒吐出口１４８ｂから圧縮室１４７に流入されると、この過熱蒸気冷媒が膨張することで可動スクロール１４５を圧縮時とは逆回転側に駆動させる膨張機として作動するものとしている。尚、この圧縮機１４０が膨張機として作動される時は、吐出弁１４８ａは、後述する制御装置１８０によって開状態が維持されるようにしている。
【００４５】
圧縮機軸１４１は、中間ハウジング１０２の反プーリ側で内側に突出する突出壁１０２ａに固定された軸受け１４２によって回転可能に支持されている。圧縮機軸１４１には駆動軸１１１の一端側が嵌入され、圧縮機軸１４１および駆動軸１１１は、軸受け１１５によって互いに独立して回転可能としている。尚、圧縮機軸１４１のモータ１３０側にはシール材１４２ａが設けられ、圧縮機１４０内における冷媒がモータ１３０側に洩れないようにしている。
【００４６】
そして、上記駆動軸１１１、モータ軸１３１、圧縮機軸１４１は、上述したようにロータ部１３２内に設けられたトルク分配機構としての遊星歯車１５０に連結される構成としている。
【００４７】
遊星歯車１５０は、周知のように、中心部に設けられたサンギヤ１５１と、サンギヤ１５１の外周で自転しつつ公転するピニオンギヤ１５２ａに連結されるプラネタリーキャリヤ１５２と、ピニオンギヤ１５２ａのさらに外周に設けられたリング状のリングギヤ１５３とから成る。
【００４８】
ここでは、駆動軸１１１はプラネタリーキャリヤ１５２に連結され、モータ軸１３１（実体としてはロータ部１３２）はサンギヤ１５１に連結され、圧縮機軸１４１はリングギヤ１５３に連結されるようにしている。尚、サンギヤ１５１は、軸受け１１４によって駆動軸１１１に対して独立して回転可能に支持されている。
【００４９】
一方、図１に戻って、制御装置１８０は、Ａ／Ｃ要求信号、アイドルストップ要求信号等が入力されて、これらの信号に基づいて上記三方弁２１の切替え、液ポンプ２６０ｂの作動、開閉弁２８０の開閉、電磁クラッチ１２０の断続（ＯＮ−ＯＦＦ）、モータ１３０の作動、吐出弁１４８ａの開状態の形成を制御するものとしている。
【００５０】
次に、上記構成に基づく作動について、図３〜図５を用いて説明する。因みに、図５は、遊星歯車１５０にそれぞれ連結された駆動軸１１１、モータ１３０（モータ軸１３１）、圧縮機１４０（圧縮機軸１４１）の回転数の関係を示すものである。周知のように横軸に各ギヤ、キャリヤ（右からサンギヤ１５１、プラネタリーキャリヤ１５２、リングギヤ１５３）の座標位置が示され、各座標位置には、上記したようにそれぞれのギヤ、キャリヤ１５１、１５２、１５３に連結されるモータ１３０、駆動軸１１１、圧縮機１４０が対応している。また、横軸座標の間隔はサンギヤ１５１とリングギヤ１５３とのギヤ比λによって決定される。ここではギヤ比λを０．５と設定している。そして、縦軸には、各ギヤ、キャリヤ１５１、１５２、１５３の回転数が示され、各回転数は３者が直線で結ばれる関係となる。
【００５１】
まず、Ａ／Ｃ要求がある場合の冷房運転モードについて説明すると、この運転モードは、圧縮機１４０によって冷凍サイクル２００を作動させ、蒸発器２４０にて空調空気を冷却するものである。
【００５２】
具体的には、制御装置１８０は、液ポンプ２６０ｂを停止させた状態で開閉弁２８０を開き、且つ、三方弁２１を図３に示すように作動させて加熱器２５０を迂回させてエンジン冷却水を循環させる。
【００５３】
そして、アイドルストップ要求信号からエンジン１０が作動していると判定した時は、ハイブリッドコンプレッサ１００Ａの電磁クラッチ１２０をＯＮにし、モータ１３０を停止状態にし、吐出弁１４８ａを冷媒の圧力に応じて開閉する本来の形に維持する。
【００５４】
すると、ハイブリッドコンプレッサ１００Ａにおいては、電磁クラッチ１２０がＯＮされることで固定機構１７０によってモータ１３０のロータ部１３２（張出し部１３２ｂ）がコイル１２１に吸着され、固定状態となる。そして、エンジン１０の駆動力がベルト１１を介して、プーリ１１０、駆動軸１１１に伝達され、この駆動力は遊星歯車１５０によって増速されて圧縮機１４０に伝達され、圧縮機１４０を作動させる（図５中の（ア））。
【００５５】
冷凍サイクル２００において冷媒は、圧縮機１４０→加熱器２５０→凝縮器２１０→気液分離器２２０→減圧器２３０→蒸発器２４０→圧縮機１４０の順に循環する。減圧器２３０にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器２４０において空調空気から吸熱して蒸発し、空調空気は冷却されることになる。尚、加熱器２５０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器２５０にて冷媒は加熱されず、加熱器２５０は単なる冷媒通路として機能する。
【００５６】
また、Ａ／Ｃ要求がある場合で、アイドルストップ要求信号からエンジン１０が停止に至ったと判定した時は、制御装置１８０はハイブリッドコンプレッサ１００Ａの電磁クラッチ１２０をＯＦＦにし、吐出弁１４８ａを冷媒の圧力に応じて開閉する本来の形に維持する。
【００５７】
すると、ハイブリッドコンプレッサ１００Ａにおいては、電磁クラッチ１２０がＯＦＦされることでモータ１３０のロータ部１３２（張出し部１３２ｂ）はコイル１２１から離され回転可能状態となる。そして、制御装置１８０は、圧縮機１４０における圧縮時の回転方向とは逆回転方向にモータ１３０を作動させる（電動機として作動させる）。この時、駆動軸１１１も共連れにより逆回転方向に駆動しようとするが一方向クラッチ１６０の作用によりロックされ、モータ１３０の駆動力は遊星歯車１５０によって減速されて圧縮機１４０に伝達され、圧縮機１４０を作動させる（図５の（イ））。
【００５８】
そして、モータ１３０による圧縮機１４０の作動により、冷凍サイクル２００において冷媒は、上記と同様に循環され、冷房機能が継続されることになる。
【００５９】
一方、Ａ／Ｃ要求が無い場合の廃熱回収運転モードについて説明すると、この運転モードは、冷凍サイクル２００を停止させて、エンジン１０の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するものである。
【００６０】
具体的には、アイドルストップ要求信号からエンジン１０が作動していると判定した時は、制御装置１８０は、ハイブリッドコンプレッサ１００Ａの電磁クラッチ１２０をＯＦＦにし、吐出弁１４８ａを常に開状態となるように維持する。すると、モータ１３０のロータ部１３２はコイル１２１から離され回転可能状態となる。
【００６１】
また、開閉弁２８０を閉じた状態で液ポンプ２６０ｂを作動させ、且つ、三方弁２１を図４に示すように作動させてエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器２５０に循環させる。すると、冷媒は、気液分離器２２０→第１バイパス回路２６０→加熱器２５０→圧縮機（膨張機）１４０→第２バイパス回路２７０→凝縮器２１０→気液分離器２２０のようにランキンサイクル２１０を循環する。
【００６２】
この時、加熱器２５０によって加熱された過熱蒸気冷媒が圧縮機１４０の冷媒吐出口１４８ｂから圧縮室１４７に流入し（吐出弁１４８ａは開状態とされているので圧縮室１４７への流入が可能となる）、圧縮室１４７内で等エントロピ的に膨脹しながらそのエンタルピを低下させていく。そして、可動スクロール１４５を圧縮時とは逆回転方向に駆動させ膨張機として作動することになる。この駆動力によって駆動軸１１１は、共連れにより逆回転方向に駆動しようとするが一方向クラッチ１６０の作用によりロックされ、圧縮機（膨張機）１４０の駆動力は遊星歯車１５０によって増速されてモータ１３０に伝達され、モータ１３０を発電機として作動させる（図５の（ウ））。そして、発電された電力は、図示しないバッテリやキヤパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
【００６３】
また、圧縮機（膨張機）１４０の冷媒吸入口１４６ａから流出する冷媒は、凝縮器２１０によって冷却されて凝縮液化され、気液分離器２２０に蓄えられ、気液分離器２２０内の液相冷媒は、液ポンプ２６０ｂにて加熱器２５０側に送られる。尚、液ポンプ２６０ｂは、加熱器２５０にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒が、気液分離器２２０側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器２５０に送り込む。
【００６４】
以上の構成説明並びに作動説明より、本発明においては、エンジン１０作動時においては電磁クラッチ１２０をＯＮにしてエンジン１０の駆動力で圧縮機１４０を作動させることができ、また、エンジン１０停止時においては、電磁クラッチ１２０をＯＦＦにして、モータ１３０の駆動力で圧縮機１４０を作動させることができ、エンジン１０の作動、停止に関わらずＡ／Ｃ要求時において冷凍サイクル２００を作動させることができる。
【００６５】
ここで、電磁クラッチ１２０をＯＮにした時には、既存部材（コイル１２１、ロータ部１３２の張出し部１３２ｂ）を用いて比較的簡単な構成で成し得る固定機構１７０によって、モータ１３０のロータ部１３２（張出し部１３２ｂ）が電磁クラッチ１２０のコイル１２１に吸着して固定状態となるようにして、モータ１３０が発電機として作動しないようにすることができるので、作動中のエンジン１０の負荷を低減することができる。
【００６６】
また、冷凍サイクル２００が停止状態の時には、電磁クラッチ１２０をＯＦＦにして加熱器２５０からの過熱蒸気冷媒によって圧縮機１４０を膨張機として作動させることで、モータ１３０を発電機として作動させ、エンジン１０からの駆動力を直接使用する事無く、廃熱を利用して発電することができる。
【００６７】
そして、各軸１１１、１３１、１４１を遊星歯車１５０のサンギヤ１５１、プラネタリーキャリヤ１５２、リングギヤ１５３に連結することでトルク分配機構１５０を容易に形成することができる。
【００６８】
また、駆動軸１１１をプラネタリーキャリヤ１５２に連結し、ロック機構１６０として、駆動軸１１１の正規回転方向にのみ回転駆動を許容する一方向クラッチ１６０としているので、電磁クラッチ１２０をＯＦＦにした時に、モータ１３０あるいは圧縮機１４０の一方を駆動軸１１１の正規回転方向とは逆側に作動させることで、共連れにより駆動しようとする駆動軸１１１を一方向クラッチ１６０によりロックさせ、モータ１３０あるいは補機１４０の他方に駆動トルクを伝達することができ、安価なロック機構として対応することができる。
【００６９】
また、モータ軸１３１をサンギヤ１５１に連結し、圧縮機軸１４１をリングギヤ１５３に連結するようにしているので、モータ１３０で圧縮機１４０を作動させる時に、モータ１３０に対して減速させ、且つその減速比を大きく取ることができるので、高回転、低トルク型のモータ１３０での対応を可能として小型で安価にすることができる。更に、圧縮機１４０を膨張機として作動させ、その駆動トルクによってモータ１３０を発電機として作動させる時には、圧縮機１４０に対して増速させ、且つその増速比を大きく取ることができるので、モータ１３０での発電量を高めることができ、同様にモータ１３０の小型化が可能となる。
【００７０】
（その他の実施形態）
上記第１実施形態ではトルク分配機構として遊星歯車１５０を適用するものとして説明したが、遊星歯車１５０に代えて遊星ローラやディファレンシャルギヤ等としても良い。
【００７１】
また、遊星歯車１５０の各ギヤ、キャリヤ１５１、１５２、１５３と駆動軸１１１、モータ軸１３１、圧縮機軸１４１との連結は、上記第１実施形態に対してモータ軸１３１と圧縮機軸１４１とを入れ替えた連結としても良い。更に、ロック機構として一方向クラッチ１６０に限らず、電磁クラッチ１２０がＯＦＦとなった時に駆動軸１１１を拘束可能とするものにすれば、各ギヤ、キャリヤ１５１、１５２、１５３と駆動軸１１１、モータ軸１３１、圧縮機軸１４１との連結は他の組み合わせとしても良い。
【００７２】
また、圧縮機１４０は、固定容量型のものの中でもスクロール式のものに限らず、ロータリ式やスルーベーン式のもの等としても良い。尚、コスト面では固定容量型のものが好適であるが、これに代えて可変容量型のものとしても良く、これによれば、エンジン１０によって圧縮機１４０が作動される際の吐出量の可変が可能となる。
【００７３】
更に、対象とする車両としては、走行用モータを有し、走行中においても所定の走行条件に応じてエンジン１０が停止されるいわゆるハイブリッド車両としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をランキンサイクルを備えた冷凍サイクルに適用した全体構成を示す模式図である。
【図２】図１における第１実施形態のハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【図３】冷房運転モードにおけるエンジン冷却水および冷媒の流れを示す模式図である。
【図４】廃熱回収運転モードにおけるエンジン冷却水および冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】駆動軸、モータ、圧縮機の作動回転数を示す共線図である。
【符号の説明】
１０ エンジン
１００ ハイブリッドコンプレッサ制御装置（ハイブリッド駆動補機制御装置）
１００Ａ ハイブリッドコンプレッサ（ハイブリッド駆動補機）
１１１ 駆動軸
１２０ 電磁クラッチ
１２１ コイル
１３０ モータ（回転機）
１３１ モータ軸（回転機軸）
１３２ ロータ部
１４０ 圧縮機（補機）
１４１ 圧縮機軸（補機軸）
１５０ 遊星歯車（トルク分配機構）
１５１ サンギヤ
１５２ プラネタリーキャリヤ
１５３ リングギヤ
１６０ 一方向クラッチ（ロック機構）
１７０ 固定機構
１８０ 制御装置
２００ 冷凍サイクル
２０１ ランキンサイクル
２５０ 加熱器

Claims (5)

1. 冷媒を加熱する加熱器（２５０）が設けられ、ランキンサイクル（２０１）を備える車両用の冷凍サイクル（２００）に適用されるものであって、
   前記車両のエンジン（１０）から駆動力を受けて回転駆動する駆動軸（１１１）に設けられ、前記エンジン（１０）からの駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ（１２０）と、
   電動機および発電機の両機能を備える回転機（１３０）と、
   一方向回転時に前記冷媒を圧縮する圧縮機として作動すると共に、前記加熱器（２５０）からの過熱蒸気冷媒の逆流入によって他方向回転側に膨張機として作動する補機（１４０）と、
   前記駆動軸（１１１）、前記回転機（１３０）の回転機軸（１３１）、前記補機（１４０）の補機軸（１４１）の間に設けられ、１つの軸（１１１）の駆動トルクを他の２つの軸（１３１、１４１）へ分配可能とするトルク分配機構（１５０）と、
   前記電磁クラッチ（１２０）が切断された時に、前記回転機軸（１３１）あるいは前記補機軸（１４１）から前記駆動軸（１１１）への駆動トルクの伝達を阻止するロック機構（１６０）と、
   前記電磁クラッチ（１２０）が接続された時に、前記回転機（１３０）のロータ部（１３２）を前記電磁クラッチ（１２０）のコイル（１２１）に吸着して前記ロータ部（１３２）を固定状態にする固定機構（１７０）とを有することを特徴とするハイブリッド駆動補機。
2. 前記トルク分配機構（１５０）は、遊星歯車（１５０）であり、
   前記各軸（１１１、１３１、１４１）は、前記遊星歯車（１５０）を構成するサンギヤ（１５１）、プラネタリーキャリヤ（１５２）、リングギヤ（１５３）のいずれかに対応して連結されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動補機。
3. 前記駆動軸（１１１）は、前記プラネタリーキャリヤ（１５２）に対応して連結され、
   前記ロック機構（１６０）は、前記駆動軸（１１１）の正規回転方向にのみ回転駆動を許容する一方向クラッチ（１６０）としたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド駆動補機。
4. 前記回転機軸（１３１）は、前記サンギヤ（１５１）に対応して連結され、
   前記補機軸（１４１）は、前記リングギヤ（１５３）に対応して連結されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド駆動補機。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のハイブリッド駆動補機（１００Ａ）と、
   前記加熱器（２５０）の作動、前記電磁クラッチ（１２０）の断続、前記回転機（１３０）の作動を制御する制御装置（１８０）とを有するハイブリッド駆動補機制御装置において、
   前記制御装置（１８０）は、前記エンジン（１０）作動時において、前記冷凍サイクル（２００）を作動状態とする場合は、前記電磁クラッチ（１２０）を接続状態にし、前記補機（１４０）を圧縮機として作動させ、
   前記エンジン（１０）停止時において、前記冷凍サイクル（２００）を作動状態とする場合は、前記電磁クラッチ（１２０）を切断状態にし、前記回転機（１３０）によって前記補機（１４０）を圧縮機として作動させ、
   前記エンジン（１０）作動時で前記冷凍サイクル（２００）を停止状態とする場合に、前記電磁クラッチ（１２０）を切断し、前記加熱器（２５０）によって前記補機（１４０）を膨張機として作動させることを特徴とするハイブリッド駆動補機制御装置。

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