JP6774249B2 - Thermoelectric generation system - Google Patents

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Description

本発明は、熱発電システムに関する。 The present invention relates to a thermoelectric power generation system.

従来、熱を利用して機械エネルギを生成するランキンサイクルが知られている。例えば、車両に適用されるランキンサイクルは、車両において生じるエンジンの廃熱を用いて機械エネルギを生成する。ランキンサイクルは、具体的には、加熱される作動媒体が循環する流路と、当該流路に設けられ作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプと、及び当該流路に設けられ作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する膨張器と、を含む。さらに、膨張器に発電機を接続することによって、膨張器により生成された回転エネルギを用いて発電することができる。このように、ランキンサイクル及び発電機を含む熱発電システムによって、熱を利用した発電である熱発電が実現される。このような熱発電システムに関する分野において、装置を小型化するために、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の双方に発電機を連結させる技術が提案されている。 Conventionally, the Rankine cycle that uses heat to generate mechanical energy is known. For example, the Rankine cycle applied to a vehicle uses the waste heat of the engine generated in the vehicle to generate mechanical energy. Specifically, the Rankine cycle includes a flow path in which a heated working medium circulates, a Rankine cycle pump provided in the flow path for circulating the working medium, and an expansion of the working medium provided in the flow path. Includes an inflator that produces rotational energy. Further, by connecting a generator to the expander, it is possible to generate electricity using the rotational energy generated by the expander. In this way, the thermoelectric power generation system including the Rankine cycle and the generator realizes thermoelectric power generation, which is power generation using heat. In the field of such a thermoelectric power generation system, a technique of connecting a generator to both a Rankine cycle pump and an expander has been proposed in order to reduce the size of the device.

例えば、特許文献1には、廃熱回収効率が低下せずに、コンパクトでコストを低減した車両用廃熱回収システムを提供するために、車両の廃熱により作動流体を加熱する熱交換器、当該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させる膨張機、当該膨張機で膨張された作動流体を冷却するコンデンサ、及び当該コンデンサで冷却された作動流体を循環するポンプを有するランキンサイクルと、当該ポンプ及び当該膨張機に連結する負荷機とを備える車両用排熱回収システムにおいて、負荷機が、モータとして当該ポンプを駆動すると共に発電機として当該膨張機の動力を利用して発電を行うようにする技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 describes a heat exchanger that heats a working fluid by waste heat of a vehicle in order to provide a compact and cost-reduced vehicle waste heat recovery system without lowering the waste heat recovery efficiency. A Rankine cycle having an expander that expands the working fluid heated by the heat exchanger, a capacitor that cools the working fluid expanded by the expander, and a pump that circulates the working fluid cooled by the condenser. In a vehicle exhaust heat recovery system including a pump and a load machine connected to the expander, the load machine drives the pump as a motor and uses the power of the expander as a generator to generate power. The technology to be used is disclosed.

特開2006−242174号公報JP-A-2006-242174

このように、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の双方に発電機を連結させることによって、ランキンサイクルポンプを専用の電動モータによって駆動させるように構成した場合と比較して、装置を小型化することができる。しかしながら、熱発電システムに関する分野において、装置をより効果的に小型化することが望ましいと考えられる。 In this way, by connecting the generator to both the Rankine cycle pump and the expander, the device can be miniaturized as compared with the case where the Rankine cycle pump is driven by a dedicated electric motor. .. However, in the field of thermoelectric power generation systems, it is considered desirable to miniaturize the equipment more effectively.

ランキンサイクルポンプ及び膨張器の双方に発電機を連結させた場合において、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の回転軸が一体に回転するように構成され得る。このような場合、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の回転速度の差を調整することは困難であるので、ランキンサイクルポンプ及び膨張器のそれぞれから下流側へ吐出される作動媒体の流量(以下、吐出流量とも称する。)の差を調整することが困難となり得る。 When the generator is connected to both the Rankine cycle pump and the inflator, the rotation shafts of the Rankine cycle pump and the inflator may be configured to rotate integrally. In such a case, it is difficult to adjust the difference in the rotational speeds of the Rankine cycle pump and the expander. Therefore, the flow rate of the working medium discharged from each of the Rankine cycle pump and the expander to the downstream side (hereinafter referred to as the discharge flow rate). Also referred to as), it can be difficult to adjust the difference.

ランキンサイクルポンプ及び膨張器の吐出流量の差が固定の場合、膨張器に供給される気相の作動媒体の体積(以下、蒸気体積流量とも称する。)は略一定となる。このような場合において、理想気体の状態方程式によれば、膨張器へ供給される気相の作動媒体の温度(以下、蒸気温とも称する。)及び圧力(以下、蒸気圧とも称する。)は、相関を有する。よって、蒸気温が上昇することによって、蒸気圧が過剰に高くなり得るので、膨張器が破損するおそれがある。一方、蒸気温が低下することによって、蒸気圧が過剰に低くなり得るので、膨張器によって生成される回転エネルギの減少に伴い、発電量が減少し得る。従って、蒸気温に応じて、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の吐出流量の差を調整する必要が生じる。 When the difference between the discharge flow rates of the Rankine cycle pump and the inflator is fixed, the volume of the working medium of the gas phase supplied to the inflator (hereinafter, also referred to as steam volume flow rate) becomes substantially constant. In such a case, according to the ideal gas law, the temperature (hereinafter, also referred to as steam temperature) and pressure (hereinafter, also referred to as vapor pressure) of the working medium of the gas phase supplied to the expander are determined. Has a correlation. Therefore, as the steam temperature rises, the vapor pressure may become excessively high, which may damage the expander. On the other hand, as the steam temperature decreases, the vapor pressure can become excessively low, so that the amount of power generation can decrease as the rotational energy generated by the expander decreases. Therefore, it becomes necessary to adjust the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump and the expander according to the steam temperature.

ここで、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の双方に発電機を連結させた場合において、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の1回転あたりの吐出量を調整する機構を設けることによって、ランキンサイクルポンプ及び膨張器の吐出流量の差を調整可能とすることが考えられる。しかしながら、そのような機構は、比較的部品点数が多いので、装置をより効果的に小型化することが困難となり得る。 Here, when the generator is connected to both the Rankine cycle pump and the inflator, the Rankine cycle pump and the inflator are provided with a mechanism for adjusting the discharge amount per rotation of the Rankine cycle pump and the inflator. It is conceivable that the difference in discharge flow rate can be adjusted. However, since such a mechanism has a relatively large number of parts, it may be difficult to miniaturize the device more effectively.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、装置をより効果的に小型化することが可能な、新規かつ改良された熱発電システムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved thermoelectric power generation system capable of more effectively miniaturizing an apparatus. To do.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、加熱される作動媒体が循環する流路、前記流路に設けられ前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプ、及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、前記膨張器により生成された回転エネルギを用いて発電可能、かつ、前記ランキンサイクルポンプを駆動するための駆動力を出力可能なモータジェネレータ部と、制御装置と、を備え、前記モータジェネレータ部は、前記ランキンサイクルポンプの回転軸と連結され、複数の永久磁石が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1回転子と、前記第1回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、前記膨張器の回転軸と連結され、複数の軟磁性体が周方向に配設された第2回転子と、前記第2回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設された固定子と、を含前記制御装置は、前記固定子の前記複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御することにより、前記固定子によって発生する回転磁界の回転速度を制御し、前記回転磁界の回転速度を制御することにより、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度を制御し、前記膨張器へ供給される気相の前記作動媒体の温度である蒸気温に応じて、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度の比である回転速度比を制御する、熱発電システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, a flow path through which the heated working medium circulates, a Rankin cycle pump provided in the flow path for circulating the working medium, and a flow path provided in the flow path. A Rankin cycle including an expander that expands the working medium to generate rotational energy, and a driving force that can generate power using the rotational energy generated by the expander and that drives the Rankin cycle pump. A motor generator unit capable of outputting and a control device are provided, and the motor generator unit is connected to the rotation shaft of the Rankin cycle pump and is arranged in the circumferential direction so that a plurality of permanent magnets have alternately different polarities. A plurality of soft magnetic materials were arranged in the circumferential direction so as to face each other on the outer peripheral side of the first rotor with a gap in between the first rotor and the rotating shaft of the expander. a second rotor, wherein disposed opposite via a gap on the outer peripheral side of the second rotor, seen including a stator having a plurality of armatures are arranged in the circumferential direction, and the control device, By controlling the frequencies of the AC currents flowing through the plurality of armatures of the stator, the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator is controlled, and by controlling the rotational speed of the rotating magnetic field, the first The first rotor and the second rotor control the rotational speeds of the first rotor and the second rotor, and according to the steam temperature, which is the temperature of the working medium of the gas phase supplied to the expander. A thermal power generation system is provided that controls the rotational speed ratio, which is the ratio of the rotational speeds of .

前記制御装置は、前記蒸気温が所定の圧力における前記作動媒体の沸点より高い場合、前記蒸気温が高くなるにつれて、前記回転速度比を増大させてもよい。 When the steam temperature is higher than the boiling point of the working medium at a predetermined pressure, the control device may increase the rotation speed ratio as the steam temperature increases.

前記制御装置は、前記蒸気温が前記所定の圧力における前記作動媒体の沸点以下である場合、前記蒸気温が低くなるにつれて、前記回転速度比を増大させてもよい。 When the steam temperature is equal to or lower than the boiling point of the working medium at the predetermined pressure, the control device may increase the rotation speed ratio as the steam temperature decreases.

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、加熱される作動媒体が循環する流路、前記流路に設けられ前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプ、及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、前記膨張器により生成された回転エネルギを用いて発電可能、かつ、前記ランキンサイクルポンプを駆動するための駆動力を出力可能なモータジェネレータ部と、制御装置と、を備える熱発電システムであって、前記モータジェネレータ部は、前記ランキンサイクルポンプの回転軸と連結され、複数の永久磁石が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1回転子と、前記第1回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、前記膨張器の回転軸と連結され、複数の軟磁性体が周方向に配設された第2回転子と、前記第2回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設された固定子と、を含み、前記制御装置は、前記固定子の前記複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御することにより、前記固定子によって発生する回転磁界の回転速度を制御し、前記回転磁界の回転速度を制御することにより、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度を制御し、前記熱発電システムを始動させるときに、前記第1回転子の回転速度を、前記ランキンサイクルの前記作動媒体が加熱される程度が大きいほど、高い回転速度まで上昇させる、熱発電システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, the flow path through which the heated working medium circulates, the Rankin cycle pump provided in the flow path and circulating the working medium, and the flow path. A Rankin cycle including an expander provided to expand the working medium to generate rotational energy, and a driving force capable of generating power using the rotational energy generated by the expander and for driving the Rankin cycle pump. It is a thermal power generation system including a motor generator unit capable of outputting the above, and a control device. The motor generator unit is connected to the rotation shaft of the Rankin cycle pump, and a plurality of permanent magnets have alternately different polarities. The first rotor arranged in the circumferential direction and the first rotor are provided so as to face each other on the outer peripheral side of the first rotor via a gap, and are connected to the rotation shaft of the expander to form a plurality of soft magnetic materials. Includes a second rotor disposed in the circumferential direction and a stator provided on the outer peripheral side of the second rotor so as to face each other with a gap in between and a plurality of armors arranged in the circumferential direction. The control device controls the rotation speed of the rotating magnetic field generated by the stator by controlling the frequencies of the alternating currents flowing through the plurality of armatures of the stator, and controls the rotation speed of the rotating magnetic field. By controlling the rotational speeds of the first rotor and the second rotor, when the thermal power generation system is started, the rotational speed of the first rotor is adjusted by the operating medium of the Rankin cycle. the greater the degree of heating, Ru is increased to a high rotational speed, thermal power generation system is provided.

以上説明したように本発明によれば、装置をより効果的に小型化することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the device can be miniaturized more effectively.

本発明の実施形態に係る車両の充電システムの概略構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the schematic structure of the charging system of the vehicle which concerns on embodiment of this invention. 同実施形態に係るモータジェネレータ部及び周囲の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure of the motor generator part and the surroundings which concerns on this embodiment. 同実施形態に係るモータジェネレータ部の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the motor generator part which concerns on the same embodiment. 作動媒体の蒸気圧曲線の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the vapor pressure curve of a working medium. 蒸気温と目標蒸気圧との関係性の一例について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the relationship between a steam temperature and a target vapor pressure. 蒸気温と目標回転速度比との関係性を表すマップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the map which shows the relationship between a steam temperature and a target rotation speed ratio. 同実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the process performed by the control device which concerns on this embodiment. 熱発電システムを始動させるときにおける、モータジェネレータ部の挙動の一例を示す共線図である。It is a collinear diagram which shows an example of the behavior of a motor generator part at the time of starting a thermoelectric generation system. 熱発電システムが始動した後における、モータジェネレータ部の挙動の一例を示す共線図である。It is a collinear diagram which shows an example of the behavior of a motor generator part after a thermoelectric generation system is started. 熱発電システムを停止させるときにおける、モータジェネレータ部の一例を示す共線図である。It is a collinear diagram which shows an example of a motor generator part at the time of stopping a thermoelectric generation system.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

<1.充電システムの構成>
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る車両の充電システム10の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係る充電システム10の概略構成の一例を示す模式図である。図1に示したように、充電システム10は、主に、エンジン11と、駆動力伝達系51と、駆動輪21と、高電圧バッテリ31と、走行用モータジェネレータ41と、モータジェネレータ部300と、ランキンサイクル70と、制御装置100と、を備える。また、充電システム10では、ランキンサイクル70及びモータジェネレータ部300を少なくとも含んで、熱発電システム90が構成される。
<1. Charging system configuration>
First, with reference to FIG. 1, a schematic configuration of a vehicle charging system 10 according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a schematic configuration of the charging system 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the charging system 10 mainly includes an engine 11, a driving force transmission system 51, a driving wheel 21, a high-voltage battery 31, a traveling motor generator 41, and a motor generator unit 300. , Rankine cycle 70, and control device 100. Further, the charging system 10 includes at least the Rankine cycle 70 and the motor generator unit 300 to form the thermoelectric power generation system 90.

エンジン11は、車両の走行状態に応じて運転又は停止する。例えば、エンジン11は、車両の走行中において要求トルクに応じて運転又は停止する。エンジン11の運転により生成された駆動力は、駆動力伝達系51を介して、駆動輪21へ伝達される。エンジン11のシリンダブロックやシリンダヘッドには、冷却水が循環する冷却水流路13が、エンジン11を冷却するために、設けられている。エンジン11の廃熱は、冷却水流路13内を循環する冷却水によって回収される。冷却水流路13は、エンジン11の外部においてランキンサイクル70の熱交換器74と接続され、熱交換器74においてランキンサイクル70の作動媒体と熱交換を行う。 The engine 11 starts or stops according to the running state of the vehicle. For example, the engine 11 starts or stops according to a required torque while the vehicle is running. The driving force generated by the operation of the engine 11 is transmitted to the driving wheels 21 via the driving force transmission system 51. The cylinder block and cylinder head of the engine 11 are provided with a cooling water flow path 13 through which cooling water circulates in order to cool the engine 11. The waste heat of the engine 11 is recovered by the cooling water circulating in the cooling water flow path 13. The cooling water flow path 13 is connected to the heat exchanger 74 of the Rankine cycle 70 outside the engine 11, and exchanges heat with the operating medium of the Rankine cycle 70 in the heat exchanger 74.

高電圧バッテリ31は、高電圧(例えば、200V)の電力供給源である。具体的には、高電圧バッテリ31は、モータジェネレータ部300及び車両の駆動力を出力する走行用モータジェネレータ41へ電力をそれぞれ供給する他、車両内の各種装置へ電力を供給する低電圧バッテリへ電力を供給する。高電圧バッテリ31には、モータジェネレータ部300により発電された電力及び走行用モータジェネレータ41により発電された電力が、それぞれ蓄電される。 The high voltage battery 31 is a high voltage (for example, 200V) power supply source. Specifically, the high-voltage battery 31 supplies electric power to the motor generator unit 300 and the traveling motor generator 41 that outputs the driving force of the vehicle, and also to the low-voltage battery that supplies electric power to various devices in the vehicle. Supply power. The high-voltage battery 31 stores the electric power generated by the motor generator unit 300 and the electric power generated by the traveling motor generator 41, respectively.

走行用モータジェネレータ41は、車両の駆動力を生成する駆動用モータとしての機能を有する。また、走行用モータジェネレータ41は、車両の減速時に車両の運動エネルギを用いて発電し、発電された電力を高電圧バッテリ31へ蓄電する制動発電用発電機としての機能を有する。走行用モータジェネレータ41は、例えば、三相交流式のモータとインバータ装置とを備え、インバータ装置を介して高電圧バッテリ31と電気的に接続されている。なお、当該インバータ装置はコンバータ装置としての機能も有する。 The traveling motor generator 41 has a function as a driving motor that generates a driving force for the vehicle. Further, the traveling motor generator 41 has a function as a braking power generation generator that generates electricity by using the kinetic energy of the vehicle when the vehicle is decelerated and stores the generated electric power in the high voltage battery 31. The traveling motor generator 41 includes, for example, a three-phase AC motor and an inverter device, and is electrically connected to the high-voltage battery 31 via the inverter device. The inverter device also has a function as a converter device.

走行用モータジェネレータ41が駆動用モータとして機能する場合、高電圧バッテリ31から供給される直流電力がインバータ装置によって交流電力に変換され、モータへ供給される。それにより、モータによって駆動力が生成される。走行用モータジェネレータ41により生成された駆動力は、駆動力伝達系51を介して、駆動輪21へ伝達される。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、走行用モータジェネレータ41による駆動力の生成を制御する。 When the traveling motor generator 41 functions as a drive motor, the DC power supplied from the high-voltage battery 31 is converted into AC power by the inverter device and supplied to the motor. As a result, the driving force is generated by the motor. The driving force generated by the traveling motor generator 41 is transmitted to the driving wheels 21 via the driving force transmission system 51. The control device 100 controls the generation of the driving force by the traveling motor generator 41 by controlling the inverter device.

走行用モータジェネレータ41が車両の減速時に制動発電用発電機として機能する場合、制御装置100によりインバータ装置が制御されることによって、駆動輪21の回転エネルギを用いてモータにより発電が行われ、発電された交流電力がインバータ装置により直流電力に変換され、高電圧バッテリ31へ蓄電される。それにより、駆動輪21の回転に抵抗が与えられ、制動力が発生する。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、走行用モータジェネレータ41による発電を制御する。具体的には、制御装置100は、インバータ装置を介して走行用モータジェネレータ41の出力電圧を制御する。 When the traveling motor generator 41 functions as a braking power generator when the vehicle is decelerating, the control device 100 controls the inverter device, so that the motor generates electricity using the rotational energy of the drive wheels 21 to generate electricity. The generated AC power is converted into DC power by the inverter device and stored in the high voltage battery 31. As a result, resistance is given to the rotation of the drive wheels 21, and braking force is generated. The control device 100 controls the power generation by the traveling motor generator 41 by controlling the inverter device. Specifically, the control device 100 controls the output voltage of the traveling motor generator 41 via the inverter device.

ランキンサイクル70は、車両のエンジン11の廃熱を用いて、機械エネルギを生成する。図1に示したように、ランキンサイクル70は、作動媒体流路71と、ランキンサイクルポンプ73と、熱交換器74と、膨張器75と、凝縮器77と、タンク79と、を含む。 The Rankine cycle 70 uses the waste heat of the vehicle engine 11 to generate mechanical energy. As shown in FIG. 1, the Rankine cycle 70 includes a working medium flow path 71, a Rankine cycle pump 73, a heat exchanger 74, an expander 75, a condenser 77, and a tank 79.

作動媒体流路71は、加熱される作動媒体が循環する流路である。作動媒体として、例えば、水、フロン、又はアルコールが適用され得る。 The working medium flow path 71 is a flow path through which the heated working medium circulates. As the working medium, for example, water, chlorofluorocarbons, or alcohol can be applied.

ランキンサイクルポンプ73は、タンク79に貯留された作動媒体を吸い上げ、作動媒体流路71内で作動媒体を循環させるポンプである。ランキンサイクルポンプ73は、モータジェネレータ部300と接続される。具体的には、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aが、後述するモータジェネレータ部300の第1回転子と連結される。また、ランキンサイクルポンプ73は、モータジェネレータ部300によって駆動される。具体的には、制御装置100からの動作指示に基づいてモータジェネレータ部300により駆動力が生成され、当該駆動力がランキンサイクルポンプ73の回転軸73aへ出力されることによって、ランキンサイクルポンプ73の駆動が制御されるように構成される。 The Rankine cycle pump 73 is a pump that sucks up the working medium stored in the tank 79 and circulates the working medium in the working medium flow path 71. The Rankine cycle pump 73 is connected to the motor generator unit 300. Specifically, the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73 is connected to the first rotor of the motor generator unit 300, which will be described later. Further, the Rankine cycle pump 73 is driven by the motor generator unit 300. Specifically, a driving force is generated by the motor generator unit 300 based on an operation instruction from the control device 100, and the driving force is output to the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73, so that the Rankine cycle pump 73 The drive is configured to be controlled.

熱交換器74には、作動媒体流路71及び冷却水流路13が接続される。熱交換器74において、作動媒体と冷却水との間で熱交換が行われる。それにより、作動媒体は、エンジン11の廃熱を有する冷却水によって加熱され、気化する。 The working medium flow path 71 and the cooling water flow path 13 are connected to the heat exchanger 74. In the heat exchanger 74, heat exchange is performed between the working medium and the cooling water. As a result, the working medium is heated and vaporized by the cooling water having the waste heat of the engine 11.

膨張器75は、熱交換器74で気化した作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する。具体的には、膨張器75において、作動媒体は膨張室へ吸入され、膨張室で作動媒体が膨張し、羽根車が作動媒体の流れを受けることにより、当該羽根車と接続された回転軸75aの回転運動のエネルギが生成される。膨張器75はモータジェネレータ部300と接続されている。具体的には、膨張器75の回転軸75aが、後述するモータジェネレータ部300の第2回転子と連結されている。また、膨張器75により生成された回転エネルギは、回転軸75aからモータジェネレータ部300へ伝達される。 The expander 75 expands the working medium vaporized by the heat exchanger 74 to generate rotational energy. Specifically, in the expander 75, the working medium is sucked into the expansion chamber, the working medium expands in the expansion chamber, and the impeller receives the flow of the working medium, so that the rotating shaft 75a connected to the impeller 75a The energy of the rotational movement of is generated. The inflator 75 is connected to the motor generator unit 300. Specifically, the rotating shaft 75a of the expander 75 is connected to the second rotor of the motor generator unit 300, which will be described later. Further, the rotational energy generated by the expander 75 is transmitted from the rotary shaft 75a to the motor generator unit 300.

凝縮器77は、膨張器75を通過した気相の作動媒体を凝縮する。凝縮器77は、具体的には、作動媒体が有する熱を作動媒体流路71の外部へ放出させることによって、当該作動媒体を冷却する。それにより、気相の作動媒体が凝縮される。凝縮器77によって凝縮された作動媒体は、タンク79へ貯留される。タンク79へ貯留された作動媒体は、再び、ランキンサイクルポンプ73によって吸い上げられる。このように、作動媒体は、ランキンサイクルポンプ73、熱交換器74、膨張器75、凝縮器77、及びタンク79を順に流れることによって、ランキンサイクル70において循環する。 The condenser 77 condenses the working medium of the gas phase that has passed through the expander 75. Specifically, the condenser 77 cools the working medium by releasing the heat of the working medium to the outside of the working medium flow path 71. As a result, the working medium of the gas phase is condensed. The working medium condensed by the condenser 77 is stored in the tank 79. The working medium stored in the tank 79 is sucked up again by the Rankine cycle pump 73. In this way, the working medium circulates in the Rankine cycle 70 by sequentially flowing through the Rankine cycle pump 73, the heat exchanger 74, the expander 75, the condenser 77, and the tank 79.

モータジェネレータ部300は、膨張器75により生成された回転エネルギを用いて発電可能である。また、モータジェネレータ部300は、ランキンサイクルポンプ73を駆動するための駆動力を出力可能である。モータジェネレータ部300は、例えば、インバータ装置を備え、インバータ装置を介して高電圧バッテリ31と電気的に接続されている。なお、当該インバータ装置はコンバータ装置としての機能も有する。 The motor generator unit 300 can generate electricity by using the rotational energy generated by the expander 75. Further, the motor generator unit 300 can output a driving force for driving the Rankine cycle pump 73. The motor generator unit 300 includes, for example, an inverter device, and is electrically connected to the high voltage battery 31 via the inverter device. The inverter device also has a function as a converter device.

モータジェネレータ部300が膨張器75により生成された回転エネルギを用いて発電する熱発電用発電機として機能する場合、制御装置100によりインバータ装置が制御されることによって、発電が行われ、発電された交流電力(具体的には、三相交流電力)がインバータ装置により直流電力に変換され、高電圧バッテリ31へ蓄電される。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、モータジェネレータ部300による発電を制御する。具体的には、制御装置100は、インバータ装置を介してモータジェネレータ部300の出力電圧を制御する。 When the motor generator unit 300 functions as a thermal power generator that generates electric power using the rotational energy generated by the expander 75, the inverter device is controlled by the control device 100 to generate electric power and generate electric power. AC power (specifically, three-phase AC power) is converted into DC power by the inverter device and stored in the high-voltage battery 31. The control device 100 controls the power generation by the motor generator unit 300 by controlling the inverter device. Specifically, the control device 100 controls the output voltage of the motor generator unit 300 via the inverter device.

モータジェネレータ部300がランキンサイクルポンプ73を駆動するための駆動力を出力する駆動用モータとして機能する場合、高電圧バッテリ31から供給される直流電力がインバータ装置によって交流電力(具体的には、三相交流電力)に変換され、モータジェネレータ部300へ供給される。それにより、モータジェネレータ部300によって駆動力が生成される。モータジェネレータ部300により生成された駆動力は、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aへ出力される。それにより、ランキンサイクルポンプ73が駆動される。本実施形態では、モータジェネレータ部300により生成された駆動力は、膨張器75の回転軸75aへも出力され得る。それにより、膨張器75の回転速度が制御され得る。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、モータジェネレータ部300による駆動力の生成を制御する。 When the motor generator unit 300 functions as a drive motor that outputs a driving force for driving the Rankin cycle pump 73, the DC power supplied from the high-voltage battery 31 is AC power (specifically, three) by the inverter device. It is converted into (phase AC power) and supplied to the motor generator unit 300. As a result, the driving force is generated by the motor generator unit 300. The driving force generated by the motor generator unit 300 is output to the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73. Thereby, the Rankine cycle pump 73 is driven. In the present embodiment, the driving force generated by the motor generator unit 300 can also be output to the rotating shaft 75a of the expander 75. Thereby, the rotation speed of the inflator 75 can be controlled. The control device 100 controls the generation of the driving force by the motor generator unit 300 by controlling the inverter device.

本実施形態に係るモータジェネレータ部300は、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aと連結される第1回転子と、膨張器75の回転軸75aと連結される第2回転子と、固定子と、を含む。モータジェネレータ部300において、固定子に交流電流が流れることによって、回転磁界が発生するように構成されている。また、モータジェネレータ部300において、第1回転子、第2回転子、及び回転磁界の回転速度は、所定の関係性を有する。それにより、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を調整することが可能となるので、装置をより効果的に小型化することができる。なお、モータジェネレータ部300の詳細については、後述する。 The motor generator unit 300 according to the present embodiment includes a first rotor connected to the rotating shaft 73a of the Rankin cycle pump 73, a second rotor connected to the rotating shaft 75a of the expander 75, a stator, and the like. including. The motor generator unit 300 is configured to generate a rotating magnetic field when an alternating current flows through the stator. Further, in the motor generator unit 300, the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field have a predetermined relationship. As a result, it is possible to adjust the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75, so that the device can be miniaturized more effectively. The details of the motor generator unit 300 will be described later.

また、モータジェネレータ部300において、上述したインバータ装置は、具体的には、固定子と電気的に接続されている。ゆえに、固定子が、インバータ装置を介して高電圧バッテリ31と電気的に接続されている。モータジェネレータ部300において、制御装置100により、固定子に流れる交流電流の周波数が制御されることによって、固定子によって発生する回転磁界の回転速度が制御されるように構成され得る。それにより、後述するように、モータジェネレータ部300における第1回転子及び第2回転子の回転速度が制御される。 Further, in the motor generator unit 300, the above-mentioned inverter device is specifically electrically connected to the stator. Therefore, the stator is electrically connected to the high voltage battery 31 via the inverter device. In the motor generator unit 300, the control device 100 may control the frequency of the alternating current flowing through the stator to control the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator. As a result, as will be described later, the rotation speeds of the first rotor and the second rotor in the motor generator unit 300 are controlled.

以上説明したように、本実施形態では、熱を利用した発電である熱発電を実行可能な熱発電システム90が、ランキンサイクル70及びモータジェネレータ部300を少なくとも含んで、構成される。 As described above, in the present embodiment, the thermoelectric power generation system 90 capable of performing thermoelectric power generation, which is power generation using heat, includes at least the Rankine cycle 70 and the motor generator unit 300.

また、充電システム10には、ポンプ回転速度センサ201と、膨張器回転速度センサ203と、蒸気温センサ205と、水温センサ207と、が設けられてもよい。 Further, the charging system 10 may be provided with a pump rotation speed sensor 201, an inflator rotation speed sensor 203, a steam temperature sensor 205, and a water temperature sensor 207.

ポンプ回転速度センサ201は、ランキンサイクルポンプ73の回転速度を検出し、検出結果を出力する。ポンプ回転速度センサ201は、例えば、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aの近傍に設けられる。 The pump rotation speed sensor 201 detects the rotation speed of the Rankine cycle pump 73 and outputs the detection result. The pump rotation speed sensor 201 is provided, for example, in the vicinity of the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73.

膨張器回転速度センサ203は、膨張器75の回転速度を検出し、検出結果を出力する。膨張器回転速度センサ203は、例えば、膨張器75の回転軸75aの近傍に設けられる。 The inflator rotation speed sensor 203 detects the rotation speed of the inflator 75 and outputs the detection result. The inflator rotation speed sensor 203 is provided, for example, in the vicinity of the rotation shaft 75a of the inflator 75.

蒸気温センサ205は、膨張器75へ供給される作動媒体の温度である蒸気温を検出し、検出結果を出力する。蒸気温センサ205は、例えば、ランキンサイクル70の作動媒体流路71の膨張器75より上流側に設けられる。 The steam temperature sensor 205 detects the steam temperature, which is the temperature of the working medium supplied to the expander 75, and outputs the detection result. The steam temperature sensor 205 is provided, for example, on the upstream side of the expander 75 of the working medium flow path 71 of the Rankine cycle 70.

水温センサ207は、エンジン11の冷却水の温度を検出し、検出結果を出力する。水温センサ207は、例えば、エンジン11の近傍に設けられる。 The water temperature sensor 207 detects the temperature of the cooling water of the engine 11 and outputs the detection result. The water temperature sensor 207 is provided, for example, in the vicinity of the engine 11.

制御装置100は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるROM(Read Only Memory)、CPUの実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等で構成される。 The control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) which is an arithmetic processing unit, a ROM (Read Only Memory) which is a storage element for storing programs and arithmetic parameters used by the CPU, a program used in executing the CPU, and a program thereof. It is composed of a RAM (Random Access Memory) or the like, which is a storage element that temporarily stores parameters and the like that change as appropriate during execution.

制御装置100は、充電システム10を構成する各装置の動作を制御する。例えば、制御装置100は、制御対象である各アクチュエータに対して電気信号を用いて動作指令を行う。具体的には、制御装置100は、モータジェネレータ部300の発電及び駆動、並びに、走行用モータジェネレータ41の発電及び駆動を制御する。制御装置100は、より具体的には、モータジェネレータ部300の固定子に流れる交流電流の周波数を制御することによって、固定子によって発生する回転磁界の回転速度を制御する。また、制御装置100は、各センサから出力された情報を受信する。制御装置100は、CAN(Controller Area Network)通信を用いて各センサと通信を行ってもよい。なお、本実施形態に係る制御装置100が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、CAN等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。なお、制御装置100の詳細については、後述する。 The control device 100 controls the operation of each device constituting the charging system 10. For example, the control device 100 issues an operation command to each actuator to be controlled by using an electric signal. Specifically, the control device 100 controls the power generation and drive of the motor generator unit 300 and the power generation and drive of the traveling motor generator 41. More specifically, the control device 100 controls the rotation speed of the rotating magnetic field generated by the stator by controlling the frequency of the alternating current flowing through the stator of the motor generator unit 300. Further, the control device 100 receives the information output from each sensor. The control device 100 may communicate with each sensor by using CAN (Control Area Network) communication. The function of the control device 100 according to the present embodiment may be divided by a plurality of control devices, and in that case, the plurality of control devices may be connected to each other via a communication bus such as CAN. .. The details of the control device 100 will be described later.

<2.モータジェネレータ部>
続いて、図2及び図3を参照して、本実施形態に係るモータジェネレータ部300について説明する。具体的には、モータジェネレータ部300の構成について説明した後に、モータジェネレータ部300における第1回転子、第2回転子、及び回転磁界の回転速度の関係性について説明する。
<2. Motor generator>
Subsequently, the motor generator unit 300 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Specifically, after explaining the configuration of the motor generator unit 300, the relationship between the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 will be described.

(構成)
まず、図2及び図3を参照して、本実施形態に係るモータジェネレータ部300の構成について説明する。図2は、本実施形態に係るモータジェネレータ部300及び周囲の構成の一例を示す説明図である。図3は、本実施形態に係るモータジェネレータ部300の構成の一例を示す断面図である。具体的には、図3は、モータジェネレータ部300の中心軸と直交する図2に示したA−A断面についての断面図である。
(Constitution)
First, the configuration of the motor generator unit 300 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the motor generator unit 300 and its surroundings according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the motor generator unit 300 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 3 is a cross-sectional view of the AA cross section shown in FIG. 2 orthogonal to the central axis of the motor generator unit 300.

図2及び図3に示したように、モータジェネレータ部300は、第1回転子310と、第1回転子310の外周側に空隙を介して対向して設けられる第2回転子320と、第2回転子320の外周側に空隙を介して対向して設けられる固定子330と、を含む。また、第1回転子310は、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aと連結される。それにより、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aを第1回転子310と同期して回転可能にすることができる。また、第2回転子320は、膨張器75の回転軸75aと連結される。それにより、膨張器75の回転軸75aを第2回転子320と同期して回転可能にすることができる。なお、第2回転子320は、例えば、後述するように、略円筒形状を有する。第2回転子320は、一端側の開口部を閉鎖するように当該一端側に設けられた接続部340を介して、膨張器75の回転軸75aと連結されてもよい。接続部340は、例えば、第2回転子320の中心軸と同軸の円板形状を有する。接続部340は、第2回転子320と一体として形成されてもよく、別体として形成されてもよい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the motor generator unit 300 has a first rotor 310, a second rotor 320 provided on the outer peripheral side of the first rotor 310 facing each other via a gap, and a second rotor 320. Includes a stator 330, which is provided on the outer peripheral side of the two rotor 320 so as to face each other via a gap. Further, the first rotor 310 is connected to the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73. Thereby, the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73 can be made rotatable in synchronization with the first rotor 310. Further, the second rotor 320 is connected to the rotating shaft 75a of the expander 75. Thereby, the rotating shaft 75a of the expander 75 can be made rotatable in synchronization with the second rotor 320. The second rotor 320 has a substantially cylindrical shape, for example, as will be described later. The second rotor 320 may be connected to the rotating shaft 75a of the expander 75 via a connecting portion 340 provided on the one end side so as to close the opening on the one end side. The connection portion 340 has, for example, a disk shape coaxial with the central axis of the second rotor 320. The connecting portion 340 may be formed integrally with the second rotor 320, or may be formed as a separate body.

具体的には、モータジェネレータ部300の第1回転子及び第2回転子は、固定子330の中心軸まわりに回転可能である。また、固定子330の中心軸と、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aと、膨張器75の回転軸75aとは、同軸上に位置してもよい。また、第1回転子310及び第2回転子320は、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73a及び膨張器75の回転軸75aのそれぞれと同一の部材の一部により構成されてもよく、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73a及び膨張器75の回転軸75aのそれぞれと異なる部材により構成されてもよい。 Specifically, the first rotor and the second rotor of the motor generator unit 300 are rotatable around the central axis of the stator 330. Further, the central axis of the stator 330, the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73, and the rotating shaft 75a of the inflator 75 may be located coaxially. Further, the first rotor 310 and the second rotor 320 may be composed of a part of the same members as the rotary shaft 73a of the Rankin cycle pump 73 and the rotary shaft 75a of the expander 75, respectively, and the Rankin cycle pump It may be composed of a member different from each of the rotating shaft 73a of 73 and the rotating shaft 75a of the expander 75.

以下では、第1回転子310とランキンサイクルポンプ73の回転軸73aとの間で直接的に動力の伝達が行われ、第1回転子310及びランキンサイクルポンプ73の回転軸73aの回転速度が一致する例について、主に説明する。また、第2回転子320と膨張器75の回転軸75aとの間で直接的に動力の伝達が行われ、第2回転子320及び膨張器75の回転軸75aの回転速度が一致する例について、主に説明する。また、以下では、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73a及び膨張器75の回転軸75aの回転速度を、それぞれ、単に、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度とも称する。 In the following, power is directly transmitted between the first rotor 310 and the rotation shaft 73a of the Rankin cycle pump 73, and the rotation speeds of the rotation shaft 73a of the first rotor 310 and the Rankin cycle pump 73 match. An example of this will be mainly described. Further, in the case where power is directly transmitted between the second rotor 320 and the rotating shaft 75a of the expander 75, and the rotation speeds of the second rotor 320 and the rotating shaft 75a of the expander 75 match. , Mainly explained. Further, in the following, the rotation speeds of the rotation shaft 73a of the Rankin cycle pump 73 and the rotation shaft 75a of the expander 75 are also simply referred to as the rotation speeds of the Rankin cycle pump 73 and the expander 75, respectively.

なお、第1回転子310又は第2回転子320は、それぞれランキンサイクルポンプ73の回転軸73a又は膨張器75の回転軸75aとギヤ等の減速機を介して接続されてもよい。その場合、第1回転子310及びランキンサイクルポンプ73の回転軸73aの回転速度、又は第2回転子320及び膨張器75の回転軸75aの回転速度は、減速機の減速比に応じて互いに異なり得る。 The first rotor 310 or the second rotor 320 may be connected to the rotary shaft 73a of the Rankin cycle pump 73 or the rotary shaft 75a of the expander 75, respectively, via a speed reducer such as a gear. In that case, the rotation speed of the rotation shaft 73a of the first rotor 310 and the Rankin cycle pump 73, or the rotation speed of the rotation shaft 75a of the second rotor 320 and the expander 75 differs from each other according to the reduction ratio of the speed reducer. obtain.

第1回転子310には、複数の永久磁石313が交互に異なる極性となるように周方向に配設される。第1回転子310は、例えば、略円柱形状を有し、図2及び図3に示したように、略円柱形状を有する円柱部材311と、複数の永久磁石313と、を含む。 A plurality of permanent magnets 313 are arranged in the first rotor 310 in the circumferential direction so as to have different polarities alternately. The first rotor 310 has, for example, a substantially cylindrical shape, and includes a cylindrical member 311 having a substantially cylindrical shape and a plurality of permanent magnets 313 as shown in FIGS. 2 and 3.

円柱部材311の中心軸は、具体的には、固定子330の中心軸と同軸上に位置する。また、円柱部材311は、例えば、各種金属によって構成され得る。複数の永久磁石313は、例えば、図3に示したように、円柱部材311における外周側に、円柱部材311の周方向に沿って等間隔に設けられる。永久磁石313の各々は、外周側においてN極又はS極の極性を有する。第1回転子310では、具体的には、外周側においてN極の極性を有する永久磁石313と、外周側においてS極の極性を有する永久磁石313とが周方向に交互に配設される。また、永久磁石313の各々は、円柱部材311の軸方向に延在する。永久磁石313の当該軸方向の長さは、例えば、図2に示したように、固定子330の軸方向の長さと略一致してもよい。 Specifically, the central axis of the cylindrical member 311 is located coaxially with the central axis of the stator 330. Further, the cylindrical member 311 may be made of various metals, for example. As shown in FIG. 3, for example, the plurality of permanent magnets 313 are provided on the outer peripheral side of the cylindrical member 311 at equal intervals along the circumferential direction of the cylindrical member 311. Each of the permanent magnets 313 has an north pole or an south pole polarity on the outer peripheral side. Specifically, in the first rotor 310, permanent magnets 313 having an N-pole polarity on the outer peripheral side and permanent magnets 313 having an S-pole polarity on the outer peripheral side are alternately arranged in the circumferential direction. Further, each of the permanent magnets 313 extends in the axial direction of the cylindrical member 311. The axial length of the permanent magnet 313 may be substantially the same as the axial length of the stator 330, for example, as shown in FIG.

本実施形態では、図3に示したように、第1回転子310には16個の永久磁石313が設けられるので、複数の永久磁石313の極対数n1は8であるが、複数の永久磁石313の極対数n1の値は特に限定されない。なお、極対数n1は、第1回転子310におけるN極及びS極のペアの数を意味する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the first rotor 310 is provided with 16 permanent magnets 313, the number of pole pairs n1 of the plurality of permanent magnets 313 is 8, but the plurality of permanent magnets The value of the pole logarithm n1 of 313 is not particularly limited. The pole logarithm n1 means the number of pairs of N pole and S pole in the first rotor 310.

第2回転子320には、複数の軟磁性体323が周方向に配設される。第2回転子320は、例えば、略円筒形状を有し、図2及び図3に示したように、略円筒形状を有する円筒部材321と、複数の軟磁性体323と、を含む。 A plurality of soft magnetic materials 323 are arranged in the circumferential direction on the second rotor 320. The second rotor 320 has, for example, a substantially cylindrical shape, and includes a cylindrical member 321 having a substantially cylindrical shape and a plurality of soft magnetic materials 323 as shown in FIGS. 2 and 3.

円筒部材321の中心軸は、具体的には、固定子330の中心軸と同軸上に位置する。また、円筒部材321は、例えば、非磁性体であるステンレス鋼によって構成され得る。複数の軟磁性体323は、例えば、図3に示したように、円筒部材321の外周面と内周面との間に、円筒部材321の周方向に沿って等間隔に設けられる。また、軟磁性体323の各々は、円筒部材321の軸方向に延在する。軟磁性体323の当該軸方向の長さは、例えば、図2に示したように、固定子330の軸方向の長さと略一致してもよい。 Specifically, the central axis of the cylindrical member 321 is located coaxially with the central axis of the stator 330. Further, the cylindrical member 321 may be made of, for example, stainless steel which is a non-magnetic material. As shown in FIG. 3, for example, the plurality of soft magnetic materials 323 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the cylindrical member 321 between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical member 321. Further, each of the soft magnetic materials 323 extends in the axial direction of the cylindrical member 321. The axial length of the soft magnetic material 323 may be substantially the same as the axial length of the stator 330, for example, as shown in FIG.

本実施形態では、図3に示したように、軟磁性体323の数n2は16であるが、軟磁性体323の数n2は特に限定されない。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the number n2 of the soft magnetic material 323 is 16, but the number n2 of the soft magnetic material 323 is not particularly limited.

固定子330には、複数の電機子が周方向に配設される。固定子330は、例えば、略円筒形状を有し、図2及び図3に示したように、略円筒形状を有する鉄心331と、複数のコイル333と、を含む。 A plurality of armatures are arranged on the stator 330 in the circumferential direction. The stator 330 has, for example, a substantially cylindrical shape, and as shown in FIGS. 2 and 3, the stator 330 includes an iron core 331 having a substantially cylindrical shape, and a plurality of coils 333.

鉄心331は、例えば、複数の鋼板を積層して形成される。鉄心331の内周部には、複数のスロット331aが設けられる。具体的には、鉄心331の内周部には、図3に示したように、複数のスロット331aが鉄心331の周方向に沿って等間隔に設けられる。また、スロット331aの各々は、鉄心331の軸方向に延在する。このようなスロット331aの各々にコイル333が巻回される。具体的には、U相、V相、及びW相のコイル333のペアが鉄心331の周方向に沿って複数設けられる。鉄心331においてコイル333の各々が巻回された部分及び当該コイル333の各々が、固定子330における電機子の各々に相当する。 The iron core 331 is formed by, for example, laminating a plurality of steel plates. A plurality of slots 331a are provided in the inner peripheral portion of the iron core 331. Specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of slots 331a are provided at equal intervals along the circumferential direction of the iron core 331 on the inner peripheral portion of the iron core 331. Further, each of the slots 331a extends in the axial direction of the iron core 331. A coil 333 is wound around each of such slots 331a. Specifically, a plurality of pairs of U-phase, V-phase, and W-phase coils 333 are provided along the circumferential direction of the iron core 331. A portion of the iron core 331 around which each of the coils 333 is wound and each of the coils 333 correspond to each of the armatures in the stator 330.

本実施形態では、鉄心331及び複数のコイル333によって形成される複数の電機子の極対数n3は8である。なお、固定子330の複数の電機子の極対数n3は特に限定されない。なお、極対数n3は、固定子330におけるN極及びS極のペアの数を意味する。 In the present embodiment, the number of pole pairs n3 of the plurality of armatures formed by the iron core 331 and the plurality of coils 333 is 8. The number of pole pairs n3 of the plurality of armatures of the stator 330 is not particularly limited. The pole logarithm n3 means the number of pairs of N pole and S pole in the stator 330.

上述したように、固定子330は、インバータ装置を介して高電圧バッテリ31と電気的に接続されている。具体的には、当該インバータ装置は、固定子330のコイル333と電気的に接続されている。よって、モータジェネレータ部300が熱発電用発電機又は駆動用モータとして機能する場合において、複数のコイル333に交流電流が流れる。具体的には、このような場合において、複数のコイル333に三相交流電流が流れるように構成される。固定子330には複数の電機子が周方向に配設されているので、複数のコイル333に三相交流電流が流れることによって、固定子330の中心軸まわりに回転する回転磁界が発生する。 As described above, the stator 330 is electrically connected to the high voltage battery 31 via the inverter device. Specifically, the inverter device is electrically connected to the coil 333 of the stator 330. Therefore, when the motor generator unit 300 functions as a thermoelectric generator or a drive motor, an alternating current flows through the plurality of coils 333. Specifically, in such a case, the three-phase alternating current is configured to flow through the plurality of coils 333. Since a plurality of armatures are arranged in the circumferential direction of the stator 330, a rotating magnetic field that rotates around the central axis of the stator 330 is generated by flowing a three-phase alternating current through the plurality of coils 333.

(第1回転子、第2回転子、及び回転磁界の回転速度の関係性)
続いて、本実施形態に係るモータジェネレータ部300における第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度の関係性について説明する。
(Relationship between the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field)
Subsequently, the relationship between the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 according to the present embodiment will be described.

上述したように、本実実施形態に係るモータジェネレータ部300は、複数の永久磁石313が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1回転子310と、第1回転子310の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の軟磁性体323が周方向に配設された第2回転子320と、第2回転子320の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設された固定子330と、を含む。 As described above, in the motor generator unit 300 according to the present embodiment, the first rotor 310 and the first rotor 310 are arranged in the circumferential direction so that the plurality of permanent magnets 313 have alternately different polarities. The second rotor 320, which is provided to face the outer peripheral side of the second rotor 320 via a gap and has a plurality of soft magnetic materials 323 arranged in the circumferential direction, and the second rotor 320 facing the outer peripheral side of the second rotor 320 via a gap. Includes a stator 330, which is provided with a plurality of armatures arranged in the circumferential direction.

近年、モータジェネレータ部300のこのような構成と同様の構成を有する磁束変調型モータと称される装置が知られている。具体的には、一般的な磁束変調型モータは、複数の永久磁石が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1ロータと、第1ロータの外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の軟磁性体が周方向に配設された第2ロータと、第2ロータの外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設されたステータと、を備える。なお、本実施形態における第1回転子310、第2回転子320、及び固定子330が、それぞれ磁束変調型モータにおける第1ロータ、第2ロータ、及びステータに対応する。 In recent years, a device called a magnetic flux modulation type motor having a configuration similar to that of the motor generator unit 300 has been known. Specifically, in a general magnetic flux modulation type motor, a first rotor in which a plurality of permanent magnets are alternately arranged in different polarities and a gap on the outer peripheral side of the first rotor are provided. A second rotor is provided so as to face each other and a plurality of soft magnetic materials are arranged in the circumferential direction, and a second rotor is provided so as to face each other on the outer peripheral side of the second rotor via a gap, and a plurality of armatures are arranged in the circumferential direction. It is provided with a provided stator. The first rotor 310, the second rotor 320, and the stator 330 in the present embodiment correspond to the first rotor, the second rotor, and the stator in the magnetic flux modulation type motor, respectively.

このような磁束変調型モータでは、ステータの複数の電機子に交流電流が流れることによって、ステータの中心軸まわりに回転する回転磁界が発生する。ここで、磁束変調型モータにおける第1ロータ、第2ロータ、及び当該回転磁界の回転速度の関係性は、遊星歯車機構におけるサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度の関係性と対応することが知られている。以下、本実施形態に係るモータジェネレータ部300における第1回転子、第2回転子、及び回転磁界の回転速度の関係性についての理解を容易にするために、一般的な磁束変調型モータにおける第1ロータ、第2ロータ、及び回転磁界の回転速度の関係性について説明する。 In such a magnetic flux modulation type motor, an alternating current flows through a plurality of armatures of the stator to generate a rotating magnetic field that rotates around the central axis of the stator. Here, it is known that the relationship between the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field in the magnetic flux modulation type motor corresponds to the relationship between the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear in the planetary gear mechanism. Has been done. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the relationship between the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 according to the present embodiment, the first in a general magnetic flux modulation type motor. The relationship between the rotation speeds of the 1-rotor, the 2nd rotor, and the rotating magnetic field will be described.

ステータの複数の電機子に交流電流が流れているときには、当該複数の電機子によって、ステータと第1ロータとの間の空間に磁束を生じさせる力としての起磁力Fが生じる。磁束変調型モータの径方向の所定の基準軸から周方向に角度θだけ傾いた方向(以下、θ方向とも称する。)についての時刻tにおける起磁力Fは、ステータの複数の電機子の極対数をn30とし、回転磁界の回転速度をω30とすると、以下の式(1)によって表される。なお、式(1)におけるK1は、磁束変調型モータにおける各種設計仕様に応じて設定される係数である。 When an alternating current is flowing through a plurality of armatures of the stator, the plurality of armatures generate a magnetomotive force F as a force for generating a magnetic flux in the space between the stator and the first rotor. The electromotive force F at time t in a direction inclined by an angle θ in the circumferential direction from a predetermined reference axis in the radial direction of the magnetic flux modulation type motor (hereinafter, also referred to as θ direction) is the number of pole pairs of a plurality of armors of the stator. Is n30 and the rotational speed of the rotating magnetic field is ω30, it is expressed by the following equation (1). K1 in the equation (1) is a coefficient set according to various design specifications of the magnetic flux modulation type motor.

Figure 0006774249
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また、第2ロータには複数の軟磁性体が周方向に配設されるので、ステータと第1ロータとの間の空間おいて生じる磁束の起磁力Fに対する大きさを表す値としてのパーミアンスPの空間分布は、第2ロータの姿勢に応じて、変動する。θ方向についての時刻tにおけるパーミアンスPは、軟磁性体の数をn20とし、第2ロータの回転速度をω20とすると、以下の式(2)によって表される。なお、式(2)におけるK2及びK3は、磁束変調型モータにおける各種設計仕様に応じて設定される係数である。 Further, since a plurality of soft magnetic materials are arranged in the circumferential direction in the second rotor, the permeance P as a value indicating the magnitude of the magnetic flux generated in the space between the stator and the first rotor with respect to the magnetomotive force F. The spatial distribution of is fluctuating according to the attitude of the second rotor. The permeance P at time t in the θ direction is expressed by the following equation (2), where n20 is the number of soft magnetic materials and ω20 is the rotation speed of the second rotor. Note that K2 and K3 in the equation (2) are coefficients set according to various design specifications of the magnetic flux modulation type motor.

Figure 0006774249
Figure 0006774249

式(1)及び式(2)に基づいて、ステータと第1ロータとの間の空間おいて生じる磁束φの分布を算出し得る。具体的には、θ方向についての時刻tにおける磁束φは、式(1)によって表される起磁力Fに式(2)によって表されるパーミアンスPを乗じることによって得られるので、以下の式(3)によって表される。 Based on the equations (1) and (2), the distribution of the magnetic flux φ generated in the space between the stator and the first rotor can be calculated. Specifically, the magnetic flux φ at time t in the θ direction is obtained by multiplying the magnetomotive force F represented by the equation (1) by the permeance P represented by the equation (2). It is represented by 3).

Figure 0006774249
Figure 0006774249

ここで、式(3)の右辺を、三角関数の加法定理を用いて整理することによって、以下の式(4)が導出される。 Here, the following equation (4) is derived by rearranging the right side of equation (3) using the addition theorem of trigonometric functions.

Figure 0006774249
Figure 0006774249

以下、式(4)の右辺の第1項、第2項、及び第3項をそれぞれ、磁束φの第1成分、第2成分、及び第3成分と称する。式(4)の右辺の第2項及び第3項によれば、磁束φの第2成分の空間周波数及び第3成分の空間周波数は、それぞれ(n20−n30)及び(n20+n30)である。また、式(4)の右辺の第2項及び第3項によれば、磁束φの第2成分の回転速度ω102及び第3成分の回転速度ω103は、それぞれ以下の式(5)及び式(6)によって表される。 Hereinafter, the first, second, and third terms on the right side of the equation (4) will be referred to as the first component, the second component, and the third component of the magnetic flux φ, respectively. According to the second and third terms on the right side of the equation (4), the spatial frequency of the second component and the spatial frequency of the third component of the magnetic flux φ are (n20-n30) and (n20 + n30), respectively. Further, according to the second and third terms on the right side of the equation (4), the rotational speed ω102 of the second component and the rotational speed ω103 of the third component of the magnetic flux φ are the following equations (5) and (3), respectively. It is represented by 6).

Figure 0006774249
Figure 0006774249

ゆえに、第1ロータの永久磁石の極対数n10を(n20−n30)に設定することによって、第1ロータを式(5)によって表される磁束φの第2成分の回転速度ω102で回転させることができる。また、第1ロータの永久磁石の極対数n10を(n20+n30)に設定することによって、第1ロータを式(6)によって表される磁束φの第2成分の回転速度ω103で回転させることができる。 Therefore, by setting the number of pole pairs n10 of the permanent magnets of the first rotor to (n20-n30), the first rotor is rotated at the rotation speed ω102 of the second component of the magnetic flux φ represented by the equation (5). Can be done. Further, by setting the number of pole pairs n10 of the permanent magnets of the first rotor to (n20 + n30), the first rotor can be rotated at the rotation speed ω103 of the second component of the magnetic flux φ represented by the equation (6). ..

ここで、磁束変調モータでは、例えば、第1ロータの永久磁石の極対数n10は(n20−n30)に設定される。その場合、第1ロータの回転速度ω10は、式(5)によって表される磁束φの第2成分の回転速度ω102と一致する。ゆえに、式(5)のω102にω10を代入して整理することによって、第1ロータ、第2ロータ、及び回転磁界の回転速度の関係性を示す以下の式(7)が導出される。 Here, in the magnetic flux modulation motor, for example, the number of pole pairs n10 of the permanent magnets of the first rotor is set to (n20-n30). In that case, the rotation speed ω10 of the first rotor coincides with the rotation speed ω102 of the second component of the magnetic flux φ represented by the equation (5). Therefore, by substituting ω10 for ω102 in the equation (5) and rearranging it, the following equation (7) showing the relationship between the rotation speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field is derived.

Figure 0006774249
Figure 0006774249

上述したように、第1ロータの永久磁石の極対数n10は、第2ロータの軟磁石の数n20からステータの複数の電機子の極対数n30を減算して得られる値である。換言すると、軟磁性体の数n20は、永久磁石の極対数n10に複数の電機子の極対数n30を加算して得られる値である。ゆえに、このような関係に基づいて、式(7)の軟磁石の数n20に(n10+n30)を代入することによって、以下の式(8)が導出される。 As described above, the number of pole pairs n10 of the permanent magnets of the first rotor is a value obtained by subtracting the number of pole pairs n30 of the plurality of armatures of the stator from the number n20 of the soft magnets of the second rotor. In other words, the number n20 of the soft magnetic material is a value obtained by adding the number n30 of the pole pairs of the plurality of armatures to the number n10 of the pole pairs of the permanent magnet. Therefore, based on such a relationship, the following equation (8) is derived by substituting (n10 + n30) for the number n20 of the soft magnets in the equation (7).

Figure 0006774249
Figure 0006774249

ここで、サンギヤ及びリングギヤの歯数がそれぞれM10及びM30である場合に、遊星歯車機構におけるサンギヤの回転速度U10、キャリアの回転速度U20、及びリングギヤの回転速度U30の関係性は、以下の式(9)によって表されることが知られている。 Here, when the number of teeth of the sun gear and the ring gear are M10 and M30, respectively, the relationship between the rotation speed U10 of the sun gear, the rotation speed U20 of the carrier, and the rotation speed U30 of the ring gear in the planetary gear mechanism is as follows. It is known to be represented by 9).

Figure 0006774249
Figure 0006774249

式(8)及び式(9)によって、磁束変調型モータにおける第1ロータ、第2ロータ、及び当該回転磁界の回転速度の関係性は、遊星歯車機構におけるサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度の関係性と対応することが示された。 According to equations (8) and (9), the relationship between the rotational speeds of the first rotor, the second rotor, and the rotating magnetic field in the magnetic flux modulation type motor is the rotational speed of the sun gear, carrier, and ring gear in the planetary gear mechanism. It was shown to correspond to the relationship.

ところで、本実施形態に係るモータジェネレータ部300における第1回転子310、第2回転子320、及び固定子330は、上述したように、上記で説明した磁束変調型モータにおける第1ロータ、第2ロータ、及びステータに対応する。また、本実施形態に係るモータジェネレータ部300では、例えば、第1回転子310における複数の永久磁石313の極対数n1は8であり、第2回転子320における軟磁性体323の数n2は16であり、固定子330における複数の電機子の極対数n3は8である。このように、本実施形態では、第2回転子320の軟磁性体323の数n2は、第1回転子310の永久磁石313の極対数n1に第1回転子310の永久磁石313の極対数n1を加算して得られる値である。 By the way, as described above, the first rotor 310, the second rotor 320, and the stator 330 in the motor generator unit 300 according to the present embodiment are the first rotor and the second rotor in the magnetic flux modulation type motor described above. Corresponds to rotors and stators. Further, in the motor generator unit 300 according to the present embodiment, for example, the number n1 of the pole pairs n1 of the plurality of permanent magnets 313 in the first rotor 310 is 8, and the number n2 of the soft magnetic material 323 in the second rotor 320 is 16. The number of pole pairs n3 of the plurality of armatures in the stator 330 is 8. As described above, in the present embodiment, the number n2 of the soft magnetic material 323 of the second rotor 320 is the pole pair number n1 of the permanent magnet 313 of the first rotor 310 and the pole pair number of the permanent magnet 313 of the first rotor 310. It is a value obtained by adding n1.

ゆえに、式(8)によれば、本実施形態に係るモータジェネレータ部300における第1回転子310の回転速度ω1、第2回転子320の回転速度ω2、及び回転磁界の回転速度ω1の関係性は、以下の式(10)によって表される。 Therefore, according to the equation (8), the relationship between the rotation speed ω1 of the first rotor 310, the rotation speed ω2 of the second rotor 320, and the rotation speed ω1 of the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 according to the present embodiment. Is expressed by the following equation (10).

Figure 0006774249
Figure 0006774249

よって、本実施形態に係るモータジェネレータ部300における第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度の関係性は、遊星歯車機構におけるサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度の関係性と対応する。遊星歯車機構のサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度は、具体的には、共線図上において、直線上に並ぶ関係にある。ゆえに、回転磁界の回転速度ω3を調整することによって、第1回転子310の回転速度ω1及び第2回転子320の回転速度ω2を相対的に調整することができる。例えば、回転磁界の回転速度ω3を上昇させることによって、第1回転子310の回転速度ω1に対して第2回転子320の回転速度ω2を上昇させることができる。 Therefore, the relationship between the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 according to the present embodiment is the relationship between the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear in the planetary gear mechanism. Corresponds to sex. Specifically, the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear of the planetary gear mechanism are aligned on a straight line on the collinear diagram. Therefore, by adjusting the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field, the rotation speed ω1 of the first rotor 310 and the rotation speed ω2 of the second rotor 320 can be relatively adjusted. For example, by increasing the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field, the rotation speed ω2 of the second rotor 320 can be increased with respect to the rotation speed ω1 of the first rotor 310.

また、本実施形態によれば、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aを第1回転子310と同期して回転させることができる。また、膨張器75の回転軸75aを第2回転子320と同期して回転させることができる。それにより、回転磁界の回転速度ω3を調整することによって、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度を相対的に調整することができる。ゆえに、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度の差を調整することができる。よって、比較的部品点数が多い機構を設けることなく、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を調整することができる。従って、装置をより効果的に小型化することができる。 Further, according to the present embodiment, the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73 can be rotated in synchronization with the first rotor 310. Further, the rotating shaft 75a of the expander 75 can be rotated in synchronization with the second rotor 320. Thereby, by adjusting the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field, the rotation speeds of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be relatively adjusted. Therefore, the difference in rotational speed between the Rankine cycle pump 73 and the inflator 75 can be adjusted. Therefore, the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be adjusted without providing a mechanism having a relatively large number of parts. Therefore, the device can be miniaturized more effectively.

<3.制御装置>
続いて、図4〜図6を参照して、本実施形態に係る制御装置100が有する機能について説明する。
<3. Control device>
Subsequently, the functions of the control device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6.

制御装置100は、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御することにより、固定子330によって発生する回転磁界の回転速度ω3を制御する。具体的には、制御装置100は、固定子330のコイル333と接続されるインバータ装置へ動作指示を出力することによって、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御し得る。また、制御装置100は、回転磁界の回転速度ω3を制御することにより、第1回転子310の回転速度ω1及び第2回転子320の回転速度ω2を制御する。それにより、第1回転子310の回転速度ω1及び第2回転子320の回転速度ω2を相対的に調整することが実現される。ゆえに、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度を相対的に調整することができるので、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を調整することが実現される。 The control device 100 controls the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field generated by the stator 330 by controlling the frequencies of the alternating currents flowing through the plurality of armatures of the stator 330. Specifically, the control device 100 can control the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 by outputting an operation instruction to the inverter device connected to the coil 333 of the stator 330. Further, the control device 100 controls the rotation speed ω1 of the first rotor 310 and the rotation speed ω2 of the second rotor 320 by controlling the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field. Thereby, the rotation speed ω1 of the first rotor 310 and the rotation speed ω2 of the second rotor 320 can be relatively adjusted. Therefore, since the rotation speeds of the Rankine cycle pump 73 and the inflator 75 can be relatively adjusted, it is possible to adjust the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the inflator 75.

制御装置100は、例えば、膨張器75へ供給される気相の作動媒体の温度である蒸気温に応じて、第1回転子310の回転速度ω1及び第2回転子320の回転速度ω2の比である回転速度比を制御する。それにより、蒸気温に応じて、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を適切に調整することができる。以下、回転速度比は、第2回転子320の回転速度ω2を第1回転子310の回転速度ω1によって除して得られる値を意味するものとして説明する。換言すると、回転速度比は、第1回転子310の回転速度ω1に対する第2回転子320の回転速度ω2の割合である。ゆえに、回転速度比は、ランキンサイクルポンプ73の回転速度に対する膨張器75の回転速度の割合に相当する。よって、回転速度比は、ランキンサイクルポンプ73の吐出量に対する膨張器75の吐出量の割合に相当する。 In the control device 100, for example, the ratio of the rotation speed ω1 of the first rotor 310 to the rotation speed ω2 of the second rotor 320 according to the steam temperature which is the temperature of the operating medium of the gas phase supplied to the expander 75. The rotation speed ratio is controlled. Thereby, the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be appropriately adjusted according to the steam temperature. Hereinafter, the rotation speed ratio will be described as meaning a value obtained by dividing the rotation speed ω2 of the second rotor 320 by the rotation speed ω1 of the first rotor 310. In other words, the rotation speed ratio is the ratio of the rotation speed ω2 of the second rotor 320 to the rotation speed ω1 of the first rotor 310. Therefore, the rotation speed ratio corresponds to the ratio of the rotation speed of the expander 75 to the rotation speed of the Rankine cycle pump 73. Therefore, the rotation speed ratio corresponds to the ratio of the discharge amount of the expander 75 to the discharge amount of the Rankine cycle pump 73.

制御装置100は、具体的には、膨張器75へ供給される気相の作動媒体の圧力である蒸気圧が、蒸気温に応じて設定される蒸気圧の目標値としての目標蒸気圧に近づくように、回転速度比を制御する。目標蒸気圧は、例えば、車両の各種設計仕様等に基づいて予め設定された蒸気圧の上限値P10に優先的に設定される。上限値P10は、具体的には、ランキンサイクル70を構成する部材の機械的強度又は作動媒体の物性に基づいて、より大きな発電量を確保する観点から設定され得る。以下、図4及び図5を参照して、蒸気温と目標蒸気圧との関係性について説明する。 Specifically, in the control device 100, the vapor pressure, which is the pressure of the working medium of the gas phase supplied to the expander 75, approaches the target vapor pressure as the target value of the vapor pressure set according to the steam temperature. As such, the rotation speed ratio is controlled. The target vapor pressure is preferentially set to the upper limit value P10 of the vapor pressure set in advance based on, for example, various design specifications of the vehicle. Specifically, the upper limit value P10 can be set from the viewpoint of ensuring a larger amount of power generation based on the mechanical strength of the members constituting the Rankine cycle 70 or the physical properties of the working medium. Hereinafter, the relationship between the steam temperature and the target vapor pressure will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4は、作動媒体の蒸気圧曲線C10の一例を示す説明図である。図4では、横軸に作動媒体の温度をとり、縦軸に作動媒体の圧力をとった場合における、各圧力に対する沸点を表す蒸気圧曲線C10が示されている。なお、図4に示した蒸気圧曲線C10は、作動媒体の状態図の一部に相当し、図4において、各圧力に対する凝固点を表す融解曲線及び各温度に対する昇華圧を表す昇華曲線の図示は、省略されている。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the vapor pressure curve C10 of the working medium. In FIG. 4, a vapor pressure curve C10 showing the boiling point for each pressure when the temperature of the working medium is taken on the horizontal axis and the pressure of the working medium is taken on the vertical axis is shown. The vapor pressure curve C10 shown in FIG. 4 corresponds to a part of the phase diagram of the working medium, and in FIG. 4, the melting curve showing the freezing point for each pressure and the sublimation curve showing the sublimation pressure for each temperature are shown. , Omitted.

図4に示したように、蒸気圧の上限値P10に対応する沸点は、蒸気圧曲線C10上の点D1に対応する温度Tmb10となる。蒸気圧曲線C10より高温側の領域において、作動媒体は気相となり、蒸気圧曲線C10より低温側の領域において、作動媒体は液相となる。ゆえに、作動媒体の圧力が上限値P10である場合において、作動媒体の温度が温度Tmb10より高いときには、作動媒体は気相となる。よって、蒸気温が温度Tmb10より高い場合、目標蒸気圧は、図5に示したように、上限値P10に設定される。 As shown in FIG. 4, the boiling point corresponding to the upper limit value P10 of the vapor pressure is the temperature Tmb10 corresponding to the point D1 on the vapor pressure curve C10. In the region on the higher temperature side than the vapor pressure curve C10, the working medium becomes the gas phase, and in the region on the lower temperature side than the vapor pressure curve C10, the working medium becomes the liquid phase. Therefore, when the pressure of the working medium is the upper limit value P10 and the temperature of the working medium is higher than the temperature Tmb10, the working medium becomes a gas phase. Therefore, when the steam temperature is higher than the temperature Tmb10, the target vapor pressure is set to the upper limit value P10 as shown in FIG.

一方、作動媒体の圧力が上限値P10である場合において、作動媒体の温度が温度Tmb10より低いときには、作動媒体は液相となる。ここで、作動媒体は、各温度において、図4に示した蒸気圧曲線C10上の点に対応する圧力である飽和蒸気圧以下の領域において、気相となる。よって、蒸気温が温度Tmb10より低い場合、目標蒸気圧は、例えば、各蒸気温についての飽和蒸気圧に設定される。飽和蒸気圧は、図4に示したように、作動媒体の温度が低くなるにつれて、低下する。ゆえに、蒸気温が温度Tmb10以下である場合、目標蒸気圧は、具体的には、図5に示したように、蒸気温が低いほど、小さい値に設定される。このように、蒸気温が温度Tmb10以下である場合において、各蒸気温についての目標蒸気圧として、上限値P10に近い値を優先的に設定することによって、発電量を増大させることができる。 On the other hand, when the pressure of the working medium is the upper limit value P10 and the temperature of the working medium is lower than the temperature Tmb10, the working medium becomes a liquid phase. Here, the working medium becomes a gas phase at each temperature in a region below the saturated vapor pressure, which is the pressure corresponding to the point on the vapor pressure curve C10 shown in FIG. Therefore, when the steam temperature is lower than the temperature Tmb10, the target vapor pressure is set to, for example, the saturated vapor pressure for each vapor temperature. As shown in FIG. 4, the saturated vapor pressure decreases as the temperature of the working medium decreases. Therefore, when the steam temperature is the temperature Tmb10 or less, the target vapor pressure is specifically set to a smaller value as the steam temperature is lower, as shown in FIG. As described above, when the steam temperature is the temperature Tmb10 or less, the amount of power generation can be increased by preferentially setting a value close to the upper limit value P10 as the target vapor pressure for each steam temperature.

制御装置100は、具体的には、蒸気圧が図5に示した目標蒸気圧となるように、蒸気温に応じて、回転速度比を制御する。制御装置100は、例えば、図6に示したマップM10を用いて回転速度比を制御する。マップM10は、蒸気温と目標回転速度比との関係性を表す。目標回転速度比は、蒸気温に応じて設定される回転速度比の目標値である。制御装置100は、マップM10を用いて、目標回転速度比に近づくように、蒸気温に基づいて、回転速度比を制御する。制御装置100は、例えば、ポンプ回転速度センサ201及び膨張器回転速度センサ203から出力される検出結果に基づいて得られる回転速度比が目標回転速度比に近づくように、回転速度比を制御してもよい。なお、制御装置100の記憶素子には、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数の指令値と蒸気温との関係性を示す情報が予め記憶されていてもよく、制御装置100は、当該情報を用いて、回転速度比を制御してもよい。また、蒸気温は、蒸気温センサ205から出力される検出結果に基づいて得られる。 Specifically, the control device 100 controls the rotation speed ratio according to the steam temperature so that the vapor pressure becomes the target vapor pressure shown in FIG. The control device 100 controls the rotation speed ratio using, for example, the map M10 shown in FIG. Map M10 shows the relationship between the steam temperature and the target rotation speed ratio. The target rotation speed ratio is a target value of the rotation speed ratio set according to the steam temperature. The control device 100 uses the map M10 to control the rotation speed ratio based on the steam temperature so as to approach the target rotation speed ratio. The control device 100 controls the rotation speed ratio so that the rotation speed ratio obtained based on the detection results output from the pump rotation speed sensor 201 and the inflator rotation speed sensor 203 approaches the target rotation speed ratio, for example. May be good. The storage element of the control device 100 may store in advance information indicating the relationship between the command value of the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 and the steam temperature, and the control device 100 may store the information. May control the rotation speed ratio using the information. Further, the steam temperature is obtained based on the detection result output from the steam temperature sensor 205.

図5に示したように、蒸気温が温度Tmb10より高い場合、目標蒸気圧は、蒸気温によらず上限値P10である。理想気体の状態方程式によれば、蒸気圧は、蒸気温を膨張器75に供給される気相の作動媒体の体積である蒸気体積流量によって除して得られる値と相関を有する。ゆえに、蒸気温が温度Tmb10より高い場合において、蒸気温が高くなるにつれて、蒸気体積流量が増大するように、目標回転速度比を設定することによって、蒸気圧を、蒸気温によらず上限値P10に維持することができる。上述したように、回転速度比は、ランキンサイクルポンプ73の吐出量に対する膨張器75の吐出量の割合に相当する。ゆえに、マップM10において、図6に示したように、蒸気温が温度Tmb10より高い場合、目標回転速度比は、蒸気温が高いほど、大きい値に設定される。 As shown in FIG. 5, when the steam temperature is higher than the temperature Tmb10, the target vapor pressure is the upper limit value P10 regardless of the steam temperature. According to the ideal gas law, the vapor pressure correlates with a value obtained by dividing the vapor temperature by the vapor volume flow rate, which is the volume of the working medium of the gas phase supplied to the expander 75. Therefore, when the steam temperature is higher than the temperature Tmb10, the upper limit value P10 is set regardless of the steam temperature by setting the target rotation speed ratio so that the steam volume flow rate increases as the steam temperature rises. Can be maintained at. As described above, the rotation speed ratio corresponds to the ratio of the discharge amount of the expander 75 to the discharge amount of the Rankine cycle pump 73. Therefore, in the map M10, as shown in FIG. 6, when the steam temperature is higher than the temperature Tmb10, the target rotation speed ratio is set to a larger value as the steam temperature is higher.

このように、制御装置100は、蒸気温が所定の圧力である上限値P10における作動媒体の沸点である温度Tmb10より高い場合、蒸気温が高くなるにつれて、回転速度比を増大させてもよい。それにより、蒸気温が温度Tmb10より高い場合において、蒸気圧を、蒸気温によらず上限値P10に維持することができる。ゆえに、蒸気温が上昇することによって、蒸気圧が過剰に高くなることを防止することができる。よって、膨張器75が破損することを防止することができる。また、蒸気温が低下することによって、蒸気圧が過剰に低くなることを防止することができる。よって、膨張器75によって生成される回転エネルギの減少に伴って、発電量が減少することを防止することができる。 As described above, when the steam temperature is higher than the boiling point Tmb10 of the working medium at the upper limit value P10 which is a predetermined pressure, the rotation speed ratio may be increased as the steam temperature becomes higher. Thereby, when the steam temperature is higher than the temperature Tmb10, the vapor pressure can be maintained at the upper limit value P10 regardless of the steam temperature. Therefore, it is possible to prevent the vapor pressure from becoming excessively high due to the increase in the steam temperature. Therefore, it is possible to prevent the inflator 75 from being damaged. In addition, it is possible to prevent the vapor pressure from becoming excessively low due to the decrease in the steam temperature. Therefore, it is possible to prevent the amount of power generation from decreasing as the rotational energy generated by the expander 75 decreases.

また、図5に示したように、蒸気温が温度Tmb10以下である場合、目標蒸気圧は、蒸気温が低いほど小さい値に設定される。理想気体の状態方程式によれば、蒸気体積流量が大きいほど、蒸気圧は低くなる。ゆえに、蒸気温が温度Tmb10以下である場合において、蒸気温が低くなるにつれて、蒸気体積流量が増大するように、目標回転速度比を設定することによって、蒸気圧を、蒸気温が低いほど、小さい値にすることができる。上述したように、回転速度比は、ランキンサイクルポンプ73の吐出量に対する膨張器75の吐出量の割合に相当する。ゆえに、マップM10において、図6に示したように、蒸気温が温度Tmb10以下である場合、目標回転速度比は、蒸気温が低いほど、大きい値に設定される。 Further, as shown in FIG. 5, when the steam temperature is the temperature Tmb10 or less, the target vapor pressure is set to a smaller value as the steam temperature is lower. According to the ideal gas law, the larger the vapor volume flow rate, the lower the vapor pressure. Therefore, when the steam temperature is Tmb10 or less, the steam pressure is reduced as the steam temperature is lower by setting the target rotation speed ratio so that the steam volume flow rate increases as the steam temperature becomes lower. Can be a value. As described above, the rotation speed ratio corresponds to the ratio of the discharge amount of the expander 75 to the discharge amount of the Rankine cycle pump 73. Therefore, in the map M10, as shown in FIG. 6, when the steam temperature is the temperature Tmb10 or less, the target rotation speed ratio is set to a larger value as the steam temperature is lower.

このように、制御装置100は、蒸気温が上限値P10における作動媒体の沸点である温度Tmb10以下である場合、蒸気温が低くなるにつれて、回転速度比を増大させてもよい。それにより、蒸気温が温度Tmb10以下である場合において、蒸気圧を、各蒸気温についての飽和蒸気圧に一致させることができる。ゆえに、各蒸気温について、蒸気温を比較的高い値にすることができるので、発電量を増大させることができる。 As described above, when the steam temperature is equal to or lower than the boiling point temperature Tmb10 of the working medium at the upper limit value P10, the control device 100 may increase the rotation speed ratio as the steam temperature decreases. Thereby, when the steam temperature is the temperature Tmb10 or less, the vapor pressure can be matched with the saturated vapor pressure for each steam temperature. Therefore, for each steam temperature, the steam temperature can be set to a relatively high value, so that the amount of power generation can be increased.

また、制御装置100は、熱発電システム90を始動させるときに、第1回転子310の回転速度ω1を、ランキンサイクル70の作動媒体が加熱される程度が大きいほど、高い回転速度まで上昇させてもよい。作動媒体が加熱される程度が大きいほど、ランキンサイクル70によって回収可能な熱量が大きい。また、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aは、第1回転子310と同期して回転可能である。ゆえに、ランキンサイクル70によって回収可能な熱量に応じて、ランキンサイクルポンプ73の回転速度を制御することができるので、発電効率を向上させることができる。 Further, when the thermoelectric generation system 90 is started, the control device 100 raises the rotation speed ω1 of the first rotor 310 to a higher rotation speed as the operating medium of the Rankine cycle 70 is heated. May be good. The greater the degree to which the working medium is heated, the greater the amount of heat that can be recovered by the Rankine cycle 70. Further, the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73 can rotate in synchronization with the first rotor 310. Therefore, the rotation speed of the Rankine cycle pump 73 can be controlled according to the amount of heat that can be recovered by the Rankine cycle 70, so that the power generation efficiency can be improved.

制御装置100は、具体的には、熱発電システム90を始動させると判定された場合に、回転速度ω1の目標値としての目標回転速度まで上昇させる。目標回転速度は、例えば、水温センサ207によって検出されたエンジン11の冷却水の温度に基づいて算出し得る。具体的には、制御装置100は、冷却水の温度が高いほど、ランキンサイクル70の作動媒体が加熱される程度が大きいと判断し、目標回転速度として、大きな値を算出する。なお、エンジン11の冷却水の温度は、水温センサ207から出力される検出結果に基づいて得られる。制御装置100は、具体的には、熱発電システム90を始動させると判定された場合に、回転速度ω1が目標回転速度まで上昇するように、回転磁界の回転速度ω3を制御する。 Specifically, when it is determined that the thermoelectric generation system 90 is started, the control device 100 increases the rotation speed ω1 to a target rotation speed as a target value. The target rotation speed can be calculated, for example, based on the temperature of the cooling water of the engine 11 detected by the water temperature sensor 207. Specifically, the control device 100 determines that the higher the temperature of the cooling water, the greater the degree to which the operating medium of the Rankine cycle 70 is heated, and calculates a large value as the target rotation speed. The temperature of the cooling water of the engine 11 is obtained based on the detection result output from the water temperature sensor 207. Specifically, the control device 100 controls the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field so that the rotation speed ω1 rises to the target rotation speed when it is determined to start the thermoelectric generation system 90.

熱発電システム90を始動させるか否かの判定は、制御装置100によって行われてもよく、制御装置100と異なる他の制御装置によって行われてもよい。例えば、高電圧バッテリ31の残存容量SOC(State Of Charge)、エンジン11の駆動状態、又は冷却水の温度に基づいて、熱発電システム90を始動させるか否かの判定が行われ得る。 The determination as to whether or not to start the thermoelectric generation system 90 may be performed by the control device 100, or may be performed by another control device different from the control device 100. For example, it may be determined whether or not to start the thermoelectric power generation system 90 based on the remaining capacity SOC (State Of Charge) of the high-voltage battery 31, the driving state of the engine 11, or the temperature of the cooling water.

また、制御装置100は、熱発電システム90を停止させるときに、回転磁界の回転を停止させてもよい。具体的には、制御装置100は、熱発電システム90を停止させるときに、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数を0へ近づけることによって、回転磁界の回転を停止させる。 Further, the control device 100 may stop the rotation of the rotating magnetic field when the thermoelectric generation system 90 is stopped. Specifically, when the thermoelectric generation system 90 is stopped, the control device 100 stops the rotation of the rotating magnetic field by bringing the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 close to zero.

制御装置100は、熱発電システム90を停止させると判定された場合に回転磁界の回転を停止させてもよい。熱発電システム90を停止させるか否かの判定は、制御装置100によって行われてもよく、制御装置100と異なる他の制御装置によって行われてもよい。例えば、イグニッションスイッチのオンオフ状態、熱発電システム90における故障の有無、熱発電システム90による発電量、又は高電圧バッテリ31の残存容量SOCに基づいて、熱発電システム90を停止させるか否かの判定が行われ得る。具体的には、制御装置100は、イグニッションスイッチのオフになったことを示す情報を受信した場合に、熱発電システム90を停止させると判定してもよい。また、制御装置100は、高電圧バッテリ31の残存容量SOCが比較的高い場合に、熱発電システム90を停止させると判定してもよい。また、制御装置100は、熱発電システム90において故障が発生した場合に、熱発電システム90を停止させると判定してもよい。 The control device 100 may stop the rotation of the rotating magnetic field when it is determined to stop the thermoelectric generation system 90. The determination as to whether or not to stop the thermoelectric generation system 90 may be performed by the control device 100, or may be performed by another control device different from the control device 100. For example, it is determined whether or not to stop the thermoelectric power generation system 90 based on the on / off state of the ignition switch, the presence or absence of a failure in the thermoelectric power generation system 90, the amount of power generated by the thermoelectric power generation system 90, or the remaining capacity SOC of the high voltage battery 31. Can be done. Specifically, the control device 100 may determine that the thermoelectric generation system 90 is stopped when it receives information indicating that the ignition switch has been turned off. Further, the control device 100 may determine that the thermoelectric power generation system 90 is stopped when the remaining capacity SOC of the high voltage battery 31 is relatively high. Further, the control device 100 may determine that the thermoelectric power generation system 90 is stopped when a failure occurs in the thermoelectric power generation system 90.

<4.動作>
続いて、本実施形態に係る制御装置100が行う処理の流れについて説明する。
<4. Operation>
Subsequently, the flow of processing performed by the control device 100 according to the present embodiment will be described.

(制御フロー)
まず、図7に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る制御装置100による制御フローについて説明する。図7は、本実施形態に係る制御装置100が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図7に示した処理は、熱発電システム90を始動させると判定された場合に、実行され得る。
(Control flow)
First, the control flow by the control device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the flow of processing performed by the control device 100 according to the present embodiment. The process shown in FIG. 7 may be performed when it is determined to start the thermoelectric generation system 90.

図4に示したように、まず、制御装置100は、第1回転子310の回転速度ω1を目標回転速度まで上昇させる(ステップS501)。次に、制御装置100は、回転速度比を目標回転速度比まで上昇させる(ステップS503)。次に、制御装置100は、回転速度比を目標回転速度比に維持する(ステップS505)。そして、制御装置100は、熱発電システム90を停止させるか否かの判定を行う(ステップS507)。熱発電システム90を停止させると判定されなかった場合(ステップS507/NO)、ステップS507の判定処理が繰り返される。一方、熱発電システム90を停止させると判定された場合(ステップS507/YES)、制御装置100は、回転磁界の回転を停止させ(ステップS509)、図7に示した処理は終了する。 As shown in FIG. 4, first, the control device 100 raises the rotation speed ω1 of the first rotor 310 to the target rotation speed (step S501). Next, the control device 100 raises the rotation speed ratio to the target rotation speed ratio (step S503). Next, the control device 100 maintains the rotation speed ratio at the target rotation speed ratio (step S505). Then, the control device 100 determines whether or not to stop the thermoelectric generation system 90 (step S507). If it is not determined to stop the thermoelectric generation system 90 (step S507 / NO), the determination process of step S507 is repeated. On the other hand, when it is determined to stop the thermoelectric power generation system 90 (step S507 / YES), the control device 100 stops the rotation of the rotating magnetic field (step S509), and the process shown in FIG. 7 ends.

(モータジェネレータ部の挙動)
続いて、図8〜図10を参照して、本実施形態に係る制御装置100による制御が行われた場合における、モータジェネレータ部300の挙動について説明する。図8〜図10は、熱発電システム90の各駆動状態におけるモータジェネレータ部300の挙動の一例を示す共線図である。各共線図において、モータジェネレータ部300の第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界についての、熱発電システム90の各駆動状態における回転速度が示されている。
(Behavior of the motor generator)
Subsequently, with reference to FIGS. 8 to 10, the behavior of the motor generator unit 300 when the control device 100 according to the present embodiment controls the motor generator unit 300 will be described. 8 to 10 are collinear diagrams showing an example of the behavior of the motor generator unit 300 in each driving state of the thermoelectric generation system 90. In each collinear diagram, the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field of the motor generator 300 in each driving state of the thermal power generation system 90 are shown.

ここで、遊星歯車機構のサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度は、共線図上において、直線上に並ぶ関係にある。また、上述したように、モータジェネレータ部300における第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度の関係性は、遊星歯車機構におけるサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度の関係性と対応する。ゆえに、図8〜図10に示す共線図上において、第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度は、直線上に並ぶ関係にある。なお、当該共線図において、第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度を示す各縦軸の間隔は、第1回転子310の永久磁石313の極対数n1と固定子330における複数の電機子の極対数n3との比に応じて定められる。 Here, the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear of the planetary gear mechanism are in a linear relationship on the collinear diagram. Further, as described above, the relationship between the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field in the motor generator 300 is the relationship between the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear in the planetary gear mechanism. Corresponds to sex. Therefore, on the co-line diagram shown in FIGS. 8 to 10, the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field are in a linear relationship. In the common diagram, the distance between the vertical axes indicating the rotational speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field is fixed to the pole pair number n1 of the permanent magnet 313 of the first rotor 310. It is determined according to the ratio of the plurality of armors in the child 330 to the number of pole pairs n3.

図8は、熱発電システム90を始動させるときにおける、モータジェネレータ部300の挙動の一例を示す共線図である。図8では、熱発電システム90が始動する前における各回転速度が二点鎖線によって示されている。図8に示したように、熱発電システム90が始動する前において、第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度は、0となっている。 FIG. 8 is a collinear diagram showing an example of the behavior of the motor generator unit 300 when the thermoelectric power generation system 90 is started. In FIG. 8, each rotational speed before the thermoelectric generation system 90 is started is indicated by a chain double-dashed line. As shown in FIG. 8, before the thermoelectric generation system 90 is started, the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field are 0.

熱発電システム90を始動させるときにおいて、膨張器75は回転していないので、膨張器75において回転エネルギは生成されない。制御装置100は、モータジェネレータ部300を駆動用モータとして機能させ、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aへ駆動力を出力させる。制御装置100は、熱発電システム90を始動させるときにおいて、図8に示したように、第1回転子310の回転方向と逆方向に回転磁界を回転させる。第1回転子310の回転方向は、作動媒体がランキンサイクルポンプ73によってタンク79から吸い上げられ、作動媒体流路71内を循環している場合に相当するランキンサイクル70が正常に動作している場合における、ランキンサイクルポンプ73の回転方向と一致する方向である。なお、第2回転子320の回転方向は第1回転子310の回転方向と一致する。 Since the expander 75 is not rotating when the thermoelectric generation system 90 is started, no rotational energy is generated in the expander 75. The control device 100 causes the motor generator unit 300 to function as a driving motor, and outputs a driving force to the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73. When starting the thermoelectric generation system 90, the control device 100 rotates the rotating magnetic field in the direction opposite to the rotation direction of the first rotor 310, as shown in FIG. The rotation direction of the first rotor 310 is the case where the Rankine cycle 70 corresponding to the case where the operating medium is sucked up from the tank 79 by the Rankine cycle pump 73 and circulates in the operating medium flow path 71 is operating normally. Is the direction that coincides with the rotation direction of the Rankine cycle pump 73. The rotation direction of the second rotor 320 coincides with the rotation direction of the first rotor 310.

このように、制御装置100によって、第1回転子310の回転方向と逆方向に回転磁界が回転するように、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数が制御されることによって、図8に示したように、第1回転子310の回転速度ω1は、上昇する。また、第1回転子310の回転速度ω1は、制御装置100により回転磁界の回転速度ω3が制御されることによって、目標回転速度まで上昇する。 In this way, the control device 100 controls the frequency of the AC current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 so that the rotating magnetic field rotates in the direction opposite to the rotation direction of the first rotor 310. As shown in FIG. 8, the rotation speed ω1 of the first rotor 310 increases. Further, the rotation speed ω1 of the first rotor 310 increases to the target rotation speed by controlling the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field by the control device 100.

なお、図8では、理解を容易にするために、各回転速度が模式的に図示されているが、ランキンサイクルポンプ73が駆動された後において、厳密には、膨張器75の回転速度が上昇し始めることに伴って、第2回転子320の回転速度ω2は上昇し始める。 Although each rotation speed is schematically shown in FIG. 8 for ease of understanding, strictly speaking, the rotation speed of the expander 75 increases after the Rankine cycle pump 73 is driven. The rotation speed ω2 of the second rotor 320 begins to increase as the rotation speed ω2 begins to increase.

図9は、熱発電システム90が始動した後における、モータジェネレータ部300の挙動の一例を示す共線図である。具体的には、図9は、第1回転子の回転速度ω1が目標回転速度まで上昇した後における、モータジェネレータ部300の挙動の一例を示す共線図である。図9では、第1回転子の回転速度ω1が目標回転速度まで上昇したときにおける各回転速度が二点鎖線によって示されている。 FIG. 9 is a collinear diagram showing an example of the behavior of the motor generator unit 300 after the thermoelectric generation system 90 is started. Specifically, FIG. 9 is a collinear diagram showing an example of the behavior of the motor generator unit 300 after the rotation speed ω1 of the first rotor has risen to the target rotation speed. In FIG. 9, each rotation speed when the rotation speed ω1 of the first rotor rises to the target rotation speed is indicated by a two-dot chain line.

第1回転子の回転速度ω1が目標回転速度まで上昇した後において、膨張器75の回転速度は比較的低いので、膨張器75において生成される回転エネルギの量は比較的少ない。制御装置100は、モータジェネレータ部300を駆動用モータとして機能させ、膨張器75の回転軸75aへ駆動力を出力させる。制御装置100は、第1回転子の回転速度ω1が目標回転速度まで上昇した後において、図9に示したように、第1回転子310の回転方向と一致する方向に回転磁界を回転させ、回転速度ω3を上昇させる。 After the rotation speed ω1 of the first rotor rises to the target rotation speed, the rotation speed of the inflator 75 is relatively low, so that the amount of rotational energy generated in the inflator 75 is relatively small. The control device 100 causes the motor generator unit 300 to function as a driving motor, and outputs a driving force to the rotating shaft 75a of the expander 75. After the rotation speed ω1 of the first rotor has risen to the target rotation speed, the control device 100 rotates the rotating magnetic field in a direction consistent with the rotation direction of the first rotor 310, as shown in FIG. Increase the rotation speed ω3.

このように、制御装置100によって、第1回転子310の回転方向と一致する方向に回転磁界の回転速度ω3が上昇することによって、図9に示したように、第1回転子310の回転速度ω1に対して第2回転子320の回転速度ω2が上昇する。それにより、第1回転子310の回転速度ω1に対する第2回転子320の回転速度ω2の割合である回転速度比を上昇させることができる。上述したように、制御装置100は、目標回転速度比に近づくように、回転速度比を制御する。ここで、回転速度比が目標回転速度比に到達した後において、蒸気温は変動し得る。制御装置100は、具体的には、図6に示したマップM10を用いて、目標回転速度比に近づくように、蒸気温に基づいて、回転速度比を制御する。 As described above, the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field is increased by the control device 100 in the direction corresponding to the rotation direction of the first rotor 310, so that the rotation speed of the first rotor 310 is as shown in FIG. The rotation speed ω2 of the second rotor 320 increases with respect to ω1. As a result, the rotation speed ratio, which is the ratio of the rotation speed ω2 of the second rotor 320 to the rotation speed ω1 of the first rotor 310, can be increased. As described above, the control device 100 controls the rotation speed ratio so as to approach the target rotation speed ratio. Here, the steam temperature can fluctuate after the rotation speed ratio reaches the target rotation speed ratio. Specifically, the control device 100 uses the map M10 shown in FIG. 6 to control the rotation speed ratio based on the steam temperature so as to approach the target rotation speed ratio.

それにより、本実施形態によれば、蒸気温に応じて、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を適切に調整することができる。ゆえに、蒸気温が上昇することによって、蒸気圧が過剰に高くなることを防止することができるので、膨張器75が破損することを防止することができる。また、蒸気温が低下することによって、蒸気圧が過剰に低くなることを防止することができるので、膨張器75によって生成される回転エネルギの減少に伴って、発電量が減少することを防止することができる。 Thereby, according to the present embodiment, the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be appropriately adjusted according to the steam temperature. Therefore, it is possible to prevent the vapor pressure from becoming excessively high due to the increase in the steam temperature, and thus it is possible to prevent the inflator 75 from being damaged. Further, since it is possible to prevent the vapor pressure from becoming excessively low due to the decrease in the steam temperature, it is possible to prevent the amount of power generation from decreasing as the rotational energy generated by the expander 75 decreases. be able to.

回転速度比は、目標回転速度比に到達するまで上昇した後、目標回転速度比を追従するように変動する。ここで、回転速度比が目標回転速度比に到達した後において、膨張器75の回転速度は比較的高いので、膨張器75において生成される回転エネルギの量は比較的多い。ゆえに、制御装置100は、基本的に、モータジェネレータ部300を熱発電用発電機として機能させ、発電を行わせる。 The rotation speed ratio rises until the target rotation speed ratio is reached, and then fluctuates so as to follow the target rotation speed ratio. Here, after the rotation speed ratio reaches the target rotation speed ratio, the rotation speed of the inflator 75 is relatively high, so that the amount of rotational energy generated in the inflator 75 is relatively large. Therefore, the control device 100 basically causes the motor generator unit 300 to function as a thermoelectric generator to generate electric power.

図10は、熱発電システムを停止させるときにおける、モータジェネレータ部の挙動の一例を示す共線図である。具体的には、図10は、熱発電システム90を停止させると判定された後におけるモータジェネレータ部の挙動の一例を示す共線図である。図9では、回転速度比が目標回転速度比に維持されているときにおける各回転速度が二点鎖線によって示されている。 FIG. 10 is a collinear diagram showing an example of the behavior of the motor generator unit when the thermoelectric power generation system is stopped. Specifically, FIG. 10 is a collinear diagram showing an example of the behavior of the motor generator unit after it is determined to stop the thermoelectric power generation system 90. In FIG. 9, each rotation speed when the rotation speed ratio is maintained at the target rotation speed ratio is indicated by a chain double-dashed line.

制御装置100は、熱発電システム90を停止させると判定された後において、固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数を0へ近づける。固定子330の複数の電機子に流れる交流電流の周波数が低下することによって、回転磁界の回転速度ω3が低下する。ゆえに、図10に示したように、回転磁界の回転速度ω3が低下することに伴って、第1回転子310の回転速度ω1及び第2回転子320の回転速度ω2が低下する。それにより、第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転が停止するので、熱発電システム90が停止する。 After it is determined that the thermoelectric generation system 90 is stopped, the control device 100 brings the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 close to zero. As the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator 330 decreases, the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field decreases. Therefore, as shown in FIG. 10, as the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field decreases, the rotation speed ω1 of the first rotor 310 and the rotation speed ω2 of the second rotor 320 decrease. As a result, the rotation of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field is stopped, so that the thermoelectric generation system 90 is stopped.

<5.むすび>
以上説明したように、本実施形態によれば、モータジェネレータ部300は、第1回転子310と、第1回転子310の外周側に空隙を介して対向して設けられる第2回転子320と、第2回転子320の外周側に空隙を介して対向して設けられる固定子330と、を含む。第1回転子310には、複数の永久磁石313が交互に異なる極性となるように周方向に配設される。第2回転子320には、複数の軟磁性体323が周方向に配設される。固定子330には、複数の電機子が周方向に配設される。ゆえに、モータジェネレータ部300における第1回転子310、第2回転子320、及び回転磁界の回転速度の関係性は、遊星歯車機構におけるサンギヤ、キャリア、及びリングギヤの回転速度の関係性と対応する。
<5. Conclusion>
As described above, according to the present embodiment, the motor generator unit 300 includes the first rotor 310 and the second rotor 320 provided on the outer peripheral side of the first rotor 310 so as to face each other with a gap. , A stator 330 provided on the outer peripheral side of the second rotor 320 facing each other via a gap. A plurality of permanent magnets 313 are arranged in the first rotor 310 in the circumferential direction so as to have different polarities alternately. A plurality of soft magnetic materials 323 are arranged in the circumferential direction on the second rotor 320. A plurality of armatures are arranged on the stator 330 in the circumferential direction. Therefore, the relationship between the rotation speeds of the first rotor 310, the second rotor 320, and the rotating magnetic field in the motor generator unit 300 corresponds to the relationship between the rotation speeds of the sun gear, the carrier, and the ring gear in the planetary gear mechanism.

また、第1回転子310は、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aと連結される。それにより、ランキンサイクルポンプ73の回転軸73aを第1回転子310と同期して回転可能にすることができる。また、第2回転子320は、膨張器75の回転軸75aと連結される。それにより、膨張器75の回転軸75aを第2回転子320と同期して回転可能にすることができる。ゆえに、回転磁界の回転速度ω3を調整することによって、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度を相対的に調整することができる。それにより、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の回転速度の差を調整することができる。よって、比較的部品点数が多い機構を設けることなく、ランキンサイクルポンプ73及び膨張器75の吐出流量の差を調整することができる。従って、装置をより効果的に小型化することができる。 Further, the first rotor 310 is connected to the rotation shaft 73a of the Rankine cycle pump 73. Thereby, the rotating shaft 73a of the Rankine cycle pump 73 can be made rotatable in synchronization with the first rotor 310. Further, the second rotor 320 is connected to the rotating shaft 75a of the expander 75. Thereby, the rotating shaft 75a of the expander 75 can be made rotatable in synchronization with the second rotor 320. Therefore, by adjusting the rotation speed ω3 of the rotating magnetic field, the rotation speeds of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be relatively adjusted. Thereby, the difference in the rotational speeds of the Rankine cycle pump 73 and the inflator 75 can be adjusted. Therefore, the difference in the discharge flow rates of the Rankine cycle pump 73 and the expander 75 can be adjusted without providing a mechanism having a relatively large number of parts. Therefore, the device can be miniaturized more effectively.

上記では、本発明に係る熱発電システムをハイブリッド車両に適用した例について説明したが、本発明の技術的範囲は係る例に限定されない。例えば、本発明に係る熱発電システムは、エンジン11から出力される駆動力によって走行し、動力源として高電圧バッテリ31を有しない車両にも適用され得る。その場合、ランキンサイクル70によって生成された機械エネルギを用いてモータジェネレータ部300により発電された電力は、車両内の各種装置へ電力を供給する低電圧バッテリへ蓄電されてもよい。 In the above, an example in which the thermoelectric power generation system according to the present invention is applied to a hybrid vehicle has been described, but the technical scope of the present invention is not limited to such an example. For example, the thermoelectric power generation system according to the present invention can be applied to a vehicle that travels by a driving force output from an engine 11 and does not have a high voltage battery 31 as a power source. In that case, the electric power generated by the motor generator unit 300 using the mechanical energy generated by the Rankin cycle 70 may be stored in a low-voltage battery that supplies electric power to various devices in the vehicle.

また、上記では、エンジン11の運転により生成された駆動力は、駆動力伝達系51を介して、駆動輪21へ伝達される例について説明したが、本発明に係る技術的範囲は係る例に限定されない。例えば、エンジン11の運転により生成された駆動力は、エンジン11と接続された図示しない発電機へ伝達され、当該発電機による発電に用いられてもよい。なお、当該発電機によって発電された電力は、高電圧バッテリ31へ蓄電されるように構成し得る。 Further, in the above description, an example in which the driving force generated by the operation of the engine 11 is transmitted to the driving wheels 21 via the driving force transmission system 51 has been described, but the technical scope according to the present invention is the same. Not limited. For example, the driving force generated by the operation of the engine 11 may be transmitted to a generator (not shown) connected to the engine 11 and used for power generation by the generator. The electric power generated by the generator may be configured to be stored in the high voltage battery 31.

また、上記では、ランキンサイクル70は、車両のエンジン11の廃熱を回収する冷却水との間で熱交換を行うことにより、機械エネルギを生成する例について説明したが、本発明に係る技術的範囲は係る例に限定されない。例えば、ランキンサイクル70は、車両のエンジン11の廃熱を有する排気ガスとの間で熱交換を行うことにより、機械エネルギを生成してもよい。係る場合において、熱交換器74には、作動媒体流路71及び排気ガスの配管が接続され得る。 Further, in the above description, an example in which the Rankine cycle 70 generates mechanical energy by exchanging heat with the cooling water for recovering the waste heat of the engine 11 of the vehicle has been described, but the technical aspects of the present invention have been described. The scope is not limited to such examples. For example, the Rankine cycle 70 may generate mechanical energy by exchanging heat with the exhaust gas having waste heat of the engine 11 of the vehicle. In such a case, the working medium flow path 71 and the exhaust gas piping may be connected to the heat exchanger 74.

また、上記では、バッテリが高電圧バッテリ31である例について説明したが、本発明に係る技術的範囲は係る例に限定されず、例えば、バッテリは車両内の各種装置へ電力を供給する低電圧バッテリであってもよい。係る場合には、モータジェネレータ部300及び走行用モータジェネレータ41はそれぞれ低電圧バッテリと電気的に接続され、モータジェネレータ部300で発電される電力及び制動発電において走行用モータジェネレータ41で発電される電力は、それぞれ低電圧バッテリへ蓄電されるように構成し得る。 Further, although the example in which the battery is a high voltage battery 31 has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to such an example. For example, the battery is a low voltage that supplies electric power to various devices in the vehicle. It may be a battery. In such a case, the motor generator unit 300 and the traveling motor generator 41 are electrically connected to the low-voltage battery, respectively, and the electric power generated by the motor generator unit 300 and the electric power generated by the traveling motor generator 41 in the braking power generation. Can each be configured to be stored in a low voltage battery.

また、上記では、ランキンサイクル70及びモータジェネレータ部300を含む熱発電システム90が、車両に適用される例について説明したが、本発明の技術的範囲は、係る例に限定されない。例えば、本発明に係る熱発電システムは、船舶等の他の移動体や、工場等の施設についても適用可能である。 Further, although the example in which the thermoelectric power generation system 90 including the Rankine cycle 70 and the motor generator unit 300 is applied to a vehicle has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to such an example. For example, the thermoelectric power generation system according to the present invention can be applied to other mobile objects such as ships and facilities such as factories.

また、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。 In addition, the processes described using the flowchart in the present specification do not necessarily have to be executed in the order shown in the flowchart. Some processing steps may be performed in parallel. Further, additional processing steps may be adopted, and some processing steps may be omitted.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or applications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

10 充電システム
11 エンジン
13 冷却水流路
21 駆動輪
31 高電圧バッテリ
41 走行用モータジェネレータ
51 駆動力伝達系
70 ランキンサイクル
71 作動媒体流路
73 ランキンサイクルポンプ
73a 回転軸
74 熱交換器
75 膨張器
75a 回転軸
77 凝縮器
79 タンク
90 熱発電システム
100 制御装置
201 ポンプ回転速度センサ
203 膨張器回転速度センサ
205 蒸気温センサ
207 水温センサ
300 モータジェネレータ部
310 第1回転子
311 円柱部材
313 永久磁石
320 第2回転子
321 円筒部材
323 軟磁性体
330 固定子
331 鉄心
331a スロット
333 コイル
10 Charging system 11 Engine 13 Cooling water flow path 21 Drive wheel 31 High voltage battery 41 Driving motor generator 51 Driving force transmission system 70 Rankin cycle 71 Operating medium flow path 73 Rankin cycle pump 73a Rotor shaft 74 Heat exchanger 75 Expander 75a Rotation Axis 77 Condenser 79 Tank 90 Thermal power generation system 100 Control device 201 Pump rotation speed sensor 203 Inflator rotation speed sensor 205 Steam temperature sensor 207 Water temperature sensor 300 Motor generator unit 310 1st rotor 311 Column member 313 Permanent magnet 320 2nd rotation Child 321 Cylindrical member 323 Soft magnetic material 330 Stator 331 Iron core 331a Slot 333 Coil

Claims (4)

加熱される作動媒体が循環する流路、前記流路に設けられ前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプ、及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、
前記膨張器により生成された回転エネルギを用いて発電可能、かつ、前記ランキンサイクルポンプを駆動するための駆動力を出力可能なモータジェネレータ部と、
制御装置と、
を備え、
前記モータジェネレータ部は、
前記ランキンサイクルポンプの回転軸と連結され、複数の永久磁石が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1回転子と、
前記第1回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、前記膨張器の回転軸と連結され、複数の軟磁性体が周方向に配設された第2回転子と、
前記第2回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設された固定子と、
を含
前記制御装置は、
前記固定子の前記複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御することにより、前記固定子によって発生する回転磁界の回転速度を制御し、
前記回転磁界の回転速度を制御することにより、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度を制御し、
前記膨張器へ供給される気相の前記作動媒体の温度である蒸気温に応じて、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度の比である回転速度比を制御する、
熱発電システム。
Includes a flow path through which the working medium to be heated circulates, a Rankine cycle pump provided in the flow path that circulates the working medium, and an expander provided in the flow path that expands the working medium to generate rotational energy. Rankine cycle and
A motor generator unit capable of generating electricity using the rotational energy generated by the expander and outputting a driving force for driving the Rankine cycle pump.
Control device and
With
The motor generator unit
A first rotor connected to the rotating shaft of the Rankine cycle pump and arranged in the circumferential direction so that a plurality of permanent magnets have alternately different polarities.
A second rotor, which is provided on the outer peripheral side of the first rotor so as to face each other via a gap, is connected to the rotation shaft of the expander, and has a plurality of soft magnetic materials arranged in the circumferential direction.
A stator provided on the outer peripheral side of the second rotor facing each other via a gap, and a plurality of armatures arranged in the circumferential direction.
Only including,
The control device is
By controlling the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator, the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator is controlled.
By controlling the rotation speed of the rotating magnetic field, the rotation speeds of the first rotor and the second rotor can be controlled.
The rotation speed ratio, which is the ratio of the rotation speeds of the first rotor and the second rotor, is controlled according to the steam temperature, which is the temperature of the working medium of the gas phase supplied to the expander.
Thermoelectric generation system.
前記制御装置は、前記蒸気温が所定の圧力における前記作動媒体の沸点より高い場合、前記蒸気温が高くなるにつれて、前記回転速度比を増大させる、請求項に記載の熱発電システム。 The control device, when the steam temperature is higher than the boiling point of the working medium at a given pressure, as the steam temperature is increased, thereby increasing the rotational speed ratio, the thermal power generation system according to claim 1. 前記制御装置は、前記蒸気温が前記所定の圧力における前記作動媒体の沸点以下である場合、前記蒸気温が低くなるにつれて、前記回転速度比を増大させる、請求項に記載の熱発電システム。 The thermoelectric power generation system according to claim 2 , wherein the control device increases the rotation speed ratio as the steam temperature decreases when the steam temperature is equal to or lower than the boiling point of the working medium at the predetermined pressure. 加熱される作動媒体が循環する流路、前記流路に設けられ前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプ、及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて回転エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、
前記膨張器により生成された回転エネルギを用いて発電可能、かつ、前記ランキンサイクルポンプを駆動するための駆動力を出力可能なモータジェネレータ部と、
制御装置と、
を備える熱発電システムであって、
前記モータジェネレータ部は、
前記ランキンサイクルポンプの回転軸と連結され、複数の永久磁石が交互に異なる極性となるように周方向に配設された第1回転子と、
前記第1回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、前記膨張器の回転軸と連結され、複数の軟磁性体が周方向に配設された第2回転子と、
前記第2回転子の外周側に空隙を介して対向して設けられ、複数の電機子が周方向に配設された固定子と、
を含み、
前記制御装置は、
前記固定子の前記複数の電機子に流れる交流電流の周波数を制御することにより、前記固定子によって発生する回転磁界の回転速度を制御し、
前記回転磁界の回転速度を制御することにより、前記第1回転子及び前記第2回転子の回転速度を制御し、
前記熱発電システムを始動させるときに、前記第1回転子の回転速度を、前記ランキンサイクルの前記作動媒体が加熱される程度が大きいほど、高い回転速度まで上昇させる、
熱発電システム。
Includes a flow path through which the working medium to be heated circulates, a Rankine cycle pump provided in the flow path to circulate the working medium, and an expander provided in the flow path to expand the working medium to generate rotational energy. Rankine cycle and
A motor generator unit capable of generating electricity using the rotational energy generated by the expander and outputting a driving force for driving the Rankine cycle pump.
Control device and
It is a thermoelectric power generation system equipped with
The motor generator unit
A first rotor connected to the rotating shaft of the Rankine cycle pump and arranged in the circumferential direction so that a plurality of permanent magnets have alternately different polarities.
A second rotor, which is provided on the outer peripheral side of the first rotor so as to face each other via a gap, is connected to the rotation shaft of the expander, and has a plurality of soft magnetic materials arranged in the circumferential direction.
A stator provided on the outer peripheral side of the second rotor facing each other via a gap, and a plurality of armatures arranged in the circumferential direction.
Including
The control device is
By controlling the frequency of the alternating current flowing through the plurality of armatures of the stator, the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator is controlled.
By controlling the rotation speed of the rotating magnetic field, the rotation speeds of the first rotor and the second rotor can be controlled.
When the thermoelectric generation system is started, the rotation speed of the first rotor is increased to a higher rotation speed as the working medium of the Rankine cycle is heated to a greater extent.
Thermoelectric generation system.
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