WO2010109875A1 - 流体機械 - Google Patents

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WO2010109875A1
WO2010109875A1 PCT/JP2010/002124 JP2010002124W WO2010109875A1 WO 2010109875 A1 WO2010109875 A1 WO 2010109875A1 JP 2010002124 W JP2010002124 W JP 2010002124W WO 2010109875 A1 WO2010109875 A1 WO 2010109875A1
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WO
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fluid
drive shaft
rotating body
unit
fluid machine
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PCT/JP2010/002124
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English (en)
French (fr)
Inventor
中村慎二
和田博文
Original Assignee
サンデン株式会社
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Publication date
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Priority to EP10755677A priority patent/EP2412935A4/en
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    • F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F01C1/0215—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
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    • F01C17/066—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements with an intermediate piece sliding along perpendicular axes, e.g. Oldham coupling
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    • F04C29/0071—Couplings between rotors and input or output shafts acting by interengaging or mating parts, i.e. positive coupling of rotor and shaft
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/40—Transmission of power

Definitions

  • the present invention relates to a fluid machine, and more particularly, to a fluid machine suitable for use in a Rankine circuit of a vehicle waste heat utilization device.
  • a Rankine circuit constituting a waste heat utilization system of an internal combustion engine such as a vehicle engine has a circulation path through which a working fluid (heat medium) circulates, and the circulation path includes a pump, an evaporator (heat exchanger), An expander and a condenser are sequentially inserted.
  • the pump is driven by, for example, an electric motor and circulates the working fluid.
  • the working fluid passes through the evaporator, it receives waste heat and expands in the expander.
  • the thermal energy of the working fluid is converted into torque and output to the outside, and is used, for example, to rotate a fan for air-cooling the condenser.
  • Patent Document 1 discloses a fluid machine in which a pump, an expander, and a motor share one drive shaft as a fluid machine suitable for such a Rankine circuit.
  • a fluid machine including a plurality of fluid units as described above has a high production efficiency in that the operation of each fluid unit is individually evaluated and fluid units satisfying the evaluation criteria are assembled and completed.
  • the drive shaft is configured by one member, it is difficult to individually evaluate the operation of each fluid unit.
  • the load torque of the drive shaft is measured when evaluating the operation of the swivel mechanism of the expander.
  • the rotating body of the pump is also rotated as the drive shaft rotates, the accuracy of the measured load torque is measured.
  • the expander cannot be properly evaluated and the performance of the fluid machine cannot be secured.
  • the fluid machine must be discarded due to one malfunction.
  • the above-described fluid machine of Patent Document 1 still has problems in improving the production efficiency and maintainability of the fluid machine.
  • the present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a fluid machine capable of improving production efficiency and maintainability while ensuring performance.
  • the fluid machine according to claim 1 has a rotating body, and a plurality of fluid units that flow in and out of the working fluid as the rotating body rotates, and each rotating body of the plurality of fluid units. And a drive shaft connected to each other, and an Oldham coupling is provided at a shaft portion between the rotating bodies of the drive shaft.
  • each of the plurality of fluid units includes a first rotating body, receives the working fluid while rotating the first rotating body, and receives the received working fluid. It is characterized by including an expansion unit that inflates and then delivers.
  • the plurality of fluid units have a second rotating body, and the working fluid is sucked in as the second rotating body rotates, and the sucked operation is sucked. It includes a pump unit that discharges the fluid after the pressure is increased. Furthermore, according to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the plurality of fluid units have a third rotating body, and suck the working fluid as the third rotating body rotates. And a compressing unit for compressing and feeding the sucked working fluid.
  • the power generation unit has a fourth rotating body connected to the drive shaft and generates electric power with the rotation of the fourth rotating body. It is characterized by having. Furthermore, in invention of Claim 6, in any one of Claim 1 thru
  • a plurality of fluid units having a rotating body and for flowing in and out the working fluid as the rotating body rotates, and the rotating bodies of the plurality of fluid units. are connected to each other, and an Oldham coupling is provided at a shaft portion between the rotating bodies of the drive shafts.
  • the Oldham coupling allows the displacement of the shaft in the radial direction, reduces the rotation angle error caused by the shaft misalignment (eccentricity, declination), and can transmit the rotation angle with high accuracy. Since the shaft misalignment at the time of integrating is allowed, the performance of the fluid machine can be secured.
  • FIG. 1 It is a figure showing roughly composition of a waste heat utilization device of vehicles provided with a fluid machine concerning a 1st embodiment. It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the fluid machine applied to the apparatus of FIG. It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the fluid machine which concerns on 2nd Embodiment. It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the fluid machine which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 shows a waste heat utilization device 1 for using a fluid machine 14 according to the first embodiment.
  • the waste heat utilization device 1 is, for example, an exhaust gas discharged from an engine (internal combustion engine) 10 of a vehicle. Recover heat.
  • the waste heat utilization apparatus 1 includes a Rankine circuit 12, and the Rankine circuit 12 has a circulation path 13 through which a working fluid (heat medium) circulates.
  • the circulation path 13 is constituted by, for example, a pipe or a pipe.
  • a pump unit (fluid unit) 16 of a fluid machine 14 is inserted in the circulation path 13 to cause the working fluid to flow. Further, a heater 18 is disposed downstream of the pump unit 16 in the direction in which the working fluid flows.
  • the expansion unit (fluid unit) 20 and the condenser 22 of the fluid machine 14 are sequentially inserted. That is, the pump unit 16 sucks the working fluid on the condenser 22 side, boosts the sucked working fluid, and then discharges the working fluid toward the heater 18.
  • the working fluid discharged from the pump unit 16 is in a low-temperature and high-pressure liquid state.
  • the heater 18 is a heat exchanger, and includes a low-temperature channel 18a constituting a part of the circulation path 13 and a high-temperature channel 18b capable of exchanging heat between the low-temperature channel 18a.
  • the high temperature flow path 18b is inserted in an exhaust pipe 24 extending from the engine 10, for example. Accordingly, when passing through the heater 18, the low-temperature and high-pressure liquid working fluid receives the heat of the exhaust gas generated by the engine 10. As a result, the working fluid is heated to a high temperature and high pressure superheated steam state.
  • the expansion unit 20 of the fluid machine 14 expands the working fluid in a superheated steam state, and thereby the working fluid enters a high temperature and low pressure superheated steam state.
  • the condenser 22 is a heat exchanger, which condenses the working fluid that has flowed out of the expansion unit 20 by heat exchange with the outside air to form a low-temperature and low-pressure liquid state.
  • an electric fan (not shown) is disposed in the vicinity of the condenser 22, and the working fluid is cooled by wind from the front of the vehicle or wind from the electric fan.
  • the working fluid cooled by the condenser 22 is again sucked into the pump unit 16 and circulates in the circulation path 13.
  • the expansion unit 20 described above can not only expand the working fluid but also convert the thermal energy of the working fluid into torque (rotational force) and output it.
  • a power generation unit 26 is connected to the expansion unit 20 so that torque output from the expansion unit 20 can be used.
  • the power generation unit 26 is appropriately connected with an electrical load 28 such as a battery that uses or stores the generated power.
  • the fluid machine 14 has a power transmission unit 30 for inputting and outputting torque
  • the power transmission unit 30 is, for example, an electromagnetic clutch.
  • the electromagnetic clutch is operated by an ECU (electronic control unit) 31 and can transmit torque intermittently. More specifically, as shown in FIG. 2, the expansion unit 20, the power generation unit 26, and the pump unit 16 are connected in series in this order.
  • the expansion unit 20 is a scroll type expander having the turning mechanism 21 as a drive unit.
  • the opening of the cup-shaped casing 32 (expansion unit casing) of the expansion unit 20 is substantially covered by the partition wall 34, and a through hole is formed at the center of the partition wall 34.
  • a fixed scroll 36 is fixed in the expansion unit casing 32, and a high-pressure chamber 38 is defined on the back side of the fixed scroll 36.
  • the high pressure chamber 38 communicates with the heater 18 via an inlet port formed in the expansion unit casing 32 and a part of the circulation path 13 connected to the inlet port.
  • a movable scroll (rotating body, first rotating body) 40 is arranged on the front side of the fixed scroll 36 so as to be engaged.
  • An expansion chamber 42 for expanding the working fluid is defined between the fixed scroll 36 and the movable scroll 40, and the periphery of the movable scroll 40 is defined as a low pressure chamber 44 for receiving the expanded working fluid.
  • An introduction hole 46 is formed through substantially the center of the substrate of the fixed scroll 36, and the expansion chamber 42 and the high-pressure chamber 38 located at the center in the radial direction of the fixed and movable scrolls 36 and 40 communicate with each other through the introduction hole 46. To do.
  • the volume of the expansion chamber 42 increases and the expansion chamber 42 moves radially outward along the spiral walls of the fixed and movable scrolls 36 and 40.
  • the expansion chamber 42 finally communicates with the low pressure chamber 44, and the expanded working fluid flows into the low pressure chamber 44.
  • the low pressure chamber 44 communicates with the condenser 22 through an outlet port (not shown) and a part of the circulation path 13 connected to the outlet port.
  • the orbiting scroll 40 With the expansion of the working fluid, the orbiting scroll 40 is caused to make a revolving turning motion with respect to the fixed scroll 36, and this turning turning motion is converted into a turning motion by the turning mechanism 21. That is, a boss is integrally formed on the rear surface of the substrate of the movable scroll 40, and an eccentric bush 50 is disposed in the boss via the needle bearing 48 so as to be relatively rotatable. A crankpin 52 is inserted into the eccentric bush 50, and the crankpin 52 protrudes eccentrically from the disk-shaped disk 54. From the opposite side of the disc 54 to the crankpin 52, a shaft portion 56 is integrally projected coaxially, and the shaft portion 56 is rotatably supported by the partition wall 34 via a radial bearing 58 such as a ball bearing. . In other words, the movable scroll 40 is rotatably supported by the partition wall 34, and the revolution turning motion of the movable scroll 40 is converted into the rotational motion of the shaft portion 56.
  • the turning mechanism 21 has, for example, a ball coupling 60 to prevent the rotation of the movable scroll 40 during the revolution turning motion and to receive a thrust pressure.
  • the ball coupling 60 is an outer periphery of the substrate of the movable scroll 40. Between the portion and the portion of the partition wall 34 facing the outer peripheral portion.
  • the fixed and movable scrolls 36 and 40 are in sliding contact with each other with a slight gap.
  • the fixed and movable scrolls 36 and 40 are configured by substrates 36a and 40a and spiral wraps 36b and 40b provided integrally on the inner surfaces of the substrates 36a and 40a, respectively.
  • Tip seals 37 are respectively provided at the tips of the spiral wraps 36b and 40b, and the spiral wraps 36b and 40b and the substrates 40a and 36a disposed to face the spiral seals 36b and 40b, respectively, are provided via the tip seals 37.
  • An expansion chamber 42 having a spiral shape around the axis of the substrates 36a, 40a is formed by causing the spiral walls of the spiral wraps 36b, 40b to slidably contact each other with a slight gap therebetween.
  • the gaps between the spiral wraps 36b, 40b and the substrates 40a, 36a arranged opposite to each other, that is, the gaps between the fixed and movable scrolls 36, 40 are the coupling surfaces of the expansion unit casing 32 and the partition wall 34. Secured by between.
  • Each coupling surface is constituted by an end wall 32a of the expansion unit casing 32 and an end wall 34a of the partition wall 34.
  • a shim 39 which is a metal annular sandwich plate Is pinched.
  • the gap length between the fixed and movable scrolls 36 and 40 is adjusted by changing the thickness and quantity of the shim 39, so that the expansion unit During the operation of 20, the pressing force in the axial direction of the drive shaft 72 against the fixed scroll 36 of the movable scroll 40 is evenly and reliably received on the expansion unit casing 32 side.
  • the adjustment of the gap length between the fixed and movable scrolls 36 and 40 is performed for the purpose of evaluating the operation of the expansion unit 20 as to whether or not the movable scroll 36 smoothly revolves around the fixed scroll 40.
  • the clearance length is adjusted by temporarily mounting the fixed and movable scrolls 36 and 40 and connecting a torque sensor (evaluator) such as a motor (not shown) to the drive shaft 72 to rotate the drive shaft 72.
  • the torque is measured, and the gap length between the fixed and movable scrolls 36 and 40 is estimated from this load torque. If the gap length between the fixed and movable scrolls 36 and 40 estimated from the load torque measurement value is within the clearance allowable range defined by the upper limit value and the lower limit value, the fixed and movable scrolls 36 and 40 are permanently installed. To do.
  • the gap length between the fixed and movable scrolls 36 and 40 is managed by the load torque inspection process which is one of the manufacturing processes of the fluid machine 14.
  • the pump unit 16 is a trochoid pump, for example, but may be a gear pump.
  • the pump unit 16 has a cylindrical casing (pump unit casing 62) that is open at both ends, and a pair of annular covers 64 are arranged in the pump unit casing 62 at a predetermined interval. Yes. Between these covers 64, an inner tooth (rotating body, second rotating body) 66 is rotatably arranged, and an outer tooth 68 is fixedly disposed so as to surround the inner tooth 66.
  • a pump chamber 70 is formed between the internal teeth 66 and the external teeth 68 to boost the working fluid as the internal teeth 66 rotate.
  • the pump chamber 70 is connected to a suction port (not shown) and the suction port.
  • the working fluid is sucked from the condenser 22 through a part of the circulation path 13.
  • the working fluid pressurized in the pump chamber 70 is discharged toward the heater 18 through a discharge port (not shown) and a part of the circulation path 13 connected to the discharge port.
  • the inner teeth 66 are fixed to the drive shaft 72 so as to be integrally rotatable.
  • An electromagnetic clutch as a power transmission unit 30 described later is connected to one end of the drive shaft 72, and a shaft portion 56 of the turning mechanism 21 is connected to the other end of the drive shaft 72 via a one-way clutch 95 described later. Yes.
  • the drive shaft 72 is provided with an Oldham coupling 85 at the shaft portion between the movable scroll 40 and the internal teeth 66.
  • the Oldham joint 85 is a well-known joint capable of transmitting a rotational driving force while sliding a fitting portion between the protrusion and the groove.
  • Hubs 72a and 72b are integrally formed as protrusions on the end surfaces of the drive shaft 72A on the power generation unit 26 and expansion unit 20 side of the drive shaft 72 and the driven shaft portion 72B on the pump unit 16 side of the drive shaft 72, respectively.
  • a slider 87 having groove portions 87a and 87b is disposed between the hubs 72a and 72b at positions perpendicular to the radial direction of the drive shaft 72 on the surfaces facing the hubs 72a and 72b. Note that the torque sensor used in evaluating the operation of the expansion unit 20 is connected to the hub 72a.
  • the Oldham coupling 85 allows the radial displacement of the drive shaft 72 between the drive shaft portion 72A and the driven shaft portion 72B, while the eccentricity or eccentricity between the drive shaft portion 72A and the driven shaft portion 72B.
  • the rotation angle error of the drive shaft 72 caused by the shaft misalignment with the angle is reduced, and the rotation angle of the drive shaft portion 72A is transmitted to the driven shaft portion 72B with high accuracy.
  • the drive shaft 72 having such an Oldham coupling 85 passes through the cover 64 and the pump unit casing 62, and also passes through the cover members 74 and 75 fixed to the opening end of the pump unit casing 62. .
  • the lid member 74 includes a cylindrical portion 76 and a flange portion 78.
  • the lid member 75 includes a cylindrical portion 77 and a flange portion 79.
  • the flange portions 78 and 79 are joined to the opening end of the pump unit casing 62. Yes.
  • Radial bearings 79 and 80 are disposed on the inner side of the cylindrical part 76 at both ends thereof, and radial bearings 89 are disposed on the inner side of the cylindrical part 77.
  • the cylindrical parts 76 and 77 are provided with radial bearings.
  • the drive shaft 72 is rotatably supported via bearings 79, 80, and 89.
  • a shaft sealing member 81 such as a lip seal is disposed inside the cylinder portion 76, and the shaft sealing member 81 partitions the inside of the cylinder portion 76 in an airtight manner.
  • An electromagnetic clutch as the power transmission unit 30 is connected to one end of the drive shaft 72 protruding from the cylindrical portion 76.
  • the power transmission unit 30 includes a rotor 83 disposed on the outside of the cylindrical portion 76 via a radial bearing 82, and a pulley 84 is fixed to the outer peripheral surface of the rotor 83.
  • a belt 86 indicated by a one-dot chain line is bridged between the pulley 84 and the pulley of the engine 10, and the pulley 84 and the rotor 83 are rotatable by receiving power supply from the engine 10, for example.
  • a solenoid 86 is disposed inside the rotor 83, and the solenoid 86 generates a magnetic field by feeding power from the ECU 31.
  • An annular armature 88 is disposed in the vicinity of the end face of the rotor 83, and the armature 88 is connected to a boss 92 via an elastic member 90 such as a leaf spring.
  • the boss 92 is splined to one end of the drive shaft 72, so that the armature 88 can rotate integrally with the drive shaft 72.
  • the armature 88 can be attracted to the end surface of the rotor 83 while resisting the urging force of the elastic member 90 by the magnetic field of the solenoid 86, and thus power can be transmitted between the rotor 83 and the armature 88.
  • a cylindrical casing (power generation unit casing) 93 of the power generation unit 26 is sandwiched between the partition wall 34 and the pump unit casing 62.
  • the expansion unit casing 32, the partition wall 34, and the power generation unit casing 93 are sandwiched between the partition wall 34 and the pump unit casing 62.
  • the pump unit casing 62 and the lid member 74 constitute a single housing for the fluid machine 14 by being connected to each other.
  • the other end of the drive shaft 72 reaches the through hole of the partition wall 34, and the other end of the drive shaft 72 is rotatably supported by the partition wall 34 via a needle bearing 94.
  • a one-way clutch 95 as a connecting member is fixed inside the other end of the drive shaft 72, and the other end of the drive shaft 72 and the shaft portion 56 of the turning mechanism 21 are connected via the one-way clutch 95. Yes.
  • the one-way clutch 95 is between the shaft 56 and the drive shaft 72. Shut off the power transmission.
  • the one-way clutch 95 permits power transmission between the shaft portion 56 and the drive shaft 72 when the rotational speed of the shaft portion 56 is higher than the rotational speed of the drive shaft 72, and the shaft portion 56 and the drive shaft 72 And rotate together.
  • a rotor (fourth rotating body) 96 is fixed to a portion of the drive shaft 72 extending in the power generation unit casing 93, and the rotor 96 is made of a permanent magnet, for example. Therefore, the rotor 96 is arranged coaxially with the shaft portion 56 and the internal teeth 66.
  • the stator is fixed to the inner peripheral surface of the power generation unit casing 93 so as to surround the rotor 96.
  • the stator includes a yoke 98 and, for example, three sets of coils 100 wound around the yoke 98.
  • the coil 100 is wired so as to generate a three-phase alternating current as the rotor 96 rotates, and the generated alternating current is supplied to an external load 28 through a lead wire (not shown).
  • the power generation unit 26 does not have a function as an electric motor, the shape of the yoke 98, the number of turns of the coil 100, and the like are configured to increase power generation efficiency.
  • a method of using the above-described vehicle waste heat utilization apparatus 1 will be described focusing on the operations of the fluid machine 14 and the Rankine circuit 12.
  • the working fluid circulates in the circulation path 13, and the working fluid is heated by the heater 18 and expanded by the expansion unit 20.
  • the rotational speed of the movable scroll 40 in other words, the rotational speed of the shaft portion 56 of the turning mechanism 21 is the rotational speed of the drive shaft 72.
  • the one-way clutch 95 blocks power transmission between the shaft portion 56 and the drive shaft 72.
  • the ECU 31 turns off the power transmission unit 30 and cuts off the power supply from the engine 10. Thereby, the fluid machine 14 shifts to an autonomous operation in which the pump unit 16 is operated using the torque generated in the expansion unit 20.
  • the rotor 96 of the power generation unit 26 rotates, and the power generation unit 26 generates an alternating current.
  • the alternating current is supplied to the load 28 and appropriately stored or consumed by the load 28.
  • the load 28 may include a rectifier that converts alternating current into direct current.
  • the ECU 31 may turn on the power transmission unit 30, that is, connect an electromagnetic clutch.
  • the fluid machine 14 functions as a regenerative brake, and not only an auxiliary load for deceleration is applied to the engine 10, but also the power generation unit 26 generates power, and the kinetic energy of the vehicle is converted into electric power.
  • the torque of the fluid machine 14 may be supplied to the engine 10 without shifting the fluid machine 14 to autonomous operation. That is, a portion of the torque generated by the expansion unit 20 that exceeds the torque consumed by the pump unit 16 and the power generation unit 26 may be output to the engine 10 via the power transmission unit 30.
  • the movable scroll 40 is connected to the drive shaft 72 via the shaft portion 56, and the internal teeth 66 of the pump unit 16 are connected.
  • An Oldham coupling 85 is provided at the shaft portion between the movable scroll 40 and the inner teeth 66.
  • the expansion unit 20 is separated and independent by the pump unit 16 and the Oldham coupling 85, and the operation of the expansion unit 20 is individually evaluated, thereby appropriately evaluating the operation of the expansion unit 20. Therefore, production efficiency can be improved while ensuring the performance of the fluid machine 14.
  • the internal teeth 66 of the pump unit 16 are rotated along with the rotation of the drive shaft 72, and the rotation of the internal teeth 66 is performed. Therefore, it is possible to appropriately evaluate the expansion unit 20.
  • a failure occurs in the pump unit 16 it is possible to repair and replace only the pump unit 16 with the Oldham coupling 85, and the fluid machine 14 is used for repair and replacement of the pump unit 16. It is possible to avoid disassembling the whole and improve the maintainability of the fluid machine 14.
  • the Oldham coupling 85 has a relatively simple structure, the centering operation when connecting the torque sensor to the hub 72a can be performed relatively easily in the operation evaluation of the expansion unit 20. Contributes to further improvement in machine production efficiency. Furthermore, the Oldham coupling 85 allows the displacement of the shaft in the radial direction, reduces the rotation angle error caused by the shaft misalignment (eccentricity, declination), and can transmit the rotation angle with high accuracy. , 20 is allowed to be offset when the two are integrated, the performance of the fluid machine 14 can be ensured.
  • FIG. 3 shows a fluid machine 102 according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the fluid machine 102 does not include the power transmission device 30, and an internal tooth 66 (not shown in FIG. 3) of the pump unit 16 is connected to one end of the drive shaft 72B opposite to the Oldham coupling 85 side.
  • the fluid machine 102 does not include the pump unit casing 62, and the pump unit 16 is fastened to the open end of the power generation unit casing 93 by two through bolts 104 through a pair of covers 64, and each through bolt is 104 is screwed from the outside of the fluid machine 102 at a position that forms a diagonal of the cover 64.
  • the covers 64 are fastened by two connecting bolts 106, and each connecting bolt 106 is screwed from the outside of the fluid machine 102 at a position that forms a diagonal different from each through bolt 104. That is, the expansion unit casing 32, the partition wall 34, the power generation unit casing 93, and the cover 64 are connected to each other to constitute one housing for the fluid machine 102.
  • the Oldham coupling 85 is disposed closer to the pump unit 16 than the radial bearing 89 of the drive shaft 72.
  • the housing of the fluid machine 102 without the power transmission device 30 can be easily configured.
  • the pump unit 16 is fixed by fastening the through bolt 104 from the outside of the fluid machine 102, and the through bolt 104 can be fastened in the same direction as the fastening of the connecting bolt 106. Efficiency can be further improved.
  • FIG. 4 shows a fluid machine 108 according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the fluid machine 108 does not include the power generation unit 26, and accordingly, the pump unit casing 62 is fastened to the expansion unit casing 32 via the partition wall 34.
  • the fluid machine 108 does not include the lid member 74, and instead, the pump unit casing 62 is extended to a position where the lid member 74 should exist, that is, the expansion unit casing 32, the partition wall 34, the pump The unit casing 62 is connected to each other to form one housing for the fluid machine 108, and the Oldham coupling 85 is positioned in the pump unit casing 62.
  • the pump unit 16 is fastened to the pump unit casing 62 by a plurality of through bolts 109 via the lid member 75, and each through bolt 109 is screwed from the inside of the pump unit casing 62.
  • the housing of the fluid machine 108 without the power generation unit 26 can be simply configured, and the production efficiency of the fluid machine 108 can be further improved.
  • the pump unit 16 is fastened to the pump unit casing 62 from the inside of the pump unit casing 62, that is, from the inside of the fluid machine 108, and the seal portion of the housing of the fluid machine 108 is 1 as compared to the case of the first embodiment. Since the number of locations is reduced, the risk of the working fluid leaking out of the housing can be reduced, and the reliability of the fluid machine 108 can be further improved.
  • an Oldham coupling 85 may be provided on the shaft portion of the drive shaft 72 between the expansion unit 20 and the power generation unit 26. Further, the partition wall 34 is eliminated, and the expansion unit casing 32 is directly joined to the pump unit casing 62 to expand the volume in the expansion unit casing 32, so that the working fluid in the low pressure chamber 44 exists. An Oldham coupling 85 may be disposed in the casing 32. In this case, the partition wall 34 and the radial bearing 58 are not required, and the configuration of the fluid machine is simplified, so that the production efficiency of the fluid machine can be further improved.
  • the Oldham joint 85 it is preferable to subject the Oldham joint 85 to a surface hardening treatment such as nitriding to improve the durability of the Oldham joint 85 and improve the reliability of the fluid machine.
  • a compression unit fluid unit that sucks the working fluid as the orbiting scroll (rotating body, first rotating body) revolves and compresses the sucked working fluid and sends it out is used as the expansion unit 20 or the pump unit.
  • a fluid machine connected to 16 may be configured.
  • the swivel mechanism of both the compression unit and the expansion unit 20 can be separated by the Oldham coupling 85, and the operation can be individually evaluated, thereby further improving the production efficiency of the fluid machine. be able to.
  • an oil supply passage through which lubricating oil for lubricating the turning mechanism flows may be provided in the drive shaft 72, and particularly when the above-described compression unit is connected to the expansion unit 20, the compression unit and the expansion unit 20 It is preferable that the lubricating oil can be circulated between the two, and both the turning mechanisms can be lubricated more smoothly.
  • the pump unit 16 is a trochoid type, but the type of the pump unit is not particularly limited.
  • the arrangement of the units such as the pump unit 16, the power generation unit 26, and the expansion unit 20 is not particularly limited.
  • a motor generator power generation drive unit in which the power generation unit 26 has a function as a motor may be used.
  • This motor generator has a rotor (fifth rotor) and has a power generation function for generating electric power with the rotation of the rotor, while the rotor is rotated by external electric power and is driven with the rotation of the rotor. It can also function as a motor that drives the shaft 72.
  • the fluid machine of the present invention is not limited to the Rankine circuit 12 of the vehicle waste heat utilization apparatus 1, but can be applied to any refrigerant circuit in which a working fluid circulates.
  • It is suitable as a fluid machine used in a Rankine circuit constituting a waste heat utilization system of an internal combustion engine such as a vehicle engine.
  • Fluid machine 16 Pump unit (fluid unit) 20 Expansion unit (fluid unit) 26 power generation unit 30 power transmission unit 40 movable scroll (rotating body, first rotating body) 66 Internal teeth (rotating body, second rotating body) 72 Drive shaft 85 Oldham coupling 96 Rotor (fourth rotating body)

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Abstract

【課題】性能を確保しつつ生産効率及びメンテナンス性を向上することができる流体機械を提供する。 【解決手段】流体機械(14,102,108)は、回転体(40,66)を有し、回転体の回転に伴い作動流体の流出入を行う複数の流体ユニット(16,20)と、複数の流体ユニットの各回転体が連結される駆動軸(72)とを備え、駆動軸の回転体間における軸部にオルダム継手(85)を設ける。

Description

流体機械
　本発明は、流体機械に係り、詳しくは、車両用廃熱利用装置のランキン回路に用いて好適な流体機械に関する。
　例えば車両のエンジン等の内燃機関の廃熱利用システムを構成するランキン回路は、作動流体（熱媒体）が循環する循環路を有し、循環路には、ポンプ、蒸発器（熱交換器）、膨張機、及び凝縮器が順次介挿される。ポンプは、例えば電動モータによって駆動され、作動流体を循環させる。作動流体は、蒸発器を通過する際に廃熱を受け取り、膨張機で膨張する。この際、作動流体の熱エネルギーは、トルクに変換されて外部に出力され、例えば、凝縮器を空冷するためのファンを回転させるのに用いられる。
　特許文献１は、かかるランキン回路に適した流体機械として、ポンプ、膨張機及びモータが一つの駆動軸を共有する流体機械を開示している。
特開２００５－３０３８６号公報
　ところで、上述したような複数の流体ユニットを備えた流体機械は、各流体ユニット毎に個別に作動評価し、評価基準を満たす流体ユニット同士を組み立てて完成させるのが生産効率が良い。しかしながら、上述した特許文献１の流体機械では、駆動軸が１本の部材により構成されるため、各流体ユニットの作動評価を個別に行うのは困難である。
　具体的には、膨張機の旋回機構の作動を評価する際に駆動軸の負荷トルクを測定するが、駆動軸の回転に伴いポンプの回転体も回転されるため、測定された負荷トルクの精度が低下し、ひいては膨張機を適切に評価できず、流体機械の性能を確保できないとの問題がある。また、膨張機またはポンプに不具合が生じた場合には、流体機械全体を分解して不具合ユニットを修理、交換する必要があり、最悪の場合には一方の不具合のせいで流体機械を廃棄せざるを得なくなるおそれもある。これらにより、上述した特許文献１の流体機械には、流体機械の生産効率及びメンテナンス性の向上には依然として課題が残されている。
　本発明は上述した事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、性能を確保しつつ生産効率及びメンテナンス性を向上することができる流体機械を提供することにある。
　上記の目的を達成するべく、請求項１記載の流体機械は、回転体を有し、回転体の回転に伴い作動流体の流出入を行う複数の流体ユニットと、複数の流体ユニットの各回転体が連結される駆動軸とを備え、駆動軸の回転体間における軸部にオルダム継手を設けることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、複数の流体ユニットは、第１の回転体を有し、第１の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットを含むことを特徴としている。
　更に、請求項３記載の発明では、請求項１または２において、複数の流体ユニットは、第２の回転体を有し、第２の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットを含むことを特徴としている。
　更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、複数の流体ユニットは、第３の回転体を有し、第３の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を圧縮してから送出する圧縮ユニットを含むことを特徴としている。
　また、請求項５記載の発明では、請求項１乃至４の何れかにおいて、駆動軸に連結された第４の回転体を有し、第４の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットを備えることを特徴としている。
　更に、請求項６記載の発明では、請求項１乃至４の何れかにおいて、駆動軸に連結された第５の回転体を有し、第５の回転体の回転に伴い電力を発生する一方、第５の回転体を外部電力により回転させ、第５の回転体の回転に伴い駆動軸を駆動する発電駆動ユニットを備えることを特徴としている。
　更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１乃至６の何れかにおいて、駆動軸に連結され、駆動軸と外部との間にて動力を伝達する動力伝達ユニットを備えることを特徴としている。
　請求項１乃至７に記載の本発明の流体機械によれば、回転体を有し、回転体の回転に伴い作動流体の流出入を行う複数の流体ユニットと、複数の流体ユニットの各回転体が連結される駆動軸とを備え、駆動軸の回転体間における軸部にオルダム継手を設ける。これにより、流体機械の製造時に、各流体ユニットをオルダム継手にて分離独立させ、流体ユニットの作動評価を個別に行うことにより、流体ユニットの作動を適切に評価することができるため、流体機械の性能を確保しつつ生産効率を向上することができる。
　また、各流体ユニットの何れかに不具合が生じた場合には、不具合ユニットのみをオルダム継手にて分離し、修理、交換することが可能であり、不具合ユニットの交換のために流体機械全体を分解することが回避され、流体機械のメンテナンス性を向上することができる。更に、オルダム継手はスプライン等を用いた締結構造と比して簡単な構造であるため流体ユニットの作動評価の際の芯出し作業を比較的容易に行うことができ、このことは流体機械の更なる生産効率向上に寄与する。
　更にまた、オルダム継手は軸の径方向の変位を許容する一方、軸ずれ（偏心、偏角）により発生する回転角度誤差を低減し、回転角度を高精度に伝達可能であり、複数の流体ユニットを一体化する際の軸ずれが許容されるため、流体機械の性能を確保できる。
第１実施形態に係る流体機械が設けられた車両の廃熱利用装置の構成を概略的に示す図である。 図１の装置に適用された流体機械の概略的な縦断面図である。 第２実施形態に係る流体機械の概略的な縦断面図である。 第３実施形態に係る流体機械の概略的な縦断面図である。
　図１は、第１実施形態に係る流体機械14を使用するための廃熱利用装置1を示し、廃熱利用装置1は、例えば、車両のエンジン（内燃機関）10から排出される排気ガスの熱を回収する。そのために廃熱利用装置1はランキン回路12を備え、ランキン回路12は、作動流体（熱媒体）が循環する循環路13を有する。循環路13は、例えば管やパイプによって構成される。
　循環路13には、作動流体を流動させるべく、流体機械14のポンプユニット（流体ユニット）16が介挿され、更に、作動流体が流動する方向でみてポンプユニット16の下流には、加熱器18、流体機械14の膨張ユニット（流体ユニット）20及び凝縮器22が順次介挿されている。すなわち、ポンプユニット16は、凝縮器22側にて作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから加熱器18に向けて吐出する。ポンプユニット16から吐出された作動流体は、低温高圧の液状態である。
　加熱器18は熱交換器であって、循環路13の一部を構成する低温流路18aと、低温流路18aとの間で熱交換可能な高温流路18bとを有する。高温流路18bは、例えばエンジン10から延びる排気管24に介挿されている。従って加熱器18を通過するとき、低温高圧の液状態の作動流体は、エンジン10で発生した排気ガスの熱を受け取る。これによって作動流体は加熱され、高温高圧の過熱蒸気状態となる。
　流体機械14の膨張ユニット20は、過熱蒸気状態となった作動流体を膨張させ、これにより作動流体は、高温低圧の過熱蒸気状態になる。凝縮器22は熱交換器であり、膨張ユニット20から流出した作動流体を外気との熱交換によって凝縮させ、低温低圧の液状態にする。具体的には、凝縮器22の近傍には電動ファン（図示せず）が配置され、車両前方からの風や電動ファンからの風によって作動流体は冷却される。凝縮器22で冷却された作動流体は、再びポンプユニット16に吸入され、循環路13を循環する。
　ここで、前述した膨張ユニット20は、作動流体を膨張させるのみならず、作動流体の熱エネルギーをトルク（回転力）に変換して出力可能である。膨張ユニット20から出力されるトルクを利用可能なように、膨張ユニット20には、ポンプユニット16に加え、発電ユニット26が連結されている。発電ユニット26には、発生した電力を使用又は蓄電する、例えばバッテリー等の電気的な負荷28が適当に接続されている。
　また、流体機械14は、トルクを入出力するための動力伝達ユニット30を有し、動力伝達ユニット30は、例えば電磁クラッチである。電磁クラッチは、ECU（電子制御装置）31によって作動させられ、断続的にトルクを伝達可能である。より詳しくは、図２に示したように、膨張ユニット20、発電ユニット26及びポンプユニット16がこの順序で直列に連結されている。
　膨張ユニット20は、旋回機構21を駆動部としたスクロール式の膨張機である。膨張ユニット20のカップ状のケーシング32（膨張ユニット用ケーシング）の開口は、仕切り壁34によって略覆われているが、仕切り壁34の中央には貫通孔が形成されている。膨張ユニット用ケーシング32内には、固定スクロール36が固定され、固定スクロール36の背面側には高圧室38が区画されている。高圧室38は、膨張ユニット用ケーシング32に形成された入口ポート及び入口ポートに接続された循環路13の一部を介して加熱器18と連通している。
　固定スクロール36の正面側には、可動スクロール（回転体、第１の回転体）40が噛み合うように配置されている。固定スクロール36と可動スクロール40との間には、作動流体を膨張させる膨張室42が区画され、可動スクロール40の周囲は、膨張した作動流体を受け入れる低圧室44として区画されている。固定スクロール36の基板の略中央には、導入孔46が貫通して形成され、この導入孔46を通じて固定及び可動スクロール36，40の径方向中央に位置する膨張室42と高圧室38とが連通する。
　径方向中央の膨張室42内で作動流体が膨張すると、膨張室42の容積が増大し且つ膨張室42が固定及び可動スクロール36，40の渦巻壁に沿って径方向外側に移動する。そして、膨張室42は、最終的には低圧室44と連通し、膨張した作動流体が低圧室44に流入する。低圧室44は、図示しない出口ポート及び当該出口ポートに接続された循環路13の一部を通じて、凝縮器22と連通している。
　かかる作動流体の膨張に伴い、可動スクロール40は固定スクロール36に対して公転旋回運動させられるが、この公転旋回運動は旋回機構21によって回転運動に変換される。すなわち、可動スクロール40の基板の背面にはボスが一体に形成され、ボス内には、ニードルベアリング48を介して偏心ブッシュ50が相対回転可能に配置されている。偏心ブッシュ50にはクランクピン52が挿通され、クランクピン52は円盤形状のディスク54から偏心して突出している。ディスク54におけるクランクピン52とは反対側からは同軸にて軸部56が一体に突出し、軸部56は、ボールベアリング等のラジアルベアリング58を介して、仕切り壁34によって回転可能に支持されている。すなわち、可動スクロール40は仕切り壁34によって回転可能に支持され、可動スクロール40の公転旋回運動は、軸部56の回転運動に変換される。
　なお、旋回機構21は、公転旋回運動中の可動スクロール40の自転を阻止するとともにスラスト圧を受けるために、例えばボールカップリング60を有し、ボールカップリング60は、可動スクロール40の基板の外周部と、当該外周部と対向する仕切り壁34の部分との間に配置される。ここで、旋回機構21の作動に伴い固定及び可動スクロール36,40は若干の隙間を有して相互に摺接する。
　詳しくは、固定及び可動スクロール36,40は、それぞれ基板36a,40aと、基板36a,40aの内面に一体に設けられた渦巻きラップ36b,40bとから構成されている。渦巻きラップ36b,40bの先端には、チップシール37がそれぞれ設けられており、これらチップシール37を介して、渦巻きラップ36b,40bと、これらにそれぞれ対向して配置される基板40a，36aとが若干の隙間を有して相互に摺接し、渦巻きラップ36b,40bの渦巻壁が局所で相互に摺接することにより、基板36a,40aの軸線回りに渦巻き状をなす膨張室42が形成される。
　渦巻きラップ36b,40bと、これらにそれぞれ対向して配置される基板40a，36aとの各隙間、すなわち固定及び可動スクロール36,40間の隙間は、膨張ユニット用ケーシング32及び仕切り壁34の結合面間によって確保される。各結合面は膨張ユニット用ケーシング32の端壁32aと仕切り壁34の端壁34aとによって構成され、これら各端壁32a,34a間には、例えば金属製の環状をなす挟み板であるシム39が挟着されている。膨張ユニット用ケーシング32と仕切り壁34とを図示しない連結ボルトによって連結する際に、このシム39の厚みや数量を変えることにより、固定及び可動スクロール36,40間の隙間長が調整され、膨張ユニット20の運転時には、可動スクロール40の固定スクロール36に対する駆動軸72の軸線方向の押圧力が膨張ユニット用ケーシング32側で均等に且つ確実に受容される。
　このような固定及び可動スクロール36,40間の隙間長の調整は、固定スクロール40に対して可動スクロール36が滑らかに公転旋回するか否かの膨張ユニット20の作動評価を目的
としてなされる。
　隙間長の調整方法は、固定及び可動スクロール36,40を互いに仮装着し、図示しないモータなどのトルクセンサ（評価機）を駆動軸72に接続することで駆動軸72を回転させた際の負荷トルクを測定し、この負荷トルクから固定及び可動スクロール36,40間の隙間長を推算する。そして、この負荷トルク測定値から推算された固定及び可動スクロール36,40間の隙間長が上限値と下限値とで規定される隙間許容範囲内であれば固定及び可動スクロール36,40を本装着する。このような流体機械14の製造工程の１つである負荷トルク検査工程により、固定及び可動スクロール36,40間の隙間長が管理される。
　一方、ポンプユニット16は、例えばトロコイド型のポンプであるが、ギヤポンプであってもよい。ポンプユニット16は、両端が開口した円筒状のケーシング（ポンプユニット用ケーシング62）を有し、ポンプユニット用ケーシング62内には、所定の間隔をあけて１組の環状のカバー64が配置されている。これらカバー64の間には内歯（回転体、第２の回転体）66が回転可能に配置され、更に内歯66を囲むように外歯68が固定して配置されている。
　内歯66と外歯68との間には、内歯66の回転に伴い作動流体を昇圧するポンプ室70が区画され、ポンプ室70内には、図示しない吸入ポート及び当該吸入ポートに接続された循環路13の一部を通じて、凝縮器22から作動流体が吸入される。そして、ポンプ室70内で昇圧された作動流体は、図示しない吐出ポート及び当該吐出ポートに接続された循環路13の一部を通じて、加熱器18に向けて吐出される。
　内歯66を回転させるために、内歯66は、駆動軸72に対して一体に回転可能に固定されている。駆動軸72の一端には、後述する動力伝達ユニット30としての電磁クラッチが連結され、駆動軸72の他端には、後述するワンウェイクラッチ95を介して旋回機構21の軸部56が連結されている。
　ここで、駆動軸72には、可動スクロール40と内歯66との軸部にオルダム継手85が設けられている。オルダム継手85は、突起部と溝部との嵌合箇所を滑らせつつ回転駆動力を伝達可能な周知の継手である。駆動軸72の発電ユニット26及び膨張ユニット20側の駆動軸部72Aと駆動軸72のポンプユニット16側の被駆動軸部72Bとの端面にはそれぞれ突起部としてハブ72a,72bが一体に形成、または接合され、各ハブ72a,72b間には各ハブ72a,72bに対向する面にそれぞれ互いに駆動軸72の径方向に直交する位置に溝部87a,87bを有するスライダ87が配置される。なお、膨張ユニット20の作動評価の際に使用されるトルクセンサはハブ72aに接続される。
　このオルダム継手85は、駆動軸部72Aと被駆動軸部72Bとの間の駆動軸72の径方向の変位を許容する一方、駆動軸部72Aと被駆動軸部72Bとの間の偏心や偏角を伴う軸ずれにより発生する駆動軸72の回転角度誤差を低減し、駆動軸部72Aの回転角度を被駆動軸部72Bに高精度に伝達する。このようなオルダム継手85を備えた駆動軸72は、カバー64及びポンプユニット用ケーシング62を貫通しており、ポンプユニット用ケーシング62の開口端に固定された蓋部材74，75も貫通している。蓋部材74は、筒部76とフランジ部78とからなり、蓋部材75は、筒部77とフランジ部79とからなり、フランジ部78,79がポンプユニット用ケーシング62の開口端に接合されている。
　筒部76の内側には、その両端に位置してラジアルベアリング79,80が１つずつ配置され、筒部77の内側には、ラジアルベアリング89が配置され、筒部76,77は、これらラジアルベアリング79,80,89を介して、駆動軸72を回転可能に支持している。また、筒部76の内側には、例えばリップシール等の軸封止部材81が配置され、軸封止部材81は、筒部76内を気密に仕切っている。
　筒部76から突出した駆動軸72の一端に、動力伝達ユニット30としての電磁クラッチが連結されている。具体的には、動力伝達ユニット30は、筒部76の外側にラジアルベアリング82を介して配置されたロータ83を有し、ロータ83の外周面にはプーリ84が固定されている。プーリ84とエンジン10のプーリとの間には、一点鎖線で示すベルト86が架け渡され、例えばエンジン10からの動力供給を受けて、プーリ84及びロータ83は回転可能である。また、ロータ83の内側には、ソレノイド86が配置され、ソレノイド86は、ECU31からの給電により磁場を発生する。
　ロータ83の端面近傍には、環状のアーマチュア88が配置され、アーマチュア88は、板ばね等の弾性部材90を介してボス92に連結されている。ボス92は、駆動軸72の一端にスプライン結合されており、それゆえアーマチュア88は駆動軸72と一体に回転可能である。そして、ソレノイド86の磁場によって、アーマチュア88は、弾性部材90の付勢力に抗しながらロータ83の端面に吸着可能であり、これにより、ロータ83とアーマチュア88との間で動力が伝達可能になる。
　発電ユニット26の円筒状のケーシング（発電ユニット用ケーシング）93は、仕切り壁34とポンプユニット用ケーシング62との間に挟まれており、膨張ユニット用ケーシング32、仕切り壁34、発電ユニット用ケーシング93、ポンプユニット用ケーシング62及び蓋部材74は、相互に連結されることにより、流体機械14のための一つのハウジングを構成している。
　駆動軸72の他端は、仕切り壁34の貫通孔まで達しており、駆動軸72の他端は、ニードルベアリング94を介して、仕切り壁34により回転自在に支持されている。また、駆動軸72の他端の内側には、連結部材としてのワンウェイクラッチ95が固定され、駆動軸72の他端と旋回機構21の軸部56とは、ワンウェイクラッチ95を介して連結されている。　ワンウェイクラッチ95は、軸部56と駆動軸72とが同一方向で回転するときに、軸部56の回転数が駆動軸72の回転数よりも低いときには、軸部56と駆動軸72との間の動力伝達を遮断する。一方ワンウェイクラッチ95は、軸部56の回転数が駆動軸72の回転数よりも高くなろうとすると、軸部56と駆動軸72との間の動力伝達を許容し、軸部56と駆動軸72とが一体に回転する。
　発電ユニット用ケーシング93内を延びる駆動軸72の部分には、回転子（第４の回転体）96が固定され、回転子96は例えば永久磁石からなる。従って、回転子96は、軸部56及び内歯66と同軸上に配置されている。　発電ユニット用ケーシング93の内周面には、回転子96を囲むようにステータが固定され、ステータは、ヨーク98と、ヨーク98に巻回された例えば３組のコイル100とを有する。コイル100は、回転子96の回転に伴い、３相の交流電流を発生するように配線され、発生した交流電流は、図示しない引き出し線を通じて、外部の負荷28に供給される。
　なお、発電ユニット26は、電動機としての機能を有さないため、ヨーク98の形状やコイル100の巻数等は、発電効率が高くなるように構成される。以下、上述した車両の廃熱利用装置1の使用方法について、流体機械14及びランキン回路12の動作を中心に説明する。
＜起動＞
　ランキン回路12を起動させるべく、ECU31が動力伝達ユニット30をオン作動させると、エンジン10の動力が駆動軸72に入力される。駆動軸72の回転に伴い、ポンプユニット16の内歯66が回転し、ポンプユニット16は、上流側にて作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧して下流側にて吐出する。
　これにより循環路13内を作動流体が循環し、作動流体は加熱器18で加熱され、膨張ユニット20で膨張する。ランキン回路12の起動直後は、循環路13内の作動流体の圧力が低いため、可動スクロール40の回転数、換言すれば、旋回機構21の軸部56の回転数は、駆動軸72の回転数よりも低い。このためワンウェイクラッチ95は、軸部56と駆動軸72との間での動力伝達を遮断する。
＜自律運転及び発電＞
　ランキン回路12の起動後、循環路13内の作動流体の圧力が十分に上昇すると、旋回機構21の軸部56の回転数は、駆動軸72の回転数よりも高くなろうとする。自由状態の旋回機構21の軸部56の回転数が駆動軸72の回転数よりも高くなると、ワンウェイクラッチ95はロック状態になり、軸部56と駆動軸72とが一体に回転する。
　そして、軸部56から駆動軸72に伝達されるトルクがポンプユニット16の作動に十分な大きさになると、ECU31は動力伝達ユニット30をオフ作動させ、エンジン10からの動力供給を遮断する。これにより、流体機械14は、膨張ユニット20で発生したトルクを利用してポンプユニット16を作動させる自律運転に移行する。　この一方、駆動軸72の回転に伴い、発電ユニット26の回転子96が回転し、発電ユニット26が交流電流を生成する。交流電流は負荷28に供給され、負荷28によって適当に備蓄又は消費される。負荷28は、交流電流を直流電流に変換する整流器を含んでいてもよい。
＜回生ブレーキ＞
　流体機械14が自律運転に移行した後は、エンジン10の負荷が軽減されるが、車両の制動時や減速時には、ECU31が動力伝達ユニット30をオン作動、即ち電磁クラッチを繋いでもよい。これにより流体機械14は回生ブレーキとしての機能を発揮し、エンジン10に減速のための補助的な負荷が加わるのみならず、発電ユニット26が発電し、車両の運動エネルギーが電力に変換される。
＜その他＞
　また、流体機械14を自律運転に移行させずに、流体機械14のトルクをエンジン10に供給してもよい。すなわち、膨張ユニット20で発生したトルクのうち、ポンプユニット16及び発電ユニット26で消費されるトルクを超える部分を、動力伝達ユニット30を介してエンジン10に出力してもよい。上述したように、第１実施形態の流体機械14では、駆動軸72に、軸部56を介して可動スクロール40が連結され、ポンプユニット16の内歯66が連結されており、駆動軸72の可動スクロール40と内歯66との間における軸部にオルダム継手85が設けられている。これにより、流体機械14の製造時に、膨張ユニット20をポンプユニット16とオルダム継手85にて分離独立させ、膨張ユニット20の作動評価を個別に行うことにより、膨張ユニット20の作動を適切に評価することができるため、流体機械14の性能を確保しつつ生産効率を向上することができる。
　具体的には、旋回機構21の作動を駆動軸72の負荷トルクを測定して評価する際に、駆動軸72の回転に伴いポンプユニット16の内歯66が回転され、この内歯66の回転が摩擦となって負荷トルクの測定結果に誤差が生じることが防止されるため、膨張ユニット20を適切に評価することができる。また、ポンプユニット16に不具合が生じた場合には、ポンプユニット16のみをオルダム継手85にて分離して修理、交換することが可能であり、ポンプユニット16の修理、交換のために流体機械14全体を分解することが回避され、流体機械14のメンテナンス性を向上することができる。
　更に、オルダム継手85は比較的簡単な構造であるため、膨張ユニット20の作動評価において、ハブ72aにトルクセンサを接続する際の芯出し作業を比較的容易に行うことができ、このことは流体機械の更なる生産効率向上に寄与する。更にまた、オルダム継手85は軸の径方向の変位を許容する一方、軸ずれ（偏心、偏角）により発生する回転角度誤差を低減し、回転角度を高精度に伝達可能であり、各ユニット16,20を一体化する際の軸ずれが許容されるため、流体機械14の性能を確保できる。
　図３は、第２実施形態に係る流体機械102を示している。なお、第１実施形態の流体機械14と同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略するか、または符号を省略する。流体機械102は動力伝達装置30を備えておらず、駆動軸部72Bのオルダム継手85側とは反対側の一端にはポンプユニット16の図３には図示しない内歯66が連結されている。
　また、流体機械102はポンプユニット用ケーシング62を備えておらず、ポンプユニット16は発電ユニット用ケーシング93の開口端に１組のカバー64を介して２つの通しボルト104で締結され、各通しボルト104は流体機械102の外側からカバー64の対角をなす位置にて螺進される。一方、カバー64同士は２つの連結ボルト106で締結され、各連結ボルト106は流体機械102の外側から各通しボルト104とは別の対角をなす位置にて螺進される。すなわち、膨張ユニット用ケーシング32、仕切り壁34、発電ユニット用ケーシング93、カバー64が相互に連結されることにより、流体機械102のための一つのハウジングを構成している。
　更に、流体機械102では、オルダム継手85が駆動軸72のラジアルベアリング89よりもポンプユニット16側に配置される。この流体機械102では、動力伝達装置30を備えない場合の流体機械102のハウジングを簡単に構成できる。また、ポンプユニット16の固定は、流体機械102の外側から通しボルト104の締結によって行われ、通しボルト104の締結は連結ボルト106の締結と同方向から行うことができるため、流体機械102の生産効率を更に向上することができる。
　図４は、第３実施形態に係る流体機械108を示している。なお、第１実施形態の流体機械14及び第２実施形態の流体機械102と同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略するか、または符号を省略する。流体機械108は発電ユニット26を備えておらず、これに伴いポンプユニット用ケーシング62が仕切り壁34を介して膨張ユニット用ケーシング32に締結されている。
　また、流体機械108は蓋部材74を備えておらず、代わりにポンプユニット用ケーシング62が蓋部材74の本来存在すべき位置まで延設され、すなわち、膨張ユニット用ケーシング32、仕切り壁34、ポンプユニット用ケーシング62が相互に連結されることにより、流体機械108のための一つのハウジングを構成し、オルダム継手85はポンプユニット用ケーシング62内に位置づけられる。
　更に、ポンプユニット16はポンプユニット用ケーシング62に蓋部材75を介して複数の通しボルト109で締結され、各通しボルト109はポンプユニット用ケーシング62の内側から螺進される。この流体機械108では、発電ユニット26を備えない場合の流体機械108のハウジングを簡単に構成でき、流体機械108の生産効率を更に向上することができる。
　また、ポンプユニット16はポンプユニット用ケーシング62にポンプユニット用ケーシング62の内側、すなわち流体機械108の内側から締結され、第１実施形態の場合に比して流体機械108のハウジングのシール部分が１箇所少なくなるため、作動流体がハウジング外へ漏洩する危険性を低減することができ、流体機械108の信頼性を更に向上することができる。
　本発明は、図示は省略するものの、上述した第１乃至第３実施形態に限定されることはなく種々の変形が可能である。例えば、膨張ユニット20と発電ユニット26との間の駆動軸72の軸部にオルダム継手85を設けても良い。また、仕切り壁34を排除し、膨張ユニット用ケーシング32をポンプユニット用ケーシング62に直接に接合して膨張ユニット用ケーシング32内の容積を拡大し、低圧室44の作動流体が存在する膨張ユニット用ケーシング32内にオルダム継手85を配置して良い。この場合には、仕切り壁34及びラジアルベアリング58が不要となり、流体機械の構成が簡単になるため、流体機械の生産効率を更に向上することができる。
　更に、オルダム継手85に窒化処理等の表面硬化処理を施せば、オルダム継手85の耐久性が向上し、流体機械の信頼性を向上することができて好ましい。更にまた、可動スクロール（回転体、第１の回転体）の公転旋回に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を圧縮してから送出する圧縮ユニット（流体ユニット）を膨張ユニット20やポンプユニット16と連結させた流体機械を構成しても良い。特に圧縮ユニットを膨張ユニット20と連結させる場合には、圧縮ユニット及び膨張ユニット20の双方の旋回機構をオルダム継手85で切り離して個別に作動評価が可能なため、流体機械の生産効率を更に向上することができる。
　また、旋回機構を潤滑するための潤滑油が流れる給油路を駆動軸72に穿設しても良く、特に上述した圧縮ユニットを膨張ユニット20と連結させる場合には、圧縮ユニットと膨張ユニット20との間で潤滑油を循環させることができ、双方の旋回機構をより円滑に潤滑することができて好ましい。更に、第１乃至第３実施形態では、ポンプユニット16はトロコイド型であったが、ポンプユニットの型式は特に限定されない。
　更にまた、ポンプユニット16、発電ユニット26及び膨張ユニット20等の各ユニットの配列は特に限定されない。また、発電ユニット26の代わりに、発電ユニット26にモータとしての機能を持たせたモータジェネレータ（発電駆動ユニット）を用いても良い。このモータジェネレータは、回転子（第５の回転体）を有し、回転子の回転に伴い電力を発生する発電機能を備える一方、回転子を外部電力により回転させ、回転子の回転に伴い駆動軸72を駆動するモータとしても機能させることができる。
　更に、本発明の流体機械は、車両用廃熱利用装置1のランキン回路12に限らず、作動流体が循環するあらゆる冷媒回路に適用可能である。
  車両のエンジン等の内燃機関の廃熱利用システムを構成するランキン回路に用いる流体機械として好適である。
　１４，１０２，１０８　流体機械
　１６　ポンプユニット（流体ユニット）
　２０　膨張ユニット（流体ユニット）
　２６　発電ユニット
　３０　動力伝達ユニット
　４０　可動スクロール（回転体、第１の回転体）
　６６　内歯（回転体、第２の回転体）
　７２　駆動軸
　８５　オルダム継手
　９６　回転子（第４の回転体）

Claims (7)

  1. 　回転体を有し、前記回転体の回転に伴い作動流体の流出入を行う複数の流体ユニットと、前記複数の流体ユニットの前記各回転体が連結される駆動軸とを備え、
    　前記駆動軸の前記回転体間における軸部にオルダム継手を設けることを特徴とする流体機械。
  2. 　前記複数の流体ユニットは、第１の回転体を有し、前記第１の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
  3. 　前記複数の流体ユニットは、第２の回転体を有し、前記第２の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の流体機械。
  4. 　前記複数の流体ユニットは、第３の回転体を有し、前記第３の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を圧縮してから送出する圧縮ユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流体機械。
  5. 　前記駆動軸に連結された第４の回転体を有し、前記第４の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の流体機械。
  6. 　前記駆動軸に連結された第５の回転体を有し、前記第５の回転体の回転に伴い電力を発生する一方、前記第５の回転体を外部電力により回転させ、前記第５の回転体の回転に伴い前記駆動軸を駆動する発電駆動ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の流体機械。
  7. 　前記駆動軸に連結され、前記駆動軸と外部との間にて動力を伝達する動力伝達ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の流体機械。
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