JP2005054585A

JP2005054585A - Compression/expansion machine

Info

Publication number: JP2005054585A
Application number: JP2003205502A
Authority: JP
Inventors: Akihito Yamanochi; 亮人山ノ内; Masahiro Kawaguchi; 真広川口; Masao Iguchi; 雅夫井口; Shingo Enami; 慎吾江波
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2005-03-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compression/expansion machine with a planetary gear mechanism for reducing the driving force of a motor/generator and transmitting it to a compression/expansion mechanism while preventing the associative rotation of a rotor of the motor/generator during driving the compression/expansion mechanism by an external drive source. <P>SOLUTION: The compression/expansion mechanism 43 is functioned as the compression mechanism by drive in a first direction R1, and it is rotated to a second direction R2 when functioned as the expansion mechanism. A shaft 45 connected to the compression/expansion mechanism 43 is connected to an engine Eg via an electromagnetic clutch 52. The driving force of the motor/generator 42 is reduced by the planetary gear mechanism 69 and transmitted to the shaft 45. Between the shaft 45 and a carrier 72 of the planetary gear mechanism 69, a one-way clutch 47 is laid via which a rotating force in the first direction R1 of the carrier 72 is transmitted to the shaft 45 and a rotating force in the direction R1 of the shaft 45 is not transmitted to the carrier 72. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機と膨張機とを兼用する圧縮／膨張機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮／膨張機としては、例えば、車両の空調装置が備える冷凍サイクルと、エンジンの排熱から動力を回収するためのランキンサイクルとで共用されるものが存在する（例えば特許文献１参照。）。この圧縮／膨張機は、エンジンに作動連結された圧縮／膨張機構と、モータ／ジェネレータとを備えている。そして、冷凍サイクルの形成時には、エンジンからの駆動力と、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータからの駆動力とを圧縮／膨張機構の駆動に利用する。また、ランキンサイクルの形成時には、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構が生じる動力によって、ジェネレータとして機能するモータ／ジェネレータで発電を行うようになっている。
【０００３】
前記圧縮／膨張機において、モータ／ジェネレータ（電動モータ）に対してエンジンと同等な圧縮／膨張機構（圧縮機構）の駆動能力を求めると、該モータ／ジェネレータが大型化して圧縮／膨張機の大型化を招くこととなる。逆に、小型のモータ／ジェネレータでも駆動が可能なように、圧縮／膨張機構の吐出容量を小さく設定すると、エンジンの回転速度が低い場合には、圧縮／膨張機構の単位時間当たりの冷媒吐出量を多く確保することができず、クールダウン（急速冷房）能力が低下する問題を生じてしまう。
【０００４】
このような問題を解決するために、例えば図４に示すように、前記モータ／ジェネレータ８１からの駆動力を減速して圧縮／膨張機構８２（図４の態様ではスクロール式が用いられている）に伝達する遊星歯車機構８３を備えることが考えられる。
【０００５】
すなわち、前記圧縮／膨張機構８２にはシャフト８４が一体回転可能に連結されており、該シャフト８４にはエンジン（図示しない）からの駆動力が電磁クラッチ８５を介して伝達される。シャフト８４には、プラネタリギヤ８６のキャリア８７が一体回転可能に固定されている。モータ／ジェネレータ８１のロータ８８には、サンギヤ８９が一体回転可能に連結されている。圧縮／膨張機のハウジング９０には、インターナルギヤ９１が設けられている。
【０００６】
従って、前記電磁クラッチ８５のオフ状態（動力伝達の遮断状態）にて、モータ／ジェネレータ８１が電動モータとして機能してロータ８８が回転駆動されると、サンギヤ８９及びプラネタリギヤ８６を介してキャリア８７が回転される。よって、シャフト８４つまり圧縮／膨張機構８２が、モータ／ジェネレータ８１（ロータ８８）の回転速度よりも減速されて回転駆動される。
【０００７】
このように、前記遊星歯車機構８３を備えることで、小型のモータ／ジェネレータ８１でも圧縮／膨張機構８２を稼働させることができるし、エンジンの回転速度が低い場合においても圧縮／膨張機構８２の単位時間当たりの冷媒吐出量を多く確保することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１５９０１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図４の圧縮／膨張機においては、遊星歯車機構８３のキャリア８７がシャフト８４に固定されている。従って、キャリア８７は、シャフト８４が正逆方向の何れに回転しても該シャフト８４と一体回転される。このため、圧縮／膨張機構８２がエンジンによって駆動される場合には、モータ／ジェネレータ８１のロータ８８が不必要に連れ回りされてしまう。よって、ロータ８８を連れ回りさせる分だけ、エンジンによる圧縮／膨張機の駆動負荷が増大し、車両の燃費が悪化する問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して圧縮／膨張機構に伝達可能な遊星車機構を有するとともに、外部駆動源による圧縮／膨張機構の駆動時において、モータ／ジェネレータのロータが連れ回りすることを防止できる圧縮／膨張機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明の圧縮／膨張機は、ハウジング内に圧縮／膨張機構とモータ／ジェネレータとが収容されている。圧縮／膨張機構は、第１方向への回転駆動により圧縮機構として機能するとともに、膨張機構として機能する際には第２方向へ回転する。ハウジングにはシャフトが回転可能に支持されており、該シャフトは圧縮／膨張機構に一体回転可能に連結されている。シャフトは、ハウジング外に配設された外部駆動源により回転駆動される。
【００１２】
前記外部駆動源とシャフトとの間の動力伝達経路上には、動力伝達を断続可能なクラッチ機構が配設されている。モータ／ジェネレータとシャフトとの間の動力伝達経路上には、遊星車機構が配設されている。遊星車機構は、シャフトに対し遊星車のキャリアが相対回転可能に配置され、モータ／ジェネレータが有するロータに太陽車が一体回転可能に連結され、ハウジングに外側車が設けられてなる。
【００１３】
そして、前記シャフトとキャリアとの間には、ワンウェイクラッチが介在されている。ワンウェイクラッチは、キャリアの第１方向への回転力はシャフトへ伝達するとともに、シャフトの第１方向への回転力はキャリアに伝達しない構造を有している。つまり、ワンウェイクラッチは、シャフトの第２方向への回転力はキャリアに伝達可能である。
【００１４】
さて、前記外部駆動源により圧縮／膨張機が駆動される場合には、クラッチ機構による動力伝達の許容に基づく外部駆動源からの動力の伝達により、シャフトが第１方向に回転され、圧縮／膨張機構が駆動されてガスの圧縮が行われる。ここで、シャフトとキャリアとの間にはワンウェイクラッチが介在されており、該ワンウェイクラッチは、シャフトの第１方向への回転力をキャリアには伝達しない。従って、シャフトの第１方向への回転によってもキャリアが回転することはなく、シャフトの回転にモータ／ジェネレータのロータが連れ回りすることを防止できる。
【００１５】
次に、前記モータ／ジェネレータにより圧縮／膨張機を駆動する場合には、クラッチ機構が動力伝達の遮断状態とされる。電動モータとして機能するモータ／ジェネレータは、ロータつまり遊星車機構の太陽車を第１方向に回転させる。太陽車の第１方向への回転によって遊星車が自転しつつ公転され、キャリアが第１方向に回転される。ワンウェイクラッチは、キャリアの第１方向への回転力をシャフトへ伝達する。従って、シャフトつまり圧縮／膨張機構が、モータ／ジェネレータ（ロータ）の回転速度よりも減速されて第１方向に回転され、圧縮／膨張機構によるガスの圧縮が行われる。
【００１６】
次に、膨張機として機能する前記圧縮／膨張機構により、シャフトが第２方向に回転される。ワンウェイクラッチは、シャフトの第２方向への回転力をキャリアへ伝達する。従って、キャリアが第２方向へ回転され、遊星車は自転しつつ公転される。よって、太陽車つまりモータ／ジェネレータのロータが第２方向に回転され、モータ／ジェネレータで発電が行われる。
【００１７】
以上のように、本発明によれば、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して圧縮／膨張機構に伝達可能な遊星車機構を有することによっても、外部駆動源による圧縮／膨張機構の駆動時には、モータ／ジェネレータのロータが連れ回りすることを防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車両の空調装置が備える冷凍サイクルでは圧縮機として機能し、エンジン（内燃機関）の排熱から動力を回収するためのランキンサイクルでは膨張機として機能する、圧縮／膨張機に具体化した一実施形態について説明する。
【００１９】
（冷凍サイクル）
図１に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、圧縮機として機能する圧縮／膨張機１１を備えている。圧縮／膨張機１１は、低圧室６１の低圧な冷媒（例えばＲ１３４ａ）ガスを吸入して圧縮し高圧室６２へと吐出する。圧縮／膨張機１１の高圧室６２は、配管１２を介してクーラ１５の入口側に接続されている。
【００２０】
前記クーラ１５は、車両のエンジンルームに配設されて外気に曝されている。圧縮／膨張機１１の高圧室６２から導出された高温高圧の冷媒ガスは、配管１２を介してクーラ１５に流入され、該クーラ１５において外気との熱交換によって冷却されることで凝縮して液化する。クーラ１５の出口側には、配管１６を介して蒸発器１７の入口側が接続されている。配管１６の途中には、クーラ１５からの液冷媒を減圧する、減圧装置としての膨張弁１８が配設されている。
【００２１】
前記蒸発器１７は、車室へ向かう図示しない空気吹出しダクトの途中に配設されている。膨張弁１８で減圧された液冷媒は、蒸発器１７において車室へ向かう空気との熱交換により加熱され蒸発されて低圧の冷媒ガスとなる。蒸発器１７の出口側と圧縮／膨張機１１の低圧室６１とは、配管１９を介して接続されている。従って、圧縮／膨張機１１は、蒸発器１７から低圧室６１に導入された低圧冷媒ガスを吸入して圧縮し高圧室６２へと吐出する。圧縮／膨張機１１の高圧室６２から導出された高圧冷媒ガスは、クーラ１５へと送られて上述した冷凍サイクルを繰り返す。
【００２２】
（ランキンサイクル）
図２に示すように、前記車両は、冷凍サイクル（図１参照）の回路構成を部分的に利用してランキンサイクルを形成可能となっている。ランキンサイクルは、膨張機として機能する圧縮／膨張機１１を備えている。圧縮／膨張機１１の低圧室６１は、配管１３を介して前述したクーラ１５の入口側に接続されている。圧縮／膨張機１１の低圧室６１から導出された膨張減圧後の冷媒ガスは、配管１３を介してクーラ１５に流入されて凝縮液化される。
【００２３】
前記クーラ１５の出口側には、ポンプ２１の入口側が配管２２を介して接続されている。ポンプ２１の出口側（吐出側）には、ボイラ２３が有する吸熱器２３ａの入口側が、配管２４を介して接続されている。ポンプ２１は、クーラ１５からの液冷媒をボイラ２３の吸熱器２３ａへと圧送する。
【００２４】
前記ボイラ２３の放熱器２３ｂには、車両のエンジンＥｇを冷却して高温となった冷却水が送られる。吸熱器２３ａでは、放熱器２３ｂの高温冷却水との間での熱交換によって液冷媒が加熱されて、該液冷媒が高温高圧の冷媒ガスとなる。吸熱器２３ａの出口側は、配管２５を介して圧縮／膨張機１１の高圧室６２に接続されている。吸熱器２３ａからの高圧冷媒ガスは、配管２５を介して圧縮／膨張機１１の高圧室６２へ流入する。圧縮／膨張機１１は、流入した高圧冷媒ガスの断熱膨張により動力を発生する。圧縮／膨張機１１で膨張し減圧された冷媒ガスは、該圧縮／膨張機１１の低圧室６１から配管１３を介してクーラ１５へと送られて、上述したランキンサイクルを繰り返す。
【００２５】
以上のように、本実施形態においては、圧縮／膨張機１１及びクーラ１５が、冷凍サイクルとランキンサイクルとで共用されている。また、図示しないが、圧縮／膨張機１１及びクーラ１５の共用を達成するために、冷媒の流路を図１の状態（冷凍サイクル）と図２の状態（ランキンサイクル）とで切り換えることが可能な、流路切換弁等の回路切換構造がその他にも備えられている。従って、図示しないが、配管１２，１３，１６，１９，２２，２４，２５において一部のものについては、それとは異なる部材番号を付した配管と一部又は全体が共用されている。
【００２６】
（圧縮／膨張機の詳細）
図１に示すように、前記圧縮／膨張機１１は、ハウジング４１内にモータ／ジェネレータ４２及び圧縮／膨張機構４３が収容されてなるとともに、ハウジング４１の外側に動力伝達機構４４が取り付けられてなる。動力伝達機構４４は、外部駆動源たるエンジンＥｇと圧縮／膨張機構４３との間の動力伝達経路上に配設されている。
【００２７】
前記圧縮／膨張機構４３は、冷凍サイクルの形成時には、蒸発器１７から低圧冷媒ガスを吸入して圧縮する圧縮機構として機能するとともに、ランキンサイクルの形成時には、ボイラ２３からの高圧冷媒ガスの流入及び膨張により動力を発生する膨張機構として機能する。モータ／ジェネレータ４２は、冷凍サイクルの形成時には、圧縮／膨張機構４３を駆動する電動モータとして機能するとともに、ランキンサイクルの形成時には、圧縮／膨張機構４３により駆動されて発電を行うジェネレータとして機能する。
【００２８】
前記冷凍サイクルの形成時において圧縮／膨張機１１の駆動には、動力伝達機構４４を介したエンジンＥｇからの駆動力と、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータ４２からの駆動力とが切り換えられて用いられる。このように、電動モータとして機能可能なモータ／ジェネレータ４２を備えることで、エンジンＥｇの停止状態でも空調（冷房）が可能となる。従って、本実施形態の冷凍サイクルは、エンジンＥｇが自動停止制御（例えばアイドリングストップ制御）されることのある、アイドリングストップ車やハイブリッド車（エンジンＥｇの他に電動モータも走行駆動源とする車両）に特に好適な態様であると言える。
【００２９】
さて、前記ハウジング４１内には、シャフト４５がベアリング４６，４８を介して回転可能に支持されている。動力伝達機構４４は、エンジンＥｇから動力の供給を受けるプーリ５１と、クラッチ機構としての電磁クラッチ５２とを備えている。プーリ５１は、ハウジング４１に回転可能に支持され、エンジンＥｇからの動力をシャフト４５に伝達する。電磁クラッチ５２は、そのオン（コイル５２ａへの通電。図１参照）により、プーリ５１と、シャフト４５に固定されたハブ５２ｂとの間での動力伝達を許容し、オフ（コイル５２ａの非通電。図２参照）によりこの動力伝達を遮断する周知の構成を有している。電磁クラッチ５２のオン状態では、エンジンＥｇからの駆動力の伝達により、シャフト４５が第１方向Ｒ１に回転される。
【００３０】
前記ハウジング４１内においてシャフト４５の外側には、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４が、シャフト４５を取り囲むようにして配置されている。ロータ５４は、ベアリング７４を介してシャフト４５に相対回転可能に支持されている。ロータ５４は外周部にマグネット５４ａを有している。ハウジング４１の内周面には、モータ／ジェネレータ４２を構成するステータ５５が、ロータ５４のマグネット５４ａを取り囲むようにして固定配置されている。ステータ５５は、コイル５５ａが巻回されたステータコア５５ｂよりなっている。
【００３１】
前記モータ／ジェネレータ４２は、図示しない駆動回路（インバータ）を介したコイル５５ａへの通電に基づいてロータ５４を回転させる、ブラシレスタイプの電動モータとしての機能を有している。また、モータ／ジェネレータ４２は、ロータ５４が回転駆動されることでコイル５５ａに電力を生じさせる、ジェネレータとしての機能を有している。
【００３２】
前記圧縮／膨張機構４３はスクロール式よりなっている。すなわち、圧縮／膨張機構４３は、ハウジング４１に設けられた固定スクロール５７と、シャフト４５に設けられた偏心軸４５ａにより支持された可動スクロール５８とを備えている。
【００３３】
圧縮機として機能する前記圧縮／膨張機構４３は、シャフト４５の第１方向Ｒ１への回転に基づく、可動スクロール５８の固定スクロール５７に対する第１方向Ｒへの旋回（回転）により、両スクロール５７，５８間に区画形成された密閉室５９が、外周側から容積を減少しつつ中心側へ移動され、該密閉室５９での冷媒ガスの圧縮が行われる。また、膨張機として機能する圧縮／膨張機構４３は、中心側の密閉室５９が、冷媒ガスの膨張によって容積を増大しつつ外周側へ移動されることで、可動スクロール５８が固定スクロール５７に対して第２方向Ｒ２に旋回（回転）して、シャフト４５が第２方向Ｒ２へ回転される。
【００３４】
前記ハウジング４１内において可動スクロール５８の外側には、低圧室６１が区画形成されている。前述したように、冷凍サイクルの形成時において低圧室６１には、蒸発器１７からの低圧冷媒ガスが導入される。低圧室６１に導入された低圧冷媒ガスは、外周側の密閉室５９に取り込まれて圧縮に供される。また、ランキンサイクルの形成時において低圧室６１からは、外周側の密閉室５９から排出された膨張減圧後の冷媒ガスがクーラ１５に向けて導出される（図２参照）。
【００３５】
前記ハウジング４１内において固定スクロール５７の背面側には、高圧室６２が区画形成されている。前述したように、冷凍サイクルの形成時において高圧室６２からは、中心側の密閉室５９から吐出された高圧冷媒ガスがクーラ１５に向けて導出される。また、ランキンサイクルの形成時において高圧室６２には、ボイラ２３からの高圧冷媒ガスが導入される。
【００３６】
前記固定スクロール５７の中心部には、中心側の密閉室５９と高圧室６２とを接続するポート５７ａが貫通形成されている。高圧室６２内においてポート５７ａの開口と対向する位置には、リード弁よりなる吐出弁６４が配置されている。ハウジング４１において固定スクロール５７の背面側には、電磁アクチュエータ６６が取り付けられている。吐出弁６４及び該吐出弁６４の開度を当接規定するリテーナ６５は、電磁アクチュエータ６６のプランジャ６６ａに固定支持されている。
【００３７】
前記冷凍サイクルの形成時には、電磁アクチュエータ６６がオフ状態（コイル６６ｂの非通電状態。図１参照）とされる。電磁アクチュエータ６６のオフ状態では、プランジャ６６ａが付勢バネ６６ｃの付勢力によって移動して、該プランジャ６６ａは固定スクロール５７に接近した状態となる。この状態では、吐出弁６４が固定スクロール５７の背面に当接する。従って、吐出弁６４は、中心側の密閉室５９と高圧室６２との圧力差に基づいてポート５７ａを開閉する差圧弁機能を奏する。よって、中心側の密閉室５９の高圧冷媒ガスは、吐出弁６４の作用によって好適なタイミングで高圧室６２に吐出され、例えば高圧室６２から中心側の密閉室５９への冷媒ガスの逆流を防止することができる。
【００３８】
前記ランキンサイクルの形成時には、電磁アクチュエータ６６がオン状態（コイル６６ｂの通電状態。図２参照）とされる。電磁アクチュエータ６６のオン状態では、プランジャ６６ａが、固定鉄心６６ｄとの間に作用する電磁吸引力によって、付勢バネ６６ｃの付勢力に抗して移動する。従って、プランジャ６６ａは、固定スクロール５７から大きく離間した状態となる。この状態では、吐出弁６４の全体が固定スクロール５７から離間して、該吐出弁６４によるポート５７ａの弁機能が失われ、該ポート５７ａは常時開放状態となる。よって、ボイラ２３から高圧室６２に流入した高圧冷媒ガスは、ポート５７ａを介して中心側の密閉室５９に流入され、該密閉室５９での膨張に供される。
【００３９】
前記ハウジング４１内には、遊星車機構としての遊星歯車機構６９が配設されている。遊星歯車機構６９は、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータ４２の回転を減速してシャフト４５に伝達する減速機構である。
【００４０】
すなわち、前記遊星歯車機構６９は、太陽車としてのサンギヤ７０、外側車としてのインターナルギヤ７１、キャリア７２、及び遊星車としての複数のプラネタリギヤ７３からなる周知の構成を有している。サンギヤ７０は、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４に一体回転可能に連結されている。インターナルギヤ７１はハウジング４１に固定されている。キャリア７２は、シャフト４５に対して相対回転可能に配置されている。各プラネタリギヤ７３は、キャリア７２によってそれぞれ回転可能に保持されているとともに、サンギヤ７０とインターナルギヤ７１との間にそれぞれ介在されている。
【００４１】
そして、本実施形態において前記シャフト４５とキャリア７２との間には、ローラ型のワンウェイクラッチ４７が介在されている。
すなわち、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記ワンウェイクラッチ４７は、キャリア７２の内周面においてシャフト４５の周りに等間隔で形成された、複数の収容凹部３３を有している。各収容凹部３３の図面時計周り方向側の端部には、動力伝達面３３ａが形成されている。収容凹部３３内には、シャフト４５と軸線が平行となるようにコロ３４が収容されている。コロ３４は動力伝達面３３ａとの噛み合い位置（図３（ａ）参照）と該位置から外れた位置（図３（ｂ）参照）との間で移動可能となっている。収容凹部３３には、コロ３４を動力伝達面３３ａの噛み合い位置に向けて付勢する付勢バネ３５が、座金３６と共に収容されている。
【００４２】
例えば、図３（ａ）に示すように、前記シャフト４５が第２方向Ｒ２に回転駆動されるか、或いはキャリア７２が第１方向Ｒ１に回転駆動されると、付勢バネ３５の付勢力によってコロ３４が動力伝達面３３ａの噛み合い位置に移動される。従って、動力伝達面３３ａとシャフト４５の外周面との間のクサビ作用によって、シャフト４５とキャリア７２は一体回転される。逆に、図３（ｂ）に示すように、シャフト４５が第１方向Ｒ１に回転駆動されると、コロ３４は付勢バネ３５の付勢力に抗して動力伝達面３３ａの噛み合い位置から離間される。従って、シャフト４５はキャリア７２に対して空転されることとなる。
【００４３】
さて、図１に示すように、前記冷凍サイクルの形成時において、エンジンＥｇにより圧縮／膨張機１１が駆動される場合には、電磁クラッチ５２がオン状態とされる。電磁クラッチ５２がオン状態では、エンジンＥｇからの駆動力の伝達によりシャフト４５が第１方向Ｒ１に回転され、圧縮／膨張機構４３が第１方向Ｒ１に回転駆動されて冷媒ガスの圧縮が行われる。
【００４４】
ここで、前記シャフト４５と遊星歯車機構６９のキャリア７２との間にはワンウェイクラッチ４７が介在されており、該ワンウェイクラッチ４７は、シャフト４５の第１方向Ｒ１への回転力をキャリア７２には伝達しない。従って、シャフト４５の第１方向Ｒ１への回転によってもキャリア７２が回転することはなく、シャフト４５の回転にモータ／ジェネレータ４２のロータ５４が連れ回りすることがない。
【００４５】
次に、前記冷凍サイクルの形成時において、モータ／ジェネレータ４２により圧縮／膨張機１１を駆動する場合には、電磁クラッチ５２がオフ状態とされる。電動モータとして機能するモータ／ジェネレータ４２は、ロータ５４つまり遊星歯車機構６９のサンギヤ７０を第１方向Ｒ１に回転させる。サンギヤ７０の第１方向Ｒ１への回転によって、プラネタリギヤ７３が自転しつつ公転され、キャリア７２が第１方向Ｒ１に回転される。
【００４６】
前記ワンウェイクラッチ４７は、キャリア７２の第１方向Ｒ１への回転力をシャフト４５へ伝達する。従って、シャフト４５つまり圧縮／膨張機構４３が、モータ／ジェネレータ４２（ロータ５４）の回転速度よりも減速されて第１方向Ｒ１に回転駆動され、圧縮／膨張機構４３による冷媒ガスの圧縮が行われる。
【００４７】
次に、図２に示すように、前記ランキンサイクルの形成時には、膨張機として機能する圧縮／膨張機構４３の第２方向Ｒ２への回転により、シャフト４５が第２方向Ｒ２に回転される。ワンウェイクラッチ４７は、シャフト４５の第２方向Ｒ２への回転力をキャリア７２へ伝達する。従って、キャリア７２が第２方向Ｒ２へ回転され、プラネタリギヤ７３は自転しつつ公転される。
【００４８】
よって、前記サンギヤ７０つまりモータ／ジェネレータ４２のロータ５４が、圧縮／膨張機構４３（シャフト４５）の回転速度よりも増速されて第２方向Ｒ２に回転され、モータ／ジェネレータ４２で発電が行われる。モータ／ジェネレータ４２で生じた電力は、図示しないバッテリの充電に用いられる。該バッテリに蓄えられた電力は、エンジンＥｇの稼働や前述した各種電気機器の駆動等に用いられる。
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、前記モータ／ジェネレータ４２からの駆動力を減速して圧縮／膨張機構４３に伝達可能な遊星歯車機構６９を有することによっても、エンジンＥｇによる圧縮／膨張機構４３の駆動時には、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４が連れ回りすることを防止できる。従って、減速機構（遊星歯車機構６９）を備えることでのモータ／ジェネレータ４２の小型化つまりは圧縮／膨張機１１の小型化と、エンジンＥｇがロータ５４を回転駆動しなくともよいことによる車両の燃費向上とを両立することができる。
【００５０】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。○ワンウェイクラッチ４７はローラ型に限定されるものではなく、例えばスプラグ型であってもよい。
【００５１】
○上記実施形態の遊星歯車機構６９を、遊星摩擦車機構に変更すること。遊星摩擦車機構は、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４に一体回転可能に設けられた太陽車としての中心側ローラと、ハウジング４１に固設された外側車としての外側ローラと、シャフト４５に対し相対回転可能に配置されたキャリアと、該キャリアに回転可能に保持されているとともに、中心側ローラと外側ローラとの間に介在された中間ローラ（遊星ローラ）とからなっている。そして、上記実施形態と同様に、キャリアとシャフト４５との間にワンウェイクラッチ４７を介在させること。
【００５２】
○上記実施形態においてクラッチ機構は摩擦式よりなっていたが、これを変更し、クラッチ機構としてパウダクラッチ等の空隙式や、ツースクラッチ等の噛合い式を用いること。
【００５３】
○圧縮／膨張機構はスクロール式に限定されるものではなく、ベーン式やピストン式であってもよい。
○本発明の圧縮／膨張機をハイブリッド車や電気自動車（電動モータのみを走行駆動源とする車両）に適用する場合にあっては、該車両の走行駆動源たる電動モータが圧縮／膨張機の外部駆動源をなすようにしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して圧縮／膨張機構に伝達可能な遊星車機構を有することによっても、外部駆動源による圧縮／膨張機構の駆動時において、モータ／ジェネレータのロータが連れ回りすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮機として機能する状態にある圧縮／膨張機の縦断面図。
【図２】膨張機として機能する状態にある圧縮／膨張機の縦断面図。
【図３】ワンウェイクラッチの断面部分図であって、（ａ）は動力伝達状態を示し、（ｂ）は動力伝達の遮断状態を示す。
【図４】従来の圧縮機の縦断面図。
【符号の説明】
４１…ハウジング、４２…モータ／ジェネレータ、４３…圧縮／膨張機構、４５…シャフト、４７…ワンウェイクラッチ、５２…クラッチ機構としての電磁クラッチ、５４…ロータ、６９…遊星車機構としての遊星歯車機構、７０…太陽車としてのサンギヤ、７１…外側車としてのインターナルギヤ、７２…キャリア、７３…遊星車としてのプラネタリギヤ、Ｅｇ…外部駆動源としてのエンジン、Ｒ１…第１方向、Ｒ２…第２方向。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compressor / expander that serves as both a compressor and an expander.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a compressor / expander, for example, there is one commonly used in a refrigeration cycle provided in an air conditioner of a vehicle and a Rankine cycle for recovering power from exhaust heat of the engine (see, for example, Patent Document 1). ). The compressor / expander includes a compression / expansion mechanism operatively connected to the engine and a motor / generator. When the refrigeration cycle is formed, the driving force from the engine and the driving force from the motor / generator functioning as an electric motor are used for driving the compression / expansion mechanism. Further, when the Rankine cycle is formed, power is generated by a motor / generator functioning as a generator by power generated by a compression / expansion mechanism functioning as an expansion mechanism.
[0003]
In the compressor / expander, when the driving capability of a compression / expansion mechanism (compression mechanism) equivalent to that of the engine is obtained for the motor / generator (electric motor), the motor / generator increases in size and the compressor / expander expands. Will lead to a change. Conversely, if the discharge capacity of the compression / expansion mechanism is set to be small so that it can be driven by a small motor / generator, the refrigerant discharge amount per unit time of the compression / expansion mechanism when the engine speed is low As a result, there is a problem that the cool down (rapid cooling) ability is lowered.
[0004]
In order to solve such a problem, for example, as shown in FIG. 4, the driving force from the motor / generator 81 is decelerated to reduce the compression / expansion mechanism 82 (the scroll type is used in the embodiment of FIG. 4). It is conceivable to include a planetary gear mechanism 83 for transmitting to the motor.
[0005]
That is, a shaft 84 is connected to the compression / expansion mechanism 82 so as to be integrally rotatable, and a driving force from an engine (not shown) is transmitted to the shaft 84 via an electromagnetic clutch 85. A carrier 87 of a planetary gear 86 is fixed to the shaft 84 so as to be integrally rotatable. A sun gear 89 is coupled to the rotor 88 of the motor / generator 81 so as to be integrally rotatable. An internal gear 91 is provided in the housing 90 of the compressor / expander.
[0006]
Accordingly, when the motor / generator 81 functions as an electric motor and the rotor 88 is rotationally driven in the OFF state of the electromagnetic clutch 85 (power transmission is cut off), the carrier 87 is moved via the sun gear 89 and the planetary gear 86. It is rotated. Therefore, the shaft 84, that is, the compression / expansion mechanism 82 is driven to rotate at a speed lower than the rotational speed of the motor / generator 81 (rotor 88).
[0007]
Thus, by providing the planetary gear mechanism 83, the compact motor / generator 81 can operate the compression / expansion mechanism 82, and the unit of the compression / expansion mechanism 82 even when the rotational speed of the engine is low. A large amount of refrigerant discharge per hour can be secured.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-159013
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the compressor / expander of FIG. 4, the carrier 87 of the planetary gear mechanism 83 is fixed to the shaft 84. Therefore, the carrier 87 is rotated integrally with the shaft 84 regardless of whether the shaft 84 rotates in the forward or reverse direction. For this reason, when the compression / expansion mechanism 82 is driven by the engine, the rotor 88 of the motor / generator 81 is unnecessarily rotated. Therefore, there is a problem that the driving load of the compressor / expander is increased by the amount of rotation of the rotor 88, and the fuel consumption of the vehicle is deteriorated.
[0010]
An object of the present invention is to provide a planetary gear mechanism capable of decelerating and transmitting a driving force from a motor / generator to a compression / expansion mechanism, and at the time of driving the compression / expansion mechanism by an external drive source, the rotor of the motor / generator It is an object of the present invention to provide a compressor / expander that can prevent the rotation of the compressor.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the compression / expansion machine according to the first aspect of the present invention houses a compression / expansion mechanism and a motor / generator in a housing. The compression / expansion mechanism functions as a compression mechanism by rotational driving in the first direction, and rotates in the second direction when functioning as an expansion mechanism. A shaft is rotatably supported by the housing, and the shaft is connected to a compression / expansion mechanism so as to be integrally rotatable. The shaft is rotationally driven by an external drive source disposed outside the housing.
[0012]
A clutch mechanism capable of intermittent power transmission is disposed on a power transmission path between the external drive source and the shaft. A planetary gear mechanism is disposed on a power transmission path between the motor / generator and the shaft. In the planetary gear mechanism, the planetary carrier is disposed so as to be relatively rotatable with respect to the shaft, the solar wheel is connected to the rotor of the motor / generator so as to be integrally rotatable, and the outer vehicle is provided in the housing.
[0013]
A one-way clutch is interposed between the shaft and the carrier. The one-way clutch has a structure in which the rotational force in the first direction of the carrier is transmitted to the shaft, and the rotational force in the first direction of the shaft is not transmitted to the carrier. That is, the one-way clutch can transmit the rotational force of the shaft in the second direction to the carrier.
[0014]
When the compressor / expander is driven by the external drive source, the shaft is rotated in the first direction by the transmission of power from the external drive source based on the permission of power transmission by the clutch mechanism, and the compression / expansion is performed. The mechanism is driven to compress the gas. Here, a one-way clutch is interposed between the shaft and the carrier, and the one-way clutch does not transmit the rotational force of the shaft in the first direction to the carrier. Therefore, the carrier does not rotate even when the shaft rotates in the first direction, and the rotation of the shaft of the motor / generator can be prevented from being accompanied by the rotation of the shaft.
[0015]
Next, when the compressor / expander is driven by the motor / generator, the clutch mechanism is in a power transmission cut-off state. The motor / generator functioning as an electric motor rotates the rotor, that is, the solar wheel of the planetary gear mechanism in the first direction. The planetary wheel is revolved while rotating by the rotation of the solar wheel in the first direction, and the carrier is rotated in the first direction. The one-way clutch transmits the rotational force of the carrier in the first direction to the shaft. Accordingly, the shaft, that is, the compression / expansion mechanism is decelerated from the rotational speed of the motor / generator (rotor) and rotated in the first direction, and the compression of the gas by the compression / expansion mechanism is performed.
[0016]
Next, the shaft is rotated in the second direction by the compression / expansion mechanism functioning as an expander. The one-way clutch transmits the rotational force of the shaft in the second direction to the carrier. Accordingly, the carrier is rotated in the second direction, and the planetary car is revolved while rotating. Therefore, the solar wheel, that is, the rotor of the motor / generator is rotated in the second direction, and the motor / generator generates electric power.
[0017]
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the driving force from the motor / generator and transmit it to the compression / expansion mechanism. The rotor of the motor / generator can be prevented from being rotated.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention provides a compressor / expander that functions as a compressor in a refrigeration cycle provided in a vehicle air conditioner and functions as an expander in a Rankine cycle for recovering power from exhaust heat of an engine (internal combustion engine). A specific embodiment will be described.
[0019]
(Refrigeration cycle)
As shown in FIG. 1, the vapor compression refrigeration cycle includes a compressor / expander 11 that functions as a compressor. The compressor / expander 11 sucks and compresses the low-pressure refrigerant (for example, R134a) gas in the low-pressure chamber 61 and discharges it to the high-pressure chamber 62. The high pressure chamber 62 of the compressor / expander 11 is connected to the inlet side of the cooler 15 via the pipe 12.
[0020]
The cooler 15 is disposed in the engine room of the vehicle and exposed to the outside air. The high-temperature and high-pressure refrigerant gas derived from the high-pressure chamber 62 of the compressor / expander 11 flows into the cooler 15 via the pipe 12 and is condensed and liquefied by being cooled by heat exchange with the outside air in the cooler 15. To do. The inlet side of the evaporator 17 is connected to the outlet side of the cooler 15 through the pipe 16. In the middle of the pipe 16, an expansion valve 18 is disposed as a decompression device for decompressing the liquid refrigerant from the cooler 15.
[0021]
The evaporator 17 is disposed in the middle of an air blowing duct (not shown) that goes to the passenger compartment. The liquid refrigerant decompressed by the expansion valve 18 is heated and evaporated by heat exchange with the air toward the passenger compartment in the evaporator 17 to become low-pressure refrigerant gas. The outlet side of the evaporator 17 and the low pressure chamber 61 of the compressor / expander 11 are connected via a pipe 19. Therefore, the compressor / expander 11 sucks the low-pressure refrigerant gas introduced from the evaporator 17 into the low-pressure chamber 61, compresses it, and discharges it to the high-pressure chamber 62. The high-pressure refrigerant gas derived from the high-pressure chamber 62 of the compressor / expander 11 is sent to the cooler 15 to repeat the above-described refrigeration cycle.
[0022]
(Rankine cycle)
As shown in FIG. 2, the vehicle can form a Rankine cycle by partially utilizing the circuit configuration of the refrigeration cycle (see FIG. 1). The Rankine cycle includes a compressor / expander 11 that functions as an expander. The low pressure chamber 61 of the compressor / expander 11 is connected to the inlet side of the cooler 15 described above via the pipe 13. The refrigerant gas after expansion / decompression derived from the low pressure chamber 61 of the compressor / expander 11 flows into the cooler 15 via the pipe 13 and is condensed and liquefied.
[0023]
The inlet side of the pump 21 is connected to the outlet side of the cooler 15 via a pipe 22. The inlet side of the heat absorber 23 a included in the boiler 23 is connected to the outlet side (discharge side) of the pump 21 via a pipe 24. The pump 21 pumps the liquid refrigerant from the cooler 15 to the heat absorber 23 a of the boiler 23.
[0024]
Cooling water that has become a high temperature by cooling the engine Eg of the vehicle is sent to the radiator 23 b of the boiler 23. In the heat absorber 23a, the liquid refrigerant is heated by heat exchange with the high-temperature cooling water of the radiator 23b, and the liquid refrigerant becomes high-temperature and high-pressure refrigerant gas. The outlet side of the heat absorber 23 a is connected to the high pressure chamber 62 of the compressor / expander 11 through the pipe 25. The high-pressure refrigerant gas from the heat absorber 23 a flows into the high-pressure chamber 62 of the compressor / expander 11 through the pipe 25. The compressor / expander 11 generates power by adiabatic expansion of the inflowing high-pressure refrigerant gas. The refrigerant gas expanded and depressurized by the compressor / expander 11 is sent from the low pressure chamber 61 of the compressor / expander 11 to the cooler 15 via the pipe 13 and repeats the Rankine cycle described above.
[0025]
As described above, in the present embodiment, the compressor / expander 11 and the cooler 15 are shared by the refrigeration cycle and the Rankine cycle. Although not shown, in order to achieve common use of the compressor / expander 11 and the cooler 15, the refrigerant flow path can be switched between the state of FIG. 1 (refrigeration cycle) and the state of FIG. 2 (Rankine cycle). Other circuit switching structures such as a flow path switching valve are also provided. Therefore, although not shown in the drawing, some or all of the pipes 12, 13, 16, 19, 22, 24, and 25 are commonly used with pipes having different member numbers.
[0026]
(Details of compression / expansion machine)
As shown in FIG. 1, the compressor / expander 11 includes a housing 41 in which a motor / generator 42 and a compression / expansion mechanism 43 are housed, and a power transmission mechanism 44 is attached to the outside of the housing 41. . The power transmission mechanism 44 is disposed on a power transmission path between the engine Eg as an external drive source and the compression / expansion mechanism 43.
[0027]
The compression / expansion mechanism 43 functions as a compression mechanism that sucks and compresses the low-pressure refrigerant gas from the evaporator 17 when the refrigeration cycle is formed, and flows in the high-pressure refrigerant gas from the boiler 23 when the Rankine cycle is formed. It functions as an expansion mechanism that generates power by expansion. The motor / generator 42 functions as an electric motor that drives the compression / expansion mechanism 43 when the refrigeration cycle is formed, and functions as a generator that generates power by being driven by the compression / expansion mechanism 43 when the Rankine cycle is formed.
[0028]
When the refrigeration cycle is formed, driving of the compressor / expander 11 is switched between driving force from the engine Eg via the power transmission mechanism 44 and driving force from the motor / generator 42 functioning as an electric motor. Used. Thus, by providing the motor / generator 42 that can function as an electric motor, air conditioning (cooling) is possible even when the engine Eg is stopped. Therefore, in the refrigeration cycle of the present embodiment, the engine Eg is subjected to automatic stop control (for example, idling stop control), an idling stop vehicle or a hybrid vehicle (a vehicle that uses an electric motor as a travel drive source in addition to the engine Eg). It can be said that this is a particularly preferred embodiment.
[0029]
In the housing 41, a shaft 45 is rotatably supported via bearings 46 and 48. The power transmission mechanism 44 includes a pulley 51 that receives supply of power from the engine Eg, and an electromagnetic clutch 52 as a clutch mechanism. The pulley 51 is rotatably supported by the housing 41 and transmits power from the engine Eg to the shaft 45. The electromagnetic clutch 52 allows power transmission between the pulley 51 and the hub 52b fixed to the shaft 45 by turning on (energization of the coil 52a, see FIG. 1), and off (non-energization of the coil 52a). (See FIG. 2), this power transmission is cut off. In the ON state of the electromagnetic clutch 52, the shaft 45 is rotated in the first direction R1 by the transmission of the driving force from the engine Eg.
[0030]
A rotor 54 of the motor / generator 42 is disposed outside the shaft 45 in the housing 41 so as to surround the shaft 45. The rotor 54 is supported by the shaft 45 through a bearing 74 so as to be relatively rotatable. The rotor 54 has a magnet 54a on the outer periphery. A stator 55 constituting the motor / generator 42 is fixedly disposed on the inner peripheral surface of the housing 41 so as to surround the magnet 54 a of the rotor 54. The stator 55 includes a stator core 55b around which a coil 55a is wound.
[0031]
The motor / generator 42 has a function as a brushless type electric motor that rotates the rotor 54 based on energization to the coil 55a via a drive circuit (inverter) (not shown). In addition, the motor / generator 42 has a function as a generator that generates electric power in the coil 55a when the rotor 54 is driven to rotate.
[0032]
The compression / expansion mechanism 43 is of a scroll type. That is, the compression / expansion mechanism 43 includes a fixed scroll 57 provided on the housing 41 and a movable scroll 58 supported by an eccentric shaft 45 a provided on the shaft 45.
[0033]
The compression / expansion mechanism 43 functioning as a compressor is configured to turn both scrolls 57, by turning (rotating) the movable scroll 58 in the first direction R with respect to the fixed scroll 57 based on the rotation of the shaft 45 in the first direction R 1. The sealed chamber 59 defined between 58 is moved from the outer peripheral side to the center side while reducing the volume, and the refrigerant gas is compressed in the sealed chamber 59. Further, the compression / expansion mechanism 43 functioning as an expander moves the movable scroll 58 relative to the fixed scroll 57 by moving the sealed chamber 59 on the center side to the outer peripheral side while increasing the volume by expansion of the refrigerant gas. Then, the shaft 45 is rotated (rotated) in the second direction R2, and the shaft 45 is rotated in the second direction R2.
[0034]
A low pressure chamber 61 is defined on the outside of the movable scroll 58 in the housing 41. As described above, the low-pressure refrigerant gas from the evaporator 17 is introduced into the low-pressure chamber 61 when the refrigeration cycle is formed. The low-pressure refrigerant gas introduced into the low-pressure chamber 61 is taken into the outer peripheral side sealed chamber 59 and subjected to compression. Further, at the time of forming the Rankine cycle, the refrigerant gas after expansion / decompression discharged from the outer peripheral side sealed chamber 59 is led out toward the cooler 15 from the low pressure chamber 61 (see FIG. 2).
[0035]
A high pressure chamber 62 is defined in the housing 41 on the back side of the fixed scroll 57. As described above, the high-pressure refrigerant gas discharged from the central sealed chamber 59 is led out toward the cooler 15 from the high-pressure chamber 62 when the refrigeration cycle is formed. Moreover, the high-pressure refrigerant gas from the boiler 23 is introduced into the high-pressure chamber 62 when the Rankine cycle is formed.
[0036]
In the center of the fixed scroll 57, a port 57a for connecting the center-side sealed chamber 59 and the high-pressure chamber 62 is formed to penetrate therethrough. A discharge valve 64 made of a reed valve is disposed in the high pressure chamber 62 at a position facing the opening of the port 57a. An electromagnetic actuator 66 is attached to the back side of the fixed scroll 57 in the housing 41. The discharge valve 64 and the retainer 65 that abuts and defines the opening degree of the discharge valve 64 are fixedly supported by a plunger 66 a of the electromagnetic actuator 66.
[0037]
When the refrigeration cycle is formed, the electromagnetic actuator 66 is turned off (the coil 66b is not energized, see FIG. 1). When the electromagnetic actuator 66 is in the off state, the plunger 66 a is moved by the biasing force of the biasing spring 66 c, and the plunger 66 a is in a state of approaching the fixed scroll 57. In this state, the discharge valve 64 contacts the back surface of the fixed scroll 57. Accordingly, the discharge valve 64 functions as a differential pressure valve that opens and closes the port 57a based on a pressure difference between the sealed chamber 59 and the high pressure chamber 62 on the center side. Therefore, the high-pressure refrigerant gas in the center-side sealed chamber 59 is discharged to the high-pressure chamber 62 at a suitable timing by the action of the discharge valve 64, and for example, backflow of the refrigerant gas from the high-pressure chamber 62 to the center-side sealed chamber 59 is prevented. can do.
[0038]
When the Rankine cycle is formed, the electromagnetic actuator 66 is turned on (the coil 66b is energized, see FIG. 2). In the ON state of the electromagnetic actuator 66, the plunger 66a moves against the urging force of the urging spring 66c by the electromagnetic attractive force acting between the fixed iron core 66d. Accordingly, the plunger 66 a is in a state of being largely separated from the fixed scroll 57. In this state, the entire discharge valve 64 is separated from the fixed scroll 57, the valve function of the port 57a by the discharge valve 64 is lost, and the port 57a is always open. Therefore, the high-pressure refrigerant gas that has flowed from the boiler 23 into the high-pressure chamber 62 flows into the sealed chamber 59 on the center side via the port 57 a and is subjected to expansion in the sealed chamber 59.
[0039]
A planetary gear mechanism 69 as a planetary gear mechanism is disposed in the housing 41. The planetary gear mechanism 69 is a reduction mechanism that reduces the rotation of the motor / generator 42 that functions as an electric motor and transmits the reduced speed to the shaft 45.
[0040]
That is, the planetary gear mechanism 69 has a well-known configuration including a sun gear 70 as a sun wheel, an internal gear 71 as an outer wheel, a carrier 72, and a plurality of planetary gears 73 as planet wheels. The sun gear 70 is coupled to the rotor 54 of the motor / generator 42 so as to be integrally rotatable. The internal gear 71 is fixed to the housing 41. The carrier 72 is disposed so as to be rotatable relative to the shaft 45. Each planetary gear 73 is rotatably held by a carrier 72, and is interposed between the sun gear 70 and the internal gear 71, respectively.
[0041]
In this embodiment, a roller type one-way clutch 47 is interposed between the shaft 45 and the carrier 72.
That is, as shown in FIGS. 3A and 3B, the one-way clutch 47 has a plurality of receiving recesses 33 formed at equal intervals around the shaft 45 on the inner peripheral surface of the carrier 72. doing. A power transmission surface 33a is formed at the end of each housing recess 33 in the clockwise direction of the drawing. A roller 34 is housed in the housing recess 33 so that the shaft 45 and the axis are parallel to each other. The roller 34 is movable between a meshing position with the power transmission surface 33a (see FIG. 3A) and a position deviating from the position (see FIG. 3B). An energizing spring 35 that energizes the roller 34 toward the meshing position of the power transmission surface 33 a is accommodated in the accommodating recess 33 together with the washer 36.
[0042]
For example, as shown in FIG. 3A, when the shaft 45 is rotationally driven in the second direction R2 or the carrier 72 is rotationally driven in the first direction R1, the urging force of the urging spring 35 causes The roller 34 is moved to the meshing position of the power transmission surface 33a. Therefore, the shaft 45 and the carrier 72 are integrally rotated by the wedge action between the power transmission surface 33a and the outer peripheral surface of the shaft 45. On the contrary, as shown in FIG. 3B, when the shaft 45 is rotationally driven in the first direction R1, the roller 34 moves away from the meshing position of the power transmission surface 33a against the urging force of the urging spring 35. Is done. Therefore, the shaft 45 is idled with respect to the carrier 72.
[0043]
As shown in FIG. 1, when the compressor / expander 11 is driven by the engine Eg during the formation of the refrigeration cycle, the electromagnetic clutch 52 is turned on. When the electromagnetic clutch 52 is in the on state, the shaft 45 is rotated in the first direction R1 by the transmission of the driving force from the engine Eg, and the compression / expansion mechanism 43 is rotationally driven in the first direction R1 to compress the refrigerant gas. .
[0044]
Here, a one-way clutch 47 is interposed between the shaft 45 and the carrier 72 of the planetary gear mechanism 69, and the one-way clutch 47 applies a rotational force of the shaft 45 in the first direction R1 to the carrier 72. Do not communicate. Accordingly, the carrier 72 does not rotate even when the shaft 45 rotates in the first direction R <b> 1, and the rotor 54 of the motor / generator 42 does not rotate with the rotation of the shaft 45.
[0045]
Next, when the compressor / expander 11 is driven by the motor / generator 42 when the refrigeration cycle is formed, the electromagnetic clutch 52 is turned off. The motor / generator 42 functioning as an electric motor rotates the rotor 54, that is, the sun gear 70 of the planetary gear mechanism 69 in the first direction R1. Due to the rotation of the sun gear 70 in the first direction R1, the planetary gear 73 is revolved while rotating, and the carrier 72 is rotated in the first direction R1.
[0046]
The one-way clutch 47 transmits the rotational force of the carrier 72 in the first direction R1 to the shaft 45. Therefore, the shaft 45, that is, the compression / expansion mechanism 43 is decelerated from the rotational speed of the motor / generator 42 (rotor 54) and rotationally driven in the first direction R 1, and the refrigerant gas is compressed by the compression / expansion mechanism 43. .
[0047]
Next, as shown in FIG. 2, when the Rankine cycle is formed, the shaft 45 is rotated in the second direction R2 by the rotation of the compression / expansion mechanism 43 functioning as an expander in the second direction R2. The one-way clutch 47 transmits the rotational force of the shaft 45 in the second direction R2 to the carrier 72. Accordingly, the carrier 72 is rotated in the second direction R2, and the planetary gear 73 is revolved while rotating.
[0048]
Therefore, the sun gear 70, that is, the rotor 54 of the motor / generator 42 is rotated at a speed higher than the rotational speed of the compression / expansion mechanism 43 (shaft 45) in the second direction R2, and the motor / generator 42 generates power. . The electric power generated by the motor / generator 42 is used for charging a battery (not shown). The electric power stored in the battery is used for operating the engine Eg, driving the various electric devices described above, and the like.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the compression / expansion by the engine Eg can also be achieved by including the planetary gear mechanism 69 that can reduce the driving force from the motor / generator 42 and transmit it to the compression / expansion mechanism 43. When the mechanism 43 is driven, the rotor 54 of the motor / generator 42 can be prevented from being rotated. Therefore, the motor / generator 42 is downsized by providing the speed reduction mechanism (planetary gear mechanism 69), that is, the compressor / expander 11 is downsized, and the engine Eg does not have to rotate the rotor 54 to drive the vehicle. It is possible to achieve both improved fuel efficiency.
[0050]
For example, the following embodiments can also be implemented without departing from the spirit of the present invention. The one-way clutch 47 is not limited to a roller type, and may be a sprag type, for example.
[0051]
Change the planetary gear mechanism 69 of the above embodiment to a planetary friction wheel mechanism. The planetary friction wheel mechanism is relative to the shaft 45, a center side roller as a solar wheel provided so as to rotate integrally with the rotor 54 of the motor / generator 42, an outer roller as an outer wheel fixed to the housing 41, and the shaft 45. The carrier includes a carrier disposed rotatably, and an intermediate roller (planetary roller) interposed between the center side roller and the outer roller while being rotatably held by the carrier. As in the above embodiment, the one-way clutch 47 is interposed between the carrier and the shaft 45.
[0052]
In the above embodiment, the clutch mechanism is a friction type, but this is changed and a gap type such as a powder clutch or a meshing type such as a tooth clutch is used as the clutch mechanism.
[0053]
The compression / expansion mechanism is not limited to the scroll type, and may be a vane type or a piston type.
In the case where the compressor / expander of the present invention is applied to a hybrid vehicle or an electric vehicle (a vehicle using only an electric motor as a travel drive source), the electric motor serving as the travel drive source of the vehicle is a compressor / expander. You may make it make an external drive source.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention having the above-described configuration, the driving force from the motor / generator can be decelerated and transmitted to the compression / expansion mechanism, and even when the compression / expansion mechanism is driven by the external drive source, It is possible to prevent the motor / generator rotor from being rotated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor / expander in a state of functioning as a compressor.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a compression / expansion machine in a state of functioning as an expander.
FIGS. 3A and 3B are partial cross-sectional views of the one-way clutch, where FIG. 3A shows a power transmission state and FIG. 3B shows a power transmission interruption state.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional compressor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Housing, 42 ... Motor / generator, 43 ... Compression / expansion mechanism, 45 ... Shaft, 47 ... One-way clutch, 52 ... Electromagnetic clutch as clutch mechanism, 54 ... Rotor, 69 ... Planetary gear mechanism as planetary gear mechanism, 70 ... Sun gear as a solar wheel, 71 ... Internal gear as an outer car, 72 ... Carrier, 73 ... Planetary gear as a planetary car, Eg ... Engine as an external drive source, R1 ... First direction, R2 ... Second direction .

Claims

ハウジング内に収容され、第１方向への回転駆動により圧縮機構として機能するとともに、膨張機構として機能する際には第２方向へ回転する圧縮／膨張機構と、
前記ハウジング内に収容されたモータ／ジェネレータと、
前記ハウジングに回転可能に支持されているとともに前記圧縮／膨張機構に一体回転可能に連結され、前記ハウジング外に配設された外部駆動源により回転駆動されるシャフトと、
前記外部駆動源と前記シャフトとの間の動力伝達経路上に配設され、動力伝達を断続可能なクラッチ機構と、
前記シャフトに対し遊星車のキャリアが相対回転可能に配置され、前記モータ／ジェネレータが有するロータに太陽車が一体回転可能に連結され、前記ハウジングに外側車が設けられてなる遊星車機構と、
前記シャフトと前記キャリアとの間に介在され、前記キャリアの第１方向への回転力は前記シャフトへ伝達するとともに、前記シャフトの第１方向への回転力は前記キャリアに伝達しないワンウェイクラッチと
からなることを特徴とする圧縮／膨張機。A compression / expansion mechanism housed in the housing and functioning as a compression mechanism by rotational driving in the first direction, and rotating in the second direction when functioning as an expansion mechanism;
A motor / generator housed in the housing;
A shaft rotatably supported by the housing and connected to the compression / expansion mechanism so as to be integrally rotatable, and driven to rotate by an external drive source disposed outside the housing;
A clutch mechanism disposed on a power transmission path between the external drive source and the shaft, and capable of intermittent power transmission;
A planetary gear mechanism in which a carrier of a planetary vehicle is disposed so as to be relatively rotatable with respect to the shaft, a solar wheel is connected to a rotor of the motor / generator so as to be integrally rotatable, and an outer vehicle is provided in the housing;
A one-way clutch interposed between the shaft and the carrier, wherein the rotational force of the carrier in the first direction is transmitted to the shaft and the rotational force of the shaft in the first direction is not transmitted to the carrier. A compression / expansion machine.