複合流体機械
【課題】圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段によって圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる複合流体機械を提供する。
【解決手段】複合流体機械４０は、冷媒の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部８５と、冷媒を圧縮する圧縮機部６０と、発電機又は電動機として機能するモータ・ジェネレータ５０とを備える。さらに、複合流体機械４０は、対向して配置されたモータ・ジェネレータ５０の駆動軸５１と圧縮機部６０の従動軸４７とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段Ｃをハウジング４１内に備える。そして、ハウジング４１内では、圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５が、この順序で従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向に沿って並設されている。
【解決手段】複合流体機械４０は、冷媒の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部８５と、冷媒を圧縮する圧縮機部６０と、発電機又は電動機として機能するモータ・ジェネレータ５０とを備える。さらに、複合流体機械４０は、対向して配置されたモータ・ジェネレータ５０の駆動軸５１と圧縮機部６０の従動軸４７とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段Ｃをハウジング４１内に備える。そして、ハウジング４１内では、圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５が、この順序で従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向に沿って並設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機と、回転電機の駆動軸と圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段とをハウジング内に備えた複合流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合流体機械として、例えば特許文献１の流体機械が挙げられる。この流体機械は、流体を圧縮する圧縮機部と、外部駆動源の排熱エネルギーによって回転駆動力を発生する膨張機部と、電動機及び発電機の両機能を備える回転電機部とを有している。膨張機部は、圧縮機部及び回転電機部に接続されている。また、圧縮機部と膨張機部との間には、両者の接続状態を切断状態に切替え可能とする切替手段が設けられている。切替手段は、ハウジング内を軸方向全体に亘って延びる駆動軸の端部に固定された吸着板と、圧縮機部の圧縮機軸（従動軸）に固定されたコイルと、からなる電磁クラッチによって形成されている。圧縮機軸は、中空状に形成され、駆動軸が挿通されている。圧縮機軸の先端は、ハウジングの軸方向において吸着板より外側で吸着板に対向するように鍔状に形成されている。そして、駆動軸がハウジングの軸方向に沿って移動し、吸着板が圧縮機軸に吸着されることで駆動軸と圧縮機軸とが接続され、吸着板が圧縮機軸から離間することで駆動軸と圧縮機軸とが切断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１の流体機械は、圧縮機軸が中空状に形成されるとともに、駆動軸が圧縮機軸に挿通されて圧縮機部を貫通する構造となっており、切替手段により圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能とするために、圧縮機部の型式が制限されてしまっていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段によって圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる複合流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の複合流体機械は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機と、対向して配置された前記回転電機の駆動軸と前記圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段と、をハウジング内に備える。そして、前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記切替手段、前記回転電機、及び前記膨張機部がこの順序で前記駆動軸及び従動軸の軸方向に沿って並設されている。
【０００７】
これによれば、ハウジング内において、切替手段は圧縮機部と回転電機との間に介装されるとともに、切替手段は、対向する駆動軸と従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える。したがって、背景技術のように、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内に挿入されるとともに圧縮機部を貫通する構成と異なり、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段により圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる。
【０００８】
また、前記従動軸は第１軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸は一端側が前記従動軸を介して前記ハウジングに支持されるとともに他端側が第２軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸及び前記従動軸のうちいずれか一方に前記軸方向に沿って延びる挿入軸部が突設されるとともに、他方に前記軸方向に沿って凹み前記挿入軸部が挿入される凹部が形成され、さらに、前記凹部内には前記挿入軸部を回転可能に支持する第３軸受が設けられていてもよい。
【０００９】
これによれば、例えば、駆動軸の一端側を、ハウジングに支持された軸受によって回転可能に支持するためには、この軸受用のボス部をハウジングから延設する必要がある。ボス部を延設すると、ハウジングにはボス部を延設するための部位を確保しなければならず、確保した分だけハウジングが駆動軸及び従動軸の軸方向へ大型化してしまう。本発明では、従動軸が第１軸受を介してハウジングに支持されているため、従動軸を安定した状態に支持することができる。また、駆動軸は他端側が第２軸受を介してハウジングに支持され、一端側が第３軸受で回転可能に支持されているため、駆動軸を安定した状態に支持することができる。したがって、駆動軸を支持するためにハウジングに支持された軸受を設ける必要が無くなる。その結果として、ハウジングからボス部を延設する必要が無くなり、ボス部の分だけハウジングを軸方向へ小型化することができる。
【００１０】
また、前記従動軸に前記凹部が形成され、前記駆動軸に前記挿入軸部が突設されていてもよい。これによれば、第３軸受が従動軸内に収容されることになるため、第３軸受を、従動軸を支持する第１軸受に近づけて設けることができ、駆動軸の振れ等により第１軸受まわりに発生するモーメントや負荷を小さくすることができる。
【００１１】
また、前記第１軸受及び第３軸受は、前記従動軸の軸線に対し直交する仮想平面と交わる位置に配置されていてもよい。これによれば、例えば、第１軸受と第３軸受とが仮想平面に交わることなく、軸線の延びる方向（軸方向）に位置ずれして配置されていると、軸方向に沿った両軸受間の距離が長くなり、この距離が長い程、駆動軸が振れやすくなって駆動軸の支持が不安定になってしまう。この場合、駆動軸の支持を安定させるために第１軸受を軸方向へ大型化させる必要が生じてしまう。しかし、本発明では、第１軸受及び第３軸受が仮想平面と交わる位置に配置されているため、第１軸受と第３軸受とが軸方向に近づいている。よって、第１軸受と第３軸受が離間することに基づく駆動軸の振れが抑制され、駆動軸を安定して支持することができる。さらに、駆動軸の支持を安定させるために第１軸受を軸方向へ大型化する必要もないため、ハウジングを軸方向へ小型化することができる。
【００１２】
前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちの一方から外径方向に延出されたクラッチハブと、前記駆動軸及び従動軸のうちの他方から外径方向に延出されたクラッチロータと、前記クラッチハブに一体化されるとともに前記軸方向において前記クラッチハブに対向して配置されたアーマチャと、からなり、前記クラッチハブと前記アーマチャとが電磁力によって結合されるように構成された電磁クラッチよりなり、前記クラッチハブと前記アーマチャの結合状態では前記クラッチハブと前記クラッチロータとが当接可能に形成されていてもよい。
【００１３】
これによれば、電磁力によってクラッチハブとアーマチャが結合されると、駆動軸の回転が従動軸に伝達され、圧縮機部が駆動されると、圧縮機部からの圧縮反力が従動軸に作用する。この圧縮反力により従動軸が傾こうとするが、クラッチロータがクラッチハブに当接するため、従動軸の傾きが防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段によって圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は第１の実施形態の複合流体機械を示す縦断面図、（ｂ）は従動軸と駆動軸の支持構造を示す拡大図。
【図２】第１の実施形態の車両用排熱回収システムを示す模式図。
【図３】（ａ）は第２の実施形態の複合流体機械の一部を示す縦断面図、（ｂ）はクラッチハブとクラッチロータを示す部分拡大図。
【図４】従動軸と駆動軸の支持構造の別例を示す拡大図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はクラッチハブとクラッチロータの別例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
まず、本実施形態の複合流体機械４０を備えた車両用排熱回収システム１１の全体構成について説明する。図２に示すように、車両用排熱回収システム１１は、排熱源としてのエンジン１２を備えるとともに、別々のサイクルで構成された冷凍サイクル装置３０と、ランキンサイクル装置２０とを併せ持つ。冷凍サイクル装置３０の回路には、車両空調用のために冷凍サイクル用作動流体としての冷媒が循環し、ランキンサイクル装置２０の回路には、エンジン１２からの排熱によって加熱されるランキンサイクル用作動流体としての冷媒が循環する。そして、車両用排熱回収システム１１において、複合流体機械４０は、ランキンサイクル装置２０の一部及び冷凍サイクル装置３０の一部を構成している。
【００１７】
次に、複合流体機械４０について説明する。なお、以下の説明において、複合流体機械４０の「前」及び「後」は、図１（ａ）に示す矢印Ｙの方向を前後方向とする。
図１（ａ）に示すように、複合流体機械４０のハウジング４１は、筒状をなすセンタハウジング４２と、このセンタハウジング４２の前端（一端）に接合されたフロントハウジング４３と、センタハウジング４２の後端（他端）に隔壁部４４を介して接合されたリヤハウジング４５を備えている。
【００１８】
センタハウジング４２内には回転電機としてのモータ・ジェネレータ５０が収容されている。モータ・ジェネレータ５０は駆動軸５１を有する。駆動軸５１には、モータロータ５０ａが駆動軸５１と一体回転可能に固定されている。また、センタハウジング４２の内周面には、ステータ５０ｂがモータロータ５０ａを取り囲むように固定されている。そして、モータ・ジェネレータ５０は、ステータ５０ｂのコイル５０ｃへの給電によりモータロータ５０ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ５０ａが回転されることでステータ５０ｂのコイル５０ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。図２に示すように、モータ・ジェネレータ５０にはインバータ９０を介してバッテリ９１が接続され、モータ・ジェネレータ５０で生じた電力はインバータ９０を介してバッテリ９１に蓄電されるようになっている。また、インバータ９０には、複合流体機械４０を全般に亘って制御する制御部９２が接続されている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、センタハウジング４２内の前側（一側）には、ハウジング４１の一部を構成する支持ブロック４２ｂが固設されている。支持ブロック４２ｂには、従動軸４７の軸方向中央部が第１軸受４８によって回転可能に支持されている。よって、従動軸４７は、第１軸受４８を介してハウジング４１に支持されている。なお、第１軸受４８は、転動体４８ａが従動軸４７の軸方向へ複数列並設されてなる複列タイプである。この従動軸４７と駆動軸５１とは、従動軸４７の中心軸Ｌ１と駆動軸５１の中心軸Ｌ２とが同軸上に位置するように対向して配置されている。
【００２０】
そして、図１（ｂ）に示すように、駆動軸５１及び従動軸４７のうちのいずれか一方としての駆動軸５１の前端面からは、駆動軸５１の軸方向に沿って延びる挿入軸部５１ａが突設されている。また、駆動軸５１及び従動軸４７のうちの他方としての従動軸４７の後端面には、凹部４７ａが、従動軸４７の軸方向に沿って前方へ凹むように形成されるとともに、この凹部４７ａ内には第３軸受４７ｂが装着されている。そして、凹部４７ａ内に挿入軸部５１ａが挿入されるとともに、挿入軸部５１ａは第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されている。
【００２１】
よって、図１（ａ）に示すように、駆動軸５１は、前端側（軸方向一端側）が、第１軸受４８によって支持された従動軸４７を介してハウジング４１に支持されている。また、駆動軸５１は、後端側（軸方向他端側）が、隔壁部４４に設けられた第２軸受４４ｂを介してハウジング４１に支持されている。したがって、駆動軸５１は、第３軸受４７ｂと第２軸受４４ｂとによって軸方向の両端側が回転可能に支持されている。
【００２２】
駆動軸５１及び従動軸４７のうちの一方としての駆動軸５１の前端部には、クラッチハブ５２が駆動軸５１の外径方向に延出されるとともに駆動軸５１と一体回転可能に固定されている。クラッチハブ５２は、駆動軸５１に固着される筒部５２ａと、この筒部５２ａに一体化され駆動軸５１と同心円状に延びる円板状のハブ部５２ｂとから形成されている。クラッチハブ５２は、筒部５２ａの一部が、モータ・ジェネレータ５０におけるコイル５０ｃの内側に入り込むとともに、ハブ部５２ｂがコイル５０ｃより僅かに前側へ離れるように駆動軸５１に固定されている。
【００２３】
ハブ部５２ｂの外周面にはスプリングクラッチ５３の一端が止着されている。このスプリングクラッチ５３は、駆動軸５１の回転方向に巻締められてなるコイルばねである。また、ハブ部５２ｂの前端面には磁性材よりなる円環状のアーマチャ５４が支持されるとともに、スプリングクラッチ５３の他端は、アーマチャ５４に止着されている。そして、ハブ部５２ｂの外周にスプリングクラッチ５３が巻装されている。
【００２４】
駆動軸５１及び従動軸４７のうちの他方としての従動軸４７の後端部にはクラッチロータ４９が、従動軸４７の外径方向に延出されるとともに従動軸４７と一体回転可能に固定されている。クラッチロータ４９は磁性材よりなり、従動軸４７から前方に向かって傾斜して延びる腕部４９ａと、この腕部４９ａの先端側に形成された連結部４９ｂと、この連結部４９ｂを介して腕部４９ａに連結された連結筒部４９ｃとからなる。クラッチロータ４９において、連結筒部４９ｃより内側には電磁コイル５５が収容されている。電磁コイル５５は、クラッチロータ４９内に遊嵌状態で収容され、電磁コイル５５はクラッチロータ４９と一体に回転しないようになっている。また、電磁コイル５５は支持ブロック４２ｂを介してセンタハウジング４２に固定されている。
【００２５】
そして、クラッチハブ５２は、クラッチロータ４９の連結筒部４９ｃによって取り囲まれるとともに、スプリングクラッチ５３の外周面は連結筒部４９ｃの内周面に相対向する位置に配設されている。また、アーマチャ５４がスプリングクラッチ５３によって支持された状態では、アーマチャ５４はクラッチロータ４９におけるスプリングクラッチ５３側の端面（前端面）に対向配置されている。
【００２６】
スプリングクラッチ５３は、アーマチャ５４がクラッチロータ４９に吸引されていない状態では、クラッチハブ５２の外周面の外径より大径をなすとともに連結筒部４９ｃの内周面の内径より小径をなし、スプリングクラッチ５３は両周面から離間している。そして、電磁コイル５５が励磁されると、その電磁力に基づく吸引力がアーマチャ５４に作用される。すると、アーマチャ５４は、従動軸４７の軸方向に沿ってクラッチロータ４９側へ移動し、クラッチロータ４９とアーマチャ５４とが吸着（結合）されると同時に、アーマチャ５４はハブ部５２ｂに対して相対回動する。
【００２７】
その結果、スプリングクラッチ５３が拡径し、スプリングクラッチ５３の外周面が連結筒部４９ｃの内周面に圧接する。すると、スプリングクラッチ５３を介してクラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが対向する端部同士で接続状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７に伝達されるようになっている。
【００２８】
一方、電磁コイル５５への給電が停止されると、アーマチャ５４は、ハウジング４１の軸方向に沿ってクラッチロータ４９から離間する方向へ移動する。このとき、スプリングクラッチ５３は拡径状態から縮径するように巻締められる。その結果、連結筒部４９ｃの内周面に対するスプリングクラッチ５３の圧接状態が解除され、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９が非結合状態となる。よって、従動軸４７と駆動軸５１とが切断状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７へ伝達不可能となる。そして、本実施形態では、クラッチハブ５２と、スプリングクラッチ５３と、アーマチャ５４と、クラッチロータ４９と、電磁コイル５５とから、従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段Ｃが構成されている。
【００２９】
複合流体機械４０において、センタハウジング４２内における支持ブロック４２ｂより前側の空間と、フロントハウジング４３との間には、スクロール式の圧縮機部６０が設けられている。圧縮機部６０において、従動軸４７の前端には、従動軸４７の中心軸Ｌ１に対して偏心した位置に偏心軸６１が設けられるとともに、偏心軸６１は従動軸４７の回転により従動軸４７の中心軸Ｌ１の周りを公転するようになっている。偏心軸６１にはブッシュ６２が固定されるとともに、ブッシュ６２は偏心軸６１と共に従動軸４７の中心軸Ｌ１の周りを公転するようになっている。このブッシュ６２には軸受装置６３を介して可動スクロール６４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト６５が固定されている。
【００３０】
可動スクロール６４は、軸受装置６３に支持された円盤状をなす可動側端板６４ａと、この可動側端板６４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁６４ｂとからなる。また、センタハウジング４２内には固定スクロール６７が可動スクロール６４と対向するように固設されている。固定スクロール６７は、円盤状をなす固定側端板６７ａと、この固定側端板６７ａから可動スクロール６４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁６７ｂとを一体に備えている。そして、可動スクロール６４の可動側渦巻壁６４ｂと、固定スクロール６７の固定側渦巻壁６７ｂとは互いに噛み合わされて容積変更可能な作動室６８を区画する。
【００３１】
また、固定スクロール６７における固定側端板６７ａの中央部には吐出口６７ｃが形成されるとともに、この吐出口６７ｃは吐出弁６９により開閉可能になっている。固定側端板６７ａとフロントハウジング４３との間には、吐出チャンバ７０が区画されるとともに、この吐出チャンバ７０には吐出口６７ｃを介して圧縮後の作動室６８に連通している。また、フロントハウジング４３には、吐出チャンバ７０に連通する吐出ポート４３ａが形成されている。さらに、固定スクロール６７の内周面と、可動スクロール６４における可動側渦巻壁６４ｂの最外周面との間には吸入チャンバＳが区画形成されるとともに、フロントハウジング４３には吸入チャンバＳに連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３２】
リヤハウジング４５内には、隔壁部４４に対向するように第１サイドプレート７１が固設されるとともに、第２サイドプレート７２が第１サイドプレート７１と対向するように、ハウジング４１の後側（軸方向他側）へ間隔を空けて固設されている。そして、駆動軸５１は、隔壁部４４及び第１サイドプレート７１を貫通している。また、隔壁部４４と第１サイドプレート７１との間にはポンプ室７４が区画されるとともに、ポンプ室７４内にはポンプ従動軸（図示せず）に取着された従動ギヤ（図示せず）と、駆動軸５１に取着された主動ギヤ７３が配設されている。そして、ポンプ室７４と、従動ギヤと、主動ギヤ７３とからギヤポンプ７５が形成されている。
【００３３】
複合流体機械４０のリヤハウジング４５内には膨張機部８５が設けられている。リヤハウジング４５において、第１サイドプレート７１と第２サイドプレート７２の間には筒状をなすシリンダブロック７７が収容されている。シリンダブロック７７内において、駆動軸５１には円筒状をなすロータ７９が駆動軸５１と一体回転可能に止着されるとともに、ロータ７９の外周面には、ロータ７９の軸方向全体に亘って延びるベーン８０が出没可能に収容されている。そして、駆動軸５１の回転に伴うロータ７９の回転によってベーン８０の先端面がシリンダブロック７７の内周面に接触すると、ロータ７９の外周面と、シリンダブロック７７の内周面と、隣り合うベーン８０と、第１及び第２サイドプレート７１，７２との間に作動室８１が区画されるようになっている。
【００３４】
また、膨張機部８５において、リヤハウジング４５と第２サイドプレート７２との間には吐出空間８６が区画されるとともに、リヤハウジング４５には吐出空間８６に連通する吐出ポート８７が形成されている。また、膨張機部８５において、リヤハウジング４５には作動室８１に連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３５】
そして、上記構成の複合流体機械４０において、ハウジング４１内では、従動軸４７及び駆動軸５１の中心軸Ｌ１，Ｌ２の延びる方向（軸方向）に沿って前側から後側に向かって圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５の順序で並設されている。すなわち、圧縮機部６０とモータ・ジェネレータ５０の間に切替手段Ｃが介装されている。
【００３６】
次に、上記複合流体機械４０を備えた車両用排熱回収システム１１におけるランキンサイクル装置２０及び冷凍サイクル装置３０について説明する。図２に示すように、冷凍サイクル装置３０は、複合流体機械４０における圧縮機部６０、凝縮器３４、膨張弁３９、及び、蒸発器３５とを順次接続してなる回路を備える。
【００３７】
上記冷凍サイクル装置３０において、圧縮機部６０の吐出ポート４３ａには圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４が接続されている。そして、圧縮機部６０で高温高圧に圧縮された冷媒は圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４に導入され、凝縮器３４で冷却される。凝縮器３４の吐出側には流路３３を介して蒸発器３５が接続されるとともに、流路３３上には膨張弁３９が設けられている。そして、膨張弁３９は、凝縮器３４で冷却された冷媒を減圧膨張させ、蒸発器３５は膨張弁３９によって減圧された冷媒を蒸発させる。
【００３８】
また、蒸発器３５の吐出側には、圧縮側吸入流路３１を介して圧縮機部６０が接続されるとともに圧縮側吸入流路３１上には逆止弁３７が設けられ、逆止弁３７は蒸発器３５側から圧縮機部６０側のみに冷媒が流れることを許容する。そして、冷媒は、圧縮機部６０で圧縮された後、凝縮器３４、膨張弁３９、蒸発器３５、及び逆止弁３７を通過して圧縮機部６０に吸入され、冷凍サイクル装置３０の回路を循環するようになっている。
【００３９】
一方、ランキンサイクル装置２０は、複合流体機械４０の膨張機部８５、凝縮器２３、複合流体機械４０のギヤポンプ７５、蒸発器としての第１ボイラ２６、及び第２ボイラ２７を、順次接続してなる回路を備えている。
【００４０】
ランキンサイクル装置２０を詳細に説明すると、ギヤポンプ７５におけるポンプ室７４の吐出側には第１流路２１ａを介して第１ボイラ２６の吸熱器２６ａが接続されている。第１ボイラ２６は、吸熱器２６ａに加え放熱器２６ｂを備える。この放熱器２６ｂは、エンジン１２に接続された冷却水循環経路１３上に設けられている。冷却水循環経路１３上にはラジエータ１３ａが設けられている。そして、車両のエンジン１２を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路１３を循環して放熱器２６ｂ及びラジエータ１３ａで放熱する。
【００４１】
第１ボイラ２６の吸熱器２６ａの吐出側には接続通路２１ｃを介して第２ボイラ２７の吸熱器２７ａが接続されている。第２ボイラ２７は、吸熱器２７ａに加え放熱器２７ｂを備える。この放熱器２７ｂは、エンジン１２に接続された排気通路１４上に設けられている。そして、エンジン１２からの排気は、放熱器２７ｂで放熱した後、マフラ１５から排気される。よって、ギヤポンプ７５から吐出された冷媒は、第１及び第２ボイラ２６，２７の吸熱器２６ａ，２７ａと放熱器２６ｂ，２７ｂとの間での熱交換によりエンジン１２からの排熱によって加熱される。
【００４２】
第２ボイラ２７の吸熱器２７ａの吐出側には、膨張側吸入流路２２ａを介して膨張機部８５における吸入ポートが接続され、第１及び第２ボイラ２６，２７で加熱された高温高圧の冷媒は膨張側吸入流路２２ａを介して膨張機部８５に導入されるようになっている。膨張機部８５の吐出ポート８７には、膨張側吐出流路２２ｂを介して凝縮器２３が接続されている。そして、膨張機部８５で膨張した低圧の冷媒は、膨張側吐出流路２２ｂを介して凝縮器２３へ吐出されるようになっている。凝縮器２３の吐出側には第２流路２１ｂを介してギヤポンプ７５のポンプ室７４が接続されている。
【００４３】
そして、ランキンサイクル装置２０では、冷媒は、ギヤポンプ７５のポンプ作用により、膨張機部８５、凝縮器２３、ポンプ室７４、第１ボイラ２６、及び第２ボイラ２７を通過してランキンサイクル装置２０の回路を循環するようになっている。
【００４４】
次に、上記車両用排熱回収システム１１の作用について説明する。
さて、車両のエンジン１２が駆動されると、第１ボイラ２６及び第２ボイラ２７において、吸熱器２６ａ，２７ａと放熱器２６ｂ，２７ｂとの間での熱交換により、冷媒がエンジン１２からの排熱によって加熱される。加熱後の高圧の冷媒は、膨張側吸入流路２２ａを介して吸入ポート（図示せず）から膨張機部８５の作動室８１に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部８５が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。すなわち、この駆動力によってロータ７９が回転し、モータ・ジェネレータ５０の駆動軸５１が回転されるとともにギヤポンプ７５が駆動される。
【００４５】
このとき、エンジン１２からの排熱量が大きく、膨張機部８５からの出力により、駆動軸５１が予め設定された所定回転数を越えて回転する場合には、モータ・ジェネレータ５０を発電機として機能させて駆動軸５１の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越える出力は電力に変換され、インバータ９０を介してバッテリ９１に充電される。
【００４６】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒は、吐出空間８６に吐出された後、吐出ポート８７を介して膨張側吐出流路２２ｂへ吐出される。膨張側吐出流路２２ｂへ吐出された冷媒は、凝縮器２３を通過し、第２流路２１ｂを介してポンプ室７４に導入される。そして、膨張機部８５からの出力により駆動されるギヤポンプ７５により、ポンプ室７４に導入された冷媒は第１ボイラ２６及び第２ボイラ２７へ供給される。したがって、エンジン１２が駆動されている間は、冷媒はランキンサイクル装置２０の回路を循環する。
【００４７】
ランキンサイクル装置２０の回路を冷媒が循環している状態において、エアコンスイッチ（図示せず）をＯＮする。すると、制御部９２は、電磁コイル５５を励磁させ、スプリングクラッチ５３によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２とを結合させ、従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態とする。すると、圧縮機部６０が駆動される。従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態としたとき、その接続による負荷によりモータ・ジェネレータ５０の回転数が低下しようとする。このとき、エアコン要求を満たすため、従動軸４７を要求された回転数で回転させるために、制御部９２はバッテリ９１からインバータ９０を介してモータ・ジェネレータ５０に給電し、モータ・ジェネレータ５０を電動機として機能させる。
【００４８】
すると、モータ・ジェネレータ５０の駆動力によって駆動軸５１が回転するとともに従動軸４７がエアコン要求を満たすための回転数で回転し圧縮機部６０が駆動される。すなわち、圧縮機部６０が駆動される際、必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ５０により負担される。なお、膨張機部８５からの出力により、圧縮機部６０がエアコン要求を満たすための回転数で回転可能になると、制御部９２はモータ・ジェネレータ５０への給電を停止し、その後、圧縮機部６０は膨張機部８５からの出力により駆動される。
【００４９】
そして、圧縮機部６０が駆動されると、可動スクロール６４が固定スクロール６７に対して旋回して圧縮側吸入流路３１から吸入チャンバＳ内に冷媒が吸入され、さらに、可動スクロール６４の旋回に伴い作動室６８の冷媒が圧縮される。そして、圧縮機部６０の作動室６８で圧縮された冷媒は、所定の圧力まで圧縮されると吐出弁６９を押し退けて吐出口６７ｃから吐出チャンバ７０に吐出される。さらに、圧縮された冷媒は、圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４へ吐出され、凝縮器３４で凝縮された後、膨張弁３９で減圧される。さらに、膨張弁３９を通過した冷媒は、蒸発器３５で気化され、逆止弁３７を経由して圧縮側吸入流路３１から圧縮機部６０の吸入チャンバＳに吸入される。
【００５０】
エアコンスイッチがＯＦＦされる、又はエアコンによる圧縮機部６０の駆動要求がない場合は、制御部９２は電磁コイル５５への給電を停止し、クラッチロータ４９とクラッチハブ５２との結合状態が切断状態となる。すると、圧縮機部６０の駆動が停止される。
【００５１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）複合流体機械４０のハウジング４１内には、従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向に沿って前側から後側に向けて圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５の順序で並設されている。そして、切替手段Ｃは、従動軸４７の後端部に設けられたクラッチロータ４９と駆動軸５１の前端部に設けられたクラッチハブ５２とで両軸４７，５１を接続状態又は切断状態に切り替える。このため、背景技術のように、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内に挿入されるとともに圧縮機部６０を貫通する構成と異なり、圧縮機部６０の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段Ｃにより圧縮機部６０と膨張機部８５とを切替え可能にすることができる。また、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内の全体に亘って挿入される構成と比べると、切替手段Ｃを両軸４７，５１の径方向へ小型化することができ、その切替手段Ｃを収容するハウジング４１を両軸４７，５１の径方向へ小型化することができる。その結果として、複合流体機械４０の車両への搭載性を向上させることができる。
【００５２】
（２）切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２は、筒部５２ａがモータ・ジェネレータ５０のコイル５０ｃ内に一部が入り込むように駆動軸５１に固定されている。さらに、クラッチロータ４９は、腕部４９ａが前側へ傾斜するように延びるように形成されている。よって、圧縮機部６０とモータ・ジェネレータ５０との間に切替手段Ｃが介装されていても、クラッチハブ５２の駆動軸５１への固定位置、及びクラッチロータ４９の形状を調整することで、ハウジング４１を従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向へ小型化することができる。
【００５３】
（３）従動軸４７は第１軸受４８を介してハウジング４１に回転可能に支持されている。この従動軸４７の後端面には凹部４７ａが形成されるとともに、凹部４７ａには第３軸受４７ｂが設けられている。そして、駆動軸５１は、その前端側に突設された挿入軸部５１ａが、凹部４７ａ内の第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されることにより前端側が支持されるとともに、後端側が第２軸受４４ｂを介してハウジング４１に回転可能に支持されている。このため、ハウジング４１には、駆動軸５１の前端側を支持する軸受用のボス部を延設する必要がなく、ボス部を形成した場合と比較して、ハウジング４１を従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向へ小型化することができる。
【００５４】
（４）従動軸４７は、その後端より前端寄りが第１軸受４８によって回転可能に支持されている。そして、駆動軸５１の前端面に形成された挿入軸部５１ａが、従動軸４７の後端面に凹設された凹部４７ａに挿入されている。このため、挿入軸部５１ａを支持する第３軸受４７ｂを、従動軸４７を支持する第１軸受４８に近づけて設けることができ、駆動軸５１の振れ等により第１軸受４８まわりに発生するモーメントや負荷を小さくすることができる。
【００５５】
（５）切替手段Ｃは、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とをスプリングクラッチ５３によって結合する。このスプリングクラッチ５３は、その拡径によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２とを連結し、縮径によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２の連結を解除するが、径方向への大きさが不変の連結筒部４９ｃ内でスプリングクラッチ５３が拡径又は縮径する。よって、切替手段Ｃは、その構成部材が従動軸４７及び駆動軸５１の径方向及び軸方向へ大きく移動するタイプではないため、径方向さらには軸方向へのハウジング４１の小型化に寄与することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、第１軸受４８は、転動体４８ａが従動軸４７の軸方向へ１列だけ設けられてなる単列タイプである。従動軸４７の凹部４７ａ内には、駆動軸５１の挿入軸部５１ａが挿入されるとともに、挿入軸部５１ａは凹部４７ａ内の第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されている。凹部４７ａは、その内底面が第１軸受４８の前端面（一端面）と同一平面上に位置するように形成されている。
【００５８】
第３軸受４７ｂは、凹部４７ａにおいて第１軸受４８の内周面と対応する位置に配設されている。そして、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、従動軸４７の中心軸Ｌ１の延びる方向に沿った長さが同じになっている。ここで、中心軸Ｌ１に対し直交する平面を仮想平面Ｈとした場合、第１軸受４８と第３軸受４７ｂは、仮想平面Ｈが第１軸受４８の転動体４８ａの中心点及び第３軸受４７ｂにおける軸方向の中間点を通過する位置に配置されている。
【００５９】
切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２のハブ部５２ｂには、第１の実施形態におけるスプリングクラッチ５３が設けられず、アーマチャ５４のみが支持されている。アーマチャ５４は円環状をなすとともにクラッチロータ４９に対向配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、クラッチロータ４９における連結筒部４９ｃは、その内周面４９ｄがクラッチハブ５２におけるハブ部５２ｂの外周面５２ｄと対向するように形成されている。
【００６０】
そして、電磁コイル５５が励磁されると、その電磁力に基づく吸引力がアーマチャ５４に作用する。すると、アーマチャ５４は、従動軸４７の軸方向に沿ってクラッチロータ４９側へ移動し、クラッチロータ４９とアーマチャ５４とが吸着（結合）される。その結果、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが接続状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７に伝達されるようになっている。切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合された状態では、従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｄがハブ部５２ｂの外周面５２ｄに当接するようになっている。
【００６１】
一方、電磁コイル５５への給電が停止されると、アーマチャ５４は、ハウジング４１の軸方向に沿ってクラッチロータ４９から離間する方向へ移動する。その結果、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９が非結合状態となる。よって、従動軸４７と駆動軸５１とが切断状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７へ伝達不可能となる。
【００６２】
したがって、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）と同様の記載に加え、以下のような効果を得ることができる。
（６）第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、転動体４８ａの中心点と第３軸受４７ｂの中間点に仮想平面Ｈが交わるように配置されている。よって、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、仮想平面Ｈに対し交わることがないように従動軸４７の軸方向に位置ずれしていない（第１軸受４８と第３軸受４７ｂとが軸方向へ離間していない）。よって、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとが軸方向へ離間していることに基づく駆動軸５１の振れが抑制され、駆動軸５１を安定して支持することができる。さらに、駆動軸５１の支持を安定させるために第１軸受４８を軸方向へ大型化する必要もないため、第１軸受４８を単列タイプとすることができ、複列タイプとする場合と比べてハウジング４１を軸方向へ小型化することができる。
【００６３】
（７）クラッチハブ５２とアーマチャ５４とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが接続状態とされたとき、従動軸４７には圧縮機部６０からの圧縮反力が作用し、従動軸４７は駆動軸５１に対し傾こうとする。すると、クラッチロータ４９（連結筒部４９ｃ）の内周面４９ｄがクラッチハブ５２（ハブ部５２ｂ）の外周面５２ｄに当接する。このようなクラッチロータ４９とアーマチャ５４との結合により、従動軸４７及び駆動軸５１の傾きを防止することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態では、駆動軸５１及び従動軸４７のうちの一方としての駆動軸５１にクラッチハブ５２を設けるとともに、他方としての従動軸４７にクラッチロータ４９を設けたが、一方としての従動軸４７にクラッチハブ５２を設けるとともに、他方としての駆動軸５１にクラッチロータ４９を設けてもよい。
【００６５】
○ 第１の実施形態では切替手段Ｃをスプリングクラッチ５３に具体化したが、従動軸４７及び駆動軸５１のうちのいずれか一方に固定された第１クラッチ板と、他方に固定された第２クラッチ板とを、電磁コイルの励磁によって吸着させる電磁クラッチに具体化してもよい。又は切替手段Ｃを、スプリングクラッチ５３及び電磁クラッチの他のタイプのクラッチに具体化してもよい。
【００６６】
○ 第１の実施形態では、従動軸４７に凹部４７ａを形成するとともに凹部４７ａ内に第３軸受４７ｂを設け、駆動軸５１の挿入軸部５１ａを凹部４７ａに挿入するとともに、第３軸受４７ｂに支持させたが、これに限らない。図４に示すように、駆動軸５１及び従動軸４７のうちのいずれか一方として、従動軸４７の後端面に軸方向に沿って延びる挿入軸部４７ｃを突設するとともに、他方としての駆動軸５１の前端面に軸方向に沿って凹み挿入軸部４７ｃが挿入される凹部５１ｂを形成する。さらに、駆動軸５１の凹部５１ｂ内に第３軸受５１ｃを設け、挿入軸部４７ｃを第３軸受５１ｃによって回転可能に支持してもよい。
【００６７】
○ 図５（ａ）に示すように、クラッチロータ４９において、クラッチハブ５２に対向する端面（後端面４９ｅ）が、クラッチハブ５２のクラッチロータ４９に対向する端面（前端面５２ｅ）に対向配置されるように形成する。そして、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの後端面４９ｅをハブ部５２ｂの前端面５２ｅに当接させるようにしてもよい。
【００６８】
○ 図５（ｂ）に示すように、クラッチロータ４９において、連結筒部４９ｃの内周面４９ｆを外周縁から内周縁に向けて傾斜するように形成するとともに、クラッチハブ５２の外周面５２ｆを外周縁から内周縁に向けて傾斜するように形成してもよい。そして、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｆをハブ部５２ｂの外周面５２ｆに当接させるようにしてもよい。
【００６９】
○ 図５（ｃ）に示すように、クラッチロータ４９を、連結筒部４９ｃの内周面４９ｇが、アーマチャ５４の外周面５４ａに対向配置されるように形成し、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｇをアーマチャ５４の外周面５４ａに当接させるようにしてもよい。このとき、連結筒部４９ｃの当接によりアーマチャ５４が従動軸４７の径方向へ移動することを防止するため、アーマチャ５４を付勢部材Ｂ（例えば、板バネ）により従動軸４７の外径方向へ向けて付勢しておくのが好ましい。
【００７０】
○ 実施形態において、ポンプはギヤポンプ７５の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 実施形態において、圧縮機部６０はスクロール型式とは他の型式の圧縮機構であってもよい。
【００７１】
○ 実施形態において、膨張機部８５はベーン式とは他の形式の膨張機構であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００７２】
（イ）前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちのいずれか一方と一体回転するクラッチハブと、他方と一体回転するクラッチロータと、前記クラッチハブに連結されたスプリングクラッチと、前記クラッチハブの前記クラッチロータ側に対向配置されるとともに前記スプリングクラッチが連結されたアーマチャと、前記アーマチャを前記クラッチロータに対し接離させる電磁コイルとから形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【００７３】
（ロ）前記クラッチハブは、前記駆動軸及び従動軸のうちのいずれか一方に固着される筒部と、該筒部から延設されたハブ部とからなり、前記筒部の一部が前記回転電機のコイルの内側に収容されている技術的思想（イ）に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００７４】
Ｃ…切替手段、Ｈ…仮想平面、４０…複合流体機械、４１…ハウジング、４４ｂ…第２軸受、４７…従動軸、４７ａ，５１ｂ…凹部、４７ｂ，５１ｃ…第３軸受、４７ｃ，５１ａ…挿入軸部、４８…第１軸受、４９…クラッチロータ、５０…回転電機としてのモータ・ジェネレータ、５１…駆動軸、５２…クラッチハブ、５４…アーマチャ、６０…圧縮機部、８５…膨張機部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機と、回転電機の駆動軸と圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段とをハウジング内に備えた複合流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合流体機械として、例えば特許文献１の流体機械が挙げられる。この流体機械は、流体を圧縮する圧縮機部と、外部駆動源の排熱エネルギーによって回転駆動力を発生する膨張機部と、電動機及び発電機の両機能を備える回転電機部とを有している。膨張機部は、圧縮機部及び回転電機部に接続されている。また、圧縮機部と膨張機部との間には、両者の接続状態を切断状態に切替え可能とする切替手段が設けられている。切替手段は、ハウジング内を軸方向全体に亘って延びる駆動軸の端部に固定された吸着板と、圧縮機部の圧縮機軸（従動軸）に固定されたコイルと、からなる電磁クラッチによって形成されている。圧縮機軸は、中空状に形成され、駆動軸が挿通されている。圧縮機軸の先端は、ハウジングの軸方向において吸着板より外側で吸着板に対向するように鍔状に形成されている。そして、駆動軸がハウジングの軸方向に沿って移動し、吸着板が圧縮機軸に吸着されることで駆動軸と圧縮機軸とが接続され、吸着板が圧縮機軸から離間することで駆動軸と圧縮機軸とが切断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１の流体機械は、圧縮機軸が中空状に形成されるとともに、駆動軸が圧縮機軸に挿通されて圧縮機部を貫通する構造となっており、切替手段により圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能とするために、圧縮機部の型式が制限されてしまっていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段によって圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる複合流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の複合流体機械は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機と、対向して配置された前記回転電機の駆動軸と前記圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段と、をハウジング内に備える。そして、前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記切替手段、前記回転電機、及び前記膨張機部がこの順序で前記駆動軸及び従動軸の軸方向に沿って並設されている。
【０００７】
これによれば、ハウジング内において、切替手段は圧縮機部と回転電機との間に介装されるとともに、切替手段は、対向する駆動軸と従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える。したがって、背景技術のように、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内に挿入されるとともに圧縮機部を貫通する構成と異なり、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段により圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる。
【０００８】
また、前記従動軸は第１軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸は一端側が前記従動軸を介して前記ハウジングに支持されるとともに他端側が第２軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸及び前記従動軸のうちいずれか一方に前記軸方向に沿って延びる挿入軸部が突設されるとともに、他方に前記軸方向に沿って凹み前記挿入軸部が挿入される凹部が形成され、さらに、前記凹部内には前記挿入軸部を回転可能に支持する第３軸受が設けられていてもよい。
【０００９】
これによれば、例えば、駆動軸の一端側を、ハウジングに支持された軸受によって回転可能に支持するためには、この軸受用のボス部をハウジングから延設する必要がある。ボス部を延設すると、ハウジングにはボス部を延設するための部位を確保しなければならず、確保した分だけハウジングが駆動軸及び従動軸の軸方向へ大型化してしまう。本発明では、従動軸が第１軸受を介してハウジングに支持されているため、従動軸を安定した状態に支持することができる。また、駆動軸は他端側が第２軸受を介してハウジングに支持され、一端側が第３軸受で回転可能に支持されているため、駆動軸を安定した状態に支持することができる。したがって、駆動軸を支持するためにハウジングに支持された軸受を設ける必要が無くなる。その結果として、ハウジングからボス部を延設する必要が無くなり、ボス部の分だけハウジングを軸方向へ小型化することができる。
【００１０】
また、前記従動軸に前記凹部が形成され、前記駆動軸に前記挿入軸部が突設されていてもよい。これによれば、第３軸受が従動軸内に収容されることになるため、第３軸受を、従動軸を支持する第１軸受に近づけて設けることができ、駆動軸の振れ等により第１軸受まわりに発生するモーメントや負荷を小さくすることができる。
【００１１】
また、前記第１軸受及び第３軸受は、前記従動軸の軸線に対し直交する仮想平面と交わる位置に配置されていてもよい。これによれば、例えば、第１軸受と第３軸受とが仮想平面に交わることなく、軸線の延びる方向（軸方向）に位置ずれして配置されていると、軸方向に沿った両軸受間の距離が長くなり、この距離が長い程、駆動軸が振れやすくなって駆動軸の支持が不安定になってしまう。この場合、駆動軸の支持を安定させるために第１軸受を軸方向へ大型化させる必要が生じてしまう。しかし、本発明では、第１軸受及び第３軸受が仮想平面と交わる位置に配置されているため、第１軸受と第３軸受とが軸方向に近づいている。よって、第１軸受と第３軸受が離間することに基づく駆動軸の振れが抑制され、駆動軸を安定して支持することができる。さらに、駆動軸の支持を安定させるために第１軸受を軸方向へ大型化する必要もないため、ハウジングを軸方向へ小型化することができる。
【００１２】
前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちの一方から外径方向に延出されたクラッチハブと、前記駆動軸及び従動軸のうちの他方から外径方向に延出されたクラッチロータと、前記クラッチハブに一体化されるとともに前記軸方向において前記クラッチハブに対向して配置されたアーマチャと、からなり、前記クラッチハブと前記アーマチャとが電磁力によって結合されるように構成された電磁クラッチよりなり、前記クラッチハブと前記アーマチャの結合状態では前記クラッチハブと前記クラッチロータとが当接可能に形成されていてもよい。
【００１３】
これによれば、電磁力によってクラッチハブとアーマチャが結合されると、駆動軸の回転が従動軸に伝達され、圧縮機部が駆動されると、圧縮機部からの圧縮反力が従動軸に作用する。この圧縮反力により従動軸が傾こうとするが、クラッチロータがクラッチハブに当接するため、従動軸の傾きが防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮機部の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段によって圧縮機部と膨張機部との接続状態を切り替え可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は第１の実施形態の複合流体機械を示す縦断面図、（ｂ）は従動軸と駆動軸の支持構造を示す拡大図。
【図２】第１の実施形態の車両用排熱回収システムを示す模式図。
【図３】（ａ）は第２の実施形態の複合流体機械の一部を示す縦断面図、（ｂ）はクラッチハブとクラッチロータを示す部分拡大図。
【図４】従動軸と駆動軸の支持構造の別例を示す拡大図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はクラッチハブとクラッチロータの別例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
まず、本実施形態の複合流体機械４０を備えた車両用排熱回収システム１１の全体構成について説明する。図２に示すように、車両用排熱回収システム１１は、排熱源としてのエンジン１２を備えるとともに、別々のサイクルで構成された冷凍サイクル装置３０と、ランキンサイクル装置２０とを併せ持つ。冷凍サイクル装置３０の回路には、車両空調用のために冷凍サイクル用作動流体としての冷媒が循環し、ランキンサイクル装置２０の回路には、エンジン１２からの排熱によって加熱されるランキンサイクル用作動流体としての冷媒が循環する。そして、車両用排熱回収システム１１において、複合流体機械４０は、ランキンサイクル装置２０の一部及び冷凍サイクル装置３０の一部を構成している。
【００１７】
次に、複合流体機械４０について説明する。なお、以下の説明において、複合流体機械４０の「前」及び「後」は、図１（ａ）に示す矢印Ｙの方向を前後方向とする。
図１（ａ）に示すように、複合流体機械４０のハウジング４１は、筒状をなすセンタハウジング４２と、このセンタハウジング４２の前端（一端）に接合されたフロントハウジング４３と、センタハウジング４２の後端（他端）に隔壁部４４を介して接合されたリヤハウジング４５を備えている。
【００１８】
センタハウジング４２内には回転電機としてのモータ・ジェネレータ５０が収容されている。モータ・ジェネレータ５０は駆動軸５１を有する。駆動軸５１には、モータロータ５０ａが駆動軸５１と一体回転可能に固定されている。また、センタハウジング４２の内周面には、ステータ５０ｂがモータロータ５０ａを取り囲むように固定されている。そして、モータ・ジェネレータ５０は、ステータ５０ｂのコイル５０ｃへの給電によりモータロータ５０ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ５０ａが回転されることでステータ５０ｂのコイル５０ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。図２に示すように、モータ・ジェネレータ５０にはインバータ９０を介してバッテリ９１が接続され、モータ・ジェネレータ５０で生じた電力はインバータ９０を介してバッテリ９１に蓄電されるようになっている。また、インバータ９０には、複合流体機械４０を全般に亘って制御する制御部９２が接続されている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、センタハウジング４２内の前側（一側）には、ハウジング４１の一部を構成する支持ブロック４２ｂが固設されている。支持ブロック４２ｂには、従動軸４７の軸方向中央部が第１軸受４８によって回転可能に支持されている。よって、従動軸４７は、第１軸受４８を介してハウジング４１に支持されている。なお、第１軸受４８は、転動体４８ａが従動軸４７の軸方向へ複数列並設されてなる複列タイプである。この従動軸４７と駆動軸５１とは、従動軸４７の中心軸Ｌ１と駆動軸５１の中心軸Ｌ２とが同軸上に位置するように対向して配置されている。
【００２０】
そして、図１（ｂ）に示すように、駆動軸５１及び従動軸４７のうちのいずれか一方としての駆動軸５１の前端面からは、駆動軸５１の軸方向に沿って延びる挿入軸部５１ａが突設されている。また、駆動軸５１及び従動軸４７のうちの他方としての従動軸４７の後端面には、凹部４７ａが、従動軸４７の軸方向に沿って前方へ凹むように形成されるとともに、この凹部４７ａ内には第３軸受４７ｂが装着されている。そして、凹部４７ａ内に挿入軸部５１ａが挿入されるとともに、挿入軸部５１ａは第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されている。
【００２１】
よって、図１（ａ）に示すように、駆動軸５１は、前端側（軸方向一端側）が、第１軸受４８によって支持された従動軸４７を介してハウジング４１に支持されている。また、駆動軸５１は、後端側（軸方向他端側）が、隔壁部４４に設けられた第２軸受４４ｂを介してハウジング４１に支持されている。したがって、駆動軸５１は、第３軸受４７ｂと第２軸受４４ｂとによって軸方向の両端側が回転可能に支持されている。
【００２２】
駆動軸５１及び従動軸４７のうちの一方としての駆動軸５１の前端部には、クラッチハブ５２が駆動軸５１の外径方向に延出されるとともに駆動軸５１と一体回転可能に固定されている。クラッチハブ５２は、駆動軸５１に固着される筒部５２ａと、この筒部５２ａに一体化され駆動軸５１と同心円状に延びる円板状のハブ部５２ｂとから形成されている。クラッチハブ５２は、筒部５２ａの一部が、モータ・ジェネレータ５０におけるコイル５０ｃの内側に入り込むとともに、ハブ部５２ｂがコイル５０ｃより僅かに前側へ離れるように駆動軸５１に固定されている。
【００２３】
ハブ部５２ｂの外周面にはスプリングクラッチ５３の一端が止着されている。このスプリングクラッチ５３は、駆動軸５１の回転方向に巻締められてなるコイルばねである。また、ハブ部５２ｂの前端面には磁性材よりなる円環状のアーマチャ５４が支持されるとともに、スプリングクラッチ５３の他端は、アーマチャ５４に止着されている。そして、ハブ部５２ｂの外周にスプリングクラッチ５３が巻装されている。
【００２４】
駆動軸５１及び従動軸４７のうちの他方としての従動軸４７の後端部にはクラッチロータ４９が、従動軸４７の外径方向に延出されるとともに従動軸４７と一体回転可能に固定されている。クラッチロータ４９は磁性材よりなり、従動軸４７から前方に向かって傾斜して延びる腕部４９ａと、この腕部４９ａの先端側に形成された連結部４９ｂと、この連結部４９ｂを介して腕部４９ａに連結された連結筒部４９ｃとからなる。クラッチロータ４９において、連結筒部４９ｃより内側には電磁コイル５５が収容されている。電磁コイル５５は、クラッチロータ４９内に遊嵌状態で収容され、電磁コイル５５はクラッチロータ４９と一体に回転しないようになっている。また、電磁コイル５５は支持ブロック４２ｂを介してセンタハウジング４２に固定されている。
【００２５】
そして、クラッチハブ５２は、クラッチロータ４９の連結筒部４９ｃによって取り囲まれるとともに、スプリングクラッチ５３の外周面は連結筒部４９ｃの内周面に相対向する位置に配設されている。また、アーマチャ５４がスプリングクラッチ５３によって支持された状態では、アーマチャ５４はクラッチロータ４９におけるスプリングクラッチ５３側の端面（前端面）に対向配置されている。
【００２６】
スプリングクラッチ５３は、アーマチャ５４がクラッチロータ４９に吸引されていない状態では、クラッチハブ５２の外周面の外径より大径をなすとともに連結筒部４９ｃの内周面の内径より小径をなし、スプリングクラッチ５３は両周面から離間している。そして、電磁コイル５５が励磁されると、その電磁力に基づく吸引力がアーマチャ５４に作用される。すると、アーマチャ５４は、従動軸４７の軸方向に沿ってクラッチロータ４９側へ移動し、クラッチロータ４９とアーマチャ５４とが吸着（結合）されると同時に、アーマチャ５４はハブ部５２ｂに対して相対回動する。
【００２７】
その結果、スプリングクラッチ５３が拡径し、スプリングクラッチ５３の外周面が連結筒部４９ｃの内周面に圧接する。すると、スプリングクラッチ５３を介してクラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが対向する端部同士で接続状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７に伝達されるようになっている。
【００２８】
一方、電磁コイル５５への給電が停止されると、アーマチャ５４は、ハウジング４１の軸方向に沿ってクラッチロータ４９から離間する方向へ移動する。このとき、スプリングクラッチ５３は拡径状態から縮径するように巻締められる。その結果、連結筒部４９ｃの内周面に対するスプリングクラッチ５３の圧接状態が解除され、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９が非結合状態となる。よって、従動軸４７と駆動軸５１とが切断状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７へ伝達不可能となる。そして、本実施形態では、クラッチハブ５２と、スプリングクラッチ５３と、アーマチャ５４と、クラッチロータ４９と、電磁コイル５５とから、従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段Ｃが構成されている。
【００２９】
複合流体機械４０において、センタハウジング４２内における支持ブロック４２ｂより前側の空間と、フロントハウジング４３との間には、スクロール式の圧縮機部６０が設けられている。圧縮機部６０において、従動軸４７の前端には、従動軸４７の中心軸Ｌ１に対して偏心した位置に偏心軸６１が設けられるとともに、偏心軸６１は従動軸４７の回転により従動軸４７の中心軸Ｌ１の周りを公転するようになっている。偏心軸６１にはブッシュ６２が固定されるとともに、ブッシュ６２は偏心軸６１と共に従動軸４７の中心軸Ｌ１の周りを公転するようになっている。このブッシュ６２には軸受装置６３を介して可動スクロール６４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト６５が固定されている。
【００３０】
可動スクロール６４は、軸受装置６３に支持された円盤状をなす可動側端板６４ａと、この可動側端板６４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁６４ｂとからなる。また、センタハウジング４２内には固定スクロール６７が可動スクロール６４と対向するように固設されている。固定スクロール６７は、円盤状をなす固定側端板６７ａと、この固定側端板６７ａから可動スクロール６４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁６７ｂとを一体に備えている。そして、可動スクロール６４の可動側渦巻壁６４ｂと、固定スクロール６７の固定側渦巻壁６７ｂとは互いに噛み合わされて容積変更可能な作動室６８を区画する。
【００３１】
また、固定スクロール６７における固定側端板６７ａの中央部には吐出口６７ｃが形成されるとともに、この吐出口６７ｃは吐出弁６９により開閉可能になっている。固定側端板６７ａとフロントハウジング４３との間には、吐出チャンバ７０が区画されるとともに、この吐出チャンバ７０には吐出口６７ｃを介して圧縮後の作動室６８に連通している。また、フロントハウジング４３には、吐出チャンバ７０に連通する吐出ポート４３ａが形成されている。さらに、固定スクロール６７の内周面と、可動スクロール６４における可動側渦巻壁６４ｂの最外周面との間には吸入チャンバＳが区画形成されるとともに、フロントハウジング４３には吸入チャンバＳに連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３２】
リヤハウジング４５内には、隔壁部４４に対向するように第１サイドプレート７１が固設されるとともに、第２サイドプレート７２が第１サイドプレート７１と対向するように、ハウジング４１の後側（軸方向他側）へ間隔を空けて固設されている。そして、駆動軸５１は、隔壁部４４及び第１サイドプレート７１を貫通している。また、隔壁部４４と第１サイドプレート７１との間にはポンプ室７４が区画されるとともに、ポンプ室７４内にはポンプ従動軸（図示せず）に取着された従動ギヤ（図示せず）と、駆動軸５１に取着された主動ギヤ７３が配設されている。そして、ポンプ室７４と、従動ギヤと、主動ギヤ７３とからギヤポンプ７５が形成されている。
【００３３】
複合流体機械４０のリヤハウジング４５内には膨張機部８５が設けられている。リヤハウジング４５において、第１サイドプレート７１と第２サイドプレート７２の間には筒状をなすシリンダブロック７７が収容されている。シリンダブロック７７内において、駆動軸５１には円筒状をなすロータ７９が駆動軸５１と一体回転可能に止着されるとともに、ロータ７９の外周面には、ロータ７９の軸方向全体に亘って延びるベーン８０が出没可能に収容されている。そして、駆動軸５１の回転に伴うロータ７９の回転によってベーン８０の先端面がシリンダブロック７７の内周面に接触すると、ロータ７９の外周面と、シリンダブロック７７の内周面と、隣り合うベーン８０と、第１及び第２サイドプレート７１，７２との間に作動室８１が区画されるようになっている。
【００３４】
また、膨張機部８５において、リヤハウジング４５と第２サイドプレート７２との間には吐出空間８６が区画されるとともに、リヤハウジング４５には吐出空間８６に連通する吐出ポート８７が形成されている。また、膨張機部８５において、リヤハウジング４５には作動室８１に連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３５】
そして、上記構成の複合流体機械４０において、ハウジング４１内では、従動軸４７及び駆動軸５１の中心軸Ｌ１，Ｌ２の延びる方向（軸方向）に沿って前側から後側に向かって圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５の順序で並設されている。すなわち、圧縮機部６０とモータ・ジェネレータ５０の間に切替手段Ｃが介装されている。
【００３６】
次に、上記複合流体機械４０を備えた車両用排熱回収システム１１におけるランキンサイクル装置２０及び冷凍サイクル装置３０について説明する。図２に示すように、冷凍サイクル装置３０は、複合流体機械４０における圧縮機部６０、凝縮器３４、膨張弁３９、及び、蒸発器３５とを順次接続してなる回路を備える。
【００３７】
上記冷凍サイクル装置３０において、圧縮機部６０の吐出ポート４３ａには圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４が接続されている。そして、圧縮機部６０で高温高圧に圧縮された冷媒は圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４に導入され、凝縮器３４で冷却される。凝縮器３４の吐出側には流路３３を介して蒸発器３５が接続されるとともに、流路３３上には膨張弁３９が設けられている。そして、膨張弁３９は、凝縮器３４で冷却された冷媒を減圧膨張させ、蒸発器３５は膨張弁３９によって減圧された冷媒を蒸発させる。
【００３８】
また、蒸発器３５の吐出側には、圧縮側吸入流路３１を介して圧縮機部６０が接続されるとともに圧縮側吸入流路３１上には逆止弁３７が設けられ、逆止弁３７は蒸発器３５側から圧縮機部６０側のみに冷媒が流れることを許容する。そして、冷媒は、圧縮機部６０で圧縮された後、凝縮器３４、膨張弁３９、蒸発器３５、及び逆止弁３７を通過して圧縮機部６０に吸入され、冷凍サイクル装置３０の回路を循環するようになっている。
【００３９】
一方、ランキンサイクル装置２０は、複合流体機械４０の膨張機部８５、凝縮器２３、複合流体機械４０のギヤポンプ７５、蒸発器としての第１ボイラ２６、及び第２ボイラ２７を、順次接続してなる回路を備えている。
【００４０】
ランキンサイクル装置２０を詳細に説明すると、ギヤポンプ７５におけるポンプ室７４の吐出側には第１流路２１ａを介して第１ボイラ２６の吸熱器２６ａが接続されている。第１ボイラ２６は、吸熱器２６ａに加え放熱器２６ｂを備える。この放熱器２６ｂは、エンジン１２に接続された冷却水循環経路１３上に設けられている。冷却水循環経路１３上にはラジエータ１３ａが設けられている。そして、車両のエンジン１２を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路１３を循環して放熱器２６ｂ及びラジエータ１３ａで放熱する。
【００４１】
第１ボイラ２６の吸熱器２６ａの吐出側には接続通路２１ｃを介して第２ボイラ２７の吸熱器２７ａが接続されている。第２ボイラ２７は、吸熱器２７ａに加え放熱器２７ｂを備える。この放熱器２７ｂは、エンジン１２に接続された排気通路１４上に設けられている。そして、エンジン１２からの排気は、放熱器２７ｂで放熱した後、マフラ１５から排気される。よって、ギヤポンプ７５から吐出された冷媒は、第１及び第２ボイラ２６，２７の吸熱器２６ａ，２７ａと放熱器２６ｂ，２７ｂとの間での熱交換によりエンジン１２からの排熱によって加熱される。
【００４２】
第２ボイラ２７の吸熱器２７ａの吐出側には、膨張側吸入流路２２ａを介して膨張機部８５における吸入ポートが接続され、第１及び第２ボイラ２６，２７で加熱された高温高圧の冷媒は膨張側吸入流路２２ａを介して膨張機部８５に導入されるようになっている。膨張機部８５の吐出ポート８７には、膨張側吐出流路２２ｂを介して凝縮器２３が接続されている。そして、膨張機部８５で膨張した低圧の冷媒は、膨張側吐出流路２２ｂを介して凝縮器２３へ吐出されるようになっている。凝縮器２３の吐出側には第２流路２１ｂを介してギヤポンプ７５のポンプ室７４が接続されている。
【００４３】
そして、ランキンサイクル装置２０では、冷媒は、ギヤポンプ７５のポンプ作用により、膨張機部８５、凝縮器２３、ポンプ室７４、第１ボイラ２６、及び第２ボイラ２７を通過してランキンサイクル装置２０の回路を循環するようになっている。
【００４４】
次に、上記車両用排熱回収システム１１の作用について説明する。
さて、車両のエンジン１２が駆動されると、第１ボイラ２６及び第２ボイラ２７において、吸熱器２６ａ，２７ａと放熱器２６ｂ，２７ｂとの間での熱交換により、冷媒がエンジン１２からの排熱によって加熱される。加熱後の高圧の冷媒は、膨張側吸入流路２２ａを介して吸入ポート（図示せず）から膨張機部８５の作動室８１に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部８５が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。すなわち、この駆動力によってロータ７９が回転し、モータ・ジェネレータ５０の駆動軸５１が回転されるとともにギヤポンプ７５が駆動される。
【００４５】
このとき、エンジン１２からの排熱量が大きく、膨張機部８５からの出力により、駆動軸５１が予め設定された所定回転数を越えて回転する場合には、モータ・ジェネレータ５０を発電機として機能させて駆動軸５１の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越える出力は電力に変換され、インバータ９０を介してバッテリ９１に充電される。
【００４６】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒は、吐出空間８６に吐出された後、吐出ポート８７を介して膨張側吐出流路２２ｂへ吐出される。膨張側吐出流路２２ｂへ吐出された冷媒は、凝縮器２３を通過し、第２流路２１ｂを介してポンプ室７４に導入される。そして、膨張機部８５からの出力により駆動されるギヤポンプ７５により、ポンプ室７４に導入された冷媒は第１ボイラ２６及び第２ボイラ２７へ供給される。したがって、エンジン１２が駆動されている間は、冷媒はランキンサイクル装置２０の回路を循環する。
【００４７】
ランキンサイクル装置２０の回路を冷媒が循環している状態において、エアコンスイッチ（図示せず）をＯＮする。すると、制御部９２は、電磁コイル５５を励磁させ、スプリングクラッチ５３によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２とを結合させ、従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態とする。すると、圧縮機部６０が駆動される。従動軸４７と駆動軸５１とを接続状態としたとき、その接続による負荷によりモータ・ジェネレータ５０の回転数が低下しようとする。このとき、エアコン要求を満たすため、従動軸４７を要求された回転数で回転させるために、制御部９２はバッテリ９１からインバータ９０を介してモータ・ジェネレータ５０に給電し、モータ・ジェネレータ５０を電動機として機能させる。
【００４８】
すると、モータ・ジェネレータ５０の駆動力によって駆動軸５１が回転するとともに従動軸４７がエアコン要求を満たすための回転数で回転し圧縮機部６０が駆動される。すなわち、圧縮機部６０が駆動される際、必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ５０により負担される。なお、膨張機部８５からの出力により、圧縮機部６０がエアコン要求を満たすための回転数で回転可能になると、制御部９２はモータ・ジェネレータ５０への給電を停止し、その後、圧縮機部６０は膨張機部８５からの出力により駆動される。
【００４９】
そして、圧縮機部６０が駆動されると、可動スクロール６４が固定スクロール６７に対して旋回して圧縮側吸入流路３１から吸入チャンバＳ内に冷媒が吸入され、さらに、可動スクロール６４の旋回に伴い作動室６８の冷媒が圧縮される。そして、圧縮機部６０の作動室６８で圧縮された冷媒は、所定の圧力まで圧縮されると吐出弁６９を押し退けて吐出口６７ｃから吐出チャンバ７０に吐出される。さらに、圧縮された冷媒は、圧縮側吐出流路３２を介して凝縮器３４へ吐出され、凝縮器３４で凝縮された後、膨張弁３９で減圧される。さらに、膨張弁３９を通過した冷媒は、蒸発器３５で気化され、逆止弁３７を経由して圧縮側吸入流路３１から圧縮機部６０の吸入チャンバＳに吸入される。
【００５０】
エアコンスイッチがＯＦＦされる、又はエアコンによる圧縮機部６０の駆動要求がない場合は、制御部９２は電磁コイル５５への給電を停止し、クラッチロータ４９とクラッチハブ５２との結合状態が切断状態となる。すると、圧縮機部６０の駆動が停止される。
【００５１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）複合流体機械４０のハウジング４１内には、従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向に沿って前側から後側に向けて圧縮機部６０、切替手段Ｃ、モータ・ジェネレータ５０、及び膨張機部８５の順序で並設されている。そして、切替手段Ｃは、従動軸４７の後端部に設けられたクラッチロータ４９と駆動軸５１の前端部に設けられたクラッチハブ５２とで両軸４７，５１を接続状態又は切断状態に切り替える。このため、背景技術のように、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内に挿入されるとともに圧縮機部６０を貫通する構成と異なり、圧縮機部６０の型式を特定の型式に制限しなくても、切替手段Ｃにより圧縮機部６０と膨張機部８５とを切替え可能にすることができる。また、切替手段に繋がる一方の軸が、他方の軸内の全体に亘って挿入される構成と比べると、切替手段Ｃを両軸４７，５１の径方向へ小型化することができ、その切替手段Ｃを収容するハウジング４１を両軸４７，５１の径方向へ小型化することができる。その結果として、複合流体機械４０の車両への搭載性を向上させることができる。
【００５２】
（２）切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２は、筒部５２ａがモータ・ジェネレータ５０のコイル５０ｃ内に一部が入り込むように駆動軸５１に固定されている。さらに、クラッチロータ４９は、腕部４９ａが前側へ傾斜するように延びるように形成されている。よって、圧縮機部６０とモータ・ジェネレータ５０との間に切替手段Ｃが介装されていても、クラッチハブ５２の駆動軸５１への固定位置、及びクラッチロータ４９の形状を調整することで、ハウジング４１を従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向へ小型化することができる。
【００５３】
（３）従動軸４７は第１軸受４８を介してハウジング４１に回転可能に支持されている。この従動軸４７の後端面には凹部４７ａが形成されるとともに、凹部４７ａには第３軸受４７ｂが設けられている。そして、駆動軸５１は、その前端側に突設された挿入軸部５１ａが、凹部４７ａ内の第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されることにより前端側が支持されるとともに、後端側が第２軸受４４ｂを介してハウジング４１に回転可能に支持されている。このため、ハウジング４１には、駆動軸５１の前端側を支持する軸受用のボス部を延設する必要がなく、ボス部を形成した場合と比較して、ハウジング４１を従動軸４７及び駆動軸５１の軸方向へ小型化することができる。
【００５４】
（４）従動軸４７は、その後端より前端寄りが第１軸受４８によって回転可能に支持されている。そして、駆動軸５１の前端面に形成された挿入軸部５１ａが、従動軸４７の後端面に凹設された凹部４７ａに挿入されている。このため、挿入軸部５１ａを支持する第３軸受４７ｂを、従動軸４７を支持する第１軸受４８に近づけて設けることができ、駆動軸５１の振れ等により第１軸受４８まわりに発生するモーメントや負荷を小さくすることができる。
【００５５】
（５）切替手段Ｃは、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とをスプリングクラッチ５３によって結合する。このスプリングクラッチ５３は、その拡径によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２とを連結し、縮径によりクラッチロータ４９とクラッチハブ５２の連結を解除するが、径方向への大きさが不変の連結筒部４９ｃ内でスプリングクラッチ５３が拡径又は縮径する。よって、切替手段Ｃは、その構成部材が従動軸４７及び駆動軸５１の径方向及び軸方向へ大きく移動するタイプではないため、径方向さらには軸方向へのハウジング４１の小型化に寄与することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、第１軸受４８は、転動体４８ａが従動軸４７の軸方向へ１列だけ設けられてなる単列タイプである。従動軸４７の凹部４７ａ内には、駆動軸５１の挿入軸部５１ａが挿入されるとともに、挿入軸部５１ａは凹部４７ａ内の第３軸受４７ｂによって回転可能に支持されている。凹部４７ａは、その内底面が第１軸受４８の前端面（一端面）と同一平面上に位置するように形成されている。
【００５８】
第３軸受４７ｂは、凹部４７ａにおいて第１軸受４８の内周面と対応する位置に配設されている。そして、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、従動軸４７の中心軸Ｌ１の延びる方向に沿った長さが同じになっている。ここで、中心軸Ｌ１に対し直交する平面を仮想平面Ｈとした場合、第１軸受４８と第３軸受４７ｂは、仮想平面Ｈが第１軸受４８の転動体４８ａの中心点及び第３軸受４７ｂにおける軸方向の中間点を通過する位置に配置されている。
【００５９】
切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２のハブ部５２ｂには、第１の実施形態におけるスプリングクラッチ５３が設けられず、アーマチャ５４のみが支持されている。アーマチャ５４は円環状をなすとともにクラッチロータ４９に対向配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、クラッチロータ４９における連結筒部４９ｃは、その内周面４９ｄがクラッチハブ５２におけるハブ部５２ｂの外周面５２ｄと対向するように形成されている。
【００６０】
そして、電磁コイル５５が励磁されると、その電磁力に基づく吸引力がアーマチャ５４に作用する。すると、アーマチャ５４は、従動軸４７の軸方向に沿ってクラッチロータ４９側へ移動し、クラッチロータ４９とアーマチャ５４とが吸着（結合）される。その結果、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが接続状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７に伝達されるようになっている。切替手段Ｃにおいて、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９とが結合された状態では、従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｄがハブ部５２ｂの外周面５２ｄに当接するようになっている。
【００６１】
一方、電磁コイル５５への給電が停止されると、アーマチャ５４は、ハウジング４１の軸方向に沿ってクラッチロータ４９から離間する方向へ移動する。その結果、クラッチハブ５２とクラッチロータ４９が非結合状態となる。よって、従動軸４７と駆動軸５１とが切断状態となり、駆動軸５１の回転が従動軸４７へ伝達不可能となる。
【００６２】
したがって、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）と同様の記載に加え、以下のような効果を得ることができる。
（６）第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、転動体４８ａの中心点と第３軸受４７ｂの中間点に仮想平面Ｈが交わるように配置されている。よって、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとは、仮想平面Ｈに対し交わることがないように従動軸４７の軸方向に位置ずれしていない（第１軸受４８と第３軸受４７ｂとが軸方向へ離間していない）。よって、第１軸受４８と第３軸受４７ｂとが軸方向へ離間していることに基づく駆動軸５１の振れが抑制され、駆動軸５１を安定して支持することができる。さらに、駆動軸５１の支持を安定させるために第１軸受４８を軸方向へ大型化する必要もないため、第１軸受４８を単列タイプとすることができ、複列タイプとする場合と比べてハウジング４１を軸方向へ小型化することができる。
【００６３】
（７）クラッチハブ５２とアーマチャ５４とが結合され、従動軸４７と駆動軸５１とが接続状態とされたとき、従動軸４７には圧縮機部６０からの圧縮反力が作用し、従動軸４７は駆動軸５１に対し傾こうとする。すると、クラッチロータ４９（連結筒部４９ｃ）の内周面４９ｄがクラッチハブ５２（ハブ部５２ｂ）の外周面５２ｄに当接する。このようなクラッチロータ４９とアーマチャ５４との結合により、従動軸４７及び駆動軸５１の傾きを防止することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態では、駆動軸５１及び従動軸４７のうちの一方としての駆動軸５１にクラッチハブ５２を設けるとともに、他方としての従動軸４７にクラッチロータ４９を設けたが、一方としての従動軸４７にクラッチハブ５２を設けるとともに、他方としての駆動軸５１にクラッチロータ４９を設けてもよい。
【００６５】
○ 第１の実施形態では切替手段Ｃをスプリングクラッチ５３に具体化したが、従動軸４７及び駆動軸５１のうちのいずれか一方に固定された第１クラッチ板と、他方に固定された第２クラッチ板とを、電磁コイルの励磁によって吸着させる電磁クラッチに具体化してもよい。又は切替手段Ｃを、スプリングクラッチ５３及び電磁クラッチの他のタイプのクラッチに具体化してもよい。
【００６６】
○ 第１の実施形態では、従動軸４７に凹部４７ａを形成するとともに凹部４７ａ内に第３軸受４７ｂを設け、駆動軸５１の挿入軸部５１ａを凹部４７ａに挿入するとともに、第３軸受４７ｂに支持させたが、これに限らない。図４に示すように、駆動軸５１及び従動軸４７のうちのいずれか一方として、従動軸４７の後端面に軸方向に沿って延びる挿入軸部４７ｃを突設するとともに、他方としての駆動軸５１の前端面に軸方向に沿って凹み挿入軸部４７ｃが挿入される凹部５１ｂを形成する。さらに、駆動軸５１の凹部５１ｂ内に第３軸受５１ｃを設け、挿入軸部４７ｃを第３軸受５１ｃによって回転可能に支持してもよい。
【００６７】
○ 図５（ａ）に示すように、クラッチロータ４９において、クラッチハブ５２に対向する端面（後端面４９ｅ）が、クラッチハブ５２のクラッチロータ４９に対向する端面（前端面５２ｅ）に対向配置されるように形成する。そして、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの後端面４９ｅをハブ部５２ｂの前端面５２ｅに当接させるようにしてもよい。
【００６８】
○ 図５（ｂ）に示すように、クラッチロータ４９において、連結筒部４９ｃの内周面４９ｆを外周縁から内周縁に向けて傾斜するように形成するとともに、クラッチハブ５２の外周面５２ｆを外周縁から内周縁に向けて傾斜するように形成してもよい。そして、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｆをハブ部５２ｂの外周面５２ｆに当接させるようにしてもよい。
【００６９】
○ 図５（ｃ）に示すように、クラッチロータ４９を、連結筒部４９ｃの内周面４９ｇが、アーマチャ５４の外周面５４ａに対向配置されるように形成し、圧縮機部６０からの圧縮反力により従動軸４７が傾こうとしたとき、連結筒部４９ｃの内周面４９ｇをアーマチャ５４の外周面５４ａに当接させるようにしてもよい。このとき、連結筒部４９ｃの当接によりアーマチャ５４が従動軸４７の径方向へ移動することを防止するため、アーマチャ５４を付勢部材Ｂ（例えば、板バネ）により従動軸４７の外径方向へ向けて付勢しておくのが好ましい。
【００７０】
○ 実施形態において、ポンプはギヤポンプ７５の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 実施形態において、圧縮機部６０はスクロール型式とは他の型式の圧縮機構であってもよい。
【００７１】
○ 実施形態において、膨張機部８５はベーン式とは他の形式の膨張機構であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００７２】
（イ）前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちのいずれか一方と一体回転するクラッチハブと、他方と一体回転するクラッチロータと、前記クラッチハブに連結されたスプリングクラッチと、前記クラッチハブの前記クラッチロータ側に対向配置されるとともに前記スプリングクラッチが連結されたアーマチャと、前記アーマチャを前記クラッチロータに対し接離させる電磁コイルとから形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【００７３】
（ロ）前記クラッチハブは、前記駆動軸及び従動軸のうちのいずれか一方に固着される筒部と、該筒部から延設されたハブ部とからなり、前記筒部の一部が前記回転電機のコイルの内側に収容されている技術的思想（イ）に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００７４】
Ｃ…切替手段、Ｈ…仮想平面、４０…複合流体機械、４１…ハウジング、４４ｂ…第２軸受、４７…従動軸、４７ａ，５１ｂ…凹部、４７ｂ，５１ｃ…第３軸受、４７ｃ，５１ａ…挿入軸部、４８…第１軸受、４９…クラッチロータ、５０…回転電機としてのモータ・ジェネレータ、５１…駆動軸、５２…クラッチハブ、５４…アーマチャ、６０…圧縮機部、８５…膨張機部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、
冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、
発電機又は電動機として機能する回転電機と、
対向して配置された前記回転電機の駆動軸と前記圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段と、
をハウジング内に備え、
前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記切替手段、前記回転電機、及び前記膨張機部がこの順序で前記駆動軸及び従動軸の軸方向に沿って並設されている複合流体機械。
【請求項２】
前記従動軸は第１軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸は一端側が前記従動軸を介して前記ハウジングに支持されるとともに他端側が第２軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸及び前記従動軸のうちいずれか一方に前記軸方向に沿って延びる挿入軸部が突設されるとともに、他方に前記軸方向に沿って凹み前記挿入軸部が挿入される凹部が形成され、さらに、前記凹部内には前記挿入軸部を回転可能に支持する第３軸受が設けられている請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記従動軸に前記凹部が形成され、前記駆動軸に前記挿入軸部が突設されている請求項２に記載の複合流体機械。
【請求項４】
前記第１軸受及び第３軸受は、前記従動軸の軸線に対し直交する仮想平面と交わる位置に配置されている請求項２又は請求項３に記載の複合流体機械。
【請求項５】
前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちの一方から外径方向に延出されたクラッチハブと、前記駆動軸及び従動軸のうちの他方から外径方向に延出されたクラッチロータと、前記クラッチハブに一体化されるとともに前記軸方向において前記クラッチハブに対向して配置されたアーマチャと、からなり、前記クラッチハブと前記アーマチャとが電磁力によって結合されるように構成された電磁クラッチよりなり、前記クラッチハブと前記アーマチャの結合状態では前記クラッチハブと前記クラッチロータとが当接可能に形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【請求項１】
ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、
冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、
発電機又は電動機として機能する回転電機と、
対向して配置された前記回転電機の駆動軸と前記圧縮機部の従動軸とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段と、
をハウジング内に備え、
前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記切替手段、前記回転電機、及び前記膨張機部がこの順序で前記駆動軸及び従動軸の軸方向に沿って並設されている複合流体機械。
【請求項２】
前記従動軸は第１軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸は一端側が前記従動軸を介して前記ハウジングに支持されるとともに他端側が第２軸受を介して前記ハウジングに支持され、前記駆動軸及び前記従動軸のうちいずれか一方に前記軸方向に沿って延びる挿入軸部が突設されるとともに、他方に前記軸方向に沿って凹み前記挿入軸部が挿入される凹部が形成され、さらに、前記凹部内には前記挿入軸部を回転可能に支持する第３軸受が設けられている請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記従動軸に前記凹部が形成され、前記駆動軸に前記挿入軸部が突設されている請求項２に記載の複合流体機械。
【請求項４】
前記第１軸受及び第３軸受は、前記従動軸の軸線に対し直交する仮想平面と交わる位置に配置されている請求項２又は請求項３に記載の複合流体機械。
【請求項５】
前記切替手段は、前記駆動軸及び従動軸のうちの一方から外径方向に延出されたクラッチハブと、前記駆動軸及び従動軸のうちの他方から外径方向に延出されたクラッチロータと、前記クラッチハブに一体化されるとともに前記軸方向において前記クラッチハブに対向して配置されたアーマチャと、からなり、前記クラッチハブと前記アーマチャとが電磁力によって結合されるように構成された電磁クラッチよりなり、前記クラッチハブと前記アーマチャの結合状態では前記クラッチハブと前記クラッチロータとが当接可能に形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−９９４３２（Ｐ２０１１−９９４３２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９７１１（Ｐ２０１０−６９７１１）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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