(57)【要約】【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し、小型化をも実現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。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
前記オルダム継手は、前記軸部に対する係止部と、前記係止部が形成される本体部とからなるスライダを含んでなり、
前記スライダは、前記軸部に形成された収容穴に収容されることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
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または２に記載の流体機械。
【請求項４】
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乃至３の何れかに記載の流体機械。
【請求項５】
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４の何れかに記載の流体機械。
【請求項６】
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５の何れかに記載の流体機械。
【請求項７】
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５の何れかに記載の流体機械。
【請求項８】
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７の何れかに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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た後に、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ことにより、流体機械の生産効率を高めている。
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。
【０００６】
具体的には、膨張機の機構部の作動を評価する際に駆動軸の無負荷時の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、測定された無負荷時のトルクの精度が低下することにより膨張機を適切に評価できず、ひいては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、最悪の場合には膨張機またはポンプの一方の不具合ユニット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。
【０００７】
更に、上述した複数の流体ユニットを連結した流体機械は、駆動軸の軸方向に長くなって大型化しがちであるが、上記従来技術では流体機械の小型化の促進については格別な配慮がなされていない。
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し、小型化をも実現することができる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】
【０００８】
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、オルダム継手は、軸部に対する係止部と、係止部が形成される本体部とからなるスライダを含んでなり、スライダは、軸部に形成された収容穴に収容されることを特徴としている。
【０００９】
また、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。
【００１０】
更にまた、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、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６記載の発明では、請求項１乃至５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。
【００１１】
更に、請求項７記載の発明では、請求項１乃至５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８記載の発明では、請求項１乃至７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。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至８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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
特に請求項２記載の発明によれば、軸部に対してスライダを介し対向する軸部を組み付ける際にスライダが脱落し、流体機械の組み付け時の作業性が悪化するのを防止することができる。具体的には流体ユニットの作動評価の際の芯出し作業におけるスライダの脱落を効果的に防止することができ、上記芯出し作業を更に容易に行うことができるため、流体機械の生産効率を更に向上することができる。
【００１５】
また、流体機械の組み付け後には軸部にスライダを埋設することができるため、軸部の長さ、ひいては駆動軸の長さをスライダの軸長さ分だけ短くすることができ、流体機械の更なる小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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５】第４実施形態に係る流体機械の概略的な縦断面図である。
【図６】図５の収容穴を示した斜視図である。
【図７】図５のスライダを示した斜視図である。
【図８】図５の被駆動軸部の端面を示した斜視図である。
【図９】第５実施形態に係るオルダム継手を構成する収容穴の斜視図である。
【図１０】図９の収容穴の底部に形成された溝部へのハブの収容状態を示した平面図である。
【図１１】図９において流体機械の組み付け作業時にハブが軸部の周方向に若干回転した状態を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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が駆動軸72を介してこの順序で直列に連結されており、駆動軸72は、発電ユニット26及び膨張ユニット20側の駆動軸部72Aと、ポンプユニット16側の被駆動軸部72Bと、軸部72A,72Bの中間に配設するスライダ87とを備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ワンウェイクラッチ95を介して駆動軸部72Aと連結されている。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、その回転運動は駆動軸部72Aに伝達される。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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）を駆動軸部72Aに接続することで駆動軸部72A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。
【００３１】
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、外接式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。
【００３２】
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。
【００３３】
内歯66を回転させるために、内歯66は、被駆動軸部72Bに対して一体に回転可能に固定されている。
被駆動軸部72B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。
【００３４】
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のスライダ87側の端面には突起部としてハブ72aが一体に形成、または接合され、一方、駆動軸72のポンプユニット16側の被駆動軸部72Bのスライダ87側の端面には突起部としてハブ72bが一体に形成、または接合されている。
【００３５】
各ハブ72a,72b間にはスライダ87が配置されている。スライダ87は、その円柱形をなす本体部91の各ハブ72a,72bに対向する端面にそれぞれ互いに駆動軸72の径方向に直交する向きに溝部（係止部）87a,87bが凹設されている。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、各ハブ72a,72bにそれぞれ溝部87a,87bを嵌合するようにしてスライダ87を配置することにより、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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97が配置され、ソレノイド97は、ECU31からの給電により磁場を発生する。
【００３９】
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97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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
＜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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
図５は、第４実施形態に係る流体機械110を示している。なお、第３実施形態の流体機械108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110では、駆動軸72においてクランクピン52とは反対側からディスク54と同軸にて一体に突出された軸部56内にオルダム継手112が埋設されている。
【００５７】
オルダム継手112の構成部として図６〜８に示されるように、駆動軸72におけるポンプユニット16側の被駆動軸部72Bの端面には突起部としてハブ72bが一体に形成、または接合され（図８）、軸部56のクランクピン52とは反対側の端面には本実施形態のスライダ114の収容穴116が凹設されている（図６）。
スライダ114は、その円柱形をなす本体部111の収容穴116側の端面にハブ（係止部）114aが突出して形成され、一方、本体部111のハブ72b側の端面には駆動軸72の径方向においてハブ114aと直交する向きに溝部（係止部）114bが凹設されている（図７）。
【００５８】
収容穴116の底部116aには溝部116bが形成され、この溝部116bにハブ114aを嵌合し、溝部114bにハブ72bを嵌合するようにしてスライダ114を配置することにより、オルダム継手112は軸部56、すなわち駆動軸部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。
【００５９】
収容穴116の穴深さDは、スライダ114のハブ114aの部分を除く軸方向の軸長さLと略同一になっており、これによりスライダ114がその溝部114bのみならず本体部111も含め収容穴116に収容される。この状態においては、駆動軸部72Aに対してスライダ114を介し被駆動軸部72Bを組み付ける際には、スライダ114の径方向の移動を収容穴116の壁面116cによって規制される。すなわち、収容穴116の穴径d1は、スライダ114の径方向の軸径d2よりも若干大きく形成されており、流体機械110の組み付け時にはスライダ114が収容穴116においてその径方向にほとんど移動できず、スライダ114は溝部114bのみならず本体部111によっても収容穴116を介し軸部56に係止される。
【００６０】
この流体機械110では、駆動軸部72Aに対してスライダ114を介し被駆動軸部72Bを組み付ける際にスライダ114が脱落し、流体機械110の組み付け時の作業性が悪化するのを防止することができる。具体的には各流体ユニット16,20の作動評価の際の芯出し作業におけるスライダ114の脱落を効果的に防止することができ、上記芯出し作業を更に容易に行うことができるため、流体機械110の生産効率を更に向上することができる。
【００６１】
また、流体機械110の組み付け後には軸部56にスライダ114を埋設することができるため、被駆動軸部72Bの長さ、ひいては駆動軸72の長さをスライダ112の軸長さL分だけ短くすることができ、流体機械110の更なる小型化を図ることができる。
図９は、第５実施形態に係るオルダム継手118を構成する収容穴120の斜視図を示し、図１０及び１１は、収容穴120の底部120aに形成された溝部120bへのハブ114aの収容状態を示した平面図である。なお、第４実施形態の流体機械110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。
【００６２】
図６に示されるように、第４実施形態の溝部116bは二対の側面117a,117c、及び117b,117dを有し、隣り合う側面117a,117b、及び117c,117dはＲ状面に加工した隅部119によって滑らかに連なっている。
一方、図９及び１０に示されるように、本実施形態の溝部120bは、隣り合う側面122a,122b、及び122c,122dが隅部124によって段差を有して連なって形成されている。隅部124は、例えば側面122a〜122dのうち溝部120bの長手方向に延びる一対の側面122a,122cの両端を内方に凹ませて円弧状面に加工形成されている。
【００６３】
溝部120bにハブ114aを収容したとき、ハブ114aの角部126は隅部124に対し非接触とすることができ、溝部120bには、その長手方向にハブ114aの若干の移動を許容する逃げ空間128が形成される。なお、このような逃げ空間128が形成されれば、隅部124は上述したような形状に限定されない。
【００６４】
この流体機械110では、溝部120bの隅部124に逃げ空間128が形成されるため、図１１に矢印で示されるように、流体機械110の組み付け作業時にハブ114aが溝部120bの長手方向、すなわち軸部56の径方向に若干移動可能となり、各流体ユニット16,20の寸法誤差や組み付け誤差によって発生する駆動軸部72Aと、被駆動軸部72Bとの間の駆動軸72の軸芯のずれを効果的に許容することができるため、流体機械110の寸法誤差や組み付け誤差を厳密に管理する必要がなくなり、流体機械110の生産効率を更に向上することができる。
【００６５】
本発明は、図示は省略するものの、上述した第１乃至第５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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、第４実施形態のような駆動軸72の軸部56へのスライダ114の埋設構造を第３実施形態以外の第１または第２実施形態等の流体機械に適用可能であるのは勿論である。
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。
【符号の説明】
【００７０】
１４，１０２，１０８，１１０  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
８５，１１２  オルダム継手
９６  回転子（第４の回転体）
５６  軸部
８７，１１４  スライダ
９１，１１１  本体部
１１４ａ  ハブ（係止部）
１１４ｂ  溝部（係止部）
１１６  収容穴
【図１】
2010249130.tif 000003
【図２】
2010249130.tif 000004
【図３】
2010249130.tif 000005
【図４】
2010249130.tif 000006
【図５】
2010249130.tif 000007
【図６】
2010249130.tif 000008
【図７】
2010249130.tif 000009
【図８】
2010249130.tif 000010
【図９】
2010249130.tif 000011
【図１０】
2010249130.tif 000012
【図１１】
2010249130.tif 000013