(57)【要約】【課題】複合流体機械の小型化を達成する。【解決手段】モータ・ジェネレータ４３の駆動軸４０と圧縮機部５２の回転軸４７とは、離間しており、駆動軸４０と回転軸４７とに嵌合可能な筒部材７６の内周には凸条７７が形成されている。駆動軸４０の前端部４０１の外周には凹条７４が形成されており、回転軸４７の後端部４７１の外周面には凹条７５が形成されている。磁性体からなる筒部材７６は、ソレノイドコイル８０への通電によって、凸条７７が凹条７５に嵌り込む接続位置に配置される。ソレノイドコイル８０への通電が止められた状態では、筒部材７６は、復帰バネ７９のバネ力によって、凸条７７が凹条７５から離脱した切断位置に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機又は発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用作動流体を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を吸入して吐出する圧縮機部と、前記駆動軸と前記圧縮機部の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械において、
前記切替手段は、前記駆動軸と前記回転軸との両方に噛み合って前記接続状態をもたらす接続位置と、前記駆動軸と前記回転軸とのどちらか一方とは噛み合わないで前記切断状態をもたらす切断位置とに切替配置される噛み合い部材と、前記接続位置と前記切断位置との一方から他方へ前記噛み合い部材を移動するための第１移動手段と、前記他方から前記一方へ前記噛み合い部材を移動するための第２移動手段とを備えている複合流体機械。
【請求項２】
前記噛み合い部材は、磁性体又は永久磁石を有し、前記第１移動手段は、ソレノイドコイルであり、前記第２移動手段は、復帰バネである請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記噛み合い部材は、磁性体又は永久磁石を有し、前記第１移動手段は、第１ソレノイドコイルであり、前記第２移動手段は、第２ソレノイドコイルである請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項４】
前記噛み合い部材は、筒部材であり、前記筒部材は、内周面に凸条と凹条とのいずれか一方を有し、前記駆動軸は、外周面に前記一方と噛合する凹条又は凸条を有し、前記回転軸は、外周面に前記一方と噛合する凹条又は凸条を有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合流体機械。
【請求項５】
前記噛み合い部材は、筒部材であり、前記筒部材は、内周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた内周側噛み合い部を有し、前記駆動軸は、外周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた外周側噛み合い部を有し、前記回転軸は、外周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた外周側噛み合い部を有し、前記駆動軸と前記回転軸との一方を前記噛み合い部材が前記切断位置にあるときに噛み合わない非噛み合い対象とした場合、前記内周側噛み合い部における凸条の前記非噛み合い対象側の一端部は、前記噛み合い部材側から前記非噛み合い対象側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されており、前記非噛み合い対象における外周側噛み合い部の凸条の前記噛み合い部材側の一端部は、前記非噛み合い対象側から前記噛み合い部材側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されており、前記内周側噛み合い部の凸条は、前記駆動軸側の外周側噛み合い部の凹条と前記回転軸側の外周側噛み合い部の凹条とに嵌り込み可能である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合流体機械。
【請求項６】
前記噛み合い部材は、前記駆動軸と噛み合っているときには、前記回転電機を構成するステータのコイルの内周空間に入り込んでいる請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の複合流体機械。
【請求項７】
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の軸方向に並設されており、前記切替手段は、前記複合流体機械を構成するハウジング内の冷凍サイクル用作動流体存在領域にある請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の複合流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機又は発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用作動流体を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を吸入して吐出する圧縮機部と、前記駆動軸と前記圧縮機部の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを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は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の複合流体機械は、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備えている。膨張機部は、圧縮機部及び回転電機部に連結されている。圧縮機部と膨張機部との間には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。駆動軸は、ハウジングの軸方向に沿って移動可能であり、吸着板が駆動軸に吸着されることによって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によって圧縮機軸と駆動軸とが切断される。
【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】
電磁クラッチは、摩擦クラッチであるが、圧縮機部内の冷媒には潤滑油が含まれているため、摩擦クラッチの摩擦面における摩擦係数が潤滑油によって小さくなる。そのため、駆動軸から圧縮機軸へのトルク伝達に必要な推力を大きくしなければならないが、そのためには電磁クラッチのコイルを大型化する必要がある。電磁クラッチのコイルの大型化は、複合流体機械の大型化を招き、しかも電磁クラッチにおける消費電力も大きくなる。
【０００５】
又、摩擦クラッチの摩擦面における摩擦係数が小さいことから、駆動軸から圧縮機軸へ大きなトルクを伝達するには、摩擦面を回転軸線から径方向へ離すという設計が必要であるが、これは、電磁クラッチの大型化、ひいては複合流体機械の大型化を招く。
【０００６】
本発明は、複合流体機械の小型化を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電動機又は発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用作動流体を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を吸入して吐出する圧縮機部と、前記駆動軸と前記圧縮機部の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械を対象とし、請求項１の発明では、前記切替手段は、前記駆動軸と前記回転軸との両方に噛み合って前記接続状態をもたらす接続位置と、前記駆動軸と前記回転軸とのどちらか一方とは噛み合わないで前記切断状態をもたらす切断位置とに切替配置される噛み合い部材と、前記接続位置と前記切断位置との一方から他方へ前記噛み合い部材を移動するための第１移動手段と、前記他方から前記一方へ前記噛み合い部材を移動するための第２移動手段とを備えている。
【０００８】
切替手段が冷凍サイクル用作動流体（冷媒）の存在領域にある場合にも、噛み合い型の切替手段は、冷凍サイクル用作動流体に含まれる潤滑油によって、トルク伝達性能を落とすことはない。そのため、切替手段の小型化が可能であり、複合流体機械の小型化が可能である。
【０００９】
好適な例では、前記噛み合い部材は、磁性体又は永久磁石を有し、前記第１移動手段は、ソレノイドコイルであり、前記第２移動手段は、復帰バネである。
ソレノイドコイルへの通電が行われると、噛み合い部材がソレノイドコイルの電磁力によって接続位置と切断位置との一方から他方へ移動され、ソレノイドコイルへの通電が停止されると、噛み合い部材が復帰バネのバネ力によって、接続位置と切断位置との他方から一方へ移動される。
【００１０】
好適な例では、前記噛み合い部材は、磁性体又は永久磁石を有し、前記第１移動手段は、第１ソレノイドコイルであり、前記第２移動手段は、第２ソレノイドコイルである。
第１ソレノイドコイルへの通電が行われると、噛み合い部材が第１ソレノイドコイルの電磁力によって接続位置と切断位置との一方から他方へ移動される。第２ソレノイドコイルへの通電が行われると、噛み合い部材が接続位置と切断位置との他方から一方へ移動される。
【００１１】
好適な例では、前記噛み合い部材は、筒部材であり、前記筒部材は、内周面に凸部と凹部とのいずれか一方を有し、前記駆動軸は、外周面に前記一方と噛合する凹部又は凸部を有し、前記回転軸は、外周面に前記一方と噛合する凹部又は凸部を有する。
【００１２】
筒形状の筒部材は、その移動が駆動軸と回転軸とによって案内されることから、噛み合い部材として簡便である。
好適な例では、前記噛み合い部材は、筒部材であり、前記筒部材は、内周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた内周側噛み合い部を有し、前記駆動軸は、外周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた外周側噛み合い部を有し、前記回転軸は、外周面に凹条と凸条とを周方向に交互に並べた外周側噛み合い部を有し、前記駆動軸と前記回転軸との一方を前記噛み合い部材が前記切断位置にあるときに噛み合わない非噛み合い対象とした場合、前記内周側噛み合い部における凸条の前記非噛み合い対象側の一端部は、前記噛み合い部材側から前記非噛み合い対象側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されており、前記非噛み合い対象における外周側噛み合い部の凸条の前記噛み合い部材側の一端部は、前記非噛み合い対象側から前記噛み合い部材側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されており、前記内周側噛み合い部の凸条は、前記駆動軸側の外周側噛み合い部の凹条と前記回転軸側の外周側噛み合い部の凹条とに嵌り込み可能である。
【００１３】
噛み合い部材が切断位置から接続位置へ移行したときの、内周側噛み合い部と外周側噛み合い部との噛合が円滑に行われる。
好適な例では、前記噛み合い部材は、前記駆動軸と噛み合っているときには、前記回転電機を構成するステータのコイルの内周空間に入り込んでいる。
【００１４】
ステータのコイルと噛み合い部材とが駆動軸の軸方向と直交する方向に見て重なり合うため、駆動軸の軸方向における複合流体機械の長さの短縮化が可能である。
好適な例では、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の軸方向に並設されており、前記切替手段は、前記複合流体機械を構成するハウジング内の冷凍サイクル用作動流体存在領域にある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、複合流体機械の小型化を達成できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は、複合流体機械を示す全体側断面図。（ｂ），（ｃ）は、部分側断面図。
【図２】分解斜視図。
【図３】車両用排熱回収システムを示す模式図。
【図４】第２の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図５】第３の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図６】第４の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図７】第５の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図８】第６の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図９】第７の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、部分側断面図。
【図１０】第８の実施形態を示し、（ａ）は、部分側断面図。（ｂ）は、分解斜視図。
【図１１】第９の実施形態を示す部分側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図３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を備えると共に、ランキンサイクル回路１３と冷凍サイクル回路１４とを併せ持つ。冷凍サイクル回路１４では、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（以下、冷凍サイクル用冷媒という）が循環し、ランキンサイクル回路１３では、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（以下、ランキンサイクル用冷媒という）が循環する。車両用排熱回収システム１１を構成する複合流体機械３４は、ランキンサイクル回路１３の一部及び冷凍サイクル回路１４の一部を構成している。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、複合流体機械３４を構成するハウジング３５は、筒状をなすセンターハウジング３６と、センターハウジング３６の前端〔図１（ａ）において左端〕に連結されたフロントハウジング３７と、センターハウジング３６の後端〔図１（ａ）において右端〕に連結された隔壁３８と、隔壁３８に連結されたリヤハウジング３９とから構成されている。
【００１９】
隔壁３８とセンターハウジング３６の支持壁３６１とには駆動軸４０が軸受５０，５１を介して回転可能に支持されており、駆動軸４０にはモータロータ４１が固定されている。センターハウジング３６の内周面にはステータ４２がモータロータ４１を取り囲むように固定されている。駆動軸４０、ステータ４２及びモータロータ４１は、回転電機としてのモータ・ジェネレータ４３を構成する。
【００２０】
モータ・ジェネレータ４３は、ステータ４２のコイル４２１への通電によってモータロータ４１を回転させる電動機としての機能と、モータロータ４１が回転することによってステータ４２のコイル４２１に電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。
【００２１】
図３に示すように、モータ・ジェネレータ４３にはバッテリ４５がインバータ４４を介して電気的に接続されている。モータ・ジェネレータ４３で生じた電力は、インバータ４４を介してバッテリ４５に蓄電されるようになっている。インバータ４４には制御部３２が信号接続されている。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、センターハウジング３６内の前側〔図１（ａ）において左側〕には支持ブロック４６が固設されている。支持ブロック４６には回転軸４７が軸受４８，４９によって回転可能に支持されている。回転軸４７は、駆動軸４０と同軸上に配置されており、駆動軸４０と回転軸４７とは、駆動軸４０の前端面４００と回転軸４７の後端面４７０とが互いに対向するように配置されている。
【００２３】
支持ブロック４６とフロントハウジング３７との間にはスクロール式の圧縮機部５２が設けられている。回転軸４７の前端には偏心軸５３が設けられている。偏心軸５３は、回転軸４７の回転により回転軸４７の回転軸線の周りを公転する。偏心軸５３には可動スクロール５４がブッシュ５５及び軸受５６を介して回転可能に支持されている。可動スクロール５４は、軸受５６に支持された可動側端板５４１と、可動側端板５４１から突設された渦巻状の可動側渦巻壁５４２とを備えている。
【００２４】
センターハウジング３６内には固定スクロール５７が可動スクロール５４と対向するように固設されている。固定スクロール５７は、固定側端板５７１と、固定側端板５７１から支持ブロック４６に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁５７２とを備えている。可動スクロール５４の可動側渦巻壁５４２と、固定スクロール５７の固定側渦巻壁５７２とは、互いに噛み合わされて容積変更可能な圧縮室５８を区画する。
【００２５】
固定側端板５７１の中央部には吐出口５７３が形成されている。吐出口５７３は、吐出弁５９により開閉可能になっている。固定側端板５７１とフロントハウジング３７との間には吐出室６０が区画されている。
【００２６】
フロントハウジング３７には吐出ポート３７１が吐出室６０に連通するように形成されている。固定スクロール５７と可動側渦巻壁５４２との間には吸入室Ｓが区画形成されている。吸入室Ｓは、支持ブロック４６と隔壁３８との間におけるセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ１に連通している。内部空間Ｋ１は、支持壁３６１と隔壁３８との間におけるセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ２に連通している。センターハウジング３６に形成された導入ポート３６２を介して外部冷媒回路６１〔図３参照〕に連通している。内部空間Ｋ１，Ｋ２は、複合流体機械３４を構成するハウジング３５内の冷凍サイクル用作動流体存在領域である。
【００２７】
リヤハウジング３９内には第１サイドプレート６２が隔壁３８に対向するように固設されている。リヤハウジング３９内には第２サイドプレート６３が第１サイドプレート６２と対向するように固設されている。隔壁３８と第１サイドプレート６２との間にはポンプ室６４が区画されている。駆動軸４０は、隔壁３８及び第１サイドプレート６２を貫通している。ポンプ室６４内には駆動軸４０に止着された主動ギヤ６５と、主動ギヤ６５に噛合する従動ギヤ（図示略）とが配設されている。ポンプ室６４、主動ギヤ６５及び従動ギヤは、ギヤポンプ６６を構成する。
【００２８】
第１サイドプレート６２と第２サイドプレート６３との間には筒状をなすシリンダブロック６７が収容されている。シリンダブロック６７内において駆動軸４０には円筒状をなすロータ６８が駆動軸４０に止着されており、ロータ６８の外周面にはベーン６９が出没可能に設けられている。駆動軸４０が回転するとロータ６８が回転する。ロータ６８の回転に伴い、ベーン６９の先端がシリンダブロック６７の内周面を摺接する。ロータ６８の外周面、シリンダブロック６７の内周面及び隣り合うベーン６９は、第１サイドプレート６２と第２サイドプレート６３との間に作動室７０を区画する。
【００２９】
リヤハウジング３９と第２サイドプレート６３との間には吐出空間７１が区画されており、リヤハウジング３９には吐出ポート７２が吐出空間７１に連通するように形成されている。リヤハウジング３９には作動室７０に連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３０】
第１サイドプレート６２、第２サイドプレート６３、シリンダブロック６７、ロータ６８、ベーン６９及び作動室７０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７３を構成する。
【００３１】
図１（ｂ），（ｃ）及び図２に示すように、駆動軸４０の前端部４０１の外周面には凹条７４が駆動軸４０の前端面４００から駆動軸４０の回転軸線Ｌの方向に延びるように形成されている。回転軸４７の後端部４７１の外周面には凹条７５が回転軸４７の後端面４７０から回転軸４７の回転軸線（つまり回転軸線Ｌ）の方向に延びるように形成されている。駆動軸４０の前端部４０１の径と回転軸４７の後端部４７１の径とは同じであり、回転軸４７の回転軸線は、駆動軸４０の回転軸線Ｌと同一線上にある。
【００３２】
駆動軸４０の前端部４０１には磁性体からなる筒部材７６がスライド可能に嵌合されている。噛み合い部材としての筒部材７６の内周面には凸条７７が筒部材７６の一端から他端に至るように形成されている。凸条７７は、凹条７４に嵌り込んだ状態で凹条７４内をスライド可能である。又、凸条７７は、凹条７５に嵌り込んで凹条７５内をスライド可能である。
【００３３】
本実施形態では、回転軸線Ｌの方向における凸条７７の長さは、回転軸線Ｌの方向における凹条７４の長さと同じにしてある。又、回転軸線Ｌの方向における凸条７７の長さは、回転軸線Ｌの方向における凹条７５の長さと、前端面４００と後端面４７０との間隔との和よりも大きくしてある。
【００３４】
支持ブロック４６の後端面には環状のスラストベアリング７８が回転軸４７を取り囲むように取り付けられており、スラストベアリング７８と筒部材７６の端部との間には復帰バネ７９が介在されている。第２移動手段としての復帰バネ７９は、回転軸４７側から駆動軸４０側に向けて筒部材７６を付勢する。
【００３５】
支持ブロック４６の後端面には環状のソレノイドコイル８０がスラストベアリング７８を取り囲むように止着されている。第１移動手段としてのソレノイドコイル８０の内径は、筒部材７６の外径よりも大きくしてあり、筒部材７６は、ソレノイドコイル８０の内側に出入り可能である。ソレノイドコイル８０は、制御部３２の通電制御を受ける。
【００３６】
図１（ｂ）は、ソレノイドコイル８０への通電がないときの筒部材７６の位置を示す。ソレノイドコイル８０への通電がないときには、筒部材７６は、復帰バネ７９のバネ力によって、凸条７７が回転軸４７側の凹条７５から離脱した位置、つまり、駆動軸４０側の凹条７４にのみ嵌り込む位置（以下においては切断位置という）に配置される。筒部材７６が切断位置にあるときには、駆動軸４０の回転が回転軸４７に伝達されることはない。
【００３７】
図１（ｃ）は、ソレノイドコイル８０へ通電が行われているときの筒部材７６の位置を示す。ソレノイドコイル８０への通電が行われているときには、筒部材７６は、復帰バネ７９のバネ力に抗して、駆動軸４０側の凹条７４と回転軸４７側の凹条７５との両方に嵌り込む位置（以下においては接続位置という）に配置される。つまり、筒部材７６は、駆動軸４０と回転軸４７とに噛み合って、駆動軸４０と回転軸４７とを接続する接続状態をもたらす。筒部材７６が接続位置にあるときには、駆動軸４０の回転が回転軸４７に伝達される。
【００３８】
凹条７４，７５、筒部材７６、凸条７７、復帰バネ７９及びソレノイドコイル８０は、駆動軸４０と回転軸４７とを接続状態又は切断状態に切り替える切替手段８１を構成する。
【００３９】
複合流体機械３４を構成する圧縮機部５２、切替手段８１、モータ・ジェネレータ４３及び膨張機部７３は、この順序で、駆動軸４０の回転軸線Ｌの方向に、前側〔図１（ａ）の左側〕から後側〔図１（ａ）の右側〕に向かって並設されている。切替手段８１は、冷凍サイクル用作動流体存在領域である内部空間Ｋ１にある。
【００４０】
次に、複合流体機械３４を備えた車両用排熱回収システム１１における冷凍サイクル回路１４について説明する。
図３に示すように、冷凍サイクル回路１４は、複合流体機械３４における圧縮機部５２、外部冷媒回路６１上に設けられた凝縮器１５、膨張弁１６及び蒸発器１７によって構成されている。
【００４１】
圧縮機部５２で圧縮された冷凍サイクル用冷媒は、外部冷媒回路６１に流出して凝縮器１５で冷却される。膨張弁１６は、凝縮器１５で冷却された冷凍サイクル用冷媒を減圧膨張し、蒸発器１７は、膨張弁１６によって減圧された冷凍サイクル用冷媒を気化させる。蒸発器１７を経由した冷凍サイクル用冷媒は、逆止弁１８を経由してセンターハウジング３６〔図１（ａ）参照〕の内部空間Ｋ２に流入する。内部空間Ｋ２に流入した冷凍サイクル用冷媒に含まれる潤滑油は、軸受５０，５１を潤滑する。
【００４２】
次に、複合流体機械３４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回路１３について説明する。
ランキンサイクル回路１３は、複合流体機械３４の膨張機部７３、凝縮器２９、複合流体機械３４のギヤポンプ６６、第１ボイラ２０、及び第２ボイラ２１によって構成されている。
【００４３】
第１ボイラ２０は、吸熱器２０１と放熱器２０２とを備える。ギヤポンプ６６におけるポンプ室６４〔図１（ａ）参照〕の吐出側には第１ボイラ２０の吸熱器２０１が第１流路２２を介して接続されている。放熱器２０２は、エンジン１２に接続された冷却水循環経路２３上に設けられている。冷却水循環経路２３上にはラジエータ２４が設けられている。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２３を循環して放熱器２０２及びラジエータ２４で放熱する。
【００４４】
第２ボイラ２１は、吸熱器２１１と放熱器２１２とを備える。第１ボイラ２０の吸熱器２０１の吐出側には第２ボイラ２１の吸熱器２１１が接続通路２５を介して接続されている。放熱器２１２は、エンジン１２に接続された排気通路２６上に設けられている。エンジン１２からの排気は、放熱器２１２で放熱した後、マフラ２７から排気される。ギヤポンプ６６から吐出されたランキンサイクル用冷媒は、第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１の吸熱器２０１，２１１と放熱器２０２，２１２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。
【００４５】
第２ボイラ２１の吸熱器２１１の吐出側には膨張機部７３における吸入ポートが膨張側吸入流路２８を介して接続されている。第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１で加熱された高温高圧のランキンサイクル用冷媒は、膨張側吸入流路２８を介して膨張機部７３に導入されるようになっている。膨張機部７３の吐出ポート７２〔図１（ａ）参照〕には凝縮器２９が膨張側吐出流路３０を介して接続されている。膨張機部７３で膨張した低圧のランキンサイクル用冷媒は、膨張側吐出流路３０を介して凝縮器２９へ吐出されるようになっている。凝縮器２９の吐出側にはギヤポンプ６６のポンプ室６４〔図１（ａ）参照〕が第２流路３１を介して接続されている。
【００４６】
ランキンサイクル回路１３内のランキンサイクル用冷媒は、ギヤポンプ６６のポンプ作用により、ポンプ室６４、第１ボイラ２０、第２ボイラ２１、膨張機部７３及び凝縮器２９を通過してランキンサイクル回路１３を循環するようになっている。
【００４７】
次に、車両用排熱回収システム１１の作用について説明する。
第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１にあるランキンサイクル用冷媒は、エンジン１２からの排熱によって加熱される。加熱後の高圧のランキンサイクル用冷媒は、吸入ポート（図示せず）から膨張機部７３の作動室７０に導入されて膨張する。このランキンサイクル用冷媒の膨張により膨張機部７３が機械的エネルギー（回転付与力）を出力し、この回転付与力によってロータ６８及び駆動軸４０が回転する。膨張機部７３は、ランキンサイクル用作動流体を利用してモータ・ジェネレータ４３の駆動軸４０に回転力を付与する膨張機部である。
【００４８】
膨張を終えて圧力が低下したランキンサイクル用冷媒は、吐出空間７１に吐出された後、吐出ポート７２を介して膨張側吐出流路３０へ吐出される。膨張側吐出流路３０へ吐出されたランキンサイクル用冷媒は、凝縮器２９を通過する。駆動軸４０の回転によるギヤポンプ６６の駆動に伴い、凝縮器２９から吐出されたランキンサイクル用冷媒は、第２流路３１を介してポンプ室６４に導入され、ポンプ室６４から第１ボイラ２０に向けて第１流路２２へ吐出される。第１流路２２へ吐出されたランキンサイクル用冷媒は、第１ボイラ２０から第２ボイラ２１へと還流する。
【００４９】
エアコンスイッチ３３をＯＮにすると、制御部３２は、ソレノイドコイル８０への通電を行なう。これにより、図１（ｂ）に示す切断位置にある筒部材７６が図１（ｃ）に示す接続位置に向けて移動する。筒部材７６の凸条７７が駆動軸４０側の凹条７４に嵌り込んでいるため、筒部材７６は、駆動軸４０と一体的に回転しながら接続位置に向けて移動する。復帰バネ７９の一端は、スラストベアリング７８に接合しているため、復帰バネ７９は、筒部材７６と一体的に回転する。
【００５０】
接続位置に向けて移動する筒部材７６の凸条７７の端部は、回転軸線Ｌを中心にして周回しており、回転軸線Ｌの方向に見て凸条７７の端部が回転軸４７側の凹条７５に対向すると、凸条７７が凹条７５に嵌り込む。そして、筒部材７６は、図１（ｃ）に示す接続位置に配置される。これにより、駆動軸４０の回転が筒部材７６を介して回転軸４７に伝達され、回転軸４７が駆動軸４０と一体的に回転する。
【００５１】
回転軸４７の回転に伴い、可動スクロール５４が固定スクロール５７に対して旋回し、外部冷媒回路６１から冷凍サイクル用冷媒が導入ポート３６２を介してセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ２へ流入する。内部空間Ｋ２へ流入した冷凍サイクル用冷媒は、軸受５０，５１を潤滑しながら内部空間Ｋ１を経由して吸入室Ｓ内に吸入される。可動スクロール５４の旋回に伴い、吸入室Ｓ内の冷凍サイクル用冷媒が圧縮室５８へ導入されて圧縮される。圧縮室５８で圧縮された冷凍サイクル用冷媒は、吐出弁５９を押し退けて吐出口５７３から吐出室６０に吐出される。吐出室６０内の冷凍サイクル用冷媒は、凝縮器１５へ送られ、凝縮器１５で凝縮された後に膨張弁１６で減圧される。膨張弁１６を通過した冷凍サイクル用冷媒は、蒸発器１７で気化され、逆止弁１８を経由してセンターハウジング３６の内部空間Ｋ２へ流入する。
【００５２】
ソレノイドコイル８０への通電によって筒部材７６が接続位置に配置された後、制御部３２は、バッテリ４５からインバータ４４を介してモータ・ジェネレータ４３のコイル４２１に給電し、モータ・ジェネレータ４３を電動機として機能させる。モータロータ４１は、コイル４２１への給電により回転力を付与され、駆動軸４０は、アシスト回転力を得る。
【００５３】
駆動軸４０と回転軸４７とが切替手段８１によって接続されて圧縮機部５２が駆動開始されるときには、駆動軸４０に対する回転抵抗が増大する。そのため、圧縮機部５２が駆動開始されるときには、制御部３２は、回転軸４７の回転数を要求される回転数にするために、モータ・ジェネレータ４３を電動機として機能させ、ギヤポンプ６６と圧縮機部５２とを駆動させるために必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ４３からの出力によって担われる。
【００５４】
回転軸４７の回転数は、図示しない回転数検出手段によって検出されており、回転数検出手段によって得られた回転数情報は、制御部３２へ送られる。圧縮機部５２が駆動開始された後、制御部３２は、回転軸４７の検出回転数が要求される回転数に達すると、モータ・ジェネレータ４３への通電を停止し、回転軸４７の検出回転数が要求される回転数に満たなくなると、モータ・ジェネレータ４３への通電を再開する。
【００５５】
膨張機部７３の出力がギヤポンプ６６及び圧縮機部５２を駆動させるために要求される動力を超えると、モータ・ジェネレータ４３は、発電機として機能することになり、得られた電力はインバータ４４を介してバッテリ４５に充電される。
【００５６】
エアコンスイッチ３３がＯＦＦにされると、制御部３２は、ソレノイドコイル８０への通電を停止する。これにより、筒部材７６が復帰バネ７９のバネ力によって図１（ｃ）に示す接続位置から図１（ｂ）に示す切断位置へ復帰し、駆動軸４０から回転軸４７への回転伝達が遮断される。
【００５７】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）噛み合い型の切替手段８１は、センターハウジング３６内の内部空間Ｋ１内の冷凍サイクル用冷媒に含まれる潤滑油によって、トルク伝達性能を落とすことはない。そのため、ソレノイドコイル８０の外径や筒部材７６の外径を小さくして切替手段８１の小型化を図ることができる。切替手段８１の小型化は、複合流体機械３４の小型化の達成に寄与する。
【００５８】
（２）筒形状の筒部材７６は、その移動が駆動軸４０と回転軸４７とによって案内されることから、切断位置と接続位置との間を移動する噛み合い部材として簡便である。
次に、図４（ａ），（ｂ）の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００５９】
回転軸線Ｌの方向における凹条７５Ａの長さと、前端面４００と後端面４７０との間隔との和は、回転軸線Ｌの方向における凸条７７の長さよりも大きくしてあり、回転軸線Ｌの方向における凹条７４Ａの長さは、凸条７７の長さよりも短くしてある。
【００６０】
図４（ａ）では、ソレノイドコイル８０への通電が行われていない状態を示し、凸条７７が凹条７４Ａ，７５Ａの両方に嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への通電が行われていない状態では、筒部材７６が接続位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが接続状態にある。図４（ｂ）では、ソレノイドコイル８０への通電が行われている状態を示し、凸条７７が凹条７５Ａにのみ嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への通電が行われている状態では、筒部材７６が切断位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが切断状態にある。
【００６１】
第１の実施形態と同様の効果が得られる第２の実施形態では、圧縮機部５２の使用時間が膨張機部７３の駆動時間の半分以上となる場合には、第１の実施形態よりもソレノイドコイル８０における消費電力が抑えられる。
【００６２】
次に、図５（ａ），（ｂ）の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
支持壁３６１にはスラストベアリング８２が駆動軸４０を取り巻くように取り付けられており、スラストベアリング８２と筒部材７６の端部との間には復帰バネ７９Ａが介在されている。復帰バネ７９Ａは、駆動軸４０側から回転軸４７側に向けて筒部材７６を付勢する。ソレノイドコイル８０は、駆動軸４０側の凹条７４を取り巻く位置に配置されている。
【００６３】
図５（ａ）では、ソレノイドコイル８０への通電が行われていない状態を示し、凸条７７が凹条７４，７５の両方に嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への通電が行われていない状態では、筒部材７６が接続位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが接続状態にある。図５（ｂ）では、ソレノイドコイル８０への通電が行われている状態を示し、凸条７７が凹条７４にのみ嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への通電が行われている状態では、筒部材７６が切断位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが切断状態にある。
【００６４】
第３の実施形態では、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図６（ａ），（ｂ）の第４の実施形態を説明する。第２，３の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００６５】
第４の実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた実施形態である。
第４の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
次に、図７（ａ），（ｂ）の第５の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。第５の実施形態では、第１の実施形態における復帰バネ７９及び第３の実施形態における復帰バネ７９Ａは用いられていない。筒部材７６Ｂは、環状の永久磁石７６１を備えている。
【００６７】
図７（ａ）では、ソレノイドコイル８０への負の通電が行われている状態を示し、凸条７７が凹条７４にのみ嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への負の通電が行われている状態では、ソレノイドコイル８０の電磁力が永久磁石７６１を回転軸４７側から駆動軸４０側へ付勢しており、筒部材７６が接続位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが切断状態にある。図７（ｂ）では、ソレノイドコイル８０への正の通電が行われている状態を示し、凸条７７が凹条７４，７５の両方に嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への正の通電が行われている状態では、ソレノイドコイル８０の電磁力が永久磁石７６１を駆動軸４０側から回転軸４７側へ吸引しており、筒部材７６が接続位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが接続状態にある。
【００６８】
第５の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる上に、復帰バネ７９，７９Ａが不要になる。特に、筒部材７６を吸引しつづけるために必要な消費電力が復帰バネ７９，７９Ａを圧縮し続けるために必要な消費電力よりも少ないならバッテリ４５への負担も少なくて済む。
【００６９】
次に、図８（ａ），（ｂ）の第６の実施形態を説明する。第５の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。センターハウジング３６〔図１（ａ）参照〕の支持壁３６１にはソレノイドコイル８３が取り付けられている。ソレノイドコイル８０は、第１移動手段としての第１ソレノイドコイルであり、ソレノイドコイル８３は、第２移動手段としての第２ソレノイドコイルである。
【００７０】
図８（ａ）では、ソレノイドコイル８３への通電が行われていると共に、ソレノイドコイル８０への通電が行われていない状態を示し、凸条７７が凹条７４にのみ嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８３への通電が行われている状態では、ソレノイドコイル８３の電磁力が永久磁石７６１を回転軸４７側から駆動軸４０側へ付勢しており、筒部材７６Ｂが接続位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが接続状態にある。図８（ｂ）では、ソレノイドコイル８０への通電が行われていると共に、ソレノイドコイル８３への通電が行われていない状態を示し、凸条７７が凹条７４，７５の両方に嵌り込んでいる。つまり、ソレノイドコイル８０への通電が行われている状態では、ソレノイドコイル８０の電磁力が永久磁石７６１を駆動軸４０側から回転軸４７側へ付勢しており、筒部材７６Ｂが切断位置にあって駆動軸４０と回転軸４７とが切断状態にある。
【００７１】
第６の実施形態では、第５の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図９（ａ），（ｂ）の第７の実施形態を説明する。第６の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００７２】
駆動軸４０の前端部４０１の外周面の凹条７４から外れた位置には弾性リング８４が嵌められており、回転軸４７の後端部４７１の外周面の凹条７５から外れた位置には弾性リング８５が嵌められている。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、筒部材７６Ｃが切断位置にあるときには、弾性リング８４が筒部材７６Ｃの後端〔図９（ａ），（ｂ）において右端〕の内周面７６２に弾性変形して接触する。図９（ｂ）に示すように、筒部材７６Ｃが接続位置にあるときには、弾性リング８５が筒部材７６Ｃの前端〔図９（ａ），（ｂ）において左端〕の内周面７６３に弾性変形して接触する。つまり、筒部材７６Ｃは、ソレノイドコイル８０，８３の電磁力に頼ることなく、切断位置及び接続位置に保持される。
【００７４】
第７の実施形態では、第６の実施形態と同様の効果が得られる上に、切断位置及び接続位置に筒部材７６Ｃを保持するための電力が不要である。
次に、図１０（ａ），（ｂ）の第８の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００７５】
筒部材７６Ｄの内周面には凸条７６４と凹条７６５とを周方向に交互に並べた内周側噛み合い部８６が形成されている。駆動軸４０の前端部４０１の外周面には凸条４０２と凹条４０３とを周方向に交互に並べた第１外周側噛み合い部８７が形成されており、回転軸４７の後端部４７１の外周面には凸条４７２と凹条４７３とを周方向に交互に並べた第２外周側噛み合い部８８が形成されている。
【００７６】
図１０（ａ）に実線で示す筒部材７６Ｄの位置、及び図１０（ｂ）に鎖線で示す右側の筒部材７６Ｄの位置は、切断位置であり、図１０（ａ）に鎖線で示す筒部材７６Ｄの位置、図１０（ｂ）に示す左側の鎖線で示す筒部材７６Ｄの位置は、接続位置である。第８の実施形態では、噛み合い部材である筒部材７６Ｄが切断位置にあるときには、回転軸４７と筒部材７６Ｄとは、噛み合わない。つまり、回転軸４７は、筒部材７６Ｄが切断位置にあるときに筒部材７６Ｄと噛み合わない非噛み合い対象である。
【００７７】
図１０（ｂ）に示すように、内周側噛み合い部８６の凸条７６４の前端部は、互いに離れる方向に向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されている。つまり、内周側噛み合い部８６における凸条７６４の非噛み合い対象（回転軸４７）側の一端部は、筒部材７６Ｄ側から非噛み合い対象（回転軸４７）側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されている。第２外周側噛み合い部８８の凸条４７２の後端部は、回転軸４７側から駆動軸４０側に向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されている。つまり、非噛み合い対象（回転軸４７）における第２外周側噛み合い部８８の凸条４７２の筒部材７６Ｄ側の一端部は、非噛み合い対象（回転軸４７）側から筒部材７６Ｄ側へ向かうにつれて周方向の幅が小さくなってゆく先細り形状に形成されている。
【００７８】
内周側噛み合い部８６の凸条７６４は、第１外周側噛み合い部８７の凹条４０３と第２外周側噛み合い部８８の凹条４７３とに嵌り込み可能である。第１外周側噛み合い部８７の凸条４０２及び第２外周側噛み合い部８８の凸条４７２は、内周側噛み合い部８６の凹条７６５に嵌り込み可能である。
【００７９】
従って、筒部材７６Ｄが切断位置から接続位置へ移行したときの、内周側噛み合い部８６と第２外周側噛み合い部８８との噛合が円滑に行われる。
次に、図１１の第９の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。第９の実施形態の実施形態では、第１の実施形態における支持壁３６１及び軸受５１はない。
【００８０】
回転軸４７の後端面４７０には凹部４７４が凹み形成されており、駆動軸４０の前端には挿入軸部４０４が凹部４７４内に突入するように突設されている。挿入軸部４０４は、凹部４７４内で軸受８９を介して回転軸４７に回転可能に支持されている。つまり、凹部４７４は、他の実施形態における支持壁３６１の代わりとして機能している。
【００８１】
図１１は、筒部材７６が切断位置にある状態を示し、切断位置にある筒部材７６は、モータ・ジェネレータ４３のコイル４２１の内周空間Ｈに入り込んでいる。
第９の実施形態では、ステータ４２のコイル４２１と筒部材７６とが駆動軸４０の軸方向（回転軸線Ｌの方向）と直交する方向に見て重なり合うため、駆動軸４０の軸方向における複合流体機械３４の長さが第１の実施形態の場合より短くなる。
【００８２】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第８の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせてもよい。この場合、筒部材７６側の内周側噛み合い部の凸条の後端側が先細り形状に形成され、駆動軸４０側の外周側噛み合い部の凸条の先端部が先細り形状に形成される。
【００８３】
○噛み合い部材は、駆動軸４０と回転軸４７との一方と常に噛み合い、且つ他方と噛み合う位置と噛み合わない位置とに切替配置可能であれば、筒形状以外の形状（例えば角柱形状）でもよい。
【００８４】
○駆動軸４０及び回転軸４７の外周面に凸条を設け、該凸条と嵌り合う凹条を筒部材の内周面に設けてもよい。
○膨張機部として、ベーン式以外の他の形式の膨張機部を用いてもよい。例えば、駆動軸４０に軸流ファンを取り付け、駆動軸４０の軸方向にランキンサイクル用作動流体を流して軸流ファン及び駆動軸４０を一体的に回転させるようにしてもよい。又、膨張機部は、圧縮機部５２と同様に可動スクロールと固定スクロールとによって構成されてもよい。
【００８５】
○圧縮機部として、スクロール式以外の他の形式の圧縮機部（例えば斜板式、ベーン式、スクリュー式等）を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
３４…複合流体機械。３５…ハウジング。４０…駆動軸。４０２…凸条。４０３…凹条。４２…ステータ。４２１…コイル。４３…回転電機であるモータ・ジェネレータ。４７…回転軸。４７２…凸条。４７３…凹条。５２…圧縮機部。７３…膨張機部としての膨張機部。７４，７４Ａ，７５，７５Ａ…凹条。７６，７６Ｂ，７６Ｃ，７６Ｄ…噛み合い部材としての筒部材。７６１…永久磁石。７６２，７６３…内周面。７６４…凸条。７６５…凹条。７７…凸条。７９，７９Ａ…第２移動手段としての復帰バネ。８０…第１移動手段としてのソレノイドコイル（第１ソレノイドコイルでもある）。８１…切替手段。８３…第２移動手段としての第２ソレノイドコイル。８６…内周側噛み合い部。８７…第１外周側噛み合い部。８８…第２外周側噛み合い部。Ｋ１…冷凍サイクル用作動流体存在領域である内部空間。Ｈ…内周空間。
【図１】
2011080446.tif 000003
【図２】
2011080446.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011080446.tif 000006
【図５】
2011080446.tif 000007
【図６】
2011080446.tif 000008
【図７】
2011080446.tif 000009
【図８】
2011080446.tif 000010
【図９】
2011080446.tif 000011
【図１０】
2011080446.tif 000012
【図１１】
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