(57)【要約】【課題】  エネルギーロスを抑制して機械力または電磁力により機械駆動を行うことができる電磁機械を得る。【解決手段】  ロータ２２０は、ワンウェイクラッチ４００を介してシャフト１０８と結合されている。ステータ２１０の３対６個の各コイル２１１は、スター結線されており、その中点にはスイッチ素子が結合されている。中点電位がスイッチ素子により短絡されると、ステータには各コイルが発生した同方向の磁束が発生する。この同方向の磁束はステータから軸方向に形成された磁気伝達部材２３１およびステータハウジング２３０の外周部を通るよう磁気回路を形成する。これにより、シャフトに固定された摩擦板３３０ａがプーリ部３１０に吸引され、電磁クラッチとして作動する。【選択図】        図２
2005330937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイル部（２１１）と回転軸周りに回転するロータ部（２２０）と、摩擦板（３３０ａ）と吸引部（２３０、２３１）とを備える電磁機械であって、
前記複数のコイル部が前記回転軸周りに回転する回転磁界を形成するとき前記ロータ部は前記回転磁界の回転に同期して回転する発電電動機（２００）として作動する発電電動機モードと、
前記隣り合うコイル部がそれぞれ同方向磁界を形成するとき前記同方向磁界に応じた電磁力により前記摩擦板が前記吸引部に吸引される電磁クラッチ（３３０）として作動する電磁クラッチモードとのいずれかの作動モードで作動することを特徴とする電磁機械。
【請求項２】
前記吸引部は、前記各コイル部との間に電磁クラッチ用の磁気回路を形成するとともに、前記各コイル部と前記ロータ部との間に形成される磁気回路の磁気抵抗より大きい磁気抵抗を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁機械。
【請求項３】
前記複数のコイル部は中点でスター結線されるとともに、前記中点には該中点の電位を開放または所定電位のいずれかに切り替える中点制御素子（１ｂ、１ｃ）が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁機械。
【請求項４】
前記発電電動機モードでは、前記中点制御素子が前記中点の電位を開放となるよう制御され、前記電磁クラッチモードでは、前記中点制御素子が前記中点の電位を前記所定電位となるよう制御されることを特徴とする請求項３に記載の電磁機械。
【請求項５】
前記回転軸を形成するシャフト（１０８）を備え、前記シャフトは流体機械が結合されて、前記流体機械を介して前記流体機械に流入出する流体とエネルギー交換をすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電磁機械。
【請求項６】
前記シャフトは前記ロータ部とワンウェイクラッチ（４００）を介して結合し、前記ワンウェイクラッチは前記発電電動機モードでは前記シャフトとロータ部とを結合状態として一体的に回転させ、前記電磁クラッチモードでは、前記シャフトとロータ部とを非結合状態として前記ロータ部を回転させないようにすることを特徴とする請求項５に記載の電磁機械。
【請求項７】
前記流体機械は、圧縮機（１００）であり、
前記電磁クラッチモードでは、前記シャフトは前記摩擦板を介して外部駆動源より入力される外力により回転エネルギーが与えられ、前記発電電動機モードでは、前記シャフトは前記複数のコイル部が発生する前記回転磁界より回転エネルギーが与えられることにより前記圧縮機を作動させて前記圧縮機に流入する前記流体を圧縮して吐出することを特徴とする請求項５または６に記載の電磁機械。
【請求項８】
前記流体機械は、膨脹機（１００）であり、流入する流体が膨張作動する際に前記シャフトに回転エネルギーを与えるとともに、
前記シャフトの回転エネルギーにより前記ロータ部が回転し、前記発電電動機モードでの作動時に、この回転に基づき前記コイル部より電気エネルギーを出力することを特徴とする請求項５または６に記載の電磁機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機または発電機と電磁クラッチとを兼用する電磁機械に関するもので、例えばハイブリッドコンプレッサやランキンサイクル等の廃熱回収機器等に用いて有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の兼用型電磁機械として、電動モータ（電動機）そのものを機械伝達手段として用いる複合型圧縮装置（例えば、特許文献１参照）や、電磁クラッチと電動モータとを一体化したハイブリッドコンプレッサ（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【特許文献１】特開平１１−６２８２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１０６４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前者の従来技術では、エンジンの駆動力により圧縮機を駆動するときには、エンジン駆動力による回転部（プーリ部）と圧縮機の回転軸とは、電動モータの磁気回路の間隙が介在し、両者は機械連結されていないため、機械伝達効率の面で改善の余地があった。また、この従来技術では電動モータにおける発電作動は、エンジン駆動力によるものであって、廃熱回収時等における圧縮機の逆回転による発電を行うことはできなかった。
【０００４】
また、後者の従来技術では、電動モータとしての作動と電磁クラッチとしての作動とが、同時に行われるか、あるいは、切り替えられるか、さらには、切り替えられる場合はどのように切り替えられるかが示されておらず、ハイブリッドコンプレッサ全体の作動状態が不明瞭である。また、この従来技術でも、電動モータにおける発電作動を、廃熱回収時等における圧縮機の逆回転によって行うことはできなかった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、エネルギーロスを抑制して機械力または電磁力により機械駆動を行うことができる電磁機械を得ることを目的とする。
【０００６】
また、駆動機械の逆回転による発電をも行うことができる電磁機械を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数のコイル部（２１１）と回転軸周りに回転するロータ部（２２０）と、摩擦板（３３０ａ）と吸引部（２３０、２３１）とを備える電磁機械であって、複数のコイル部が回転軸周りに回転する回転磁界を形成するときロータ部は回転磁界の回転に同期して回転する発電電動機（２００）として作動する発電電動機モードと、隣り合うコイル部がそれぞれ同方向磁界を形成するとき同方向磁界に応じた電磁力により摩擦板が吸引部に吸引される電磁クラッチ（３３０）として作動する電磁クラッチモードとのいずれかの作動モードで作動することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、コイル部が形成する磁界が回転磁界の場合には、ロータ部は通常の電動機または発電機として作動し、隣り合うコイル部が形成する磁界が同方向磁界の場合にはロータ部は電動機として作動せず、この同方向磁界に応じて摩擦板が吸引部に吸引される電磁クラッチとして作動させることができる。したがって、コイル部に形成される磁界の方向を変えるだけで、電磁力による機械駆動力および電磁クラッチ結合によるエネルギーロスのない機械力を発生することができる。
【０００９】
この吸引部は、請求項２に記載のように、各コイル部との間に電磁クラッチ用の磁気回路を形成するとともに、各コイル部とロータ部との間に形成される磁気回路の磁気抵抗より大きい磁気抵抗を備えるように構成することにより、発電電動機モードと電磁クラッチモードとを容易に切り替えることができる。
【００１０】
また、複数のコイル部は、請求項３に記載のように、中点（または中性点）でスター結線（またはＹ結線）するとともに、中点にはこの中点の電位を開放または所定電位のいずれかに切り替える中点制御素子（１ｂ、１ｃ）を接続するようにすれば、この中点制御素子の切り替えにより、容易に発電電動機モードと電磁クラッチモードとを切り替えることができる。
【００１１】
なお、請求項４に記載のように、発電電動機モードでは、中点制御素子が中点の電位を開放となるよう制御され、電磁クラッチモードでは、中点制御素子が中点の電位を所定電位となるよう制御されるものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、回転軸を形成するシャフト（１０８）を備え、シャフトは流体機械が結合されて、流体機械を介して流体機械に流入出する流体とエネルギー交換をするように構成すれば、シャフトの回転を介して流体機械に流入出力する流体のエネルギーと発電電動機の電気エネルギーまたは電磁クラッチの結合エネルギーとを交換することができる。
【００１３】
また、請求項６に記載のように、シャフトはロータ部とワンウェイクラッチ（４００）を介して結合し、ワンウェイクラッチは発電電動機モードではシャフトとロータ部とを結合状態として一体的に回転させ、電磁クラッチモードでは、シャフトとロータ部とを非結合状態としてロータ部を回転させないようにすることにより、回転方向の切り替えのみで、発電電動機モードと電磁クラッチモードをと容易に切り替えることができる。
【００１４】
流体機械は、請求項７に記載のように、圧縮機（１００）であり、電磁クラッチモードでは、シャフトは摩擦板を介して外部駆動源より入力される外力により回転エネルギーが与えられ、発電電動機モードでは、シャフトは複数のコイル部が発生する回転磁界より回転エネルギーが与えられることにより圧縮機を作動させて圧縮機に流入する流体を圧縮して吐出することができる。
【００１５】
また、流体機械は、請求項８に記載のように、膨脹機（１００）であり、流入する流体が膨張作動する際にシャフトに回転エネルギーを与えるとともに、シャフトの回転エネルギーによりロータ部が回転し、発電電動機モードでの作動時に、この回転に基づきコイル部より電気エネルギーを出力する発電作動を行うことができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、ランキンサイクルを備える車両用蒸気圧縮式冷凍機に本発明に係る電磁機械を適用したものであって、図１は本実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【００１８】
本実施形態のランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機は、走行用動力を発生する熱機関としてのエンジン２０で発生した廃熱からエネルギーを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を車室内の空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
【００１９】
膨脹機一体型圧縮機１０は、気相冷媒を加圧して吐出するポンプモードと、過熱蒸気冷媒の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するエネルギー回収モードとを兼ね備える流体機械である。なお、図１には、ポンプモードおよびエネルギー回収モードにおける冷媒の流れをそれぞれ実線および破線で示す。
【００２０】
また、以下では、膨脹機一体型圧縮機１０のポンプ部１００の作動状態をポンプモードおよびエネルギー回収モードと称し、膨脹機一体型圧縮機１０の発電電動機２００および電磁クラッチの作動状態を発電電動機モードおよび電磁クラッチモードと称する。したがって、膨脹機一体型圧縮機１０全体の作動状態は、ポンプモード／エネルギー回収モードと、発電電動機モード／電磁クラッチモードとの組合せで表される。なお、膨脹機一体型圧縮機１０の詳細は後述する。
【００２１】
放熱器１１は、膨脹機一体型圧縮機１０の吐出側に接続されて放熱しながら冷媒を冷却する放冷器である。気液分離器１２は、放熱器１１から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバであり、減圧器１３は気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動しているときに膨脹機一体型圧縮機１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００２２】
蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。膨脹機一体型圧縮機１０、放熱器１１、気液分離器１２、減圧器１３及び蒸発器１４等がポンプモードでの作動により、低温側で吸収した熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成される。
【００２３】
加熱器３０は、膨脹機一体型圧縮機１０と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切り替えられる。
【００２４】
第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を、加熱器３０のうち放熱器１１側の冷媒出入口側に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路３１には、エネルギー回収モードにおいて液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２及び気液分離器１２側から加熱器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。なお、液ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプを採用している。
【００２５】
また、第２バイパス回路３４は、膨脹機一体型圧縮機１０がエネルギー回収モードで作動するときの膨脹機一体型圧縮機１０の冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３４には、膨脹機一体型圧縮機１０側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３４ａが設けられている。
【００２６】
なお、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動するとき膨脹機一体型圧縮機１０の冷媒吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、開閉弁３５は冷媒通路を、ポンプモードで開、エネルギー回収モードで閉とする電磁式のバルブである。
【００２７】
膨脹機一体型圧縮機１０および開閉弁３５、三方弁２１等は電子制御装置（ＥＣＵ）１により制御され、上記ポンプモードおよびエネルギー回収モードでの作動が行われる。
【００２８】
一方、温水回路において、水ポンプ２２は、エンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプで構成され、エンジン冷却水を循環させる。ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。なお、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略されている。また、水ポンプ２２は、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよい。
【００２９】
次に、膨脹機一体型圧縮機１０について説明する。図２は膨脹機一体型圧縮機１０の断面図である。
【００３０】
膨脹機一体型圧縮機１０は、流体（本実施形態では、気相冷媒）を圧縮又は膨脹させるポンプ部１００、回転エネルギーが入力されることにより電気エネルギーを出力し、電力が入力されることにより回転エネルギーを出力する発電電動機２００、外部駆動源をなすエンジン２０からの動力を断続可能にポンプ部１００側に伝達する動力伝達機構をなす外部駆動部３００等により構成されている。
【００３１】
ポンプ部１００は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、ミドルハウジング１０１を介して発電電動機２００のステータハウジング２３０に対して固定された固定スクロール（シェル）１０２、ミドルハウジング１０１と固定スクロール１０２との間の空間で旋回変位する可動部材をなす可動スクロール１０３、及び作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させる連通路１０５、１０６を開閉する弁機構１０７等からなるものである。
【００３２】
ここで、固定スクロール１０２は、板状の基板部１０２ａ及び基板部１０２ａから可動スクロール１０３側に突出した渦巻状の歯部１０２ｂを有して構成され、一方、可動スクロール１０３は、歯部１０２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１０３ｂ、及び歯部１０３ｂが形成された基板部１０３ａを有して構成されており、両歯部１０２ｂ、１０３ｂが接触した状態で可動スクロール１０３が旋回することにより、両スクロール１０２、１０３により構成された作動室Ｖの体積が拡大縮小する。
【００３３】
シャフト１０８は、軸受１０８ｂによりミドルハウジング１０１に、および軸受１０８ｃによりステータハウジング２３０に回転可能に支持されており、その長手方向の一方の端部は回転中心軸に対して偏心した偏心部１０８ａを有するクランクシャフトである。リップシール１０８ｄは、シャフト１０８とステータハウジング２３０との隙間から冷媒がステータハウジング２３０外に漏れ出すことを防止する軸封装置である。
【００３４】
可動スクロール１０３はベアリング１０３ｃ等を介して偏心部１０８ａに回転可能に連結されている。
【００３５】
自転防止機構１０９は、シャフト１０８が１回転する間に可動スクロール１０３が偏心部１０８ａ周りに１回転するようにするものである。このためシャフト１０８が回転すると、可動スクロール１０３は自転せずにシャフト１０８の回転中心軸周りを公転旋回し、かつ、作動室Ｖは、可動スクロール１０３の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化する。なお、本実施形態では、自転防止機構１０９としてピン−リング（ピン−ホール）式を採用している。
【００３６】
連通路１０５は、ポンプモード時に最小体積となる作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させて、圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートであり、連通路１０６はエネルギー回収モード時に最小体積となる作動室Ｖと高圧室１０４とを連通させて、高圧室１０４に導入された高温、高圧の冷媒、すなわち過熱蒸気を作動室Ｖに導く流入ポートである。
【００３７】
また、高圧室１０４は連通路１０５（以下、吐出ポート１０５と呼ぶ。）から吐出された冷媒の脈動を平滑化する機能を有するものであり、この高圧室１０４には、加熱器３０及び放熱器１１側に接続される高圧ポート１１０が設けられている。
【００３８】
なお、蒸発器１４及び第２バイパス回路３４側に接続される低圧ポート１１１は、ミドルハウジング１０１に設けられて、ミドルハウジング１０１内および発電電動機２００を経由してミドルハウジング１０１と固定スクロール１０２との間の空間に連通している。
【００３９】
高圧室１０４内において、基板部１０２ａには吐出弁１０７ａ及び弁止板１０７ｂがボルト１０７ｃにて固定されている。吐出弁１０７ａは、吐出ポート１０５の高圧室１０４側に配置されて吐出ポート１０５から吐出された冷媒が高圧室１０４から作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパ１０７ｂは吐出弁１０７ａの最大開度を規制する弁止板である。
【００４０】
スプール１０７ｄは、連通路１０６（以下、流入ポート１０６と呼ぶ。）を開閉する弁体であり、電磁弁１０７ｅは低圧ポート１１１側と背圧室１０７ｆとの連通状態を制御することにより背圧室１０７ｆ内の圧力を制御する制御弁である。バネ１０７ｇは流入ポート１０６を閉じる向きの弾性力をスプール１０７ｄに作用させる弾性手段であり、絞り１０７ｈは所定の通路抵抗を有して背圧室１０７ｆと高圧室１０４とを連通させる抵抗手段である。
【００４１】
そして、電磁弁１０７ｅを開くと、背圧室１０７ｆの圧力が高圧室１０４より低下してスプール１０７ｄがバネ１０７ｇを押し縮めながら紙面右側に変位するので、流入ポート１０６が開く。なお、絞り１０７ｈでの圧力損失は非常に大きいので、高圧室１０４から背圧室１０７ｆに流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。
【００４２】
逆に、電磁弁１０７ｅを閉じると、背圧室１０７ｆの圧力と高圧室１０４との圧力が等しくなるので、スプール１０７ｄはバネ１０７ｇの力により紙面左側に変位するので、流入ポート１０６が閉じる。つまり、スプール１０７ｄ、電磁弁１０７ｅ、背圧室１０７ｆ、バネ１０７ｇ及び絞り１０７ｈ等により流入ポート１０６を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。
【００４３】
発電電動機２００は、ステータ２１０およびステータ２１０の内周側で回転するロータ２２０とを備える３相ブラシレスＤＣモータである。図２のＩ−Ｉ断面である図３に示すように、ステータ２１０は、磁性材料、例えば鋼などにより形成されたステータハウジング２３０の内周部に固定され、鉄心２１１ａに巻かれたコイル部としての巻線２１１を６つ備えている。これら６つの巻線２１１（図３においてＡ、ａ、Ｂ、ｂ、Ｃ、ｃと標記する）は、それぞれ軸対称位置にある巻線Ａとａ、巻線Ｂとｂ、巻線Ｃとｃがそれぞれ直列に接続され、これら３相コイルＡ−ａ、Ｂ−ｂ、Ｃ−ｃがスター結線されている。
【００４４】
ロータ２２０は、内周側をシャフト１０８とワンウェイクラッチ４００を介して結合されるとともに、外周面には複数極（例えば８極）の永久磁石２２１が配置されている。この永久磁石２２１とステータ２１０の各鉄心２２１ａとは所定のギャップｄ１が設けられている。
【００４５】
ワンウェイクラッチ４００は、ロータ２２０とシャフト１０８との相対回転を、一方向のみ許容し、その反対方向には相対回転させず固定するものである。なお、図３において、実線矢印方向Ｒ１、Ｒ４はワンウェイクラッチ４００のかみ合い方向（回転固定方向）を示し、破線矢印方向Ｒ２、Ｒ３はワンウェイクラッチ４００の空転方向を示している。
【００４６】
電磁クラッチ３３０は、図示しないＶベルトを介してエンジン２０からの動力を受けるプーリ部３１０、ステータ２１０で発生した磁束を電磁クラッチ３３０へ伝達する吸引部としての磁気伝達部材２３１およびステータハウジング２３０、吸引部を通る磁束によりプーリ部３１０へ吸引される摩擦板３３０ａ、摩擦板３３０ａをシャフト１０８に固定する軸固定部材３３０ｂ等を備えている。
【００４７】
プーリ部３１０は、プーリボス３２０の外周部に設けられ、このプーリボス３２０はステータハウジング２３０と軸受３２１により、シャフト１０８と同一回転軸方向に回転可能に支持されている。
【００４８】
また、吸引部において、磁性材料で形成されるステータハウジング２３０の端部には内周側に非磁性部材２３２を挟んで磁気伝達部材２３１が固定されている。磁気伝達部材２３１の端部２３１ａはステータ２１０と回転軸方向に所定の間隙ｄ２を隔てて配置される。この間隔ｄ２は、ステータ２１０とロータ２２０とのギャップｄ１より磁気抵抗が大きくなるよう設定されている。
【００４９】
すなわち、電磁クラッチ３３０の磁気回路は、ステータ２１０、ステータハウジング２３０の外周部、ギャップ、プーリボス３２０、摩擦板３３０ａ、プーリボス３２０、磁気伝達部材２３１、間隔ｄ２、ステータ２１０の閉ループで構成される。一方、発電電動機２００の発電電動機モードにおける磁気回路は、ステータ２１０、ギャップｄ１、永久磁石２２１の閉ループで構成され、電磁クラッチ３３０の磁気回路の磁気抵抗より小さくなっている。
【００５０】
一方、シャフト１０８の端部には軸固定材３３０ｂがボルト固定され、この軸固定材３３０ｂの周方向には、板バネ３３０ｃを介して摩擦板３３０ａが固定されている。電磁クラッチモードにおいて、吸引部に磁束が通る場合には、摩擦板３３０ａがこの板バネ３３０ｃの弾性力に抗してプーリボス３２０側へ吸引され、プーリボス３２０と吸着する。これにより、プーリ部３１０に入力された外力による回転力が、摩擦板３３０ａ、板バネ３３０ｃ、軸固定材３３０ｂを介してシャフト１０８へ伝達され、シャフト１０８が回転駆動されることとなる。
【００５１】
したがって、発電電動機２００が電動機として作動するときロータ２２０が所定方向（図３中、Ｒ１方向）に回転駆動されると、このロータ２２０の回転はワンウェイクラッチ４００によりかみ合い方向で固定されたシャフト１０８に伝達され、シャフト１０８はロータ２２０と一体的に（Ｒ３方向に）回転駆動される。
【００５２】
一方、発電電動機２００がエネルギー回収モードにおいて発電機として作動する場合、シャフト１０８がポンプ部１００の膨脹機としての作動による外力によりＲ４方向に回転駆動されると、このシャフト１０８の回転はワンウェイクラッチ４００によりかみ合い方向で固定されたロータ２２０に伝達され、ロータ２２０はシャフト１０８と一体的に（Ｒ２方向に）回転駆動される。すなわち、ロータ２２０の電動機としての作動回転方向と発電機としての作動回転方向とは互いに逆向きとなる。
【００５３】
また、電磁クラッチモードでの作動では、エンジン２０の出力により駆動されるプーリ部３１０によりシャフト１０８がＲ３方向に回転されると、ワンウェイクラッチ４００は空転方向であり、このシャフト１０８の回転はロータ２２０には伝達されず、したがって、シャフト１０８のみが回転し、この回転がポンプ部１００へ伝達されることとなる。
【００５４】
次に、本実施形態の膨脹機一体型圧縮機１０の作動について説明する。図４は、本実施形態の発電電動機２００および駆動回路の等価回路である。駆動回路はＥＣＵ１内に構成されており、３相ブラシレスＤＣモータである発電電動機２００のステータ２１０のコイル部である各巻線２１１に流す駆動電流を出力するインバータ部１ａと、ステータ２１０のスター結線されたコイル部の中点電位を開放または接地に適宜切り替えるスイッチ素子１ｂとを備えている。なお、スター結線はＹ結線ともいい、また中点は中性点ともいう。
図５は、図３と同じ断面における、同方向磁束の発生状態を示す図である。図６は、図２と同じ断面における、電磁クラッチモードでの磁束方向を示す図である。図７は、図３と同じ断面における発電電動機モードでの回転磁界による磁束の発生状態を示す図である。なお、図５、図７では、図３と同じ構成部分の符号を省略している
１．電磁クラッチモード（ポンプモード）
このモードは、電磁クラッチ３３０を作動、すなわち、摩擦板３３０ａをプーリボス３２０へ吸着させて、シャフト１０８を外部駆動源であるエンジン２０の出力により回転駆動して、ポンプ部１００をポンプモードで作動させ、気相冷媒を加圧して吐出するものである。
【００５５】
すなわち、図４において、中点のスイッチ素子１ｂを接地側に短絡するとともに、インバータ部１ａの３つの上段素子をＯＮ、３つの下段素子をＯＦＦとすることにより、各コイル部における巻線電流を同相電流として中点へ流す。これにより、ステータ２１０のそれぞれ隣り合う巻線同士はそれぞれ同方向（例えば半径方向内向き）の磁束が発生する（図５参照）。
【００５６】
すると、これら同方向の磁束に対しては、ステータ２１０およびロータ２２０内での磁気抵抗が大きくなるため、隣り合う巻線には鎖交できず、図６に示すように、磁束はそれよりも磁気抵抗の小さい磁気伝達部材２３１側へ流れようとする。そして、摩擦板３３０ａを吸引部に吸引した後、ステータハウジング２３０の外周部を通ってステータ２１０へ戻る磁気回路が構成される。これにより、電磁クラッチとしての機能を果たす。
【００５７】
すると、シャフト１０８にプーリ部３１０より入力された回転力が伝達され、これが偏心部１０８ａを駆動し、ポンプ部１００を圧縮機として駆動し、可動スクロール１０３および固定スクロール１０２の作動により気相冷媒を圧縮する。
【００５８】
この際、ロータ２２０とシャフト１０８との間にはワンウェイクラッチ４００が配置されており、シャフト１０８が（図３中、Ｒ３方向に）回転しても、リリースする方向でセットされているため、ロータ２２０には回転力が与えられず、発電電動機２００は余分な発電作動を行わず、したがって電磁クラッチ作動への影響を与えることがない。
【００５９】
２．発電電動機モードにおける電動機モード（ポンプモード）
このモードでは、発電電動機２００に電気エネルギーを入力してこれによりシャフト１０８を回転駆動し、ポンプ部１００をポンプモードで圧縮機として作動させて、気相冷媒を加圧して吐出するものである。このとき、電磁クラッチ３３０は作動せず、シャフト１０８にはプーリ部３１０からの外部駆動源による回転力が遮断されている。すなわち、このモードは、例えば、ハイブリッド車両において外部駆動源であるエンジン２０が停止しているとき、ポンプ部１００を圧縮機として駆動する場合に行われる。
【００６０】
このモードでは、スイッチ素子１ｂをＯＦＦとして発電電動機２００の巻線中点の電位を開放とし、インバータ部１ａは、通常のモータ作動のためのスイッチングパターンによる通電を行う。これにより、ステータ２１０には、図７に示すように、実線の磁束パターンから破線の磁束パターンへと変わるように、回転磁界が形成される。
【００６１】
このとき、ステータ２１０とロータ２２０の永久磁石２２１との間の磁気抵抗は、ステータ２１０と磁気伝達部材２３１および摩擦板３３０ａとの間の磁気抵抗よりも小さく設定されているので、巻線２２１によりステータ２１０内に形成される磁束は磁気抵抗の小さいロータ２２０側へ優先的に流れ、吸引部である磁気伝達部材２３１および摩擦板３３０ａには流れないため、摩擦板３３０ａは吸引部に吸引されない。したがって、発電電動機２００が電動機として回転力を発生し、ワンウェイクラッチ４００がかみ合い、シャフト１０８を駆動し、ポンプ部１００を回転駆動して、可動スクロール１０３および固定スクロール１０２の作動により気相冷媒を圧縮する。
【００６２】
３．発電電動機モードにおける発電機モード（エネルギー回収モード）
このモードでは、ポンプ部１００にエンジン２０の廃熱によって高圧となった冷媒を流入させて、ポンプ部１００を膨脹機として逆転させることにより、発電電動機２００を発電機として機能させ、エンジン廃熱の回収と電力の回生を行う。
【００６３】
このモードでは、スイッチ素子１ｂをＯＦＦとして発電電動機２００の巻線中点の電位を開放とすることにより、上記２と同様に、電磁クラッチ３３０の作動をＯＦＦとし、ポンプ部１００に廃熱によりある程度の圧力差が発生した時点で、ＥＣＵ１は電磁弁１０７ｅを閉から開へと切り替え制御する。
【００６４】
これにより、背圧室１０７ｆは低圧となり、スプール１０７ｄは図２中、右側へ移動し、流入ポート１０６が開状態となる。すると、作動室Ｖの中心部へ廃熱による高圧ガスが導かれ、ポンプ部１００は膨脹機として作用し、可動スプール１０３は圧縮機としての回転方向とは逆の方向に回転を開始する。この可動スプール１０３の逆方向回転が偏心部１０８ａに伝わり、シャフト１０８が図３のＲ４方向（かみ合い方向）に回転されて、ワンウェイクラッチ４００を介してロータ２２０が回転駆動される。この回転により発電電動機２００は発電し、この発電電力は外部回路へ取り出されて回収される。
【００６５】
この発電作用において、ステータ２１０内には各巻線２１１により回転磁界が発生するが、磁気抵抗が大きく設定された電磁クラッチ３３０側の磁気回路にはこのステータ２１０内の磁束は流れず、電磁クラッチ３３０は切れた状態となる。したがって、エンジン出力によりプーリ部３１０が回転していても、電磁クラッチ３３０は切れているためシャフト１０８にはプーリ部３１０からの余分は外力が作用せず、廃熱の回収が可能となる。
【００６６】
（他の実施形態）
上記実施形態では、電磁クラッチモードでの作動および非作動を決める発電電動機２００の巻線中点の電位を、スイッチ素子１ｂにより接地または開放とする例を示したが、これに限らず、図８に示すようにしてもよい。すなわち、巻線中点を電源（バッテリー）電位または開放電位に切り替えるスイッチ素子１ｃを接続してもよい。
【００６７】
すなわち、電磁クラッチモードでは、スイッチ素子１ｃをＯＮとして、中点電位を電源電位とする。このとき、図８では省略されている図４と同様のインバータ部１ａの３つの下段素子をＯＮ、３つの上段素子をＯＦＦとすることにより、各巻線２１１には、それぞれ同方向の磁束を発生するような巻線電流が流れる。これにより、摩擦板３３０ａが吸引部に吸引されて電磁クラッチ３３０が作動状態となる。
【００６８】
なお、図８において、スイッチ素子１ｃをＯＦＦとすれば、上記実施形態と同様、巻線中点は開放電位となり、ステータ２１０には回転磁界が発生して発電電動機２００は発電電動機モードとして作動する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態の蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】実施形態の膨脹機一体型圧縮機の断面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図４】発電電動機の駆動回路を示す図である。
【図５】図３の断面図における同方向磁束の形成状態を示す図である。
【図６】図２の断面図における電磁クラッチモードでの磁束の形成状態を示す図である。
【図７】図３の断面図における回転磁界による磁束の形成状態を示す図である。
【図８】他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００…ポンプ部、１０２…固定スクロール、１０３…可動スクロール、
１０４…高圧室、１０５…連通路（吐出ポート）、１０６…連通路（流入ポート）、
１０７…弁機構、１０７ａ…吐出弁、１０７ｄ…スプール、１０７ｅ…電磁弁、
１０７ｆ…背圧室、１０８…シャフト、１０８ａ…偏心部、１１０…高圧ポート、
１１１…低圧ポート、２００…発電電動機、２１０…ステータ、
２１１…巻線（コイル部）、２２０…ロータ、２２１…永久磁石、
２３０…ステータハウジング（吸引部）、２３１…磁気伝達部材（吸引部）、
２３２…非磁性部材、３１０…プーリ部、３３０…電磁クラッチ、３３０ａ…摩擦板、
４００…ワンウェイクラッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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