(57)【要約】【課題】モータ／ジェネレータからの駆動力を減速しかつ外部駆動源からの駆動力を増速する遊星車機構を有し、さらには膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の駆動によって、モータ／ジェネレータで発電を行うことが可能な圧縮／膨張機を提供すること。【解決手段】シャフト４５とハウジング４１との間には、ワンウェイクラッチ４７が介在されている。エンジンＥｇとシャフト４５との間の動力伝達経路上には、電磁クラッチ５２が配設されている。遊星歯車機構６９は、シャフト４５にプラネタリギヤ７３のキャリヤ７２が連結され、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４にサンギヤ７０が連結され、スクロールタイプの圧縮／膨張機構４３にインターナルギヤ７１が連結されている。モータ／ジェネレータ４２は、ロータ５４をハウジング４１に拘束する拘束状態と、ロータ５４を回転可能とする解放状態とに切換可能な電磁空隙形ブレーキの機能を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該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、
前記シャフトと前記ハウジングとの間に介在されたワンウェイクラッチと、
前記シャフトに遊星車のキャリヤが一体回転可能に連結され、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、前記圧縮／膨張機構に外側車が一体回転可能に連結された遊星車機構と、
前記モータ／ジェネレータの前記ロータと前記ハウジングとの間に介在され、前記ロータを前記ハウジングに拘束する拘束状態と、前記ロータを回転可能とする解放状態とに切換可能な拘束手段と
からなることを特徴とする圧縮／膨張機。
【請求項２】
前記拘束手段は電磁ブレーキよりなっている請求項１に記載の圧縮／膨張機。
【請求項３】
前記電磁ブレーキの電磁構成として、前記モータ／ジェネレータの電磁構成が用いられている請求項２に記載の圧縮／膨張機。
【請求項４】
前記拘束手段は、前記ハウジングと前記ロータとの間に介在されたツーウェイクラッチであって、該ツーウェイクラッチは、前記ロータの第１方向への回転を許容するとともに第２方向への回転を阻止する第１状態と、前記ロータの第２方向への回転を許容するとともに第１方向への回転を阻止する第２状態とに切換可能な構成を有している請求項１に記載の圧縮／膨張機。
【請求項５】
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、該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、前記シャフトと前記ハウジングとの間に介在されたワンウェイクラッチと、前記モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して前記圧縮／膨張機構に伝達するとともに前記シャフトからの駆動力を増速して前記圧縮／膨張機構に伝達する遊星車機構と、前記モータ／ジェネレータのロータと前記ハウジングとの間に介在され、前記ロータを前記ハウジングに拘束する拘束状態と、前記ロータを回転可能とする解放状態とに切換可能な拘束手段とからなることを特徴とする圧縮／膨張機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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利用され、冷凍サイクルの形成時には、エンジンからの駆動力とモータ／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し、ランキンサイクルの形成時には、圧縮／膨張機構が生じる動力によってモータ／ジェネレータで発電を行う構成の圧縮／膨張機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）
車両の省燃費対策等のために、信号待ち等の車両の走行停止状態において、アイドリング状態にあるエンジンを自動停止させる、所謂アイドリングストップ制御を行うことが一般化されつつある。そして、車両の空調装置に用いられる圧縮機としては、エンジンの停止状態においても空調が可能なように、エンジンに加えて電動モータをも圧縮機構の駆動源に利用するハイブリッドタイプのものが存在する。
【０００３】
しかし、電動モータに対して、エンジンと同等な圧縮機構の駆動能力を求めると、該電動モータが大型化してしまう。従って、例えば、電動モータを圧縮機のハウジング内に収容する場合においては、圧縮機の大型化を招くこととなっていた。逆に、小型の電動モータでも駆動が可能なように、圧縮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７に示すように、電動モータ８１からの駆動力を減速して圧縮機構８２（図７の態様ではベーン式が用いられている）に伝達するとともに、図示しないエンジンからの駆動力を増速して圧縮機構８２に伝達する遊星歯車機構８３を設けることが提案されている（例えば特許文献１参照。）。このような遊星歯車機構８３を設けることで、小型の電動モータ８１でも圧縮機構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、これも電動モータ８１の小型化につながる。
【０００５】
（従来技術２）
従来、空調装置の冷凍サイクル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し、該ランキンサイクルによってエンジンの排熱から動力を回収することが提案されている（例えば特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９３８７６号公報（第５頁、第６図）
【特許文献２】
特開昭６３−９６４４９号公報（第２−第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、「従来技術１」と「従来技術２」とを組み合わせた場合、ランキンサイクルの形成時には、冷凍サイクルの圧縮機が備える圧縮機構８２を膨張機構として機能させるとともに、該圧縮機の電動モータ８１を、圧縮機構（膨張機構）８２により駆動されるジェネレータとして機能させることが考えられる。図７の態様の圧縮機は、圧縮機構８２が膨張機構として機能する場合、該圧縮機構８２内では冷媒ガスが逆流されることとなる。従って、ランキンサイクルの形成時において圧縮機構８２は、冷凍サイクルの形成時とは逆方向にロータ８２ａが回転されることとなる。
【０００８】
ところが、前記圧縮機の動力伝達構造には、圧縮機構８２をエンジンで駆動する際に電動モータ８１のロータ８１ａを回転させないための、言い換えればエンジンの駆動力が圧縮機構８２のロータ８２ａへ伝達されることを確実とするためのワンウェイクラッチ８４が備えられている。従って、膨張機構として機能する圧縮機構８２のロータ８２ａが逆回転しても、前述した動力伝達構造ではワンウェイクラッチ８４の存在が妨げとなって電動モータ８１のロータ８１ａを回転させることができず、発電を行い得ない。
【０００９】
つまり、図７の態様の圧縮機は、電動モータ８１からの駆動力を減速して圧縮機構８２に伝達するとともに、エンジンからの駆動力を増速して圧縮機構８２に伝達する複雑な動力伝達構造（遊星歯車機構８３やワンウェイクラッチ８４等）を有している。従って、この動力伝達構造を冷凍サイクルの形成時に成立させることと、ランキンサイクルの形成時には圧縮機構８２の逆回転による電動モータ８１での発電を実現することとは、「従来技術１」と「従来技術２」とを単に組み合わせるだけでは両立が不可能である。従来、「従来技術１」と「従来技術２」との組み合わせを成立させることについて追求したものは存在しなかった。
【００１０】
本発明の目的は、圧縮／膨張機構に対して、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して伝達するとともに外部駆動源からの駆動力を増速して伝達することが可能な遊星車機構を有し、さらには膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の駆動によって、モータ／ジェネレータで発電を行うことが可能な圧縮／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／膨張機構及びモータ／ジェネレータが収容されている。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って回転駆動される。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。
【００１２】
前記シャフトと圧縮／膨張機構との間の動力伝達経路上、及びモータ／ジェネレータと圧縮／膨張機構との間の動力伝達経路上には、遊星車機構が介在されている。遊星車機構は、シャフトに一体回転可能に連結された遊星車のキャリヤと、モータ／ジェネレータが有するロータに一体回転可能に連結された太陽車と、圧縮／膨張機構に一体回転可能に連結された外側車とからなっている。
【００１３】
そして、前記ハウジングとモータ／ジェネレータのロータとの間には、ロータをハウジングに拘束する拘束状態と、ロータを回転可能とする解放状態とに切換可能な拘束手段が介在されている。
【００１４】
さて、前記圧縮／膨張機構を外部駆動源によって駆動する場合には、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、シャフト及び遊星車機構のキャリヤが第１方向に回転される。この時、拘束手段を拘束状態とすることで、モータ／ジェネレータのロータつまり遊星車機構の太陽車は回転不能となる。従って、キャリヤの遊星車は、自転しつつ太陽車の周りを第１方向に公転される。よって、外側車つまり圧縮／膨張機構が、シャフトの回転速度よりも増速されて第１方向に回転駆動され、該圧縮／膨張機構は圧縮機構として機能する。
【００１５】
また、前記圧縮／膨張機構をモータ／ジェネレータによって駆動する場合には、クラッチ機構が動力伝達の遮断状態とされる。そして、拘束手段を解放状態とすることで、モータ／ジェネレータのロータつまり遊星車機構の太陽車が、電動モータとしての作用によって第２方向に回転される。
【００１６】
ここで、前記シャフトつまりキャリヤは、ワンウェイクラッチの作用によって、第２方向への回転は不可能である。従って、太陽車の第２方向への回転によってもキャリヤが回転することはなく、該キャリヤの遊星車は自転するのみである。よって、遊星車の自転によって、外側車つまり圧縮／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、該圧縮／膨張機構は圧縮機構として機能する。
【００１７】
さらに、膨張機構として機能する前記圧縮／膨張機構によって、該圧縮／膨張機構つまり遊星車機構の外側車が第２方向に回転される。ここで、クラッチ機構は動力伝達の遮断状態とされ、拘束手段は解放状態とされる。また、シャフトつまりキャリヤは、ワンウェイクラッチの作用によって、第２方向への回転は不可能である。従って、外側車の第２方向への回転によってもキャリヤが回転することはなく、該キャリヤの遊星車は自転するのみである。よって、遊星車の自転によって、太陽車つまりモータ／ジェネレータのロータが第１方向に回転され、該モータ／ジェネレータで発電が行われる。
【００１８】
以上のように、本発明においては、例えば従来技術のワンウエイクラッチ８４（図７参照）に換えて拘束手段を備えることで、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速しかつ外部駆動源からの駆動力を増速する遊星車機構を備えつつ、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の駆動によって、モータ／ジェネレータで発電を行うことが可能となる。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１において、前記拘束手段は電磁ブレーキよりなっている。従って、モータ／ジェネレータのロータの拘束状態及び解放状態を、外部から簡単に制御することができる。
【００２０】
請求項３の発明は請求項２において、前記電磁ブレーキの電磁構成として、モータ／ジェネレータの電磁構成が用いられている。従って、電磁ブレーキ専用の電磁構成を備える必要がなく、拘束手段を簡単かつ安価に具体化することができる。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１において、前記拘束手段の好適な別の一態様について言及するものである。すなわち、前記拘束手段は、前記ハウジングと前記ロータとの間に介在されたツーウェイクラッチである。該ツーウェイクラッチは、前記ロータの第１方向への回転を許容するとともに第２方向への回転を阻止する第１状態と、前記ロータの第２方向への回転を許容するとともに第１方向への回転を阻止する第２状態とに切換可能な構成を有している。
【００２２】
従って、前記ツーウェイクラッチが第１状態でかつモータ／ジェネレータのロータに第１方向への回転力が作用されている場合、及びツーウェイクラッチが第２状態でかつロータに第２方向への回転力が作用されている場合には、該ツーウェイクラッチは、ロータの回転を許容する解放状態にあると言える。また、ツーウェイクラッチが第１状態でかつロータに第２方向への回転力が作用されている場合、及びツーウェイクラッチが第２状態でかつロータに第１方向への回転力が作用されている場合には、該ツーウェイクラッチは、ロータをハウジングに拘束して回転を不能とする拘束状態にあると言える。
【００２３】
そして、前記圧縮／膨張機構を外部駆動源によって駆動する場合には、ツーウェイクラッチは第２状態とされる。従って、外部駆動源の駆動によるシャフトの第１方向への回転によっては、ツーウェイクラッチが拘束状態となってロータは回転不能となる。
【００２４】
また、前記圧縮／膨張機構をモータ／ジェネレータによって駆動する場合、つまりモータ／ジェネレータのロータに第２方向への回転力が作用する場合には、ツーウェイクラッチは第２状態とされる。さらに、圧縮／膨張機構が膨張機構として機能する場合、つまりモータ／ジェネレータのロータに第１方向への回転力が作用する場合には、ツーウェイクラッチは第１状態とされる。何れの場合も、ツーウェイクラッチは解放状態であるため、ロータの回転を許容する。従って、前者にあっては、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータは、ロータを第２方向に回転させることができるし、後者にあっては、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の第２方向への回転によって、モータ／ジェネレータのロータを第１方向に回転させることができる。
【００２５】
上記目的を達成するために請求項５の発明の圧縮／膨張機は、ハウジング内に圧縮／膨張機構及びモータ／ジェネレータが収容されている。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って回転駆動される。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。
【００２６】
前記シャフトと圧縮／膨張機構との間の動力伝達経路上、及びモータ／ジェネレータと圧縮／膨張機構との間の動力伝達経路上には、遊星車機構が介在されている。遊星車機構は、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速して圧縮／膨張機構に伝達するとともに、シャフトからの駆動力を増速して圧縮／膨張機構に伝達する構成を有している。
【００２７】
そして、前記モータ／ジェネレータのロータとハウジングとの間には、ロータをハウジングに拘束する拘束状態と、ロータを回転可能とする解放状態とに切換可能な拘束手段が介在されている。
【００２８】
さて、前記圧縮／膨張機構を外部駆動源によって駆動する場合には、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方向に回転される。この時、拘束手段が拘束状態とされ、モータ／ジェネレータのロータが回転不能となる。従って、遊星車機構が増速機として機能して、圧縮／膨張機構がシャフトの回転速度よりも増速されて第１方向に回転駆動され、該圧縮／膨張機構は圧縮機構として機能する。
【００２９】
また、前記圧縮／膨張機構をモータ／ジェネレータによって駆動する場合には、クラッチ機構が動力伝達の遮断状態とされる。そして、拘束手段が解放状態とされ、モータ／ジェネレータのロータが、電動モータとしての作用によって第２方向に回転される。ここで、シャフトは、ワンウェイクラッチの作用によって、第２方向への回転は不可能である。従って、遊星車機構が減速機として機能して、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、該圧縮／膨張機構は圧縮機構として機能する。
【００３０】
さらに、膨張機構として機能する前記圧縮／膨張機構によって、該圧縮／膨張機構が第２方向に回転される。ここで、クラッチ機構は動力伝達の遮断状態とされ、拘束手段は解放状態とされる。また、シャフトは、ワンウェイクラッチの作用によって、第２方向への回転は不可能である。従って、圧縮／膨張機構の第２方向への回転が遊星車機構を介してモータ／ジェネレータのロータに伝達され、該ロータが第１方向に回転されて、モータ／ジェネレータで発電が行われる。
【００３１】
以上のように、本発明においては、例えば従来技術のワンウエイクラッチ８４（図７参照）に換えて拘束手段を備えることで、モータ／ジェネレータからの駆動力を減速しかつ外部駆動源からの駆動力を増速する遊星車機構を備えつつ、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の駆動によって、モータ／ジェネレータで発電を行うことが可能となる。
【００３２】
【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。
【００３３】
（冷凍サイクル）
図３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及び第１流路切換弁１３並びに配管１４を介してクーラ１５の入口側に接続されている。図３において第１流路切換弁１３は、冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態となっている。第１流路切換弁１３が冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態では、配管１２と配管１４（クーラ１５）とが連通される。
【００３４】
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及び第１流路切換弁１３並びに配管１４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。
【００３５】
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及び第２流路切換弁２０並びに配管２１を介して接続されている。
【００３６】
図３において前記第２流路切換弁２０は、冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態となっている。第２流路切換弁２０が冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態では、配管１９と配管２１（圧縮／膨張機１１の低圧室６１）とが連通される。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。
【００３７】
（ランキンサイクル）
図４に示すように、前記車両は、冷凍サイクル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。すなわち、冷凍サイクルの配管１６においてクーラ１５と膨張弁１８との間には、分岐管２５を介してポンプ２６の入口側（吸入側）が接続されている。ポンプ２６は、内蔵の電動モータ（図示しない）を駆動源とする。ポンプ２６の出口側（吐出側）には、ボイラ２７の入口側が配管２８を介して接続されている。ポンプ２６は、クーラ１５からの液冷媒をボイラ２７へと圧送する。
【００３８】
前記エンジンＥｇ内の冷却水路（図示しない）は、入口がラジエータ２９の出口に、出口がラジエータ２９の入口に配管３０，３１を介して接続されており、該配管３０，３１は図示しないウォータポンプの作動によって、エンジンＥｇとラジエータ２９との間で冷却水を循環させる。ボイラ２７には、エンジンＥｇを冷却して高温となった冷却水が分岐管３２を介して送られる。ボイラ２７では、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。
【００３９】
前記ボイラ２７の出口側は、配管３４を介して第１流路切換弁１３に接続されている。図４において第１流路切換弁１３は、ランキンサイクル用位置に切り換えられた状態となっている。第１流路切換弁１３がランキンサイクル用位置に切り換えられた状態では、配管１２と配管１４との連通が遮断されるとともに、配管３４と配管１２とが連通される。
【００４０】
前記第１流路切換弁１３は電磁弁よりなっている。第１流路切換弁１３は、外部からの制御によって、ランキンサイクル用位置と冷凍サイクル用位置（図３参照）との間で冷媒の流路を切り換える。なお、第１流路切換弁１３は、冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態では、配管３４と各配管１２，１４との連通を遮断する。
【００４１】
前記クーラ１５の入口側は、配管３５を介して第２流路切換弁２０に接続されている。配管３５は、クーラ１５側の部分を配管１４と共用する。図４において第２流路切換弁２０は、ランキンサイクル用位置に切り換えられた状態となっている。第２流路切換弁２０がランキンサイクル用位置に切り換えられた状態では、配管１９と配管２１との間が遮断されるとともに、配管３５と配管２１とが連通される。
【００４２】
前記第２流路切換弁２０は電磁弁よりなっている。第２流路切換弁２０は、外部からの制御によって、ランキンサイクル用位置と冷凍サイクル用位置（図３参照）との間で冷媒の流路を切り換える。なお、第２流路切換弁２０は、冷凍サイクル用位置に切り換えられた状態では、配管３５と各配管１９，２１との連通を遮断する。
【００４３】
前記第１及び第２流路切換弁１３，２０がそれぞれランキンサイクル用位置に切り換えられた状態では、ボイラ２７からの高圧冷媒ガスが、配管３４及び第１流路切換弁１３並びに配管１２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から導出される。圧縮／膨張機１１の低圧室６１から導出された冷媒ガスは、配管２１及び第２流路切換弁２０並びに配管３５を介してクーラ１５に送られて該クーラ１５で液化され、上述したランキンサイクルを繰り返す。
【００４４】
（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。
【００４５】
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２７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。
【００４６】
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。
【００４７】
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を介して回転可能に支持されている。ハウジング４１とシャフト４５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。ワンウェイクラッチ４７は、シャフト４５の第１方向Ｒ１への回転を許容するとともに、該シャフト４５の第２方向Ｒ２への回転を阻止する。ハウジング４１内にはロータ４８が、ベアリング４９を介して回転可能に支持されている。シャフト４５とロータ４８は、同一軸線上に配置されているとともに、ベアリング５０を介して相対回転可能に嵌合されている。
【００４８】
前記動力伝達機構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摩擦形の電磁クラッチ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。
【００４９】
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が配置されている。ロータ５４は、ベアリング７４を介してハウジング４１に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。
【００５０】
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。
【００５１】
そして、本実施形態において前記モータ／ジェネレータ４２は、ステータ５５の極性が固定されるようにコイル５５ａへの通電が行われることで、ロータ５４をステータ５５（ハウジング４１）に電磁力で拘束して、該ロータ５４を回転不能とすることも可能である。つまり、モータ／ジェネレータ４２は、拘束手段としての空隙形の電磁ブレーキを兼ねており、該モータ／ジェネレータ４２が電動モータ及びジェネレータとして機能するのに必要な電磁構成（ステータ５５やマグネット５４ａ等）が、電磁ブレーキの電磁構成を兼ねていると言える。
【００５２】
なお、前記モータ／ジェネレータ４２が電動モータ又はジェネレータとして機能している場合には、前述した電磁ブレーキ（モータ／ジェネレータ４２）は、ロータ５４を回転可能とする解放状態にあると言える。
【００５３】
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、ロータ４８に設けられた偏心軸４８ａにより支持された可動スクロール５８とを備えている。
【００５４】
圧縮機として機能する前記圧縮／膨張機構４３は、ロータ４８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Ｒ１への旋回により、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に旋回して、ロータ４８が第２方向Ｒ２へ回転される。
【００５５】
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。前述したように低圧室６１には、外部回路（図３参照）の配管２１が接続されている。従って、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４参照）。
【００５６】
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。前述したように高圧室６２には、外部回路の配管１２が接続されている（図３参照）。従って、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２７からの高圧冷媒ガスが導入される。
【００５７】
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が取着されている。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。
【００５８】
図１に示すように、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）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の背面に当接し、該吐出弁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（吐出弁６４の作用位置）。従って、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。
【００５９】
図２に示すように、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）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（吐出弁６４の不作用位置）。よって、ボイラ２７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。
【００６０】
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、シャフト４５の回転を増速して圧縮／膨張機構４３のロータ４８に伝達するとともに、電動モータとして機能するモータ／ジェネレータ４２のロータ５４の回転を減速して圧縮／膨張機構４３のロータ４８に伝達する構成を有している。
【００６１】
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、キャリヤ７２、及び遊星車としての複数のプラネタリギヤ７３からなっている。サンギヤ７０は、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４に一体形成されている。インターナルギヤ７１は、圧縮／膨張機構４３のロータ４８に一体形成されている。キャリヤ７２は、シャフト４５に一体回転可能に固定されている。各プラネタリギヤ７３は、キャリヤ７２におい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。
【００６２】
（制御構成）
図３に示すように、制御全般を司る制御コンピュータ７５の入力端子には、情報検出手段７６が接続されている。情報検出手段７６は、空調装置のオンオフスイッチであるエアコンスイッチ７７や、エンジンＥｇの回転速度を検出する回転速度センサ７８や、空調制御に必要な各種情報を検出するための図示しない各種センサを備えている。制御コンピュータ７５の出力端子には、第１及び第２流路切換弁１３，２０、ポンプ２６、圧縮／膨張機１１のモータ／ジェネレータ４２、電磁クラッチ５２、及び電磁アクチュエータ６６が、それぞれ図示しない駆動回路を介して接続されている。
【００６３】
そして、前記制御コンピュータ７５は、車両の起動状態にて、予め記憶されたプログラムに従って、図５のフローチャートに示す演算処理を開始する。
ステップ（以下Ｓと略す）１０１においては、エアコンスイッチ７７がオン状態であるか否かが判定される。Ｓ１０１判定がＹＥＳつまりエアコンスイッチ７７がオン状態であるなら、Ｓ１０２において、回転速度センサ７８からの回転速度情報に基づいて、エンジンＥｇが稼働状態にあるか否かが判定される。
【００６４】
前記Ｓ１０２判定がＹＥＳつまりエンジンＥｇが稼働状態であるなら、Ｓ１０３において、「第１及び第２流路切換弁１３，２０…冷凍サイクル用位置」、「ポンプ２６…停止」、「モータ／ジェネレータ４２…ロータ５４の拘束」、「電磁クラッチ５２…オン」、「電磁アクチュエータ６６…オフ（吐出弁６４の作用位置）」とされる。
【００６５】
図１に示すように、前記「電磁クラッチ５２…オン」では、エンジンＥｇからの駆動力の伝達により、シャフト４５及び遊星歯車機構６９のキャリヤ７２が第１方向Ｒ１に回転される。ここで、「モータ／ジェネレータ４２…ロータ５４の拘束」であるため、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４つまりサンギヤ７０が、キャリヤ７２の第１方向Ｒ１への回転によっても回転することはない。従って、キャリヤ７２の各プラネタリギヤ７３は、自転しつつサンギヤ７０の周りを第１方向Ｒ１に公転される。よって、インターナルギヤ７１つまり圧縮／膨張機構４３のロータ４８が、シャフト４５の回転速度よりも増速されて第１方向Ｒ１に回転される。
【００６６】
このように、前記エンジンＥｇの駆動によって圧縮／膨張機構４３が圧縮機構として機能され、冷凍サイクルが形成されて空調が行われる。なお、クールダウン時等の高冷房負荷時には、「モータ／ジェネレータ４２…電動モータ」とすることで、圧縮／膨張機構４３の駆動をモータ／ジェネレータ４２で補助するようにしてもよい。
【００６７】
前記Ｓ１０２判定がＮＯつまりエンジンＥｇがアイドルストップ制御等によって停止状態であるなら、Ｓ１０４において、「第１及び第２流路切換弁１３，２０…冷凍サイクル用位置」、「ポンプ２６…停止」、「モータ／ジェネレータ４２…電動モータ」、「電磁クラッチ５２…オフ」、「電磁アクチュエータ６６…オフ」とされる。
【００６８】
前記「モータ／ジェネレータ４２…電動モータ」では、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４つまり遊星歯車機構６９のサンギヤ７０が、第２方向Ｒ２に回転される。ここで、シャフト４５つまりキャリヤ７２は、ワンウェイクラッチ４７の作用によって、第２方向Ｒ２への回転は不可能である。従って、サンギヤ７０の第２方向Ｒ２への回転によってもキャリヤ７２が回転することはなく、該キャリヤ７２の各プラネタリギヤ７３は自転するのみである。よって、プラネタリギヤ７３の自転によって、インターナルギヤ７１つまり圧縮／膨張機構４３のロータ４８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に回転される。
【００６９】
このように、電動モータとして機能する前記モータ／ジェネレータ４２の駆動によって、圧縮／膨張機構４３が圧縮機構として機能され、冷凍サイクルが形成されて空調が行われる。
【００７０】
前記Ｓ１０１判定がＮＯつまりエアコンスイッチ７７がオフ状態であるなら、Ｓ１０５において、回転速度センサ７８からの回転速度情報に基づいて、エンジンＥｇが稼働状態にあるか否かが判定される。Ｓ１０５判定がＮＯ、つまりエアコンスイッチ７７がオフ状態でかつエンジンＥｇが停止状態であるなら、冷凍サイクル及びランキンサイクルの形成はなされない。
【００７１】
前記Ｓ１０５判定がＹＥＳ、つまりエアコンスイッチ７７がオフ状態でかつエンジンＥｇが稼働状態であるなら、Ｓ１０６において、「第１及び第２流路切換弁１３，２０…ランキンサイクル用位置」、「ポンプ２６…稼働」、「モータ／ジェネレータ４２…ジェネレータ」、「電磁クラッチ５２…オフ」、「電磁アクチュエータ６６…オン（吐出弁６４の不作用位置）」とされ、ランキンサイクルが形成される。
【００７２】
図２に示すように、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のロータ４８、つまり遊星歯車機構６９のインターナルギヤ７１が、第２方向Ｒ２に回転される。ここで、シャフト４５つまりキャリヤ７２は、ワンウェイクラッチ４７の作用によって、第２方向Ｒ２への回転は不可能である。従って、インターナルギヤ７１の第２方向Ｒ２への回転によってもキャリヤ７２が回転することはなく、該キャリヤ７２の各プラネタリギヤ７３は自転するのみである。
【００７３】
前記プラネタリギヤ７３の自転によって、サンギヤ７０つまりモータ／ジェネレータ４２のロータ５４が第１方向Ｒ１に回転され、該モータ／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。
【００７４】
上記構成の本実施形態においては次のような作用効果を奏する。
（１）圧縮／膨張機１１は、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４をハウジング４１に拘束する拘束状態と、ロータ５４を回転可能とする解放状態とに切換可能な構成を有している。従って、モータ／ジェネレータ４２からの駆動力を減速しかつエンジンＥｇからの駆動力を増速する遊星歯車機構６９を備えつつ、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構４３の駆動によって、モータ／ジェネレータ４２で発電を行うことが可能となる。
【００７５】
なお、前記モータ／ジェネレータ４２の通電を制御する制御コンピュータ７５及び図示しない駆動回路は、拘束手段（モータ／ジェネレータ４２）を、圧縮／膨張機１１の運転モードに応じて拘束状態と解放状態とに切り換えるための切換制御手段として把握することができる。
【００７６】
（２）ロータ５４の拘束手段として電磁ブレーキ（モータ／ジェネレータ４２）が用いられている。従って、ロータ５４の拘束状態及び解放状態を、外部から簡単に制御することができる。
【００７７】
（３）電磁ブレーキ（モータ／ジェネレータ４２）は空隙形よりなっている。従って、ロータ５４側とハウジング４１側とが非接触でも、ロータ５４をハウジング４１に拘束することができる。よって、例えば、電磁摩擦ブレーキを用いた場合のような、静止部分（ハウジング４１側部分）と回転部分（ロータ５４側部分）との摺動摩耗に起因した耐久性の低下を抑制することができる。
【００７８】
（４）電磁ブレーキの電磁構成として、モータ／ジェネレータ４２の電磁構成（ステータ５５やマグネット５４ａ等）が用いられている。従って、電磁ブレーキ専用の電磁構成を備える必要がなく、拘束手段を簡単かつ安価に具体化することができる。
【００７９】
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。
○図６に示すように上記実施形態を変更し、前記ハウジング４１とモータ／ジェネレータ４２のロータ５４との間に、拘束手段としてのツーウェイクラッチ７９を配設すること。ツーウェイクラッチ７９としては、例えば保持器（図示しない）に電磁アクチュエータが作動連結されたローラ型が挙げられる。該ツーウェイクラッチ７９は、切換制御手段としての制御コンピュータ７５による保持器（電磁アクチュエータ）の制御によって、正逆回転のクラッチ機能（本態様の場合ブレーキ機能と言い換えることもできる）を実現可能である。
【００８０】
前記ツーウェイクラッチ７９が第２回転方向Ｒ２のクラッチ機能を実現する第１状態では、モータ／ジェネレータ４２のロータ５４の第１方向Ｒ１への回転が許容されるとともに、該ロータ５４の第２方向Ｒ２への回転が阻止される。ツーウェイクラッチ７９が第１回転方向Ｒ１のクラッチ機能を実現する第２状態では、ロータ５４の第２方向Ｒ２への回転が許容されるとともに、該ロータ５４の第１方向Ｒ１への回転が阻止される。
【００８１】
従って、前記ツーウェイクラッチ７９が第１状態でかつロータ５４に第１方向Ｒ１への回転力が作用されている場合、及びツーウェイクラッチ７９が第２状態でかつロータ５４に第２方向Ｒ２への回転力が作用されている場合には、該ツーウェイクラッチ７９は、ロータ５４の回転を許容する解放状態にあると言える。また、ツーウェイクラッチ７９が第１状態でかつロータ５４に第２方向Ｒ２への回転力が作用されている場合、及びツーウェイクラッチ７９が第２状態でかつロータ５４に第１方向Ｒ１への回転力が作用されている場合には、該ツーウェイクラッチは、ロータ５４をハウジング４１に拘束して回転を不能とする拘束状態にあると言える。
【００８２】
そして、図５のフローチャートのＳ１０３において「モータ／ジェネレータ４２…ロータ５４の拘束」が削除されるとともに、「ツーウェイクラッチ７９…第２状態」の処理が加えられる。従って、シャフト４５の第１方向Ｒ１への回転によっては、ツーウェイクラッチ７９が拘束状態となってロータ５４は回転不能となる。また、Ｓ１０４においては「ツーウェイクラッチ７９…第２状態」の処理が、Ｓ１０６においては「ツーウェイクラッチ７９…第１状態」の処理がそれぞれ加えられ、何れもツーウェイクラッチ７９は解放状態とされてロータ５４の回転を許容する。
【００８３】
本態様においては上記実施形態の（１）と同様な作用効果を奏する他、拘束手段としてツーウェイクラッチ７９が用いられている。ツーウェイクラッチ７９は、第１状態の維持及び第２状態の維持に電力を殆ど必要としない。従って、例えば、空隙形の電磁ブレーキを用いた場合と比較して、拘束手段の消費電力を低減することができる。
【００８４】
○上記実施形態においては、電磁ブレーキの電磁構成として、モータ／ジェネレータ４２の電磁構成が用いられていた。これを変更し、電磁ブレーキを、モータ／ジェネレータ４２とは別に言い換えれば専用に設けること。なお、このように、拘束手段をモータ／ジェネレータ４２とは別に備える場合、該拘束手段としては電磁空隙形ブレーキに限定されるものではなく、電磁パウダブレーキ等の上記実施形態以外の形式を有する電磁空隙形ブレーキや、電磁摩擦ブレーキや、電磁ツースブレーキ等の電磁かみあいブレーキを用いてもよい。また、拘束手段としては電磁ブレーキに限定されるものではなく、機械ブレーキや、例えば圧縮／膨張機１１内の冷媒圧力或いはエンジンＥｇの吸気圧等を利用した流体圧ブレーキ等を用いてもよい。
【００８５】
○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。
○上記実施形態の遊星歯車機構６９を、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、圧縮／膨張機構４３のロータ４８に一体回転可能に設けられた、外側車としての外側ローラと、シャフト４５に一体回転可能に設けられたキャリヤと、該キャリヤ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）とからなる遊星摩擦車機構に変更すること。
【００８６】
○上記実施形態の圧縮／膨張機１１は、遊星歯車機構６９の外側にモータ／ジェネレータ４２が配置されていた。これを変更し、例えば、図７の従来技術のように、シャフト４５、遊星歯車機構６９、圧縮／膨張機構４３及びモータ／ジェネレータ４２を、同順に軸線方向へ配列すること。
【００８７】
○上記実施形態において電磁クラッチ５２は摩擦形よりなっていたが、これを変更し、クラッチ機構として、電磁パウダクラッチ等の電磁空隙形クラッチや、電磁ツースクラッチ等の電磁かみあいクラッチを用いること。
【００８８】
○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。
【００８９】
【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かつ外部駆動源からの駆動力を増速する遊星車機構を有することと、膨張機構として機能する圧縮／膨張機構の駆動によってモータ／ジェネレータで発電を行うこととを両立できる。
【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】冷凍サイクルが形成された状態を示す冷媒回路図。
【図４】ランキンサイクルが形成された状態を示す冷媒回路図。
【図５】制御コンピュータの処理を説明するフローチャート。
【図６】別例の圧縮／膨張機の断面部分図
【図７】従来の圧縮機の縦断面図。
【符号の説明】
４１…ハウジング、４２…拘束手段（電磁ブレーキ）を兼ねるモータ／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、５５…電磁ブレーキの電磁構成を兼ねるモータ／ジェネレータのステータ、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…キャリヤ、７３…遊星車としてのプラネタリギヤ、７９…拘束手段としてのツーウェイクラッチ（別例）、Ｒ１…第１方向、Ｒ２…第２方向。
【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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