JP2020079627A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクコンバータにおいて、構成を複雑にすることなく、また装置を大型化することなく、高トルク比を得ることができるようにする。【解決手段】このトルクコンバータ１は、インペラ１０と、第１及び第２タービン２１，２と、第１及び第２ステータ３１，３２と、タービンハブ４０と、を備えている。インペラ１０にはトルクが入力される。第１タービン２１はインペラ１０からの作動油が流入する。第１ステータ３１は、第１タービン２１からの作動油が流入し、その作動油の向きを変える。第２タービン３２は、第１ステータ３１からの作動油が流入し、第１タービン２１と同じ方向に回転する。第２ステータ３２は、第２タービン２２から作動油が流入し、その作動油の向きを変えてインペラ１０に導く。タービンハブ４０は、第１及び第２タービン２１，２２からのトルクを出力側部材に出力する。【選択図】図１

Description

本発明はトルクコンバータに関する。

トルクコンバータは、一般的に、インペラ、タービン、及びステータの３要素で構成されている。このようなトルクコンバータを電動自動車に搭載する場合、例えば、モータ側の変速機を高速用に設定し、トルクコンバータを低速用（すなわち大きな変速比を有する）変速機として使用することが考えられる。

しかし、３要素で構成されているトルクコンバータでは、変速比として機能するストールトルク比（タービン軸トルク／インペラ軸トルク）は「３」程度が限界である。

そこで、特許文献１に示すような４要素２段型のトルクコンバータが提案されている。この特許文献１のトルクコンバータでは、タービンが主タービンと副タービンとに分割されている。そして、出力側に設けられた動力合成部において、主タービンからのトルクと、副タービンからのトルクと、が合成されている。この場合は、ストールトルク比を比較的大きくすることができる。

また、ストールトルク比を大きくする目的ではないが、特許文献２には５要素２段型のトルクコンバータも提案されている。

特開２００３−２８７１０４号公報 特開平７−１９０１９２号公報

特許文献１のトルクコンバータでは、２つのタービンを備えているので、比較的大きなストールトルク比を得ることができる。

しかし、特許文献１のトルクコンバータでは、主タービンと副タービンの回転方向が異なるので、出力側において、副タービンの回転を逆にし、両タービンの出力トルクを合成するための動力合成部が必要になる。動力合成部は、カウンタ軸や歯車機構によって構成されており、このため、構成が複雑になり、装置も大型化する。

本発明の課題は、トルクコンバータにおいて、構成を複雑にすることなく、また装置を大型化することなく、高トルク比を得ることができるようにすることにある。

（１）本発明に係るトルクコンバータは、入力側部材からトルクを出力側部材に伝達する。このトルクコンバータは、インペラと、第１タービンと、第１ステータと、第２タービンと、第２ステータと、出力ハブと、を備えている。インペラは入力側部材からのトルクが入力される。第１タービンはインペラからの作動油が流入する。第１ステータは、第１タービンからの作動油が流入し、その作動油の向きを変える。第２タービンは、第１ステータからの作動油が流入し、第１タービンと同じ方向に回転する。第２ステータは、第２タービンから作動油が流入し、その作動油の向きを変えてインペラに導く。出力ハブは、第１タービン及び第２タービンからのトルクを出力側部材に出力する。

ここでは、インペラからの作動油は第１タービンに流れ、第１ステータを介して第２タービンに導かれる。作動油の流れは第１ステータによって変えられるので、第２タービンは第１タービンと同じ方向に回転する。そして、第２タービンから流出した作動油は、第２ステータを介してインペラに戻される。第１タービン及び第２タービンからのトルクは、出力ハブを介して出力側の部材に伝達される。

ここでは、トルクコンバータにおいて、２つの同じ方向に回転するタービンによってトルクが増幅されるので、従来の３要素型のトルクコンバータに比較して大きなトルク比を得ることができる。また、例えば、トランスミッション等の出力側の装置において、動力合成部等の機構が不要になる。

（２）好ましくは、第１タービンと第２タービンとは一体で回転する。ここでは、２つのタービンが、同じ方向に、かつ一体で回転するので、２つのタービンの出力を効率よく合成できる。

（３）好ましくは、第１タービンは第１タービンシェル及び第１タービンブレードを有している。また、第２タービンは第２タービンシェル及び第２タービンブレーを有している。そして、第１タービン及び第２タービンは、第１タービンブレード及び第２タービンブレードに連結された共通のタービンコアをさらに有している。

ここでは、２つのタービンの出力が、共通のコアによって合成される。このため、簡単な構成で２つのタービン出力を合成できる。

（４）好ましくは、第１タービンシェルは出力ハブに連結されている。この場合は、第２タービンシェルを出力ハブに連結する場合に比較して、構成が簡単になる。

（５）好ましくは、第１ステータは、第１ステータハブと、第１ステータブレードと、を有している。第１ステータハブは第２タービンシェルの軸方向第１側に配置されている。第１ステータブレードは、第１ステータハブと一体形成され、軸方向第１側から第１タービンブレードと第２タービンブレードの円周方向間に挿入されている。

ここでは、第１ステータを第１タービンと第２タービンとの間に一方向から組み付けることができる。したがって、装置の組付け作業が容易になる。

（６）好ましくは、このトルクコンバータは、回転不能な固定軸と、第１一方向クラッチと、第２一方向クラッチと、をさらに備えている。第１一方向クラッチは、第１ステータを固定軸に対して一方向に回転可能に支持する。第２一方向クラッチは、第２ステータを固定軸に対して一方向に回転可能に支持する。

（７）好ましくは、このトルクコンバータは、フロントカバーと、ロックアップクラッチと、をさらに備えている。フロントカバーは、入力側部材に連結され、トルクをインペラに伝達する。ロックアップクラッチは、フロントカバーに入力されたトルクを出力ハブに直接伝達する。

以上のような本発明では、トルクコンバータにおいて、構成を複雑にすることなく、また装置を大型化することなく、高トルク比を得ることができる。

本発明の一実施形態によるトルクコンバータの縦断面概略図。 図１の一部拡大図。 作動油の流れを模式的に示す図。 図１のトルクコンバータの速度比とトルク比との関係を示す図。

［トルクコンバータの構成］
図１は本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータ１の縦断面概略図である。トルクコンバータ１は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフトにトルクを伝達するための装置である。トルクコンバータ１は、フロントカバー２と、トルクコンバータ本体３と、ロックアップクラッチ４と、を備えている。フロントカバーには、例えば電動モータを含む駆動源（図示せず）からのトルクが入力される。また、図１の右側にはトランスミッション（図示せず）が配置されている。図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１の回転軸である。

フロントカバー２は、円板状の部材であって、内周端にはセンターボス５が溶接により固定されている。フロントカバー２の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周側筒状部２ａが形成されている。

トルクコンバータ本体３は、インペラ１０と、第１タービン２１及び第２タービン２２と、第１ステータ３１及び第２ステータ３２と、タービンハブ４０（出力ハブの一例）と、を有している。そして、タービンハブ４０を除く５要素１０，２１，２２，３１，３２によってトーラス形状の流体作動室Ｃが形成されている。図１の断面図において、インペラ１０はトランスミッション側に配置され、分割された第１タービン２１及び第２タービン２２はインペラ１０と軸方向に対向するように配置されている。第１ステータ３１は、流体作動室Ｃ内において、第１タービン２１と第２タービン２２との間に挿入されている。第２ステータ３２は、第２タービン２２と、インペラ１０の内周部と、の間に配置されている。すなわち、流体作動室Ｃの断面図（図１）（以下、単に「流体作動室」と記載する場合がある）において、インペラ１０、第１タービン２１、第１ステータ３１、第２タービン２２、第２ステータ３２の順に、環状に並べて配置されている。

なお、以上の各要素１０，２１，２２，３１，３２の配置については、正確には、各要素を構成するブレード（後述する）の位置関係であるが、詳細は各要素の説明で記載する。

インペラ１０は、外殻を構成するインペラシェル１２と、内側のコア１３と、インペラシェル１２とコア１３との間に固定された複数のインペラブレード１４と、を有している。そして、インペラブレード１４がフロントカバー２から最も軸方向において離れたトランスミッション側に配置されている。また、インペラシェル１２の内周部にはインペラハブ１５が固定されている。そして、インペラシェル１２の外周縁が溶接によってフロントカバー２の外周側筒状部２ａに固定されている。

第１タービン２１は、インペラ１０に対向してフロントカバー２側に配置され、流体作動室Ｃのもっとも外周側に配置されている。第１タービン２１にはインペラ１０からの作動油が流入する。第１タービン２１は、外殻を構成する第１タービンシェル２３と、内側のコア２５と、第１タービンシェル２３とコア２５との間に固定された複数の第１タービンブレード２７と、を有している。第１タービンシェル２３のフロントカバー２側の一端は、軸方向に延びて形成され、第１係合部２３ａを構成している。第１係合部２３ａは、複数の歯によって構成されている。また、第１係合部２３ａを構成する複数の歯のうちの一部は、さらにフロントカバー２側に延び、スプリング係合部２３ｂを構成している。

第２タービン２２は、流体作動室Ｃにおいて第１タービン２１の内周側に隙間をあけて配置されている。第２タービン２２は、第１ステータ３１からの作動油が流入する。第２タービン２２は、第１タービン２１と同様に、外殻を構成する第２タービンシェル２４と、第１タービン２１と共通のコア２５と、第２タービンシェル２４とコア２５との間に固定された複数のタービンブレード２８と、を有している。

以上のように、第１タービン２１と第２タービン２２とは、共通のコア２５によって一体的に連結され、同じ方向に同期して回転する。

第１ステータ３１は、第１ステータコア３５と、複数の第１ステータブレード３７と、を有している。第１ステータコア３５は複数の第１ステータブレード３７の先端を連結している。第１ステータブレード３７は、第１タービンブレード２７と第２タービンブレード２８との間にフロントカバー側（軸方向第１側）から挿入されるように配置されている。第１ステータ３１は、第１タービン２１からの作動油が流入し、その作動油の向きを変えて第２タービン２２に導く。複数の第１ステータブレード３７の基端部は第１ステータハブ３３に固定されている。

第１ステータハブ３３は、内周側の支持部３３ａと、支持部３３ａから外周側に延びる外殻部３３ｂと、を有している。支持部３３ａは、第２タービン２２の内周側に配置され、固定軸５０に第１一方向クラッチ５１を介して支持されている。固定軸５０は、図示しないトランスミッション側の部材に回転不能に固定されている。外殻部３３ｂは、第２タービンシェル２４の外壁に沿って外周側に延びている。この外殻部３３ｂの外周端に、複数の第１ステータブレード３７が固定されている。なお、第１ステータコア３５、第１ステータブレード３７、及び第１ステータハブ３３は、樹脂やアルミ合金等で一体に形成されている。

このような構成では、第１ステータハブ３３、第１ステータコア３５、及び第１ステータブレード３７のユニットを、第１タービン２１と第２タービン２２との間にフロントカバー２側から差し込むようにして組み付けることが可能になる。

第２ステータ３２は、第２ステータコア３６と、複数の第２ステータブレード３８と、を有している。第２ステータコア３６は複数の第２ステータブレード３８の先端を連結している。第２ステータブレード３８は、流体作動室Ｃにおいて、第２タービンブレード２８とインペラブレード１４との円周方向間に配置されている。第２ステータ３２は、第２タービン２２からの作動油が流入し、その作動油の向きを変えてインペラ１０に導く。複数の第２ステータブレード３８は第２ステータハブ３９に固定されている。

第２ステータブレード３８は、内周部が支持部３９ａに固定されている。支持部３９ａは、固定軸５０に第２一方向クラッチ５２を介して支持されている。なお、第２ステータコア３６、第２ステータブレード３８、及び第２ステータハブ３９は、樹脂やアルミ合金等で一体に形成されている。また、支持部３９ａとインペラシェル１２の内周部との間には、スラストベアリング５３が配置されている。

タービンハブ４０は、フロントカバー２と、第１ステータハブと３３、の間に配置されている。タービンハブ４０は、第１タービン２１及び第２タービン２２からのトルクをトランスミッション側の部材に出力する。タービンハブ４０は、筒状のハブ４１と、フランジ４２と、を有している。

ハブ４１は、内周面にスプライン４１ａが形成されている。このスプライン４１ａが、トランスミッションの入力軸（図示せず）に嵌合する。

フランジ４２は、ハブ４１の外周面から外周側に延び、円板状に形成されている。フランジ４２の外周端部には、第２係合部４２ａが形成されている。第２係合部４２ａは、複数の歯を有しており、この複数の歯が、第１タービンシェル２３の第１係合部２３ａの歯に係合している。

なお、フランジ４２の内周部と、第１ステータハブ３３の支持部３３ａと、の間には、スラストベアリング５４が配置されている。

図２に示すように、ロックアップクラッチ４は、ピストン５５と、ダンパ部５６と、を有している。ピストン５５は、円板状に形成され、フロントカバー２と軸方向に対向して配置されている。

ピストン５５の外周部には、環状の摩擦材５７が固定されている。ピストン５５の内周端部は、タービンハブ４０のハブ４１の外周面にスライド自在に支持されている。そして、ピストン４５の摩擦材５７がフロントカバー２に押圧されることにより、フロントカバー２からピストン５５にトルクが伝達される。

ダンパ部５６は、ドライブプレート６０と、複数のコイルスプリング６１と、を有している。ドライブプレート６０は、内周部がピストン５５に固定されている。コイルスプリング６１は、ドライブプレート６０に収容されるとともに、両端がドライブプレート６０の一部に係合している。また、コイルスプリング６１の両端には、第１タービンシェル２３のスプリング係合部２３ｂの先端も係合している。

［各要素のブレード形状］
ここで、各要素のブレード形状と、作動油の流れを、図３に模式的に示している。図３では、図の左側がフロントカバー２に入力される回転方向（正転方向）、右側がその逆の方向（逆転方向）である。なお、以下の説明では、便宜上、「インペラ」、「第１タービン」等と記載するが、それぞれ各要素のブレードを意味している。

図３に示すように、第１タービン２１は、インペラ１０からの作動油を受けて、正転方向の回転力を得る形状である。第１ステータ３１は、第１タービン２１からの作動油を受け、作動油の向きを逆向きに変えるような形状である。第２タービン２２は、第１ステータ３１からの作動油を受けて、正転方向の回転力を得る形状である。第２ステータ３２は、第２タービン２２からの作動油を受け、作動油の向きを逆向きに変えるような形状である。したがって、インペラ１０は、第２ステータ３２からの作動油を受けて回転が増幅されることになる。

［トルクコンバータ１の動作］
ロックアップクラッチ４がクラッチオフ（ロックアップ解除）の状態では、フロントカバー２と出力側の部材との間のトルク伝達は、流体作動室Ｃを流れる作動油によって行われる。

具体的には、フロントカバー２とともにインペラ１０が回転すると、作動油は遠心力によってインペラ１０から第１タービン２１へと流れる。この作動油によって第１タービン２１は正転方向の回転力を受ける。第１タービン２１を通過した作動油は、第１ステータ３１に流入し、固定された第１ステータ３１を通過することによって、その向き（作動油の流れる方向）が変えられる。すなわち、第１スタータ３１を通過した作動油の向きは、インペラ１０から流出した作動油の向きと同じになる。

第１ステータ３１を通過した作動油は第２タービン２２へと流れる。この作動油によって、第２タービン２２は第１タービン２１と同様に正転方向の回転力を受ける。第１タービン２１及び第２タービン２２は共通のコア２５によって連結されているので、両タービン２１，２２によって得られた正転方向の回転力は、タービンハブ４０を介してトランスミッション側に出力される。

第２タービン２２を通過した作動油は、固定された第２ステータ３２を通過することによって、その向きが変えられ、インペラ１０に導かれる。この第２ステータ３２からの作動油によって、インペラ１０はさらに正転方向の回転力を受け、回転が増幅される。

そして、第１タービン２１及び第２タービン２２の回転数がインペラ１０の回転数に近づくと、まず、第１一方向クラッチ５１が作動し、第１ステータ３１が空転を開始する。これにより、第１ステータ３１による損失が抑えられる。そしてさらに両タービン２１，２２の回転数がインペラ１０の回転数に近づくと、第２一方向クラッチ５２が作動し、第２ステータ３２が空転を開始する。これにより、第２ステータ３２による損失が抑えられる。ここで、第１ステータ３１の方が第２ステータ３２よりも先に空転を開始するのは、以下の理由による。

すなわち、第１タービン２１の出口の半径方向位置が、第２タービン２２の出口の半径方向位置よりも外周側にあるので、第２タービン２２の出口の周速に比較して第１タービン２１の出口の周速の方が速い。このため第１ステータ３１の方が第２ステータ３２よりも先に空転を開始する。空転を開始するタイミングは、各タービンを構成するタービンブレードの出口角度の設定にもよるが、周速の違いによる影響の方が大きい。

図４は、以上の作動における速度比（両タービン回転数／インペラ回転数）とトルク比との関係を示したものである。ここでは、第１タービン２１及び第２タービン２２によって回転力が得られるので、従来の３要素型のトルクコンバータに比較して大きなトルク比（この例では「４」）が得られる。

また、ロックアップクラッチ４がクラッチオンの状態では、フロントカバー２からのトルクは、ピストン５５、ダンパ部５６、及び第１タービンシェル２３のスプリング係合部２３ｂを介してタービンハブ４０に直接伝達される。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、２つのタービンを有するトルクコンバータについて説明したが、タービンの個数はこれに限定されない。３つ以上のタービンを備えていてもよい。

（ｂ）前記実施形態では、第１タービンと第２タービンとを、共通のコアによって連結したが、２つのタービンを連結する構成はこれに限定されない。また、２つのタービンの回転数が異なるようにしてもよい。

（ｃ）前記実施形態では、ロックアップクラッチを備えた装置について本発明を適用したが、ロックアップクラッチを備えていない装置にも同様に本発明を適用することができる。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
４ ロックアップクラッチ
１０ インペラ
２１ 第１タービン
２２ 第２タービン
２３ 第１タービンシェル
２４ 第２タービンシェル
２５ コア（共通のコア）
２７ 第１タービンブレード
２８ 第２タービンブレード
３１ 第１ステータ
３２ 第２ステータ
３３ 第１ステータハブ
３５ 第１ステータブレード
３７ 第２ステータブレード
４０ タービンハブ
５０ 固定軸
５１ 第１一方向クラッチ
５２ 第２一方向クラッチ

Claims (7)

1. 入力側部材からトルクを出力側部材に伝達するトルクコンバータであって、
   前記入力側部材からのトルクが入力されるインペラと、
   前記インペラからの作動油が流入する第１タービンと、
   前記第１タービンからの作動油が流入し、その作動油の向きを変える第１ステータと、
   前記第１ステータからの作動油が流入し、前記第１タービンと同じ方向に回転する第２タービンと、
   前記第２タービンから作動油が流入し、その作動油の向きを変えて前記インペラに導く第２ステータと、
   前記第１タービン及び前記第２タービンからのトルクを前記出力側部材に出力する出力ハブと、
   を備えたトルクコンバータ。
   
2. 前記第１タービンと前記第２タービンとは一体で回転する、請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
3. 前記第１タービンは第１タービンシェル及び第１タービンブレードを有し、
   前記第２タービンは第２タービンシェル及び第２タービンブレーを有し、
   前記第１タービン及び前記第２タービンは、前記第１タービンブレード及び前記第２タービンブレードに連結された共通のタービンコアをさらに有している、
   請求項２に記載のトルクコンバータ。
   
4. 前記第１タービンシェルは前記出力ハブに連結されている、
   請求項３に記載のトルクコンバータ。
   
5. 前記第１ステータは、
   前記第２タービンシェルの軸方向第１側に配置された第１ステータハブと、
   前記第１ステータハブと一体形成され、前記軸方向第１側から前記第１タービンブレードと前記第２タービンブレードの円周方向間に挿入された第１ステータブレードと、
   を有している、
   請求項３又は４に記載のトルクコンバータ。
   
6. 回転不能な固定軸と、
   前記第１ステータを前記固定軸に対して一方向に回転可能に支持する第１一方向クラッチと、
   前記第２ステータを前記固定軸に対して一方向に回転可能に支持する第２一方向クラッチと、
   をさらに備えた請求項１から５のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
7. 前記入力側部材に連結され、トルクを前記インペラに伝達するフロントカバーと、
   前記フロントカバーに入力されたトルクを前記出力ハブに直接伝達するロックアップクラッチと、
   をさらに備えた請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータ。

Images