JP5072230B2

JP5072230B2 - ステータ

Info

Publication number: JP5072230B2
Application number: JP2006032396A
Authority: JP
Inventors: 福永　　孝夫; 康則國嵜
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: JP2007211885A

Description

本発明は、ステータ、特に、トルクコンバータに用いられるステータに関する。

トルクコンバータは、３種の羽根車からなるトーラス（インペラー、タービン、ステータ）を有し、トーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラーはフロントカバーとともに内部に作動油が充填された流体室を形成している。インペラーは、主に、環状のインペラーシェルと、インペラーシェル内側に固定された複数のインペラーブレードと、インペラーブレードの内側に固定された環状のインペラーコアとから構成されている。タービンは流体室内でインペラーに軸方向に対向して配置されている。タービンは、主に、環状のタービンシェルと、タービンシェルのインペラー側の面に固定された複数のタービンブレードと、タービンブレードの内側に固定された環状のタービンコアとから構成されている。タービンシェルの内周部はタービンハブのフランジに複数のリベットにより固定されている。タービンハブは入力シャフトに相対回転不能に連結されている。ステータは、タービンからインペラーに戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラーの内周部とタービン内周部間に配置されている。ステータは、主に、環状のシェルと、シェルの外周面に設けられた複数のステータブレードと、複数のステータブレードの先端に固定された環状のステータコアとから構成されている。ステータシェルはワンウェイクラッチを介して固定シャフトに支持されている。
特開２００１−３５５７０１号公報

図３Ｄに従来のトルクコンバータのステータ近傍の流体の流れを示す。この図３Ｄに示すように、特許文献１に記載のトルクコンバータに用いられているステータのステータコアでは、タービンからインペラーに作動油が流れる際に作動油がステータから剥離する。また、ステータの外周側、具体的には図３Ｄに示す領域Ａで渦が発生する。このために、作動油のタービン側からインペラー側への流入量が少なくなり、トルク伝達の効率が悪くなる。

本発明の課題は、作動油のステータからの剥離及びステータの外周側での渦の発生を抑制して、タービンからインペラーに効率よく作動油を流れるようにすることにある。

請求項１に係るステータは、トルクコンバータのインペラーとタービンとの間に配置されたステータであって、シェルと、ブレードと、コアとを備える。シェルは環状の部材である。複数のブレードは環状のシェルから放射状に延びるように配置されている。コアはブレードの外周側に配置された第１環状部と、第１環状部の外周側に配置された第２環状部と、を有する。第２環状部は、第１環状部よりも軸方向長さが小さくかつタービン側の側面が径方向外方に向かって軸方向長さが徐々に減少するテーパ面となっている。また、環状のシェルの回転軸とコアのタービン側の側面とがなす角度が５０°以上８５°以下であり、第１環状部の径方向厚さと第２環状部の径方向厚さとの和は、第１環状部の径方向厚さの２．５倍以上であって、タービンのコアの径方向長さの半分以下の厚さである。

このステータでは、タービンを回転させた作動油をインペラーへと戻す。また、タービンとステータとの隙間から流入した作動油をインペラーとステータとの隙間から流出させる。このとき、ステータコアのタービン側の側面は、径方向外方に向かって軸方向長さが徐々に減少するテーパ面となっているために、タービンとステータとの隙間からインペラーとステータとの隙間に作動油が流れる際に作動油はテーパに沿って流れ、第２環状部の外周側を回り込んでインペラー側に作動油が移動する。このために作動油がステータから剥離するのを防止できる。また、ステータの外周側で渦が発生するのを抑制することができる。

ここでは、作動油が効率よくタービン側からインペラー側に流れるためにトルク伝達の効率が良くなる。

また、このステータでは、環状のシェルの回転軸とコアの傾斜面とがなす角度を３０°以下に設定すると実質的に第２環状部の外周側に側面を形成することができずコアを形成できない。このため３０°以下に設定することはできない。一方、環状のシェルの回転軸とコアの傾斜面とがなす角度を８５°以上に設定すると作動油がステータから剥離し、ステータの外周側で渦が発生するために、図４に示すように、タービン側からインペラー側に作動油が流れにくい。このために、８５°以上に設定することができない。

ここでは、確実にステータから作動油が剥離するのを抑制し、ステータの外周側で渦が発生するのを抑制できる。

請求項２に係るステータは、請求項１に記載のステータであって、第２環状部は、径方向外側端部のタービン側及びインペラー側の角部が曲線状である。

ここでは、角が丸まっているためにステータから作動油が剥離するのを抑止できる。

本発明は、作動油がステータから剥離するのを防止して、タービンからインペラーに効率よく作動油を流れるようにすることができる。

（１）トルクコンバータの基本構造
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２からトランスミッションの入力シャフト３にトルクを伝達するための装置である。図１の左側に図示しないエンジンが配置され、図１の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１の回転軸である。

トルクコンバータ１は、主に、フレキシブルプレート４とトルクコンバータ本体５とから構成されている。フレキシブルプレート４は、円板状の薄い部材からなり、トルクを伝達するとともにクランクシャフト２からトルクコンバータ本体５に伝達される曲げ振動を吸収するための部材である。また、フレキシブルプレート４に近接してフロントカバー１１が配置されている。トルクコンバータ本体５は、３種の羽根車（インペラー２１、タービン２２、ステータ２３）からなるトーラス形状の流体作動室６と、ロックアップ装置７とから構成されている。

フロントカバー１１は、円板状の部材であって、内周端にはセンターボス１６が溶接により固定されている。センターボス１６は、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、クランクシャフト２の中心孔内に挿入されている。フレキシブルプレート４の内周部は複数のボルト１３によってクランクシャフト２の先端面に固定されている。フロントカバー１１の外周側かつエンジン側面には、円周方向に等間隔で複数のナット１２が固定されている。このナット１２内に螺合するボルト１４がフレキシブルプレート４の外周部をフロントカバー１１に固定している。

フロントカバー１１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１１ａが形成されている。この外周側筒状部１１ａの先端にインペラー２１のインペラーシェル２６の外周縁が溶接によって固定されている。この結果、フロントカバー１１とインペラー２１とによって、内部に作動油が充填された流体室が形成されている。インペラー２１は、主に、インペラーシェル２６と、その内側に固定された複数のインペラーブレード２７と、インペラーシェル２６の内周部に固定されたインペラーハブ２８とから構成されている。

タービン２２は流体室内でインペラー２１に対して軸方向に対向して配置されている。タービン２２は、主に、タービンシェル３０と、そのインペラー側の面に固定された複数のタービンブレード３１と、タービンシェル３０の内周縁に固定されたタービンハブ３２とから構成されている。タービンシェル３０とタービンハブ３２とは複数のリベット３３によって固定されている。

タービンハブ３２の内周面には、入力シャフト３に係合するスプラインが形成されている。これによりタービンハブ３２は入力シャフト３と一体回転するようになっている。

ステータ２３は、インペラー２１の内周部とタービン２２の内周部との間に配置され、タービン２２からインペラー２１に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ２３は樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に製作されている。ステータ２３は、主に、環状のステータシェル３５と、ステータシェル３５の外周面に設けられた複数のステータブレード３６と、複数のステータブレード３６の外周側先端に形成された環状のステータコア６１とから構成されている。

ステータシェル３５はワンウェイクラッチ３７を介して筒状の固定シャフト３９に支持されている。ステータシェル３５は、軸方向に一定の長さを有する外周面を有している。外周面は断面において軸方向にストレートに形成されている。固定シャフト３９は入力シャフト３の外周面とインペラーハブ２８の内周面との間を延びている。

ステータブレード３６はステータシェル３５の外周面から放射状に延びるように配置された部材である。また、ステータブレード３６は各々が翼形状の断面を有している。ステータブレード３６のタービン２２側端は丸みを帯びた頭部となっており、インペラー２１側端は細長い尾部となっている。

ステータコア６１は、第１環状部６２と、第１環状部６２の外周側に配置された第２環状部６３とを有している。第１環状部６２はステータブレード３６の外周側に配置された環状の部分であって、ステータブレード３６の軸方向長さとほぼ同様の軸方向長さを有している。第２環状部６３は、第１環状部６２の外周側に配置され、第１環状部６２よりもさらに外周側まで突出する円板状の部分である。図２に示すように、第１環状部の径方向厚さと第２環状部６３の径方向厚さの和ａは第１環状部６２の径方向厚さｂの３．５倍の径方向厚さを有している。なお、ここでは第１環状部の径方向厚さと第２環状部６３の径方向厚さの和ａは第１環状部６２の径方向厚さｂの３．５倍の径方向厚さの場合について説明するが、本発明はこれに限られず、第１環状部の径方向厚さと第２環状部６３の径方向厚さとの和ａは第１環状部６２の径方向厚さｂの２．５倍以上であって、タービンブレード３１のインペラー２１側に配置されたコア２９の径方向長さｄ（図１参照）の半分以下の厚さであればよい。ここで、タービンブレード３１のインペラー２１側に配置されたコア２９の径方向長さｄは、コア２９の図１における縦方向の長さである。また、第２環状部６３は、第１環状部６２よりも軸方向の長さが小さく、前記タービン２２側の側面は径方向の外方にむかって軸方向長さが徐々に減少するテーパ面６４を有している。この第２環状部６３に設けられたテーパ面６４は、環状のステータシェル３５の回転軸、すなわちトルクコンバータ１の回転軸Ｏ−Ｏに平行な直線Ｏ′−Ｏ′とステータコア６１のテーパ面６４とがなす角度（以下この角度をθ（図２参照）として表現する）が６５°となるように構成されている。ここで、本実施形態ではトルクコンバータ１の回転軸Ｏ−Ｏとステータコア６１のテーパ面６４とがなす角度を６５°として説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、５０°以上８５°以下であればよい。

以上に述べた各羽根車２１，２２，２３の各シェル２６，３０，３５によって、流体室内にトーラス形状の流体作動室６が形成されている。なお、流体室内においてフロントカバー１１と流体作動室６の間には、ロックアップ装置７が配置された環状の空間９が確保されている。図に示すワンウェイクラッチ３７はラチェットを用いた構造であるが、ローラやスプラグを用いた構造であってもよい。

フロントカバー１１の内周部とタービンハブ３２との軸方向間には第１スラストベアリング４１が配置されている。また、タービンハブ３２とステータ２３の内周部との間には第２スラストベアリング４２が配置されている。さらに、ステータ２３とインペラー２１との軸方向間には第３スラストベアリング４３が配置されている。

（２）トルクコンバータの動作
ロックアップ解除されているときには、フロントカバー１１とタービン２２との間のトルク伝達は、インペラー２１とタービン２２との間の流体駆動によって行われている。インペラー２１からタービン２２へと流れる作動油はタービン２２を回転させた後に、ステータ２３を通ってインペラー２１へと戻る。ステータブレード３６に衝突した作動油はブレードによって向きを変えられ、インペラー２１へと戻される。このとき、作動油の一部はステータ２３とタービン２２との間に生じた隙間からタービン２２とインペラー２１とステータ２３とによって囲まれる空間に流入する。流入した作動油はステータ２３の第２環状部６３に形成されたテーパ６４壁に沿って移動し、第２環状部６３を越えてインペラー２１側に移動する。ここでは、ステータ２３から作動油が剥離するのを抑制し、第２環状部６３の外周で渦の発生を抑制しているためにタービン２２側からインペラー２１側に流体が効率よく移動する。

図３に、θを９０°（図３Ａ）、７５°（図３Ｂ）、６５°（図３Ｃ）にそれぞれ変更した場合（ａ／ｂを３．５）及びａ／ｂが２．５であってθが７５°（図３Ｅ）に設定して解析した場合の作動油の流れ図を示す。なお、ステータコア６１の拡大図である図２に示す第１環状部６２の径方向厚さと第２環状部６３の径方向厚さとの和ａと第１環状部６２の径方向厚さｂとの比をａ／ｂとする。なお、参考のために図３Ｄに従来のステータを用いた際の流体の流れを示す。また、図４はθを変更した際の流量を示すものである。ここで、図３の矢印は流体の流速と流体が流れる方向を示すベクトルである。

この図３及び図４から以下のことがわかる。Ｎｉはインペラー２１の一分間の回転数を示す。すなわち、従来のステータコア６１（θが９０°であってａ／ｂが１．０５、Ｎｉが５００）の場合には第２環状部６３の外周側で渦が形成されるためにステータコア６１からインペラー２１へ作動油が３６．６［ｌ／ｍｉｎ］流れ込むが、ａ／ｂを３．５にすると、３７．８［ｌ／ｍｉｎ］流れ込む。ａ／ｂを３．５に設定してθを８５°に変更することで、作動油がステータコア６１からインペラー２１へ作動油が３８．２［ｌ／ｍｉｎ］流れ込む。ａ／ｂを３．５に設定してθを７５°に変更することで、作動油がステータコア６１からインペラー２１へ作動油が３８．７［ｌ／ｍｉｎ］流れ込む。さらに、ａ／ｂを３．５に設定してθを６５°に変更することで作動油が３９．３［ｌ／ｍｉｎ］の作動油が流れ込む。これは、作動油がステータコア６１の外周側で渦の発生を抑制するためにタービン２２側からインペラー２１側へ作動油が流れる効率が良くなるためである。ここで、図４の流量［ｌ／ｍｉｎ］の欄の−はステータコア６１からインペラー２１側へ作動油が流れることを意味する。また、比率は従来品を１としての比率を計算している。なお、Ｎｉが２０００の場合には、従来品（θを９０°、ａ／ｂを１．０５）は１６７［ｌ／ｍｉｎ］インペラー２１側に流れ込むが、θを９０°、ａ／ｂを３．５に設定した場合には１７２［ｌ／ｍｉｎ］インペラー２１側に流れ込む。また、θを８５°、ａ／ｂを３．５に設定した場合には１７６［ｌ／ｍｉｎ］インペラー２１側に流れ込む。θを７５°、ａ／ｂを３．５に設定した場合には１８０［ｌ／ｍｉｎ］インペラー２１側に流れ込む。θを６５°、ａ／ｂを３．５に設定した場合には１８２［ｌ／ｍｉｎ］インペラー２１側に流れ込む。

このように回転数を増加させるとインペラー側への流入量は増加し、図４の比率欄に示すようにテーパ６４を設けた方（θが９０°ではない方）がインペラー２１側へ作動油が流れる量が多くなり、回転数が増加する方が流量の増加量が大きい。すなわち、トルク容量が増加する。ここで、回転数が高いとき（例えば２０００回転）のテーパ６４を有するトルクコンバータ１のインペラー２１側への流量とテーパ６４を有さない場合のインペラー側への流量を同じ量になるように設定する（例えば、トルクコンバータ１を小型化する）と、図５に示すように、回転数が低いときのトルク容量が減少する。

ここでは、作動油が第２環状部のタービン２２側の側面にテーパ６４を設けることによって、テーパ６４を設けない場合と比較してタービン２２側からインペラー２１側に作動油が効率よく移動する。このために、トルク伝達の効率が良くなる。また、図５に示すように、テーパ６４を設けたステータコア６１を有するトルクコンバータ１の２０００回転でのインペラー２１側への流量とテーパ６４を設けない場合のトルクコンバータの２０００回転の際のインペラー側への流量とを同じにするように設定する（例えば、トルクコンバータ１を小型化する）と、低回転領域でのみトルクコンバータ１の容量係数を減少させることができる。このために燃費を向上できる。
（３）他の実施形態
上記実施形態では、第２環状部６３のタービン２２側の側面にテーパ６４を設けたが、図３Ｆに示すθが７５°、ａ／ｂが３．５、Ｒ（角を丸めた際の丸みの半径）が１．０の流れ図に示すように、第２環状部６３の外周側の端部のタービン２２側及びインペラー２１側の角部６１ａ、６１ｂを丸めても良い。上記実施形態では、ロックアップ装置７を有するトルクコンバータ１を用いたが、本発明はこれに限らずロックアップ装置を有さないトルクコンバータであっても良い。さらに、上記実施形態では、テーパ６４の角度θを６５°、ａ／ｂを３．５としたが、本発明はこれに限られるものではなく、θが５０°以上８５°以内であって、ａ／ｂが２．５以上であればよい。

トルクコンバータ１の縦断面概略図。流体室の拡大図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。ステータ２３の外周近傍の流れ図。テーパ６４の角度に対するインペラー２１側への作動油の流入量の変化を示す図。入力回転速度と容量係数との関係を示した図。

１トルクコンバータ
２クランクシャフト
３入力シャフト
４フレキシブルプレート
５トルクコンバータ本体
６流体作動室
７ロックアップ装置
２１インペラー
２２タービン
２３ステータ
３０タービンシェル
３２タービンハブ
３５ステータシェル
３６ステータブレード
６１ステータコア
６１ａ第２環状部６３の外周側の端部のタービン２２側の角部
６１ｂ第２環状部６３の外周側の端部のインペラー２１側の角部
６２第１環状部
６３第２環状部
６４テーパ
ａ第１環状部６２の径方向厚さと第２環状部６３の径方向厚さとの和
ｂ第１環状部６２の径方向厚さ

Claims

トルクコンバータのインペラーとタービンとの間に配置されたステータであって、
環状のシェルと、
前記環状のシェルから放射状に延びるように配置された複数のブレードと、
前記ブレードの外周側に配置された第１環状部と、前記第１環状部の外周側に配置された第２環状部と、を有し、前記第２環状部は、前記第１環状部よりも軸方向長さが小さくかつ前記タービン側の側面が径方向外方に向かって軸方向長さが徐々に減少するテーパ面となっている、コアとを備え、
前記環状のシェルの回転軸と前記コアのタービン側の側面とがなす角度が５０°以上８５°以下であり、
前記第１環状部の径方向厚さと前記第２環状部の径方向厚さとの和は、前記第１環状部の径方向厚さの２．５倍以上であって、前記タービンのコアの径方向長さの半分以下の厚さである、
ステータ。
前記第２環状部は、径方向外側端部の前記タービン側及びインペラー側の角部が曲線状である、請求項１に記載のステータ。