JP5534651B2 - トルクコンバータにおけるステータのための羽根、及びトルクコンバータにおけるステータのための羽根アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動ユニット（例えば、自動車のエンジン）と、回転被駆動ユニット（例えば、自動車における変速トランスミッション）との間で力を伝達するための装置の改良に関する。特に、本発明は新たなステータ羽根の断面プロフィルに関する。

羽根を備えたステータを有するトルクコンバータは技術分野において知られている。慣用のステータ羽根は通常実質的に翼と同様のプロフィルを有する。高速比及び低速比においてステータを通る質量流量を増大するステータ羽根を形成することが望ましい。改良された質量の流れは、Ｋ因子を低減し、したがってトルクコンバータのトルク能力、即ちトルク容量係数を増大することが知られている。

隣接するステータ羽根をさらに離すことによって質量流量を増大することができることが評価されるべきである。しかしながら、羽根をさらに離すことは、チャネリングを減じるという望ましくない結果も有する。減じられたチャネリングは、技術分野において、トルクコンバータの効率を減じることが知られている。つまり、あいにく、トルク能力等の１つのトルクコンバータパラメータを改良するためにステータ又はステータ羽根を変更することは、通常、その他のパラメータ、例えばトルク比又は効率の望ましくない低下を生じる。

したがって、トルク比及び効率等のその他のパラメータのための前の値を維持しながらトルク能力の増大を可能にするステータ羽根が長い間必要とされている。

本発明は、広くは、第１の段部を有する第１の面と、第１の面と実質的に周方向で反対に配置された第２の面とを有する、トルクコンバータにおけるステータのための羽根を含む。１つの実施形態において、第１の面は第１及び第２の解離させられた又は整合させられていないセグメントを有しており、第１の段部は第１及び第２のセグメントを結合している。別の実施形態において、第２の面は第２の段部を有する。別の実施形態において、第２の面は第３及び第４の解離させられた又は整合させられていないセグメントを有しており、第２の段部は第１及び第２のセグメントを結合している。さらに別の実施形態において、羽根は、第１のボディ部分と、第１のボディ部分に対してずれた第２のボディ部分とを有しており、段部ボディ部分が第１及び第２のボディ部分を結合している。

本発明は、広くは、第１の段部によって結合された第１及び第２の解離させられたセグメントを含む第１の面を備えた第１の羽根と、第２の段部によって結合された第３及び第４の解離させられたセグメントを含む第２の面を備えた第２のブレードとを有するトルクコンバータにおけるステータのための羽根アセンブリを含む。ステータの作動中、第１及び第２の段部の面における個々の流体圧力は、第１又は第２及び第３又は第４のバラバラのセグメントそれぞれにおける流体圧力よりも低い。ステータの作動中、第１の段部の面により、第１及び第２の羽根の間の流体流れは増大することができる。流体流れの増大は、トルクコンバータのためのＫ因子を低減する。

本発明はさらに、広くは、段部によって結合された第１及び第２の解離させられたセグメントを有する第１の面と、第１の面とは実質的に周方向で反対に配置された第２の面とを有する、トルクコンバータにおけるステータのためのブレードを含む。
本発明のこれらの目的及び利点並びにその他の目的及び利点は、本発明の好適な実施形態の以下の説明と、添付の図面及び請求項とから容易に認められるであろう。

本発明の性質及び態様がここで、添付の図面を参照した発明の以下の詳細な説明により完全に説明される。

まず、異なる図面における同じ参照符号は、発明の同じ又は機能的に類似の構造エレメントを表していることが認識されるべきである。本発明は、現時点で好適な実施形態であると考えられるものに関して説明されるが、請求項に記載の発明は開示された実施形態に限定されないと理解されるべきである。

さらに、発明は、記載された特定の方法、材料及び変化態様に限定されず、もちろん変更することができる。ここで使用されている用語は、特定の実施形態だけを説明するためのものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。

特に定義されない限りは、ここで使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者にとって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。ここに説明されたものと同じ又は均等のあらゆる方法、装置又は材料が発明の実施又は試験において使用されることができるが、好適な方法、装置及び材料がここでは説明されている。

図１Ａは、本願において用いられた空間的な用語を示している、円筒座標系８０の斜視図である。本発明は、少なくとも部分的に円筒座標系に関連して説明される。系８０は長手方向軸線８１を有しており、この長手方向軸線は、以下の方向及び空間の用語のための基準として使用される。"軸方向"、"半径方向"及び"周方向"という形容詞は、軸線８１、半径８２（軸線８１に対して直交する）及び円周８３のそれぞれに対して平行な方向に関する。"軸方向"、"半径方向"及び"周方向"という形容詞は、個々の平面に対して平行な方向にも関する。様々な平面の配置を明らかにするために、物体８４，８５及び８６が用いられている。物体８４の面８７は軸方向平面を形成している。すなわち、軸線８１はこの面に沿った線を形成している。物体８５の面８８は半径方向平面を形成している。すなわち、軸線８２はこの面に沿った線を形成している。物体８６の面８９は周方向平面を形成している。すなわち、軸線８３はこの面に沿った線を形成している。別の例として、軸方向の移動又は配置は軸線８１に対して平行であり、半径方向の移動又は配置は半径８２に対して平行であり、周方向の移動又は配置は円周８３に対して平行である。
"軸方向"、"半径方向"及び"周方向"という形容詞は、軸線８１、半径８２又は円周８３のそれぞれに対して平行な方向に関する。"軸方向"、"半径方向"及び"周方向"という副詞は、個々の平面に対して平行な方向にも関する。

図１Ｂは、本願において用いられた空間的な用語を示している、図１Ａの円筒座標系における物体９０の斜視図である。円筒状物体９０は、円筒座標系における円筒状物体を表しており、本願発明をどのようにも限定しようとするものではない。物体９０は、軸方向の面９１と、半径方向の面９２と、周方向の面９３とを有している。面９１は軸方向平面の一部であり、面９２は半径方向平面の一部であり、面９３は周方向平面の一部である。

図２は、低速比におけるトルクコンバータ（図示せず）のステータ（図示せず）を通る流体流れを実演した、本発明の段状ステータ羽根のプロフィルである。ステータ羽根１００は、実質的に周方向で互いに反対向きに配置された、面１０２と面１１２とを有する。面１０２は、面セグメント１０６及び１０８と、段部又は段状面１０４とを有する。好適な実施形態において、段部１０４は図示のように面１０２に配置されている。面セグメント１０６及び１０８は解離されており、段部１０４によって結合されている。解離とは、セグメント１０６及び１０８が、段部１０４の存在により、滑らかな湾曲を備えた面を形成していないことを意味する。すなわち、面１０２は、特に段部１０４において滑らかな湾曲を有していない。言い換えれば、セグメント１０６及び１０８は整合させられていない。

羽根１００は、段状ボディ部分１２０によって結合されたボディ部分１２２とボディ部分１２４とを有する。部分１２２及び１２４は互いに対して整合させられていない又は解離されている。

矢印１１０は、羽根１００がステータに据え付けられた場合に、トルクコンバータの低速比におけるステータを通る流体の流れの方向を表している。２つの羽根が図２に示されているが、羽根１００を使用するステータは特定の数の羽根１００に制限されないことが理解されるべきである。流体の方向は、ステータ、特に羽根１００の間を通過するときに変化する。流体がセグメント１０６に接触し、羽根が流体からの力に反応し、羽根が流体をステータ羽根からセグメント１０８に向かって方向転換するので、流体の変向が生じる。段部１０４における流体圧力はセグメント１０６及び１０８のうちの少なくとも一方における流体圧力よりも実質的に低い。段部は、流体がセグメント１０８へ移動するときに流体のための方向転換を提供する。セグメント１０８の湾曲は、流体がステータから出るまで流体の流れを方向付けし続ける。段部１０４による流体の方向転換により流体はセグメント１０６からセグメント１０８へ滑らかに移行し、したがって流体のより良好な方向転換を提供する。例えば、セグメント１０６に接触することに応答して流体が変向する角度は有利には減じられる。その結果、流体がセグメント１０６からセグメント１０８へ移行するときに流体は減速しにくくなる。上述された流体の維持された速度及び流体の減じられた変向角度は、羽根１００を通る流体流量を増大し、羽根１００を通る質量流量を増大し、トルクコンバータのトルク能力を増大する。

図３は、高速比におけるステータを通る流体流れを実演した、図２に示された段状ステータ羽根１００のプロフィルである。以下の説明は図２及び図３が参照されるべきである。面１１２は、面セグメント１１６及び１１８と、段部１１４とを有する。面１０２と、セグメント１０６及び１０８と、段部１０４とに関する図２の説明が、面１１２と、セグメント１１６及び１１８と、段部１１４とに適用可能である。

矢印１１１は、羽根１００がステータに据え付けられた場合に、トルクコンバータの高速比におけるステータを通る流体の流れの大体の方向を表している。高速比において、トルクコンバータのトルク能力は、ステータを通る流体の質量流量に比例している。質量流量は最小限の流過面積によって制限されている。最小限の流過面積は、羽根１００Ａにおけるセグメント１０８の端部と羽根１００Ｂにおける段部１１４との間に垂直に示された距離１２６によって一次元で表されている。羽根１００Ａ及び１００Ｂは羽根１００と同じであるが、この特定の図において互いに区別するために識別文字が与えられている。最小流過面積を規定する第２の寸法は、ステータ羽根（図示せず）の幅である。ステータ羽根の幅は発明にとって密接な関係はなく、ステータ羽根のための技術分野において知られたあらゆる幅が有効である。しかしながら、幅は、様々なプロフィルを有する羽根の性能の比較のために羽根ごとに一貫していると仮定される。すなわち、羽根１００の段状構成により、距離１２６及び最小流過面積、ひいては羽根１００Ａと１００Ｂとの間の質量流は増大される。例えば、段状構成は、羽根１００Ｂから軸方向及び周方向にさらに離れた羽根１００Ａの面１０８を生じ、また羽根１００Ａから軸方向及び周方向にさらに離れた羽根１００Ｂの段部１１４を生じる。

図４は、低速比におけるステータを通る流体流れを実演した、面１５２と面１６２とを有する本発明のステータ羽根のプロフィルである。この実施形態において、面１５２はステータ羽根１００における面１０２と実質的に同じである。面１５２は段部１５４によって結合されたセグメント１５６及びセグメント１５８を有する。面１６２は段部を有しておらず、慣用のステータ羽根にとって典型的な、一定面の翼形状の例である。

矢印１６０は、羽根１５０がステータに据え付けられた場合に、トルクコンバータの低速比におけるステータを通る流体の方向を表している。流れ１１０に関する図２に説明における議論が図４における流れ１６０に適用可能である。すなわち、流れ１１０及び１６０は実質的に同じように動作する。流体はセグメント１５６に接触し、羽根は流体からの力に反応し、羽根は流体を羽根からセグメント１５８に向かって方向転換する。段部1１５４における流体圧力はセグメント１５６及び１５８のうちの少なくとも一方における流体圧力よりも実質的に低い。段部は、流体がセグメント１５８へ移動するときに流体のための方向転換を提供する。段部１５４による流体の方向転換により流体はセグメント１５６からセグメント１５８へ滑らかに移行し、したがって流体のより良好な方向転換を提供する。第２の面１６２の一定の面にもかかわらず、図２に示したように流体の流れは第１の実施形態における流体の流れと実質的に同じである。したがって、羽根１５０に第２の段部が存在しないことは高速比における流体の変向特性に著しく影響することはない。

図５は、トルクコンバータ（図示せず）におけるステータ（図示せず）における、本発明の段状ステータ羽根と従来の一定面の羽根との性能を比較した図である。図５に引用されたトルクコンバータは技術分野において知られたあらゆる適用可能なトルクコンバータであることができることが理解されるべきである。以下の説明は図２から図５までを参照すべきである。図５において、本発明の羽根は羽根１００であるが、概して本発明の羽根は、図５に示されかつ以下に説明されるような、従来の羽根に関する利点を提供することが理解されるべきである。慣用の、一定の面の羽根は段部、例えば図２における段部１０４を有していない。すなわち、慣用の羽根は、翼の形状に近いプロフィルを有する。上述のように、本発明の段状羽根、例えば図２及び図３における羽根１００は、低速比のための改良された流体変向と、高速比のための増大した最小流体流過面積とを提供する。流体変向及び増大した質量流の幾つかの有利な結果が図５に示されている。

曲線２０８及び２１０は、段状ステータ羽根を使用するトルクコンバータと、従来の一定面のステータ羽根を使用するトルクコンバータとのそれぞれのための、速度比とＫ因子、又はトルク能力との関係を示している。技術分野において知られているようにＫ因子を低下させると、トルク能力が増大する。ゼロ速度比において、曲線２１０は曲線２０８よりも低い。速度比が０．８まで増大すると、個々の曲線の差（Ｋ因子）が増大する。曲線２０８のためのより低いＫ因子は、本発明の羽根を使用するトルクコンバータのためのトルク能力における実質的な改良を示している。

曲線２００は、上述の本発明の段状羽根を使用するトルクコンバータのための速度比と質量流れとの関係を表している。曲線２０２は、上述の一定面を使用するトルクコンバータのための速度比と質量流れとの関係を表している。質量流れは有利には段状羽根の場合により高い。前述のように、段状羽根は、低速比において改良された流体変向を、より高い速度比においてより大きな最小流過面積を提供することによって、増大した質量流れを提供する。質量流れを増大することは、曲線２０８及び２１０に示されているように、Ｋ因子、ひいてはトルク能力の改良を生じる。

段状羽根及び一定面羽根を使用するトルクコンバータのための速度比とトルク比との関係は、それぞれ曲線２０４及び２０６として示されている。曲線２１２及び２１４は、段状ステータ羽根と一定ステータ羽根とをそれぞれ使用するトルクコンバータのための速度比と効率との関係を表している。上述のように、従来の羽根を使用して、Ｋ因子、トルク比又は効率のうちの１つの増大は、他のパラメータの一方又は両方を低減することによってのみ可能である。しかしながら、羽根１００及び従来の羽根に関連したトルク比及び効率はほぼ同じである。したがって、段状ステータ羽根は有利にはＫ因子の著しい改良を可能にし、これは、実質的に同じ効率及びトルク比を維持しながら、トルク能力の著しい望ましい増大を表す。

本発明の段状ステータ羽根は、鋳造、スタンピング、又は技術分野において知られたあらゆるその他の羽根製造方法によって製造されることができる。

したがって、本発明の目的は効率的に達成されるが、発明に対する修正及び変更が当業者に容易に明らかであるべきであり、これらの修正は、請求項に記載された発明の精神及び範囲に含まれるものである。前記説明は、本発明の例を示しており、限定するものと考えられるべきでないことも理解される。したがって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明のその他の実施形態が可能である。

本願において用いられた空間的な用語を示している、円筒座標系の斜視図である。 本願において用いられた空間的な用語を示している、図１Ａの円筒座標系における物体の斜視図である。 低速比におけるトルクコンバータのステータを通る流体流れを実演した、本発明の段状ステータ羽根のプロフィルである。 高速比におけるステータを通る流体流れを実演した、図２に示された段状ステータ羽根のプロフィルである。 低速比におけるステータを通る流体流れを実演した、１つの段状面と１つの一定面とを有する本発明のステータ羽根のプロフィルである。 本発明による段状ステータ羽根と一定面羽根との性能を比較した図である。

符号の説明

１００，１００Ａ，１００Ｂ ステータ羽根、 １０２ 面、 １０４ 段部、 １０６，１０８ 面セグメント、 １１２ 面、 １１４ 段部、 １１６，１１８ 面セグメント、 １２０ 段状ボディ部分、 １２２，１２４ ボディ部分、 １５０ 羽根、 １５２，１６２ 面、 １５６，１５８ セグメント、 １６２ 面

Claims (13)

1. トルクコンバータにおけるステータのための羽根において、
   トルクコンバータが低速比で作動する際に流体が接触する第１の段部を有する第１の面であって、互いに対して整合させられていない第１及び第２の面セグメントを有する前記第１の面と、
   該第１の面と実質的に周方向で反対側に配置された第２の面と、を有することを特徴とするトルクコンバータにおけるステータのための羽根。
2. 前記第１の段部が前記第１及び第２の面セグメントを結合している、請求項１記載の羽根。
3. ステータの作動中に、前記第１の段部における流体圧力が、前記第１又は第２の面セグメントのうちの少なくとも一方における流体圧力よりも低い、請求項１又は２記載の羽根。
4. ステータの作動中に、前記第１の段部が、ステータを通る流体流れの増大を可能にする、請求項１から３までのいずれか１項記載の羽根。
5. 前記第２の面が第２の段部を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の羽根。
6. 前記第２の面が、互いに対して不整合の第３及び第４の面セグメントを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の羽根。
7. 前記第２の段部が、前記第３及び第４の面セグメントを結合している、請求項５を引用する請求項６記載の羽根。
8. 前記第１の面セグメント及び前記第３の面セグメントを備える第１のボディ部分と、該第１のボディ部分に対してずれた、前記第２の面セグメント及び前記第４の面セグメントを備える第２のボディ部分とを有する、請求項６又は７記載の羽根。
9. 第１のボディ部分と第２のボディ部分とを結合する段部ボディ部分を有する、請求項８記載の羽根。
10. トルクコンバータにおけるステータのための羽根アセンブリにおいて、
    トルクコンバータが低速比で作動する際に流体が接触する第１の段部によって結合された第１及び第２の互いに対して整合させられていない面セグメントを有する第１の面を備えた第１の羽根が設けられており、
    トルクコンバータが低速比で作動する際に流体が接触する第１の段部によって結合された第１及び第２の互いに対して整合させられていない面セグメントを有する第１の面を備えた第２の羽根が設けられていることを特徴とする、トルクコンバータにおけるステータのための羽根アセンブリ。
11. ステータの作動中に、前記第１の羽根の第１の段部における流体圧力が、前記第１の羽根の第１又は第２の面セグメントのうちの少なくとも一方における流体圧力よりも低い、請求項１０記載の羽根アセンブリ。
12. ステータの作動中に、前記第２の羽根の第１の段部における流体圧力が、前記第２の羽根の第１又は第２の面セグメントのうちの少なくとも一方における流体圧力よりも低い、請求項１０又は１１記載の羽根アセンブリ。
13. ステータの作動中に、前記第１の羽根の第１の段部が、前記第１の羽根の第１及び第２の羽根の間の流体流れの増大を可能にする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の羽根アセンブリ。

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