KR19980081700A - 토크컨버터 스테이터 - Google Patents

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KR19980081700A
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Abstract

본 발명의 스테이터(6)는 환형 내측셸(11), 환형 외측셸(12) 및 블레이드(13)를 포함한다. 외측셸(12)은 내측셸(11)의 반경방향 외측에 배열된다. 블레이드(13)는 내측셸(11)과 외측셸(12) 사이에 형성되고, 복수의 원주방향으로 정렬된 위치에 각각 배열된다. 각각의 블레이드(13)는 내측셸(11)로부터 외측셸(12)로 연장되고, 이로써 내측셸(11)의 외주부와 외측셸(12)의 내주부가 함께 결합된다. 블레이드 단면적의 변화율은 내측셸(11)의 외주부와 외측셸(12)의 내주부 사이의 간격(r2 - r1)의 1/6 ∼ 1/2 범위의 간격으로 내측셸(11)의 반경방향 외측위치에서 변한다.

Description

토크컨버터 스테이터
본 발명은 토크컨버터 스테이터(torque converter stator), 특히 얇은 블레이드(blade)를 가진 토크컨버터 스테이터에 관한 것이다.
토크컨버터는 임펠러, 터빈 및 스테이터를 포함하는 것이 일반적이고, 그 내부에 충전되는 작동유를 통하여 토크가 전달되도록 작동가능하다. 토크가 토크컨버터의 반경방향 외측영역으로 전달되도록 작동하는 작동유는, 임펠러에서부터 터빈으로 흐른 후, 터빈에서 스테이터로 흐르고 이어서 임펠러로 복귀한다.
스테이터는 임펠러와 터빈 사이의 토크컨버터의 반경방향 내측부분에 배설된다. 스테이터는 일방클러치 메커니즘상에 일반적으로 지지되고, 일방클러치 메커니즘은 변속기하우징에 고정되어 있는 스테이터샤프트상에 일반적으로 지지된다. 스테이터는 일반적으로 수지 또는 알루미늄합금 또는 그 밖의 메탈재료를 주조하여 제조되고, 기본적으로 환형 외측셸, 환형 내측셸 및 외측셸과 내측셸 사이에 배설된 블레이드로 형성된다.
스테이터 블레이드는 복수의 원주방향으로 이격되어 정렬된 위치에 각각 배열되고, 각 블레이드는 반경방향 내측셸로부터 반경방향 외측셸로 연장되어 터빈에서부터 임펠러로 복귀하는 작동유의 방향을 제어한다. 블레이드는 각각의 블레이드의 단면적이, 이하 코너부(corner portion)라고 하는 부분을 제외하고는, 그 전체 반경방향길이를 통하여 실질적으로 일정한 비율로 변하는 형상으로 되어 있다. 코너부는 블레이드와 외측셸 사이의 경계영역을 형성한다. 블레이드와 코너부는 전술한 주조법에 의하여 서로 일체로 형성되는 것이 일반적이다. 블레이드의 외측면은 아치형이다.
토크컨버터의 토크 전달효율을 향상시키기 위하여, 임펠러와 스테이터의 형태에 따라서 최적의 유체성능을 스테이터에 제공하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 일반적으로 스테이터 블레이드의 두께를 최소로하여 스테이터의 성능을 넓은 범위내에서 최적으로 하는 것이 바람직하다.
블레이드의 두께를 감소시키게 되면 성능의 향상에는 바람직하지만, 블레이드의 구조적 강도를 확보하기 위하여는 그 두께를 증가시키는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 소기의 강도는 유지하면서 블레이드의 두께를 감소시키고, 이로써 토크컨버터 스테이터의 성능, 즉 토크컨버터의 성능을 향상시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이터를 채택한 토크컨버터의 일부단면도이고,
도 2는 도 1의 선 II-II에 따른 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 토크컨버터 스테이터는 환형 내측셸 및 내측셸의 반경방향 외측에 배설된 환형 외측셸을 포함한다. 외측셸과 내측셸 사이에는 복수의 블레이드가 연장된다. 블레이드는 내측셸를 중심으로 원주방향으로 이격된 위치에 배설된다. 블레이드는 내측셸의 외주부와 외측셸의 내주부를 함께 결합한다. 각각의 블레이드는 내측셸 및 외측셸에 대하여 반경방향으로 내측부분 및 외측부분으로 형성된다. 내측및 외측부분의 단면적의 변화율은, 내측부분 단면적의 변화율이 외측부분 단면적의 변화율과 상이하도록 되어 있다. 내측부분과 외측부분 사이의 경계부는, 내측셸의 외주부와 외측셸의 내주부 사이의 간격의 1/6 ∼ 1/2 범위의 간격으로 내측셸의 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성된다. 내측셸의 외주부에 근접한 각 블레이드의 내측부분의 단면적은 경계부에 근접한 블레이드의 외측부분의 단면적 보다 크다.
내측부분과 외측부분 사이의 경계부는 내측셸의 외주부와 외측셸의 내주부 사이의 간격의 1/3 간격으로 내측셸의 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 내측부분과 외측부분 사이 위치의 경계부는 내측셸의 외주부와 외측셸의 내주부 사이의 간격의 1/4 간격으로 내측셸의 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성된다.
블레이드의 외측부분의 단면적은 그 반경방향 길이를 통하여 대체로 일정한 것이 바람직하다.
또한, 블레이드의 외측부분의 단면적은 경계부로부터 외측셸을 향하여 점차 감소된다.
또한, 블레이드의 경계부의 내측부분의 단면적은 경계부의 외측부분의 단면적과 대체로 동일하다.
본 발명의 전술한 실시예에 의하여, 토크컨버터 스테이터에는 원하는 성능 특징을 제공할 만큼 얇지만, 필요한 구조적 강도특징을 제공할 만큼 두꺼운 블레이드가 배설된다.
서로 상반되는 요구를 충족하기 위하여, 블레이드는 외측셸에 인접한 영역은 얇고, 내측셸에 인접한 영역은 두꺼운 구조를 가진다.
전술한 것과 본 발명의 다른 목적, 특징, 양태 및 이점들은 동일 부재를 동일 참조부호로 나타낸 첨부된 도면을 참조하면 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조(6)가 배설된 토크컨버터(1)를 나타낸다. 도 1에서, O-O는 토크컨버터(1)의 회전축을 나타낸다. 도 1의 좌측에는 엔진(도시되지 않음)이 배열되고, 도 1의 우측에는 변속기(도시되지 않음)가 배열된다.
토크컨버터(1)는 기본적으로, 엔진의 크랭크샤프트로부터 변속기의 메인구동축으로 토크를 전달하는 메커니즘으로서, 크랭크샤프트에 결합된 외주부를 가지는 프론트커버(3), 및 3개의 베인휠(vane wheel), 즉 임펠러(4), 터빈(5) 및 스테이터(6)로 형성된 토크컨버터 메인유닛으로 형성되어 있다. 프론트커버(3) 및 임펠러(4)는 그 외주부가 함께 용접되어, 그 사이에 작동유체임버가 형성된다.
토크컨버터가 동작하는 동안, 크랭크샤프트로부터 프론트커버(3)에 가해진 토크가, 임펠러(4)로부터 터빈(5)으로의 작동유의 흐름을 통하여 터빈(5)을 거쳐 메인구동축에 출력된다. 엔진을 스타트할 때, 임펠러(4)의 회전으로 순환된 작동유가 터빈(5)을 향하여 이동한 후, 스테이터(6)를 향하여 임펠러(4)의 회전방향과 반대방향으로 이동한다. 스테이터(6)는 터빈(5)으로부터 흐르는 작동유의 방향을 바꾸는 아치형 면으로 형성되고, 이로써 작동유는 임펠러(4)의 회전방향과 대체로 동일한 방향으로 흐르게 되고, 따라서 토크컨버터(1)의 토크 전달효율이 향상된다.
스테이터(6)는 환형 내측셸(11), 환형 외측셸(12) 및 서로 일체로 형성되고, 예를 들어 알루미늄합금을 주조하여 제조된 복수의 블레이드(13)를 포함한다. 따라서, 반경이 약 1mm ∼ 약 2mm인 코너부(14)가 각 블레이드(13)와 내측셸(11) 사이에 경계부로서 형성된다.
내측셸(11)은 스테이터서포트구조(상세하게 후술함)를 통하여, 변속기하우징에 고정되어 있는 스테이터샤프트(도시되지 않음)에 결합된다. 내측셸(11)은 (r1) x 2의 외경을 가진다. 스러스트서포트(thrust support)(11a)가 내측셸(11)의 내주부에 형성된다.
외측셸(12)은 내측셸(11)의 반경방향 외측에 배열된다. 외측셸(12)은 (r2) x 2의 내경을 가진다. 블레이드(13)는 내측셸(11)과 외측셸(12) 사이에 형성되고, 복수의 원주방향으로 이격되어 정렬된 위치에 배열된다. 각 블레이드(13)는 내측셸(11)에서부터 외측셸(12)로 연장되고, 이로써 내측셸(11)의 외주부가 외측셸(12)의 내주부에 함께 결합된다. 각 블레이드(13)에는 코너부(14), 제1 블레이드부(13a) 및 제2 블레이드부(13b)가 형성된다. 제2 블레이드부(13b)는 코너부(14)로부터 외측셸(12)에 근접하게 연장되고, 제1 블레이드부(13a)는 제2 블레이드부(13b)에서부터 외측셸(12)로 연장된다.
제2 블레이드부(13b)의 단면적(즉, 중앙선 O-O에 평행하는 평면에 따른 면적)은 조작자가 내측셸(11)로부터 제1 블레이드부(13a)를 향하여 이동시킬 때 변한다. 제2 블레이드부(13b)의 단면적은 조작자가 내측셸(11)로부터 제1 블레이드부(13a)를 향하여 이동시킬 때 감소된다. 또한, 제1 블레이드부(13a)의 단면적은 조작자가 제2 블레이드부(13b)에 인접한 위치로부터 외측셸(12)을 향하여 이동시킬 때(예를 들어 조작자가 라인 r3로부터 라인 r2를 향하여 이동시킬 때) 약간 변한다. 그러나, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 블레이드부(13a)의 크기는 조작자가 라인 r3로부터 라인 r2를 향하여 반경방향 외측으로 이동시킬 때, 특히 제1 블레이드부(13a)의 단면형상이, 도 2에 나타낸 바와 같이, 거의 일정하기 때문에, 많이 변하지 않는다. 측면도로 나타낸 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 블레이드부(13b)의 단면적의 변화율은 전술한 바와 같이, 제1 블레이드부(13a)의 단면적의 변화율과 상이하다. 블레이드(13)는, 제2 블레이드(13b)에 대응하는 블레이드부 단면적의 변화율이 본 발명의 제1 블레이드(13a)에 대응하는 블레이드부 단면적과 동일한 종래 기술의 구조와 비교할 때. 코너부(14)에 인접하는 내측셸(11) 근처의 단면적이 증가되어 있다.
제1 및 제2 블레이드부(13a, 13b) 사이의 스테이터(6)의 반경방향 경계부 즉 위치는 고정위치가 아니고 오히려, 본 발명에 있어서, 성능 즉 스테이터를 통한 작동유의 흐름에 대한 요구 및 블레이드의 강도에 대한 요구 모두를 고려하여 결정된다. 스테이터의 크기가 결정되면, 경계부는 성능 및 축 O-O으로부터 이격된 위치의 강도를 고려하여 결정된다. 본 발명에 있어서, 제1 및 제2 블레이드부(13a, 13b) 사이에 라인 r3으로 나타낸 경계부의 위치는, 간격(r2 - r1)의 1/6 ∼ 1/2 범위 플러스 내측셸(11)의 외주부와 외측셸(12)의 내주부 사이의 간격 r1 및 축 O-O으로부터의 크기(r1)이다. 바꾸어 말하면, 라인 r3으로 한정된 경계부는 다음과 같이 한정된 사이의 간격으로 축 O-O으로부터 이격되어야 한다.
(1/6＊(r2-r1))+r1 ≤ r3 ≤ (1/2＊(r2-r1))+r1
성능을 고려하여, 경계부는 다음 식;
r3=(1/3＊(r2-r1))+r1
에 따라서 축 O-O으로부터 내측셸(11)를 향하여 이격되어 위치되는 것이 더욱 바람직하다.
강도를 고려하여, 경계부는 다음 식;
r3=(1/4＊(r2-r1))+r1
에 따라서 외측셸(12)에 보다 근접하여 위치되는 것이 더욱 바람직하다.
임펠러(4), 터빈(5) 및 스테이터(6)의 형태 및 크기를 고려하여, 실시예에 나타낸 제1 및 제2 블레이드부(13a, 13b) 사이의 경계부는 다음 식;
r3=(1/3＊(r2-r1))+r1
에 따라서 라인 r3으로 나타낸 축 O-O으로부터 이격된 위치에 한정된다.
따라서, 블레이드(13)의 단면적의 변화율은 라인 r3으로 나타낸 경계위치에서 변한다.
일반적으로, 토크컨버터 스테이터에는 성능을 고려하여 블레이드의 두께를 감소시키는 것이 필요하지만, 강도를 고려하여 블레이드의 두께를 증가시키는 것이 또한 필요하다. 이러한 상반되는 요구를 충족하기 위하여, 본 발명의 스테이터(6)는, 외측셸(12)로부터 라인 r3으로 연장되는 블레이드(13)의 제1 블레이드부(13a)구조의 두께는 원하는 대로 감소시키고, 라인 r3으로부터 내측셸(11)로 연장되는 제2 블레이드부(13b)의 단면적은 증가시켜 강도의 구조적 요구를 충족하도록 되어 있다. 따라서, 성능은 얇은 제1 블레이드부(13a)에 의하여 주로 충족되고, 원하는 강도는 단면적이 증가되어 있는 제2 블레이드부(13b)에 의하여 주로 확보된다. 단면적이 실질적으로 일정한 비율로 변하는 블레이드를 가지는 스테이터를 채택한 종래 기술의 구조와 비교할 때, 본 발명의 실시예는 스테이터(6)의 성능이 최적으로 될 수 있는 범위 및 형상으로 증가시킬 수 있고, 따라서 스테이터(6)의 소기의 강도는 유지하면서 토크컨버터(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
다음에, 스테이터서포트구조에 대하여 설명한다.
스테이터서포트구조는 일방클러치 메커니즘(21) 및 환형 리테이너(22)로 형성된다. 일방클러치 메커니즘(21)은 스테이터(6)가 한 쪽 방향으로만 회전하게 하고, 외측 레이스(race)(23), 내측 레이스(25) 및 이들 레이스 사이에 배설된 클러치부재(24)로 형성된다. 외측 레이스(23)는 내측셸(11)의 내주부에 고정되어 있다. 외측 및 내측 레이스(23, 25)의 엔진에 가까운 한 쪽은 스러스트롤러베어링(thrust roller bearing)(26)을 통하여 터빈허브(turbine hub)(8)에 의하여 지지되어 있는 리테이너(22)와 접한다. 터빈허브(8)는 터빈(5)의 내주부에 고정되어 있다. 외측 및 내측 레이스(23, 25)의 변속기에 가까운 다른 쪽은 스러스트롤러베어링(27)을 통하여 임펠러허브(4a)에 의하여 지지되어 있는 내측셸(11)의 스러스트서포트(11a)와 접한다. 임펠러허브(4a)는 임펠러(4)의 내주부에 고정되어 있다. 이렇게 하여, 스테이터(6)의 내측셸(11) 및 스테이터서포트구조의 축 O-O을 따른 이동이 스러스트롤러베어링(26, 27)에 의하여 임펠러허브(4a)와 터빈허브(8) 사이로 제한된다. 내측 레이스(25)에는 스테이터샤프트(도시되지 않음)에 결합된 스플라인개구(spline aperture)(25a)가 그 내주에 배설되어 있다.
본 발명에 있어서, 외측셸과 블레이드의 중간위치 사이의 블레이드부는 성능을 고려하여 주로 얇게할 수 있고, 중간위치와 내측셸 사이의 블레이드부는 강도의 요구를 충족하도록 단면적을 크게할 수 있다. 따라서, 블레이드의 두께는 강도는 유지하면서 감소시킬 수 있고, 이로써 토크컨버터 스테이터의 성능 즉 토크컨버터의 성능이 향상될 수 있다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 블레이드부(13a)의 단면적은 내측셸(11)에 근접한 제2 블레이드부(13b)의 단면적 보다 작다. 내측셸(11)로부터 라인 r3 으로 형성된 경계부를 향하여, 제2 블레이드부(13b)의 단면적은 감소되어, 경계부에서 제2 블레이드부(13b)의 단면적이 제1 블레이드부(13a)의 단면적에 대체로 동일하게 된다.
도시한 바와 같이, 제1 블레이드부(13a)의 단면적은 경계부(r3)로부터 외측셸(12)을 향하여 거의 변하지 않는 것을 이해하여야 한다. 토크컨버터의 원하는 성능에 따라서, 제1 블레이드부(13a)의 단면적은 대체로 일정하거나 또는 경계부로부터 외측셸(12)을 향하여 점차 감소되게 할 수 있다.
본 발명의 여러 가지 상세는 그 취지 및 범위를 일탈하지 않고 변경시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 전술한 개시는 단지 예시를 하는 것이며, 본 발명을 청구의 범위 및 그들의 동등물에 의하여 한정된 바와 같이 제한하려는 것은 아니다.

Claims (8)

  1. 환형 내측셸과;
    상기 내측셸의 반경방향 외측에 배설된 환형 외측셸과;
    상기 외측셸과 상기 내측셸 사이에 연장되는 복수의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는 상기 내측셸을 중심으로 원주방향으로 이격된 위치에 배설되고, 상기 블레이드는 상기 내측셸의 외주부와 상기 외측셸의 내주부를 함께 결합하고, 상기 블레이드 각각은 상기 내측셸 및 상기 외측셸에 대하여 반경방향으로 내측부분 및 외측부분으로 형성되고, 상기 내측 및 외측부분의 단면적의 변화율은, 상기 내측부분 단면적의 변화율이 상기 외측부분 단면적의 변화율과 상이하도록 되어 있고, 상기 내측부분과 상기 외측부분 사이의 경계부는, 상기 내측셸의 상기 외주부와 상기 외측셸의 상기 내주부 사이의 간격의 1/6 ∼ 1/2 범위의 간격으로 상기 내측셸의 상기 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되고, 상기 내측셸의 상기 외주부에 근접한 상기 각 블레이드의 상기 내측부분의 단면적은 상기 경계부에 근접한 상기 블레이드의 상기 외측부분의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내측부분과 상기 외측부분 사이 위치의 상기 경계부는, 상기 내측셸의 상기 외주부와 상기 외측셸의 상기 내주부 사이의 간격의 1/3 간격으로 상기 내측셸의 상기 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내측부분과 상기 외측부분 사이 위치의 상기 경계부는, 상기 내측셸의 상기 외주부와 상기 외측셸의 상기 내주부 사이의 간격의 1/4 간격으로 상기 내측셸의 상기 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 블레이드의 상기 외측부분의 단면적은 그 반경방향 길이를 통하여 대체로 일정한 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 블레이드의 상기 외측부분의 단면적은 상기 경계부로부터 상기 외측셸을 향하여 점차 감소되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 블레이드의 상기 경계부의 상기 내측부분의 단면적은 상기 경계부의 상기 외측부분의 단면적과 대체로 동일한 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내측부분과 상기 외측부분 사이의 상기 경계부는, 상기 내측셸의 상기 외주부와 상기 외측셸의 상기 내주부 사이의 간격의 1/6 ∼ 1/3 범위의 간격으로 상기 내측셸의 상기 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내측부분과 상기 외측부분 사이의 상기 경계부는, 상기 내측셸의 상기 외주부와 상기 외측셸의 상기 내주부 사이의 간격의 1/4 ∼ 1/2 범위의 간격으로 상기 내측셸의 상기 외주부에 대하여 반경방향 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 토크컨버터 스테이터.
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