JP7576409B2 - トルクコンバータ、及び駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、トルクコンバータ、及び駆動ユニットに関するものである。

トルクコンバータは、原動機からのトルクを増幅させるために設けられている。例えば、特許文献１には、モータからのトルクを増幅させるために、トルクコンバータを設けた電気自動車が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第５３７０２３３号公報

本件発明者は、鋭意研究を重ねた結果、原動機としてモータなどを用いた場合、通常走行時でも例えば約８０００回転以上の高回転数で原動機は回転するため、その回転数に対しての強度が確保できずにトルクコンバータが破損するおそれがあることを見出した。

そこで、本発明の課題は、トルクコンバータの破損を防止することにある。

本発明の第１側面に係るトルクコンバータは、原動機と出力軸との間に配置される。トルクコンバータは、カバーと、インペラと、タービンと、第１クラッチとを備えている。インペラは、カバーと一体的に回転する。タービンは、インペラと対向するように配置される。第１クラッチは、原動機からの動力をカバーに伝達及び遮断するように構成される。

この構成によれば、例えば原動機が高回転数（例えば８０００回転以上）で回転している場合に、第１クラッチをクラッチオフ状態とすることによって、原動機からの動力はカバーに伝達されない。このため、原動機の回転数に対する強度不足でトルクコンバータが破損することを防止できる。なお、原動機が低回転数のときに第１クラッチをクラッチオフ状態としてもよい。

好ましくは、トルクコンバータは、第２クラッチをさらに備える。第２クラッチは、原動機からの動力を、カバーを介さずに出力軸に伝達及び遮断するように構成される。

好ましくは、トルクコンバータは、第３クラッチをさらに備える。第３クラッチは、出力軸からタービンへの動力伝達を遮断可能に構成されている。

好ましくは、第３クラッチは、ワンウェイクラッチである。このワンウェイクラッチは、タービンからの動力を出力軸に伝達するとともに、出力軸からタービンへの動力伝達を遮断するように構成されている。

好ましくは、第１クラッチは、湿式クラッチである。

好ましくは、第１クラッチは、乾式クラッチである。

好ましくは、トルクコンバータは、ステータをさらに備える。ステータは、インペラとタービンとの間に配置される。ステータは、固定軸に回転不能に取り付けられている。この構成によれば、従来、固定軸とステータとの間に配置していたワンウェイクラッチを省略し、コスト、重量、及びサイズを削減することができる。

本発明の第２側面に係る駆動ユニットは、原動機と、上記いずれかのトルクコンバータとを備える。トルクコンバータは、原動機からの動力が伝達される。

本発明によれば、トルクコンバータの破損を防止することができる。

駆動ユニットの概略図。 トルクコンバータの概略図。 変形例に係る駆動ユニットの概略図。 変形例に係るトルクコンバータの概略図。

以下、本実施形態に係る駆動ユニットについて図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、トルクコンバータの回転軸が延びる方向である。また、周方向とは、回転軸を中心とした円の周方向であり、径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向である。

［駆動ユニット］
図１に示すように、駆動ユニット１００は、モータ２（原動機の一例）と、トルクコンバータ３とを備えている。駆動ユニット１００は、出力軸１０２に動力を出力している。なお、出力軸１０２は、例えば、トランスミッション１０１の入力軸である。この駆動ユニット１００は、例えば、電気自動車に搭載される。駆動ユニット１００は、駆動輪を駆動するように構成されている。

［モータ］
モータ２は、電気モータである。モータ２は、モータケース２１、ステータ２２、及びロータ２３を有している。本実施形態におけるモータ２は、いわゆるインナーロータ型である。モータケース２１は、車体フレームなどに固定されており、回転不能である。

ステータ２２は、モータケース２１の内周面に固定されている。ステータ２２は回転不能である。ロータ２３は、回転軸Ｏ周りに回転する。ロータ２３は、径方向において、ステータ２２の内側に配置される。

［トルクコンバータ］
トルクコンバータ３は、回転軸Ｏを中心に回転するように構成されている。トルクコンバータ３の回転軸Ｏは、モータ２の回転軸Ｏと実質的に一致している。すなわち、駆動ユニット１００は回転軸Ｏを中心に回転する。

トルクコンバータ３は、モータ２と出力軸１０２との間に配置される。トルクコンバータ３は、モータ２からのトルクを増幅して出力軸１０２へと出力するように構成されている。

図２に示すように、トルクコンバータ３は、カバー３１、インペラ３２、タービン３３、ステータ３４、第１クラッチ３５、第２クラッチ３６、及び第３クラッチ３７を有している。トルクコンバータ３内には作動油が供給される。

カバー３１は、回転可能に配置されている。カバー３１は、モータ２に対して相対回転可能である。詳細には、カバー３１は、ロータ２３に対して相対回転可能である。カバー３１は、タービン３３を覆うように構成されている。また、カバー３１は、第１クラッチ３５及び第２クラッチ３６を覆うように構成されている。

インペラ３２は、カバー３１と一体的に回転する。詳細には、インペラ３２は、カバー３１に溶接などによって固定されている。インペラ３２は、インペラシェル３２１、複数のインペラブレード３２２、及びインペラハブ３２３を有している。

インペラシェル３２１は、カバー３１に固定されている。複数のインペラブレード３２２はインペラシェル３２１の内側面に取り付けられている。

インペラハブ３２３は、インペラシェル３２１の内周端部に取り付けられている。なお、インペラハブ３２３は、インペラシェル３２１と一つの部材によって構成されていてもよいし、インペラシェル３２１と別部材によって構成されていてもよい。

タービン３３は、インペラ３２と対向するように配置されている。詳細には、タービン３３は、軸方向においてインペラ３２と対向している。タービン３３は、作動流体を介してインペラ３２から動力が伝達される。

タービン３３は、タービンシェル３３１、複数のタービンブレード３３２、及びタービンハブ３３３を有している。タービンブレード３３２は、タービンシェル３３１の内側面に固定されている。

タービンハブ３３３は、タービンシェル３３１の内周端部に固定されている。例えば、タービンハブ３３３は、リベットによって、タービンシェル３３１に固定されている。タービンハブ３３３は、タービンシェル３３１と別部材によって構成されていてもよいし、タービンシェル３３１と一つの部材によって構成されていてもよい。

タービンハブ３３３は、第３クラッチ３７を介して出力軸１０２に支持されている。

ステータ３４は、タービン３３からインペラ３２へと戻る作動油を整流するように構成されている。ステータ３４は、回転軸Ｏ周りに回転可能である。例えば、ステータ３４は、固定軸１０３に、ワンウェイクラッチ１０４を介して支持されている。このステータ３４は、軸方向において、インペラ３２とタービン３３との間に配置される。

ステータ３４は、円板状のステータキャリア３４１と、その外周面に取り付けられる複数のステータブレード３４２と、を有している。

［第１クラッチ］
第１クラッチ３５は、モータ２からの動力をカバー３１に伝達及び遮断するように構成されている。第１クラッチ３５は、モータ２の出力軸２４とカバー３１とを連結したり、その連結を解除したりするように構成されている。

第１クラッチ３５は、モータ２とカバー３１との間の動力伝達経路内に配置されている。この動力伝達経路は、モータ２からの動力をカバー３１へ伝達する伝達経路である。なお、モータ２とカバー３１との間の動力伝達経路は一つだけである。

第１クラッチ３５は、湿式クラッチである。第１クラッチ３５は、カバー３１とインペラ３２とによって囲まれる空間内に配置されている。詳細には、第１クラッチ３５は、カバー３１とタービン３３との間に配置されている。

第１クラッチ３５がクラッチオン状態になると、第１クラッチ３５はモータ２からの動力をカバー３１に伝達する。一方で、第１クラッチ３５がクラッチオフ状態になると、第１クラッチ３５はモータ２からカバー３１への動力伝達を遮断する。第１クラッチ３５の状態は、例えば、トルクコンバータ３内へ供給する作動油の油圧及び供給方向によって制御される。

［第２クラッチ］
第２クラッチ３６は、モータ２からの動力をカバー３１を介さずに出力軸１０２に伝達及び遮断するように構成されている。この第２クラッチ３６は、モータ２の出力軸２４と出力軸１０２とを連結したり、その連結を解除したりするように構成されている。

第２クラッチ３６は、モータ２と出力軸１０２との間の動力伝達経路内に配置されている。なお、第２クラッチ３６が配置される動力伝達経路内にはカバー３１は含まれない。すなわち、この動力伝達経路は、カバー３１を介さずにモータ２からの動力を出力軸１０２に伝達する動力伝達経路である。

第２クラッチ３６は、湿式クラッチである。第２クラッチ３６は、カバー３１とインペラ３２とによって囲まれる空間内に配置されている。詳細には、第２クラッチ３６は、カバー３１とタービン３３との間に配置されている。なお、第２クラッチ３６は、第１クラッチ３５とタービン３３との間に配置されている。

第２クラッチ３６がクラッチオン状態になると、第２クラッチ３６はモータ２からの動力を出力軸１０２に伝達する。なお、第２クラッチ３６は、モータ２からの動力を、カバー３１やインペラ３２、タービン３３などを介さずに、出力軸１０２に伝達する。

一方で、第２クラッチ３６がクラッチオフ状態になると、第２クラッチ３６は、モータ２から出力軸１０２への動力伝達を解除する。第２クラッチ３６の状態は、例えば、トルクコンバータ３内へ供給する作動油の油圧及び供給方向によって制御される。

なお、車両の走行時は、第１クラッチ３５がクラッチオン状態のとき第２クラッチ３６はクラッチオフ状態となり、第１クラッチ３５がクラッチオフ状態のとき第２クラッチ３６はクラッチオン状態となる。

［第３クラッチ］
第３クラッチ３７は、タービン３３と出力軸１０２との間に配置されている。詳細には、第３クラッチ３７は、タービンハブ３３３と出力軸１０２との間に配置されている。

第３クラッチ３７は、出力軸１０２からタービン３３への動力伝達を遮断可能に構成されている。詳細には、第３クラッチ３７は、ワンウェイクラッチである。第３クラッチ３７は、タービン３３からの動力を出力軸１０２に伝達する一方で、出力軸１０２からタービン３３への動力伝達は遮断するように構成されている。

［トルクコンバータ３の動作］
上述したように構成されたトルクコンバータ３は、次のように動力伝達する。

まず、始動時などモータ２の回転数が低い場合、第１クラッチ３５をクラッチオン状態とし、第２クラッチ３６をクラッチオフ状態とする。この状態では、第１クラッチ３５がモータ２からの動力をカバー３１に伝達する。一方、第２クラッチ３６は、モータ２からの動力を出力軸１０２に伝達しない。

カバー３１に伝達された動力は、インペラ３２に伝達され、作動油を介してタービン３３に伝達される。そして、第３クラッチ３７を介して出力軸１０２へと伝達される。すなわち、モータ２からの動力伝達経路は、第１クラッチ３５、カバー３１、インペラ３２、タービン３３、第３クラッチ３７、出力軸１０２の順となっている。

次に、モータ２の回転数が所定の回転数を超えたとき、第１クラッチ３５をクラッチオフ状態とし、第２クラッチ３６をクラッチオン状態とする。この状態では、第１クラッチ３５はモータ２からの動力をカバー３１に伝達しない。すなわち、モータ２からの動力はカバー３１には伝達されない。一方、第２クラッチ３６はモータ２からの動力を出力軸１０２に伝達する。

このため、モータ２からの動力は、第２クラッチ３６を介して出力軸１０２へと伝達され、カバー３１には伝達されない。すなわち、第２クラッチ３６は、モータ２からの動力をカバー３１を介さずに出力軸１０２に伝達する。したがって、モータ２が高速回転したときであっても、カバー３１、インペラ３２、及びタービン３３がモータ２とともに高速回転することはない。このため、モータ２の高速回転によるトルクコンバータ３の破損を防止できる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記実施形態では、第１クラッチ３５は湿式クラッチであったが、第１クラッチ３５は乾式クラッチであってもよい。この場合、図３に示すように、第１クラッチ３５は、カバー３１とインペラ３２とによって囲まれる空間の外部に配置されていてもよい。

変形例２
上記実施形態では、第３クラッチ３７はワンウェイクラッチであったが、第３クラッチ３７の構成はこれに限定されない。

変形例３
上記実施形態では、第２クラッチ３６は、出力軸１０２に直接連結されているが、第２クラッチ３６の構成はこれに限定されない。例えば、第２クラッチ３６は、減速ギアなどを介して出力軸１０２に連結されていてもよい。

変形例４
上記実施形態では、原動機の一例としてモータ２を用いて説明したが、原動機としてエンジンなど他の原動機を用いてもよい。

変形例５
上記実施形態では、ステータ３４は、ワンウェイクラッチ１０４を介して固定軸１０３に取り付けられていたが、ステータ３４の取付方法はこれに限定さない。例えば、図４に示すように、ステータ３４は、固定軸１０３に回転不能に取り付けられていてもよい。詳細にはステータ３４は、ワンウェイクラッチを介さずに、固定軸１０３に取り付けられている。このため、ステータ３４は、回転軸Ｏを中心に、正方向にも逆方向にも回転しない。例えば、ステータキャリア３４１がスプライン孔を有し、固定軸１０３がステータキャリア３４１にスプライン嵌合している。

この変形例５によれば、以下の効果を得ることができる。まず、従来のトルクコンバータでは、ステータは、ワンウェイクラッチを介して固定軸に取り付けられている。これによって、トルクコンバータがカップリングレンジにあるとき、ステータはインペラの回転を妨害しないようにインペラとともに回転することができる。これに対して、上記実施形態及び変形例５に係るトルクコンバータ３では、トルクコンバータ３がカップリングレンジにあるとき、第１クラッチ３５をクラッチオフ状態にしてインペラ３２の回転を止めることができる。このため、ステータ３４を固定軸１０３に回転不能に取り付けても、ステータ３４がインペラ３２の回転を妨害するという問題が生じない。この結果、ワンウェイクラッチを省略して、低コスト化、軽量化、及びコンパクト化することができる。

２ モータ
３ トルクコンバータ
３１ カバー
３２ インペラ
３３ タービン
３４ ステータ
３５ 第１クラッチ
３６ 第２クラッチ
３７ 第３クラッチ
１００ 駆動ユニット
１０２ 出力軸

Claims (12)

1. 原動機と出力軸との間に配置されるトルクコンバータであって、
   カバーと、
   前記カバーと一体的に回転するインペラと、
   前記インペラと対向するように配置され、前記カバーに覆われるタービンと、
   前記原動機からの動力を前記カバーに伝達及び遮断するように構成された第１クラッチと、
   を備え、
   前記カバーは、前記原動機の出力軸が貫通するための貫通孔を有する、
   トルクコンバータ。
   
2. 前記原動機からの動力を前記カバーを介さずに前記出力軸に伝達及び遮断するように構成された第２クラッチをさらに備える、
   請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
3. 前記第２クラッチは、前記カバーと前記タービンとの間に配置される、
   請求項２に記載のトルクコンバータ。
   
4. 前記第２クラッチは、前記原動機の出力軸からの動力を前記出力軸に直接伝達するように構成される、
   請求項２又は３に記載のトルクコンバータ。
   
5. 前記出力軸から前記タービンへの動力伝達を遮断可能に構成された第３クラッチをさらに備える、
   請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
6. 前記第３クラッチは、前記タービンからの動力を前記出力軸に伝達するとともに前記出力軸から前記タービンへの動力伝達を遮断するように構成されたワンウェイクラッチである、
   請求項５に記載のトルクコンバータ。
   
7. 前記第１クラッチは、湿式クラッチである、
   請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
8. 前記第１クラッチは、乾式クラッチである、
   請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
9. 前記インペラと前記タービンとの間に配置されるステータをさらに備え、
   前記ステータは、固定軸に回転不能に取り付けられる、
   請求項１から８のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
10. 前記第１クラッチは、前記カバーと前記タービンとの間に配置される、
    請求項１から９のいずれかに記載のトルクコンバータ。
    
11. 前記第１クラッチは、前記原動機の出力軸と前記カバーとを連結及び連結解除するように構成される、
    請求項１から１０のいずれかに記載のトルクコンバータ。
    
12. 原動機と、
    前記原動機からの動力が伝達される請求項１から１１のいずれかに記載のトルクコンバータと、
    を備える、駆動ユニット。

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