KR20170108818A - 휠 스테이터 조립체 - Google Patents

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KR20170108818A KR1020170022962A KR20170022962A KR20170108818A KR 20170108818 A KR20170108818 A KR 20170108818A KR 1020170022962 A KR1020170022962 A KR 1020170022962A KR 20170022962 A KR20170022962 A KR 20170022962A KR 20170108818 A KR20170108818 A KR 20170108818A
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Abstract

[해결하려고 하는 과제] 간단한 구성으로, 스테이터 캐리어의 마모를 억제한다.
[해결 수단] 휠 스테이터 조립체(4)는, 원 웨이 클러치(15)와, 스테이터(16)와, 스러스트 플레이트(17)를 포함하고 있다. 원 웨이 클러치(15)는, 이너 레이스(23)와 아우터 레이스(24)를 가진다. 스테이터(16)는 스테이터 캐리어(16a)와, 복수의 스테이터 블레이드(16b)를 가진다. 스테이터 캐리어(16a)는 아우터 레이스(24)의 외주에 지지되고, 또한 내주 측을 향하여 이너 레이스(23)의 측면과 대향하도록 연장되는 내주 연장부(16c)를 가진다. 스러스트 플레이트(17)는, 이너 레이스(23)와 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부(16c)의 축 방향 사이에, 이너 레이스(23)의 측면에 접촉 가능하게 배치되고, 스테이터 캐리어(16a)와 동기하여 회전 할 수 있다.

Description

휠 스테이터 조립체{WHEEL STATOR ASSEMBLY}
본 발명은, 휠 스테이터(wheel stator) 조립체, 특히, 토크 컨버터의 터빈으로부터 임펠러(impeller)로 흐르는 유체의 방향을 조정하기 위한 휠 스테이터 조립체에 관한 것이다.
토크 컨버터는 임펠러, 터빈, 및 스테이터를 내부에 가지고 있다. 그리고, 토크 컨버터에 있어서는, 임펠러와 터빈 사이에, 스테이터를 포함하는 휠 스테이터 조립체가 배치되어 있다. 휠 스테이터 조립체는, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같이, 원 웨이 클러치(one-way clutch)와 스테이터를 포함하고 있다.
원 웨이 클러치는, 스테이터 샤프트에 회전 불가능하게 고정되는 이너 레이스(inner race)와, 이너 레이스의 외주(外周) 측에 배치된 아우터 레이스(outer race)와, 이너 레이스와 아우터 레이스 사이에 배치된 복수의 롤러를 가지고 있다. 스테이터는 아우터 레이스의 외주에 지지되어 있고, 환형의 스테이터 캐리어(carrier)와, 스테이터 캐리어의 외주면에 설치된 복수의 스테이터 블레이드를 가지고 있다. 또한, 스테이터 캐리어의 일부는, 내주(內周) 측을 향하여 연장되어 있고, 이 내주를 향하여 연장된 부분은, 이너 레이스의 측면에 대향하고, 또한 이너 레이스의 측면에 접촉 가능하다.
특허문헌 1 : 일본공개특허 제2001-193816호 공보
스테이터 캐리어는, 일반적으로 알루미늄 다이 캐스팅(die casting)에 의해 일체로 형성되어 있다. 또한, 이너 레이스는, 침탄 처리에 의해 표면 경화 처리가 행해져 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 작동유가 스테이터 캐리어의 측방을 유통시킴으로써, 스테이터 캐리어는 엔진 측, 즉 이너 레이스의 측면을 향하는 스러스트 하중(thrust load)을 받는다. 한편, 이너 레이스는, 스테이터 샤프트에 스플라인 결합되어 있으므로, 축 방향으로 이동하기 어렵다. 그러므로, 스테이터 캐리어의 내주 측으로 연장된 부분이 이너 레이스의 측면과 맞닿고, 스러스트 하중에 의해 양자가 압접되게 된다.
여기서, 엔진의 회전수가 상승하여 토크 컨버터의 속도비가 올라가면, 원 웨이 클러치의 작용에 의해 스테이터는 공회전하게 된다. 이와 같은 상황에서는, 스테이터 캐리어의 내주 측으로 연장된 부분과, 이너 레이스의 측면이 슬라이딩함으로써, 경도가 낮은 스테이터 캐리어가 이상하게 마모되게 된다.
본 발명의 과제는, 간단한 구성으로, 스테이터 캐리어의 마모를 억제하는 것에 있다.
(1) 본 발명에 관한 휠 스테이터 조립체는, 토크 컨버터의 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 유체의 방향을 조정하는 것이다. 휠 스테이터 조립체는 원 웨이 클러치와, 스테이터와, 스러스트 플레이트를 포함하고 있다. 원 웨이 클러치는 이너 레이스와, 이너 레이스의 외주 측에 배치된 아우터 레이스를 가진다. 스테이터는 스테이터 캐리어와, 복수의 스테이터 블레이드를 가진다. 스테이터 캐리어는 아우터 레이스의 외주에 지지되고, 또한 내주 측을 향하여 이너 레이스의 측면과 대향하도록 연장되는 내주 연장부를 가진다. 복수의 스테이터 블레이드는 스테이터 캐리어의 외주 측에 설치되어 있다. 스러스트 플레이트는, 이너 레이스와 스테이터 캐리어의 내주 연장부의 축 방향 사이에, 이너 레이스의 측면에 접촉 가능하게 배치되고, 스테이터 캐리어와 동기(同期)하여 회전할 수 있다.
여기서는, 이너 레이스와 스테이터 캐리어의 내주 연장부 사이에 스러스트 플레이트가 배치되어 있다. 그러므로, 스테이터 캐리어가 이너 레이스에 직접 접촉하여 슬라이딩하지 않아, 스테이터 캐리어의 마모를 방지할 수 있다. 또한, 스러스트 플레이트가 이너 레이스에 접촉하고, 슬라이딩하게 되지만, 스러스트 플레이트는 철제로 함으로써 표면을 경화 처리하는 것이 용이하며, 쉽게 마모되기 어려운 구성으로 할 수 있다. 또한, 스러스트 플레이트가 마모되어도, 스러스트 플레이트의 제조 비용은 비교적 저가이므로, 소모품으로서 취급할 수 있다.
(2) 바람직하게는, 스러스트 플레이트의 표면 경도는, 이너 레이스의 표면 경도보다 낮고, 스테이터의 표면 경도보다는 높다
여기서는, 스테이터 캐리어에 의한 스러스트 플레이트의 마모를 억제할 수 있다.
(3) 바람직하게는, 스테이터 캐리어의 내주 연장부는 적어도 하나의 피걸어맞춤부를 가지고, 스러스트 플레이트는, 피걸어맞춤부에 걸어맞추어지는 적어도 하나의 걸어맞춤부를 가진다.
여기서는, 스테이터 캐리어와 스러스트 플레이트가 동기하여 회전하므로, 스테이터 캐리어와 스러스트 플레이트를 슬라이딩시키지 않고, 이너 레이스와 스러스트 플레이트를 확실하게 슬라이딩시킬 수 있다.
(4) 바람직하게는, 스테이터 캐리어의 피걸어맞춤부는 축 방향으로 관통하는 구멍 또는 절결(切缺)이다. 또한, 스러스트 플레이트의 걸어맞춤부는, 스러스트 플레이트의 일부를 절곡하여 형성되고 구멍 또는 절결에 삽입되는 폴(pawl)이다.
(5) 바람직하게는, 스테이터 캐리어는, 축 방향으로 오목한 환형의 오목부를 가지고 있다. 또한, 스러스트 플레이트는, 스테이터 캐리어에 대하여 회전 불가능하게 되도록 오목부에 압입(壓入)되어 있다.
(6) 바람직하게는, 이너 레이스는 표면 경화 처리된 철제이다. 또한, 스러스트 플레이트는 표면 경화 처리된 철제이다. 또한, 스테이터는 알루미늄 다이 캐스팅제이다.
이상과 같은 본 발명에서는, 이너 레이스와 스테이터 캐리어가 직접 접촉하는 것을 피할 수 있고, 간단한 구성으로, 스테이터 캐리어의 마모를 억제할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 휠 스테이터 조립체를 가지는 토크 컨버터의 단면(斷面) 구성도이다.
도 2는, 도 1의 확대 부분도이다.
도 3은, 스러스트 플레이트의 정면도이다.
도 4는, 스테이터 캐리어의 정면 부분도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시형태의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시형태의 도 4에 상당하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 스러스트 플레이트의 고정을 위한 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 스러스트 플레이트의 고정을 위한 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9는, 도 8에 나타낸 구성의 정면도이다.
[전체 구성]
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 휠 스테이터 조립체를 가지는 토크 컨버터의 일부인 토크 컨버터 본체(1)를 나타낸 것이다. O-O는 그 회전축선이다. 토크 컨버터 본체(1)는 임펠러(2)와, 터빈(3)과, 휠 스테이터 조립체(4)를 포함하고 있다. 그리고, 도 1에서는 도시하지 않지만, 토크 컨버터 본체(1)의 엔진 측(도 1에서의 좌측)에는, 엔진으로부터의 토크를 트랜스미션 측의 입력축에 직접 전달하기 위한 록업 클러치(lock up cluch)가 배치되어 있다.
[토크 컨버터 본체(1)]
임펠러(2)는, 임펠러 쉘(shell)(5)과, 임펠러 쉘(5)의 내부에 고정된 복수의 임펠러 블레이드(6)와, 임펠러 허브(7)를 가지고 있다. 임펠러 쉘(5)은, 엔진으로부터 토크가 입력되는 프론트 커버(도시하지 않음)에 외주부가 접속되어 있다. 그리고, 임펠러 쉘(5)의 내주 단(端)이 임펠러 허브(7)에 고정되어 있다.
터빈(3)은, 임펠러(2)와 대향하도록 배치되어 있고, 주로, 터빈 쉘(10)과, 터빈 쉘(10)의 내부에 고정된 복수의 터빈 블레이드(11)와, 터빈 허브(12)를 가지고 있다. 터빈 쉘(10)의 내주 단은, 리벳(13)에 의하여, 터빈 허브(12)의 플랜지(12a)에 고정되어 있다. 터빈 허브(12) 내주에는, 트랜스미션 측의 입력축(14)에 연결되는 스플라인 홀(12b)이 형성되어 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 터빈 허브(12)는 2개의 부재로 형성되어 있지만, 하나의 부재로 형성되어 있어도 된다.
[휠 스테이터 조립체(4)]
휠 스테이터 조립체(4)는, 원 웨이 클러치(15)와, 스테이터(16)와, 스러스트 플레이트(17)를 가지고 있다. 그리고, 휠 스테이터 조립체(4)와 터빈 허브(12)의 플랜지(12a) 사이, 및 휠 스테이터 조립체(4)와 임펠러 쉘(5) 사이에는, 각각 스러스트 베어링(20, 21)이 배치되어 있다.
원 웨이 클러치(15)는, 도 1 및 그 확대 부분도인 도 2에 나타낸 바와 같이, 이너 레이스(23)와, 아우터 레이스(24)와, 클러치부로서의 복수의 롤러(25)를 가지고 있다.
이너 레이스(23)는 환형으로 형성되고, 내주부는 트랜스미션 측(도 1에서 우측)으로 연장되는 연장부(23a)를 가지고 있다. 이 연장부(23a)의 내주부에는, 스플라인 홀(23b)이 형성되고, 스테이터 샤프트(27)의 외주면과 스플라인 결합되어 있다. 이너 레이스(23)는 철제이며, 침탄 처리나 고주파 담금질(hardening) 등에 의해 표면이 경화되어 있다. 그리고, 스테이터 샤프트(27)는, 도시하지 않은 트랜스미션 측의 고정 부재에 고정되어 회전 불가능하다. 아우터 레이스(24)는, 이너 레이스(23)의 외주 측에 배치된 환형 부재이다. 그리고, 복수의 롤러(25)가 이너 레이스(23)와 아우터 레이스(24) 사이에 배치되어 클러치부를 형성하고 있다. 복수의 롤러(25)는 유지기에 의해 서로 유지되어 있다. 그리고, 원 웨이 클러치(15)의 축 방향 엔진 측에는, 환형의 리테이너 플레이트(retainer plate)(28)가 설치되어 있다. 상기 리테이너 플레이트(28)에 의해, 복수의 롤러(25)가 축 방향 엔진 측으로 튀어나오는 것이 규제되고 있다.
스테이터(16)는 원판형의 부재이며, 중심부에 구멍을 가지고 있다. 스테이터(16)는, 아우터 레이스(24)의 외주면에 지지된 스테이터 캐리어(16a)와, 스테이터 캐리어(16a)의 외주 측에 설치된 복수의 스테이터 블레이드(16b)를 가지고 있다. 또한, 스테이터 캐리어(16a)의 내주부의 임펠러 허브(7) 측에는, 더 내주 측을 향해 연장되는 내주 연장부(16c)가 형성되어 있다. 내주 연장부(16c)는, 이너 레이스(23)의 임펠러 허브(7) 측의 측면과 대향하는 위치까지 연장되어 있다. 그리고, 스테이터(16)는 알루미늄 다이 캐스팅에 의해 일체로 형성되어 있다.
스러스트 플레이트(17)는 환형으로 형성되고, 이너 레이스(23)와 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부(16c)의 축 방향 사이에 배치되어 있다. 스러스트 플레이트(17)는 철제, 예를 들면, SPHC(열간압연 연강판)로 형성되고, 가스 연질화 처리에 의해 표면이 경화되어 있다. 즉, 스러스트 플레이트(17)의 표면 경도는, 이너 레이스(23)의 표면 경도보다 낮고, 스테이터 캐리어(16a)의 표면 경도보다는 높다. 스러스트 플레이트(17)는, 이너 레이스(23)의 측면에 접촉 가능하며, 스테이터 캐리어(16a)와 동기하여 회전할 수 있다.
구체적으로는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 스러스트 플레이트(17)의 외주 단부에는, 4개의 폴(17a)이 등각도 간격으로 배치되어 있다. 4개의 폴(17a)은, 스러스트 플레이트(17)의 외주 단부의 일부를, 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부(16c) 측으로 직각으로 절곡하여 형성된 것이다. 한편, 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 축 방향으로 관통하는 4개의 구멍(16d)이 등각도 간격으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 구멍(16d)에, 스러스트 플레이트(17)의 폴(17a)이 삽입되어 있다. 이로써, 스러스트 플레이트(17)는 스테이터(16), 즉 스테이터 캐리어(16a)와 동기하여 회전하게 된다.
[동작]
엔진으로부터의 토크에 의해 프론트 커버가 회전되면, 토크 컨버터 본체(1)가 회전한다. 즉, 임펠러(2)가 회전하고, 이로써, 토크 컨버터 본체(1) 내에 공급된 작동유를 통하여 터빈(3)이 회전한다. 터빈(3)의 회전은 터빈 허브(12)를 통하여 트랜스미션의 입력축(14)에 전달된다.
여기서, 저회전 시에는, 터빈(3)을 통과한 작동유는 스테이터 블레이드(16b)의 한쪽 면에 충돌하고, 원 웨이 클러치(15)의 아우터 레이스(24)에 일방향의 회전력이 작용한다. 이 경우에는, 롤러(25)를 포함하는 클러치부가 온(토크 전달 상태)으로 되고, 스테이터(16) 및 아우터 레이스(24)는 이너 레이스(23)와 함께 같은 방향으로 회전한다. 즉, 이너 레이스(23)와 스테이터(16)[스테이터 캐리어(16a)]는 상대 회전하지 않는다. 이로써, 스테이터(16)로부터 임펠러(2)로 되돌려지는 작동유는 임펠러(2)의 임펠러 블레이드(6)의 회전 방향으로 흐르고, 그 결과, 터빈(3)의 토크가 증대된다.
엔진 회전수가 상승하고, 터빈(3)의 회전수가 임펠러(2)의 회전수에 가까워져 오면, 터빈(3)으로부터의 작동유는 스테이터 블레이드(16b)의 다른 쪽 면에 충돌하게 되고, 아우터 레이스(24)에, 전술한 바와는 반대의 회전력이 작용한다. 이 경우에는, 롤러(25)를 포함하는 클러치부는 오프(토크 전달을 하지 않는 상태)로 되고, 아우터 레이스(24) 및 스테이터(16)[스테이터 캐리어(16a)]는 이너 레이스(23)에 대하여 전술한 바와는 역방향으로 회전하게 된다. 즉, 스테이터 캐리어(16a)와 이너 레이스(23)는 상대 회전하게 된다.
또한, 스테이터 캐리어(16a)와 이너 레이스(23)가 상대 회전하고 있는 상황에서, 토크 컨버터 본체(1)는 내압(內壓)의 증감에 의해 변형되고, 그에 따라 휠 스테이터 조립체(4)도 마찬가지로 이동이 강요된다. 이 때, 이너 레이스(23)는 그 장소에 머무르려고 하고, 한편, 스테이터 캐리어(16a)에는 스러스트 하중이 작용한다.
이상과 같은 상태에서, 본 실시형태에서는, 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부(16c)와 이너 레이스(23)의 측면 사이에는 스러스트 플레이트(17)가 배치되고, 스러스트 플레이트(17)는 스테이터 캐리어(16a)의 내주 연장부(16c)와 동기하여 회전한다. 따라서, 여기서는, 종래와 같이 스테이터 캐리어(16a)와 이너 레이스(23)가 아니라, 스러스트 플레이트(17)와 이너 레이스(23)가 접촉하여 슬라이딩하게 된다. 스러스트 플레이트(17)는, 철제이며 표면이 경화 처리되어 있으므로, 이너 레이스(23)와 슬라이딩해도 마모를 억제할 수 있다. 또한, 마모가 진행되어도, 스러스트 플레이트 단체(單體)를 교환하는 것만으로 되고, 종래와 같이 스테이터 캐리어(16a)가 마모되어 교환하는 경우와 비교하여 저가로 대응이 가능하다.
[특징]
본 실시형태에서는, 스러스트 플레이트(17)에 의해, 스테이터 캐리어(16a)[의 내주 연장부(16c)]가 이너 레이스(23)에 직접 접촉하여 슬라이딩하지 않고, 이 때문에 스테이터 캐리어(16a)의 마모를 방지할 수 있다. 또한, 스테이터 캐리어(16a) 대신, 스러스트 플레이트(17)가 이너 레이스(23)에 접촉하고 슬라이딩하지만, 스러스트 플레이트(17)의 표면은 경화 처리되어 있으므로, 마모를 억제할 수 있다.
[다른 실시형태]
본 발명은 이상과 같은 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 각종 변형 또는 수정이 가능하다.
스러스트 플레이트(17)와 스테이터(16)[내주 연장부(16c)]를 동기시키기 위한 구성은, 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 스러스트 플레이트(17')의 내주 단부에 스테이터 캐리어 측으로 절곡하여 형성된 4개의 폴(17a')을 형성하고, 이 폴(17a')을 스테이터 캐리어의 내주 연장부(16c')의 내주 단부에 형성된 절결(16d')에 삽입하도록 해도 된다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 스테이터 캐리어의 내주 연장부(16c'')의 원 웨이 클러치 측의 측면에 환형의 오목부(16d'')를 형성하고, 이 오목부(16d'')에 스러스트 플레이트(17'')를 압입하여 고정하도록 해도 된다.
또한, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 회전방지(anti-rotation)용 복수의 폴(17a''')을 가지는 스러스트 플레이트(17''')를, 스테이터 캐리어의 내주 연장부(16c''')에 형성된 오목부(16d''')에 끼워넣도록 해도 된다. 오목부(16d''')는, 환형의 오목부(16e''')와 이 환형 오목부(16e''')로부터 외주 측으로 오목하고, 스러스트 플레이트(17''')의 폴(17a''')이 끼워맞추어지는 단면이 직사각형인 오목부(16f''')를 가지고 있다.
1 : 토크 컨버터 본체
2 : 임펠러
3 : 터빈
4 : 휠 스테이터 조립체
15 : 원 웨이 클러치
16 : 스테이터
16a : 스테이터 캐리어
16b : 스테이터 블레이드
16c, 16c', 16c'' : 내주 연장부
16d : 구멍(피걸어맞춤부)
16d' : 절결(피걸어맞춤부)
16d'', 16d''' : 오목부(피걸어맞춤부)
17, 17'', 17''' : 스러스트 플레이트
17a, 17a', 17a''' : 폴(걸어맞춤부)
23 : 이너 레이스
24 : 아우터 레이스

Claims (6)

  1. 토크 컨버터의 터빈으로부터 임펠러로 흐르는 유체의 방향을 조정하기 위한 휠 스테이터 조립체로서,
    이너 레이스(inner race) 및 상기 이너 레이스의 외주 측에 배치된 아우터 레이스(outer race)를 가지는 원 웨이 클러치(one-way clutch);
    상기 아우터 레이스의 외주에 지지되고 또한 내주 측을 향하여 상기 이너 레이스의 측면과 대향하도록 연장되는 내주 연장부를 가지는 스테이터 캐리어 및 상기 스테이터 캐리어의 외주 측에 설치된 복수의 스테이터 블레이드를 가지는 스테이터; 및
    상기 이너 레이스와 상기 스테이터 캐리어의 내주 연장부의 축 방향 사이에 상기 이너 레이스의 측면에 접촉 가능하게 배치되고, 상기 스테이터 캐리어와 동기(同期)하여 회전할 수 있는 스러스트 플레이트
    를 포함한 휠 스테이터 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트의 표면 경도는, 상기 이너 레이스의 표면 경도보다 낮고, 상기 스테이터의 표면 경도보다는 높은, 휠 스테이터 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 캐리어의 내주 연장부는 적어도 하나의 피걸어맞춤부를 가지고,
    상기 스러스트 플레이트는, 상기 피걸어맞춤부에 걸어맞추어지는 적어도 하나의 걸어맞춤부를 가지는, 휠 스테이터 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스테이터 캐리어의 피걸어맞춤부는 축 방향으로 관통하는 구멍 또는 절결이며,
    상기 스러스트 플레이트의 걸어맞춤부는, 상기 스러스트 플레이트의 일부를 절곡하여 형성되고, 상기 구멍 또는 절결(切缺)에 삽입되는 폴(pawl)인, 휠 스테이터 조립체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 캐리어는, 축 방향으로 오목한 환형의 오목부를 가지고 있고,
    상기 스러스트 플레이트는, 상기 스테이터 캐리어에 대하여 회전 불가능하게 되도록 상기 오목부에 압입(壓入)되어 있는, 휠 스테이터 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이너 레이스는, 표면 경화 처리된 철제이며,
    상기 스러스트 플레이트는, 표면 경화 처리된 철제이며,
    상기 스테이터는 알루미늄 다이 캐스팅(die casting)제인, 휠 스테이터 조립체.
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