背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)矩變換器為用于將旋轉(zhuǎn)功率從動(dòng)力設(shè)備，例如發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)移至變速器等動(dòng)力傳輸裝置，的流體耦合裝置。該變速器為一種設(shè)備，通過其可將功率和轉(zhuǎn)矩從車輛的動(dòng)力設(shè)備傳輸?shù)絺鲃?dòng)軸等承重裝置。常規(guī)變速器包括經(jīng)由其傳遞轉(zhuǎn)矩的各種齒輪、軸和離合器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，流體耦合裝置的定子總成包括外殼、耦合到外殼的單向離合器以及若干耦合至該外殼的葉片，其中，各葉片包括限定葉片前緣的第一端和限定其后緣的第二端；相對(duì)于流向，各葉片的前緣和后緣間限定的弧線定向?yàn)樨?fù)角。

在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例中，各葉片在葉片壓力側(cè)形成凸形面。在第二個(gè)實(shí)例中，各葉片包括最大厚度和最小厚度，最大厚度和最小厚度的比值小于3∶1。在第三個(gè)實(shí)例中，該比值介于2∶1和3∶1之間。在第四個(gè)實(shí)例中，該比值大約為2.2∶1。在第五個(gè)實(shí)例中，各葉片的后緣為鈍形的。在第六個(gè)實(shí)例中，該后緣的厚度比各葉片最大厚度的1/3薄一些。在另一個(gè)實(shí)例中，后緣的厚度大約比最大厚度的2/5-1/2薄一些。

在本公開的另一個(gè)實(shí)施例中，定子總成的葉片包括具有第一端和第二端的本體，其中，流向垂直于第一端；在第一端限定的前緣；在第二端限定的后緣；前緣和后緣之間形成的第一曲面與第二曲面；以及通過前緣與后緣限定的弧線，其中該弧線相對(duì)于流向定向?yàn)樨?fù)角。

在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例中，第一表面在葉片壓力側(cè)形成凸形面。在第二個(gè)實(shí)例中，該本體在第一曲面與第二曲面間具有最大厚度和最小厚度，進(jìn)一步地，其中比值，最大厚度與最小厚度的小于3∶1。在第三個(gè)實(shí)例中，該比值介于2∶1和3∶1之間。在第四個(gè)實(shí)例中，后緣的厚度比最大厚度的1/3薄一些。在第五個(gè)實(shí)例中，后緣的厚度大約比最大厚度的2/5-1/2薄一些。

在另一實(shí)施例中，自動(dòng)變速器的流體耦合裝置包括外蓋；泵總成，其包括固定耦合到外蓋的外殼、若干泵葉片、芯環(huán)以及耦合到外殼的泵轂，其中，該泵轂適于與變速器密封接合；渦輪機(jī)總成，其包括殼體、芯環(huán)以及若干渦輪機(jī)葉片；和定子總成，其包括外殼、耦合到該外殼的離合器以及若干耦合到該外殼的定子葉片，其中，各定子葉片包括限定葉片前緣的第一端和限定其后緣的第二端；進(jìn)一步地，其中，流向限定為垂直于前緣，弧線由各定子葉片的前緣和后緣限定，并且弧線相對(duì)于流向定向?yàn)樨?fù)角。

在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例中，各定子葉片包括前緣和后緣間形成的第一曲面和第二曲面，其中，第一表面在葉片壓力側(cè)形成凸形面。在第二個(gè)實(shí)例中，各定子葉片包括第一曲面與第二曲面間的最大厚度和最小厚度，進(jìn)一步地，其中，最大厚度與最小厚度的比值小于3∶1。在第三個(gè)實(shí)例中，該比值介于2∶1和3∶1之間。在第四個(gè)實(shí)例中，后緣的厚度比最大厚度的1/3薄一些。在第五個(gè)實(shí)例中，后緣的厚度大約比最大厚度的2/5-1/2薄一些。

附圖說明

本公開上述各個(gè)方面以及獲得它們的方式將更加顯而易見，通過參照本公開實(shí)施例的如下說明并結(jié)合附圖將更好地理解本公開，其中，

圖1為供電車載系統(tǒng)的一個(gè)例證性實(shí)施例的示例性框圖和示意圖；

圖2為常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器的頂部半剖面圖；

圖3A為常規(guī)定子葉片的頂視圖；

圖3B為本發(fā)明公開的負(fù)傾角定子葉片的頂視圖；

圖4為常規(guī)定子葉片的葉片厚度及泵的k系數(shù)的圖表；

圖5為常規(guī)定子葉片的葉片厚度與轉(zhuǎn)矩比的圖表；

圖6為常規(guī)定子葉片的葉片厚度與最大葉片偏轉(zhuǎn)的圖表；

圖7為負(fù)傾角定子葉片轉(zhuǎn)度比和轉(zhuǎn)矩比的圖表；和

圖8為負(fù)傾角定子葉片泵的轉(zhuǎn)速比與k系數(shù)的圖表。

相應(yīng)的附圖標(biāo)號(hào)用于標(biāo)示幾個(gè)視圖中的對(duì)應(yīng)部件。

具體實(shí)施方式

下述的本公開實(shí)施例并非旨在為詳盡的，也不旨在將本公開限制以下詳細(xì)說明中公開的精確形式。相反，選擇并說明這些實(shí)施例，使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)和理解本公開的原理和實(shí)踐。

現(xiàn)在參見圖1，顯示了具有驅(qū)動(dòng)設(shè)備102和變速器118的車載系統(tǒng)100的一個(gè)例證性實(shí)施例的框圖和示意圖。在例示的實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備102可以包括內(nèi)燃機(jī)、柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)或其他發(fā)電裝置。該驅(qū)動(dòng)設(shè)備102被配置為可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)耦合到常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器108的輸入軸或泵軸106的輸出軸104。該輸入軸或泵軸106耦合到可旋轉(zhuǎn)地由驅(qū)動(dòng)設(shè)備102的輸出軸104驅(qū)動(dòng)的葉輪或泵110。該轉(zhuǎn)矩變換器108進(jìn)一步包括耦合到渦輪機(jī)軸114的渦輪機(jī)112，并且該渦輪機(jī)軸114耦合到變速器118的可旋轉(zhuǎn)輸入軸124或與其成為一體。該變速器118還可包括在變速器118的不同流量回路(例如，主回路、潤滑回路等)中積聚壓力的內(nèi)置泵120。泵120可經(jīng)由耦合到驅(qū)動(dòng)設(shè)備102的輸出軸104的軸116驅(qū)動(dòng)。在該構(gòu)造中，驅(qū)動(dòng)設(shè)備102可將轉(zhuǎn)矩傳遞至驅(qū)動(dòng)泵120并在變速器118的不同回路內(nèi)積聚壓力的軸116。

該變速器118可包括具有多個(gè)自動(dòng)選擇齒輪的行星齒輪系統(tǒng)122。變速器118的輸出軸126耦合到螺旋槳軸128或與其成為一體，并可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸，該螺旋槳軸耦合到常規(guī)萬向接頭130。所述萬向接頭130耦合到具有安裝在其兩端的輪134A和134B的軸132并可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)該軸。該變速器118的輸出軸126以常規(guī)方式通過螺旋槳軸128、萬向接頭130和軸132驅(qū)動(dòng)輪134A和134B。

常規(guī)鎖止離合器136連接到泵110和轉(zhuǎn)矩變換器108的渦輪機(jī)112之間。由于轉(zhuǎn)矩變換器108在某些運(yùn)行條件例如車輛啟動(dòng)低速以及某些換檔條件下以所謂的“轉(zhuǎn)矩變換器”模式運(yùn)行，因此，其運(yùn)行為常規(guī)運(yùn)行。在轉(zhuǎn)矩變換器模式下，鎖止離合器136松開，泵110以驅(qū)動(dòng)設(shè)備輸出軸104的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，渦輪機(jī)112可旋轉(zhuǎn)地經(jīng)由泵110通過介于泵110與渦輪機(jī)112之間的流體(未示出)起動(dòng)。如本領(lǐng)域中所公知的，在該運(yùn)行模式下，通過流體耦合器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩倍增，使得渦輪機(jī)軸114暴露以驅(qū)動(dòng)多于驅(qū)動(dòng)設(shè)備102所提供的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩變換器108在其他運(yùn)行條件下，例如當(dāng)變速器118的行星齒輪系統(tǒng)122的特定齒輪嚙合時(shí)，可選擇性地以所謂的“鎖止”模式運(yùn)行。如本領(lǐng)域中已知的，在鎖止模式下，嚙合鎖止離合器136，因此，泵110直接固定到所述渦輪機(jī)112，使得所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備輸出軸104直接耦合到變速器118的輸入軸124。

變速器118進(jìn)一步包括通過J條流體通路140₁-140_J以流動(dòng)形式耦合到行星齒輪系統(tǒng)122的電動(dòng)液壓系統(tǒng)138，其中，J可以為任何正整數(shù)。電動(dòng)液壓系統(tǒng)138對(duì)控制信號(hào)作出響應(yīng)從而可選擇地讓流體流經(jīng)一條或多條流體通路140₁-140J，并因此控制行星齒輪系統(tǒng)122中若干相應(yīng)摩擦裝置的嚙合與脫離等操作。若干摩擦裝置可以包括但不限于一個(gè)或多個(gè)常規(guī)制動(dòng)裝置、一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩傳輸裝置等。通常情況下，通過選擇性地控制經(jīng)由各摩擦裝置施加的摩擦力，例如，控制各摩擦裝置的流體壓力來控制若干摩擦裝置的嚙合和脫離等操作。在不旨在以任何方式進(jìn)行限制的一個(gè)示例性實(shí)施例中，若干摩擦裝置以常規(guī)離合器的形式包括若干制動(dòng)器和轉(zhuǎn)矩傳輸裝置，常規(guī)離合器分別通過電動(dòng)液壓系統(tǒng)138提供的流體壓力以可操控方式嚙合和脫離。在任何情況下，通過可選擇性地控制所述若干摩擦裝置經(jīng)由對(duì)多條流體通路140₁-140_J內(nèi)流體壓力的控制以常規(guī)方式完成變速器118的各種齒輪之間的轉(zhuǎn)換和換檔。

系統(tǒng)100進(jìn)一步包括其包括存儲(chǔ)器單元144的變速器控制回路142。變速器控制回路142是示例性地以微處理器為基礎(chǔ)，存儲(chǔ)設(shè)備144一般包括存儲(chǔ)在其內(nèi)由變速器控制回路142的處理器執(zhí)行以控制轉(zhuǎn)矩變換器108和變速器118運(yùn)行的指令，例如，行星齒系統(tǒng)122各種齒輪之間的換檔操作。然而，應(yīng)當(dāng)理解本公開考慮了其他實(shí)施例，在這些實(shí)施例中，變速器控制回路142不以微處理器為基礎(chǔ)，而是被配置為基于存儲(chǔ)設(shè)備144內(nèi)存儲(chǔ)的一組或多組硬接線指令和/或軟件指令控制轉(zhuǎn)矩變換器108和/或變速器118的運(yùn)行。

在圖1所示的系統(tǒng)100中，轉(zhuǎn)矩變換器108和變速器118包括多個(gè)被配置為產(chǎn)生用以分別表示所述轉(zhuǎn)矩變換器108和變速器118的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的傳感器信號(hào)的傳感器。例如，轉(zhuǎn)矩變換器108示例性地包括常規(guī)速度傳感器146，對(duì)該速度傳感器146進(jìn)行定位并將其配置為產(chǎn)生與泵軸106的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)，泵軸的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)設(shè)備102的輸出軸104的轉(zhuǎn)速相同。速度傳感器146通過信號(hào)通路152電連接到變速器控制回路142的泵速輸入(PS)，并可運(yùn)行變速器控制回路142來通過速度傳感器146以常規(guī)方式處理速度信號(hào)以確定渦輪機(jī)軸106/驅(qū)動(dòng)設(shè)備輸出軸104的轉(zhuǎn)速。

變速器118示例性地包括另一常規(guī)速度傳感器148，對(duì)該速度傳感器進(jìn)行定位并將其配置為產(chǎn)生與變速器輸入軸124的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)，傳動(dòng)裝置輸入軸的轉(zhuǎn)速與渦輪機(jī)軸114的轉(zhuǎn)速相同。變速器118的輸入軸124直接耦合到渦輪機(jī)軸114或與其成為一體，可選擇性地對(duì)速度傳感器148進(jìn)行定位并將其配置為產(chǎn)生與渦輪機(jī)軸114的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)。在任何情況下，速度傳感器148通過信號(hào)通路154電連接到變速器控制回路142的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速輸入(TIS)，并可運(yùn)行變速器控制回路142來通過速度傳感器148以常規(guī)方式處理速度信號(hào)以確定渦輪機(jī)軸114/變速器輸入軸124的轉(zhuǎn)速。

變速器118進(jìn)一步包括另一速度傳感器150，對(duì)該速度傳感器150進(jìn)行定位并將其配置為產(chǎn)生與變速器118輸出軸126的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)。速度傳感器150可以為常規(guī)型，并可通過信號(hào)通路156電連接到變速器控制回路142的變速器輸出軸速度輸入(TOS)。變速器控制回路142被配置為以常規(guī)方式處理由速度傳感器150產(chǎn)生的速度信號(hào)以確定變速器輸出軸126的轉(zhuǎn)速。

在例示的實(shí)施例中，變速器118進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)配置為在變速器118內(nèi)控制各種運(yùn)行的致動(dòng)器。例如，本文所述的電動(dòng)液壓系統(tǒng)138示例性地包括多個(gè)致動(dòng)器，例如，常規(guī)螺線管或其它通過對(duì)應(yīng)數(shù)量的信號(hào)通路72₁-72_J電連接到變速器控制回路142的J個(gè)控制輸出CP₁-CP_J的常規(guī)致動(dòng)器，其中J為任何上述的正整數(shù)。電動(dòng)液壓系統(tǒng)138內(nèi)的每個(gè)致動(dòng)器對(duì)在相應(yīng)的信號(hào)通路的其中一條上由變速器控制回路142產(chǎn)生的相應(yīng)的控制信號(hào)CP₁-CP_J中的一個(gè)作出響應(yīng)來通過控制一條或多條相應(yīng)的流體通道140₁-140_J內(nèi)的流體壓力控制各摩擦裝置施加的摩擦力，從而基于各種速度傳感器146、148和/或150提供的信息控制相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)摩擦裝置的嚙合和脫離等操作。

行星齒輪系統(tǒng)122的摩擦裝置示例性地由液壓流體控制，該液壓流體通過電動(dòng)液壓系統(tǒng)以常規(guī)方式分布。例如，電動(dòng)液壓系統(tǒng)138示例性地包括常規(guī)液壓正位移泵(未示出)，其通過對(duì)電動(dòng)液壓系統(tǒng)138內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的控制將流體分布至一個(gè)或多個(gè)摩擦裝置。在該實(shí)施例中，控制信號(hào)CP₁-CP_J為示例性模擬摩擦裝置壓力命令，并且一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器響應(yīng)于該命令控制一個(gè)或多個(gè)摩擦裝置的液壓壓力。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可選擇性地根據(jù)其他常規(guī)摩擦裝置控制結(jié)構(gòu)和工藝來控制各摩擦裝置施加的摩擦力，且其他此類常規(guī)摩擦裝置控制結(jié)構(gòu)和工藝均由本公開計(jì)劃。然而，在任何情況下，各摩擦裝置的模擬操作由控制回路142根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備144內(nèi)的指令控制。

在例示的實(shí)施例中，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括具有輸入/輸出端口(I/O)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160，該輸入/輸出端口通過K條信號(hào)通路162電耦合至驅(qū)動(dòng)設(shè)備102，其中，K可以為任何正整數(shù)。驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160可以是常規(guī)型，并可操作控制和管理驅(qū)動(dòng)設(shè)備102的整個(gè)操作。驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160進(jìn)一步包括通信端口COM，該端口通過L條信號(hào)通路164電連接到變速器控制回路142的類似通信端口COM，其中，L可為任意正整數(shù)。通常情況下，一條或多條信號(hào)通路164可統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)鏈路。通常情況下，可操作驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160和變速器控制回路142從而以常規(guī)方式通過一條或多條信號(hào)通路164共享信息。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，盡管本公開考慮了其他實(shí)施例，且在這些實(shí)施例中，可操作驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160和變速器控制回路142來根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他傳統(tǒng)通信協(xié)議(例如，來自J1587數(shù)據(jù)總線、J1939數(shù)據(jù)總線、IESCAN數(shù)據(jù)總線、GMLAN、Mercedes PT-CAN等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)總線)通過一條或多條信號(hào)通路164共享信息，但是仍可操作驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制回路160和變速器控制回路142來根據(jù)美國汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)J-1939的通信協(xié)議通過一條或多條信號(hào)通路164以一條或多條消息的形式共享信息。

參見圖2，一個(gè)實(shí)施例顯示了常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器200的上半部剖面圖。轉(zhuǎn)矩變換器200包括在耦合位置固定附著在后蓋204或殼體的前蓋總成202。在一個(gè)實(shí)例中，耦合位置可包括螺栓接合、焊接接合或任何其他形式的耦合手段。該變換器200包括具有渦輪機(jī)葉片、殼體以及芯環(huán)的渦輪機(jī)總成206。所述變換器200還包括具有葉輪或泵葉片、外殼以及芯環(huán)的泵總成208。

定子總成210軸向置于泵總成208與渦輪機(jī)總成206之間。定子總成210可包括外殼、一個(gè)或多個(gè)定子葉片以及單向離合器212。單向離合器212可以為本領(lǐng)域所公知的輥軸或斜撐設(shè)計(jì)。

轉(zhuǎn)矩變換器200可包括將轉(zhuǎn)矩從前蓋202傳輸至渦輪機(jī)輪轂214的離合器總成218。離合器總成218包括活塞板216、墊板226、若干離合器板220以及若干反應(yīng)板222。若干離合器板220和反應(yīng)板222可用花鍵聯(lián)接至渦輪機(jī)輪轂214，該渦輪機(jī)輪轂用螺栓連接至渦輪機(jī)總成，如圖2所示?；钊?16可液壓致動(dòng)來嚙合并施加離合器總成218，從而使得渦輪機(jī)總成206和泵總成208彼此“液壓耦合”。液壓流體可在活塞板216前側(cè)流經(jīng)轉(zhuǎn)矩變換器200內(nèi)的專用流道以促使活塞板216朝向離合器總成218并與其形成接合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解流體耦合裝置的這種以及其他設(shè)計(jì)如何能夠用于將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器以流體形式彼此耦合。

因此，圖1和圖2的實(shí)施例提供流體耦合裝置的例示性實(shí)例，例如，可操作地驅(qū)動(dòng)常規(guī)變速器的轉(zhuǎn)矩變換器。圖2具體提供了常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器的例示性實(shí)例。在圖2的實(shí)例中，變換器200描述為包括定子總成210。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，定子或定子總成被并入轉(zhuǎn)矩變換器設(shè)計(jì)中以達(dá)到轉(zhuǎn)矩倍增的目的。盡管圖2中未示出，但是，定子總成可包括用以重新定向流經(jīng)它們的流體來改變轉(zhuǎn)矩比的若干葉片或端口。在沒有定子的情況下，常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器將在所有速率比上具有1∶1的轉(zhuǎn)矩比，即代表最大泵容量。

參見圖3，顯示常規(guī)定子葉片300的一個(gè)實(shí)例。葉片300為可由一個(gè)或多個(gè)自第一端延伸至第二端的曲面限定的結(jié)構(gòu)。圖3中，第一端被稱為葉片300的前緣302。而且，第二端被稱為葉片300的后緣304。操作過程中，流向在如圖3所示的x軸方向定向。換句話說，流向?yàn)樽匀~片300的前緣302流經(jīng)后緣304的方向。

如前所述，圖3中葉片300代表常規(guī)的正角定子葉片。出于效能原因，定子葉片設(shè)計(jì)并生產(chǎn)成正角葉片。葉片300的成形應(yīng)使后緣304朝向或沿y軸方向定向，如圖3所示(即，向右)。此外，葉片300包括第一曲面306和第二曲面308。第一曲面306為凹面，其還代表常規(guī)的正角定子葉片。第一曲面306還形成了葉片300的壓力側(cè)。

圖3中，定子葉片在前緣302和后緣304間的厚度也發(fā)生變化。如圖所示，葉片300可具有由厚度d1表示的最大厚度。此外，在后緣304附近，葉片300可具有最小厚度d2。在大多數(shù)應(yīng)用中，常規(guī)定子葉片最大厚度和最小厚度之間的厚度比值大約介于4∶1和7∶1之間。在一些方面，該比值可能低至3∶1，而在其他方面，可能大于7∶1。由于比值較高，因此，常規(guī)定子葉片300在后緣304附近可具有更為尖銳的端部，從而方便在葉片300周圍流動(dòng)。

在圖4-6中，相對(duì)于葉片厚度，示出了常規(guī)正角定子葉片的多個(gè)特性。如圖4所示，第一圖示400顯示了葉片厚度與Kp間的關(guān)系。Kp是指成為轉(zhuǎn)矩變換器一部分的泵的k系數(shù)。Kp也被稱為泵容量的倒數(shù)。對(duì)于常規(guī)的正角定子葉片300，通常情況下，Kp隨著葉片厚度增加而增加。在圖示400中，表示Kp與葉片厚度關(guān)系的曲線402顯示了Kp隨葉片厚度增加而增加。而且，基于沿葉片300的點(diǎn)的縮放比例以相同系數(shù)增加葉片厚度得出該圖。在圖5和圖6中也考慮了這個(gè)相同的度量標(biāo)準(zhǔn)。

例如，參照?qǐng)D5，相對(duì)于轉(zhuǎn)矩比值(TR)繪制葉片厚度。在圖示500中，表示該關(guān)系的曲線502顯示出常規(guī)的正角定子葉片300的轉(zhuǎn)矩比值隨其厚度增加而減少。相似地，圖6中，圖示600提供了一條顯示葉片厚度與最大偏轉(zhuǎn)之間關(guān)系的曲線602。在一些工程應(yīng)用中，工程強(qiáng)度可定義為物體或材料抵抗變形或偏轉(zhuǎn)的能力?？梢灶A(yù)知，在常規(guī)定子葉片300中，最大偏轉(zhuǎn)隨葉片厚度增加而減小。這說明較厚的葉片可通過增加其厚度提供更好的結(jié)構(gòu)完整性。

如圖4-6的建議，由于相對(duì)于流向(例如，圖3中+x軸方向)增加常規(guī)的正角定子葉片300的厚度和/或增加其角度，因此，轉(zhuǎn)矩比和Kp也隨之增加。在常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器中，Kp經(jīng)常在50-250的期望范圍內(nèi)，失速下的轉(zhuǎn)矩比介于1.8和2.3之間。此外，正角定子葉片經(jīng)?；诨【€320沿經(jīng)過葉片300前緣302和后緣304的流向測量。如前所述，理想情況下，常規(guī)的正角葉片300后緣附近的葉片300的厚度通常較窄從而允許沿第一表面306和第二表面308流動(dòng)的流體更加容易地在后緣304處重新結(jié)合而不會(huì)使流動(dòng)變成湍流。在理想情況下，這可避免湍流損失，葉片周圍沒有低壓區(qū)，且不存在流動(dòng)的再循環(huán)。換句話說，通過葉片300的設(shè)計(jì)，可提供葉片300更快的流動(dòng)和運(yùn)行效率。僅為了本實(shí)例，常規(guī)的正角定子葉片300的角度大致可為30-75°。

效率可為轉(zhuǎn)矩比和速率比的度量。速率比為介于0與1間的數(shù)值，因此，隨著轉(zhuǎn)矩比增加，效率也同樣增加。對(duì)于需要更高燃料經(jīng)濟(jì)性的客戶，期望得到更有效的設(shè)計(jì)，因此常規(guī)定子設(shè)計(jì)為如圖3所示的正角定子葉片300。

然而，在一些限制性的應(yīng)用中，效率可能沒有大馬力那么重要。例如，在水力壓裂和鉆孔應(yīng)用中，客戶經(jīng)常期望其機(jī)器或車輛具有較好的動(dòng)力性能。在這些應(yīng)用中，本公開為常規(guī)定子提供了備選設(shè)計(jì)方案。例如，一些應(yīng)用可能需要能夠承受2500或更大馬力的變速器來執(zhí)行所期望的工作。在這些應(yīng)用中，自動(dòng)化手動(dòng)和手動(dòng)變速器無法承受動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩要求。而且，這些變速器通常情況下不包括轉(zhuǎn)矩變換器或其他流體耦合裝置。

在包括流體耦合裝置的自動(dòng)變速器中，圖3顯示了定子葉片310的一個(gè)實(shí)施例。與常規(guī)定子葉片300不同，備用葉片310設(shè)計(jì)為負(fù)傾角葉片。這里，通過使用相同的泵和渦輪機(jī)，轉(zhuǎn)矩變換器可保持與常規(guī)轉(zhuǎn)矩變換器相同。這有利于降低成本。此外，葉片310不會(huì)引入任何額外的空間約束或無需重鑄葉片。在該設(shè)計(jì)中，泵和渦輪機(jī)可設(shè)計(jì)成其相對(duì)的最大實(shí)用角度(例如，泵的最大進(jìn)口角度可介于60與65°之間，渦輪機(jī)的最大出口角度可介于-65°與-75°之間)。已發(fā)現(xiàn)，如果超出這些角度，則會(huì)降低效率、轉(zhuǎn)矩比和泵容量。因此，一旦泵進(jìn)口角度處于或接近最大角度，并且渦輪機(jī)出口角度處于或接近最大角度，對(duì)較大功率應(yīng)用所進(jìn)行的僅有的改變?yōu)楦淖兌ㄗ尤~片的設(shè)計(jì)或增加泵和渦輪機(jī)的外徑，這可能會(huì)因成本增加和空間的約束而成為不利因素。

在一個(gè)較大功率的應(yīng)用中，可能需要較大的泵容量，而這會(huì)導(dǎo)致在大約18-21的范圍內(nèi)，針對(duì)大多數(shù)速率比來說，Kp系數(shù)較低。在該應(yīng)用中，轉(zhuǎn)矩比可能不是很重要，但仍需要在失速條件或接近失速的條件下(即，當(dāng)速率比為零時(shí))保持該轉(zhuǎn)矩比或?qū)⑥D(zhuǎn)矩比減少到1.3和1.4之間。因此，為了滿足較大馬力應(yīng)用的這些要求，可重新設(shè)計(jì)常規(guī)定子總成以減少定子葉片的數(shù)量、增加各定子葉片的葉片厚度以及按照?qǐng)D3中定子葉片310所示將各定子葉片更改為負(fù)傾角設(shè)計(jì)。

在改進(jìn)的定子中，定子葉片數(shù)量的減少可通過定子降低流動(dòng)的限制。在常規(guī)的定子總成中，經(jīng)常需要增加葉片數(shù)量來提高定子的結(jié)構(gòu)完整性。然而，這對(duì)于期望更高效率的應(yīng)用來說是理想的選擇。此外，在本公開中，除此之外，較大功率的應(yīng)用還需要結(jié)構(gòu)完整性。為了達(dá)到所期望的結(jié)構(gòu)完整性，可增加各葉片的厚度。這可在圖3中進(jìn)一步看出。

參見圖3，負(fù)傾角定子葉片310可包括前緣312和后緣314。葉片310包括第一表面316和第二表面318。定子葉片310的壓力側(cè)，即由第二表面318形成，為凸面形的。而且，后緣314相對(duì)于弧線322和流向定向?yàn)樨?fù)角。

改進(jìn)后的定子葉片310整體厚度增加，并且具有鈍化的后緣314，兩者有悖常理并且與大多數(shù)常規(guī)定子葉片相反。該設(shè)計(jì)允許具有充分結(jié)構(gòu)完整性的定子葉片在較大功率的應(yīng)用中承受流體力。例如，改進(jìn)的葉片310可具有最大厚度d3，和在后緣314處的最小厚度d4。在一個(gè)方面，改進(jìn)后葉片310的厚度比可能期望為約2∶1。在另一方面，該比值可期望約為2.2∶1。在任何情況下，這種改進(jìn)設(shè)計(jì)的大多數(shù)方面具有小于2.5∶1的比值。

值得注意的還有簡單地增加常規(guī)定子葉片300的葉片厚度經(jīng)常致使Kp和轉(zhuǎn)矩比都增加約10％。然而，與常規(guī)葉片不同，改進(jìn)的葉片310可增厚，并產(chǎn)生較低的Kp和轉(zhuǎn)矩比。為便于使改進(jìn)的轉(zhuǎn)矩變換器(和變速器)與大多數(shù)常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)兼容，有必要降低Kp和轉(zhuǎn)矩比。較高的Kp或轉(zhuǎn)矩比將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的兼容性不好。

對(duì)于后緣314，較為可取的做法是形成葉片310使其包括鈍形后緣而不是常規(guī)葉片300中狹窄或突出的后緣304。這里，鈍形后緣厚度比其最厚部分約5/11薄一點(diǎn)，而常規(guī)定子葉片經(jīng)常包括厚度其最厚部分約1/7-1/4薄一點(diǎn)厚的后緣。

參見圖7，圖形圖示700包括表示負(fù)傾角或負(fù)角定子葉片的速率比和轉(zhuǎn)矩比之間關(guān)系的第一曲線702和第二曲線704。如前所述，在為改進(jìn)定子葉片310而設(shè)計(jì)的較大功率的應(yīng)用中，期望在失速(即速率比為0)下轉(zhuǎn)矩比至少為1.2，并且保持該轉(zhuǎn)矩比在所有速率比下均小于1.4。如圖7所示，第一曲線702表示利用負(fù)角葉片對(duì)速率比和轉(zhuǎn)矩比之間關(guān)系的分析研究，第二曲線704表示負(fù)角定子葉片的實(shí)際測試結(jié)果。如圖所示，失速(即小于1.4，而常規(guī)葉片約為1.8-2.3)下，轉(zhuǎn)矩比小于常規(guī)定子葉片的轉(zhuǎn)矩比，并且在所有速率比下保持較低的轉(zhuǎn)矩比。當(dāng)然，在多數(shù)應(yīng)用中，這并不可取，因?yàn)樗苯哟砹诵式档汀?/p>

參見圖8，另一圖示800包括第一曲線802和第二曲線804。第一曲線802表示分析數(shù)據(jù)，第二曲線表示實(shí)際測試數(shù)據(jù)。在不同情況下，曲線表示負(fù)角定子葉片速率比和Kp間的關(guān)系。如前所述，對(duì)于較大馬力的應(yīng)用(例如，2500及更大馬力)，可取的做法為在大多數(shù)速率比下將Kp系數(shù)降至18-21之間。如圖所示，對(duì)于介于0與0.6間的速率比，Kp系數(shù)實(shí)際處于21或低于21。

因此，本公開的實(shí)施例為改進(jìn)的定子總成提供包括厚度增加和鈍形后緣的負(fù)角定子葉片。可取的做法還包括對(duì)于給定的定子總成，將定子葉片的數(shù)量限制到約為23或更少以通過定子滿足流量要求。

雖然上文已公開了結(jié)合本公開原理的示例性實(shí)施例，但是本公開并不限于所公開的實(shí)施例。相反，該應(yīng)用旨在涵蓋本公開所述的使用其一般原理的任何變型、使用或改型。此外，該應(yīng)用旨在涵蓋此類與屬于本領(lǐng)域內(nèi)的公知或習(xí)慣做法的本公開所涉及的且在附加權(quán)利要求限制內(nèi)的偏離。