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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)參照本公開實(shí)施例的如下說(shuō)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(shuō)明中公開的精確形式。相反，選擇并說(shuō)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(rùn)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(wàn)向接頭130。所述萬(wàn)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(guò)螺旋槳軸128、萬(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)通過(guò)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(guò)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(lái)通過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)通過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他傳統(tǒng)通信協(xié)議(例如，來(lái)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(guò)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(lái)根據(jù)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)J-1939的通信協(xié)議通過(guò)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(lái)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(lái)改變轉(zhuǎn)矩比的若干葉片或端口。在沒(méi)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(guò)程中，流向在如圖3所示的x軸方向定向。換句話說(shuō)，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(shuō)明較厚的葉片可通過(guò)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(guò)葉片300前緣302和后緣304的流向測(cè)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(méi)有低壓區(qū)，且不存在流動(dòng)的再循環(huán)。換句話說(shuō)，通過(guò)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(méi)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(lái)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(wú)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(guò)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(wú)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(lái)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(lái)說(shuō)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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?？扇〉淖龇ㄟ€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(guò)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。