一種燃料電池用空氣軸承壓縮的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，它包括旋變電機、驅動電機和葉輪鍋殼，葉輪鍋殼內設置有葉輪，驅動電機內設置有與其徑向耦合的空氣軸承。本發明空氣軸承壓縮機設計有電機速度控制、溫度控制及流量壓力控制等多物理量狀態控制系統，可對電機轉速進行全面、實時反饋控制。本發明的燃料電池用空氣軸承壓縮機，一體化的集成設計思想及多物理量狀態控制系統使其具有體積小、成本低、結構簡單、能耗低、壽命長等特點，可以滿足新能源電車、高速風機等對燃料電池的要求，進一步拓寬了空氣軸承壓縮機的應用領域和適用范圍。
【專利說明】一種燃料電池用空氣軸承壓縮機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及壓縮機【技術領域】，更具體的是涉及一種燃料電池用空氣軸承壓縮機。
【背景技術】
[0002] 在能源和環保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發展方向。氫燃料電 池因其無污染、無噪聲和高效率成為燃料電池汽車中名副其實的綠色燃料，而給氫燃料電 池提供干凈的壓縮空氣就顯得尤為重要，因而壓縮機在電池堆中起著重要作用，在燃料電 池中是關鍵的技術，必須滿足無油、小型、高壓、低噪、耗功少和壽命長的要求。
[0003] 常規的壓縮機是用機械接觸式滾動軸承來支撐主軸的，轉速越高，對軸承精度、潤 滑等要求越高，使用壽命越短。空氣軸承設法把電主軸在空氣中懸浮起來，沒有機械接觸， 使用清潔空氣作為潤滑劑，磨損程度降到了最低，因而其可以提供極高的徑向和軸向旋轉 精度，轉速可以超過300000轉/分鐘，在高速、低摩擦、高溫、低溫及有輻射性的場合，顯示 了獨具的優越性。
[0004] 目前的空氣壓縮機采用驅動電機、增速器、葉輪蝸殼級聯式設計，結構復雜，體積 龐大，控制簡單，導致其實際效率較低，無法充分發揮空氣軸承的優點。空氣軸承的上述優 點使其很快被應用到空氣壓縮機上。在保證排氣量穩定的前提下，可以通過提高空氣軸承 壓縮機轉速來減小設備體積，從而滿足燃料電池對壓縮機的質量和體積要求。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是為了解決現有技術之不足而提供的一種結構簡單，使用方便的 燃料電池用空氣軸承壓縮機。
[0006] 本發明是采用如下技術解決方案來實現上述目的：一種燃料電池用空氣軸承壓縮 機，其特征在于，它包括旋變電機、驅動電機和葉輪鍋殼，葉輪鍋殼內設置有葉輪，驅動電機 內設置有與其徑向耦合的空氣軸承，驅動電機的轉子同時作為空氣軸承的轉子，驅動電子 的定子同時作為空氣軸承的定子，旋變電機、驅動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，使 驅動電機主軸與葉輪主軸不再分離設計，設計為一體，保證葉輪旋轉軸與驅動電機主軸同 軸，在葉輪高速旋轉時兩者不會偏心，也減少了中間連接零部件，葉輪直接接至電機主軸， 傳動效率更高。
[0007] 所述驅動電機的轉子、定子和空氣軸承由內到外依次非接觸連接，驅動電機與空 氣軸承轉子兩端采用波箔型箔片徑向軸承結構，從內到外依次為平箔層、波箔層和外支承 結構。
[0008] 所述葉輪外設置有與驅動電機殼體端面連接的外端板，驅動電機與空氣軸承轉子 采用同一雙向波箔型箔片推力軸承結構，雙向波箔型箔片推力軸承結構包括驅動電機殼體 和外端板之間設置的前、后止推板和固定在前、后止推板的箔片結構，通過前、后止推板的 箔片結構活動軸向彈性支撐。
[0009] 所述空氣動壓電主軸把葉輪、轉子和旋變電機通過鎖緊螺母、連接套、后支撐環、 電機后端蓋進行軸向固定為一個整體連接在驅動電機上，葉輪設置在鎖緊螺母與連接套之 間，連接套與轉子的端部接駁為一體，連接套上設置有法蘭，法蘭設置在前、后止推板之間， 連接套的左右側分別開有進氣斜孔和出氣直孔，與連接套的中空內部構成氣體流道；后支 撐環設計成階梯型中空結構，驅動電機后端設置有后蓋板，后蓋板上設有排氣閥，用于通過 調節排氣量來控制整個氣體流道內空氣的壓力。
[0010] 所述驅動電機的殼體由內殼體與外殼體兩部分組成，內殼體外表面設計成螺旋槽 型流道，外殼體設計有進水、出水系統。
[0011] 所述電機殼體的進出水系統有多個高精度溫度傳感器安裝結構，進行多點測溫， 且傳感器反饋信號線外接至壓縮機中心控制器。
[0012] 所述旋變電機設計有高精度、高效率位置、速度檢測反饋系統，外接至壓縮機中心 控制器。
[0013] 所述葉輪鍋殼在進氣口部分和出氣口部分分別設計有溫度、壓力和流量傳感器安 裝結構，且各物理量反饋信號線均接至壓縮機中心控制器。
[0014] 本發明采用上述技術解決方案所能達到的有益效果是：
[0015] 1、本發明實現了驅動電機與空氣軸承耦合設計，空氣軸承鑲嵌在驅動電機內部， 不再占據空間位置，極大地減小了壓縮機的整體體積和質量；多處使用箔片式彈性支撐結 構，提高了空氣軸承的穩定性和耐振動、耐沖擊特性。
[0016] 2、實現了驅動電機主軸、葉輪旋轉軸的整體式電主軸設計，葉輪與電機直接連接， 減少了連接部件，即降低了整機大小，又提高了電機的傳動效率；電主軸主要固定部件均采 用中空通氣設計，即作為高壓空氣流動通道，又減少了零件質量。
[0017] 3、結合旋變電機，構建了壓縮機的多物理量狀態控制系統，可實現對壓縮機工作 過程中的各參數進行全方位、多角度檢測，從而能夠及時有效地監控壓縮機的運行狀態，提 高壓縮機工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的結構示意圖；
[0019] 圖2為本發明的剖視結構示意圖；
[0020] 圖3為本發明的電主軸局部結構及動壓氣流流動方向示意圖；
[0021] 圖4為本發明的連接套動壓氣體流動示意圖。
[0022] 附圖標記說明：1、旋變電機部分2、旋變電機部分3、葉輪蝸殼部分4、內殼體5、外 殼體6、螺旋槽型冷卻水流道7、定子8、轉子9、固定軸10、葉輪11、旋變電機12、鎖緊螺母 13、連接套14、后支撐環15、電機后端蓋16、箔片17、襯墊18、外端板19、前止推板20、后止 推板21、進氣斜孔22、出氣直孔23、氣體流道。
【具體實施方式】
[0023] 以下結合具體實施例對本發明的具體實施方案作進一步的詳述。
[0024] 本發明主要分三部分，如圖1所示，左端為旋變電機部分1，中間為驅動電機部分 2,右端為葉輪蝸殼部分3。
【具體實施方式】 [0025] 如下：
[0026] 如圖2和圖3所示，驅動電機的殼體由內殼體4與外殼體5兩部分組成，兩者過盈 配合，電機內殼體4上開有螺旋槽型冷卻水流道6,電機外殼體上有進水、出水系統，電機殼 體的進出水系統有多個高精度溫度傳感器安裝結構，進行多點測溫，且傳感器反饋信號線 外接至壓縮機中心控制器。旋變電機設計有高精度、高效率位置、速度檢測反饋系統，外接 至壓縮機中心控制器。葉輪鍋殼在進氣口部分和出氣口部分分別設計有溫度、壓力和流量 傳感器安裝結構，且各物理量反饋信號線均接至壓縮機中心控制器。
[0027] 電機內部核心部件主要有定子7和轉子8,驅動電機內設置有與其徑向耦合的空 氣軸承，驅動電機的轉子8同時作為空氣軸承的轉子，驅動電子的定子7同時作為空氣軸承 的定子。旋變電機、驅動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，使驅動電機主軸與葉輪主軸 不再分離設計，設計為一體。本實施例是采用一根固定軸9把葉輪10、轉子8和旋變電機 11通過鎖緊螺母12、連接套13、后支撐環14、電機后端蓋15進行軸向固定為一個整體連接 在電機上，而在徑向則通過箔片16和襯墊17配合在電機內部。
[0028] 徑向空氣軸承轉子使用壓縮空氣作為潤滑劑和懸浮動力，高速旋轉帶動固定軸轉 動，固定軸又帶動葉輪高速旋轉。空氣軸承由于非機械接觸而摩擦低，致使其溫升幅度降到 最低，但為了在各種惡劣工況下保證電機及空氣軸承安全工作，仍需對電機進行冷卻系統 設計。電機內殼體外表面上獨特的螺旋槽型流道設計，可對電機進行有效的冷卻，加上溫度 控制系統的設計，可使電機殼體、定子和轉子在穩定的溫度范圍內工作。
[0029] 本實施例的空氣動壓電主軸的實施方式：連接套13與轉子8的端部接駁為一體， 連接套13采用法蘭式中空設計，連接套的左端為法蘭片，右端為圓筒體，左端的法蘭片通 過固定在電機殼體和外端板18上的前、后止推板19、20上的箔片結構獲得軸向彈性支撐， 右端的圓筒體則通過箔片結構獲得徑向彈性支撐，法蘭片底部開有進氣斜孔21，圓筒體的 側部開有出氣直孔22,其中空內部構成氣體流道23,如圖4中的A、B所示；后支撐環14與 連接套結構相似，也設計成階梯型中空結構；電機的后蓋板上設有排氣閥，用于通過調節排 氣量來控制整個氣體流道內空氣的壓力。
[0030] 葉輪高速旋轉產生的高壓空氣一大部分通過蝸殼出氣口排出，一小部分經連接套 左端的斜孔A被壓縮至其中空氣體流道，流道內的高壓氣體對連接板有一定的支撐浮力。 從連接套右端出氣口 B出來的高壓氣體被壓縮在轉子與定子之間的間隙內，轉子高速旋轉 時，高壓空氣既作為潤滑劑，又因其粘性作用在定子與轉子表面間形成較大的氣模壓力，由 此形成動壓力支撐整個電主軸；高壓空氣在支撐環的階梯斜面上產生軸向推力，并經進氣 口被壓進其內部中空氣體流道，對支撐環形成一定的支撐浮力。支撐環和連接套的特殊中 空結構設計，既減輕了電主軸重量，又在電主軸內外均形成一定的高壓氣體支撐浮力，使得 空氣軸承的壽命更長、穩定性更強。
[0031] 以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明 的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，它包括旋變電機、驅動電機和葉輪鍋 殼，葉輪鍋殼內設置有葉輪，驅動電機內設置有與其徑向耦合的空氣軸承。
2. 根據權利要求1所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，旋變電機、驅 動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，驅動電機的轉子同時作為空氣軸承的轉子，驅動 電子的定子同時作為空氣軸承的定子。
3. 根據權利要求1或2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述驅動 電機的轉子、定子和空氣軸承由內到外依次非接觸連接，驅動電機與空氣軸承轉子兩端采 用波箔型箔片徑向軸承結構，從內到外依次為平箔層、波箔層和外支承結構。
4. 根據權利要求1或2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述葉輪 外設置有與驅動電機殼體端面連接的外端板，驅動電機與空氣軸承轉子采用同一雙向波箔 型箔片推力軸承結構，雙向波箔型箔片推力軸承結構包括驅動電機殼體和外端板之間設置 的前、后止推板和固定在前、后止推板的箔片結構，通過前、后止推板的箔片結構活動軸向 彈性支撐。
5. 根據權利要求2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述空氣動 壓電主軸把葉輪、轉子和旋變電機通過鎖緊螺母、連接套、后支撐環、電機后端蓋進行軸向 固定為一個整體連接在驅動電機上，葉輪設置在鎖緊螺母與連接套之間，連接套與轉子的 端部接駁為一體，連接套上設置有法蘭，法蘭設置在前、后止推板之間，連接套的左右側分 別開有進氣斜孔和出氣直孔，與連接套的中空內部構成氣體流道；后支撐環設計成階梯型 中空結構，驅動電機后端設置有后蓋板，后蓋板上設有排氣閥。
6. 根據權利要求1或2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，驅動電機 的殼體由內殼體與外殼體兩部分組成，內殼體外表面設計成螺旋槽型流道，外殼體設計有 進水、出水系統。
7. 根據權利要求6所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述電機殼 體的進出水系統有多個高精度溫度傳感器安裝結構，進行多點測溫，傳感器反饋信號線外 接至壓縮機中心控制器。
8. 根據權利要求1或2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述旋變 電機設計有精度、位置、速度檢測反饋系統，外接至壓縮機中心控制器。
9. 根據權利要求1或2所述的一種燃料電池用空氣軸承壓縮機，其特征在于，所述葉輪 鍋殼在進氣口部分和出氣口部分分別設計有溫度、壓力和流量傳感器安裝結構，且所述的 物理量反饋信號線均接至壓縮機中心控制器。
【文檔編號】F04D29/056GK104061175SQ201410285677
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】吳全, 吳勇輝, 周芝河, 高志成, 胡文生 申請人:廣東廣順新能源動力科技有限公司, 佛山市廣順電器有限公司, 廣東盈華高科新材料有限公司, 貴州全世通精密機械科技有限公司