一種燃料電池用空氣軸承壓縮的制造方法
【專利摘要】本發(fā)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(qū)動電機和葉輪鍋殼，葉輪鍋殼內(nèi)設(shè)置有葉輪，驅(qū)動電機內(nèi)設(shè)置有與其徑向耦合的空氣軸承。本發(fā)明空氣軸承壓縮機設(shè)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(tài)控制系統(tǒng)，可對電機轉(zhuǎn)速進行全面、實時反饋控制。本發(fā)明的燃料電池用空氣軸承壓縮機，一體化的集成設(shè)計思想及多物理量狀態(tài)控制系統(tǒng)使其具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、壽命長等特點，可以滿足新能源電車、高速風(fēng)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(yīng)用領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓縮機【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)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(guān)鍵的技術(shù)，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(guī)的壓縮機是用機械接觸式滾動軸承來支撐主軸的，轉(zhuǎn)速越高，對軸承精度、潤 滑等要求越高，使用壽命越短?？諝廨S承設(shè)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(zhuǎn) 精度，轉(zhuǎn)速可以超過300000轉(zhuǎn)/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(yōu)越性。
[0004] 目前的空氣壓縮機采用驅(qū)動電機、增速器、葉輪蝸殼級聯(lián)式設(shè)計，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積 龐大，控制簡單，導(dǎo)致其實際效率較低，無法充分發(fā)揮空氣軸承的優(yōu)點?？諝廨S承的上述優(yōu) 點使其很快被應(yīng)用到空氣壓縮機上。在保證排氣量穩(wěn)定的前提下，可以通過提高空氣軸承 壓縮機轉(zhuǎn)速來減小設(shè)備體積，從而滿足燃料電池對壓縮機的質(zhì)量和體積要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供的一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的 燃料電池用空氣軸承壓縮機。
[0006] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)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(qū)動電機和葉輪鍋殼，葉輪鍋殼內(nèi)設(shè)置有葉輪，驅(qū)動電機 內(nèi)設(shè)置有與其徑向耦合的空氣軸承，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子同時作為空氣軸承的轉(zhuǎn)子，驅(qū)動電子 的定子同時作為空氣軸承的定子，旋變電機、驅(qū)動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，使 驅(qū)動電機主軸與葉輪主軸不再分離設(shè)計，設(shè)計為一體，保證葉輪旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動電機主軸同 軸，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)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(qū)動電機的轉(zhuǎn)子、定子和空氣軸承由內(nèi)到外依次非接觸連接，驅(qū)動電機與空 氣軸承轉(zhuǎn)子兩端采用波箔型箔片徑向軸承結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為平箔層、波箔層和外支承 結(jié)構(gòu)。
[0008] 所述葉輪外設(shè)置有與驅(qū)動電機殼體端面連接的外端板，驅(qū)動電機與空氣軸承轉(zhuǎn)子 采用同一雙向波箔型箔片推力軸承結(jié)構(gòu)，雙向波箔型箔片推力軸承結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動電機殼體 和外端板之間設(shè)置的前、后止推板和固定在前、后止推板的箔片結(jié)構(gòu)，通過前、后止推板的 箔片結(jié)構(gòu)活動軸向彈性支撐。
[0009] 所述空氣動壓電主軸把葉輪、轉(zhuǎn)子和旋變電機通過鎖緊螺母、連接套、后支撐環(huán)、 電機后端蓋進行軸向固定為一個整體連接在驅(qū)動電機上，葉輪設(shè)置在鎖緊螺母與連接套之 間，連接套與轉(zhuǎn)子的端部接駁為一體，連接套上設(shè)置有法蘭，法蘭設(shè)置在前、后止推板之間， 連接套的左右側(cè)分別開有進氣斜孔和出氣直孔，與連接套的中空內(nèi)部構(gòu)成氣體流道；后支 撐環(huán)設(shè)計成階梯型中空結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機后端設(shè)置有后蓋板，后蓋板上設(shè)有排氣閥，用于通過 調(diào)節(jié)排氣量來控制整個氣體流道內(nèi)空氣的壓力。
[0010] 所述驅(qū)動電機的殼體由內(nèi)殼體與外殼體兩部分組成，內(nèi)殼體外表面設(shè)計成螺旋槽 型流道，外殼體設(shè)計有進水、出水系統(tǒng)。
[0011] 所述電機殼體的進出水系統(tǒng)有多個高精度溫度傳感器安裝結(jié)構(gòu)，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(shè)計有高精度、高效率位置、速度檢測反饋系統(tǒng)，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(shè)計有溫度、壓力和流量傳感器安 裝結(jié)構(gòu)，且各物理量反饋信號線均接至壓縮機中心控制器。
[0014] 本發(fā)明采用上述技術(shù)解決方案所能達到的有益效果是：
[0015] 1、本發(fā)明實現(xiàn)了驅(qū)動電機與空氣軸承耦合設(shè)計，空氣軸承鑲嵌在驅(qū)動電機內(nèi)部， 不再占據(jù)空間位置，極大地減小了壓縮機的整體體積和質(zhì)量；多處使用箔片式彈性支撐結(jié) 構(gòu)，提高了空氣軸承的穩(wěn)定性和耐振動、耐沖擊特性。
[0016] 2、實現(xiàn)了驅(qū)動電機主軸、葉輪旋轉(zhuǎn)軸的整體式電主軸設(shè)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(shè)計，即作為高壓空氣流動通道，又減少了零件質(zhì)量。
[0017] 3、結(jié)合旋變電機，構(gòu)建了壓縮機的多物理量狀態(tài)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對壓縮機工作 過程中的各參數(shù)進行全方位、多角度檢測，從而能夠及時有效地監(jiān)控壓縮機的運行狀態(tài)，提 高壓縮機工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明的電主軸局部結(jié)構(gòu)及動壓氣流流動方向示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明的連接套動壓氣體流動示意圖。
[0022] 附圖標(biāo)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(nèi)殼體5、外 殼體6、螺旋槽型冷卻水流道7、定子8、轉(zhuǎn)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(huán)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(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方案作進一步的詳述。
[0024] 本發(fā)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(qū)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(qū)動電機的殼體由內(nèi)殼體4與外殼體5兩部分組成，兩者過盈 配合，電機內(nèi)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(tǒng)，電機殼 體的進出水系統(tǒng)有多個高精度溫度傳感器安裝結(jié)構(gòu)，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(shè)計有高精度、高效率位置、速度檢測反饋系統(tǒng)，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(shè)計有溫度、壓力和流量 傳感器安裝結(jié)構(gòu)，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(nèi)部核心部件主要有定子7和轉(zhuǎn)子8,驅(qū)動電機內(nèi)設(shè)置有與其徑向耦合的空 氣軸承，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子8同時作為空氣軸承的轉(zhuǎn)子，驅(qū)動電子的定子7同時作為空氣軸承 的定子。旋變電機、驅(qū)動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，使驅(qū)動電機主軸與葉輪主軸 不再分離設(shè)計，設(shè)計為一體。本實施例是采用一根固定軸9把葉輪10、轉(zhuǎn)子8和旋變電機 11通過鎖緊螺母12、連接套13、后支撐環(huán)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(nèi)部。
[0028] 徑向空氣軸承轉(zhuǎn)子使用壓縮空氣作為潤滑劑和懸浮動力，高速旋轉(zhuǎn)帶動固定軸轉(zhuǎn) 動，固定軸又帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)。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(tǒng) 設(shè)計。電機內(nèi)殼體外表面上獨特的螺旋槽型流道設(shè)計，可對電機進行有效的冷卻，加上溫度 控制系統(tǒng)的設(shè)計，可使電機殼體、定子和轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)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(zhuǎn)子8的端部接駁為一體， 連接套13采用法蘭式中空設(shè)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(jié)構(gòu)獲得軸向彈性支撐， 右端的圓筒體則通過箔片結(jié)構(gòu)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(cè)部開有出氣直孔22,其中空內(nèi)部構(gòu)成氣體流道23,如圖4中的A、B所示；后支撐環(huán)14與 連接套結(jié)構(gòu)相似，也設(shè)計成階梯型中空結(jié)構(gòu)；電機的后蓋板上設(shè)有排氣閥，用于通過調(diào)節(jié)排 氣量來控制整個氣體流道內(nèi)空氣的壓力。
[0030] 葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高壓空氣一大部分通過蝸殼出氣口排出，一小部分經(jīng)連接套 左端的斜孔A被壓縮至其中空氣體流道，流道內(nèi)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(zhuǎn)子與定子之間的間隙內(nèi)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn) 時，高壓空氣既作為潤滑劑，又因其粘性作用在定子與轉(zhuǎn)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(huán)的階梯斜面上產(chǎn)生軸向推力，并經(jīng)進氣 口被壓進其內(nèi)部中空氣體流道，對支撐環(huán)形成一定的支撐浮力。支撐環(huán)和連接套的特殊中 空結(jié)構(gòu)設(shè)計，既減輕了電主軸重量，又在電主軸內(nèi)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(wěn)定性更強。
[0031] 以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
【權(quán)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(qū)動電機和葉輪鍋 殼，葉輪鍋殼內(nèi)設(shè)置有葉輪，驅(qū)動電機內(nèi)設(shè)置有與其徑向耦合的空氣軸承。
2. 根據(jù)權(quán)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(qū) 動電機和葉輪采用同一空氣動壓電主軸，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子同時作為空氣軸承的轉(zhuǎn)子，驅(qū)動 電子的定子同時作為空氣軸承的定子。
3. 根據(jù)權(quán)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(qū)動 電機的轉(zhuǎn)子、定子和空氣軸承由內(nèi)到外依次非接觸連接，驅(qū)動電機與空氣軸承轉(zhuǎn)子兩端采 用波箔型箔片徑向軸承結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為平箔層、波箔層和外支承結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)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(shè)置有與驅(qū)動電機殼體端面連接的外端板，驅(qū)動電機與空氣軸承轉(zhuǎn)子采用同一雙向波箔 型箔片推力軸承結(jié)構(gòu)，雙向波箔型箔片推力軸承結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動電機殼體和外端板之間設(shè)置 的前、后止推板和固定在前、后止推板的箔片結(jié)構(gòu)，通過前、后止推板的箔片結(jié)構(gòu)活動軸向 彈性支撐。
5. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)子和旋變電機通過鎖緊螺母、連接套、后支撐環(huán)、電機后端蓋進行軸向 固定為一個整體連接在驅(qū)動電機上，葉輪設(shè)置在鎖緊螺母與連接套之間，連接套與轉(zhuǎn)子的 端部接駁為一體，連接套上設(shè)置有法蘭，法蘭設(shè)置在前、后止推板之間，連接套的左右側(cè)分 別開有進氣斜孔和出氣直孔，與連接套的中空內(nèi)部構(gòu)成氣體流道；后支撐環(huán)設(shè)計成階梯型 中空結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機后端設(shè)置有后蓋板，后蓋板上設(shè)有排氣閥。
6. 根據(jù)權(quán)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(qū)動電機 的殼體由內(nèi)殼體與外殼體兩部分組成，內(nèi)殼體外表面設(shè)計成螺旋槽型流道，外殼體設(shè)計有 進水、出水系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)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(tǒng)有多個高精度溫度傳感器安裝結(jié)構(gòu)，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(jù)權(quán)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(shè)計有精度、位置、速度檢測反饋系統(tǒng)，外接至壓縮機中心控制器。
9. 根據(jù)權(quán)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(shè)計有溫度、壓力和流量傳感器安裝結(jié)構(gòu)，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(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)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