一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣壓縮機，尤其是涉及一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機。
【背景技術(shù)】
[0002]作為目前新能源發(fā)展的主要方向之一的燃料電池技術(shù)，是國家未來需重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，其可應用在交通工具、備用發(fā)電等方面。燃料電池是一種將氫能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其能量轉(zhuǎn)換效率能達到60%?80%，且無溫室氣體的產(chǎn)生。但燃料電池要想獲得高的功率密度和好的性能，就必須在較高的壓力下工作。提高空氣的供氣壓力，可以增大燃料電池系統(tǒng)的能量密度，因此燃料電池需要專門的供氣系統(tǒng)給燃料電池提供高壓空氣。
[0003]燃料電池的空氣壓縮機采用電機驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，帶動葉輪產(chǎn)生增壓作用于燃料電池的進氣歧管，提高燃料電池的進氣量和進氣壓力，提高燃料電池的效率，但是空氣壓縮機在工作過程也需要消耗功率，約為電池輸出的20%，因此從考慮電池堆獲得效率出發(fā)，為了獲得整體性能，必須尋找最有效的壓縮方式。
[0004]目前，空氣壓縮機軸承通常采用滾動軸承和滑動軸承，其存在了以下諸多問題:第一，由于采用潤滑油，不可避免的將會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，會出現(xiàn)經(jīng)油封泄漏潤滑油和引起中冷器的工作面沾污的問題；第二，由于摩擦力的存在，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低與效率低下；并且由于存在磨損會使得軸承壽命變短。
[0005]超聲波軸承在燃料電池、渦輪機械等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，包括空氣壓縮機、空氣循環(huán)機、高速電機。同時，超聲波軸承技術(shù)也將是21世紀分布式能源系統(tǒng)微型燃氣輪機核心技術(shù)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機，具有轉(zhuǎn)速高、效率高、壽命長、無潤滑油等優(yōu)點，適用于作為燃料電池用空氣壓縮機。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機包括由外到內(nèi)依次布置的殼體、電機定子、電機轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸，所述殼體兩端設(shè)有軸承套，還包括超聲波軸承和螺旋槽式推力軸承，所述轉(zhuǎn)子軸的兩端分別設(shè)有葉輪，所述葉輪上套設(shè)有葉輪殼，所述葉輪殼與軸承套密封連接，并設(shè)有進氣口與出氣口，一端葉輪殼的出氣口連接另一端葉輪殼的進氣口，所述超聲波軸承設(shè)于兩端的軸承套上，并與轉(zhuǎn)子軸非接觸連接，所述螺旋槽式推力軸承設(shè)于一端的軸承套與葉輪之間的轉(zhuǎn)子軸上，螺旋槽式推力軸承與葉輪之間設(shè)有推力軸承蓋。
[0009]所述超聲波軸承包括超聲波換能器、超聲波發(fā)生器、位移傳感器和反饋控制器，所述超聲波換能器和位移傳感器分別設(shè)于軸承套的側(cè)壁上，超聲波換能器一端覆蓋轉(zhuǎn)子軸外表面并留有間隙，另一端連接超聲波發(fā)生器，所述反饋控制器分別連接超聲波發(fā)生器和位移傳感器，所述超聲波換能器和超聲波發(fā)生器均為多個。
[0010]所述軸承套上設(shè)置有多個用于安裝超聲波換能器的孔。
[0011]多個超聲波換能器均布在軸承套的側(cè)壁上，超聲波換能器覆蓋轉(zhuǎn)子軸外表面的一端為圓弧凹狀。
[0012]四個超聲波換能器均布在軸承套的側(cè)壁上，每個超聲波換能器的覆蓋角度為80。?90° 。
[0013]所述螺旋槽式推力軸承包括軸承轉(zhuǎn)筒和螺旋槽轉(zhuǎn)盤，所述軸承轉(zhuǎn)筒套設(shè)于一端的轉(zhuǎn)子軸上，所述螺旋槽轉(zhuǎn)盤套設(shè)于軸承轉(zhuǎn)筒上，螺旋槽轉(zhuǎn)盤位于一端的軸承套與推力軸承蓋之間。
[0014]所述螺旋槽轉(zhuǎn)盤包括中間盤和位于中間盤兩側(cè)的圓盤，所述圓盤與中間盤相對的側(cè)面上設(shè)有多條螺旋槽。
[0015]所述軸承轉(zhuǎn)筒與螺旋槽轉(zhuǎn)盤為一體式結(jié)構(gòu)。
[0016]所述殼體上設(shè)有螺旋冷卻水槽。
[0017]所述轉(zhuǎn)子軸兩端通過連接螺桿連接葉輪。
[0018]為了使空氣壓縮機更加適合現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)高溫、高壓、高速等惡劣工作環(huán)境，同時解決軸承漏油、耐沖擊差、效率瓶頸的技術(shù)難題，本發(fā)明對空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，重點對軸承進行改進，采用超聲波軸承與螺旋槽式推力軸承構(gòu)成的徑向-推力軸承來代替現(xiàn)有的滾動軸承和滑動軸承支撐轉(zhuǎn)子軸，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)占.V.
[0019]I)超聲波懸浮空氣軸承可以杜絕由空氣壓縮機漏油對燃料電池質(zhì)子交換膜的影響，適用于燃料電池進氣增壓。
[0020]2)超聲波懸浮空氣軸承使得空氣潤滑的阻力小、產(chǎn)品轉(zhuǎn)速高，適用于提高燃料電池能量轉(zhuǎn)換率。
[0021]3)由于沒有轉(zhuǎn)子軸表面和超聲波懸浮空氣軸承內(nèi)表面沒有直接的物理接觸，產(chǎn)品壽命長，無潤滑油。
[0022]4)由于超聲波懸浮空氣軸承的承載介質(zhì)是超聲波，其耐高溫性能也是突出的。
[0023]5)螺旋槽式推力軸承通過螺旋槽產(chǎn)生承載壓力膜，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子軸在軸向上的受力，相對于現(xiàn)有的空氣軸承，彈性減震效果更好，并由此減少噪聲、承載能力大大提高、能夠大幅提尚轉(zhuǎn)速，從而進一步提尚空氣壓力和氧氣密度。
[0024]6)位移傳感器可實時檢測轉(zhuǎn)子軸在徑向上的位移，將信號傳輸給反饋控制器，反饋控制器經(jīng)過處理可以實現(xiàn)控制超聲換能器的功率大小，可以較好的控制氣膜形成。
[0025]7)采用雙級葉輪逐級壓縮空氣的增壓方式，與同轉(zhuǎn)速的單葉輪空壓機相比，適用于燃料電池系統(tǒng)的進氣增壓。
[0026]8)轉(zhuǎn)子軸兩端通過連接螺桿固定連接葉輪，并可采用高強度膠粘接，以提高高速葉輪運轉(zhuǎn)安全性。
[0027]9)為了更好地散去熱量，更為優(yōu)選地是在空氣壓縮機殼體上還加工有螺旋冷卻水槽，這樣可以通過水冷的方式冷卻電機定子所產(chǎn)生的熱量。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為超聲波軸承結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為螺旋槽式推力軸承中轉(zhuǎn)盤與軸承轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為螺旋槽式推力軸承中轉(zhuǎn)盤與圓盤安裝示意圖。
[0033]圖中:1、第一葉輪殼，2、第一葉輪，3、第一軸承套，4、電機轉(zhuǎn)子，5、電機定子，6、第二軸承套，7、連接螺桿，8、第二葉輪，9、第二葉輪殼，10、推力軸承蓋，11、螺旋槽式推力軸承，12、轉(zhuǎn)子軸，13、殼體，14、螺旋冷卻水槽，15、超聲波換能器，16、位移傳感器，17、超聲波發(fā)生器，18、螺旋槽轉(zhuǎn)盤，19、軸承轉(zhuǎn)筒，20、中間盤，21、圓盤。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0035]如圖1所示，一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機由殼體13、電機定子5、電機轉(zhuǎn)子4、轉(zhuǎn)子軸12、超聲波軸承、螺旋槽式推力軸承11、第一軸承套3、第二軸承套6、第一葉輪2、第二葉輪8、第一葉輪殼1、第二葉輪殼9和推力軸承蓋10等組成，具體連接方式為:
[0036]殼體13、電機定子5、電機轉(zhuǎn)子4與轉(zhuǎn)子軸12依次由內(nèi)到外依次布置，第一軸承套3和第二軸承套6分別與殼體13兩端緊固連接，轉(zhuǎn)子軸12的兩端分別通過連接螺桿7連接第一葉輪2和第二葉輪8，第一葉輪2上套設(shè)有第一葉輪殼1，第一葉輪殼I與第一軸承套