一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装制造技术

本发明专利技术公开了一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体和壳体内的转轴，所述转轴的前端设置有离心叶轮，所述壳体前、后侧分别设置有前轴承座、后轴承座，所述壳体内设置有水冷通道，所述水冷通道连接有水管接头，所述转轴后端设置有冷却叶轮；通过水冷通道的水冷、冷却叶轮的风冷形成的双冷却设计，有效降低转子系统高速高频运转下高速电机定转子及箔片空气轴承的温度，防止轴承过热导致表面涂层失效、定子过热导致绝缘失效及转子过热引起失磁失效，提高了空压机工作稳定性。

A General Assembly of Dual-cooled Ultra-high Speed Centrifugal Air Compressor for Hydrogen Fuel Cell

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装
本专利技术涉及空压机
，特别是一种适用于氢燃料电池、具有水气双冷结构的单级超高速离心空压机。
技术介绍
随着节能环保的需求逐渐增强，氢燃料电池技术蓬勃发展。氢燃料电池是一种将氢和氧通过电极反应，将化学能直接转换为电能的装置，其反应产物主要是水，实现真正的零污染。同时，由于不受卡诺循环的限制，能量转换效率可达到60％～80％，其高效率、无污染、使用性广、低噪音等特点，是发展潜力巨大的动力源。空气压缩机是氢燃料电池的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池系统的尺寸，同时空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功耗的80％，其运行效率及功率密度比直接影响了系统的整体性能。适用于氢燃料电池的空压机必须满足以下几个要求：(1)无油，润滑油会严重损害质子交换膜，降低其使用寿命；(2)高效，空压机寄生功率大，其效率直接影响整机效率；(3)小型化、低成本，高功率密度及低成本的优势有助于其产业化；(4)低噪音，空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一，降低其噪声有助于增强人机友好交互，提高市场竞争力；(5)良好动态响应能力，当需求功率发生变化是，空气流量跟压力能跟踪输出功率进行调节。对于无油的要求，传统滚珠轴承不可避免会渗油进入电池反应堆，影响其他部件的试验，采用先进的弹性箔片轴承，以空气支承并润滑主轴，是空压机最佳的选择方案。对于高效、小型化、低噪音的要求，空压机的功耗约占燃料电池辅助功耗的80％，占电池输出功率的20—30％，传统涡旋、螺杆式等容积式空压机，叶片间存在相互摩擦，增加了摩擦损耗并降低了效率，同时噪音也由于摩擦的存在而增大，而相同工况下的直驱式离心空压机，机头除了风磨损耗以外不存在其他机械损耗，效率大大提高，且机头可采用航空铝合金，体积、重量可减小70％以上。离心式空压机流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，只需通过变频控制器调节转速即可得到相应输出功率需求的流量跟压力，简单可控。因此，箔片空气轴承支承的高速电机直驱离心空压机是氢燃料电池的绝佳方案。一般而言，空压机的输出需要额定流量≥125g/s，压比≥2.5，为了达到需求的高压比，直驱式离心空压机存在两级和单级两种方案，相比于将两个机头部件串联的两级方案，单级方案具有重量小、功率密度高、气动效率高等优势，但其需求更高的驱动转速。单级超高速离心空压机一般要达到120,000rpm以上运行，因此也带来了高功率密度电机散热的技术问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供结构紧凑、效率高、体积小、重量轻、供气压力高等特点的氢燃料电池用具有水气双冷结构的单级超高速离心空压机电机总装。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体和壳体内的转轴，所述转轴的前端设置有离心叶轮，所述壳体前、后侧分别设置有前轴承座、后轴承座，所述壳体内设置有水冷通道，所述水冷通道连接有水管接头，所述转轴后端设置有冷却叶轮。作为一个优选项，所述壳体后侧还设置有冷却轮盖，所述冷却轮盖上设置有进风口，所述冷却轮盖的出风口与后轴承座的通气孔连通。作为一个优选项，所述壳体包括机壳本体和套装在机壳本体上的冷却水套，其中所述水冷通道位于机壳本体和冷却水套之间。作为一个优选项，所述前轴承座、壳体、后轴承座连通形成冷却通道。作为一个优选项，所述转轴前端还设置有止推盘，所述前轴承座上设置有前径向箔片空气轴承、前止推箔片空气轴承、后止推箔片空气轴承。作为一个优选项，所述水冷通道前后两侧分别设置有密封圈。本专利技术的有益效果是：通过水冷通道的水冷、冷却叶轮的风冷形成的双冷却设计，有效降低转子系统高速高频运转下高速电机定转子及箔片空气轴承的温度，防止轴承过热导致表面涂层失效、定子过热导致绝缘失效及转子过热引起失磁失效，提高了空压机工作稳定性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的立体图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。为透彻的理解本专利技术，在接下来的描述中会涉及一些特定细节。而在没有这些特定细节时，本专利技术创造仍可实现，即所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员可更有效的介绍他们的工作本质。参照图1，一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体1和壳体1内的转轴2，所述转轴2的前端设置有离心叶轮3，所述壳体1前、后侧分别设置有前轴承座4、后轴承座5，所述壳体1内设置有水冷通道6，所述水冷通道6连接有水管接头61，所述转轴2后端设置有冷却叶轮7。在空压机运行时，转子系统旋转，冷却水在水冷通道6连中循环流动，从定子外表面带走其产生的热量，控制电机的温升。冷却叶轮7吸入空气并通过后轴承做上的通气孔吹入壳体1内部，冷却叶轮由高速电机直驱，无需引入外界冷却气，减少了整机的辅件设施。在转子系统高速高频运转下，转子风磨损耗、定子谐波损耗、转子涡流损耗大大增加，该冷却设计能有效降低高速电机定转子及箔片空气轴承的温度，防止轴承过热导致表面涂层失效、定子过热导致绝缘失效及转子过热引起失磁失效。空压机采用单级叶轮方案，变频驱动器直接驱动高速永磁同步电机，电机带动转子系统进行超高速旋转，转速最高可达到150,000rpm，转子系统上的离心叶轮通过进口轮盖吸入空气并通过蜗壳集气后送出，输出气体可满足流量≥125g/s、压比≥2.5的使用需求。根据电池系统不同的输出功率，变频器可匹配调节输入频率，控制高速永磁同步电机以不同转速运行，进而输出与输出功率匹配的空气流量及压力。转子系统是旋转装配体，转子系统外定子、机壳等其余部件为静止部件。前轴承座4、后轴承座5与前后转轴过盈连接，防止松脱，轴承与轴承座均便于单独拆卸、更换所述壳体1后侧还设置有冷却轮盖8，所述冷却轮盖8上设置有进风口81，所述冷却轮盖8的出风口与后轴承座5的通气孔51连通，引导冷却气流从后轴承座进入电机内部，保证冷却叶轮7具有合适的工作间隙及出气流道。所述壳体1包括机壳本体11和套装在机壳本体11上的冷却水套12，其中所述水冷通道6位于机壳本体11和冷却水套12之间。所述水冷通道6前后两侧分别设置有密封圈62。所述前轴承座4、壳体1、后轴承座5连通形成冷却通道。所述转轴2前端还设置有止推盘9，所述前轴承座4上设置有前径向箔片空气轴承41、前止推箔片空气轴承43、后止推箔片空气轴承44。后轴承座5安装有后径向箔片空气轴承42。冷却叶轮7吸入空气后，其中一股冷却气流经过转子表面及定子轭部，从壳体1前端冷却孔出气，另一股冷却气流经过前径向箔片空气轴承41、前止推箔片空气轴承43、后止推箔片空气轴承44、止推盘9的止推轴承座，最后从前轴承座4的冷却孔流出。转子系统高速旋转时，轴承套与径向箔片轴承之间形成楔形的气膜间隙，高压气膜将转子系统支承浮起，稳定运行时，转子与轴承直接不存在直接接触，大大减小转轴的摩擦损耗，提供了电机与叶轮之间的传动效率。转子系统上止推盘由两个止推箔片空气轴承约束，转子系统高速旋转时，止推盘与止推箔片轴承之间形成支承气膜，防止转子系统轴向窜动。传统结构中止推盘与离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体(1)和壳体(1)内的转轴(2)，所述转轴(2)的前端设置有离心叶轮(3)，所述壳体(1)前、后侧分别设置有前轴承座(4)、后轴承座(5)，其特征在于：所述壳体(1)内设置有水冷通道(6)，所述水冷通道(6)连接有水管接头(61)，所述转轴(2)后端设置有冷却叶轮(7)。

【技术特征摘要】
1.一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体(1)和壳体(1)内的转轴(2)，所述转轴(2)的前端设置有离心叶轮(3)，所述壳体(1)前、后侧分别设置有前轴承座(4)、后轴承座(5)，其特征在于：所述壳体(1)内设置有水冷通道(6)，所述水冷通道(6)连接有水管接头(61)，所述转轴(2)后端设置有冷却叶轮(7)。2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，其特征在于：所述壳体(1)后侧还设置有冷却轮盖(8)，所述冷却轮盖(8)上设置有进风口(81)，所述冷却轮盖(8)的出风口与后轴承座(5)的通气孔(51)连通。3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，其特征在于：所述壳体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯安平，王惠军，陈颖秀，李路力，
申请(专利权)人：佛山特博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44