一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机技术方案

本申请公开了一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，涉及燃料电池空压机技术领域。不仅使空压机的结构更紧凑，而且提高了冷却系统的性能。该高速离心空压机包括水冷却系统和空气冷却系统；水冷却系统包括冷却水流道、冷却水入口和冷却水出口；空气冷却系统包括冷却气体入口、一级侧环形流道、一级侧冷却流道、二级侧冷却流道和冷却气体出口，一级侧环形流道的入口连通冷却气体入口，出口分别连通一级侧冷却流道的入口和二级侧冷却流道的入口；一级侧冷却流道和二级侧冷却流道的出口均连通冷却气体出口；一级侧冷却流道用于冷却一级侧径向空气轴承、止推轴承和电机本体；二级侧冷却流道用于冷却二级侧径向空气轴承和电机本体。承和电机本体。承和电机本体。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机


[0001]本申请涉及燃料电池空压机
，具体涉及一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着可持续发展理念深入推行、能源结构不断转型升级和新能源汽车的大力推广，燃料电池因其具有能源转化率高、功率密度高、完全的无污染零排放、适宜频繁启动的场合等优点，在新能源汽车发动机
备受全球汽车行业的推崇与青睐，被认为或将是未来新能源汽车动力系统的“终极选择”。
[0003]高速离心空压机因其具有结构紧凑、响应快、效率高、供气量大等特点引起了人们的广泛关注，被认为是燃料电池用空气压缩机未来的发展趋势。为了提升燃料电池入口处的供气压力和流量，高速离心空压机大多采用两级增压结构方式，将叶轮、主轴和电机转子做成整体式，采用空气悬浮轴承支承转轴，由高速电机直驱实现超高速运转，进而为燃料电池系统提供较高的功率密度，但随之会导致高速电机的定、转子温升局部过高和空气轴承摩擦的局部过热，空压机内腔中产生的大量热量，造成高速电机的散热和冷却困难。若在短时间内无法及时排出到外界环境，电机空腔内的温度将会急剧升高，导致高速转子将发生热弯曲变形失稳、转轴及空气轴承表面镀层失效，影响转轴与空气轴承的间隙配合，降低转轴回转精度；甚至产生永磁体退磁、定子局部绝缘失效等严重后果，大大降低高速运行时的效率，并可能使空压机结构遭受毁灭性破坏。
[0004]中国专利《一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机的冷却系统》(公开号：CN209704930 U)，公开了一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机的冷却系统，该系统包括水冷装置和气冷装置，水冷装置主要通过在空压机壳体内设置螺旋型水道对电机的定、转子进行冷却，气冷装置通过将中间连接喉管的部分压缩气体引入电机内腔对空气轴承及电机定、转子等进行冷却，但该专利的缺点是：一级侧轴承和二级侧轴承通过同一个冷却管路冷却，冷却效果较差，且冷却气源自于一级压缩后的连接管道，相较于大气环境气体，温度已有较大程度升高，对封闭空间内空气轴承及定、转子的冷却效果大打折扣，且压比越高，空气温升越高，冷却效果越差，在不加大冷却水的流量下，很难保证电机的正常使用，甚至威胁空压机的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本申请的实施例提供一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，将水冷却系统和空气冷却系统均集成在空压机上，并且通过不同的冷却管路同时对一级侧的轴承和二级侧的轴承进行冷却，不仅使空压机的结构更紧凑，而且提高了冷却系统的性能。
[0006]为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，包括电机本体和电机壳体，所述电机壳体的两端分别连接一级端盖和二级端盖；所述一级端盖和所述电机本体之间设有一级侧径向空气轴承和止推轴承，所述二
级端盖和所述电机本体之间设有二级侧径向空气轴承；还包括水冷却系统和空气冷却系统；所述水冷却系统包括设置在所述电机壳体内的冷却水流道和设置在所述电机壳体上的冷却水入口和冷却水出口；所述空气冷却系统包括冷却气体入口、一级侧环形流道、一级侧冷却流道、二级侧冷却流道和冷却气体出口，所述一级侧环形流道的入口连通所述冷却气体入口，出口分别连通一级侧冷却流道的入口和二级侧冷却流道的入口；所述一级侧冷却流道的出口和二级侧冷却流道的出口均连通所述冷却气体出口；所述一级侧冷却流道用于冷却所述一级侧径向空气轴承、所述止推轴承和所述电机本体；所述二级侧冷却流道用于冷却所述二级侧径向空气轴承和所述电机本体。
[0007]进一步地，所述冷却气体入口设置在所述电机壳体上，所述一级侧环形流道设置在所述电机壳体和/或所述一级端盖上。
[0008]进一步地，所述一级侧冷却流道包括设置在所述一级端盖上的第一气体流道、一级侧径向空气轴承安装腔、止推轴承安装腔和第二气体流道；所述第一气体流道的入口连通所述一级侧环形流道，出口分别连通一级侧径向空气轴承安装腔和止推轴承安装腔，所述第二气体流道的入口连通止推轴承安装腔，所述一级侧径向空气轴承安装腔和所述第二气体流道的出口均通过所述电机壳体的内腔连通所述冷却气体出口。
[0009]进一步地，所述一级端盖内设有固定基础，所述固定基础与所述电机本体之间设有一级转盘，所述一级转盘位于所述止推轴承的外侧；所述第一气体流道为沿所述一级端盖的周向均布的多个第一径向孔；所述第三气体流道包括沿所述固定基础的周向均布的多个第二径向孔、设置在所述一级端盖上的第一环槽和沿所述一级端盖的周向均布的多个第一轴向孔；多个所述第一径向孔的入口连通所述一级侧环形流道，多个所述第一轴向孔的出口和所述一级侧径向空气轴承安装腔均通过所述电机壳体的内腔连通所述冷却气体出口。
[0010]进一步地，所述二级侧冷却流道包括设置在所述电机壳体内的第三气体流道、设置在所述二级端盖上的二级侧环形流道、设置在所述电机壳体内的第四气体流道和二级侧径向空气轴承安装腔；所述第三气体流道的入口连通所述一级侧环形流道，出口依次连通所述二级侧环形流道、所述第四气体流道、和所述二级侧径向空气轴承安装腔，所述二级侧径向空气轴承安装腔通过电机壳体内腔连通所述冷却气体出口。
[0011]进一步地，所述第三气体流道为沿轴向贯通所述电机壳体的侧壁的第二轴向孔；所述第四气体流道为沿周向均布在电机壳体上的多个第三径向孔。
[0012]进一步地，所述电机壳体包括电机外壳和电机内壳，所述冷却水流道位于所述电机内壳上，且所述冷却水流道包括第一子冷却水流道和第二子冷却水流道，所述第一子冷却水流道和第二子冷却水流道通过两个分隔板隔离，且所述第一子冷却水流道和所述第二子冷却水流道均为“S”形。
[0013]进一步地，所述第一子冷却水流道包括沿所述电机内壳的轴向平行设置的多个弧形肋板，所述弧形肋板的第一端与其中一个所述分隔板密封连接，所述弧形肋板的第二端与另一个所述分隔板之间具有扇形间隙，且多个所述扇形间隙之间的连线为“S”形。
[0014]进一步地，所述冷却气体入口用于连通外界大气。
[0015]进一步地，所述电机本体包括转子，所述转子包括空心轴和分别设置在所述空心轴的两端的左半转轴和右半转轴，所述空心轴上套设永磁体，所述永磁体位于所述左半转
轴和所述右半转轴之间，所述永磁体上套设保护套，所述永磁体、所述左半转轴、所述右半转轴和所述保护套固结为一体；所述左半转轴和所述右半转轴上均设有沿轴向延伸的盲孔和多个沿径向贯通的离心孔，所述盲孔与所述空心轴的内孔连通。
[0016]本申请相比现有技术具有以下有益效果：
[0017]1、本申请实施例将水冷却系统和空气冷却系统均集成在空压机上，并且通过不同的冷却管路同时对一级侧的轴承和二级侧的轴承进行冷却，不仅解决了高速电机定、转子局部温度过高、冷却困难以及空气轴承摩擦的局部过热的问题，还使空压机的结构更紧凑。
[0018]2、本申请实施例中空气冷却系统的冷却气源来自外界大气环境，相比现有技术中冷却气体源自于经过一级压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，包括电机本体和电机壳体，所述电机壳体的两端分别连接一级端盖和二级端盖；所述一级端盖和所述电机本体之间设有一级侧径向空气轴承和止推轴承，所述二级端盖和所述电机本体之间设有二级侧径向空气轴承；其特征在于，还包括水冷却系统和空气冷却系统；所述水冷却系统包括设置在所述电机壳体内的冷却水流道和设置在所述电机壳体上的冷却水入口和冷却水出口；所述空气冷却系统包括冷却气体入口、一级侧环形流道、一级侧冷却流道、二级侧冷却流道和冷却气体出口，所述一级侧环形流道的入口连通所述冷却气体入口，出口分别连通一级侧冷却流道的入口和二级侧冷却流道的入口；所述一级侧冷却流道的出口和二级侧冷却流道的出口均连通所述冷却气体出口；所述一级侧冷却流道用于冷却所述一级侧径向空气轴承、所述止推轴承和所述电机本体；所述二级侧冷却流道用于冷却所述二级侧径向空气轴承和所述电机本体。2.根据权利要求1所述的具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，其特征在于，所述冷却气体入口设置在所述电机壳体上，所述一级侧环形流道设置在所述电机壳体和/或所述一级端盖上。3.根据权利要求1所述的具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，其特征在于，所述一级侧冷却流道包括设置在所述一级端盖上的第一气体流道、一级侧径向空气轴承安装腔、止推轴承安装腔和第二气体流道；所述第一气体流道的入口连通所述一级侧环形流道，出口分别连通一级侧径向空气轴承安装腔和止推轴承安装腔，所述第二气体流道的入口连通止推轴承安装腔，所述一级侧径向空气轴承安装腔和所述第二气体流道的出口均通过所述电机壳体的内腔连通所述冷却气体出口。4.根据权利要求3所述的具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，其特征在于，所述一级端盖内设有固定基础，所述固定基础与所述电机本体之间设有一级转盘，所述一级转盘位于所述止推轴承的外侧；所述第一气体流道为沿所述一级端盖的周向均布的多个第一径向孔；所述第二气体流道包括沿所述固定基础的周向均布的多个第二径向孔、设置在所述一级端盖上的第一环槽和沿所述一级端盖的周向均布的多个第一轴向孔；多个所述第一径向孔的入口连通所述一级侧环形流道，多个所述第一轴向孔的出口和所述一级侧径向空气轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭学院，陈志凯，李佐良，黄海洋，冯健美，
申请(专利权)人：四川大川压缩机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：