用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构及旋转控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构及旋转控制方法，包括旋转轴和电机壳体；电机壳体为盘状，由两个圆板和一圆筒围成；两圆板上设有与圆筒同轴的安装孔；旋转轴穿过电机壳体；两圆板的外侧均设有第一限位块，旋转轴上固定设有第二限位块，第二限位块具有与第一限位块相适配的形状；第一限位块和第二限位块用于限制旋转轴的轴向位置和径向位置；当旋转轴与电机壳体同轴时，第一限位块与第二限位块之间形成厚度介于0.02到1毫米的间隙，该间隙围绕第一限位块的外周；第一限位块上设有第一喷孔，第一喷孔朝向第二限位块，以在间隙内形成气膜；第一喷孔用于与高压气源连通。本发明专利技术能够适用于燃料电池的空气压缩机的高速转动。缩机的高速转动。缩机的高速转动。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构及旋转控制方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及燃料电池空气压缩机
，特别是一种用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构及旋转控制方法。
[0003]
技术介绍

[0004]氢能源是目前已知的最清洁的能源，由于氢燃料电池在发电的过程中，能量转换效率高于卡诺循环的效率，氢燃料电池汽车也是最理想的新能源汽车。
[0005]在氢燃料电池汽车上，现有的设计方案为，以罐装氢气和经空气压缩机压缩的高压空气供给燃料电池，从而实现将氢能转化为电能。为了提供充足的高压空气，就需要空气压缩机以高速转动，通常需要空气压缩机以上万转每分钟的转速转动。而在大功率的需求时，甚至需要以近十万每分钟的转速高速转动。而对于动力性要求较高的车辆，对于空气压缩机的转速要求则更高。
[0006]在现有技术中，常用的旋转支撑件为轴承，而通常轴承是以滚动接触或滑动接触的方式进行支撑。而这两种轴承都无法承受高速转动，一则是阻力过大，通常的润滑方式作用不大，无法达到要求的转速；二则是摩擦产生的温度过高，常规的冷却方法不足以达到相应的降温效果。现有技术中，虽然有空气轴承、磁悬浮轴承在其他领域应用，但难以满足空气压缩机对于转轴稳定性的要求，因而无法直接应用于空气压缩机。
[0007]如何设计一种能够适用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，是本领域亟待解决的重要问题之一。
[0008]
技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构及旋转控制方法，以解决现有技术中的不足，它能够适用于燃料电池的空气压缩机的高速转动。
[0010]本专利技术提供了一种用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，用于盘式电机带动的空气压缩机，包括旋转轴和电机壳体；所述电机壳体为盘状，由两个圆板和一圆筒围成；两所述圆板上设有与所述圆筒同轴的安装孔；所述旋转轴穿过所述电机壳体；所述旋转轴的直径比所述电机壳体小0.04到2毫米；两所述圆板的外侧均设有第一限位块，所述旋转轴上固定设有第二限位块，所述第二限位块具有与所述第一限位块相适配的形状；所述第一限位块和所述第二限位块用于限制所述旋转轴的轴向位置和径向位置；当所述旋转轴与所述电机壳体同轴时，所述第一限位块与所述第二限位块之间形成厚度介于0.02到1毫米的间隙，该间隙围绕所述第一限位块的外周；
所述第一限位块上设有第一喷孔，所述第一喷孔朝向所述第二限位块，以在所述间隙内形成气膜；所述第一喷孔用于与高压气源连通。
[0011]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第一限位块为向外凸起的圆环状；所述第二限位块上设有环形槽，所述环形槽与所述第一限位块相适配，形成所述间隙；所述间隙包括第一腔体、第二腔体和第三腔体；所述第一腔体形成于所述第一限位块的外周与所述第二限位块上的环形槽的内侧壁之间，其形状为圆筒状；所述第二腔体形成于所述旋转轴与所述安装孔之间，其形状为圆筒状；所述第三腔体形成于所述第一限位块的端面与所述环形槽的底面之间，其形状为圆环形；所述第三腔体分别与所述第一腔体和所述第二腔体连通；所述第一腔体远离所述第三腔体的一侧，和所述第二腔体远离所述第三腔体的一侧均设有开口。
[0012]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述电机壳体上设有排气孔，以使经所述第二腔体进入所述电机壳体内的高压气体能够由所述排气孔排出。
[0013]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第一限位块内设有环形气腔，所述环形气腔与外部高压气源连通；所述圆板上嵌设有用于连接所述环形气腔与外部高压气源的气道；所述第一限位块上设有喷气槽，所述喷气槽为环形，设置于所述第一限位块的外端面上，且所述喷气槽的中心线与所述第一限位块的中心线重合；所述第一喷孔设置于所述喷气槽内。
[0014]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第一限位块上还设有第二喷孔和第三喷孔，所述第二喷孔和所述第三喷孔均沿所述第二限位块的径向方向设置；所述第二喷孔的一端与所述环形气腔连通，另一端朝向所述旋转轴；且多个所述第二喷孔绕所述第一限位块的中心线的圆周方向均匀分布；所述第三喷孔的一端与所述环形气腔连通，另一端朝向背离所述旋转轴的方向，且多个所述第三喷孔绕所述第一限位块的圆周方向均匀分布。
[0015]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第二喷孔的直径小于所述第三喷孔的直径；且，所述第二喷孔的数量和所述第三喷孔的数量均不小于6个；每个所述第二喷孔内设有第一控制阀，每个所述第二喷孔内设有第二控制阀；所述第一控制阀和所述第二控制阀用于控制各所述第一喷孔和所述第二喷孔的通气量，以调节所述旋转轴的轴向位置。
[0016]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第一限位块的外侧的内边沿和外边沿处均设有圆弧倒角。
[0017]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述第二限位块的外周上设有支撑孔，所述支撑孔沿所述第二限位块的径向设置，且所述支撑孔靠近所述旋转轴的一端为球面孔；所述支撑孔内设有滚珠、弹簧、支撑块和固定块；所述固定块用于固设于所述支撑孔远离所述球面孔的一端；所述支撑块滑动设置于所述支撑孔内，所述弹簧的一端与所述固定块连接，所述弹簧的另一端与所述支撑块连接；所述支撑块朝向所述球面孔的一侧设有球窝；所述滚珠设置于所述球窝处，且所述滚珠突出于所述球面孔远离所述支撑块的一端。
[0018]如上所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其中，可选的是，所述支撑孔的数量为多个，多个所述支撑孔沿所述第二限位块的周向均匀分布。
[0019]本专利技术还提出了一种用于上述任一项所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构的旋转控制方法，其中，包括如下步骤，S1，向两所述旋转支撑结构充入第一压力的气体；S2，驱动所述旋转轴以第一转速转动；S3，获取旋转轴的位置，判断旋转轴的位置是否处于预设范围内；若是，执行步骤S4，若否，执行步骤S5；S4，逐渐增加充入所述旋转支撑结构的气体的压力致第二压力，并提高所述旋转轴的转速至第二转速；进入步骤S6；S5，以不同幅度逐渐增加两所述旋转支撑结构内的气体压力，和/或，调节不同第一喷气孔、不同第二喷气孔和/或不同第三喷气孔的开度，直到将所述旋转轴调节至所述预设范围内；进入步骤S4；S6，获取转速控制指令，并按所述转速控制指令调节所述旋转轴的转速。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：1，由于设置了第一限位块和第二限位块，利用在第一限位块和第二限位块之间形成间隙，利用在该间隙中形成的气膜，防止第一限位块和第二限位块之间接触；从而避免旋转轴与电机壳体之间产生干涉，从而实现空气压缩机高达十余万转的转速。
[0021]2，通过本专利技术的设置，使气膜的面积较大，有利于保证第一限位块受到的来自各个方向的分力较大，以保证旋转轴在高速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，用于盘式电机带动的空气压缩机，包括旋转轴（1）和电机壳体（2）；所述电机壳体（2）为盘状，由两个圆板（21）和一圆筒（22）围成；两所述圆板（21）上设有与所述圆筒（22）同轴的安装孔（23）；所述旋转轴（1）穿过所述电机壳体（2）；其特征在于：所述旋转轴（1）的直径比所述电机壳体（2）的安装孔（23）小0.04到2毫米；两所述圆板（21）的外侧均设有第一限位块（24），所述旋转轴（1）上固定设有第二限位块（11），所述第二限位块（11）具有与所述第一限位块（24）相适配的形状；所述第一限位块（24）和所述第二限位块（11）用于限制所述旋转轴（1）的轴向位置和径向位置；当所述旋转轴（1）与所述电机壳体（2）同轴时，所述第一限位块（24）与所述第二限位块（11）之间形成厚度介于0.02到1毫米的间隙（3），该间隙（3）围绕所述第一限位块（24）的外周；所述第一限位块（24）上设有第一喷孔（241），所述第一喷孔（241）朝向所述第二限位块（11），以在所述间隙（3）内形成气膜；所述第一喷孔（241）用于与高压气源连通。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其特征在于：所述第一限位块（24）为向外凸起的圆环状；所述第二限位块（11）上设有环形槽（111），所述环形槽（111）与所述第一限位块（24）相适配，形成所述间隙（3）；所述间隙（3）包括第一腔体（31）、第二腔体（32）和第三腔体（33）；所述第一腔体（31）形成于所述第一限位块（24）的外周与所述第二限位块（11）上的环形槽（111）的内侧壁之间，其形状为圆筒状；所述第二腔体（32）形成于所述旋转轴（1）与所述安装孔（23）之间，其形状为圆筒状；所述第三腔体（33）形成于所述第一限位块（24）的端面与所述环形槽（111）的底面之间，其形状为圆环形；所述第三腔体（33）分别与所述第一腔体（31）和所述第二腔体（32）连通；所述第一腔体（31）远离所述第三腔体（33）的一侧，和所述第二腔体（32）远离所述第三腔体（33）的一侧均设有开口。3.根据权利要求2所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其特征在于：所述电机壳体（2）上设有排气孔（25），以使经所述第二腔体（32）进入所述电机壳体（2）内的高压气体能够由所述排气孔（25）排出。4.根据权利要求3所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其特征在于：所述第一限位块（24）内设有环形气腔，所述环形气腔与外部高压气源连通；所述圆板（21）上嵌设有用于连接所述环形气腔与外部高压气源的气道；所述第一限位块（24）上设有喷气槽（242），所述喷气槽（242）为环形，设置于所述第一限位块（24）的外端面上，且所述喷气槽（242）的中心线与所述第一限位块（24）的中心线重合；所述第一喷孔（241）设置于所述喷气槽（242）内。5.根据权利要求4所述的用于燃料电池空气压缩机的旋转支撑结构，其特征在于：所述第一限位块（24）上还设有第二喷孔（243）和第三喷孔（244），所述第二喷孔（243）和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成军，
申请(专利权)人：杨成军，
类型：发明
国别省市：