CN101994721A - 燃料电池压缩机的简化外壳 - Google Patents

Abstract

一种压缩机，包括具有布置在主轴上的推力盘的轴组件，和具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一和第二部分适于接收所述轴组件并将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在外壳内，并且其中所述第一部分和所述第二部分的至少一个包括用于接收所述推力盘的轴组件保持特征，以调节所述轴组件的运动。

Description

燃料电池压缩机的简化外壳

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，更特别地，本发明是针对燃料电池系统的压缩机以及制造所述压缩机的方法。

背景技术

燃料电池压缩机技术的一种情形是典型地安装有空气轴承，目的是为燃料电池组产生无油的空气支撑。轴向空气轴承(推力轴承)定位在接近压缩机级，并且需要静止外壳部分，该静止外壳部分布置在邻近推力轴承的前侧以及处于旋转的压缩机叶轮和旋转的推力盘之间。

通常，压缩机的所有旋转部件在压缩机组装之前一起定位在公共轴组件上，该轴组件具有高精确平衡性。一旦已使该轴组件平衡，为保持其平衡性轴组件不得拆卸。一个问题是，由于传统的推力轴承不能在旋转部件被组装后被放置就位，所以所述推力轴承的静止前侧必须成为所述轴组件的一部分。

期望发展一种压缩机和制造所述压缩机的方法，其中压缩机包括具有第一部分和第二部的分离式外壳，以能够平衡旋转轴组件，但不使推力轴承松弛地悬挂在所述轴组件上。

发明内容

与本发明协调一致，已经令人惊讶的发现一种压缩机和一种制造所述压缩机的方法，其中所述压缩机包括具有第一部分和第二部的分离式外壳，以能够在不使推力轴承松弛地悬挂在轴组件上的情况下而使该旋转的轴组件平衡。

在一个实施例中，一种压缩机，包括具有布置在主轴上的推力盘的轴组件和具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳中，并且其中所述第一部分和第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘从而调节所述轴组件的动作。

在一个其它的实施例中，一种压缩机，包括：具有布置在主轴上的推力盘的轴组件；具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳中，并且中所述第一部分和所述第二部分中的每一个都包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘从而调节所述轴组件的运动；和，具有第一部件和第二部件的推力空气轴承，其中所述推力空气轴承的第一部件在轴组件保持特征和推力盘之间布置在外壳的第一部分中，而所述推力空气轴承的第二部件在轴组件保持特征和推力盘之间布置在外壳的第二部分中。

本发明也提供制造压缩机的方法。

一种方法，包括如下步骤，提供适于接收压缩机的轴组件的外壳的第一部分，其中所述轴组件包括推力盘；可旋转地将所述轴组件布置在外壳的第一部分中；提供适于接收所述压缩机的轴组件的外壳的第二部分；将所述外壳的第二部分联接到所述第一部分以将轴组件围在它们之间，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘从而调节所述轴组件的运动。

本发明还提供了以下技术方案：

技术方案1.一种压缩机，包括：

轴组件，所述轴组件包括布置在主轴上推力盘；和

具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一部分和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳内，并且其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动。

技术方案2.根据技术方案1所述的压缩机，进一步包括联接到所述第一部分和所述第二部分中的至少一个上的蜗壳，所述蜗壳包括导向流体流的流体导管，其中所述流体流通过所述轴组件产生。

技术方案3.根据技术方案1所述的压缩机，进一步包括布置在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间的无油空气轴承。

技术方案4.根据技术方案1所述的压缩机，其中所述轴组件包括叶轮和转子中的至少一个。

技术方案5.根据技术方案1所述的压缩机，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括用于使压缩机产生的热量散失的冷却特征。

技术方案6.根据技术方案5所述的压缩机，其中所述冷却特征是形成在所述第一部分和所述第二部分中的至少一个内的多个冷却通道。

技术方案7.根据技术方案1所述的压缩机，进一步包括布置在所述外壳的所述第一部分和所述第二部分之间的密封元件。

技术方案8.根据技术方案1所述的压缩机，进一步包括布置为围绕所述轴组件圆周的无油空气轴承。

技术方案9.根据技术方案8所述的压缩机，其中所述外壳的所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括用于使所述无油空气轴承保持在大致静止位置的保持特征。

技术方案10.根据技术方案1所述的压缩机，进一步包括马达，所述马达具有形成在其中的孔，其中所述轴组件的所述主轴被布置为在所述孔中穿过。

技术方案11.一种压缩机，包括：

轴组件，所述轴组件包括布置在主轴上推力盘；

具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一部分和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳内，并且其中所述第一部分和所述第二部分的每一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动；和

具有第一部件和第二部件的推力空气轴承，其中所述推力空气轴承的所述第一部件在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间布置在外壳的第一部分中，所述推力空气轴承的所述第二部件在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间布置在外壳的第二部分中。

技术方案12.根据技术方案11所述的压缩机，进一步包括联接到所述第一部分和所述第二部分中的至少一个上的蜗壳，所述蜗壳包括导向流体流的流体导管，其中所述流体流通过所述轴组件产生。

技术方案13.根据技术方案11所述的压缩机，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括使压缩机产生的热量散失的冷却特征。

技术方案14.根据技术方案13所述的压缩机，其中所述冷却特征是形成在所述第一部分和所述第二部分中的至少一个内的多个冷却通道。

技术方案15.根据技术方案11所述的压缩机，进一步包括布置在所述外壳的所述第一部分和所述第二部分之间的密封元件。

技术方案16.根据技术方案11所述的压缩机，进一步包括布置为围绕所述轴组件圆周的无油空气轴承。

技术方案17.根据技术方案16所述的压缩机，其中所述外壳的所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括用于将所述无油空气轴承保持在大致静态位置的保持特征。

技术方案18.一种制造压缩机的方法，所述方法包括如下步骤：

提供适于接收所述压缩机的轴组件的外壳的第一部分，其中所述轴组件包括推力盘；

可旋转地将所述轴组件布置在所述外壳的所述第一部分中；

提供适于接收所述压缩机的轴组件的外壳的第二部分；和

将所述外壳的所述第二部分联接到所述第一部分以将所述轴组件围在它们之间，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动。

技术方案19.根据技术方案18所述的方法，进一步包括将蜗壳联接到所述第一部分和所述第二部分中的至少一个的步骤，所述蜗壳包括导向流体流的流体导管，其中所述流体流通过所述轴组件产生。

技术方案20.根据技术方案18所述的方法，进一步包括在所述轴组件保持特征和所述轴组件的一部分之间布置的无油空气轴承。

附图说明

从以下结合附图的对优选实施例的详细说明中，本发明的上述以及其它有益效果将变得对于本领域技术人员来说将是显然的，其中：

图1是根据本发明的一个是实施例的压缩机立体图；

图2是图1所示的压缩机的俯视横截面图；

图3是图1所示的压缩机的分解立体图；

图4是图1所示的压缩机的分解侧面横截面图。

具体实施方式

以下的详细说明和附图描述并举例说明了本发明的各种实施例，该说明和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并不意在以任何形式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所提出的步骤本质上是示例性的，因此，步骤的顺序不是必然的或重要的。

图1-4示出了根据本发明一个实施例的压缩机10，所述压缩机10通常结合到车辆的燃料电池系统(未示出)中。然而，所述压缩机10可与其它系统和应用一起使用。如图所示，所述压缩机10包括联接到分离式外壳14上的蜗壳12，该分离式外壳14具有第一部分16和第二部分18。如图2更清楚的显示，所述压缩机10进一步包括马达20和轴组件22。可以理解的是，所述压缩机10可包括附加部件，例如密封件，电路，和温度调节元件。

所述蜗壳12被联接到外壳14的第一端24，以接收和导向流体流。作为非限制的例子，蜗壳12使用例如那些制造的具有Axi-rad商标的紧固件和保持装置连接到所述外壳14。作为进一步的例子，紧固件可与蜗壳12、第一部分16和第二部分18的至少一个整体形成，其它联接上述部件的方式也可使用。如图所示，所述蜗壳12具有包括流体导管28的单件式本体26，该流体导管28具有进口30和出口32，所述进口30沿所述压缩机10的中心轴线A-A布置，所述出口32布置在所述流体导管28的出口端34。在该实施例中，所述流体导管28具有大致螺旋的形状。然而，可以理解的是蜗壳12和相关联的流体导管28可具有形状、尺寸和横截面面积。作为非限制的实施例，蜗壳12可由例如上蜗壳部件和下蜗壳部件之类的多个部件形成，其中所述蜗壳部件的组合提供与具有单件式本体的蜗壳基本上相同的操作。

如图所示，所述第一部分16和所述第二部分18中每一个分别包括主体36、136，冷却罩38、138，和形成在主体36、136和冷却罩38、138之间的多个冷却剂通道40、140。每个外壳部分16、18的主体36、136被形成为接收所述压缩机10的特定部件，例如马达20和所述轴组件22。作为进一步的例子，所述主体36、136的内壁限定了邻近所述冷却剂通道40、140的马达腔42。

每个外壳部分16、18的主体36、136包括轴组件保持特征44、144，该轴组件保持结构44、144具有前侧壁46、146和后侧壁48、148。如图所示，所述轴组件保持特征44、144大体上是盘形通道。然而，所述轴组件保持特征44、144可具有任意形状和尺寸。附加地，推力空气轴承50或者“气体轴承”布置在邻近所述轴组件保持特征44、144的前侧壁46、146和后侧壁48、148的每一个。然而，任何结构都可用于提供推力空气轴承50的静止安装面。在一些实施例中，推力空气轴承50的每一个被分成第一部件50a和第二部件50b。作为非限制的例子，每个推力空气轴承50的所述第一部件50a具有半环盘的形状。类似的，每个推力空气轴承50的所述第二部件50b具有与相关的第一部件50a相应的半环盘的形状。然而，应当理解的是，推力空气轴承50可具有任意尺寸和形状并且可将其分成任意个部分、部件和形状。每个外壳部分16、18的所述主体36、136可进一步包括多个保持特征51以静止地固定所述压缩机10的轴承部件。作为非限制的例子，所述多个保持特征51是多个保持槽。应当理解的是，所述多个保持特征51可具有任何尺寸和形状。应当进一步理解的是其它的保持特征也可使用。

所述马达20通常是适于驱动轴组件22的电动定子马达。然而，其它马达也可使用。如图所示，马达20布置外壳14内并邻近多个冷却剂通道40、140，多个冷却剂通道40、140形成在外壳14的主体36、136内。此外，轴组件22还被布置为通过形成在马达20的定子内的中心孔(未示出)。

所述轴组件22布置在外壳14内，并且适于在其中自由地旋转。如图所示，轴组件22包括具有叶轮54的主轴52，该叶轮54形成在邻近主轴的第一端56，并且推力盘58与叶轮54间隔开。此外，转子60布置在主轴52上并且与马达20的一部分对准。然而，应当理解的是，具有任意构造和排列的任何轴组件都可使用并且分离式外壳14可被形成为接收各种轴组件。作为非限制的例子，所述叶轮54和推力盘58可通过拉杆联接在一起，并且所述轴组件22的剩余部分形成在长管内(未示出)。如此，转子60布置在轴组件22的上述管的内部，其中所述管与所述连杆联接。应当进一步理解的是，主轴52可具有任意尺寸和形状，并且可使用任意构造联接轴组件22的任意部件。

在一些实施例中，推力盘58布置在邻近与所述第一端56相对形成的第二端61。在其它的实施例中，放大器(未示出)布置在邻近第二端61并与所述叶轮54相对，使得放大器的作用是回收在储存在加压气流中的能量，并且将存储的能量转换为所述轴的旋转能量(类似于燃烧发动机的传统涡轮增压器)。应当理解的是，可包括任意数量的推力盘、转子和叶轮。应当进一步理解的是，叶轮54、推力盘58和转子60可定位在沿所述主轴52的任意位置。

在该实施例中，多个轴颈轴承62布置在主轴52上以支撑轴组件22在外壳14中的旋转。如图所示，两个轴颈轴承62沿主轴52布置，在转子62的每一侧布置一个轴颈轴承62。作为非限制的例子，多个轴颈轴承62是无油空气轴承或者“气体”轴承。作为进一步的例子，多个轴颈轴承62可包括在其上整体地形成的保持特征64。如图所示，每个轴颈轴承62的保持特征64是“键”突出部或具有预先确定的形状的肋，以与外壳14的相应的保持特征51对准。

使用时，轴组件22的主轴52形成为带有叶轮54、推力盘58和转子60。如此，使主轴52平衡而用于高效旋转。一旦平衡，多个轴颈轴承62被引导到主轴52上并且布置在预先确定的与外壳14的多个保持特征51相关的位置。作为进一步的非限制例子，可包括错误检验步骤以保证多个轴颈轴承62的旋转方向是正确的。在一个实施例中，轴组件22的主轴52被引导穿过马达20的所述孔，以使马达20围绕转子60“安装”。

同时，外壳14的第一部分16被稳固在装配态或固定装置上，并且多个推力空气轴承50的多个第一部件50a与所述第一部分连接。作为非限制的例子，在轴组件保持特征44的所述前侧壁46和后侧壁48上的每一个上布置多个推力空气轴承50的多个第一组件50a的其中一个，该轴组件保持特征44形成在外壳14的第一部分16内。在某些实施例中，密封元件(未示出)布置在外壳14的第一部分16上，以在外壳14的第一部分16和第二部分18之间形成不漏流体的密封。

一旦多个推力空气轴承50的多个第一部件50a被固定，包括多个轴颈轴承62的轴组件22布置在外壳14的第二部分18内。特别地，多个轴颈轴承62的多个保持特征64的每一个与外壳14的适当保持特征51对准，并且推力盘58被轴组件保持特征44接收。作为非限制的例子，多个保持特征51形成在外壳的14的第一部分16内，使得第一部分16和第二部分18的联接将多个轴颈轴承62固定在大致静止的位置。

此外，多个推力空气轴承50的多个第二部件50b还联接到的轴组件保持特征144的前侧壁146和后侧壁148的每一个上，该轴组件保持特征144形成在外壳14的第二部分18内。外壳14的第一部分16和第二部分18被联接在一起以将马达20和旋转的轴组件22围在其中。作为非限制的例子，外壳14的第一部分16和第二部分18用多个例如那些制造的具有Axi-rad商标的紧固件和保持装置联接。作为进一步的例子，多个紧固件可与蜗壳12、第一部分16和第二部分18中的至少一个整体地形成。其它用于联接多个部件的手段也可使用。应当理解的是，可包括附加的质量控制步骤以核实轴组件22的自由旋转运动和适当的轴向以及径向运动。然后蜗壳12联接到外壳14以围住轴组件22的叶轮54，并提供适当的流体动力。

具有的分离式外壳14的压缩机10提供了在不使推力轴承50松弛地悬挂于旋转的轴组件22上的情况下而使旋转的轴组件22的平衡的手段。此外，压缩机10还提供多个保持特征51、64以最小化多个轴颈空气轴承62的旋转。进一步，压缩机10的分离式外壳14提供用于简化的冷却系统输入/输出和腔密封的手段。

由前面的描述，本领域技术人员能容易的发现本发明的本质特征，并在不脱离本发明的精神和范围内，对本发明作出各种改变或者修改以适应其各种用法和条件。

Claims (10)

1.一种压缩机，包括：

轴组件，所述轴组件包括布置在主轴上推力盘；和

具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一部分和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳内，并且其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动。

2.根据权利要求1所述的压缩机，进一步包括联接到所述第一部分和所述第二部分中的至少一个上的蜗壳，所述蜗壳包括导向流体流的流体导管，其中所述流体流通过所述轴组件产生。

3.根据权利要求1所述的压缩机，进一步包括布置在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间的无油空气轴承。

4.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述轴组件包括叶轮和转子中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的压缩机，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括用于使压缩机产生的热量散失的冷却特征。

6.根据权利要求5所述的压缩机，其中所述冷却特征是形成在所述第一部分和所述第二部分中的至少一个内的多个冷却通道。

7.根据权利要求1所述的压缩机，进一步包括布置在所述外壳的所述第一部分和所述第二部分之间的密封元件。

8.根据权利要求1所述的压缩机，进一步包括布置为围绕所述轴组件圆周的无油空气轴承。

9.一种压缩机，包括：

轴组件，所述轴组件包括布置在主轴上推力盘；

具有第一部分和第二部分的外壳，所述第一部分和第二部分适于接收所述轴组件，并且将所述轴组件围在它们之间，其中所述轴组件可旋转地布置在所述外壳内，并且其中所述第一部分和所述第二部分的每一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动；和

具有第一部件和第二部件的推力空气轴承，其中所述推力空气轴承的所述第一部件在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间布置在外壳的第一部分中，所述推力空气轴承的所述第二部件在所述轴组件保持特征和所述推力盘之间布置在外壳的第二部分中。

10.一种制造压缩机的方法，所述方法包括如下步骤：

提供适于接收所述压缩机的轴组件的外壳的第一部分，其中所述轴组件包括推力盘；

可旋转地将所述轴组件布置在所述外壳的所述第一部分中；

提供适于接收所述压缩机的轴组件的外壳的第二部分；和

将所述外壳的所述第二部分联接到所述第一部分以将所述轴组件围在它们之间，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包括轴组件保持特征，所述轴组件保持特征用于接收所述推力盘以调节所述轴组件的运动。

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