CN102200118A - 一种机械涡轮组合泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械涡轮组合泵，其特征在于，它包括涡轮压气组件、增速器、高速电机以及控制器，涡轮压气组件连接在增速器上，电机与增速器采用联轴器同轴直联，控制器通过信号线联接电机。本发明可应用于新能源汽车燃料电池供风系统，解决了传统空气泵在压力、流量、效率、噪音、振动、清洁、体积方面的制约瓶颈，在新能源应用上有着广阔的前景和良好的社会经济效益。

Description

一种机械涡轮组合泵

技术领域

本发明涉及空气压缩机技术领域，具体的说是一种应用于空气需要增压的场合的空气增压组合泵。

背景技术

在一些特殊应用场合(如车载燃料电池供气系统)，对空气压缩机要求大流量体积比、输出气体清洁无油、高效率、低噪音、高响应、使用寿命长等。传统应用于空气增压的空气泵有：1.活塞式压缩机，由于它们的结构复杂且排气不连续，所以具有以下缺点：体积大、效率低、噪音大、运行不平稳、并且含油等缺点，主要用在工业上；2.回转式压缩机，由于密封较困难，因此具有噪音大、效率低、并且含油等缺点，主要用于制冷行业上。3.离心式压缩机，由于具有喘振特性和受到电机转速的限制，因此具有功率小、效率低、噪音大等缺点，它的应用范围较小。另外，传统的压缩机电机转速低，为了获得较大的转速，采用非直联的方式(如带轮或齿轮)增速，因此结构复杂，体积较大，效率较低。因此，传统的压缩机难以满足车用燃料电池发动机对空气泵的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅结构紧凑，效率高，转速高，噪音和振动低，寿命长，而且同时可获得高压力和大流量体积比的机械涡轮组合泵。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种机械涡轮组合泵，其特征在于，它包括涡轮压气组件、增速器、高速电机以及控制器，涡轮压气组件连接在增速器上，电机与增速器采用联轴器同轴直联，控制器通过信号线联接电机。

所述电机的端部设置有环型支撑，联轴器设置在该环型支撑内，环型支撑的另一端与增速器端面螺接。

所述电机采用直流无刷电机。

所述增速器采用油泵强制润滑冷却的摩擦式增速器，该摩擦式增速器的传动比为(12～14)∶1。

所述增速器中设置有太阳轮、行星轮以及太阳轮轴，太阳轮轴上同轴安装有一叶片泵，叶片泵外接配有散热结构的润滑油箱。

所述叶片泵由叶片泵壳体、油泵垫板、叶片轮、储油环、叶片组成，油泵垫板上开有四个凹槽，与叶片泵壳体形成四个空腔；叶片轮上开有十个径向凹槽，在凹槽上装上能沿径向自由滑动的叶片；储油环的内孔设计成不规则的偏心形状，内壁与叶片轮外表面构成一个月牙形空腔，月牙形的空腔由叶片分隔成十个扇形的密闭室。

所述叶片轮的中心设置有油泵转子轴，油泵转子轴通过联轴器与电机输出轴连接；增速器中设置有增速驱动板及其上连接的增速驱动环，叶片泵转子轴与增速驱动板连接。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1、本发明采用涡轮压气组件通过螺钉和螺母连接在增速组件上，电机与增速组件采用联轴器同轴直联，控制器通过信号线联接电机，控制器控制电机旋转，通过增速器对输出轴进行增速，涡轮压气组件在输出轴的带动下高速旋转压缩气体，从而实现气体增压；通过控制器调整电机的转速可以无延迟精确调整组合泵的输出功率和避免喘振。

2、本发明采用涡轮压缩机结构压缩和输出气体，由于涡轮压缩机的压缩工作过程是连续工作，没有吸气和排气冲程，因此运行平稳，噪音振动低，输出气体脉动小。

3、本发明高速电机采用直流无刷电机，其转速高达15000RPM，扭矩大，相应快，经过优化设计的控制器和电机的效率高，可以无延迟精确调整组合泵的输出功率和避免喘振。

4、增速器采用油泵强制润滑冷却的摩擦式增速器，其传动比高，传动效率高(可达85％以上)，反应快，其特殊结构的集成式油泵对增速机构进行强制润滑和冷却，噪音和振动低，保证了其运行寿命，其密封设计保证润滑油不会泄漏到涡轮压气组件，从而保证了压缩气体清洁无油。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明的叶片泵结构示意图。

附图标记说明：1、涡轮压气组件 2、增速器 3、电机 4、联轴器5、环型支撑 6、叶片泵 6-1、叶片泵壳体 6-2、油泵垫板 6-3、叶片轮 6-4、储油环 6-5、叶片 7、油泵转子轴 8、增速驱动环

具体实施方式

如图1～图3所示，本发明一种机械涡轮组合泵，它包括涡轮压气组件1、增速器2、高速电机3以及控制器，涡轮压气组件1连接在增速器2上，电机3与增速器2采用弹性联轴器4同轴直联，控制器通过信号线联接电机。电机的端部设置有环型支撑5，联轴器4设置在该环型支撑5内，环型支撑5的另一端与增速器2端面螺接。本实施例中，机械涡轮组合泵应用于新能源燃料电池用涡轮压缩机，采用5.5KW高速直流无刷电机(转速15000RPM)，增速器传动比12.67∶1，涡轮转速达到190000RPM，可获得1.8m3/min的流量和170KPa的输出压力，输出气体含油量小于0.8PPM，控制响应时间小于1.5s，噪音小于76db(A)，整机重量在22Kg以下。增速器2中设置有太阳轮、行星轮以及太阳轮轴，太阳轮轴上同轴安装有一叶片泵6，叶片泵6外接配有散热结构的润滑油箱。叶片泵6由叶片泵壳体6-1、油泵垫板6-2、叶片轮6-3、储油环6-4、叶片6-5组成，油泵垫板6-2上开有四个凹槽，与叶片泵壳体形成四个空腔A、B、C、D；叶片轮6-3上开有十个径向凹槽，在凹槽上装上能沿径向自由滑动的叶片6-5；储油环6-4的内孔设计成不规则的偏心形状，内壁与叶片轮外表面构成一个月牙形空腔，月牙形的空腔由叶片分隔成十个扇形的密闭室。叶片轮的中心设置有油泵转子轴7，油泵转子轴7通过联轴器与电机输出轴连接；增速器中设置有增速驱动板及其上连接的增速驱动环8，叶片泵转子轴与增速驱动板连接。

使用过程中，控制器控制电机旋转，通过增速器对输出轴进行增速，涡轮压气组件在输出轴的带动下高速旋转压缩气体，从而实现气体增压；通过控制器调整电机的转速可以无延迟精确调整组合泵的输出功率和避免喘振。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种机械涡轮组合泵，其特征在于，它包括涡轮压气组件、增速器、高速电机以及控制器，涡轮压气组件连接在增速器上，电机与增速器采用联轴器同轴直联，控制器通过信号线联接电机。

2.根据权利要求1所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，联轴器设置在该环型支撑内，环型支撑的另一端与增速器端面螺接。

3.根据权利要求1所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，所述电机采用直流无刷电机。

4.根据权利要求1所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，所述增速器采用油泵强制润滑冷却的摩擦式增速器，该摩擦式增速器的传动比为(12～14)∶1。

5.根据权利要求1所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，所述电机所述增速器中设置有太阳轮、行星轮以及太阳轮轴，太阳轮轴上同轴安装有一叶片泵，叶片泵外接配有散热结构的润滑油箱。

6.根据权利要求5所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，所述叶片泵由叶片泵壳体、油泵垫板、叶片轮、储油环、叶片组成，油泵垫板上开有四个凹槽，与叶片泵壳体形成四个空腔；叶片轮上开有十个径向凹槽，在凹槽上装上能沿径向自由滑动的叶片；储油环的内孔设计成不规则的偏心形状，内壁与叶片轮外表面构成一个月牙形空腔，月牙形的空腔由叶片分隔成十个扇形的密闭室。

7.根据权利要求5所述的机械涡轮组合泵，其特征在于，所述叶片轮的中心设置有油泵转子轴，油泵转子轴通过联轴器与电机输出轴连接；增速器中设置有增速驱动板及其上连接的增速驱动环，叶片泵转子轴与增速驱动板连接。

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