CN109869330A - 一种两级电动压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级电动压气机，包括第一级压气机壳体、第二级压气机壳体、电机以及蜗壳，第一级压气机壳体和第二级压气机壳体组成压气机壳体，第一级压气机壳体和第二级压气机壳体均包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体之间形成空气通道，该压气机实现了两级空气压缩，并且有效降低级间气体流速、温度、改善气流均匀性，以减少流动损失、提升压气机效率、提高压气机增压能力。

Description

一种两级电动压气机

技术领域

本发明涉及燃料电池电动增压技术领域，具体涉及两级电动压气机。

背景技术

20世纪以来，能源消耗、环境污染等问题日益严重，使用传统化石燃料的发动机行业面临巨大挑战，在此背景下新能源动力技术迅猛发展，作为其中非常有应用前景的燃料电池技术更是得到广泛关注。为了提升燃料电池的功率密度，其配备的电动压气机的性能便变得十分重要。

燃料电池电动压气机通过消耗其本身发出的电能来使高速电机旋转用以驱动压气机工作，从而在单位时间内可供给燃料电池更多的空气，使燃料电池反应速度更快，功率密度更高。然而，由于高速电机技术的限制，通过单级压气机很难实现燃料电池所需的压比，因此使用两级连续增压压气机便成为一种现行的解决方案。

如何改善两级电动压气机级间的流动损失和冷却效果以及提高高压级压气机入口气流的均匀性对两级电动压气机整机性能的提升至关重要，是目前燃料电池压气机急需解决的问题。

发明内容

本发明针对以上的问题提出了一种两级电动压气机，可有效降低级间气体流速、改善气流均匀性，以减少流动损失、提升压气机效率、提高压气机增压能力。

本发明采用的技术手段如下：

一种两级电动压气机，包括第一级压气机壳体、第二级压气机壳体、电机以及蜗壳；所述第一级压气机壳体包括第一内壳体和第一外壳体，所述第一内壳体与第一外壳体之间设有第一空气通道，所述第一外壳体上设有第一进气口；所述第二级压气机壳体包括第二内壳体和第二外壳体，所述第二内壳体与第二外壳体之间设有第二空气通道，所述第二内壳体上设有第二进气口；所述第一级压气机壳体和所述第二级压气机壳体连接，所述第一内壳体与第二内壳体形成电机容纳腔，所述电机置于所述电机容纳腔内；所述电机包括电机转子、电机定子和冷却水套，所述电机转子的转轴上沿轴向依次设有第一级叶轮、第一轴承密封组件、电机转子、第二轴承密封组件以及第二级叶轮，所述冷却水套套在电机定子的外侧，所述电机定子套在所述电机转子外侧，所述第一级叶轮和第一轴承密封组件置于电机容纳腔中靠近第一进气口的一端，所述第二级叶轮和第二轴承密封组件置于电机容纳腔中靠近第二进气口的一端，所述第一轴承密封组件与冷却水套的一端固定连接，所述冷却水套与第一轴承密封组件连接的一端还与第一内壳体连接，所述冷却水套的另一端连接有第二轴承密封组件和蜗壳，所述蜗壳上设有蜗壳进气口和蜗壳出气口，所述蜗壳进气口与第二进气口连接，所述蜗壳出气口设置在所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处；所述第一进气口、第一空气通道、第二空气通道、第二进气口、涡壳进气口、蜗壳以及蜗壳出气口形成了压气机的空气流通通道。

进一步地，所述第一空气通道包括空气运动方向与电机转子的转轴的轴线方向垂直的径向空气通道、与电机转子的转轴的轴线方向平行的轴向空气通道以及连接所述径向空气通道和轴向空气通道的圆弧空气通道，所述圆弧空气通道处设有第一级导流叶片；所述第一空气通道和第二空气通道中还设有第二级导流叶片。

进一步地，所述第一级导流叶片的叶形为弧形，所述第一级导流叶片均布在第一内壳体的外壁上；所述第二级导流叶片为轴流“机翼型”导流叶片，所述第二级导流叶片设置在第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处。

进一步地，所述第一级压气机壳体外壁和所述第二级压气机壳体外壁上均设有散热肋片。

进一步地，所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处设有第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口，所述第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口对称的置于电机的两侧，蜗壳出气口穿过所述第一椭圆形豁口与燃料电池的进气管连接，电机管线穿过第二椭圆形豁口与外部对应管线连接。

进一步地，所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体之间通过螺栓和压板连接。

与现有技术比较，本发明所述的两级电动压气机具有以下有益效果：1、本发明公开的电动压气机的壳体包括第一级压气机壳体和第二级压气机壳体，两级压气机壳体内设有空气流道，有效的降低了级间气体流速，改善两级压气机间气流的均匀性，提升了第二级压气机的气动效率；2、在第一外壳体和第二外壳体上设置散热肋片，增加了流体散热，降低第一空气通道和第二空气通道内的气流温度，有利于第二级压气机的压缩做功，增加第二级压气机的做功能力。

附图说明

图1为本发明所提供两级电动压气机的结构图；

图2为本发明所提供第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接后的结构图；

图3为本发明所公开的电机的结构图。

图4为蜗壳的结构图；

图5为本发明公开的两级电动压气机去掉第一外壳体和第二外壳体后的结构图。

图中：1、第一级压气机壳体，10、第一内壳体，11、第一外壳体，12、第一空气通道，120、竖直空气通道，121、水平空气通道，122、圆弧空气通道，13、第一进气口，14、第一导流叶片，15、第二导流叶片；

2、第二级压气机壳体，20、第二内壳体，21、第二外壳体，22、第二空气通道，23、第二进气口；

3、电机，30、电机转子，31、电机定子，32、冷却水套，33、第一级叶轮，34、第一轴承密封组件，341、连接盘，342、迷宫式气封，343、端盖，344、轴承，35、第二轴承密封组件，36、第二级叶轮；

4、蜗壳，40、蜗壳进气口，41、蜗壳出气口；

50、电机容纳腔，51、散热肋片，52、第一椭圆形豁口，53、第二椭圆形豁口。

具体实施方式

如图1至图3所示为本发明公开的两级电动压气机，包括第一级压气机壳体1、第二级压气机壳体2、电机3以及蜗壳4；第一级压气机壳体1和第二级压气机壳体2的外形均为筒状结构，所述第一级压气机壳体1包括第一内壳体10和第一外壳体11，所述第一内壳体10与第一外壳体11之间设有第一空气通道12，所述第一外壳体11端部中心位置处设有第一进气口13；所述第二级压气机壳体2包括第二内壳体20和第二外壳体21，所述第二内壳体20与第二外壳体21之间设有第二空气通道22，所述第二内壳体20上设有第二进气口23；所述第一级压气机壳体1和所述第二级压气机壳体2的开口端相互连接，具体地，第一级压气机壳体1和所述第二级压气机壳体2的开口端设有凸缘，可以通过螺栓和压板结构将两个压气机壳体连接，也可以采用焊接进行相互连接，所述第一内壳体10与第二内壳体20形成电机容纳腔50，第一空气通道12和第二空气通道22相互连通，所述电机3置于所述电机容纳腔50内；所述电机3包括电机转子30、电机定子31和冷却水套32，所述电机转子30的转轴上沿轴向依次设有第一级叶轮33、第一轴承密封组件34、电机转子30、第二轴承密封组件35以及第二级叶轮36，所述冷却水套32套在电机定子31的外侧，冷却水套32上连接进水管和出水管(图中未示出)，通过进水管和出水管可以向冷却水套内通入冷却介质，所述电机定子31套在所述电机转子30上，所述第一级叶轮33和第一轴承密封组件34置于电机容纳腔50中靠近第一进气口13的一端，所述第二级叶轮36和第二轴承密封组件35置于电机容纳腔50中靠近第二进气口23的一端，第一轴承密封组件和第二轴承密封组件具有相同的结构，具体地，轴承密封组件包括连接盘341、端盖343、迷宫式气封342以及轴承344，轴承和迷宫式密封分别安装在电机转轴上并置于连接盘内，端盖固定在连接盘上将轴承和迷宫式气封轴向限位在连接盘内，所述第一轴承密封组件34与冷却水套32的一端固定连接，所述冷却水套32与第一轴承密封组件34连接的一端还与第一内壳体10连接，所述冷却水套32的另一端连接有第二轴承密封组件35和蜗壳4，如图4所示，所述蜗壳4上设有蜗壳进气口40和蜗壳出气口41，所述蜗壳进气口40与第二进气口23连接，所述蜗壳出气口41设置在所述第一级压气机壳体1和第二级压气机壳体2连接处，具体的，所述第一级压气机壳体1和第二级压气机壳体2连接处设有第一椭圆形豁口52和第二椭圆形豁口53，所述第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口对称的置于电机的两侧，所述蜗壳出气口穿过第一椭圆形豁口与燃料电池的进气管道连接，第二椭圆形豁口用于将电机的线缆和冷却水套的进水管和出水管从压气机壳体内导出到外部与外界对应管线连接。所述第一进气口、第一空气通道、第二空气通道、第二进气口以及蜗壳出气口形成了压气机的空气流通通道，所述第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口的椭圆长轴沿轴向布置，降低轴向空气通道内气流流过椭圆形豁口的流动损失。

本发明公开的两级电动压气机的工作原理如下：电机定子通电后，电机转子带动转轴转动，转轴带动转子两端的叶轮转动，第一级叶轮转动时，在第一级压气机壳体的第一进气口处形成负压进而诱导外界的空气进入第一级压气机壳体内，吸入的空气经过第一级叶轮的作用进入第一空气通道和第二空气通道，空气在第一空气通道和第二空气通道中被减速和压缩形成高压气体，高压气体从第二级压气机壳体的第二进气口进入到蜗壳中，蜗壳内具有第二级叶轮，转动的第二级叶轮对从第二进气口进入的高压气体进一步的压缩后从蜗壳的出气口输送到燃料电池的进气管道内，用于为燃料电池提供充足的氧气，以保证充分燃烧，提高燃烧效率。

如图5所示，进一步地，所述第一空气通道12包括空气运动方向与电机转子的转轴的轴线方向垂直的竖直空气通道120、与电机转子的转轴的轴线方向平行的水平空气通道121以及连接所述竖直空气通道120和水平空气通道121的圆弧空气通道122，所述圆弧空气通道122处设有第一级导流叶片14；所述所述第一空气通道和第二空气通道内还设有第二级导流叶片。所述第一级导流叶片，叶形为弧形叶形，即第一导流叶片的横截面形状为弧形，设置在圆弧空气通道内且周向均布，从图5中可以看出，第一级导流叶片设置在第一内壳体的外壁上，当第一内壳体和第一外壳体安装在一起时，第一导流叶片置于第一空气通道中；所述第二级导流叶片为轴流“机翼形”导流叶片，设置在第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处的轴向空气通道内。设置有导流叶片修正了内部通道的气流方向、改善空气流通的均匀性，提高了两级增压性能。

进一步地，所述第一级压气机壳体1的外壁和所述第二级压气机壳体2的外壁上均设有散热肋片51，所述散热肋片可以周向、轴向或斜向布置，优选地，所述散热肋片沿电机转子的转轴的轴线方向设置并且在压气机壳体上周向均布。设置有散热肋片可以有效地改善压气机的散热效果，降低空气的温度，提高第二级压气机的增压性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种两级电动压气机，其特征在于：包括第一级压气机壳体、第二级压气机壳体、电机以及蜗壳；

所述第一级压气机壳体包括第一内壳体和第一外壳体，所述第一内壳体与第一外壳体之间设有第一空气通道，所述第一外壳体上设有第一进气口；

所述第二级压气机壳体包括第二内壳体和第二外壳体，所述第二内壳体与第二外壳体之间设有第二空气通道，所述第二内壳体上设有第二进气口；

所述第一级压气机壳体和所述第二级压气机壳体连接，所述第一内壳体与第二内壳体形成电机容纳腔，所述电机置于所述电机容纳腔内；

所述电机包括电机转子、电机定子和冷却水套，所述电机转子的转轴上沿轴向依次设有第一级叶轮、第一轴承密封组件、电机转子、第二轴承密封组件以及第二级叶轮，所述冷却水套套在电机定子的外侧，所述电机定子套在所述电机转子外侧，所述第一级叶轮和第一轴承密封组件置于电机容纳腔中靠近第一进气口的一端，所述第二级叶轮和第二轴承密封组件置于电机容纳腔中靠近第二进气口的一端，所述第一轴承密封组件与冷却水套的一端固定连接，所述冷却水套与第一轴承密封组件连接的一端还与第一内壳体连接，所述冷却水套的另一端连接有第二轴承密封组件和蜗壳，所述蜗壳上设有蜗壳进气口和蜗壳出气口，所述蜗壳进气口与第二进气口连接，所述蜗壳出气口设置在所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处；

所述第一进气口、第一空气通道、第二空气通道、第二进气口、涡壳进气口、蜗壳以及蜗壳出气口形成了压气机的空气流通通道。

2.根据权利要求1所述的两级电动压气机，其特征在于：所述第一空气通道包括空气运动方向与电机转子的转轴的轴线方向垂直的径向空气通道、与电机转子的转轴的轴线方向平行的轴向空气通道以及连接所述径向空气通道和轴向空气通道的圆弧空气通道，所述圆弧空气通道处设有第一级导流叶片；

所述第一空气通道和第二空气通道中还设有第二级导流叶片。

3.根据权利要求2所述的两级电动压气机，其特征在于：所述第一级导流叶片的叶形为弧形，所述第一级导流叶片均布在第一内壳体的外壁上；

所述第二级导流叶片为轴流“机翼型”导流叶片，所述第二级导流叶片设置在第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处。

4.根据权利要求1所述的两级电动压气机，其特征在于：所述第一级压气机壳体外壁和所述第二级压气机壳体外壁上均设有散热肋片。

5.根据权利要求3所述的两级电动压气机，其特征在于：所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体连接处设有第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口，所述第一椭圆形豁口和第二椭圆形豁口对称的置于电机的两侧，蜗壳出气口穿过所述第一椭圆形豁口与燃料电池的进气管连接，电机管线穿过第二椭圆形豁口与外部对应管线连接。

6.根据权利要求1所述的两级电动压气机，其特征在于：所述第一级压气机壳体和第二级压气机壳体之间通过螺栓和压板连接。