CN110185637A - 燃料电池压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池压气机，包括机壳、动叶轴、定子线圈、转子和静叶片；所述机壳的一端设有进气口，机壳相对的另一端设有出气口，机壳内部设有N个压气腔，各个压气腔在同一直线上相邻排列布置；所述动叶轴穿过各个压气腔，动叶轴的外壁设有N组动叶片，每组动叶片对应设于一个压气腔内；所述定子线圈为N组，每组定子线圈对应设于一个压气腔的内壁上；所述转子为N组，每组转子对应设于一个压气腔内，转子置于动叶片与定子线圈之间，转子与动叶片连接固定；所述静叶片为N‑1组，每两相邻压气腔之间设有一组静叶片，相邻的压气腔之间通过静叶片导通；此方案占用空间小，实现空气的连续压缩，解决了现有小型压气机压缩效率低的问题。

Description

燃料电池压气机

技术领域

本发明涉及燃料电池领域的技术方案，特别涉及一种燃料电池压气机。

背景技术

燃料电池空压机既要满足一定的压缩比，又得提供大流量的空气供电堆反应，电堆空气一定要过量，否则就影响燃料电池反应的效率，由于燃料电池空压机需要装到车上使用，空间受限，所以需要空压机有较小的体积。

目前空压机系统虽然采用离心式空压机，压缩比能够满足要求(单级可达到4.5)，但是流量很难满足，同时，空压机电机与泵头的分离造成整套空压机系统比较庞大，对轻量化也较为不利，其次，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池压气机，以解决现有小型压气机效率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池压气机，包括，机壳，所述机壳的一端设有进气口，所述机壳相对的另一端设有出气口，所述机壳内部设有N个压气腔，N为大于等于2的自然数，各个所述压气腔在同一直线上相邻排列布置；动叶轴，所述动叶轴穿过各个所述压气腔，所述动叶轴的外壁设有N组动叶片，每组所述动叶片对应设于一个所述压气腔内；定子线圈，所述定子线圈为N组，每组所述定子线圈对应设于一个所述压气腔内，所述定子绕组围绕所述动叶片布置；转子，所述转子为N组，每组所述转子对应设于一个所述压气腔内，所述转子置于所述动叶片与所述定子线圈之间，所述转子与所述动叶片连接固定；以及静叶片，所述静叶片为N-1组，每两相邻所述压气腔之间设有一组所述静叶片，相邻的所述压气腔之间通过所述静叶片导通。

其中，所述燃料电池压气机还包括有前置叶片和后置叶片；所述前置叶片设于所述进气口与第一个所述压气腔之间，所述进气口与第一个所述压气腔之间通过所述前置叶片导通；所述后置叶片设于所述出气口与最后一个所述压气腔之间，所述出气口与最后一个所述压气腔之间通过所述后置叶片导通。

其中，所述前置叶片上设有前置轴承，所述后置叶片上设有后置轴承，所述动叶轴的前端与所述前置轴承轴连接，所述动叶轴的后端与所述后置轴承轴连接。

其中，所述前置轴承和所述后置轴承均为空气轴承。

其中，所述动叶轴为中空结构，所述动叶轴的前端设有前端口，所述前端口插入所述前置轴承内，所述动叶轴的后端设有后端口，所述后端口插入所述后置轴承内，所述前端口和所述后端口均与所述动叶轴的内部导通，且所述后端口与所述出气口导通。

其中，所述动叶轴置于第X个所述压气腔的直径小于所述动叶轴置于第X+1个所述压气腔的直径，所述X为大于等于1的自然数。

其中，所述动叶轴的直径从所述动叶轴的前端往所述动叶轴的后端线性增大。

其中，所述进气口、所述出气口和所述动叶轴同轴布置。

本发明的有益效果如下：

在进行应用时，定子线圈能够驱动转子转动，由于转子与动叶片连接固定，所以将实现动叶轴与动叶片的一同转动，当第一个压气腔的动叶片将空气经静叶片送至第二个压气腔后，便实现了第一次空气压缩，当第二个压气腔的动叶片将空气经静叶片送至第三个压气腔后，便实现了第二次空气压缩，以此类推对空气进行多次压缩后，将使得空气过得所需的压缩比，而且各个压气腔在同一直线上呈相邻排列布置，其占用的空间较小，即切实解决了现有小型压气机压缩效率较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明燃料电池压气机优选实施方式提供的剖面结构示意图；

图2是本发明燃料电池压气机优选实施方式提供的内部结构示意图。

附图标记如下：

1、机壳；11、进气口；12、出气口；131、第一压气腔；132、第二压气腔；133、第三压气腔；

2、动叶轴；211、第一动叶片；212、第二动叶片；213、第三动叶片；22、前端口；23、后端口；

31、第一定子线圈；32、第二定子线圈；33、第三定子线圈；

41、第一转子；42、第二转子；43、第三转子；

51、第一静叶片；52、第二静叶片；53、前置叶片；54、后置叶片；

61、前置轴承；62、后置轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

从图1和图2可知，本发明实施例所述的燃料电池压气机，包括，机壳1，所述机壳1的一端设有进气口11，所述机壳1相对的另一端设有出气口12，所述机壳1内部设有N个压气腔，N为大于等于2的自然数，各个所述压气腔在同一直线上相邻排列布置；动叶轴2，所述动叶轴2穿过各个所述压气腔，所述动叶轴2的外壁设有N组动叶片，每组所述动叶片对应设于一个所述压气腔内；定子线圈，所述定子线圈为N组，每组所述定子线圈对应设于一个所述压气腔内，所述定子绕组围绕所述动叶片布置；转子，所述转子为N组，每组所述转子对应设于一个所述压气腔内，所述转子置于所述动叶片与所述定子线圈之间，所述转子与所述动叶片连接固定；以及静叶片，所述静叶片为N-1组，每两相邻所述压气腔之间设有一组所述静叶片，相邻的所述压气腔之间通过所述静叶片导通。

为便于说明，下文定义N＝3，即有图1所示，在机壳1内部，从左往右排列有第一压气腔131、第二压气腔132和第三压气腔133，第一压气腔131内设有第一定子线圈31、第一转子41和第一动叶片211，第二压气腔132内设有第二定子线圈32、第二转子42和第二动叶片212，第三压气腔133内设有第三定子线圈33、第三转子43和第三动叶片213，且第一压气腔131与第二压气腔132之间设有第一静叶片51，第二压气腔132与第三压气腔133之间设有第二静叶片52。

在进行应用的过程中，由于第一定子线圈31与第一转子41产生电磁作用、第二定子线圈32与第二转子42产生电磁作用、以及第三定子线圈33与第三转子43产生电磁作用，以此驱动第一动叶片211、第二动叶片212、第三动叶片213和动叶轴2一同转动，而第一静叶片51和第二静叶片52将保持不动；此时空气将经进气口11进入至第一压气腔131内部，第一动叶片211的转动使得空气经第一静叶片51进入至第二压气腔132，以实现第一次空气压缩，第二动叶片212的转动使得空气经第二静叶片52进入至第三压气腔133，以实现第二次空气压缩，第三动叶片213的转动使得空气经出气口12输出，以实现第三次压缩，即通过三次压缩使得空气获得所需的压缩比，而且三个压气腔在同一直线上呈相邻排列布置，其占用的空间较小，即切实解决了小型压气机压缩效率较低的问题；可以理解为，燃料电池压气机是通过多个压气机构实现空气压缩，每个压气机构均通过定子线圈、转子和动叶片在一个压气腔内相互配合实现空气压缩，空气压缩的次数越多，空气压缩比更高，但为了保证燃料电池压气机的体积合适，压气机构的数量设定为2～4个较为合适，即优选设定上述的N为2～4。

需要指出，为了提高第一压气腔131和第三压气腔133的压缩效率，可增设相关的导流结构，如图1所示，一种优选的实施方式可以是设置所述燃料电池压气机还包括有前置叶片53和后置叶片54；所述前置叶片53设于所述进气口11与第一个所述压气腔之间，所述进气口11与第一个所述压气腔之间通过所述前置叶片53导通；所述后置叶片54设于所述出气口12与最后一个所述压气腔之间，所述出气口12与最后一个所述压气腔之间通过所述后置叶片54导通。

以图1所示方向为参考，即前置叶片53构成了第一压气腔131的前壁，后置叶片54构成了第三压气腔133的后壁，即第一压气腔131和第三压气腔133均能实现气流的前后导流，从而加强了第一压气腔131和第三压气腔133的空气压缩效率。

其中，为了提高动叶轴2的转动稳定，可以利用前置叶片53和后置叶片54对动叶轴2进行支撑，如图1所示，一种优选的实施方式可以是所述前置叶片53上设有前置轴承61，所述后置叶片54上设有后置轴承62，所述动叶轴2的前端与所述前置轴承61轴连接，所述动叶轴2的后端与所述后置轴承62轴连接。

以图1所示为例，此时前置轴承61可以设于前置叶片53的中心位置，后置轴承62可以设于后置叶片54的中心位置，而动叶轴2的前端形成凸出结构插入前置轴承61内，动叶轴2的后端形成凸出结构插入后置轴承62内，便可实现动叶轴2的支撑固定，而且设置前置轴承61和后置轴承62后，也能提高动叶轴2的转动流畅性。

特别地，一般的轴承均需添加润滑剂，但随着使用时间的增长，润滑剂将会耗尽，为此需要定期添加润滑剂或者增设相关的润滑系统，为使用维护带来了不便，所以为解决此问题，一种优选的实施方式可以是设置所述前置轴承61和所述后置轴承62均为空气轴承。

在进行应用时，由于燃料电池压气机会产生高压气体，所以高压气体会在空气轴承的表面形成空气保护膜，空气保护膜将可实现润滑剂的作用，这不但实现了动叶轴2的流畅转动，而且还免去添加润滑剂或增设润滑系统，为使用维护带来了极大的便利。

其中，为了使得空气轴承与动叶轴2之间能够更好的形成空气保护膜，可采用图1所示的设计，即设置所述动叶轴2为中空结构，所述动叶轴2的前端设有前端口22，所述前端口22插入所述前置轴承61内，所述动叶轴2的后端设有后端口23，所述后端口23插入所述后置轴承62内，所述前端口22和所述后端口23均与所述动叶轴2的内部导通，且所述后端口23与所述出气口12导通。

在进行应用时，经过多次压缩的空气将会从出气口12排出，由于后端口23与出气口12导通，所以高压空气将可流经动叶轴2的内部经前端口22排出，从而使得后端口23与后置轴承62之间、前端口22与前置轴承61之间均能通过高压空气形成空气保护膜，以此保证动叶轴2能够获得更佳的转动效果。

为了使得燃料电池压气机具有更好的压缩效果，可采用多次压缩、逐次增强的方式实现，如图1所示，一种优选的实施方式可以是设置所述动叶轴2置于第X个所述压气腔的直径小于所述动叶轴2置于第X+1个所述压气腔的直径，所述X为大于等于1的自然数。

以图1所示为例，动叶轴2置于第一压气腔131的直径会小于动叶轴2置于第二压气腔132的直径，动叶轴2置于第二压气腔132的直径会小于动叶轴2置于第三压气腔133的直径，以此类推，即通过依次减少压气腔内部空间的方式加强压缩效率，以保证空气在多次压缩后能够获得所需的压缩比。

其中，为了保证空气压缩过程的平滑性，如图1所示，一种优选的实施方式可以是设置所述动叶轴2的直径从所述动叶轴2的前端往所述动叶轴2的后端线性增大。

通过采用此结构，可以保证空气压缩过程呈线性渐变，避免了因空间大小的突变而影响空气压缩的效果。

而为了更进一步的提高空气压缩效率，如图1所示，一种优选的实施方式可以是所述进气口11、所述出气口12和所述动叶轴2同轴布置。

采用此结构后，空气经进气口11进入机壳1内部后，将直接进入至第一压气腔131，而压缩后的气体也直接经出气口12排出，从而缩短了空气流动的路径，避免产生不必要的能量损失，即进一步提高了空气压缩效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池压气机，其特征在于，包括，

机壳，所述机壳的一端设有进气口，所述机壳相对的另一端设有出气口，所述机壳内部设有N个压气腔，N为大于等于2的自然数，各个所述压气腔在同一直线上相邻排列布置；

动叶轴，所述动叶轴穿过各个所述压气腔，所述动叶轴的外壁设有N组动叶片，每组所述动叶片对应设于一个所述压气腔内；

定子线圈，所述定子线圈为N组，每组所述定子线圈对应设于一个所述压气腔内，所述定子绕组围绕所述动叶片布置；

转子，所述转子为N组，每组所述转子对应设于一个所述压气腔内，所述转子置于所述动叶片与所述定子线圈之间，所述转子与所述动叶片连接固定；

以及静叶片，所述静叶片为N-1组，每两相邻所述压气腔之间设有一组所述静叶片，相邻的所述压气腔之间通过所述静叶片导通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池压气机，其特征在于，

所述燃料电池压气机还包括有前置叶片和后置叶片；

所述前置叶片设于所述进气口与第一个所述压气腔之间，所述进气口与第一个所述压气腔之间通过所述前置叶片导通；

所述后置叶片设于所述出气口与最后一个所述压气腔之间，所述出气口与最后一个所述压气腔之间通过所述后置叶片导通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述前置叶片上设有前置轴承，所述后置叶片上设有后置轴承，所述动叶轴的前端与所述前置轴承轴连接，所述动叶轴的后端与所述后置轴承轴连接。

4.根据权利要求3所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述前置轴承和所述后置轴承均为空气轴承。

5.根据权利要求4所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述动叶轴为中空结构，所述动叶轴的前端设有前端口，所述前端口插入所述前置轴承内，所述动叶轴的后端设有后端口，所述后端口插入所述后置轴承内，所述前端口和所述后端口均与所述动叶轴的内部导通，且所述后端口与所述出气口导通。

6.根据权利要求3所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述动叶轴置于第X个所述压气腔的直径小于所述动叶轴置于第X+1个所述压气腔的直径，所述X为大于等于1的自然数。

7.根据权利要求6所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述动叶轴的直径从所述动叶轴的前端往所述动叶轴的后端线性增大。

8.根据权利要求1所述的燃料电池压气机，其特征在于，所述进气口、所述出气口和所述动叶轴同轴布置。