CN111188781A - 车辆用空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用空气压缩机，其特征在于，其包括：轴，在其一侧配置有叶轮，在其另一侧配置有转轮；电动机，其使上述轴旋转；止推轴承，其在上述轴的长度方向上支承上述轴，并以与上述转轮面对面相邻的方式配置，在上述止推轴承配置有用于冷却上述止推轴承与上述转轮之间的冷却孔。

Description

车辆用空气压缩机
技术领域
实施例涉及车辆用空气压缩机。更具体地，涉及改善冷却流路而提高轴承的耐久性及冷却效率的车辆用空气压缩机。
背景技术
在一般情况下，燃料电池车辆是指，将氢和氧供给到加湿器，并将通过水的电解逆反应即电化学反应而生成的电能作为车辆的驱动力进行供给的车辆，在韩国授权专利第0962903号中公开了一般的燃料电池车辆。
通常，乘用燃料电池汽车搭载有80kW级的燃料电池堆，而在加压条件下运行燃料电池堆的情况下，以1.2～3.0bar的高压向燃料电池堆供给空气，因此需要使用具备5千至10万rpm的转速的空气压缩机。
燃料电池车辆通常由产生电的燃料电池堆、向燃料电池堆供给加湿的燃料和空气的加湿器、向加湿器供给氢的燃料供给部、向加湿器供给包括氧的空气的空气供给部及冷却燃料电池堆的冷却模块等构成。
空气供给部由过滤包含在空气中的杂质的空气滤清器、将由空气滤清器过滤的空气压缩而供给的空气压缩机和控制空气压缩机的控制箱构成。
上述的空气压缩机利用叶轮而将从外部吸入的空气压缩之后通过排气口而送出到燃料电池堆。此时，构成压缩部的叶轮及轴通过电动机的旋转力而驱动。
但是，在这样的以往的空气压缩机的情况下，轴承周边的空间狭小，因此冷却空气只能通过狭窄的间隙而冷却轴承及电动机等，因此存在冷却性能不好的问题。特别地，位于电动机及空气压缩机的后方的轴颈轴承的温度容易急剧上升，有时还会导致轴承的损坏。
现有技术文献
韩国公开专利第10-2017-0061507号。
韩国公开专利第10-2017-0061486号。
发明内容
发明要解决的课题
实施例提供一种改善冷却流路而提高轴承的耐久性及冷却效率的车辆用空气压缩机。
本发明要解决的课题不限于以上提及的课题，本领域技术人员根据以下的记载可清楚地理解在此未提及的其他课题。
用于解决课题的手段
本发明的实施例提供一种车辆用空气压缩机，其特征在于，其包括：轴，在其一侧配置有叶轮，在其另一侧配置有转轮；电动机，其使上述轴进行旋转；止推轴承，其在上述轴的长度方向上支承上述轴，并以与上述转轮面对面相邻的方式进行配置，在上述止推轴承配置有用于冷却上述止推轴承与上述转轮之间的冷却孔。
优选为，上述止推轴承配置在上述转轮的两个面。
优选为，上述冷却孔配置于与上述叶轮相邻的一侧的止推轴承。
优选为，上述冷却孔包括第1通孔和第2通孔。
优选为，在上述转轮的前方及后方具备第1外壳盖及第2外壳盖，第1外壳盖包括连接到上述第1外壳盖的后方的背板及以彼此隔开的方式配置在上述背板上的多个顶箔，在上述第1外壳盖配置有形成第1辅助冷却流路的多个第1通孔和贯穿上述第1外壳盖及上述背板而形成第2辅助冷却流路的多个第2通孔。
优选为，上述第2通孔配置于上述顶箔之间。
优选为，上述第2通孔的中心配置于上述顶箔的高度的一半的位置。
优选为，在上述第1外壳盖的后方形成有盖槽，上述第2通孔配置于上述盖槽的内部。
优选为，上述盖槽形成在上述第1外壳的直径方向上。
优选为，上述盖槽配置于通过配置上述顶箔而形成的间隙。
优选为，上述第2外壳盖包括连接到上述第2外壳盖的前方的背板及以彼此隔开的方式配置在上述背板的多个顶箔，上述第2通孔配置于上述顶箔之间。
优选为，形成于上述第2外壳盖的第2通孔以朝向形成于上述旋转轴的中空的入口的方式倾斜。
优选为，上述止推轴承还包括：波箔，其配置于上述顶箔与上述背板之间而缓冲上述轴的轴力。
优选为，通过了上述冷却流路的空气流入至上述波箔。
优选为，上述第1通孔在配置有上述顶箔的最外角线的外侧进行配置。
发明效果
根据实施例，能够利用流路特性而增加高速旋转时所发生的止推轴承流入部的流动来加大冷却效率，提高负荷支承力。
本发明的各种有利的优点及效果不限于上述内容，可在对本发明的具体的实施方式的说明过程中更容易地理解。
附图说明
图1是表示本发明的车辆用空气压缩机的空气冷却流路的侧面截面图。
图2是表示图1的车辆用空气压缩机的第1辅助冷却流路的侧面截面图。
图3是表示本发明的构成要件即外壳盖的结构的图。
图4是表示本发明的构成要件即止推轴承背板的结构的图。
图5是表示将顶箔配置于图4的止推轴承的状态的图。
图6是表示本发明的一个实施例的冷却空气流的图。
图7是表示本发明的又一个实施例的冷却空气流的图。
图8是表示图6的止推轴承顶箔中的冷却空气流的图。
(符号说明)
10：空气压缩机 100：外壳
200：叶轮支承部 300：叶轮外壳
310：空气流入口 330：空气排出口
400：叶轮 500：后盖
600：鼓风电动机 600a：电动机外壳
650：轴 651：转轮
700：轴颈轴承 800：止推轴承
850：第1外壳盖 851：第1通孔
853：盖槽
860：背板 863：间隙
870：顶箔 880：第2外壳盖
1000、1000a，1000b、1000c：第2通孔
P1：空气冷却流路 P2：第1辅助冷却流路
P3：第2辅助冷却流路
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的优选的实施例进行详细说明。
但是，本发明的技术思想不限于所说明的一部分实施例，而是可以彼此不同的各种方式来实施，只要是在本发明的技术思想范围内，可将实施例之间的其构成要件中的一个以上的构成要件选择性地结合、替换而使用。
另外，对于本发明的实施例中使用的用语(包括技术及科学用语)，在未明确地特别定义的情况下，可解释为本领域的技术人员通常所理解的意思，对于词典中所定义的用语这样的通常所使用的用语，可考虑相关技术的上下文的意思来进行解释。
另外，本发明的实施例中所使用的用语仅用于对实施例进行说明，对本发明不具有限定作用。
在本说明书中，在文中未特别提及的情况下，单数形态的表述包括多数形态的意思，在记载为“A及(和)B、C中的至少一个或一个以上”的情况下，包括由A、B、C可组合的所有组合中的一个以上的组合。
另外，在对本发明的实施例的构成要件进行说明时，会使用第1、第2、A、B、a、b等用语。
这样的用语仅用于将其构成要件与其他构成要件区别开，其用语对于该构成要件的本质或次序或顺序等不作限定。
并且，在记载为某个构成要件与其他构成要件‘连接’、‘结合’或‘接入’的情况下，不仅包括其构成要件与其他构成要件直接地连接、结合或接入的情况，还包括在其构成要件与其他构成要件之间通过另一构成要件而‘连接’、‘结合’或‘接入’的情况。
另外，在记载为形成或配置于各个构成要件的“上(上方)或下(下方)”的情况下，上(上方)或下(下方)不仅包括两个构成要件彼此直接接触的情况，而且还包括在两个构成要件之间形成或配置有一个以上的另一构成要件的情况。另外，在表述为“上(上方)或下(下方)”的情况下，不仅包括以一个构成要件为基准的上侧方向的意思，而且还包括以一个构成要件为基准的下侧方向的意思。
下面，参照附图，对实施例进行详细说明，与附图序号无关地，对于相同或对应的构成要件赋予相同的符号而省略对此的重复说明。
图1至图8是为了从概念上清楚地理解本发明而仅图示主要特征部分的图，其结果，对于图解可进行各种变形，无需由附图所示的特定形状来限制本发明的范围。
本发明的实施例的车辆用空气压缩机的特征在于，包括：轴650，在其一侧配置有叶轮400，在其另一侧配置有转轮651；电动机600，其使轴650旋转；止推轴承800，其在轴650的长度方向上支承轴650，并以与转轮651面对面相邻的方式进行配置，在止推轴承800配置有将止推轴承800与转轮651之间冷却的冷却孔。
本发明的目的在于利用冷却孔，并利用流路特性而增加高速旋转时所发生的止推轴承800流入部的流动，由此加大冷却效率及负荷支承力。
在本发明中，止推轴承800配置在转轮651的两侧。
作为一个实施例，冷却孔配置在与叶轮相邻的一侧的止推轴承800。但是，不限于此，也可形成于两侧的止推轴承800而加大冷却效率。
冷却孔包括第1通孔850和第2通孔1000、1000a、1000b、1000c，下面，将各个第1通孔850和第2通孔1000、1000a、1000b、1000c区分开而进行说明。
图1是表示本发明的车辆用空气压缩机的空气冷却流路的侧面截面图。
参照图1，本发明的实施例的车辆用空气压缩机10包括：外壳100，其形成外观；叶轮支承部200及叶轮外壳300，它们结合到外壳100的前方而支承吸入空气的叶轮400；后盖500，其结合到外壳100的后方；及鼓风电动机600，其设于外壳100的内部而将叶轮400旋转驱动。
在叶轮外壳300的前方中央形成有供外部空气流入的空气流入口310，在前方两侧形成有空气排出口330。叶轮400设于叶轮外壳300的内部，在贯穿叶轮400的中空结合有后述的鼓风电动机600的轴650。即，通过轴650而支承叶轮400。通过空气流入口310而吸入的空气通过叶轮400而被压缩之后排向空气排出口330。
后盖500结合到外壳100的后方而阻止轴650露出到外部，并支承轴650的端部。在后盖500的内侧具备外壳盖850而支承后述的后方侧轴承壳700a'。
鼓风电动机600由相邻地设于外壳100的内周面且具备中空(未标记符号)的定子630和贯穿定子630的中空的而设置的轴650及结合到轴650的外周面的转子610构成。
定子630由板630a及线圈630b构成而被固定，转子610一体地形成于轴650的外周面，轴650为沿着长度方向贯穿中空而形成的中空轴。
轴650在其一端结合到叶轮400的中空的状态下通过设于叶轮400的后方的轴颈轴承700而可旋转地被支承，其另一端通过止推轴承(thrust bearing，800)而可旋转地被支承(下面，为了便于说明，将电动机轴的叶轮侧一端定义为前方，将其相反侧定义为后方)。即，止推轴承800配置于轴650的后方。
当从外部接收电力而启动鼓风电动机600时，轴650进行旋转而旋转驱动叶轮400，外部的空气通过空气流入口310而流入并经过叶轮400而被压缩之后排向空气排出口330。为了冷却在鼓风电动机600的动作中发生的热，在外壳100的内侧具备冷却水套110。
冷却水套110具备从外壳100的内部包围外壳100的形态，并向其内部供给冷却水而进行存储。冷却水套110与鼓风电动机600相邻地设置，因此通过与冷却水之间的热交换而执行冷却鼓风电动机600的作用。在鼓风电动机600的冷却中，除了利用冷却水套110的水冷式冷却之外，还混合使用利用空气来冷却鼓风电动机600的空冷式冷却方法。
空气冷却流路P1连通到与空气流入口310及叶轮400、空气排出口330连通的主流路。
空气冷却流路P1自叶轮400与叶轮支承部200之间起经过前方轴颈轴承700与轴650之间，通过后方轴颈轴承700'与轴650之间，由此沿着止推轴承800之间而连通到后盖500。另外，空气冷却流路P1自后盖500与轴650之间沿着贯穿轴650的中央的中空而连通到重新空气流入口310。
上述的路径为空气冷却流路P1，通过叶轮400而压缩的一部分空气沿着空气冷却流路P1而循环来对前方轴颈轴承700进行冷却，并在冷却鼓风电动机600之后还冷却止推轴承800，然后通过中空而向空气流入口310侧排气。
与将止推轴承800配置于前方的情况相比，在将止推轴承800配置于后方时，电动机600所受到的空气温度下降，并且前方轴颈轴承700所受到的空气温度下降。另外，通过将止推轴承800配置于后方，从而位于靠近冷却水套110的位置，因此具有整体系统温度下降的效果。
图2是示出图1的车辆用空气压缩机的第1辅助冷却流路的侧面截面图。
参照图2，本发明的实施例还具备第1辅助冷却流路P2。
在止推轴承800的前方配置有第1外壳盖850，在后方配置有第2外壳盖880。
第2辅助冷却流路P2在前方侧轴颈轴承700的轴承壳700a和后方侧轴颈轴承700'的轴承壳700a'第一次形成通孔，并在与冷却水套110相邻的第1外壳盖850第二次形成第1通孔，从而确保将它们相连的冷却流路。第1辅助冷却流路P2供通过了叶轮400的一部分空气通过前方侧轴承壳700a而供给到后方侧轴承壳700a'之后经过形成于第1外壳盖850的第1通孔851侧，由此通过冷却水来进行冷却。
图3是表示本发明的构成要件即外壳盖的结构的图，图4是表示本发明的构成要件即止推轴承背板的结构的图，图5是表示在图4的止推轴承配置顶箔的状态的图，图6是表示本发明的一个实施例的冷却空气流的图，图7是表示本发明的又一个实施例的冷却空气流的图，图8是表示图6的止推轴承顶箔中的冷却空气流的图。
在本发明的实施例的止推轴承中，对分离空气箔片(air foil)轴承的结构进行说明。分离空气箔片轴承具备支承轴的轴力且重叠配置多个箔片的结构。
参照图3至图5，本发明的构成要件即第1外壳盖850包括连接于第1外壳盖850的后方的背板860及以彼此隔开的方式配置于背板860的多个顶箔870。
背板860形成为盘形状而供轴插入，并结合到第1外壳盖850的后方。
在背板860配置有多个顶箔870。顶箔870具备扇形的尖部被切断为曲线的形状，并与相邻的顶箔870彼此隔开而配置，由此形成间隙863。
在顶箔870的内侧具备缓冲轴的轴力的波箔(未图示)。顶箔870的一端结合到背板860，另一端形成为自由端。
泵箔(未图示)配置于顶箔870与背板860之间而支承轴的轴力。波箔(未图示)形成为扇形的盘形态，并在顶箔870的固定端与自由端之间与顶箔870接触。在第1外壳盖850配置有多个第1通孔851，该第1通孔851沿着与轴650共有旋转中心的外角线L2而形成第1辅助冷却流路P2。
此时，第1通孔851在配置有多个顶箔870的最外角线的外侧进行配置。作为一个实施例，第1通孔851的数量为将360度分为整数的多个，在该情况下第1通孔851以具备相同的角度的方式配置。
另外，配置有多个贯穿第1外壳盖850和背板860而形成第2辅助冷却流路P3的第2通孔1000。此时，第2通孔1000配置在顶箔870之间。此时，贯穿第1外壳盖850的第2通孔1000a和贯穿背板860的第2通孔1000b配置在相同线上，第2通孔1000以与轴650几乎平行的方式即在垂直方向上形成。
作为一个实施例，第2通孔1000在通过配置顶箔870而形成于背板860的间隙863中配置有多个。换言之，通过配置顶箔870而形成的间隙863在直径方向上以具备一定间隙的方式配置。此时，第2通孔1000为了加大冷却空气的流入量，在直径方向上以具备一定间隙的方式配置于间隙863中。
如图3至图8所示，第2通孔1000以具备圆形的截面的方式形成，但可考虑冷却效率而变形实施，此时可将第2通孔1000配置为宽度和高度不同的方式。这表示在间隙863的直径方向上宽度和高度可以不同。
第2通孔1000的中心配置于顶箔870的高度的一半的位置。换言之，第2通孔1000的中心配置于将顶箔870的高度的一半的点相连的中心线L1上。这是为了使流入的冷却空气朝向顶箔870而均匀地散出。
这样，通过了冷却流路的空气将顶箔870冷却之后流入到波箔而将波箔冷却之后沿着中空排出。
在第1外壳盖850的后方形成有盖槽853，配置于第1外壳盖850的第2通孔1000配置于上述盖槽853的内部。
盖槽853提供通过第1外壳盖850而流入的空气流入到形成于背板860的第2通孔1000之前供空气停留的空间。由此，提高冷却效率。
作为一个实施例，盖槽853配置在第1外壳的直径方向，并配置在通过配置顶箔870而形成的间隙863。另外，在盖槽853的内部配置有多个第2通孔1000而加大冷却空气流。
另外，以轴的转轮651为基准，在后方配置有第2外壳盖880。第2外壳盖880与第1外壳盖850同样地，包括背板860及以彼此隔开的方式配置于背板860的多个顶箔870。
此时，形成于第2外壳盖880的第2通孔1000具备与形成于第1外壳盖850的第2通孔1000相同的配置结构。但是，与第1外壳盖850不同地，在第2外壳盖880未形成有用于冷却的第1辅助冷却流路P2，因此未形成有第1通孔851。
换言之，表示用于形成第2辅助冷却流路P3的流的第2通孔1000c可形成于背板860和第2外壳盖880。第2通孔1000c确保冷却流体的流量而加大冷却效率。
但是，形成于第2外壳盖880的第2通孔1000c与形成于第1外壳盖850的第2通孔1000不同地，以朝向形成于轴的中空的入口的方式形成倾斜。由此，完成止推轴承800的冷却的空气可通过2种路径而移动，从而可加大冷却效率。
本发明具备用于冷却车辆用空气压缩机10的主要发热部即止推轴承的辅助冷却流路。第1外壳盖850的第2通孔1000为了加大空气的流动量及与止推轴承之间的接触时间而特定了其配置位置，形成于第2外壳盖880的第2通孔1000执行排出完成冷却的空气的功能
因此，形成于第2外壳盖880的第2通孔1000c以朝向中空而形成倾斜的方式配置，由此可快速排出完成冷却的空气。
参照图6至图8，通过第2通孔1000而流入的冷却空气直接流入形成于顶箔870之间的第2通孔1000。
此时，流入顶箔870的间隙863的冷却空气加大顶箔870的倾斜区间的流体动压，沿着顶箔870而移动的冷却空气在冷却波箔(未图示)之后沿着中空而排出，从而加大止推轴承的冷却效率，由此可提高负荷支承力。
以上，参照附图，对本发明的实施例进行了具体说明。
以上说明仅对本发明的技术思想做了例示性的说明，本领域技术人员可在不脱离本发明的本质特性的范围内进行各种修改、变更及替换。因此，本发明所公开的实施例及附图并非对本发明的技术思想进行限定，而是对本发明进行说明，本发明的技术思想的范围不限于这样的实施例及附图。本发明的保护范围应根据以下的权利要求书来解释，并且与此相等的范围内的所有技术思想应包括在本发明的权利范围内。

Claims (15)

1.一种车辆用空气压缩机，其特征在于，其包括：
轴，在其一侧配置有叶轮，在其另一侧配置有转轮；
电动机，其使上述轴进行旋转；
止推轴承，其在上述轴的长度方向上支承上述轴，并以与上述转轮面对面相邻的方式进行配置，
在上述止推轴承配置有用于冷却上述止推轴承与上述转轮之间的冷却孔。
2.根据权利要求1所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述止推轴承配置在上述转轮的两个面。
3.根据权利要求2所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述冷却孔配置于与上述叶轮相邻的一侧的止推轴承。
4.根据权利要求1所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述冷却孔包括第1通孔和第2通孔。
5.根据权利要求4所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
在上述转轮的前方及后方具备第1外壳盖及第2外壳盖，
第1外壳盖包括连接到上述第1外壳盖的后方的背板及以彼此隔开的方式配置在上述背板上的多个顶箔，
在上述第1外壳盖配置有形成第1辅助冷却流路的多个第1通孔和贯穿上述第1外壳盖及上述背板而形成第2辅助冷却流路的多个第2通孔。
6.根据权利要求5所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述第2通孔配置于上述顶箔之间。
7.根据权利要求6所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述第2通孔的中心配置于上述顶箔的高度的一半的位置。
8.根据权利要求6所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
在上述第1外壳盖的后方形成有盖槽，上述第2通孔配置于上述盖槽的内部。
9.根据权利要求8所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述盖槽形成在上述第1外壳的直径方向上。
10.根据权利要求9所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述盖槽配置于通过配置上述顶箔而形成的间隙。
11.根据权利要求5所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述第2外壳盖包括连接到上述第2外壳盖的前方的背板及以彼此隔开的方式配置在上述背板的多个顶箔，
上述第2通孔配置于上述顶箔之间。
12.根据权利要求11所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
形成于上述第2外壳盖的第2通孔以朝向形成于上述旋转轴的中空的入口的方式倾斜。
13.根据权利要求5所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述止推轴承还包括波箔，该波箔配置于上述顶箔与上述背板之间而缓冲上述轴的轴力。
14.根据权利要求13所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
通过了上述冷却流路的空气流入至上述波箔。
15.根据权利要求5所述的车辆用空气压缩机，其特征在于，
上述第1通孔在配置有上述顶箔的最外角线的外侧进行配置。
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