CN111828347A - 流线隧道式电动压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了流线隧道式电动压气机，属于电动压气机领域，流线隧道式电动压气机包括流线隧道式压气机轮、电机以及蜗壳，所述流线隧道式压气轮机固定设置于所述电机的电机轴上，所述蜗壳密封套接在所述流线隧道式压气机轮上。本发明公开的流线隧道式电动压气机，在不进一步增加其他结构复杂性的条件下，使压气机适应更高转速、降低泄漏损失、提高压气机轮结构强度。

Description

流线隧道式电动压气机
技术领域
本发明涉及电动压气机领域，尤其涉及流线隧道式电动压气机。
背景技术
电动压气机采用高速电机带动同轴压气机轮转动，对流经压气机轮的流体做功而增加气体压力，供气响应性能优越。在汽车领域，随着排放标准的升级，新能源汽车快速发展，对电动压气机的需求大幅上升；在特种车辆如救火车、坦克装甲车等领域，对车辆的加速响应性要求高，传统的涡轮增压存在“涡轮滞后(Turbolag)”现象，机械增压响应虽好、但需牺牲经济性，故对电动压气机需求旺盛；在车用燃料电池领域，应用电动离心式空气压缩机是主流技术路线：可提高燃料电池功率密度、提高变工况快速响应能力。但是，目前主流的开式压气机叶轮存在诸多不足：叶尖间隙泄漏损失较大，影响着压气机效率；叶轮叶片单薄，与提高结构强度相矛盾。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出流线隧道式电动压气机，在不进一步增加其他结构复杂性的条件下，使压气机适应更高转速、降低泄漏损失、提高压气机轮结构强度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的流线隧道式电动压气机，包括流线隧道式压气机轮、电机以及蜗壳；所述流线隧道式压气轮机固定设置于所述电机的电机轴上，所述蜗壳密封套接在所述流线隧道式压气机轮上。
优选地，所述流线隧道式压气机轮为一种闭式压气机轮，所述流线隧道式压气机轮内部包含多个流线隧道-简称流道组成，所述流线隧道的中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。
优选地，所述流道分成多组，各组流道进出口分布在不同的半径的所述流线隧道式压气机轮上，多组所述流道周向均匀分布且关于所述电机的转子轴线中心对称。
优选地，所述流线隧道式压气机轮外表面设置蓖齿封严结构，所述蜗壳与所述流线隧道式压气机轮外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构。
优选地，所述蜗壳分为整体或分体结构，所述蜗壳整体结构包括进气圆管和出口扩压管，所述进气圆管与所述出口扩压管一体成型。
优选地，所述蜗壳分体结构包括进气圆管和出口扩压管，所述进气圆管与所述出口扩压管独立成型，所述流线隧道式压气机轮的进口与出口分别设置有进口延长段与出口延长段，所述进气圆管与所述进口延长段配合形成进口迷宫密封结构，所述出口扩压管与所述出口延长段配合形成出口迷宫密封结构。
优选地，所述流线隧道式压气机轮的材料包括但不限于塑料、树脂、陶瓷、金属，当所述流线隧道式压气机轮的材料选用陶瓷时，配合三维打印制造技术可实现所述流线隧道式电动压气机对更高压力和温度的介质进行压缩。
优选地，所述电机轴通过轴承支撑转动，所述轴承包括但不限于电磁轴承、球轴承、空气轴承，在本申请中优选电磁轴承或空气轴承，原因是电磁轴承与空气轴承更加适用于燃料电池等无油条件。
本发明的有益效果为：
1、相比于叶片式结构的压气机轮，流线隧道式压气机轮结构的轮壁厚度更大，因此流线隧道式压气机轮的结构强度更大，在遇到研磨颗粒、焊粒、砂砾等不易损坏；
2、由于流线隧道式压气机轮的结构强度更大，因此材料的选用范围更加广泛，有利于筛选成本更加低廉、重量更加小的材料从而降低流线隧道式压气机轮的成本与重量，当选用陶瓷材料时，还可以实现对高温、腐蚀的气体的流体压缩；
3、采用蜗壳时，阶梯式迷宫密封结构充分利用了流线隧道式压气机轮外侧的圆锥面，使其具有很好的密封效果，降低了间隙泄漏损失；
4、当采用蜗壳分体结构时，可极大地简化蜗壳制造工艺，降低了蜗壳生产制造的成本；
5、轴承的选择方面可以选用空气轴承或电磁轴承，使用燃料电池进气无油的情况。
附图说明
图1为单级电动压气机结构示意图；
图2为单侧压气机轮式两级电动压气机结构示意图；
图3为异侧压气机轮式两级电动压气机结构示意图；
图4为单组流道的流线隧道式离心压气机子午面示意图；
图5为简化蜗壳的单组流道流线隧道式离心压气机子午面示意图。
图中：
1、流线隧道式压气机轮；2、电机轴；3、轴承；4、电机；5、螺母；6、流线隧道；7、蜗壳；8、阶梯式密封结构；9、进气圆管；10、出口扩压管；11、进口延长段；12、出口延长段；13、进口迷宫密封结构；14、出口迷宫密封结构。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，流线隧道式电动压气机包括流线隧道式压气机轮1、电机4以及蜗壳7，流线隧道式压气轮机1固定设置于电机4的电机轴2上，蜗壳7密封套接在流线隧道式压气机轮1上，相比于以往叶片式结构的压气机轮，流线隧道式压气机轮1结构的轮壁厚度更大，因此流线隧道式压气机轮1的结构强度更大，在遇到研磨颗粒、焊粒、砂砾等不易损坏，如图3所示，在实际使用过程中，流线隧道式压气机轮1的数量可以为两个，两个流线隧道式压气机轮1以螺母5分别固定于电机轴2的两侧，通过这样的并联安装方式，可以增大气体流量。
为了形成流线隧道6，进一步地，流线隧道式压气机轮1为一种闭式压气机轮，流线隧道式压气机轮1内部包含多个流线隧道6-简称流道组成，流线隧道6的中心线为三维曲线，流线隧道6的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当流线隧道6的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道6。
为了更好地保证多组流线隧道6结构的合理性，进一步地，流线隧道6分成多组，各组流线隧道进出口分布在不同的半径的流线隧道式压气机轮1上，多组流线隧道6周向均匀分布且关于电机的转子轴线中心对称。
为了实现流线隧道式压气机轮1的外部密封，进一步地，流线隧道式压气机轮1外表面设置蓖齿封严结构，蜗壳7与流线隧道式压气机轮外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构8，阶梯式迷宫密封8结构充分利用了流线隧道式压气机轮1外侧的圆锥面，使其具有很好的密封效果，降低了间隙泄漏损失。
为了适应不同的工作条件，进一步地，蜗壳7分为整体或分体结构，蜗壳7的整体结构包括进气圆管9和出口扩压管10，进气圆管9与出口扩压管10一体成型。
为了简化蜗壳7的结构，方便其生产制造，进一步地，蜗壳7的分体结构包括进气圆管9和出口扩压管10，进气圆管9与出口扩压管10独立成型，流线隧道式压气机轮1的进口与出口分别设置有进口延长段11与出口延长段12，进气圆管9与进口延长段11配合形成进口迷宫密封结构13，出口扩压管10与出口延长段12配合形成出口迷宫密封结构14，当采用蜗壳7的分体结构时，可极大地简化蜗壳7制造工艺，降低了蜗壳7的生产制造的成本。
为了提升流线隧道式压气机轮1的性能，进一步地，流线隧道式压气机轮1的材料包括但不限于塑料、树脂、陶瓷、金属，当流线隧道式压气机轮1的材料选用陶瓷时，配合三维打印制造技术可实现流线隧道式电动压气机1对更高压力和温度的介质进行压缩，由于流线隧道式压气机轮1的结构强度更大，因此材料的选用范围更加广泛，有利于筛选成本更加低廉、重量更加小的材料从而降低流线隧道式压气机轮的成本与重量。
为了更好的保证电机轴2的转动，进一步地，电机轴2通过轴承3支撑转动，轴承3包括但不限于电磁轴承、球轴承、空气轴承，在本申请中优选电磁轴承或空气轴承，原因是电磁轴承与空气轴承更加适用于燃料电池等无油条件。
实施例2。
相对于实施例1中的两个流线隧道式压气机轮1安装于电机轴2的两侧，在本实施例中，两个流线隧道式压气机轮1安装于电机轴2的同侧，如图2所示，通过这样的安装方式，可以增大压比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.流线隧道式电动压气机，其特征在于：
包括流线隧道式压气机轮、电机以及蜗壳；
所述流线隧道式压气轮机固定设置于所述电机的电机轴上，所述蜗壳密封套接在所述流线隧道式压气机轮上。
2.根据权利要求1所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述流线隧道式压气机轮为一种闭式压气机轮，所述流线隧道式压气机轮内部包含多个流线隧道-简称流道组成，所述流线隧道的中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。
3.根据权利要求2所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述流道分成多组，各组流道进出口分布在不同的半径的所述流线隧道式压气机轮上，多组所述流道周向均匀分布且关于所述电机的转子轴线中心对称。
4.根据权利要求1所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述流线隧道式压气机轮外表面设置蓖齿封严结构，所述蜗壳与所述流线隧道式压气机轮外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构。
5.根据权利要求4所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述蜗壳分为整体或分体结构；
所述蜗壳整体结构包括进气圆管和出口扩压管，所述进气圆管与所述出口扩压管一体成型。
6.根据权利要求5所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述蜗壳分体结构包括进气圆管和出口扩压管，所述进气圆管与所述出口扩压管独立成型，所述流线隧道式压气机轮的进口与出口分别设置有进口延长段与出口延长段；
所述进气圆管与所述进口延长段配合形成进口迷宫密封结构；
所述出口扩压管与所述出口延长段配合形成出口迷宫密封结构。
7.根据权利要求1所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述流线隧道式压气机轮的材料包括但不限于塑料、树脂、陶瓷、金属，当所述流线隧道式压气机轮的材料选用陶瓷时，配合三维打印制造技术可实现所述流线隧道式电动压气机对更高压力和温度的介质进行压缩。
8.根据权利要求1所述的流线隧道式电动压气机，其特征在于：
所述电机轴通过轴承支撑转动，所述轴承包括但不限于电磁轴承、球轴承、空气轴承，在本申请中优选电磁轴承或空气轴承，原因是电磁轴承与空气轴承更加适用于燃料电池等无油条件。
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