CN111997897A - 一种燃料电池用凸轮式气体循环泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，包括泵体、主动轴组件、从动轴组件和密封组件。相比于现有技术，该气体循环泵泵采用容积效率较高的多叶螺旋凸轮转子，且转子与轴一体式制造，齿轮箱内置于泵体，整体结构小，装备效率高，噪音小。

Description

一种燃料电池用凸轮式气体循环泵
技术领域
本发明涉及气体循环泵技术领域，特别是涉及一种燃料电池用凸轮式气体循环泵。
背景技术
燃料电池气体循环泵是燃料电池电堆外的重要装备之一，是燃料电池供气系统的核心部件。它不仅要满足无油润滑的构型要求，而且对重量、体积、功耗、噪声以及对电堆参数变化的动态响应均提出苛刻要求。在燃料电池电堆反应时，氢气不能被完全利用，直接排出不仅会造成能源的浪费和污染空气，而且氢气非常容易爆炸，存在危险。氢气循环泵可以有效的对这些氢气进行增压回收利用，再进入燃料电池电堆进行二次反应，从而提高燃料电池的功率密度和效率。
现有的气体循环泵，增压腔壳体与齿轮箱是分体装配式结构，转子通过键槽周向固定安装在转轴上，转轴带动转子高速旋转。这种结构形式一般存在泵体积较大，装配难度高，噪音大等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，用于解决现有气体循环泵泵占有空间大，装配效率低，噪音大等问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，包括：
泵体，所述泵体包括壳体、泵盖和齿轮箱盖，所述泵盖和所述齿轮箱盖分别固定于所述壳体的两端，所述壳体内设有与所述泵盖相邻的增压腔和与所述齿轮箱盖相邻的齿轮箱腔，所述壳体的两侧分别设有进气口和排气口，所述进气口和所述排气口均与所述增压腔位置对应，所述壳体上与所述齿轮箱腔位置对应处设有注油口；
主动轴组件，所述主动轴组件包括主动轴、主动轴轴承、主动轴转子、主动轴齿轮，所述主动轴转子位于所述增压腔内且与所述主动轴一体式连接，所述主动轴齿轮位于所述齿轮箱腔内且与所述主动轴固定连接，所述主动轴通过所述主动轴轴承与所述泵体转动连接，所述主动轴穿过所述齿轮箱盖；
从动轴组件，所述从动轴组件包括从动轴、从动轴轴承、从动轴转子、从动轴齿轮，所述从动轴转子位于所述增压腔内且与所述从动轴一体式连接，所述从动轴转子与所述主动轴转子啮合，所述从动轴齿轮位于所述齿轮箱腔内且与所述从动轴固定连接，所述主动轴齿轮与所述从动轴齿轮啮合，所述从动轴通过所述从动轴轴承与所述泵体转动连接；
密封组件，所述密封组件使增压腔和齿轮箱腔为密闭状态，所述泵体内部仅能够通过进气口、排气口和注油口与外界连通。
优选地，所述主动轴轴承包括第一主动轴轴承和第二主动轴轴承，所述第一主动轴轴承安装于所述泵盖上且与所述主动轴的一端转动连接，所述第二主动轴轴承安装于所述增压腔与所述齿轮箱腔之间的所述壳体上且与所述主动轴的中部转动连接。
优选地，所述第一主动轴轴承为一个深沟球轴承，所述第二主动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承。
优选地，靠近所述增压腔的所述第二主动轴轴承与所述壳体上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近所述齿轮箱腔的所述第二主动轴轴承与主动轴轴承压盖接触限位，所述主动轴轴承压盖位于所述齿轮箱腔内，所述主动轴穿过所述主动轴轴承压盖，所述主动轴轴承压盖固定于所述壳体上。
优选地，所述密封组件包括主动轴油封，所述主动轴油封套设于所述主动轴上，所述主动轴油封分别位于所述第一主动轴轴承与所述主动轴转子之间、所述主动轴转子与所述第二主动轴轴承之间以及所述齿轮箱盖外侧。
优选地，所述从动轴轴承包括第一从动轴轴承和第二从动轴轴承，所述第一从动轴轴承安装于所述泵盖上且与所述从动轴的一端转动连接，所述第二从动轴轴承安装于所述增压腔与所述齿轮箱腔之间的所述壳体上且与所述从动轴的中部转动连接。
优选地，所述第一从动轴轴承为一个深沟球轴承，所述第二从动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承。
优选地，靠近所述增压腔的所述第二从动轴轴承与所述壳体上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近所述齿轮箱腔的所述第二从动轴轴承与从动轴轴承压盖接触限位，所述从动轴轴承压盖位于所述齿轮箱腔内，所述从动轴穿过所述从动轴轴承压盖，所述从动轴轴承压盖固定于所述壳体上。
优选地，所述密封组件包括从动轴油封，所述从动轴油封套设于所述从动轴上，所述从动轴油封分别位于所述第一从动轴轴承与所述从动轴转子之间以及所述从动轴转子与所述第二从动轴轴承之间。
优选地，所述密封组件包括泵盖密封圈和齿轮箱盖密封圈，所述泵盖密封圈设于所述泵盖与所述壳体之间，所述齿轮箱盖密封圈设于所述齿轮箱盖与所述壳体之间。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1.增压腔和齿轮箱腔均设于壳体内，无需采用分体装配式结构，有效减小了气体循环泵的体积，节省了安装空间，减轻了泵的重量；
2.转子与轴采用一体化制造，解决了转子与轴安装困难的问题，极大的提高了装配效率，也有效解决了因转子和轴分开加工制造造成较大误差，而装配出现较大偏差，引起转子断面出现较大泄露的问题，提高了泵的密封性；
3.转子与轴一体化制造，轴可以更好的承受转子的径向力，也有效的避免了通过键槽连接转子在高速旋转时转子发生位移，进而引起转子与增压腔断面的摩擦，造成较大噪声的问题；
4.轴承压盖在泵体内锁紧轴，有效避免轴在高速旋转因轴承松动引起的噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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为本实施例燃料电池用凸轮式气体循环泵的内部结构示意图；
图2为本实施例燃料电池用凸轮式气体循环泵的外部结构示意图；
图3为本实施例燃料电池用凸轮式气体循环泵的俯视图；
图4为主动轴与主动轴转子的一体式结构示意图；
图5为从动轴与从动轴转子的一体式结构示意图；
附图标记说明：1-主动轴；2-平键；3-主动轴油封；4-齿轮箱盖；5-胀紧套；6-从动轴；7-螺钉；8-同步齿轮；9-齿轮箱腔；10-齿轮箱盖密封圈；11-注油口；12-泵体；13-锁紧螺母；14-从动轴轴承压盖；15-锁紧螺钉；16-角接触球轴承；17-从动轴油封；18-壳体；19-泵盖密封圈；20-泵盖；21-深沟球轴承；22-主动轴转子；23-增压腔；24排气口；25-进气口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，用于解决现有气体循环泵泵占有空间大，转配效率低，噪音大等问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示，本实施例提供一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，包括泵体12、主动轴组件、从动轴组件和密封组件。
其中，泵体12包括壳体18、泵盖20和齿轮箱盖4，泵盖20和齿轮箱盖4分别固定于壳体18的两端。本实施例中，泵盖20和齿轮箱盖4分别通过螺钉7与壳体18相互固定。壳体18内设有与泵盖20相邻的增压腔23和与齿轮箱盖4相邻的齿轮箱腔9，壳体18的两侧分别设有进气口25和排气口24，进气口25和排气口24均与增压腔23位置对应。壳体18上与齿轮箱腔9位置对应处设有注油口11，方便向齿轮箱腔9内添加润滑油。主动轴组件包括主动轴1、主动轴轴承、主动轴转子22、主动轴齿轮。主动轴转子22位于增压腔23内且与主动轴1一体式连接，主动轴齿轮位于齿轮箱腔9内且与主动轴1固定连接，主动轴1通过主动轴轴承与泵体12转动连接，主动轴1穿过齿轮箱盖4。从动轴组件包括从动轴6、从动轴轴承、从动轴转子、从动轴齿轮。从动轴转子位于增压腔23内且与从动轴6一体式连接，从动轴转子与主动轴转子22啮合。本实施例中，主动轴转子22和从动轴转子与增压腔23之间设置有0.1mm的间隙，主动轴转子22和从动轴转子之间设置有0.15mm的间隙。从动轴齿轮位于齿轮箱腔9内且与从动轴6固定连接，主动轴齿轮与从动轴齿轮啮合，主动轴齿轮和从动轴齿轮为同步齿轮8。从动轴6通过从动轴轴承与泵体12转动连接。密封组件使增压腔23和齿轮箱腔9为密闭状态，泵体12内部仅能够通过进气口25、排气口24和注油口11与外界连通。
该气体循环泵在使用时，通过外部驱动机构带动主动轴旋转，由于主动轴齿轮与从动轴齿轮啮合，主动轴将带动从动轴旋转。由于从动轴转子与主动轴转子22啮合，从动轴转子与主动轴转子22在旋转时，增压腔23内形成高压区和低压区。进气口25位于低压区，排气口24位于高压区，气体由进气口25进入增压腔23，经过增压后由排气口24排出。
具体的，主动轴转子22和从动轴转子均为多叶螺旋凸轮转子，主动轴转子22和从动轴转子的型线由圆弧-渐开线-圆弧组成，相互啮合。主动轴转子22和从动轴转子的螺旋角为0-120度，转子叶的数量为4-6叶。
为了便于与外部驱动机构传动连接，本实施例中主动轴1伸出齿轮箱盖4的一端固定有平键2。为了便于实现主动轴齿轮和从动轴齿轮的固定，本实施例中主动轴齿轮和从动轴齿轮分别通过胀紧套5固定于主动轴1和从动轴6上。
本实施例中，主动轴轴承包括第一主动轴轴承和第二主动轴轴承，第一主动轴轴承安装于泵盖20上且与主动轴1的一端转动连接，第二主动轴轴承安装于增压腔23与齿轮箱腔9之间的壳体18上且与主动轴1的中部转动连接。
从动轴轴承包括第一从动轴轴承和第二从动轴轴承，第一从动轴轴承安装于泵盖20上且与从动轴6的一端转动连接，第二从动轴轴承安装于增压腔23与齿轮箱腔9之间的壳体18上且与从动轴6的中部转动连接。
具体的，第一主动轴轴承为一个深沟球轴承21，第二主动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承16。靠近增压腔23的第二主动轴轴承与壳体18上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近齿轮箱腔9的第二主动轴轴承与主动轴轴承压盖接触限位，主动轴轴承压盖位于齿轮箱腔9内，主动轴1穿过主动轴轴承压盖，主动轴轴承压盖通过紧固件固定于壳体18上。本实施例中，主动轴轴承压盖通过锁紧螺钉15和锁紧螺母13固定于壳体18上，锁紧螺钉15的一端穿过主动轴轴承压盖并与壳体18螺纹连接，锁紧螺钉15的另一端和锁紧螺母13螺纹连接。
第一从动轴轴承为一个深沟球轴承21，第二从动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承16。靠近增压腔23的第二从动轴轴承与壳体18上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近齿轮箱腔9的第二从动轴轴承与从动轴轴承压盖14接触限位，从动轴轴承压盖14位于齿轮箱腔9内，从动轴6穿过从动轴轴承压盖14，从动轴轴承压盖14通过紧固件固定于壳体18上。本实施例中，从动轴轴承压盖14通过锁紧螺钉15和锁紧螺母13固定于壳体18上，锁紧螺钉15的一端穿过从动轴轴承压盖14并与壳体18螺纹连接，锁紧螺钉15的另一端和锁紧螺母13螺纹连接。
深沟球轴承21与角接触球轴承16承受主动轴1和从动轴6的轴向力和径向力，并且提高主动轴1和从动轴6转动的流畅度。
更具体的，密封组件包括主动轴油封3、从动轴油封17、泵盖密封圈19和齿轮箱盖密封圈10。主动轴油封3套设于主动轴1上，主动轴油封3分别位于第一主动轴轴承与主动轴转子22之间、主动轴转子22与第二主动轴轴承之间以及齿轮箱盖4外侧。从动轴油封17套设于从动轴6上，从动轴油封17分别位于第一从动轴轴承与从动轴转子之间以及从动轴转子与第二从动轴轴承之间。主动轴油封3和从动轴油封17能够保证增压腔23和齿轮箱腔9为密闭状态，泵体12内仅能够通过进气口25、排气口24和注油口11与外界连通。泵盖密封圈19设于泵盖20与壳体18之间，齿轮箱盖密封圈10设于齿轮箱盖4与壳体18之间，泵盖密封圈19和齿轮箱盖密封圈10均为O型圈。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，包括：
泵体，所述泵体包括壳体、泵盖和齿轮箱盖，所述泵盖和所述齿轮箱盖分别固定于所述壳体的两端，所述壳体内设有与所述泵盖相邻的增压腔和与所述齿轮箱盖相邻的齿轮箱腔，所述壳体的两侧分别设有进气口和排气口，所述进气口和所述排气口均与所述增压腔位置对应，所述壳体上与所述齿轮箱腔位置对应处设有注油口；
主动轴组件，所述主动轴组件包括主动轴、主动轴轴承、主动轴转子、主动轴齿轮，所述主动轴转子位于所述增压腔内且与所述主动轴一体式连接，所述主动轴齿轮位于所述齿轮箱腔内且与所述主动轴固定连接，所述主动轴通过所述主动轴轴承与所述泵体转动连接，所述主动轴穿过所述齿轮箱盖；
从动轴组件，所述从动轴组件包括从动轴、从动轴轴承、从动轴转子、从动轴齿轮，所述从动轴转子位于所述增压腔内且与所述从动轴一体式连接，所述从动轴转子与所述主动轴转子啮合，所述从动轴齿轮位于所述齿轮箱腔内且与所述从动轴固定连接，所述主动轴齿轮与所述从动轴齿轮啮合，所述从动轴通过所述从动轴轴承与所述泵体转动连接；
密封组件，所述密封组件使增压腔和齿轮箱腔为密闭状态，所述泵体内部仅能够通过进气口、排气口和注油口与外界连通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述主动轴轴承包括第一主动轴轴承和第二主动轴轴承，所述第一主动轴轴承安装于所述泵盖上且与所述主动轴的一端转动连接，所述第二主动轴轴承安装于所述增压腔与所述齿轮箱腔之间的所述壳体上且与所述主动轴的中部转动连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述第一主动轴轴承为一个深沟球轴承，所述第二主动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，靠近所述增压腔的所述第二主动轴轴承与所述壳体上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近所述齿轮箱腔的所述第二主动轴轴承与主动轴轴承压盖接触限位，所述主动轴轴承压盖位于所述齿轮箱腔内，所述主动轴穿过所述主动轴轴承压盖，所述主动轴轴承压盖固定于所述壳体上。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述密封组件包括主动轴油封，所述主动轴油封套设于所述主动轴上，所述主动轴油封分别位于所述第一主动轴轴承与所述主动轴转子之间、所述主动轴转子与所述第二主动轴轴承之间以及所述齿轮箱盖外侧。
6.根据权利要求1所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述从动轴轴承包括第一从动轴轴承和第二从动轴轴承，所述第一从动轴轴承安装于所述泵盖上且与所述从动轴的一端转动连接，所述第二从动轴轴承安装于所述增压腔与所述齿轮箱腔之间的所述壳体上且与所述从动轴的中部转动连接。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述第一从动轴轴承为一个深沟球轴承，所述第二从动轴轴承包括两个并排设置的角接触球轴承。
8.根据权利要求7所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，靠近所述增压腔的所述第二从动轴轴承与所述壳体上的阶梯结构在轴向接触限位，靠近所述齿轮箱腔的所述第二从动轴轴承与从动轴轴承压盖接触限位，所述从动轴轴承压盖位于所述齿轮箱腔内，所述从动轴穿过所述从动轴轴承压盖，所述从动轴轴承压盖固定于所述壳体上。
9.根据权利要求8所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述密封组件包括从动轴油封，所述从动轴油封套设于所述从动轴上，所述从动轴油封分别位于所述第一从动轴轴承与所述从动轴转子之间以及所述从动轴转子与所述第二从动轴轴承之间。
10.根据权利要求1所述的燃料电池用凸轮式气体循环泵，其特征在于，所述密封组件包括泵盖密封圈和齿轮箱盖密封圈，所述泵盖密封圈设于所述泵盖与所述壳体之间，所述齿轮箱盖密封圈设于所述齿轮箱盖与所述壳体之间。
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