CN112901527A - 一种空气轴承压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气轴承压缩机，包括壳体、压缩机构和压缩驱动机构，压缩机构包括第一压缩件和第二压缩件；第一压缩腔的出气口与第二压缩腔的进气口连通；压缩驱动机构包括转轴和驱动电机，转轴的两端分别与第一压缩件和第二压缩件连接；驱动电机的定子和转轴表面之间形成第一气体通道，驱动电机的转子将转轴内部空间分为第一腔体和第二腔体；第一腔体和第二腔体通过第二气体通道连通；所述第一腔体内设有第一进气孔和第一出气孔，所述第二腔体内设置有第二出气孔；第一进气孔与第一压缩腔连通，第一出气孔和第二出气孔第一气体通道连通。本发明的空气轴承压缩机可以快速对空气轴承两侧的气压进行调节，从而使得两侧的气压保持平衡。

Description

一种空气轴承压缩机
技术领域
本发明涉及一种压缩机，具体为一种空气轴承压缩机。
背景技术
空压机，作为一种用于压缩空气的设备，被广泛运用到各个领域中，其主要是通过电机带动叶轮转动，从而实现对进入空压机内的气体进行加压，从而将增大气体的压力。现有的空压机，例如申请公开号为CN104061175A的发明专利申请公开了“一种燃料电池用空气轴承压缩机”，所述燃料电池用空气轴承压缩机包括旋变电机、驱动电机和叶轮锅壳，叶轮锅壳内设置有叶轮，驱动电机内设置有与其径向耦合的空气轴承，该空气轴承镶嵌在驱动电机内部，不再占据空间位置，极大地减小了压缩机的整体体积和质量；多处使用箔片式弹性支撑结构，提高了空气轴承的稳定性和耐振动、耐冲击特性。
然而上述的燃料电池用空气轴承压缩机却存在以下不足：
(1)、所述燃料电池用空气轴承压缩机中的叶轮高速旋转产生的高压空气一大部分通过蜗壳出气口排出，一小部分经连接套左端的斜孔A被压缩至其中空气体流道，从连接套右端出气口B出来的高压气体被压缩在转子与定子之间的间隙内，转子高速旋转时，高压空气既作为润滑剂，又因其粘性作用在定子与转子表面间形成较大的气模压力，由此形成动压力支撑整个电主轴；然而当转子高速转动的同时，位于空气轴承中的定子和转子之间的空气会发生扰动，如果仅仅通过位于定子和转子之间的空隙来实现对空气轴承两侧的气压进行调节，容易导致空气轴承两侧的气压不一致，因此容易导致空气轴承中的转子的同轴度发生偏差，例如导致转子发生倾斜，从而对空压机的工作产生不利影响。
2、所述燃料电池用空气轴承压缩机只能实现对气体进行一级压缩，工作效率低。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提供一种空气轴承压缩机，所述空气轴承压缩机不仅可以快速对空气轴承两侧的气压进行调节，从而保证空气轴承两侧的气压一致，而且所述空气轴承压缩机的工作效率更高，制造和使用成本更低。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种空气轴承压缩机，包括壳体、设置在壳体内的压缩机构以及用于驱动所述压缩机构工作的压缩驱动机构，其中，
所述压缩机构包括第一压缩件和第二压缩件，其中，所述第一压缩件和第二压缩件位于所述壳体的两侧；所述壳体在与所述第一压缩件和第二压缩件的对应位置处分别设置有第一压缩腔和第二压缩腔；所述第一压缩腔的出气口通过连接管道与所述第二压缩腔的进气口连通；
所述压缩驱动机构包括转轴以及用于驱动所述转轴转动的驱动电机，其中，所述转轴包括转动套筒以及设置在所述转动套筒内的转动杆，其中，所述转动杆的两端沿着所述转动套筒的轴线方向延伸并穿过该转动套筒后分别与第一压缩件和第二压缩件连接；所述驱动电机内设置有与其径向耦合的空气轴承，该驱动电机包括定子和转子，所述驱动电机的转子同时作为空气轴承的转子，该驱动电子的定子同时作为空气轴承的定子，其中，所述定子安装在所述壳体上，该定子和所述转动套筒的表面之间形成第一气体通道；所述转子固定安装在所述转动套筒内，该转子将所述转动套筒的内腔分为第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体靠近所述第一压缩腔，所述第二腔体靠近第二压缩腔；所述转子或者所述转动套筒上设置有用于连通第一腔体和第二腔体的第二气体通道；所述第一腔体中设置有第一进气孔和第一出气孔，其中，所述第一进气孔与所述第一压缩腔连通，所述第一出气孔与所述第一气体通道连通；所述第二腔体中设置有第二出气孔，所述第二出气孔与所述第一气体通道连通。
优选的，所述转动套筒内设置有用于安装所述转子的安装槽，所述转子通过过盈配合的方式安装在所述转动套筒的安装槽内。
优选的，所述转动杆与所述转子的内腔之间的空隙构成所述第二气体通道。
优选的，所述转动套筒内设置有用于连通第一腔体和第二腔体的连通槽，所述连通槽构成所述第二气体通道。
优选的，所述壳体上设置有排气阀，所述排气阀与所述第一气体通道连通，用于调节定子和转动套筒之间的气压大小。
优选的，所述壳体包括内壳体和外壳体，其中，所述内壳体和外壳体之间设置有用于给驱动电机降温的冷却循环通道，所述冷却循环通道的进口端和出口端分别与冷媒供给装置连通。
优选的，所述第一压缩件为一级叶轮，所述第二压缩件为二级叶轮，其中，所述一级叶轮和二级叶轮分别通过锁紧螺母将其安装在所述转动杆中伸出所述转动套筒两端的部位上，该转动杆的两端设置有与所述锁紧螺母的内螺纹配合的外螺纹。
优选的，所述一级叶轮和二级叶轮中均设置有与所述转动套筒的内腔配合的配合部，当通过锁紧螺母将所述一级叶轮和二级叶轮安装在所述转动杆的两侧时，所述一级叶轮和二级叶轮中的配合部内嵌在所述转动套筒的内腔中。
优选的，所述一级叶轮或\和二级叶轮为离心压缩叶轮。
优选的，所述第一进气孔、第一出气孔和第二出气孔均为多个，多个第一进气孔、第一出气孔和第二出气孔沿着所述转动套筒的圆周方向均匀排列。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
(1)、本发明的空气轴承压缩机通过连接管道将第一压缩腔内的气体输送到第二压缩腔内，实现对气体进行二次压缩，不仅可以进一步增加其气体压力，而且由于本发明通过同一台电机驱动两个压缩腔内的压缩件工作，实现对气体进行二次压缩，因此本发明在提高工作效率的同时，有利于降低制造和实用成本。
(2)、本发明的空气轴承压缩机中的空气轴承两侧的气压不平衡时，高压一侧的气体通过第一气体通道流到低压一侧，并且通过转动套筒内的第二气体通道进入低压一侧，由于转动套筒在高速转动的过程中，虽然对其外部(即转转动套筒和定子之间)的气体会产生扰动，但对转动套筒内部的气体扰动极小，因此，通过第二进气孔进入到转动套筒内部的气体通过第二气体通道能更迅速地到达空气轴承中低压一侧，从而快速地对空气轴承两侧的气压进行调节，使其达到平衡，这样就可保证转轴的同轴度，从而保证本发明的空气轴承压缩机正常工作。
(3)、本发明的空气轴承压缩机中的转动套筒和转动杆均为一体结构，且该转动杆的两端分别与第一压缩件和第二压缩件配合，因此，在转轴高速旋转过程中，所述第一压缩件和第二压缩件始终处于同一直线上，从而保证该第一压缩件和第二压缩件的同轴度精度。
附图说明
图1-图2为本发明的空气轴承压缩机的立体结构示意图。
图3为本发明的空气轴承压缩机的内部结构示意图。
图4为本发明的空气轴承压缩机的结构简图，其中，箭头方向为气体运动方向。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
参见图1-图4，本发明的空气轴承压缩机包括壳体、设置在壳体内的压缩机构以及用于驱动所述压缩机构工作的压缩驱动机构。
参见图1-图4，所述压缩机构包括第一压缩件和第二压缩件，其中，所述第一压缩件和第二压缩件位于所述壳体的两侧；所述壳体在与所述第一压缩件和第二压缩件的对应位置处分别设置有第一压缩腔和第二压缩腔，所述第一压缩件设置在第一压缩腔内；所述第二压缩件设置在第二压缩腔内；所述第一压缩腔的出气口通过连接管道1与所述第二压缩腔的进气口连通。
参见图1-图4，所述压缩驱动机构包括转轴2以及用于驱动所述转轴2转动的驱动电机，其中，所述转轴2包括转动套筒201以及设置在所述转动套筒201内的转动杆202，其中，所述转动杆202的两端沿着所述转动套筒201的轴线方向延伸并穿过该转动套筒201后分别与第一压缩件和第二压缩件连接；所述驱动电机内设置有与其径向耦合的空气轴承，该驱动电机包括定子3和转子4，其中，所述驱动电机的转子4同时作为空气轴承的转子4，该驱动电子的定子3同时作为空气轴承的定子3；其中，所述定子3安装在所述壳体上，该定子3和所述转动套筒201的表面之间的空隙形成第一气体通道5，所述第一气体通道5中的气体构成空气轴承；所述转子4固定安装在所述转动套筒201上，且与所述定子3相对应，该转子4将所述转动套筒201的内腔分为第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体靠近所述第一压缩腔，所述第二腔体靠近第二压缩腔；所述第一腔体和第二腔体之间通过第二气体通道10连通，其中，所述转动杆202与所述转子4的内腔之间的空隙构成所述第二气体通道10；所述第一腔体中设置有第一进气孔6和第一出气孔7，其中，所述第一进气孔6与所述第一压缩腔连通，所述第一出气孔7与所述第一气体通道5连通；所述第二腔体中设置有第二出气孔8，所述第二出气孔8与所述第一气体通道5连通；所述第一进气孔6、第一出气孔7和第二出气孔8均为多个，多个第一进气孔6、第一出气孔7和第二出气孔8沿着所述转轴2的圆周方向均匀排列。
在本实施例中，所述转动套筒201内设置有用于安装所述转子4的安装槽9，所述转子4通过过盈配合的方式安装在所述转动套筒201上。这样，进入到转动套筒201内腔的高压气体一部分通过第一出气孔7进入到第一气体通道5内(即进入到转动套筒201和定子3之间)，另一部分则通过第二气体通道10进入到第二腔体中，并穿过第二出气孔8进入到第一气体通道5内，由于所述第一出气孔7和第二出气孔8位于所述空气轴承的两侧，因此，当空气轴承两侧的气压不平衡时，高压一侧的气体可以分别通过第一气体通道5和第二气体通道10流入低压的一侧，相对于传统的空气压缩机而言，气体流动路径的增加，使得空气轴承两侧的气压调节更加迅速，保证空气轴承压缩机可以正常工作。
参见图1-图4，所述第一压缩件为一级叶轮11，所述第二压缩件为二级叶轮12，其中，所述一级叶轮11和二级叶轮12分别通过锁紧螺母将其安装在所述转动杆202中伸出转动套筒201两端的部位，该转动杆202的两端设置有与所述锁紧螺母的内螺纹配合的外螺纹；所述一级叶轮11和二级叶轮12中均设置有与所述转动套筒201内腔配合的配合部，当通过锁紧螺母将所述一级叶轮11和二级叶轮12安装在所述转轴2的两侧时，所述一级叶轮11和二级叶轮12中的配合部内嵌在所述转动套筒201的内腔中。通过锁紧螺母将一级叶轮11和二级叶轮12安装在转轴2的两端，使得所述一级叶轮11和二级叶轮12中的配合部与所述转动套筒201的内腔配合，使得所述转动套筒201内部形成密封结构，这样进入转子4内部的气体只能从第一出气孔7和第二出气孔8排出，从而保证有进入到第一气体通道5中的气体具有足够的压力来支撑转轴2。另外，设置上述结构，当通过缩减螺母将一级叶轮11和二级叶轮12安装在所述转动杆202时，由于所述一级叶轮11和二级叶轮12中的配合部与所述转动套筒201的内腔配合，因此可以使得所述转动杆202悬空在所述转子4的内腔中，使得所述转子4的内壁与所述转动杆202之间的空隙构成所述第二气体通道10，这样便不需要再再转子4或转动套筒201内部设置第二气体通道10，从而节省成本。另外，将第二气体通道设置在所述转子4的内腔(轴心轴心位置)，由于转子4在转动过程中，其轴心位置处于静止状态，因此，从第二气体通道10中穿过的气体受到的干扰较小，使得这部分气体可以快速到达空气轴承中低压一侧，从而快速使得空气轴承两侧的气压保持一致，进而使得空气轴承压缩机正常工作。
参见图1-图4，所述壳体上设置有排气阀13，所述排气阀13与所述第一气体通道5连通，用于调节驱动电机的定子3和转筒通道201之间的第一气体通道5的气压大小。
参见图1-图4，所述壳体包括内壳体14和外壳体15，其中，所述内壳体14和外壳体15之间设置有用于给驱动电机降温的冷却循环通道16，所述冷却循环通道16的进口端和出口端分别与冷媒供给装置连通。在工作时，通过冷媒供给装置向冷却循环通道16中输送冷却液，可以实现对驱动电机进行降温，从而延长驱动电机的使用寿命。
除上述结构外，所述壳体上还设置有检测传感器，用于检测驱动电机的温度，实现精确降温。具体结构可以参照申请公开号为CN104061175A的发明专利申请公开了“一种燃料电池用空气轴承压缩机”的类似结构实施。
另外，所述转动套筒201在靠近第一压缩腔的部位设置有法兰片，所述法兰片通过固定在壳体和外端板上的前止推板和后止推板上的箔片结构获得轴向弹性支撑，该转动套筒201的圆筒体与所述壳体间通过箔片结构获得径向弹性支撑。具体细节结构可以参照申请公开号为CN104061175A的发明专利申请公开了“一种燃料电池用空气轴承压缩机”中的连接套和壳体之间的连接结构来实施。最后，所述连接管道1中也设置有出气阀13。
本发明的其余结构可以参照申请公开号为CN104061175A的发明专利申请公开了“一种燃料电池用空气轴承压缩机”的类似结构实施。
参见图1-图4，本发明的空气轴承压缩机的工作原理是：
工作时，气体由第一压缩腔的进气口进入到第一压缩腔内，同时，所述驱动电机驱动转子4转动，所述转子4转动的同时带动第一压缩件和第二压缩件转动，从而将第一压缩腔内的空气进行压缩，压缩后的空气中的绝大部分通过连接管道1进入到第二压缩腔内，随着第二压缩件的转动，实现对该气体进入二次压缩，完成二次压缩后的气体通过第二压缩腔内的出气口排出；而第一压缩腔中经过一次压缩的少部分气体通过第一进气孔6进入到转动套筒201的内部，此时，这部分气体中的一部分气体穿过第一出气孔7后进入到位于定子3和转动套筒201的第一气体通道5中，另一部分气体则沿着所述转动套筒201的轴线方向运动到转子4的另一侧，并穿过第二出气孔8后进入到第一气体通道5内，使得转动套筒201在高速旋转过程中，位于第一气体通道5中的高压空气既作为润滑剂，又因其粘性作用在定子3与转动套筒201表面间形成较大的气模压力，由此形成动压力支撑整个转动套筒201。当转子4在高速转动的过程中，若空气轴承两侧的气体压强发生变化时，假设空气轴承左侧的气压大于空气轴承右侧的气压，那么左侧的气体便会向右侧流动，其流动轨迹有两条，其中一条是通过第一气体通道5进入到空气轴承右侧，而另一条轨迹则是穿过第二出气孔8(假设左侧为第二压缩腔，右侧为第一压缩腔)并沿着第二气体通道10进入到转动套筒201的右侧，穿过第一出气孔7后进入到空气轴承的右侧，从而快速调节空气轴承两侧的气压，使其趋向平衡。由于转动套筒201在高速转动的过程中，虽然对其外部(即转动套筒201和定子3之间)的气体会产生扰动，但对转动套筒201内部的气体扰动极小，因此，通过第二进气孔进入到转动套筒201内部的气体能更迅速地到达空气轴承左侧，从而快速地对空气轴承两侧的气压进行调节，使其达到平衡，这样就可保证转轴2的同轴度，从而保证本发明的空气轴承压缩机正常工作。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述一级叶轮11或\和二级叶轮12为离心压缩叶轮。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述转动套筒202内设置有用于连通第一腔体和第二腔体的连通槽，所述连通槽构成所述第二气体通道10。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气轴承压缩机，包括壳体、设置在壳体内的压缩机构以及用于驱动所述压缩机构工作的压缩驱动机构，其特征在于，
所述压缩机构包括第一压缩件和第二压缩件，其中，所述第一压缩件和第二压缩件位于所述壳体的两侧；所述壳体在与所述第一压缩件和第二压缩件的对应位置处分别设置有第一压缩腔和第二压缩腔；所述第一压缩腔的出气口通过连接管道与所述第二压缩腔的进气口连通；
所述压缩驱动机构包括转轴以及用于驱动所述转轴转动的驱动电机，其中，所述转轴包括转动套筒以及设置在所述转动套筒内的转动杆，其中，所述转动杆的两端沿着所述转动套筒的轴线方向延伸并穿过该转动套筒后分别与第一压缩件和第二压缩件连接；所述驱动电机包括定子和转子，其中，所述定子安装在所述壳体上，该定子和所述转动套筒的表面之间的空隙形成第一气体通道；所述转子固定安装在所述转动套筒内，该转子将所述转动套筒的内腔分为第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体靠近所述第一压缩腔，所述第二腔体靠近第二压缩腔；所述转子或者所述转动套筒上设置有用于连通第一腔体和第二腔体的第二气体通道；所述转动套筒的第一腔体中设置有第一进气孔和第一出气孔，其中，所述第一进气孔与所述第一压缩腔连通，所述第一出气孔与所述第一气体通道连通；所述转动套筒的第二腔体中设置有第二出气孔，所述第二出气孔与所述第一气体通道连通。
2.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述转动套筒内设置有用于安装所述转子的安装槽，所述转子通过过盈配合的方式安装在所述转动套筒的安装槽内。
3.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述转动杆与所述转子的内腔之间的空隙构成所述第二气体通道。
4.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述转动套筒内设置有用于连通第一腔体和第二腔体的连通槽，所述连通槽构成所述第二气体通道。
5.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述壳体上设置有排气阀，所述排气阀与所述第一气体通道连通，用于调节定子和转动套筒之间的气压大小。
6.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述壳体包括内壳体和外壳体，其中，所述内壳体和外壳体之间设置有用于给驱动电机降温的冷却循环通道，所述冷却循环通道的进口端和出口端分别与冷媒供给装置连通。
7.根据权利要求6所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述第一压缩件为一级叶轮，所述第二压缩件为二级叶轮，其中，所述一级叶轮和二级叶轮分别通过锁紧螺母将其安装在所述转动杆中伸出所述转动套筒两端的部位上，该转动杆的两端设置有与所述锁紧螺母的内螺纹配合的外螺纹。
8.根据权利要求7所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述一级叶轮和二级叶轮中均设置有与所述转动套筒的内腔配合的配合部，当通过锁紧螺母将所述一级叶轮和二级叶轮安装在所述转动杆的两侧时，所述一级叶轮和二级叶轮中的配合部内嵌在所述转动套筒的内腔中。
9.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述一级叶轮或\和二级叶轮为离心压缩叶轮。
10.根据权利要求1所述的空气轴承压缩机，其特征在于，所述第一进气孔、第一出气孔和第二出气孔均为多个，多个第一进气孔、第一出气孔和第二出气孔沿着所述转动套筒的圆周方向均匀排列。
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