CN114251290A - 一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵 - Google Patents

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Abstract

一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，包括电机和增压器，所述电机包括电机壳体、定子、转子和电机轴，所述电机轴的一端与电机壳体固连，电机轴的另一端在电机壳体内悬空设置，所述电机轴的另一端外侧套设有轴承组，所述轴承组外侧套设有轴承保持套，所述轴承保持套外侧套设有转子，所述转子固定嵌入在叶轮轴的一端内侧，所述叶轮轴的一端设在定子的内侧与定子之间设有间隙，所述叶轮轴的另一端直径缩小伸至增压器内与叶轮固连。大大缩短了电机轴的长度，减轻了重量，降低了成本，减小了整个电机的轴向尺寸，体积小，同时，提高了电机轴的承载力，减轻了轴承的载荷，延长了轴承的使用寿命，降低了故障率。

Description

一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵
技术领域：
本发明涉及一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵。
背景技术：
目前，燃料电池已广泛应用于新能源汽车领域，燃料电池是通过可燃物质 (氢气)与空气中的氧气之间的电化学反应产生电能，其中，燃料电池反应后，排出的气体中含有大量的氢气，这些氢气若直接排放到大气中，一方面是能源的浪费，另一方面是对环境造成污染，三是氢气易燃易爆会产生危险，因此，需要对这些氢气进行回收再利用，现在一般都是通过氢气循环泵将这些含氢混合气体循环回燃料电池进行回收再利用。然而，随着汽车整体轻量化的改革，依附于汽车各零部件也需要进行轻量化的改进，氢气循环泵是汽车上的重要部件，其重量不仅会影响汽车的轻量化问题，还会对其自身的性能造成一定影响。如现有的氢气循环泵中，其电机部分主要包括壳体、定子、转子和电机轴，现在的电机轴，都为一根通轴，电机轴的两端通过轴承安装在电机壳体上，这种结构的电机，其缺点是轴向尺寸过长，体积大，重量大，成本高，不仅需要占用较大空间，而且增加了轴承载荷，轴承寿命短，容易损坏，而且容易出现转动惯量大、启动速度慢、响应速度慢、消耗功率大等问题，从而影响电机的整体性能。而其增压器部分，在工作时存在以下缺点：一是叶轮的叶片与气体接触面积小，压缩效率低；二是增压器内高压区的一部分气体容易经叶轮中心窜到另一侧的低压区，造成气体在增压器的内部泄压，降低了增压器的压缩比，最终降低了的整个氢气循环泵的压缩效率。
因此，氢气循环泵的上述问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，解决了以往氢气循环泵的电机轴向尺寸过长的问题，体积小，重量轻，成本低，减小了轴承载荷，延迟了轴承寿命，故障率低。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，包括电机和增压器，所述电机包括电机壳体、定子、转子和电机轴，所述电机轴的一端与电机壳体固连，电机轴的另一端在电机壳体内悬空设置，所述电机轴的另一端外侧套设有轴承组，所述轴承组外侧套设有轴承保持套，所述轴承保持套外侧套设有转子，所述转子固定嵌入在叶轮轴的一端内侧，所述叶轮轴的一端设在定子的内侧与定子之间设有间隙，所述叶轮轴的另一端直径缩小伸至增压器内与叶轮固连。
所述电机轴的一端通过加强盘与电机壳体固连，所述加强盘与电机壳体一体连接或分体连接。
所述轴承组包括间隔设置的两个轴承，所述轴承包括双列角接触球轴承，两个轴承通过轴承保持套进行固定，所述轴承保持套采用金属材料。
所述转子包括硅钢片和磁铁。
所述电机壳体包括金属材料或非金属材料。
所述增压器包括增压器壳体，所述增压器壳体包括通过螺栓相连的外侧壳体和内侧壳体，所述外侧壳体和内侧壳体的内表面分别设有环形流道，所述外侧壳体上设有与环形流道相连通的进气口和排气口；所述叶轮包括叶轮本体，所述叶轮本体为圆盘形，在叶轮本体的外侧沿圆周均匀设有若干个设在环形流道内的叶片，在叶轮本体的两端面上与外侧壳体和内侧壳体之间分别设有迷宫密封结构，所述迷宫密封结构用于防止增压器内部窜气。
所述迷宫密封结构包括设在叶轮本体的两端面上的环形凹槽和环形凸起，以及设在外侧壳体和内侧壳体内表面相配合的环形凸起和环形凹槽。
所述叶轮本体的外侧沿圆周设有中间加强筋，所述叶片设在中间加强筋的两侧，所述叶片为弧形叶片。
所述叶轮与叶轮轴之间设有凸台定位结构，所述叶轮与叶轮轴之间为一体成型或分体连接。
所述叶轮本体包括金属材料或非金属材料，所述叶轮本体包括PEEK材料。
本发明采用上述方案，具有以下优点：
电机内通过将电机轴的一端直接固定在电机壳体上，将轴承组安装在电机轴的另一端，大大缩短了电机轴的长度，减轻了重量，降低了成本，减小了整个电机的轴向尺寸，体积小，同时，提高了电机轴的承载力，减轻了轴承的载荷，延长了轴承的使用寿命，降低了故障率；通过将轴承组安装在电机轴的另一端，通过轴承保持套将轴承进行固定，将转子安装在轴承保持套外侧，再将叶轮轴的一端固定套设在转子外侧，工作时转子可带动叶轮轴高速旋转，转动惯量小，启动速度快，响应速度快，消耗功率小，提升了电机的整体性能。
增压器内通过在叶轮本体的两端面上分别设置环形凹槽和环形凸起，在外侧壳体和内侧壳体内表面设置相配合的环形凸起和环形凹槽，形成迷宫密封结构，可防止增压器内部的气体从高压区经叶轮中心窜到低压区，避免了增压器内部泄压，提升了增压器的压缩比，提高了氢气循环泵的压缩效率；通过在叶轮本体的外侧设置中间加强筋，使叶片设在中间加强筋的两侧，可增加叶片强度，防止叶片变形，每侧的叶片分别设在对应壳体内的环形流道内高速旋转对气体进行增压，叶片与气体接触面积大，可提高压缩效率。
附图说明：
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的剖视结构示意图。
图3为本发明增压器的爆炸结构示意图。
图4为本发明叶轮的立体结构示意图。
图5为本发明叶轮的主视结构示意图。
图中，1、电机，2、增压器，3、电机壳体，4、定子，5、凸台定位结构， 6、电机轴，7、轴承保持套，8、叶轮轴，9、叶轮，10、加强盘，11、轴承， 12、硅钢片，13、磁铁，14、外侧壳体，15、内侧壳体，16、环形流道，17、进气口，18、排气口，19、叶轮本体，20、叶片，21、环形凹槽，22、环形凸起，23、中间加强筋。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-5所示，一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，包括电机1和增压器2，所述电机1包括电机壳体3、定子4、转子和电机轴6，所述电机轴6的一端与电机壳体3固连，电机轴6的另一端在电机壳体3内悬空设置，所述电机轴6 的另一端外侧套设有轴承组，所述轴承组外侧套设有轴承保持套7，所述轴承保持套7外侧套设有转子，所述转子固定嵌入在叶轮轴8的一端内侧，所述叶轮轴8的一端设在定子4的内侧与定子4之间设有间隙，所述叶轮轴8的另一端直径缩小伸至增压器2内与叶轮9固连。
所述电机轴6的一端通过加强盘10与电机壳体3固连，可增加电机轴6与电机壳体3之间的连接强度，所述加强盘10与电机壳体3一体连接或分体连接。
所述轴承组包括间隔设置的两个轴承11，所述轴承11包括双列角接触球轴承，只占用更小的轴向空间，双列角接触球轴承可以承受径向负荷和作用在两个方向的轴向负荷，能限制轴或外壳双向轴向位移，可以提供刚性较高的轴承配置，并能承受倾覆力矩。两个轴承11通过轴承保持套7进行固定，结构更加稳定，所述轴承保持套7采用金属材料。
所述转子包括硅钢片12和磁铁13。
所述电机壳体3包括金属材料或非金属材料。
所述增压器2包括增压器壳体，所述增压器壳体包括通过螺栓相连的外侧壳体14和内侧壳体15，所述外侧壳体14和内侧壳体15的内表面分别设有环形流道16，所述外侧壳体14上设有与环形流道16相连通的进气口17和排气口 18；所述叶轮9包括叶轮本体19，所述叶轮本体19为圆盘形，在叶轮本体19 的外侧沿圆周均匀设有若干个设在环形流道16内的叶片20，在叶轮本体19的两端面上与外侧壳体14和内侧壳体15之间分别设有迷宫密封结构，所述迷宫密封结构用于防止增压器2内部窜气，保证气体从进气口17进入后沿环形流道16增压后顺利从排气口18排出。
所述迷宫密封结构包括设在叶轮本体19的两端面上的环形凹槽21和环形凸起22，以及设在外侧壳体14和内侧壳体15内表面相配合的环形凸起和环形凹槽，配合后形成迷宫密封结构，可防止增压器2内部的气体从高压区经叶轮中心窜到低压区，避免了增压器2内部泄压，提升了增压器2的压缩比，提高了氢气循环泵的压缩效率。
所述叶轮本体19的外侧沿圆周设有中间加强筋23，所述叶片20设在中间加强筋23的两侧，中间加强筋23可增加叶片20强度，防止叶片20变形，每侧的叶片20分别设在对应壳体内的环形流道16内高速旋转对气体进行增压，叶片20与气体接触面积大，可提高压缩效率。所述叶片20为弧形叶片，弧形叶片更加有利于对气体进行聚拢和向前推动，提升增压效果。
所述叶轮9与叶轮轴8之间设有凸台定位结构5，以防止叶轮9与叶轮轴8 滑脱，增加连接强度，所述叶轮9与叶轮轴8之间为一体成型或分体连接。
所述叶轮本体19包括金属材料或非金属材料，所述叶轮本体19包括PEEK 材料。
工作原理：
本发明通过将电机轴6的一端直接固定在电机壳体3上，将轴承组安装在电机轴6的另一端，通过轴承保持套7将轴承11进行固定，将转子安装在轴承保持套7外侧，再将叶轮轴8的一端固定套设在转子外侧，工作时，转子可带动叶轮轴8高速旋转，叶轮轴8的另一端伸至电机壳体3外侧与增压器2内的叶轮9固连，带动叶轮9旋转，实现气体增压功能。这种结构形式的电机1，轴向尺寸短，体积小，重量轻，成本低，转动惯量小，启动速度快，响应速度快，消耗功率小，能够满足燃料电池汽车对氢气循环泵轻量化的要求。
工作时，气体从进气口17进入增压器2内部的环形流道16，经高速旋转的叶轮9增压后，气体沿环形流道16旋转一周，从排气口18排出，靠近排气口 18的环形流道16的区域为高压区，靠近进气口17的环形流道16的区域为低压区，由于叶轮本体19的两端面与外侧壳体14和内侧壳体15之间的迷宫密封结构的存在，高压区的高压气体无法穿过迷宫密封结构向低压区泄漏窜气，从而保证了气体从进气口17进入后沿环形流道16增压后顺利从排气口18排出。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，包括电机和增压器，所述电机包括电机壳体、定子、转子和电机轴，其特征在于：所述电机轴的一端与电机壳体固连，电机轴的另一端在电机壳体内悬空设置，所述电机轴的另一端外侧套设有轴承组，所述轴承组外侧套设有轴承保持套，所述轴承保持套外侧套设有转子，所述转子固定嵌入在叶轮轴的一端内侧，所述叶轮轴的一端设在定子的内侧与定子之间设有间隙，所述叶轮轴的另一端直径缩小伸至增压器内与叶轮固连。
2.根据权利要求1所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述电机轴的一端通过加强盘与电机壳体固连，所述加强盘与电机壳体一体连接或分体连接。
3.根据权利要求1所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述轴承组包括间隔设置的两个轴承，所述轴承包括双列角接触球轴承，两个轴承通过轴承保持套进行固定，所述轴承保持套采用金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述转子包括硅钢片和磁铁。
5.根据权利要求1所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述电机壳体包括金属材料或非金属材料。
6.根据权利要求1所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述增压器包括增压器壳体，所述增压器壳体包括通过螺栓相连的外侧壳体和内侧壳体，所述外侧壳体和内侧壳体的内表面分别设有环形流道，所述外侧壳体上设有与环形流道相连通的进气口和排气口；所述叶轮包括叶轮本体，所述叶轮本体为圆盘形，在叶轮本体的外侧沿圆周均匀设有若干个设在环形流道内的叶片，在叶轮本体的两端面上与外侧壳体和内侧壳体之间分别设有迷宫密封结构，所述迷宫密封结构用于防止增压器内部窜气。
7.根据权利要求6所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述迷宫密封结构包括设在叶轮本体的两端面上的环形凹槽和环形凸起，以及设在外侧壳体和内侧壳体内表面相配合的环形凸起和环形凹槽。
8.根据权利要求6所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮本体的外侧沿圆周设有中间加强筋，所述叶片设在中间加强筋的两侧，所述叶片为弧形叶片。
9.根据权利要求6所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮与叶轮轴之间设有凸台定位结构，所述叶轮与叶轮轴之间为一体成型或分体连接。
10.根据权利要求6所述的一种轴向压缩旋涡型氢气循环泵，其特征在于：所述叶轮本体包括金属材料或非金属材料，所述叶轮本体包括PEEK材料。
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