CN114502844A - 用于车辆的空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的空气压缩机，该空气压缩机通过确保用于内部冷却的压缩空气的循环流动并允许压缩空气充分流动而具有改进的内部冷却效率。该空气压缩机包括：壳体；压缩单元，其布置在壳体中，用于从外部引入并压缩空气；马达单元，其布置在壳体中，包括转子和定子，并根据转子的旋转驱动压缩单元旋转；轴承单元，其将转子支撑为能够旋转；冷却循环流动通道，其形成在壳体内，用于使在压缩单元中压缩的一些空气沿轴向方向移动，并使空气循环到压缩单元；以及旁通流动通道，其接收通过冷却循环流动通道的一些空气，并绕过轴承单元的部分区域而与冷却循环流动通道汇合。

Description

用于车辆的空气压缩机
技术领域
本发明涉及一种压缩机，更具体地，涉及一种用于车辆的空气压缩机，其中通过增加冷却空气的循环流速来提高冷却效率。
背景技术
通常，燃料电池车辆是这样的车辆，其中氢和氧被供应到加湿器，使得通过作为水电解的逆反应的电化学反应产生的电能作为车辆的驱动力被供应。韩国专利登记0962903中公开了一种普通的燃料电池车辆。
通常，用于骑乘的燃料电池车辆包括100kW的燃料电池堆。这里，当在加压的同时操作燃料电池堆时，供应到燃料电池堆的空气以1巴至4巴的高压供应。为此，必须使用具有每分钟10万至20万转(RPM)的速度的空气压缩机。
燃料电池车辆通常包括构造成发电的燃料电池堆、构造成增加供应到燃料电池堆的空气的湿度的加湿器、构造成向燃料电池堆供应氢的燃料供应部、构造成向燃料电池堆供应包括氧的空气的空气供应部、构造成冷却燃料电池堆的冷却模块等。
空气供应部包括：空气滤清器，其构造成过滤掉空气中包含的异物；空气压缩机，其构造成压缩并供应由空气滤清器过滤的空气；冷却装置，其构造成冷却高温加压空气；加湿器，其构造成增加空气中的湿度；以及阀，其构造成调节流速。
空气压缩机使用压缩机叶轮压缩从外部吸入的空气，然后将压缩空气送到燃料电池堆。
这里，压缩机叶轮连接到从驱动部接收动力的旋转轴，并且驱动部通常通过定子和转子的电磁感应驱动旋转轴。
这里，在空气压缩机中，由于转子的高速旋转而发生由空气轴承处的空气阻力引起的热损失，因此需要冷却作为主要热源的马达和轴承。因此，提供了一种结构，该结构通过利用由空气压缩机的叶轮产生的一些压缩空气来冷却用于旋转叶轮的马达和轴承，然后通过马达的旋转轴的内孔将空气引入到叶轮的入口侧。
相关地，韩国专利登记1810430公开了使用马达轴的端部循环内部空气流的空气压缩机和燃料电池车辆。在此，空气压缩机包括：驱动壳体，在该驱动壳体中构造有转子和定子；马达轴，在该马达轴中穿过驱动壳体形成有空气排放孔；空气轴承，该空气轴承联接到驱动壳体的壳体后端以支撑马达轴的轴后端；以及马达冷却通道，在该马达冷却通道中，经由驱动壳体的内部空间收集在马达的外部腔室中的冷却空气从由叶轮腔室中的叶轮形成的压缩空气中抽出，并且冷却空气通过空气排放孔吸入并从轴后端排放到轴前端。
然而，上述传统的空气压缩机存在这样的问题，即，当压缩空气通过气翼(airfoil)轴承附近的狭窄空间时，压缩空气的流速降低，并且其气流延迟，因此使用压缩空气的自冷却效率降低。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种用于车辆的空气压缩机，该空气压缩机确保冷却空气的循环流速并促进冷却空气的流动以提高冷却效率。
本发明的各方面不限于上述方面，并且本领域技术人员从以下公开内容将理解本发明的其他未陈述的方面。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种用于车辆的空气压缩机。所述空气压缩机包括：压缩部，所述压缩部设置在转子的一侧，以通过压缩在其中流动的空气来产生压缩空气；轴承部，所述轴承部构造成沿前后方向支撑所述转子；冷却循环流动通道，所述冷却循环流动通道构造成允许从所述压缩部排放的所述压缩空气在所述轴承部中流动，以冷却所述轴承部；以及旁通流动通道，所述旁通流动通道构造成允许一些压缩空气绕过所述轴承部的至少一部分。
所述冷却循环流动通道和所述旁通流动通道可以在所述轴承部的前面或在设置所述轴承部的点处分叉并且可以在所述轴承部的后面汇合。
一些汇合的压缩空气可以被向外排放。
所述空气压缩机还可以包括构造成容纳所述压缩部、所述轴承部、所述冷却循环流动通道和所述旁通流动通道的壳体。
所述壳体可以包括设置在所述转子后面的后盖。
所述后盖可以是塑料材料。
所述后盖可以包括形成为朝向所述转子的后部延伸的排放孔，并且所述压缩空气可以通过所述排放孔排放。
所述转子可以包括联接到所述压缩部的旋转轴、联接到所述旋转轴的外周表面的转子部分以及形成在所述转子部分的后侧的转子盘。
所述轴承部可以包括分别支撑所述转子盘的前表面和后表面的前气翼轴承和后气翼轴承。
所述冷却循环流动通道和所述旁通流动通道可以在所述前气翼轴承和所述后气翼轴承之间分叉。
所述冷却循环流动通道可以包括：冷却流动通道，所述冷却流动通道设置在所述转子的外部，以将由所述压缩部压缩的空气的一部分从前部移动到后部；以及循环流动通道，所述循环流动通道设置在所述转子的内部，以将从所述冷却流动通道移动的空气循环并供应到所述压缩部。
所述冷却循环流动通道还可以包括设置在所述冷却流动通道和所述循环流动通道之间的腔室。
所述旁通流动通道可以汇合所述腔室。
所述腔室的宽度可以大于所述冷却流动通道或所述旁通流动通道的宽度。
沿一个方向旋转的旋转空气可以形成在所述腔室中，同时所述旋转空气沿从所述旁通流动通道的出口到所述循环流动通道的入口的方向旋转。
由于所述旋转空气的流动，从所述旁通流动通道流入所述腔室的所述压缩空气可以被传送到所述腔室的后部。
所述旁通流动通道可以沿朝向所述腔室的方向更靠近所述转子。
所述腔室可以设置在所述后盖的内部。
有利效果
根据本发明，在用于车辆的空气压缩机中，由于附加地安装有绕过气翼轴承的旁通流动通道，所以可以确保用于内部冷却的压缩空气的循环流速，并且可以促进内部压缩空气的循环，以提高冷却空气的冷却效率。
根据本发明，在用于车辆的空气压缩机中，由于旋转空气沿与传送方向一致的方向形成在腔室内的空气中，所以可以防止在各种流动通道相遇的位置处形成静止空气的现象，并且可以使用旋转空气在轴承附近引起与冷却空气的热交换，以提高冷却空气的冷却效率。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的用于车辆的空气压缩机的截面图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的冷却循环流动通道的截面图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的压缩空气的通道的框图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的热分布的视图。
图5是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机内的空气的热分布的视图。
图6是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的第二冷却流动通道、旁通流动通道、腔室和循环流动通道的连接部分的放大截面图。
图7是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的第二冷却流动通道、旁通流动通道、腔室和循环流动通道的连接部分处的空气流的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
然而，本发明的技术构思不限于下面描述的实施例，并且可以以各种不同的形式实现。在不脱离本发明的技术概念的情况下，实施例的一个或多个部件可以选择性地彼此组合或替换。
此外，除非另外特别定义，本文使用的术语(包括技术或科学术语)可以具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。可以考虑相关技术的上下文含义来解释通常使用的术语，例如在词典中定义的术语。
此外，这里使用的术语旨在解释实施例，而不是限制本发明。
在整个说明书中，单数形式也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。当描述A、B和C中的至少一个(或一个或多个)时，这可以包括A、B和C的所有组合中的一个或多个。
此外，在描述本发明的实施例的部件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。
这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件，并且相应元件的本质、顺序、序列等不受这些术语的限制。
而且，当声明一个元件“连接”、“联接”或“接合”到另一个元件时，该元件不仅可以直接连接、联接或接合到另一个元件，而且还可以通过另一个中间元件连接、联接或接合到另一个元件。
而且，当陈述一个元件形成或设置在另一个元件的“上方(之上)或下方(之下)”时，两个元件不仅可以彼此直接接触，而且一个或多个其他元件也可以形成或设置在两个元件之间。此外，“上方(之上)或下方(之下)”不仅可以包括基于一个元件的向上方向，还可以包括向下方向。
以下，参见图1至图5描述根据本发明的一个实施例的用于车辆的空气压缩机。
图1是根据本发明的一个实施例的空气压缩机的截面图，图2是示出根据本发明的一个实施例的冷却循环流动通道的截面图，图3是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的压缩空气的通道的框图，图4是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的热分布的视图，并且图5是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机内的空气的热分布的视图。
参照图1和图2，空气压缩机包括壳体100、压缩部200、驱动部300、轴承部400、冷却循环流动通道500和旁通流动通道600。
壳体100形成外部。壳体100在其内部空间中容纳压缩部200、驱动部300、轴承部400、冷却循环流动通道500和旁通流动通道600。这里，壳体100可以包括叶轮壳体110、驱动壳体120和后盖130。
叶轮壳体110可以包括入口111和出口112。此外，压缩部200设置在叶轮壳体110的内部空间中。这里，通过入口111流入的空气被压缩部200压缩并通过出口112向外排放。这里，一些压缩空气被供应到将在下面描述的冷却循环流动通道500。
驱动壳体120连接到叶轮壳体110的后端。这里，向后是朝向驱动部300的方向，向前是基于压缩部200与后部相反的方向。这里，驱动部300设置在驱动壳体120的内部空间中。此外，冷却循环流动通道500形成在驱动壳体120内。
后盖130连接到驱动壳体120的后端。这里，将在下面描述的腔室530可以设置在后盖130的内部空间中。后盖130可以是塑料材料。
这里，后盖130可以包括朝向空气压缩机后侧开口的排放孔(未示出)。
压缩部200设置在叶轮壳体110的内部空间中，并压缩通过入口111流入的空气。压缩部200可以包括鼓风机210和叶轮220。
鼓风机210连接到入口111并具有截面逐渐减小的形状以压缩在其中流动的空气。
叶轮220可设置在入口111和鼓风机210之间。这里，叶轮220可以将已经通过入口111流入的空气朝向鼓风机210传送。
也就是说，已经通过入口111流入的空气可以通过叶轮220传送到鼓风机210，并且在通过截面逐渐减小的鼓风机210时被压缩以产生压缩空气。这里，一些压缩空气流过冷却循环流动通道500。这里，压缩空气可以执行冷却空气压缩机内部的功能。
驱动部300设置在驱动壳体120的内部空间中，并为压缩部200提供驱动力。这里，驱动部300可以包括转子310和定子320。
转子310的一侧连接到压缩部200，并在旋转的同时使压缩部200旋转。这里，转子310可以包括旋转轴311、转子部分312和转子盘313。
旋转轴311联接到叶轮230并驱动叶轮230旋转。
转子部分312联接到旋转轴311的外周表面。这里，当供应外部电力时，转子部分312由于与定子320的电磁相互作用而产生转矩。这里，参照图4和图5，热量集中在转子盘313以及转子部分312和定子320重叠的部分上。而且，在转子部分312和定子320之间通过的空气的温度增加。
转子盘313连接到转子部分312的一侧。转子盘313的径向长度可以大于转子部分312的径向长度。这里，热量集中在转子盘313的两侧和与转子盘313的两侧接触的空气上。
定子320设置在转子310的外侧并且固定地安装在驱动壳体120的内周表面上。这里，向外是基于旋转轴311朝向壳体100的方向，向内是与向外相反的方向。
同时，尽管图中未示出，驱动部可以设置为离合器(未示出)，并且可以接收车辆发动机的驱动力以进行操作。驱动部可以包括滑轮(未示出)、盘组件(未示出)、线圈组件(未示出)等。这里，滑轮通过传动带(未示出)连接到车辆的发动机，并且传动带可以安装在滑轮的外周表面上，并且可以将车辆发动机的动力传递到滑轮。同样，盘组件可以联接到驱动轴(未示出)，并且可以将车辆发动机的动力从滑轮传递到驱动轴。这里，驱动轴用作旋转轴311，并联接到叶轮340以驱动叶轮340旋转。
轴承部400能旋转地支撑转子310。这里，轴承部400可以包括前后轴颈轴承410和420以及前后气翼轴承430和440。
前后轴颈轴承410和420设置在转子部分312的外周表面的两端上，并支撑转子部分312以在驱动壳体120内平稳地旋转。
前后气翼轴承430和440设置在转子盘313的前表面和后表面上，并且支撑转子盘313在轴向方向上的旋转。这里，参照图2，热量集中在转子盘313的与前后气翼轴承430和440接触的部分上。
参照图2，冷却循环流动通道500允许由压缩部200压缩的一些空气沿轴向方向移动，然后循环通过压缩部200。这里，冷却循环流动通道500可以包括冷却流动通道510和循环流动通道520。
冷却流动通道510可以设置在转子310的外部。这里，冷却流动通道510可以由驱动壳体120和驱动部300之间的空间形成。冷却流动通道510可以将由压缩部200压缩的一些空气从前部移动到后部。
图6是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的第二冷却流动通道、旁通流动通道、腔室和循环流动通道的连接部分的放大截面图，图7是示出根据本发明的一个实施例的空气压缩机的第二冷却流动通道、旁通流动通道、腔室和循环流动通道的连接部分处的空气流的视图。
参照图2和图6，冷却流动通道510可以包括第一冷却流动通道511和第二冷却流动通道512。
第一冷却流动通道511围绕转子部分312的外表面以及前后轴颈轴承410和420，并且使压缩空气通过以冷却在转子部分312、前后轴颈轴承410和420以及定子320处产生的热量。
此外，第二冷却流动通道512围绕转子盘313的外表面以及前后气翼轴承430和440的外表面，并且使压缩空气通过以冷却在转子盘313以及前后气翼轴承430和440处产生的热量。
参照图6和图7，第二冷却流动通道512可以包括第一区域5121、第二区域5122和第三区域5123。
第一区域5121围绕转子盘313的前表面和前气翼轴承430并且冷却在转子盘313的前表面和前气翼轴承430上产生的热量。
第二区域5122围绕转子盘313的侧表面并且冷却在转子盘313的侧表面上产生的热量。
第三区域5123围绕转子盘313的后表面和后气翼轴承440并且冷却在转子盘313的后表面和后气翼轴承440上产生的热量。
此外，冷却流动通道510可以还包括第三冷却流动通道513，该第三冷却流动通道构造成绕过后轴颈轴承420并且将第一冷却流动通道511连接到第二冷却流动通道512。
循环流动通道520可以设置在转子310的内部。循环流动通道520可以由旋转轴311的中空部形成。循环流动通道520可以连接到冷却流动通道510的后端并且可以接收和循环从冷却流动通道510移动的空气以将空气供应到入口111。
此外，冷却循环流动通道500还可以包括连接在冷却流动通道510和循环流动通道520之间的腔室530。腔室530将从冷却流动通道510移动的空气传送到循环流动通道520。这里，在腔室530中可能发生空气湍流。
另一方面，从冷却流动通道510和旁通流动通道600汇合的压缩空气可以通过后盖130的排放孔从空气压缩机向后排放。
旁通流动通道600接收穿过冷却循环流动通道500的一些空气，并允许空气绕过轴承部400的一部分并汇合冷却循环流动通道500。
冷却循环流动通道500和旁通流动通道600可以在轴承部400的前面或在设置轴承部400的点处分叉。在此，冷却循环流动通道500和旁通流动通道600可以在轴承部400的后面彼此汇合。
这里，冷却循环流动通道500和旁通流动通道600可在前气翼轴承430和后气翼轴承440之间分叉。
更详细地，旁通流动通道600可以从第二区域5122分叉。这里，参照图5，通过旁通流动通道600的空气可绕过后气翼轴承440并汇合冷却循环流动通道500。
旁通流动通道600可以增加冷却空气在压缩机中的循环流速，并且减轻气流在靠近气翼轴承的部分中延迟的现象，以促进压缩空气在其中的循环并增加内部冷却效率。
而且，旁通流动通道600可以汇合腔室530。在此，旁通流动通道600可以沿朝向腔室530的方向更靠近转子310。
这里，腔室530和旁通流动通道600的连接点可以比腔室530和冷却流动通道510的连接点更远离转子310。此外，腔室530的宽度可以大于冷却流动通道510或旁通流动通道600的宽度。
这里，参照图7，从冷却流动通道510流入腔室530的空气与后盖130的内壁碰撞并移动到拐角附近。此外，空气可以沿着后盖130的内壁朝向冷却流动通道510的出口和旁通流动通道600的出口移动。因此，在腔室530内，可以形成沿一个方向旋转的旋转空气。这里，旋转空气旋转以顺序地通过旁通流动通道600的出口、冷却流动通道510的出口和循环流动通道520的入口。这里，已经从旁通流动通道600流入腔室530的空气沿着旋转空气流被传送到腔室530的后部，因此流入循环流动通道520的速度可以增加。
通过这种构造，在腔室510中旋转的空气可促进在冷却流动通道510、循环流动通道520和旁通流动通道600的连接点处的空气流动，并增加轴承附近的压缩空气的热交换效率，以提高空气压缩机的冷却效率。
尽管上面已经描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的概念和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。
<附图标记说明>
100：壳体，110：叶轮壳体，120：驱动壳体，130：后盖，200：压缩部，210：鼓风机，220：叶轮，300：驱动部，310：转子，311：旋转轴，312：转子部分，313：转子盘，320：定子，400：轴承部，410：前轴颈轴承，420：后轴颈轴承，430：前气翼轴承，440：后气翼轴承，500：冷却循环流动通道，510：冷却流动通道，511：第一冷却流动通道，512：第二冷却流动通道，
513：第三冷却流动通道，520：循环流动通道，
530：腔室，600：旁通流动通道

Claims (18)

1.一种用于车辆的空气压缩机，所述空气压缩机包括：
压缩部，所述压缩部设置在转子的一侧，以通过压缩在其中流动的空气来产生压缩空气；
轴承部，所述轴承部构造成沿前后方向支撑所述转子；
冷却循环流动通道，所述冷却循环流动通道构造成允许从所述压缩部排放的所述压缩空气在所述轴承部中流动，以冷却所述轴承部；以及
旁通流动通道，所述旁通流动通道构造成允许所述压缩空气绕过所述轴承部的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的空气压缩机，其中，所述冷却循环流动通道和所述旁通流动通道在所述轴承部的前面或在设置所述轴承部的点处分叉并且在所述轴承部的后面汇合。
3.根据权利要求2所述的空气压缩机，其中，一些汇合的压缩空气被向外排放。
4.根据权利要求2所述的空气压缩机，其中，至少一些汇合的压缩空气通过所述冷却循环流动通道供应到所述压缩部。
5.根据权利要求1所述的空气压缩机，其中，所述空气压缩机还包括构造成容纳所述压缩部、所述轴承部、所述冷却循环流动通道和所述旁通流动通道的壳体。
6.根据权利要求5所述的空气压缩机，其中，所述壳体包括设置在所述转子后面的后盖。
7.根据权利要求6所述的空气压缩机，其中，所述后盖是塑料材料。
8.根据权利要求6所述的空气压缩机，其中，所述后盖包括形成为向后延伸的至少一个排放孔，并且
其中，所述压缩空气通过所述排放孔排放。
9.根据权利要求1所述的空气压缩机，其中，所述转子包括：
联接到所述压缩部的旋转轴；
联接到所述旋转轴的外周表面的转子部分；以及
形成在所述转子部分的后侧的转子盘。
10.根据权利要求9所述的空气压缩机，其中，所述轴承部包括分别支撑所述转子盘的前表面和后表面的前气翼轴承和后气翼轴承。
11.根据权利要求6所述的空气压缩机，其中，所述冷却循环流动通道包括：
冷却流动通道，所述冷却流动通道设置在所述转子的外部，以将由所述压缩部压缩的一些空气从前部移动到后部；以及
循环流动通道，所述循环流动通道设置在所述转子的内部，以将从所述冷却流动通道移动的空气循环并供应到所述压缩部。
12.根据权利要求11所述的空气压缩机，其中，所述冷却循环流动通道还包括设置在所述冷却流动通道和所述循环流动通道之间的腔室。
13.根据权利要求12所述的空气压缩机，其中，所述旁通流动通道汇合所述腔室。
14.根据权利要求13所述的空气压缩机，其中，所述腔室的宽度大于所述冷却流动通道或所述旁通流动通道的宽度。
15.根据权利要求14所述的空气压缩机，其中，沿一个方向旋转的旋转空气形成在所述腔室中，同时所述旋转空气沿从所述旁通流动通道的出口到所述循环流动通道的入口的方向旋转。
16.根据权利要求15所述的空气压缩机，其中，由于所述旋转空气的流动，从所述旁通流动通道流入所述腔室的所述压缩空气被传送到所述腔室的后部。
17.根据权利要求16所述的空气压缩机，其中，所述旁通流动通道沿朝向所述腔室的方向更靠近所述转子。
18.根据权利要求17所述的空气压缩机，其中，所述腔室设置在所述后盖的内部。
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