CN213574697U - 燃料电池的阳极循环风机 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于燃料电池的阳极循环风机，包括在电机转子上套设的螺旋弹簧，螺旋弹簧的一端相对于电机转子轴向位置固定且另一端抵靠风扇叶轮，在风扇叶轮的与螺旋弹簧轴向相反的一侧与壳体的同该侧轴向间隔的内壁中分别形成有一圈圆心与电机转子的中心轴线重合的凹槽，以在它们之间容纳多个滚珠，螺旋弹簧受压。

Description

燃料电池的阳极循环风机

技术领域

本申请涉及用于燃料电池的阳极循环风机。

背景技术

新能源技术在当前应用越来越广泛。燃料电池技术作为清洁的新能源技术之一日益被广泛使用。以氢燃料电池为例，氢气需要被供应到燃料电池的阳极发生化学反应，并最终产生电能输出。此外，多余的氢气需要从阳极回收。氢气的回收通常由阳极循环风机来实现。因此，阳极循环风机是燃料电池的一个关键的配设部件。

在现有技术中，阳极循环风机包括壳体，在壳体中安装有可以旋转的风扇叶轮。在风扇叶轮与壳体的内壁之间维持一定的轴向间隙，该轴向间隙与壳体内形成的气体入口和气体出口相通，从而在风扇叶轮的旋转作用下，气体由入口吸入并经过间隙从出口排出，实现多余氢气的循环。

上述间隙对于阳极循环风机的正常工作极为重要。在组装阳极循环风机时，需要繁琐的组装工艺来确保间隙保持合适。因此，需要改进阳极循环风机的结构设计，使得可以方便容易地装配风机。

实用新型内容

针对以上问题，本申请旨在提出一种改进的阳极循环风机，使得可以非常方便且快速地实现组装，提高生产效率。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于燃料电池的阳极循环风机，包括：

电机，所述电机包含电机定子和电机转子，所述电机转子部分地从所述电机定子伸出；

壳体，所述壳体与所述电机定子能够拆卸地组装在一起，以包围所述电机转子；

在所述电机转子的自所述电机定子伸出的部分上固定的风扇叶轮，

所述阳极循环风机还包括：

在所述电机转子上套设的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的一端相对于所述电机转子轴向位置固定且另一端抵靠所述风扇叶轮，在所述风扇叶轮的与所述螺旋弹簧轴向相反的一侧与所述壳体的同该侧轴向间隔的内壁中分别形成有一圈圆心与所述电机转子的中心轴线重合的凹槽，以在它们之间容纳多个滚珠，所述螺旋弹簧受压。

可选地，所述电机转子经由至少一对轴承支承在所述电机定子中，所述一对轴承包括远离所述风扇叶轮的第一轴承和靠近所述风扇叶轮的第二轴承。

可选地，所述螺旋弹簧的相应端经由所述第二轴承的内圈相对于所述电机转子轴向位置固定。

可选地，所述风扇叶轮仅经由所述多个滚珠相对于所述壳体保持轴向间隔或相对于所述电机转子轴向定位。

可选地，所述电机转子的邻近所述风扇叶轮的端部是未经受紧固力的自由端部。

可选地，所述壳体的由其凹槽所围绕的内壁区域是平坦的。

可选地，所述螺旋弹簧的相应端经由所述电机转子上的位于所述第二轴承与所述风扇叶轮之间的台阶面被轴向定位。

可选地，所述风扇叶轮在与其凹槽相反的一侧上设有多个圆周间隔分布的叶片。

可选地，所述风扇叶轮经由传动键销安装在所述电机转子上。

可选地，所述壳体形成有气体入口和气体出口与所述轴向间隙相通。

采用本申请的上述技术手段，无需在组装风机的过程中测量零部件的误差并选配不同规格的套筒，简化了组装过程提高了生产效率。此外，由于风机壳体无需再形成用于容纳固定风扇叶轮的螺母的凹部，消除了由此带来水积聚并进而影响风机效率的可能性。

附图说明

从下文的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的原理及各个方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本申请的理解。在附图中：

图1是剖视图，示意性示出了根据现有技术的阳极循环风机；

图2是剖视图，示意性示出了根据本申请一个实施例的阳极循环风机；

图3A是立体图，示意性示出了在本申请的阳极循环风机中所采用的风扇叶轮的一个示例；

图3B是立体图，以另一角度示意性示出了本申请的阳极循环风机中所采用的风扇叶轮的示例。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

图1示意性示出了根据现有技术的阳极循环风机的剖视图。该阳极循环风机100包括电机定子110以及与所述电机定子110装配在一起的壳体120。例如，二者可以经由螺栓-螺母彼此连接。在电机定子 110中形成有一容腔111。电机转子180经由两个轴承131和132能够旋转地支承在所述电机定子110的容腔111中，并且电机转子180自所述电机定子110的容腔111伸出。在电机定子110与壳体120之间限定有一安装腔体，以包围容纳电机转子180伸出的部分，并且一风扇叶轮140在所述安装腔体中经由传动键销190安装在所述电机转子180上。

电机定子110和电机转子180构成了用于驱动阳极循环风机100 的风扇叶轮140旋转运行的电机。在壳体120中形成有气体入口(未示出)和气体出口(未示出)。在风扇叶轮140与电机定子110和/或壳体120的内壁之间、特别是与壳体120的朝向风扇叶轮140的内壁之间留有轴向间隙，例如间隙122，该间隙与阳极循环风机100的气体入口和气体出口相通。这样，在风扇叶轮140旋转时，氢气可以经由气体入口被吸入并经过间隙122再从气体出口排出。因此，间隙122 的大小决定了阳极循环风机100的工作效率，过小或者过大都不合适。

在现有技术的阳极循环风机100的组装过程中，为了确保间隙122 合规，需要首先将电机转子180经由两个轴承131和132组装到电机定子110的容腔111中。轴承132的内圈在电机转子180上被轴向固定定位。电机定子110、壳体120、风扇叶轮140和电机转子180均为事先制造的零部件，由于制造误差的原因，这些零部件会存在误差。因此，为了消除零部件制造误差对装配后产生的间隙122大小造成影响，需要在将电机转子180组装到电机定子110的容腔111中后测量电机转子180自容腔111伸出的轴向长度、风扇叶轮140的承载传动键销190并穿设电机转子180的通孔的轴向深度。然后据此，从事先制造好的多个套筒中选择一个具有合适轴向长度的套筒150，并将该套筒150从电机定子110外自电机转子180的自由端穿设到电机转子 180上抵接轴承132的内圈或者与该内圈邻接的电机转子180的台阶面，再将风扇叶轮140经由传动键销190套设在电机转子180上，并且在电机转子180的自由端设有螺纹，通过旋拧螺母160在轴向上施加固定风扇叶轮140的力。这样，风扇叶轮140相对于电机定子110 的轴向位置被固定。接着，选取具有合适尺寸的壳体120(例如，也需要从多个壳体中测量一个合适尺寸的壳体而定)，将其经由螺栓-螺母装配到电机定子110上。这样，才算能够确保合适尺寸的轴向间隙 122在组装后的阳极循环风机100中产生。为了给螺母160留出足够的接收空间，在壳体120中还必须形成有凹部121，如图所示。

可以看出，这种传统的阳极循环风机100的组装过程要求事先制造多个规格不同的套筒，并且组装过程中需要不断测量相关零部件的尺寸，从而再选用不同规格的套筒进行适配。这种组装过程要求装配工人的熟练度并且安装过程复杂。此外，由于凹部121在壳体120中必须设置，所以在循环氢气的过程中水汽非常容易积聚在凹部121中对阳极循环风机的正常运行造成影响。

针对上述问题，本申请提出了一种非常新颖的阳极循环风机设计。以下参照图2对其一个实施例进行介绍。本申请的阳极循环风机配置于燃料电池的阳极循环氢气的目的。图2示意性示出了根据本申请一个实施例的阳极循环风机200。该阳极循环风机200包括电机定子110 以及与所述电机定子110装配在一起的壳体120。例如，二者可以经由螺栓-螺母彼此连接。在电机定子110中形成有一容腔111。电机转子 180经由两个轴承131和132能够旋转地支承在所述电机定子110的容腔111中，并且电机转子180自所述电机定子110的容腔111伸出。在电机定子110与壳体120之间限定有一安装腔体，以容纳电机转子 180伸出的部分，并且一风扇叶轮141在所述安装腔体中经由传动键销190安装在所述电机转子180上。本领域技术人员应当清楚，在图 2中采用与图1中相同附图标记描述的特征可以参照上述针对图1的描述。

根据本申请的实施例，在电机转子180上套设一螺旋弹簧220。该螺旋弹簧220的一端抵靠着轴承132的内圈并且另一端抵靠着风扇叶轮141，以朝向风扇叶轮141施加促使其远离电机定子110的力。进一步如图3A和3B所示，风扇叶轮141大体上呈轮形，具有两个轴向彼此相反的侧面，在一个侧面上形成有围绕圆周方向均匀间隔的多个风扇叶片144，在另一个侧面上形成有一圈圆形凹槽143。同时，风扇叶轮141穿过中心轴线形成有通孔142，以便穿设电机转子180并在其中安装传动键销190。在壳体120的内壁上与风扇叶轮141相对的端面上形成有一圈圆形凹槽123，使得当电机定子110与壳体120组装就位后，这两圈圆形凹槽143和123彼此对正。圆形凹槽143和圆形凹槽123同心并且它们的圆心与电机转子180的中心轴线重合。在这两圈圆形凹槽143和123之间以受压的方式容纳有多个滚珠210。例如，滚珠210可以是硬质滚珠。这些滚珠210因受压而向风扇叶轮141 施加与弹簧220轴向相反的力。在弹簧220和滚珠210的施力作用下，风扇叶轮141在电机定子110与壳体120之间保持合适的间隙，特别是与壳体120保持合适的间隙122。由于风扇叶轮141与壳体120之间经由滚珠210配合而滚珠210在风扇叶轮141旋转时采取滚动接触，因此对风扇叶轮141的旋转的阻力几乎可以忽略。此外，由于风扇叶轮141依靠弹簧220和滚珠210就可以约束轴向位置，所以与图1相比可以省略螺母160。在一个优选的实施例中，由于螺母省略160，可以相应地省略壳体120中的凹部121。这即减少了加工步骤也降低了积聚水的可能性，并提高了阳极循环风机200的运行可靠性。

在组装根据本申请的阳极循环风机200时，需要首先将电机转子 180经由两个轴承131和132组装到电机定子110的容腔111中。轴承 132的内圈在电机转子180上被轴向固定定位。然后，将螺旋弹簧220 套设在电机转子180上并抵靠轴承132的内圈，接着将风扇叶轮141 套设在电机转子180并压靠螺旋弹簧220上。然后将多个滚珠210布置在凹槽143中并且将壳体120经由螺钉-螺母装配至电机定子110。这样，受到螺旋弹簧220施加的弹簧力与滚珠210施加的相反的作用力影响，风扇叶轮141能够自然地在电机定子110与壳体120之间保持合适的轴向间隙。通过合适设定螺旋弹簧220的弹性刚度，就可以合适地调节轴向间隙。对于本申请的阳极循环风机200而言，其组装过程得到了极大的简化，缩短了组装时间，并且无需再事先制造规格不同的套筒备用。

本领域技术人员应当清楚在替代或优选的实施例中，为了保持各个滚珠210彼此间隔互不干扰，能够以类似于轴承滚珠支架的方式为各这些滚珠210配置滚珠支架。在一个替代的实施例中，也可以相应地在电机转子180上形成一台阶面，以替代轴承132的内圈用于抵接固定螺旋弹簧220的相应端部。在一个可选的实施例中，滚珠210也可以是由诸如PPS、PEEK的工程塑料制成的滚珠，使得足有足够的刚度但略具弹性，这样与螺旋弹簧220配合可以增强在组装过程中约束轴向间隙的性能。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。此外，本领域技术人员应当清楚，本说明书所描述的各实施例可以彼此相互组合使用。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的阳极循环风机(200)，包括：

电机，所述电机包含电机定子(110)和电机转子(180)，所述电机转子(180)部分地从所述电机定子(110)伸出；

壳体(120)，所述壳体与所述电机定子(110)能够拆卸地组装在一起，以包围所述电机转子(180)；

在所述电机转子(180)的自所述电机定子(110)伸出的部分上固定的风扇叶轮(141)，其特征在于，

所述阳极循环风机(200)还包括：

在所述电机转子(180)上套设的螺旋弹簧(220)，所述螺旋弹簧的一端相对于所述电机转子(180)轴向位置固定且另一端抵靠所述风扇叶轮(141)，在所述风扇叶轮(141)的与所述螺旋弹簧(220)轴向相反的一侧与所述壳体(120)的同该侧轴向间隔的内壁中分别形成有一圈圆心与所述电机转子(180)的中心轴线重合的凹槽，以在它们之间容纳多个滚珠(210)，所述螺旋弹簧(220)受压。

2.根据权利要求1所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述电机转子(180)经由至少一对轴承(131、132)支承在所述电机定子(110)中，所述一对轴承包括远离所述风扇叶轮(141)的第一轴承(131)和靠近所述风扇叶轮(141)的第二轴承(132)。

3.根据权利要求2所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述螺旋弹簧(220)的相应端经由所述第二轴承(132)的内圈相对于所述电机转子(180)轴向位置固定。

4.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述风扇叶轮(141)仅经由所述多个滚珠(210)相对于所述壳体(120)保持轴向间隔或相对于所述电机转子(180)轴向定位。

5.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述电机转子(180)的邻近所述风扇叶轮(141)的端部是未经受紧固力的自由端部。

6.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述壳体(120)的由其凹槽所围绕的内壁区域是平坦的。

7.根据权利要求2所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述螺旋弹簧(220)的相应端经由所述电机转子(180)上的位于所述第二轴承(132)与所述风扇叶轮(141)之间的台阶面被轴向定位。

8.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述风扇叶轮(141)在与其凹槽相反的一侧上设有多个圆周间隔分布的叶片(144)。

9.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述风扇叶轮(141)经由传动键销(190)安装在所述电机转子(180)上。

10.根据权利要求1或2或3所述的阳极循环风机(200)，其特征在于，所述壳体(120)形成有气体入口和气体出口与在所述风扇叶轮(141)与所述电机定子(110)和/或所述壳体(120)的内壁之间保持的轴向间隙(122)相通。

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