CN213717784U - 一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其包括设置在空压机上的气冷装置和液冷装置；气冷装置包括相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统；一级侧轴承冷却循环槽系统进气端与风冷进风接头连接并连通，风冷进风接头与风冷引风接头连通；风冷引风接头设置在一级蜗壳的喉部与一级蜗壳出口侧之间上；电机壳体内腔与设置在电机壳体二级侧上的风冷排空接头连通；本实用新型实现对电机壳体、转子、电机定子、一二级密封座、一二级轴承座、径向轴承、止推轴承和推力盘冷却，及时有效地实现散热，避免高速旋转下的转子因高温引起热弯曲，防止轴承因高温损伤，使空压机运行更稳定，提高空压机的使用寿命。

Description

一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，属于氢燃料电池电动机技术领域。

背景技术

目前离心式空压机设计一般采用永磁电机直驱方式，电机转子和主轴做成一体化结构，主轴轴端固定联接离心式叶轮，叶轮内置于蜗壳内。电机转子超高速旋转下，叶轮带动气体高速旋转，与蜗壳相互作用产生高压、大流量空气，供给燃料电池发动机用于燃料电池电堆内部电化学反应的发生，其中轴承提供支撑转子(包括主轴-叶轮)一体化旋转部件高速旋转。

离心式空压机为了提高输出空气的压力和流量，往往采用超高转速(80000Rpm以上)的转速控制实现方式，超高速的转子也会带来散热和冷却问题。因此，空压机工作时，电机定子通电运行与转子的高速旋转均会产生大量的热量，热量聚集在空压机内部将会影响电机定子及其控制电路以及转子的运行状态，必须及时有效地实现散热。同时，散热不均匀将会使得转子产生温度梯度而出现热弯曲变形，对于高速旋转状态下的转子，热弯曲变形将会造成转子振动而使整个空压机出现振动情况，严重时，空压机结构将遭到破坏，致使空压机损坏甚至人员损伤。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种及时有效地对空压机散热，避免高速旋转的转子因高温热弯曲，使空压机运行稳定并提高空压机的使用寿命的两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型包括设置在空压机上的气冷装置和液冷装置；所述气冷装置包括设置在空压机内相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统；所述一级侧轴承冷却循环槽系统进气端与设置在电机壳体一级侧左上角的风冷进风接头连接并连通，所述风冷进风接头与设置在一级蜗壳上的风冷引风接头通过管路连通；所述风冷引风接头设置在一级蜗壳的喉部与一级蜗壳出口侧之间上；所述电机壳体内腔与设置在电机壳体二级侧上的风冷排空接头连通。

本实用新型所述一级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的轴承位冷却槽系统和冷却通道；所述轴承位冷却槽系统包括设置在一级轴承座上的一级轴承座进气分气槽、一级轴承座径向通道和一级轴承座轴承位冷却槽；所述一级轴承座进气分气槽与风冷进风接头通过轴承座径向进气通道连通，所述一级轴承座进气分气槽和所述一级轴承座轴承位冷却槽通过一级轴承座径向通道连接并连通；所述一级轴承座轴承位冷却槽另一端与间隙A连通，所述间隙A设置在转子、一级轴承座和一级径向轴承之间；所述间隙A另一端与电机壳体内腔连通；一级轴承座进气分气槽与二级侧轴承冷却循环槽系统连通；所述冷却通道包括设置在一级密封座上的一级密封座轴承位冷却槽、一级密封座分气槽以及设置在一级轴承座上的一级轴承座轴向通道；所述一级密封座轴承位冷却槽与一级轴承座轴承位冷却槽连通，所述一级密封座轴承位冷却槽和一级密封座分气槽之间通过一级密封座径向通道连接并连通，所述一级密封座分气槽与一级轴承座轴向通道连通，所述一级轴承座轴向通道另一端与电机壳体内腔连通。

本实用新型所述二级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的冷却气体引入通道和二级轴承位冷却槽系统；所述冷却气体引入通道包括设置在电机壳体上的一二级连接风道和设置在二级轴承座上的与一二级连接风道出气端连通的二级轴承座通道；所述二级轴承座通道设置在二级轴承座上；所述一二级连接风道进气端与一级轴承座进气分气槽出气端连通；所述二级轴承位冷却槽系统包括设置在二级密封座上的二级密封座冷却槽以及与二级密封座冷却槽连通的间隙B，所述间隙B设置在二级轴承座、转子和二级径向轴承之间且与电机壳体内腔连通；所述二级密封座冷却槽与二级轴承座通道出气端连通。

本实用新型所述一二级连接风道进气端通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道与一级轴承座进气分气槽出气端连通，所述一级轴承座轴向冷却气体分流通道设置在一级轴承座上。

本实用新型所述一级密封座轴承位冷却槽通过一级密封座上的散热槽、外止推轴承及推力盘之间的间隙与一级轴承座轴承位冷却槽连通。

本实用新型所述液冷装置包括设置在电机壳体内的S形冷却液通道，所述S形冷却液通道进液端与设置在电机壳体上的冷却液进口接头连通，所述S形冷却液通道出液端与设置在电机壳体上的冷却液出口接头连通。

本实用新型一级轴承座轴向冷却气体分流通道为一个。

本实用新型所述一级轴承座径向通道为6个，等距均布设置在一级轴承座上。

本实用新型一二级连接风道和二级轴承座通道均为一个。

本实用新型所述一级密封座径向通道为6个，等距均布设置在一级密封座上。

本实用新型积极效果如下：本实用新型通过设置在空压机上的气冷装置和液冷装置，实现对电机壳体本体以及电机壳体内部冷却散热；相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统，通过设置在一级蜗壳的喉部与一级蜗壳出口侧之间的任一位置上的风冷引风接头，将部分压缩气体作为冷却气体引入电机壳体内，实现对电机壳体、转子、电机定子、一二级密封座、一二级轴承座、径向轴承、止推轴承和推力盘冷却，及时有效地实现散热，避免高速旋转下的转子因高温引起热弯曲，防止轴承因高温损伤，使空压机运行更稳定，提高空压机的使用寿命。

风冷引风接头设置在一级蜗壳的喉部与一级蜗壳出口侧之间的任一位置上，可缩短冷却气体进入电机壳体内的距离，使冷却气体压力下降较少，空气经压缩后温度，压力等均满足冷却气体需求，且压力值稳定，可以极大的提升空压机效率；节约中间连接管路，节约空间，精简机构，节省材料，便于空压机的安装。

附图说明

附图1为本实用型结构示意图；

附图2为本实用新型空压机外部结构示意图；

附图3为本实用新型一级蜗壳喉部与出口侧位置结构示意图；

附图4为本实用新型的风冷引风接头位置实施例一结构示意图；

附图5为本实用新型的风冷引风接头位置实施例二结构示意图。

在附图中：1-电机壳体，2-电机定子，3-转子，4-一级密封座，5-二级密封座，6-一级轴承座，7-二级轴承座，8-推力盘，9-S形冷却液通道，10-一二级连接风道，11-一级轴承座进气分气槽，12-一级轴承座径向通道，13-一级轴承座轴承位冷却槽，14-一级密封座轴承位冷却槽，15-一级密封座分气槽，16-一级轴承座轴向通道，17-电机内部空间，18-二级轴承座通道，19-二级密封座冷却槽，20-风冷引风接头，21-风冷进风接头，22-风冷排空接头，23-冷却液出口接头，24-冷却液进口接头，25-一级蜗壳，26-间隙A，27-一级密封座径向通道，28-一级轴承座轴向冷却气体分流通道，29-间隙B，30-喉部，31-一级蜗壳出口侧。

具体实施方式

如附图1-5所示，本实用新型包括设置在空压机上的气冷装置和液冷装置；所述气冷装置包括设置在空压机内相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统；所述一级侧轴承冷却循环槽系统进气端与设置在电机壳体1一级侧左上角的风冷进风接头21连接并连通，所述风冷进风接头21与设置在一级蜗壳25上的风冷引风接头20通过管路连通；所述风冷引风接头20设置在一级蜗壳25的喉部30与一级蜗壳出口侧31之间的任一位置上；所述电机壳体1内腔与设置在二级侧上的风冷排空接头22连通，将一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统进入电机壳体1内腔的冷却气体通过风冷排空接头22排空。所述液冷装置包括设置在电机壳体1内的S形冷却液通道9，所述S形冷却液通道9进液端与设置在电机壳体1上的冷却液进口接头24连通，所述S形冷却液通道9出液端与设置在电机壳体1上的冷却液出口接头23连通。

如附图1所示，本实用新型所述一级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的轴承位冷却槽系统和冷却通道；所述轴承位冷却槽系统包括设置在一级轴承座6上的一级轴承座进气分气槽11、一级轴承座径向通道12和一级轴承座轴承位冷却槽13；所述一级轴承座进气分气槽11与风冷进风接头21通过轴承座径向进气通道连通，所述轴承座径向进气通道为一个，所述一级轴承座进气分气槽11和所述一级轴承座轴承位冷却槽13通过一级轴承座径向通道12连接并连通，所述一级轴承座径向通道12为6个，等距均布设置在一级轴承座6上；所述一级轴承座轴承位冷却槽13另一端与间隙A26连通，所述间隙A26设置在转子3、一级轴承座6和一级径向轴承之间；所述间隙A26另一端与电机壳体1内腔连通；一级轴承座进气分气槽11与二级侧轴承冷却循环槽系统连通；所述冷却通道包括设置在一级密封座4上的一级密封座轴承位冷却槽14、一级密封座分气槽15以及设置在一级轴承座6上的一级轴承座轴向通道16；所述一级密封座轴承位冷却槽14通过一级密封座4上的散热槽、外止推轴承及推力盘8之间的间隙与一级轴承座轴承位冷却槽13连通；所述一级密封座轴承位冷却槽14和一级密封座分气槽15之间通过一级密封座径向通道27连接并连通，所述一级密封座径向通道27为6个，等距均布设置在一级密封座4上，所述一级密封座分气槽15与一级轴承座轴向通道16连通，所述一级轴承座轴向通道16另一端与电机壳体1内腔连通。

如附图1所示，本实用新型所述二级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的冷却气体引入通道和二级轴承位冷却槽系统；

所述冷却气体引入通道包括设置在电机壳体1上的一二级连接风道10和设置在二级轴承座7上的与一二级连接风道10出气端连通的二级轴承座通道18；所述二级轴承座通道18设置在二级轴承座7上；所述一二级连接风道10和二级轴承座通道18均为一个；所述一二级连接风道10进气端通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道28与一级轴承座进气分气槽11出气端连通，所述一级轴承座轴向冷却气体分流通道28为一个且其设置在一级轴承座6上；所述二级轴承位冷却槽系统包括设置在二级密封座5上且与二级轴承座通道18出气端连通的二级密封座冷却槽19以及与二级密封座冷却槽19连通的间隙B29，所述间隙B29设置在二级轴承座7、转子3和二级径向轴承之间且与电机壳体1内腔连通。

液冷装置工作时，冷却液由冷却液进口接头24进入S形冷却液通道内，对电机壳体1及电机定子2因空压机运行过程产生的热量进行吸收，将电机壳体1及电机定子2冷却，并将吸收了热量的冷却液通过冷却液出口接头23排出空压机本体，进而实现冷却的目的，保证空压机温升处在事宜阶段，确保空压机正常运行。

气冷装置工作时，冷却风由风冷引风接头20引出，经连接管由风冷进风接头21通过轴承座径向进气通道进入一级轴承座进气分气槽11内，进入一级轴承座进气分气槽11内的冷却风分成两路，一路通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道28进入二级侧轴承冷却循环槽系统，另一路通过一级轴承座径向通道12进入一级轴承座轴承位冷却槽13和一级密封座轴承位冷却槽14，对一级密封座4、一级轴承座6和推力盘8进行降温冷却，然后通过一级密封座径向通道27、一级密封座分气槽15和一级轴承座轴向通道16进入电机壳体1内，进入一级轴承座轴承位冷却槽13的冷却风也可通过间隙A26进入电机壳体1内，两路冷却风同时对电机壳体1内壁、电机定子2和转子进行冷却散热；通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道28进入二级侧轴承冷却循环槽系统，通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道28的冷却风依次进入一二级连接风道10、二级轴承座通道18、二级密封座冷却槽和间隙B19后进入电机壳体1内，对电机壳体1内壁、电机定子2和转子进行冷却散热；冷却风在进入级轴承座通道18、二级密封座冷却槽和间隙B19后同时对二级密封座5、二级轴承座7和止推轴承进行冷却散热。最后电机壳体1内的冷却风通过与冷却出气孔连通的二级侧上的风冷排空接头22排出电机壳体1外。

本实用新型通过设置在空压机上的气冷装置和液冷装置，实现对电机壳体本体以及电机壳体内部及相关零部件冷却散热；相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统，通过设置在一级蜗壳25的喉部31与一级蜗壳出口侧32之间的任一位置上的风冷引风接头20，将部分压缩冷却气体引入电机壳体内，实现对电机壳体1、转子3、电机定子2、一二级密封座、一二级轴承座、推力盘8、止推轴承及径向轴承的冷却，及时有效地实现散热，避免高速旋转下的转子因高温引起热弯曲，防止轴承因高温损伤,使空压机运行更稳定，提高空压机的使用寿命。

风冷引风接头20设置在一级蜗壳25的喉部31与一级蜗壳出口侧32之间的任一位置上，可缩短冷却气体进入电机壳体内的距离，使冷却气体压力下降较少，空气经压缩后温度，压力等均满足冷却气体需求，且压力值稳定，可以极大的提升空压机效率；节约中间连接管路，节约空间，精简机构，节省材料，便于空压机的安装。

最后说明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其包括设置在空压机上的气冷装置和液冷装置；

其特征在于：所述气冷装置包括设置在空压机内相连通的一级侧轴承冷却循环槽系统和二级侧轴承冷却循环槽系统；

所述一级侧轴承冷却循环槽系统进气端与设置在电机壳体（1）一级侧左上角的风冷进风接头（21）连接并连通，所述风冷进风接头（21）与设置在一级蜗壳（25）上的风冷引风接头（20）通过管路连通；

所述风冷引风接头（20）设置在一级蜗壳（25）的喉部（30）与一级蜗壳出口侧（31）之间上；

所述电机壳体（1）内腔与设置在电机壳体二级侧上的风冷排空接头（22）连通。

2.根据权利要求1所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述一级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的轴承位冷却槽系统和冷却通道；

所述轴承位冷却槽系统包括设置在一级轴承座（6）上的一级轴承座进气分气槽（11）、一级轴承座径向通道（12）和一级轴承座轴承位冷却槽（13）；

所述一级轴承座进气分气槽（11）与风冷进风接头（21）通过轴承座径向进气通道连通，所述一级轴承座进气分气槽（11）和所述一级轴承座轴承位冷却槽（13）通过一级轴承座径向通道（12）连接并连通；所述一级轴承座轴承位冷却槽（13）另一端与间隙A（26）连通，所述间隙A（26）设置在转子（3）、一级轴承座（6）和一级径向轴承之间；所述间隙A（26）另一端与电机壳体（1）内腔连通；一级轴承座进气分气槽（11）与二级侧轴承冷却循环槽系统连通；

所述冷却通道包括设置在一级密封座（4）上的一级密封座轴承位冷却槽（14）、一级密封座分气槽（15）以及设置在一级轴承座（6）上的一级轴承座轴向通道（16）；

所述一级密封座轴承位冷却槽（14）与一级轴承座轴承位冷却槽（13）连通，所述一级密封座轴承位冷却槽（14）和一级密封座分气槽（15）之间通过一级密封座径向通道（27）连接并连通，所述一级密封座分气槽（15）与一级轴承座轴向通道（16）连通，所述一级轴承座轴向通道（16）另一端与电机壳体（1）内腔连通。

3.根据权利要求2所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述二级侧轴承冷却循环槽系统包括相连通的冷却气体引入通道和二级轴承位冷却槽系统；

所述冷却气体引入通道包括设置在电机壳体（1）上的一二级连接风道（10）和设置在二级轴承座（7）上的与一二级连接风道（10）出气端连通的二级轴承座通道（18）；所述二级轴承座通道（18）设置在二级轴承座（7）上；

所述一二级连接风道（10）进气端与一级轴承座进气分气槽（11）出气端连通；

所述二级轴承位冷却槽系统包括设置在二级密封座（5）上的二级密封座冷却槽（19）以及与二级密封座冷却槽（19）连通的间隙B（29），所述间隙B（29）设置在二级轴承座（7）、转子（3）和二级径向轴承之间且与电机壳体（1）内腔连通；

所述二级密封座冷却槽（19）与二级轴承座通道（18）出气端连通。

4.根据权利要求3所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述一二级连接风道（10）进气端通过一级轴承座轴向冷却气体分流通道（28）与一级轴承座进气分气槽（11）出气端连通，所述一级轴承座轴向冷却气体分流通道（28）设置在一级轴承座（6）上。

5.根据权利要求2所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述一级密封座轴承位冷却槽（14）通过一级密封座（4）上的散热槽、外止推轴承及推力盘（8）之间的间隙与一级轴承座轴承位冷却槽（13）连通。

6.根据权利要求1所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述液冷装置包括设置在电机壳体（1）内的S形冷却液通道（9），所述S形冷却液通道（9）进液端与设置在电机壳体（1）上的冷却液进口接头（24）连通，所述S形冷却液通道（9）出液端与设置在电机壳体（1）上的冷却液出口接头（23）连通。

7.根据权利要求4所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：一级轴承座轴向冷却气体分流通道（28）为一个。

8.根据权利要求2所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述一级轴承座径向通道（12）为6个，等距均布设置在一级轴承座（6）上。

9.根据权利要求3所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：一二级连接风道（10）和二级轴承座通道（18）均为一个。

10.根据权利要求2所述的一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，其特征在于：所述一级密封座径向通道（27）为6个，等距均布设置在一级密封座（4）上。

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