CN214007547U - 一种新型氢燃料电池用无油空压机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型氢燃料电池用无油空压机，包括外机壳，所述外机壳内部设置有内机壳，所述外机壳和内机壳之间预留有冷却空腔，所述内机壳内部安装有电机定子，所述电机定子包括定子铁芯以及镶嵌在定子铁芯槽内部的线圈绕组，所述外机壳两端分别安装有电机端盖，两个所述电机端盖外侧分别固定有压缩机蜗壳，所述电机端盖通过轴承座和球轴承活动连接有电机转子，所述电机转子包括电机主轴、永磁体以及缠绕在永磁体外表面的合金保护层，所述电机主轴两端连接有离心叶轮，所述离心叶轮设置于压缩机蜗壳内，所述电机端盖内部设置有冷却水路。本实用新型所述的一种新型氢燃料电池用无油空压机，能够满足车载氢燃料电池使用需求。

Description

一种新型氢燃料电池用无油空压机

技术领域

本实用新型涉及空压机领域，尤其涉及一种新型氢燃料电池用无油空压机。

背景技术

随着现代社会的进步和现代工业的高速发展，全球范围内传统内燃机汽车的保有量不断增加，伴随而来的是石油资源的稀缺问题日益凸显，甚至成为20世纪80年代石油危机的导火索；同时，传统内燃机汽车在使用中会产生大量的温室气体和污染物，对环境造成不可逆的损害。在能源和环境的双重危机下，人们既需要提高内燃机的效率以减少石油资源的消耗以及尾气排放，也需要开发新的汽车动力源。

氢燃料电池，是一种将氢能通过电极反应转换为电能的设备，其反应生成物是水、热和电能，能够实现真正的零污染；同时能量转换不受卡诺循环的限制，其效率可达60％～80％，远高于内燃机的能量转换效率。丰田公司实验发现汽油车的效率从邮箱到车轮为16％，而氢燃料电池车为60％，效率提高了44％。氢燃料电池以效率高、污染小、噪声低等优点，被公认为是未来最理想的汽车动力源之一。

空气压缩机是氢燃料电池系统中的核心部件，向系统供应压缩空气，其性能直接影响燃料电池的效率、紧凑性和水平衡特性。燃料电池的化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求，普通的工业压缩机无法满足燃料电池的工作要求，因此性能优越且与燃料电池系统匹配良好的空压机，对于燃料电池系统至关重要，燃料电池对空压机输出的空气具有较高的清洁度要求，要求排气无油，避免油分使电堆“中毒”，目前产品仍是以油轴承为主，牺牲电堆寿命；同时，空气轴承被认为是理想的解决方案，但技术不成熟，造价高，车载氢燃料电池用空压机要求尺寸小、重量轻，在符合流量和压比的要求前提下，需提高空压机转速以使空压机向小型化、轻量化的方向发展，电机转速一般要达到80000rpm以上的高速状态运行，高速叶轮机械设计也是目前面临的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型氢燃料电池用无油空压机，克服现有技术缺点，可以满足不同功率等级氢燃料电池空气系统的新型无油高速空气压缩机，具有高转速、高压比、效率高、寿命长、无油等优点，能够满足车载氢燃料电池使用需求。

为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：包括外机壳，所述外机壳内部设置有内机壳，所述外机壳和内机壳之间预留有冷却空腔，所述内机壳内部安装有电机定子，所述电机定子包括定子铁芯以及镶嵌在定子铁芯槽内部的线圈绕组，所述外机壳两端分别安装有电机端盖，两个所述电机端盖外侧分别固定有压缩机蜗壳，所述电机端盖通过轴承座和球轴承活动连接有电机转子，所述电机转子包括电机主轴、永磁体以及缠绕在永磁体外表面的合金保护层，所述电机主轴两端连接有离心叶轮，所述离心叶轮设置于压缩机蜗壳内，所述电机端盖内部设置有冷却水路，所述冷却水路和冷却空腔相连通。

进一步地，永磁体两端分别安装有端板。

进一步地，机壳上安装有进水口接头和出水口接头，所述进水口接头、出水口接头和冷却空腔相连通。

进一步地，机壳上安装有线缆和信号接插件，所述线缆、信号接插件和线圈绕组线路相连。

进一步地，外机壳底部安装有电机底座。

本实用新型的有益效果是：一种新型氢燃料电池用无油空压机，采用高速脂润滑角接触球轴承，避免因采用油润滑轴承而发生的油气混入压缩空气污染燃料电池的现象，高速脂润滑角接触球轴承技术成熟、价格较空气轴承低，降低空压机整机成本；采用高速脂润滑角接触球轴承，并在电机端盖内布置冷却水路，能够有效降低轴承附近的温度，避免因温升造成挥发性油气物质混入压缩空气而污染燃料电池，满足氢燃料电池的无油要求；采用叶轮直接与电机主轴端部相连的方式，提高旋转部件的整体强度，提高转子动力学稳定性；采用大功率高速永磁电机直接驱动离心叶轮高速旋转，最高转速可达100000rpm，能够减小气动部件尺寸，满足空压机小型化和轻量化需求；采用电机端盖与压缩机蜗壳后背板一体化设计，能够减小整机的轴向长度，满足空压机小型化和轻量化的要求；采用合金保护层缠绕在永磁体外表面，在电机转子高速旋转时，能够保护永磁体，提高转子运转安全性；采用对排布置的离心叶轮，提高了空压机的压升以及有效平衡两侧的轴向推力，提高转子动力学稳定性，提高产品的可靠性；采用两级增压的方式，空压机最大压比可达3，适用于50～120kW大功率车载氢燃料电池对于压缩空气的需求。

附图说明

图1是本实用新型的剖视图；

图2是本实用新型的外部结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示一种新型氢燃料电池用无油空压机，包括外机壳18，所述外机壳18内部设置有内机壳17，所述外机壳18和内机壳17之间预留有冷却空腔30，冷却空腔30的设置，方便在空压机实际运行时，在外机壳18和内机壳17之间通冷却水，起到对电机定子散热的作用，所述内机壳17内部安装有电机定子，所述电机定子包括定子铁芯16以及镶嵌在定子铁芯16槽内部的线圈绕组15，所述外机壳18两端分别安装有电机端盖3，电机端盖3通过卡接或者螺纹连接的方式固定在机壳18上，两个所述电机端盖3外侧分别固定有压缩机蜗壳1，电机端盖3也作为压缩机蜗壳1的后背板，以此减小整机的轴向长度，提高转子动力学稳定性，电机端盖与压缩机蜗壳后背板一体化设计，两个压缩机蜗壳1可以实际安装灵活设定具体的进口和出口，其进出口通过管道连接，所述电机端盖3通过轴承座20和球轴承4活动连接有电机转子，球轴承4高速脂润滑角接触球轴承，球轴承4安装在轴承座20上，轴承座20安装在电机端盖3上，电机主轴5两端通过简支梁支撑结构进行支撑，简支梁支撑结构包括布置在电机主轴5两端的轴承座20和球轴承4，所述电机转子包括电机主轴5、永磁体6以及缠绕在永磁体6外表面的合金保护层7，电机主轴5为叠压式主轴，合金保护层7是避免因高速旋转下离心力作用而造成永磁体6破裂，所述电机主轴5两端连接有离心叶轮2，离心叶轮2与电机主轴5直接相连，提高转子动力学稳定性，所述离心叶轮2设置于压缩机蜗壳1内，采用大功率高速永磁电机直接驱动离心叶轮高速旋转，最高转速可达100000rpm，离心叶轮2可以根据实际需求分为2级，实现两级增压，所述电机端盖3内部设置有冷却水路14，所述冷却水路14和冷却空腔30相连通，电机端盖3内冷却水路14能够将冷却水通到轴承座20附近，降低球轴承4周围的温度，避免润滑脂挥发。

永磁体6两端分别安装有端板8，端板的作用是隔磁。

机壳18上安装有进水口接头24和出水口接头25，所述进水口接头24、出水口接头25和冷却空腔30相连通，进水口接头24、出水口接头25用于循环冷却水。

机壳18上安装有线缆23和信号接插件22，所述线缆23、信号接插件22和线圈绕组15线路相连，方便将电力输出。

外机壳18底部安装有电机底座21，方便固定整个空压机。

以上实施例也根据实际需求，采用控制器进行转速调节，可以改变空压机的出口压力、流量，以满足车载运行时的工况变化。

本实施例的一种新型氢燃料电池用无油空压机，可以满足不同功率等级氢燃料电池空气系统的新型无油高速空气压缩机，具有高转速、高压比、效率高、寿命长、无油等优点，能够满足车载氢燃料电池使用需求。

Claims (5)

1.一种新型氢燃料电池用无油空压机，其特征在于：包括外机壳(18)，所述外机壳(18)内部设置有内机壳(17)，所述外机壳(18)和内机壳(17)之间预留有冷却空腔(30)，所述内机壳(17)内部安装有电机定子，所述电机定子包括定子铁芯(16)以及镶嵌在定子铁芯(16)槽内部的线圈绕组(15)，所述外机壳(18)两端分别安装有电机端盖(3)，两个所述电机端盖(3)外侧分别固定有压缩机蜗壳(1)，所述电机端盖(3)通过轴承座(20)和球轴承(4)活动连接有电机转子，所述电机转子包括电机主轴(5)、永磁体(6)以及缠绕在永磁体(6)外表面的合金保护层(7)，所述电机主轴(5)两端连接有离心叶轮(2)，所述离心叶轮(2)设置于压缩机蜗壳(1)内，所述电机端盖(3)内部设置有冷却水路(14)，所述冷却水路(14)和冷却空腔(30)相连通。

2.根据权利要求1所述一种新型氢燃料电池用无油空压机，其特征在于：所述永磁体(6)两端分别安装有端板(8)。

3.根据权利要求1所述一种新型氢燃料电池用无油空压机，其特征在于：所述机壳(18)上安装有进水口接头(24)和出水口接头(25)，所述进水口接头(24)、出水口接头(25)和冷却空腔(30)相连通。

4.根据权利要求1所述一种新型氢燃料电池用无油空压机，其特征在于：所述机壳(18)上安装有线缆(23)和信号接插件(22)，所述线缆(23)、信号接插件(22)和线圈绕组(15)线路相连。

5.根据权利要求1所述一种新型氢燃料电池用无油空压机，其特征在于：所述外机壳(18)底部安装有电机底座(21)。

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