一种氢燃料电池用离心式空压机的制作方法

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池用离心式空压机。


背景技术：

2.空压机是燃料电池系统的核心部件之一，目的是给电燃料电池电堆的阴极提供洁净的氧气。目前氢燃料电池用离心式空压机转子组件上一般都安装有磁钢，这种结构能减小转子尺寸和重量，转子一端设有离心叶轮，当转子高速旋转时，叶轮带动气体高速旋转，通过扩压器及蜗壳产出高压空气。
3.燃料电池系统要求清洁的空气供应，而传统的油润滑轴承无法满足要求。因此一般采用空气轴承作为转子的支撑。空气轴承可以实现高转速，且摩擦损失很小，效率高。
4.为了解决空压机转子高速运行的稳定性，需针对轴承类型、转子动力学等问题，在空压机设计时予以综合考虑并解决。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种氢燃料电池用离心式空压机，结构设计科学合理，整机结构紧凑、能够完全满足氢燃料电池空压机的要求，提高了整机的运行性能。
6.本发明提供一种氢燃料电池用离心式空压机，包括：壳体组件、电机定子、电机转子组件、径向波箔轴承组件、螺旋槽推力轴承组件和蜗壳；所述电机定子设置在所述壳体组件内，所述电机转子组件设置在所述电机定子内；所述径向波箔轴承组件安装在所述壳体组件上，所述螺旋槽推力轴承组件安装在所述壳体组件上；所述蜗壳与所述径向波箔轴承组件连接。
7.优选地，所述壳体组件包括：机壳和端盖；所述端盖设置在所述机壳底部，位于远离所述蜗壳的一端；所述电机定子设置在所述机壳和所述端盖形成的空腔内。
8.优选地，所述电机转子组件包括：光轴组件、叶轮、推力盘和风扇；所述叶轮通过叶轮锁紧螺母安装在所述光轴组件靠近所述蜗壳的一端；所述风扇通过风扇锁紧螺母安装在所述光轴组件靠近所述端盖的一端；所述推力盘与所述风扇连接，安装在所述风扇远离所述端盖的一端。
9.优选地，所述光轴组件包括：光轴、磁钢和金属护套；所述光轴中部安装有所述磁钢，所述金属护套安装在所述磁钢外。
10.优选地，所述径向波箔轴承组件包括：第一径向波箔轴承、第二径向波箔轴承、第一径向波箔轴承座和第二径向波箔轴承座，所述第一径向波箔轴承通过螺钉与所述第一径向波箔轴承座连接，所述第二径向波箔轴承通过螺钉与所述第二径向波箔轴承座连接。
11.优选地，所述还包括篦齿密封，所述篦齿密封通过螺钉安装在所述第一径向波箔轴承座上。
12.优选地，所述第一径向波箔轴承和所述第二径向波箔轴承均包括：径向波箔轴承支撑体、径向波箔轴承波箔以及径向波箔轴承顶箔；所述径向波箔轴承波箔一端固定于所
述径向波箔轴承支撑体上，另一端为自由端；所述径向波箔轴承顶箔设于所述径向波箔轴承波箔上，一端固定于所述径向波箔轴承支撑体上，另一端为自由端。
13.优选地，所述螺旋槽推力轴承组件包括：第一螺旋槽推力轴承、第二螺旋槽推力轴承以及螺旋槽推力轴承座；所述第一螺旋槽推力轴承和所述第二螺旋槽推力轴承对称设置在所述推力盘的两侧；所述第二螺旋槽推力轴承通过螺钉与所述第二径向波箔轴承座连接，所述第一螺旋槽推力轴承通过螺钉与所述螺旋槽推力轴承座连接。
14.优选地，所述第一螺旋槽推力轴承和所述第二螺旋槽推力轴承均包括：螺旋槽推力轴承支撑体、螺旋槽推力轴承进气口、螺旋槽推力轴承槽区和螺旋槽推力轴承坝区；
15.所述螺旋槽推力轴承支撑体的横截面为圆形，所述螺旋槽推力轴承槽区和所述螺旋槽推力轴承坝区与所述螺旋槽推力轴承支撑体同圆心设置，且所述螺旋槽推力轴承坝区的内径小于所述螺旋槽推力轴承槽区的内径；所述螺旋槽推力轴承坝区的外径等于所述螺旋槽推力轴承槽区的外径；所述螺旋槽推力轴承进气口位于所述螺旋槽推力轴承槽区的外径处，并且所述螺旋槽推力轴承槽区和所述螺旋槽推力轴承坝区彼此沿圆周方向间隔均匀分布；所述螺旋槽推力轴承槽区为在所述螺旋槽推力轴承坝区上所刻的凹槽。
16.优选地，所述所述螺旋槽推力轴承槽区的深度为15-35μm。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1.首次采用径向波箔轴承组件和螺旋槽推力轴承组件的组合，不仅利用了径向波箔轴承良好的转子动力学稳定性功能，而且还利用了螺旋槽推力轴承刚度大、承载力高、结构及加工简单等优点，提高了整机的运行性能；
19.2.波箔轴承组件和螺旋槽推力轴承组件中的轴承无需油润滑，能耗小，满足氢燃料电池无油化要求。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例一种氢燃料电池用离心式空压机的剖面结构示意图；
22.图2为本发明实施例转子组件的结构示意图；
23.图3为本发明实施例径向波箔轴承结构示意图；
24.图4为本发明实施例螺旋槽推力轴承结构示意图。
25.附图标记说明：
26.1：壳体组件；11：机壳；12：电机定子；13：第二径向波箔轴承座；14：螺旋槽推力轴承座；15：端盖；16：第一螺旋槽推力轴承；17：第二螺旋槽推力轴承；18：第二径向波箔轴承；19：第一径向波箔轴承；110：篦齿密封；111：第一径向波箔轴承座；112：蜗壳；2：电机转子组件；21：叶轮锁紧螺母；22：叶轮；23：磁钢；24：金属护套；25：光轴；26：推力盘；27：风扇；28：风扇锁紧螺母；30：径向波箔轴承支撑体；31：径向波箔轴承波箔；32：径向波箔轴承顶箔；40：螺旋槽推力轴承支撑体；。41：螺旋槽推力轴承进气口；42：螺旋槽推力轴承槽区；43：螺旋槽推力轴承坝区。
具体实施方式
27.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.如图1至图4所示，本发明提供了一种氢燃料电池用离心式空压机，包括：壳体组件1、电机定子12、电机转子组件2、径向波箔轴承组件、螺旋槽推力轴承组件和蜗壳112。电机定子12设置在壳体组件1内，电机转子组件2设置在电机定子12内。径向波箔轴承组件安装在壳体组件1上，螺旋槽推力轴承组件安装在壳体组件1上，蜗壳112与径向波箔轴承组件连接。
31.如图1所示，在一些实施例中，壳体组件1包括：机壳11和端盖15。端盖15设置在机壳11底部，位于远离蜗壳112的一端。电机定子12设置在机壳11和端盖15形成的空腔内，并且与机壳11的空腔同轴心设置。电机定子12包括：铁芯和线圈，铁芯由硅钢片叠压而成，线圈嵌入铁芯的线槽内，并引出三相线同外部电源相连。
32.如图2所示，在一些实施例中，电机转子组件2包括：光轴组件、叶轮22、推力盘26和风扇27。叶轮22通过叶轮锁紧螺母21安装在光轴组件靠近蜗壳112的一端，进行轴向锁紧固定。风扇27通过风扇锁紧螺母28安装在光轴组件靠近端盖15的一端，进行轴向锁紧固定。风扇27可为螺旋槽推力轴承、径向波箔轴承以及磁钢23提供轴向冷却提供冷却气源，保证轴承和磁钢不超温。推力盘26与风扇27连接，安装在风扇27远离端盖15的一端。
33.如图2所示，在一些实施例中，光轴组件包括：光轴25、磁钢23和金属护套24。光轴25中部安装有磁钢23，金属护套24安装在磁钢23外，与磁钢23过盈配合，以承受光轴25高速旋转时所产生的离心力，保证运行可靠及安全性。光轴25的两端分别有高精度加工后的轴颈区域。
34.在一些实施例中，径向波箔轴承组件包括：第一径向波箔轴承19、第二径向波箔轴承18、第一径向波箔轴承座111和第二径向波箔轴承座13，第一径向波箔轴承19通过螺钉与第一径向波箔轴承座111连接，第二径向波箔轴承18通过螺钉与第二径向波箔轴承座13连接。氢燃料电池用离心式空压机还包括篦齿密封110，篦齿密封110通过螺钉安装在第一径
向波箔轴承座111上。篦齿密封110减少了泄漏，保证了空压机的效率。
35.如图3所示，在一些实施例中，第一径向波箔轴承19和第二径向波箔轴承18均包括：径向波箔轴承支撑体30、径向波箔轴承波箔31以及径向波箔轴承顶箔32。径向波箔轴承波箔31一端固定于径向波箔轴承支撑体30上，另一端为自由端。径向波箔轴承顶箔32设于径向波箔轴承波箔31上，一端固定于径向波箔轴承支撑体30上，另一端为自由端。
36.在一些实施例中，螺旋槽推力轴承组件包括：第一螺旋槽推力轴承16、第二螺旋槽推力轴承17以及螺旋槽推力轴承座14。第一螺旋槽推力轴承16和第二螺旋槽推力轴承17对称设置在推力盘26的两侧。第二螺旋槽推力轴承17通过螺钉与第二径向波箔轴承座13连接，第一螺旋槽推力轴承16通过螺钉与螺旋槽推力轴承座14连接。
37.在一些实施例中，第一螺旋槽推力轴承16和第二螺旋槽推力轴承17均包括：螺旋槽推力轴承支撑体40、螺旋槽推力轴承进气口41、螺旋槽推力轴承槽区42和螺旋槽推力轴承坝区43。螺旋槽推力轴承支撑体40的横截面为圆形，螺旋槽推力轴承槽区42和螺旋槽推力轴承坝区43与螺旋槽推力轴承支撑体40同圆心设置，且螺旋槽推力轴承坝区43的内径小于螺旋槽推力轴承槽区42的内径；螺旋槽推力轴承坝区43的外径等于螺旋槽推力轴承槽区42的外径；螺旋槽推力轴承进气口41位于螺旋槽推力轴承槽区42的外径处，并且螺旋槽推力轴承槽区42和螺旋槽推力轴承坝区43彼此沿圆周方向间隔均匀分布；螺旋槽推力轴承槽区42为在螺旋槽推力轴承坝区43上所刻的凹槽
38.螺旋槽推力轴承槽区42采用激光或金属蚀刻法加工形成。螺旋槽推力轴承槽区42的深度为15-35μm。优选地，螺旋槽推力轴承槽区42的深度为20μm。
39.本发明的装配过程如下：
40.如图1所示，依次将机壳11和电机定子12通过螺钉进行连接，将第一径向波箔轴承19、篦齿密封110及第一径向波箔轴承座111组成的装配体通过螺钉和机壳11左端的螺纹孔进行连接，用螺钉将由第二径向波箔轴承18、第二径向波箔轴承座13及第二螺旋槽推力轴承17组成的装配体和机壳11的右端面上的螺纹孔进行连接。
41.将不带叶轮22、风扇27、推力盘26、叶轮锁紧螺母21、风扇锁紧螺母28的转子依次穿过第一径向波箔轴承19、电机定子12、第二径向波箔轴承18后，再将叶轮22穿入到光轴25上，用叶轮锁紧螺母21进行固定，用螺钉将蜗壳112和第一径向波箔轴承座111进行连接，至此，空压机左边部分全部装配完毕。
42.将推力盘26穿入到光轴25上，用螺钉将螺旋槽推力轴承座14和第一螺旋槽推力轴承16组成的装配体固定于机壳11上，再将风扇27穿入到光轴25上，用风扇锁紧螺母28进行轴向固定，最后再用螺钉将端盖15固定于螺旋槽推力轴承座14上。至此，完成了空压机整机的装配。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。