氢燃料电池用空气压缩机的制作方法

1.本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池用空气压缩机。


背景技术：

2.为满足氢燃料电池车的稳定性及使用寿命，车用零部件必须满足体积小重量轻的特点，这导致氢燃料电池用空压机多采用高速电机直驱以及提升转速的方式减少体积，而在高转速的运行条件下，高速电机发热量增加，散热困难，直接影响了电机的性能和使用寿命。为使电机寿命和性能得到保障，必须采用合理的冷却方式和冷却结构。
3.目前电机的冷却通常是采用电机外壳内布置冷却水道进行降温，但是这种方式基本只能达到为定子降温的功能，对转子效果甚微。另一方面，随着氢燃料电池功率的增加，电堆所需要的空气流量急剧增加，目前常采用的方式为两级串联的离心压缩机，但是离心压缩机的特性为高压比小流量，已经不适应大功率燃料电池堆的需求，同时两级离心压缩机之间采用管道连接，第一级压缩机的出口到第二级压缩机的进口需要拐弯两次，流动损失较大，不利于能源的高效利用，背离了氢燃料电池的初衷。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种能够更好的进行冷却，提高稳定性，延长使用寿命的氢燃料电池用空气压缩机。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
6.一种氢燃料电池用空气压缩机，包括轴流压缩机、离心压缩机和电机，所述轴流压缩机包括叶轮和机闸，所述离心压缩机包括叶轮和蜗壳，所述电机包括电机转子、电机定子和电机外壳；所述轴流压缩机的机闸和离心压缩机的蜗壳分别固定安装于电机外壳的两端，所述轴流压缩机的叶轮和离心压缩机的叶轮分别与电机转子的两端直连，所述电机转子的两端分别安装有径向空气轴承，所述电机转子靠近离心压缩机的端部安装有推力轴承；所述电机外壳内凹形成冷却水流道，所述电机外壳外侧固定安装有冷却水套，所述冷却水套设置有冷却液进口和冷却液出口。
7.这样，通过将轴流压缩机与离心压缩机同轴安装，能使空气从轴流压缩机升压后直接进入电机内部，从而达到对径向空气轴承和推力轴承供气以及电机转子冷却的效果。此外，电机外壳内设置有冷却水流道，冷却液从电机定子外表面的中心位置进入，对电机定子进行冷却，冷却效果更加明显。空气冷却电机转子与冷却液冷却电机定子相结合的冷却方式有利于改善氢燃料电池空气压缩机用高速电机的整体冷却效果，提高燃料电池空气压缩机的稳定性，延长使用寿命。
8.其中，所述轴流压缩机外侧连接有空气过滤器。对空气进行过滤，避免灰尘等进入空压机内部。
9.其中，所述冷却水流道呈“回”型，所述冷却水流道两侧分别固定安装有左侧密封
和右侧密封，所述冷却液进口正对电机外壳中部设置，所述冷却液进口和冷却液出口相对设置。电机外壳内设置回型冷却水流道，冷却液从电机定子外表面的中心位置进入，能最先冷却发热量最高的中心位置，冷却效果更加明显。
10.其中，所述冷却水流道内的冷却液为乙二醇溶液。提高冷却效果。
11.本实用新型的有益效果是：
12.本专利申请优化了空压机电机冷却结构，实现对电机转子部分的冷却，改善燃料电池空压机的整体冷却效果，提高燃料电池空气压缩机的稳定性，延长使用寿命。
附图说明
13.图1为本实用新型所述的一种氢燃料电池用空气压缩机的结构示意图。
14.图2为冷却水流道的结构示意图。
15.图3为冷却水流道的另一个方位的结构示意图。
16.图4为冷却水流道的主视图。
17.图5为冷却水流道的俯视图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
19.如图1
‑
5所示，一种氢燃料电池用空气压缩机，包括轴流压缩机2、离心压缩机11和电机，所述轴流压缩机2包括叶轮和机闸，所述离心压缩机11包括叶轮和蜗壳，所述电机包括电机转子7、电机定子8和电机外壳3；所述轴流压缩机2的机闸和离心压缩机11的蜗壳分别固定安装于电机外壳3的两端，所述轴流压缩机2的叶轮和离心压缩机11的叶轮分别与电机转子7的两端直连，所述电机转子7的两端分别安装有径向空气轴承6，所述电机转子靠近离心压缩机的端部安装有推力轴承10；所述电机外壳3内凹形成冷却水流道4，所述电机外壳外侧固定安装有冷却水套5，所述冷却水套5设置有冷却液进口12和冷却液出口13。
20.这样，通过将轴流压缩机与离心压缩机同轴安装，能使空气从轴流压缩机升压后直接进入电机内部，从而达到对径向空气轴承供气以及电机转子冷却的效果。此外，电机外壳内设置有冷却水流道，冷却液从电机定子外表面的进入，对电机定子进行冷却，冷却效果更加明显。空气冷却电机转子与冷却液冷却电机定子相结合的冷却方式有利于改善氢燃料电池空气压缩机用高速电机的整体冷却效果，提高燃料电池空气压缩机的稳定性，延长使用寿命。
21.其中，所述轴流压缩机外侧连接有空气过滤器1。对空气进行过滤，避免灰尘等进入空压机内部。
22.其中，所述冷却水流道4呈“回”型，所述冷却水流道两侧分别固定安装有左侧密封14和右侧密封15，所述冷却液进口正对电机外壳中部设置，所述冷却液进口和冷却液出口
相对设置。电机外壳内设置回型冷却水流道，冷却液从电机定子外表面的中心位置进入，能最先冷却发热量最高的中心位置，冷却效果更加明显。
23.其中，所述冷却水流道内的冷却液为乙二醇溶液。提高冷却效果。
24.原理：
25.空气在空气过滤器内过滤，避免灰尘等进入空压机内部，后进入轴流压缩机压缩，压缩后的洁净空气流经左侧径向轴承、电机转子、电机定子、右侧径向轴承、推力轴承，在流动过程中同时起到为空气轴承提供气源和充分冷却空气轴承及电机转子的作用，此后，空气进入离心压缩机进行压缩，完成后将洁净的压缩空气供给电堆。
26.由于电机中心位置发热量最大、温度最高，为了达到充分冷却的目的，使用乙二醇溶液作为冷却液，以电机外壳的中间部位作为冷却液入口，最先对电机中心部位进行冷却，而后冷却液通过回型冷却流道对电机定子整体冷却，最后由冷却液出口流出。为保证冷却液不发生泄露，在电机机壳两端布置左侧密封和右侧密封。
27.最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等统计数的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。