用于空气压缩机的旋转轴及空气压缩机的制作方法

本实用新型涉及一种用于空气压缩机的旋转轴以及一种空气压缩机。

背景技术：

空气压缩机广泛应用于工业、农业、建筑业等诸多行业中，是气源装置中的主体，它是一种将原动机(通常是电机)的机械能转换成气体压力能的装置。例如，空气压缩机可在燃料电池系统中用于为燃料电池的电极提供压缩空气。

通常，空气压缩机的运行转速较高，甚至可高达每分钟十几万转。在长时间高速运行之后，空气压缩机会产生大量热量，空气压缩机的零部件温度升高，这可能影响空气压缩机的使用寿命和稳定性。

空气压缩机通常利用水路循环系统对各零部件以及气体进行降温。然而，水路循环系统需要设置专门的管道来引导冷却水的流动，故使得压缩机的体积变大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种改进的用于空气压缩机的旋转轴和一种改进的空气压缩机，从而改善对旋转轴和空气压缩机整体的冷却。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于空气压缩机的旋转轴，所述旋转轴构造成适于连接至用于压缩空气的压缩部件并驱动所述压缩部件，其中，所述旋转轴包括沿旋转轴的轴向方向延伸的本体和从本体径向向外突出的凸缘，其中，旋转轴在凸缘处设有导流结构，所述导流结构构造成适于增强经过旋转轴的气体流动。

在本文中，除非另有说明，否则“轴向”表示旋转轴的轴向方向，“径向”表示相对于旋转轴而言的径向方向，“周向”表示相对于旋转轴而言的周向方向，即环绕旋转轴的轴向方向的方向。

根据本实用新型的一个示例性实施例，导流结构包括下述中的至少一者：形成在旋转轴内的至少一条气体流动通道；形成在旋转轴的表面处的至少一条气体流动槽道；以及凸缘的位于凸缘的外周边缘处的窄缩部，所述窄缩部形成为使得凸缘的沿轴向方向的厚度在所述窄缩部处沿径向向外方向减小。

根据本实用新型的一个示例性实施例，气体流动通道包括下述中的至少一者：第一开口和第二开口，其中，第一开口设置在凸缘的外周表面处，第二开口设置在本体的表面处；以及第一通道部分和第二通道部分，其中，第一通道部分沿旋转轴的轴向方向在本体中延伸，第二通道部分沿旋转轴的径向方向在凸缘中延伸，第一通道部分与第二通道部分连通并形成l形的气体流动通道。

根据本实用新型的一个示例性实施例，第二通道部分在轴向方向上于凸缘中居中地定位。

根据本实用新型的一个示例性实施例，所述至少一条气体流动通道包括在旋转轴的周向方向上均匀地布置的至少两条气体流动通道。

根据本实用新型的一个示例性实施例，气体流动槽道包括第一槽道部分和第二槽道部分，其中，第一槽道部分沿旋转轴的轴向方向在本体的表面处延伸，第二槽道部分沿旋转轴的径向方向在凸缘的表面处延伸，第一槽道部分与第二槽道部分连通并形成l形的气体流动槽道。

根据本实用新型的一个示例性实施例，所述至少一条气体流动槽道包括在旋转轴的周向方向上均匀地布置的至少两条气体流动槽道。

根据本实用新型的一个示例性实施例，窄缩部形成为下述项中的至少一者：沿旋转轴的周向方向至少部分地环绕本体；在轴向方向上的两侧中的至少一侧处沿径向向外方向窄缩；以及在沿轴向方向和径向方向的剖面中具有三角形、梯形、半圆形、半椭圆形或渐开线齿形的剖面轮廓。

根据本实用新型的一个示例性实施例，所述旋转轴是用于离心式空气压缩机的旋转轴，凸缘设置成邻近旋转轴的连接至作为压缩部件的叶轮的一端。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种空气压缩机，其中，所述空气压缩机包括用于压缩空气的压缩部件、连接至压缩部件并驱动压缩部件的根据本实用新型的旋转轴以及容纳压缩部件和旋转轴的壳体。

本实用新型的积极效果在于：借助于本实用新型提供的旋转轴和空气压缩机，能够通过凸缘处的导流结构增强经过旋转轴的气体流动，使得更多的热量被气体带走。由此，改善对旋转轴和空气压缩机整体的冷却。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本实用新型，可以更好地理解本实用新型的原理、特点和优点。附图包括：

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的空气压缩机的剖视图；

图2示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴的透视图；

图3a-3d示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴的示意图；

图4示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴的沿轴向方向的剖视图；

图5a-5b示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴的示意图；以及

图6示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴的凸缘的局部剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而不是用于限定本实用新型的保护范围。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的空气压缩机的剖视图。空气压缩机可以是任意类型的空气压缩机，在此以离心式空气压缩机为例来说明。

如图1所示，空气压缩机可包括用于压缩空气的压缩部件、连接至压缩部件并驱动压缩部件的旋转轴10以及容纳压缩部件和旋转轴10的壳体。压缩部件在此为固定至旋转轴10的叶轮20。旋转轴10例如可在电机的驱动下旋转，并进而驱动叶轮20旋转。被引入壳体内的空气随着叶轮20而旋转，然后被压缩。壳体可由多个部件组成。例如，壳体可包括叶轮蜗壳30、叶轮端盖40、转接板50、机壳60和机壳端盖70。构成叶轮壳体的叶轮蜗壳30和叶轮端盖40设置在机壳60的一端处，叶轮20可容纳在叶轮壳体中。机壳60的另一端由机壳端盖70封闭。转接板50在一侧与叶轮蜗壳30和叶轮端盖40密封连接，并在另一侧与机壳60密封连接。

旋转轴10可包括沿旋转轴10的轴向方向延伸的本体12和从本体12径向向外突出的凸缘14。本体12可构造成大致圆柱形。本体12上例如还可设有用于连接叶轮20的连接结构16。所述连接结构16可包括能够穿过叶轮20的突出部。连接结构16也可包括能够与穿过叶轮20的螺纹件相配合的凹部。旋转轴10的凸缘14可布置成邻近本体12的与叶轮20相连接的端部。凸缘14可伸入叶轮端盖40与转接板50之间的空间内。两个推力轴承可分别设置在凸缘14的轴向两侧，以对旋转轴10进行轴向限位。

旋转轴10在凸缘14处设有增强经过旋转轴10的气体流动的导流结构18。所述气体包括空气或其它冷却气体。在空气压缩机操作期间，会产生大量热量，使得空气压缩机的零部件、例如旋转轴、尤其是旋转轴的凸缘部分温度升高。通过导流结构18，能够增大经过旋转轴10的气体流量，从而有利于气体从旋转轴10或其它部件带走更多的热量，以改善冷却效果。进一步地，能够增强气体在空气压缩机内的流动，这有利于冷却空气压缩机的其它部件。

在图1所示的示例性实施例中，导流结构18包括形成在旋转轴10内的至少一条气体流动通道182(参见图3a-3d)。气体可经由气体流动通道182流过旋转轴10，并带走热量。通过形成在旋转轴10内的气体流动通道182能够高效地增强经过旋转轴10的气体流动，进而改善对旋转轴10的冷却。另外，在操作过程中，由于受到轴向力，旋转轴10可能沿轴向方向轻微地移位，使得凸缘14例如朝向转接板50或叶轮端盖40移动。这可能影响在凸缘14与相应的转接板50或叶轮端盖40之间流过的气流。无论旋转轴10的轴向位置如何，气体都能够高效地经由形成在旋转轴10内的气体流动通道182流过旋转轴10。

图2示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴10的透视图。图3a-3d示出了根据该示例性实施例的旋转轴10的多个示意图，其中，图3a示出了旋转轴10的正视图，图3b示出了旋转轴10的左视图，图3c示出了旋转轴10的沿轴向方向的剖视图，图3d示出了旋转轴10的沿图3a中的线d-d的剖视图。如图2和图3a-3d所示，气体流动通道182的第一开口182c设置在凸缘14的外周表面处，气体流动通道182的第二开口182d设置在本体12的表面处、尤其是本体12的朝向叶轮20的端部表面处。气体流动通道182可以以各种形式在旋转轴10内从第一开口182c延伸至第二开口182d。通过第一开口182c和第二开口182d，气体流动通道182分别通向位于凸缘14的径向外侧的第一空间s1和紧邻本体12的轴向端部的第二空间s2。第一空间s1可由叶轮端盖40、旋转轴10和转接板50限界，第二空间s2可由叶轮端盖40、叶轮20和旋转轴10限界。由此，可通过气体流动通道182，增强第一空间s1与第二空间s2之间的气体流动。例如，第一空间s1与第二空间s2可通过设置在壳体内的气体路径与外界连通。所述气体路径例如可设置在叶轮端盖40、转接板50或机壳60内。

如图3c和图3d所示，气体流动通道182可包括第一通道部分182a和第二通道部分182b，其中，第一通道部分182a沿旋转轴10的轴向方向在本体12中延伸，第二通道部分182b沿旋转轴10的径向方向在凸缘14中延伸，第一通道部分182a与第二通道部分182b连通并形成l形的气体流动通道182。应理解，气体流动通道182也可呈其它形式。例如，气体流动通道182可沿着弯曲的路径在旋转轴10内延伸。

第二通道部分182b尤其可在轴向方向上于凸缘14中居中地定位，从而有利于实现均匀的冷却。

所述至少一条气体流动通道182可包括在旋转轴10的周向方向上均匀地布置的至少两条、例如四条气体流动通道182。由此，有利于实现高效且均匀的冷却。

图4示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴10的沿轴向方向的剖视图。在该实施例中，导流结构18包括形成在旋转轴10的表面处的至少一条气体流动槽道184。由此，可提供便于加工的导流结构18。

气体流动槽道184可与气体流动通道182类似地通向位于凸缘14的径向外侧的第一空间s1和紧邻本体12的轴向端部的第二空间s2。由此，可通过气体流动槽道184，增强第一空间s1与第二空间s2之间的气体流动。

气体流动槽道184可包括第一槽道部分184a和第二槽道部分184b，其中，第一槽道部分184a沿旋转轴10的轴向方向在本体12的表面处延伸，第二槽道部分184b沿旋转轴10的径向方向在凸缘14的表面处延伸，第一槽道部分184a与第二槽道部分184b连通并形成l形的气体流动槽道184。

所述至少一条气体流动槽道184可包括在旋转轴10的周向方向上均匀地布置的至少两条、例如四条气体流动槽道184。这有利于实现高效且均匀的冷却。

图5a示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴10的正视图，图5b示意性地示出了根据该示例性实施例的旋转轴10的沿轴向方向的剖视图。在该实施例中，导流结构18包括凸缘14的位于凸缘14的外周边缘处的窄缩部186，所述窄缩部186形成为使得凸缘14的沿轴向方向的厚度在所述窄缩部186处沿径向向外方向减小。气体可例如经由位于凸缘14两侧的推力轴承流入和流出第一空间s1。通过窄缩部186可减小凸缘14对气体流动的阻力，从而增强绕凸缘14的气体流动。另外，窄缩部186能够增大凸缘14的散热面积，从而改善对旋转轴10的冷却。

图6示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的旋转轴10的凸缘14的局部剖视图。如图6所示，与不具有窄缩部186的凸缘14(以虚线示出)相比，具有窄缩部186的凸缘14对气体流动的阻力较小，从而能够更好地引导气体流动经过凸缘14。应理解，图6中的箭头方向是示例性的，并不对气体流动方向进行限制。

窄缩部186可形成为沿周向方向至少部分地环绕本体12，尤其可形成为沿周向方向环绕完整的一周。

例如，窄缩部186可形成为在轴向方向上的两侧中的至少一侧处沿径向向外方向窄缩。窄缩部186例如可形成为仅在朝向叶轮20的一侧处沿径向向外方向窄缩，而在背向叶轮20的一侧处始终垂直于轴向方向延伸。

在图5b所示的沿轴向方向的剖视图中，窄缩部186被示为具有渐开线齿形的剖面轮廓。

在另外的实施例中，窄缩部186也可在沿轴向方向和径向方向的剖面中具有三角形、梯形、半圆形或半椭圆形的剖面轮廓。应理解，窄缩部186的其它轮廓构型也是可行的。

应理解，本文所公开的多种导流结构18以及其它未明确描述的导流结构18可相互组合地实施。例如，旋转轴10可具有至少一条气体流动通道182和至少一条气体流动槽道184，或者旋转轴10可具有至少一条气体流动通道182和窄缩部186，从而实现更好的冷却效果。

尽管这里详细描述了本实用新型的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本实用新型的范围构成限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

附图标记列表

10旋转轴

12本体

14凸缘

16连接结构

18导流结构

182气体流动通道

182a第一通道部分

182b第二通道部分

182c第一开口

182d第二开口

184气体流动槽道

184a第一槽道部分

184b第二槽道部分

186窄缩部

20叶轮

30叶轮蜗壳

40叶轮端盖

50转接板

60机壳

70机壳端盖

s1第一空间

s2第二空间