专利名称：用于车辆的供气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆的供气系统，更具体地涉及这样一种用于 车辆的供气系统，该供气系统包括弯曲的扩散通路和形成在该扩散通路 的上部以充分确保该扩散通路的长度的蜗壳，由此增大压力转换效率并 减小整个系统的尺寸。此外，本发明涉及这样一种用于车辆的供气系统， 该供气系统还包括用于向叶轮的输入端引导气流的引导件，从而使经过 马达壳体的空气流向叶轮入口时产生的损耗最小化，并降低出口管道的 重量。
背景技术：
通常，车辆具有为驱动车辆而安装的发动机，并且根据发动机所用燃料的种类而分成汽油车、柴油车、液化石油气(LPG)车等。当车辆起 动时，通过从电池向起动马达供应电能而驱动起动马达，起动马达使固 定在曲轴一端的飞轮旋转，因此曲轴也旋转，从而连接至曲轴的连杆执 行往复运动以起动发动机。同时，柴油车配备有供气系统，供气系统通过借助排气能量使涡轮 机运转来压縮吸入发动机中的空气并将压縮的空气供应到发动机以由此 增强发动机的输出。如图1所示，该供气系统1包括 一体地安装在同一轴上的涡轮部件2和压缩部件3;位于涡轮部件2和压縮部件3之间的支承壳体4;被 支承壳体4支承的转轴5;涡轮部件2的涡轮6，其安装在转轴5的端部 上；以及压縮部件3的叶轮7，其安装在转轴5的另一端部上。当从发动 机排出的排气在经过涡轮部件2的同时使涡轮6旋转时，压縮部件3的 叶轮7同时旋转以压縮吸入的空气，从而将压縮的空气供应到发动机的 气缸中以由此通过增加容积效率来增强发动机的输出。然而，在涡轮6通过发动机的排气而运转的情况下，供气系统l由于发动机的排气脉动而产生严重的噪音和振动。此外，燃料电池车不能使用排气，因而不能如上所述一样使用以排 气作为能量的供气系统l。因此，燃料电池车具有增设的驱动马达来操作 供气系统。作为参考，燃料电池由多个堆叠的电池(称为"电池组(stack)") 构成。燃料电池是在向电池组供应燃料(氢气)和空气(氧气)时通过 利用电解逆反应进行电化学反应而产生电和热的电池系统，因此燃料电 池实际上可称为"发电系统"。这里，通过用马达操作供气系统IO来供应被供应到电池组的空气。 图2示出了用于这样的燃料电池车的供气系统10。下面简要描述用于燃 料电池车的供气系统IO。供气系统10包括马达部件ll，该马达部件 11具有安装在其中央处的转轴12和安装在转轴12的周边使转轴12旋转 的定子13;其内容纳马达部件11的马达壳体15;结合至转轴12的端部 以压縮空气的叶轮16;结合至马达壳体15的前部以容纳叶轮16的压縮 壳体17，该压縮壳体17用于在叶轮16旋转时压縮通过入口 17a吸入的 空气并将压縮的空气排放到蜗壳17b;以及支承壳体18，其结合至马达 壳体15的后部，用于可旋转地支撑转轴12的另一端部。另外，在转轴12内安装有磁体(未示出)。这样，当通过运转马达部件11使转轴12旋转时，安装在压縮壳体 17内的叶轮16同时旋转，从而使空气通过压縮壳体17的入口 17a而被 吸入。吸入的空气在经过叶轮16时获得动能，并在经过压縮壳体17的 扩散通路17c时将动能转换成压力。压力集中在蜗壳17b上，并且在这 种情况下，蜗壳17b的内压增大，并且压力增大的空气被供应到电池组。同时，压縮壳体17和支承壳体18具有适于可旋转地支撑转轴12的 球轴承14。然而，在根据现有技术的供气系统10中，当扩散通路17c沿着径向 延伸以增强压力转换性能时，系统的整体尺寸也增加，从而使系统尺寸 由于具有小安装空间的车辆部件的特性而受到限制。最后，根据现有技术的供气系统10的问题在于，其不能确保扩散通路17c的充分长度，因此其在增强压力转换性能方面受到限制。 发明内容因此，为了解决现有技术中出现的上述问题而做出本发明，并且本 发明的一个目的在于提供一种用于车辆的供气系统，该供气系统包括弯 曲的扩散通路和形成在该扩散通路的上部以充分确保该扩散通路的长度 的蜗壳，由此增大压力转换效率并减小整个系统的尺寸。本发明的另一目的在于提供一种用于车辆的供气系统，该供气系统 还包括用于向叶轮的输入端引导气流的引导件，从而使经过马达壳体的 空气流向叶轮入口时产生的损耗最小，并降低出口管道的重量。为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种用于车辆的供气系统，该供气系统包括马达部件，该马达部件适于使安装在其中央处的转轴 旋转；马达壳体，该马达壳体适于接收竖直地插入并安装到其中央处的 所述马达部件，并具有竖直地形成在所述马达部件的外周的气流通道； 入口管道，该入口管道结合至所述马达壳体的上端，用于将通过其入口 引入的空气引导到所述马达壳体的所述气流通道；叶轮，该叶轮结合至 所述转轴的下端，用于在与所述转轴一起旋转的同时对空气进行压縮； 以及出口管道，该出口管道结合至所述马达壳体的下端，用于通过所述 叶轮对经过所述马达壳体的所述气流通道的空气进行压縮，并将压縮的 空气排出到其出口，其中，所述出口管道包括形成在该出口管道的内 下端处的叶轮接收部，该叶轮接收部用于在其内可旋转地接收所述叶轮 并与所述气流通道连通；扩散通路，该扩散通路适于将通过所述叶轮吹 送的空气所具有的动能转换成压力，并具有沿着所述叶轮接收部的径向 延伸的第一通路和沿着所述转轴的轴向从该第一通路延伸的第二通路； 以及蜗壳，该蜗壳连通地形成在所述扩散通路的上部，用于收集在经过 所述扩散通路时被压縮的空气，并将收集到的空气送向所述出口。
从如下结合附图对本发明优选实施方式的详细描述将清楚本发明的上述及其它目的、特征和优点，在附图中图1是用于一般柴油发动机车辆的供气系统的剖视图；图2是根据现有技术的用于燃料电池车的供气系统的剖视图；图3是根据本发明的用于车辆的供气系统的立体图；图4是根据本发明的用于车辆的供气系统的分解立体图；图5是根据本发明的用于车辆的供气系统的剖视图；图6是表示其中供气系统的扩散通路的第二通路倾斜地形成的状态的剖视图；以及图7是根据本发明另一优选实施方式的用于车辆的供气系统的剖视图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。省略了对与现有技术相同的结构和操作的重复说明。图3是根据本发明的用于车辆的供气系统的立体图，图4是根据本 发明的用于车辆的供气系统的分解立体图，图5是根据本发明的用于车 辆的供气系统的剖视图，而图6是表示其中该供气系统的扩散通路的第 二通路倾斜地形成的状态的剖视图。如图所示，根据本发明的用于车辆的供气系统100用于将压縮空气 供应到燃料电池车的电池组。供气系统100包括马达部件140、马达壳体130、入口管道IIO、轴 承保持件120、叶轮170、出口管道160以及端板180。首先，将马达部件140插入并安装到马达壳体130的中央，该马达 部件使安装在其中央处的转轴141旋转。马达部件140包括安装在转轴141内的磁体142和沿着转轴141的 径向以固定间隔安装在转轴141的周边的定子145。这里，定子145对于本领域技术人员来说早已公知，其以将线圈缠 绕在定子芯组件上的方式构成。因此，当向定子145供电时，转轴141旋转。此外，马达部件140竖直地插入并安装到马达壳体130，马达壳体 130包括竖直地形成在马达部件140的外周的气流通道134。也就是说，马达壳体130包括内缸体131，该内缸体131适于使 马达部件140插入并安装到其中；外缸体132，该内缸体132与内缸体 131位于相同轴线上并且直径大于内缸体131的直径；以及多个散热片 133，它们用于将内缸体131和外缸体132—体地彼此相连。另夕卜，气流 通道134竖直地形成在内缸体131和外缸体132之间，以允许通过入口 管道110引入的空气流向出口管道160。气流通道134被多个散热片133分隔开。而且，散热片133接收从马达部件140产生的热并与经过气流通道 134的空气进行热交换，以由此冷却马达部件140。同时，马达壳体130还包括安装槽135，该安装槽135用于使电线 从其穿过以向安装在内缸体131内的马达部件140供电。另外，马达壳体130具有突出地形成在其下端的外周面上并通过螺 栓与出口管道160的上端结合的凸缘136。而且，入口管道110通过螺栓结合至马达壳体130的外缸体132的 上端，并具有形成在其上端中央处的入口 111以引入空气。入口管道110 的下端敞开。因此，入口管道110将通过入口 111引入的空气引导到马 达壳体130的气流通道中。而且，轴承保持件120位于入口管道110内并通过螺栓结合到马达 壳体130的内缸体131的上端，并且其内周面上安装有轴承125以可旋 转地支撑转轴141的上端。也就是说，轴承保持件120包括内周环121,轴承125插入并安 装到该内周环121;外周环122，该外周环122与内周环121同心地定位， 并且直径大于内周环121的直径，且通过螺栓固定在马达壳体130的内 缸体131的上端上；以及多个定子123，它们适于将内周环121和外周环 122 —体地彼此连接。在这种情况下，在内周环121和外周环122之间形成适于允许空气流动的通路124。引入入口管道110的部分空气通过通路124供应到马达 部件140，以由此进一步增强马达部件140的冷却效果。此外，叶轮170结合至转轴141的下端，并可旋转地安装在稍后将 描述的出口管道160的叶轮接收部161上。该叶轮包括多个形成在其外周面上的流线型叶片171。因此，当叶 轮170与转轴141 一起旋转时，叶轮170在通过入口管道110的入口 111 吸入空气并将吸入的空气吹向沿着叶轮170的径向形成的扩散通路162 的同时对空气进行压縮。另外，出口管道160的上下端均敞开。在这种情况下，敞开的上端 装配并结合至马达壳体130下端的外周面并通过螺栓与马达壳体130的 凸缘136结合，而敞开的下端在通过螺栓将端板180结合于其上之后而 被密封。也就是说，出口管道160包括叶轮接收部161，该叶轮接收部161 形成在出口管道160的内下端上以将叶轮170可旋转地接收于其上，并 适于与马达壳体130的气流通道134连通；扩散通路162，该扩散通路 162具有第一通路162a和第二通路162b，第一通路162a沿着叶轮接收 部161的径向延伸以将通过叶轮170吹送的空气所具有的动能转换成压 力并传递转换的压力，第二通路162b沿着转轴141的轴向从第一通路 162a开始延伸；以及蜗壳163，该蜗壳163连通地形成在扩散通路162 的上部，以收集在经过扩散通路162时被压縮的空气，并将收集到的空 气送向出口 164。这里，叶轮接收部161的内周面沿着叶轮170的叶片171的外表面 弯曲，在这种情况下，由于叶轮接收部161的内周面与叶轮170的叶片 171之间的间隔较小而可以增大压縮效率。而且，蜗壳163以螺旋形式形成在出口管道160的外周面上，并具 有朝向出口 164逐渐縮小的直径，且位于扩散通路162的上部。另外，当叶轮170旋转时，朝向叶轮170的上部吸入的空气在经过 沿着叶轮170的径向形成的扩散通路162并向蜗壳163运动时被压縮， 即空气经过叶轮170时获得的动能在空气经过扩散通路162时被转换成压力。在这种情况下，由于扩散通路162的长度较长，因而增大了压力 转换效率。因而，在本发明中，扩散通路162是弯曲的，以确保扩散通路162 的充分长度，并防止系统的整体尺寸增加，由此可以增大压力转换效率。也就是说，优选的是形成在扩散通路162的第一通路162a和第二通 路162b之间的角度在90。至150°的范围内。在图5中，扩散通路162的第二通路162b形成为沿向上方向与第一 通路162a的端部成90° 。于是，可以确保扩散通路162的充分长度，以 由此增大压力转换效率，并且蜗壳163形成在扩散通路162的上部，以 由此防止整个系统的尺寸增加。在图6中，扩散通路162的第二通路162b从第一通路162a的端部 沿着向上方向倾斜地形成。也就是说，第二通路162b在与第一通路162a 成90°至150°的范围内倾斜地形成。于是，扩散通路162可以获得与 图5—样的效果，并且降低了经过扩散通路162的空气流动阻力，以由 此提高整个系统的效率。同时，在扩散通路162的第一通路162a和第二通路162b之间形成 的角度小于90。的情况下，经过扩散通路162的空气流动突然改变(转 弯)，因此空气流动阻力增加，从而使整个系统的效率下降。在扩散通路 162的第一通路162a和第二通路162b之间形成的角度大于150°的情况 下，尽管经过扩散通路162的空气流动阻力降低，但是却增加了整个系 统的尺寸。此外，端板180以密封出口管道160的敞开的下端的方式通过螺栓 结合至出口管道160，从而吸入叶轮接收部161内的空气可以在叶轮170 旋转时流向扩散通路162。另外，端板180的内周面上安装有轴承181以可旋转地支撑转轴141 的下端。适用于使空气经过马达壳体130的气流通道134而到达叶轮170的 空气入口的流线型引导件150结合在马达壳体130与出口管道160内的 叶轮接收部161之间。也就是说，为了在通过入口管道110的入口 111吸入的空气沿着形成在马达壳体130的内周上的气流通道134流过之后，将该吸入的空气 引向安装在出口管道中央处的叶轮的空气入口，流动通道必须突然改变。 如果适于使气流通道134的出口和叶轮的空气入口彼此连接的流动通道 突然改变，则会降低系统的效率。因此，为了使经过马达壳体130的气流通道134的空气被引向叶轮 170的空气入口时产生的损耗最小化，根据本发明的供气系统包括安装在 马达壳体130和叶轮接收部161之间的引导件150。也就是说，引导件150为具有拐点155的弯曲形式，并因此防止空 气的流动方向突然弯曲。引导件150的内周面在从其上端到拐点155的范围内以凹曲率形成， 而在从拐点155到其下端的范围内以凸曲率形成。在这种情况下，在从 上端到拐点155的范围内的曲率中心位于引导件150的内侧，而在从拐 点155到下端的范围内的曲率中心位于引导件150的外侧。另外，在引导件150单独制成并结合到本系统的情况下，蜗壳163 与引导件150之间的空间可以处于空置状态，从而可以降低出口管道160 的重量。引导件150包括形成在其上端表面上的突出部151，该突出部151 压配合到马达壳体130的外缸体132的内周面。此外，引导件150的上 端通过螺栓结合至马达壳体130的下端。同时，垫圈144和螺栓143结合至转轴141的下端，以防止适于可 旋转地支撑安装在端板180的中央处的转轴141的下端的轴承181分离。 另外，盖190结合至端板180，用于保护轴承181。图7是根据本发明另一优选实施方式的用于车辆的供气系统的剖视 图。如图7所示，扩散通路162的第二通路162b朝向引导件150延伸。 也就是说，第二通路162b沿转轴141的轴向从第一通路162a的一端延 伸，并且第二通路162b的端部朝向引导件150延伸。在这种情况下，蜗壳163邻近引导件150布置。因此，可以充分地确保扩散通路162的长度，以由此增强压力转换性能并减小供气系统ioo的整体尺寸。同时，以上描述了扩散通路162的第二通路162b朝向引导件150延 伸，但是在第二通路162b朝向叶轮170的空气入口延伸的情况下本发明 也可以获得同样的效果。下面描述根据本发明的用于车辆的供气系统100的操作。首先，当向定子145供应电流时，转轴141旋转，结合至转轴141 的下端的叶轮170也旋转。之后，当叶轮170旋转时，通过入口管道110的入口 lll吸入空气， 在这种情况下，吸入的空气沿着马达壳体130的气流通道134流动。经过马达壳体130的气流通道134的空气被引导到引导件150并被 引向叶轮170的空气入口。接着，被引到叶轮170内的空气被沿着叶轮170的径向吹送。在这 种情况下，在空气通过扩散通路162流向蜗壳163的同时空气压力增大， 随后，聚集到蜗壳163的空气通过出口管道160的出口 164排出。通过出口管道160的出口 164排出的压力增大的空气被供应到电池组。同时，以上描述了入口管道110和马达壳体130通过螺栓彼此结合， 并且出口管道160和马达壳体130通过螺栓彼此结合，但是应理解的是， 入口管道110和马达壳体130可以彼此形成一体，并且出口管道160和 马达壳体130可以彼此形成一体。如上所述，由于扩散通路是弯曲的，并且在扩散通路的上部形成有 蜗壳，因此根据本发明的供气系统可以充分地确保扩散通路的长度，以 由此增强压力转换性能，并减小系统的整体尺寸。另外，由于适于朝向叶轮的空气入口引导气流的引导件作为单独部 件安装，因此根据本发明的供气系统可以使经过马达壳体的气流通道的 空气流向叶轮的空气入口时产生的损耗最小化，从而增大系统的效率。此外，由于扩散通路的第二通路朝向弓I导件或叶轮的空气入口延伸 并且蜗壳邻近引导件布置，因此根据本发明的供气系统可进一步减小系 统的整体尺寸。而且，由于通过入口管道引入的空气经过马达壳体，因此根据本发 明的供气系统可以冷却马达部件。尽管参照具体示出的实施方式描述了本发明，但是本发明并不受这 些实施方式的限制，而是仅由所附权利要求限制。应理解的是，在不脱 离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以对所述实施方 式进行改变或修改。
权利要求
1、一种用于车辆的供气系统，该供气系统包括马达部件(140)，该马达部件适于使安装在其中央处的转轴(141)旋转；马达壳体(130)，该马达壳体适于接收竖直地插入并安装到其中央处的所述马达部件(140)，并具有竖直地形成在所述马达部件(140)的外周的气流通道(134)；入口管道(110)，该入口管道结合至所述马达壳体(130)的上端，用于将通过其入口(111)引入的空气引导到所述马达壳体(130)的所述气流通道(134)；叶轮(170)，该叶轮结合至所述转轴(141)的下端，用于在与所述转轴(141)一起旋转的同时对空气进行压缩；以及出口管道(160)，该出口管道结合至所述马达壳体(130)的下端，用于通过所述叶轮(170)对经过所述马达壳体(130)的所述气流通道(134)的空气进行压缩，并将压缩的空气排出到其出口(164)，其中，所述出口管道(160)包括形成在该出口管道的内下端处的叶轮接收部(161)，该叶轮接收部用于在其内可旋转接收所述叶轮(170)并与所述气流通道(134)连通；扩散通路(162)，该扩散通路(162)适于将通过所述叶轮(170)吹送的空气所具有的动能转换成压力，并具有沿着所述叶轮接收部(161)的径向延伸的第一通路(162a)和沿着所述转轴(141)的轴向从所述第一通路(162a)延伸的第二通路(162b)；以及蜗壳(163)，该蜗壳连通地形成在所述扩散通路(162)的上部，用于收集在经过所述扩散通路(162)时被压缩的空气，并将收集到的空气送向所述出口(164)。
2、 根据权利要求1所述的供气系统，其中，所述扩散通路(162) 的所述第二通路(162b)形成为沿向上方向与所述第一通路(162a)的 端部成90°角。
3、 根据权利要求1所述的供气系统，该供气系统还包括位于所述马达壳体(130)与所述出口管道(160)内的所述叶轮接收部(161)之间 的引导件(150)，该引导件用于向所述叶轮(170)的空气入口引导经过 所述马达壳体(130)的所述气流通道(134)的空气。
4. 根据权利要求3所述的供气系统，其中，所述引导件(150)的 内周面从在其上端到拐点(155)的范围内以凹曲率形成，而在从拐点(155)到其下端的范围内以凸曲率形成。
5. 根据权利要求3所述的供气系统，其中，所述扩散通路(162) 的第二通路(162b)向所述引导件(150)延伸。
6. 根据权利要求3所述的供气系统，其中，蜗壳(163)邻近所述 引导件(150)布置。
7. 根据权利要求1所述的供气系统，其中，所述扩散通路(162) 的第二通路(162b)向所述叶轮(170)的空气入口延伸。
8. 根据权利要求1所述的供气系统，其中，所述扩散通路(162) 的第二通路(162b)在所述第一通路(162a)的端部处倾斜地形成。
9. 根据权利要求1所述的供气系统，该供气系统还包括轴承保持件 (120)，该轴承保持件在所述入口管道(110)内结合至所述马达壳体 (130)的上端，并且其内周面上安装有一轴承(125)以可旋转地支撑所述转轴(141)的上端。
10. 根据权利要求1所述的供气系统，该供气系统还包括端板(180)， 该端板以密封所述出口管道(160)的敞开的下端的方式结合至所述出口 管道(160)的下端，并且其内周面上安装有一轴承(181)以可旋转地 支撑所述转轴(141)的下端。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆的供气系统，该供气系统包括弯曲的扩散通路和形成在该扩散通路的上部以充分确保该扩散通路的长度的蜗壳，由此增大压力转换效率并减小整个系统的尺寸，该供气系统还包括用于向叶轮的输入端引导气流的引导件，从而使经过马达壳体的空气流向叶轮入口时产生的损耗最小化，并降低出口管道的重量。
文档编号F02B33/00GK101225766SQ20081000305
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月18日 优先权日2007年1月18日
发明者吴昌勳, 赵庆锡, 金禹準 申请人:汉拏空调株式会社