一种用于燃料电池的空气压缩机的制作方法

本发明属于新能源汽车零部件的燃料电池技术领域，更具体地说，是涉及一种用于燃料电池的空气压缩机。

背景技术：

燃料电池是将氢和氧的化学能通过电极反应转换成电能的装置，这种装置的最大特点是反应过程不涉及燃烧，能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换效率高达60％-80％。在燃料电池中，氢和氧分别在阳电极和阴电极发生电化学反应，从而产生电流，其中的氧可以使用纯氧或从空气中直接获得，而使用空气更方便、经济。车用燃料电池要想获得更高的功率密度和更好的性能，就必须在较高的压力下工作，尤其是对于阴极的反应物(氧或空气)而言，燃料电池中氧气压力与燃料电池系统的性能有直接关系，提高空气的供气压力(即氧气的分压力)，可以增大燃料电池系统的能量密度，提高燃料电池的供气压力，还可以减小系统尺寸，提高电池堆效率和改善水平衡。因此，空气供应系统(空气供应装置)是燃料电池一个重要组成部分，作为空气供应系统核心部件的空气压缩机，在燃料电池中起着重要作用，是燃料电池的关键部件之一。特别是对于目前应用最为广泛的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，还要求供气系统供给燃料电池堆的压缩空气绝对干净。总而言之，燃料电池的空气压缩机必须满足无油、小型、高压、低噪、耗功少、耐久性的要求。中国专利号为CN201310351343的专利文献公开了一种燃料电池系统的空气供应及能量回收装置，然而该专利没有说明如何保证压缩空气绝对干净的问题。此外，专利所述的离心式压缩机必须在每分钟十万转以上的高速下才能保持高效运行，满足这种驱动功率和转速要求的电机的耐久性是值得考验的。综上所述，现有技术中的空气压缩机无法满足燃料电池的控制供应装置的工作需求，影响燃料电池整体性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低，有效提高用于燃料电池的空气压缩机的耐久性和可靠性，从而提高空气供应系统整体性能、降低空气压缩机振动噪音、有效减小转子之间及转子和转子壳体之间间隙，降低压缩空气机内的泄漏，提升空气压缩机的容积效率和绝热效率，同时也改善空气压缩机的NVH性能的用于燃料电池的空气压缩机。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种用于燃料电池的空气压缩机，所述的用于燃料电池的空气压缩机包括转子壳体，所述的转子壳体内设置主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合，主动齿轮与主动轴连接，从动齿轮与从动轴连接，主动轴同时与输入轴连接，主动轴上设置主动转子，从动轴上设置从动转子，转子壳体上还设置进气口，进气口靠近主动转子和从动转子位置，输入轴与电机连接，电机与控制部件连接。

所述的用于燃料电池的空气压缩机还包括前盖板，所述的输入轴通过轴承VⅠ和轴承Ⅰ与前盖板连接，主动轴与主动齿轮固定连接，主动轴一端穿过主动齿轮与输入轴连接，主动轴另一端通过轴承Ⅱ与转子壳体后端连接，从动轴一端与从动齿轮固定连接，从动轴另一端通过轴承Ⅲ与转子壳体连接。

所述的前盖板和主动齿轮、从动齿轮一侧形成油腔，主动齿轮和从动齿轮另一侧设置轴承板，轴承板与转子壳体连接，轴承板上设置轴承Ⅳ、轴承Ⅴ、油封Ⅰ、油封Ⅱ，主动轴通过轴承Ⅳ和油封Ⅰ与轴承板连接，从动轴通过轴承Ⅴ和油封Ⅱ与轴承板连接。

所述的输入轴与主动轴通过弹性联轴器连接，所述的轴承VⅠ是双列角接触球轴承，轴承Ⅰ是球轴承，轴承VⅠ和轴承Ⅰ之间的间隙部位设置油封Ⅲ。

所述的用于燃料电池的空气压缩机包括多个油封，多个油封分别是油封Ⅰ、油封Ⅱ、油封Ⅲ，每个油封包括金属内骨架、金属外骨架、防尘唇，金属内骨架和金属外骨架通过主防油唇连接，金属外骨架外侧设置油封外缘，防尘唇与金属外骨架连接，防尘唇上设置副唇口，副唇口上设置回油纹，主防油唇上设置聚四氟乙烯耐温耐油层。

所述的主动转子外层设置主动转子涂层，从动转子外层设置从动转子涂层，主动转子涂层设置为经过喷涂工艺喷涂在主动转子表面的结构，从动转子涂层设置为经过喷涂工艺喷涂在从动转子表面的结构，主动转子上设置多个扇叶，从动转子上设置多个扇叶。

喷涂在主动转子表面的主动转子涂层设置为经过加温固化在主动转子表面的结构，喷涂在从动转子表面的从动转子涂层设置为经过加温固化在从动转子表面的结构，主动转子涂层内部设置气孔，从动转子涂层内部设置气孔。涂层(主动转子涂层和从动转子涂层)是由纳米级耐磨颗粒、聚四氟乙烯(PTFE)固体润滑剂、发泡剂、聚乙烯这些脂类材料混合而成的混合物。

所述的轴承Ⅳ为双列角接触球轴承，轴承Ⅴ为双列角接触球轴承，轴承VI、轴承Ⅳ和轴承Ⅴ内分别设置润滑脂，轴承Ⅱ为滚针轴承，轴承Ⅲ16为滚针轴承，轴承Ⅱ和轴承Ⅲ内分别设置润滑脂，所述的轴承板和转子壳体之间设置密封胶。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明为所述的用于燃料电池的空气压缩机，当需要对空气进行处理时，通过控制部件带动电机启停及转速变化，从而带动输入轴转动，输入轴带动主动轴转动，主动轴带动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，在带动从动齿轮转动，从动齿轮转动带动从动轴转动，这样，主动轴上的主动转子和从动轴上的从动转子转动，对从进气口进入的空气进行压缩。上述结构，通过主动转子和从动转子转动压缩空气，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气。燃料电池中氧气压力与燃料电池系统的性能有直接关系，本发明的用于燃料电池的空气压缩机，采用螺杆式空气压缩机或罗茨式空气压缩机，通过主动转子和从动转子的旋转，对进气口进入的空气进行压缩，然后再输出到燃料电池系统，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气，上述结构，能够提高空气的供气压力(即氧气分压力)，增大燃料电池系统的能量密度，提高燃料电池的供气压力，最终提高空气压缩机工作效率，上述结构，部件之间连接可靠，动力传递可靠，能够提高空气压缩机的可靠性和耐久性。本发明所述的用于燃料电池的空气压缩机，结构简单，有效提高用于燃料电池的空气压缩机的耐久性和可靠性，从而提高空气供应系统整体性能、降低空气压缩机振动噪音、有效减小转子之间及转子和转子壳体之间间隙，降低压缩空气机内的泄漏，提升空气压缩机的容积效率和绝热效率，同时也改善空气压缩机的NVH性能。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的用于燃料电池的空气压缩机的主视结构示意图；

图2为图1所述的用于燃料电池的空气压缩机的侧视结构示意图；

图3为图1所述的用于燃料电池的空气压缩机的油封的结构示意图；

附图中标记分别为：1、转子壳体；2、主动齿轮；3、从动齿轮；4、主动轴；5、从动轴；6、输入轴；7、主动转子；8、从动转子；9、进气口；10、电机；11、控制部件；12、前盖板；13、轴承VI；14、轴承Ⅰ；15、轴承Ⅱ；16、轴承Ⅲ；17、油腔；18、轴承板；19、轴承Ⅳ；20、轴承Ⅴ；21、油封Ⅰ；22、油封Ⅱ；23、弹性联轴器；24、油封Ⅲ；25、金属内骨架；26、金属外骨架；27、防尘唇；28、主防油唇；29、油封外缘；30、副唇口；31、回油纹；32、主动转子涂层；33、从动转子涂层。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1所示，本发明为一种用于燃料电池的空气压缩机，所述的用于燃料电池的空气压缩机包括转子壳体1，所述的转子壳体1内设置主动齿轮2和从动齿轮3，主动齿轮2和从动齿轮3啮合，主动齿轮2与主动轴4连接，从动齿轮3与从动轴5连接，主动轴4同时与输入轴6连接，主动轴4上设置主动转子7，从动轴5上设置从动转子8，转子壳体1上还设置进气口9，进气口9靠近主动转子7和从动转子8位置，输入轴6与电机10连接，电机10与控制部件11连接。本发明所述的用于燃料电池的空气压缩机，当需要对空气进行处理时，通过控制部件带动电机启停及转速变化，从而带动输入轴转动，输入轴带动主动轴转动，主动轴带动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，在带动从动齿轮转动，从动齿轮转动带动从动轴转动，这样，主动轴上的主动转子和从动轴上的从动转子转动，对从进气口进入的空气进行压缩。上述结构，通过主动转子和从动转子转动压缩空气，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气。燃料电池中氧气压力与燃料电池系统的性能有直接关系，本发明的用于燃料电池的空气压缩机，采用螺杆式空气压缩机或罗茨式空气压缩机，通过主动转子和从动转子的旋转，对进气口进入的空气进行压缩，然后再输出到燃料电池系统，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气，上述结构，能够提高空气的供气压力(即氧气分压力)，增大燃料电池系统的能量密度，提高燃料电池的供气压力，最终提高空气压缩机工作效率，上述结构，部件之间连接可靠，动力传递可靠，能够提高空气压缩机的可靠性和耐久性。本发明所述的用于燃料电池的空气压缩机，结构简单，有效提高用于燃料电池的空气压缩机的耐久性和可靠性，从而提高空气供应系统整体性能、降低空气压缩机振动噪音、有效减小转子之间及转子和转子壳体之间间隙，降低压缩空气机内的泄漏，提升空气压缩机的容积效率和绝热效率，同时也改善空气压缩机的NVH性能。

所述的用于燃料电池的空气压缩机还包括前盖板12和转子壳体1，所述的输入轴6通过轴承VⅠ13和轴承Ⅰ14与前盖板12连接，主动轴4与主动齿轮2固定连接，主动轴4一端穿过主动齿轮2与输入轴6连接，主动轴2另一端通过轴承Ⅱ15与转子壳体1后端连接，从动轴5一端与从动齿轮3固定连接，从动轴5另一端通过轴承Ⅲ16与转子壳体1后端连接。上述结构，转子壳体与前盖板及转子壳体形成安装腔体，输入轴6通过轴承VⅠ13和轴承Ⅰ14与前盖板12连接，实现输入轴的可靠定位和动力传递，性能可靠。主动轴一端与输入轴连接，实现动力源传递，主动轴2另一端通过轴承Ⅱ15与转子壳体1活动连接，实现主动轴的可靠支撑，从动轴一端与从动齿轮固定连接，通过从动齿轮转动带动从动轴转动，从动轴5另一端通过轴承Ⅲ16与转子壳体1活动连接，实现从动轴的可靠支撑，有效完成动力传递。主动轴和从动轴支撑可靠，主动转子和从动转子转动性能可靠，提高空气压缩机效率。

所述的前盖板12和主动齿轮2、从动齿轮3一侧形成油腔17，主动齿轮2和从动齿轮3另一侧设置轴承板18，轴承板18与转子壳体1连接，轴承板18上设置轴承Ⅳ19、轴承Ⅴ20、油封Ⅰ21、油封Ⅱ22，主动轴4通过轴承Ⅳ19和油封Ⅰ21与轴承板18连接，从动轴5通过轴承Ⅴ20和油封Ⅱ22与轴承板18连接。为有效保证油腔的密封效果，在位于油腔内侧的前盖板上设置油封Ⅲ24，在轴承板上设置轴承Ⅳ19、轴承Ⅴ20，轴承Ⅳ19靠近油腔一侧设置油封Ⅰ21、轴承Ⅴ20靠近油腔一侧设置油封Ⅱ22，轴承VI13、轴承Ⅳ19和轴承Ⅴ20内各自设置有润滑脂，不需要额外的润滑油进行润滑，而轴承VI13、轴承Ⅳ19和轴承Ⅴ20上分别设置有密封圈，密封圈不仅防止轴承内部的润滑脂泄漏，也对油腔内可能泄漏的微量润滑油起到进一步密封作用，保证转子侧的压缩空气不含润滑油，保证空气干净。

所述的输入轴6与主动轴4通过弹性联轴器23连接，电机通过输入轴、主动轴实现动力传递，带动转子壳体内的主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，电机转动时的速度和扭矩的脉动，以及低负载时正时齿轮反跳，通常会产生齿轮咔嗒声等机械振动噪声。为了减振和隔振，输入轴6与主动轴4之间通过弹性联轴器23连接，这样，有效降低空气压缩所及工作时的振动和噪音。

轴承VⅠ13是双列角接触球轴承，轴承Ⅰ14是球轴承，轴承VⅠ13和轴承Ⅰ14之间的间隙部位设置油封Ⅲ24。油封Ⅲ24的设置，有效保证油腔的密封效果，油腔内的润滑油不会从前盖板一侧漏出，确保空气压缩机的油腔密封性能。

所述的用于燃料电池的空气压缩机包括多个油封，多个油封分别是油封Ⅰ19、油封Ⅱ21、油封Ⅲ24，每个油封包括金属内骨架25、金属外骨架26、防尘唇27，金属内骨架25和金属外骨架26通过主防油唇28连接，金属外骨架26外侧设置油封外缘29，防尘唇27与金属外骨架26连接，防尘唇27上设置副唇口30，副唇口30上设置回油纹31，主防油唇28上设置聚四氟乙烯耐温耐油层34。上述结构，位于油腔内的相互啮合的主动齿轮和从动齿轮转动时，油腔内的润滑油通过飞溅润滑位于油腔内的主动齿轮、从动齿轮和轴承VⅠ13和轴承Ⅰ14、轴承Ⅳ19、轴承Ⅴ20，确保各个轴承性能可靠，降低磨损，提高使用寿命。本发明中的油封Ⅰ19、油封Ⅱ21、油封Ⅲ24结构相同，每个油封均由相同的部件组成，油封Ⅰ19、油封Ⅱ21、油封Ⅲ24均为组合式的骨架油封，油封外缘包裹金属外骨架，油封外缘为氟橡胶材料制成的结构，油封外缘压装在安装孔内，氟橡胶材料的油封外缘的弹性可以很好的弥补安装孔的热膨胀，防止外径漏油。主防油唇上的聚四氟乙烯耐温耐油层耐温耐油，摩擦系数小，可以承受很高的与轴接触的线速度。副唇口表面的回油纹的螺纹旋向与旋转轴的旋转方向相关，回油纹的旋向和旋转轴的旋转共同产生一个向油腔侧的泵吸作用，这样可以充分减小润滑油经过轴边界的泄漏，保证密封效果。防尘唇用于防止油腔外侧环境中的灰尘和杂质进入主防油唇和副唇口(副防油唇口)，对防油唇具有保护作用。

所述的主动转子7外层设置主动转子涂层32，从动转子8外层设置从动转子涂层33，主动转子涂层32设置为经过喷涂工艺喷涂在主动转子7表面的结构，从动转子涂层33设置为经过喷涂工艺喷涂在从动转子8表面的结构，主动转子7上设置多个扇叶，从动转子上设置多个扇叶。上述结构，由于空气压缩机内部运动部件的热膨胀、载荷导致的弯曲变形以及制造公差等原因，在设计制造主动转子和从动转子时必须预留运行间隙，以避免实际运转时主动转子和从动转子之间及转子和转子壳体之间相互接触。运行间隙引起的泄漏降低了空气压缩机的容积效率。为减少内部泄漏、提高容积效率，本发明在主动转子7外层设置主动转子涂层32，从动转子8外层设置从动转子涂层33，主动转子涂层和从动转子涂层均具有硬度适中、附着力强、耐水、耐温、耐温等特点。空气压缩机运行时，主动转子表面的主动转子涂层32和从动转子表面的从动转子涂层33之间根据主动转子和从动转子之间的间隙及主动转子、从动转子和转子壳体之间间隙大小实时压缩，保证转子之间及转子和转子壳体间间隙为零。这样，在空气压缩机运转时，能够有效减少空气压缩机内部泄漏、提高容积效率。

喷涂在主动转子7表面的主动转子涂层32设置为经过加温固化在主动转子7表面的结构，喷涂在从动转子8表面的从动转子涂层33设置为经过加温固化在从动转子8表面的结构，主动转子涂层32内部设置气孔，从动转子涂层33内部设置气孔。涂层是由纳米级耐磨颗粒、聚四氟乙烯(PTFE)固体润滑剂、发泡剂、聚乙烯这些脂类材料混合而成的混合物。主动转子涂层32经过特殊的喷涂工艺均匀的喷涂在主动转子的外表面，从动转子涂层33经过特殊的喷涂工艺均匀的喷涂在从动转子的外表面，主动转子涂层和从动转子涂层经过高温固化方式，牢牢附着在主转子表面，涂层内部含有微小的气孔，使得主动转子涂层和从动转子涂层均具有可压缩性。涂层还对转子提供防腐蚀的保护功能。

所述的轴承Ⅳ19为双列角接触球轴承，轴承Ⅴ20为双列角接触球轴承，轴承VI13、轴承Ⅳ19和轴承Ⅴ20内分别设置润滑脂，所述的轴承Ⅱ15为滚针轴承，轴承Ⅲ16为滚针轴承，轴承Ⅱ15和轴承Ⅲ16内分别设置润滑脂，所述的轴承板18和转子壳体1之间设置密封胶。密封胶提高了与空气压缩机内部的密封性能。轴承的设置，保证了油腔中的润滑油不会泄漏，确保密封。

本发明为所述的用于燃料电池的空气压缩机，当需要对空气进行处理时，通过控制部件带动电机启停及转速变化，从而带动输入轴转动，输入轴带动主动轴转动，主动轴带动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，在带动从动齿轮转动，从动齿轮转动带动从动轴转动，这样，主动轴上的主动转子和从动轴上的从动转子转动，对从进气口进入的空气进行压缩。上述结构，通过主动转子和从动转子转动压缩空气，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气。燃料电池中氧气压力与燃料电池系统的性能有直接关系，本发明的用于燃料电池的空气压缩机，采用螺杆式空气压缩机或罗茨式空气压缩机，通过主动转子和从动转子的旋转，对进气口进入的空气进行压缩，然后再输出到燃料电池系统，为燃料电池系统提供所需流量和压比的空气，上述结构，能够提高空气的供气压力(即氧气分压力)，增大燃料电池系统的能量密度，提高燃料电池的供气压力，最终提高空气压缩机工作效率，上述结构，部件之间连接可靠，动力传递可靠，能够提高空气压缩机的可靠性和耐久性。本发明所述的用于燃料电池的空气压缩机，结构简单，有效提高用于燃料电池的空气压缩机的耐久性和可靠性，从而提高空气供应系统整体性能、降低空气压缩机振动噪音、有效减小转子之间及转子和转子壳体之间间隙，降低压缩空气机内的泄漏，提升空气压缩机的容积效率和绝热效率，同时也改善空气压缩机的NVH性能。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。