一种燃料电池用空气悬浮离心鼓风机的制作方法

1.本发明涉及空气悬浮鼓风机技术领域，尤其涉及一种燃料电池用空气悬浮鼓风机。


背景技术：

2.氢燃料电池通过氢气与氧气进行化学反应直接输出电能，氢燃料电池功率与空气供给系统供气密度压力及供气流量直接相关，供气压力越高，氧气含量越高，燃料电池反应速度越快，能量转化率就越高。
3.现有技术中，通常采用的是单级压缩机以及双压并联空气悬浮离心鼓风机等，上述结构采用压气机壳进气压端吸气并直接从出气口排出来提供压缩空气。为固定式氢燃料电池发电以及各种需要高压送风的环境可达150kpa以上，单级压缩机以及双压并联空气悬浮离心鼓风机产生的压缩空气的压力较低，难以保证燃料电池系统的使用。
4.并且，空气悬浮离心鼓风机的压力高，转子与周围空气发生剧烈摩擦以及空气高压压缩，产生大量热能，使得转子以及轴承温度升高、变形，热量还将传递至电机座以及电机，可能导致轴承高温失效；在高压高速作用下，电机定子的温度也会迅速上升，若不能及时冷却，过多的热量将影响绝缘材料的使用寿命，降低电机的输出功率，甚至导致电机烧毁。


技术实现要素：

5.为了克服上述缺陷，本发明所解决的技术问题是，提供一种燃料电池用空气悬浮鼓风机，本发明的燃料电池系统用空气悬浮鼓风机能够提供较高压力的压缩空气，以满足燃料电池系统进行氢氧反应进行发电。
6.为了解决上述技术问题，本发明的一种燃料电池用空气悬浮离心鼓风机，包括电机和压气机；所述电机包括两端敞口的电机座，所述电机座内设置有电机主轴，所述电机座内还设置有环绕所述电机主轴的定子；所述压气机设置有两个，两个所述压气机皆包括压气机壳；两个所述压气机壳分别设置于所述电机座的两端；所述电机主轴的两端分别设置有两个叶轮，两个所述叶轮分别位于所述两个压气机壳内；两个所述压气机壳通过连接管相连通。
7.进一步的，所述电机主轴包括转子轴，所述转子轴的两端分别固定连接有两个连接轴，两个所述连接轴分别为左连接轴和右连接轴，所述左连接轴连接于所述转子轴的左端，所述右连接轴固定连接于所述转子轴的右端；两个所述叶轮分别为左叶轮和右叶轮，所述左叶轮固定连接于所述左连接轴，所述右叶轮固定连接于所述右连接轴；所述转子轴的右端设置有承推片。
8.进一步的，所述电机座的两端分别固定连接有左连接板和右连接板；两个所述压气机壳分别为左压气机壳和右压气机壳，所述左压气机壳固定连接于所述左连接板，所述右压气机壳固定连接于所述右连接板。
9.进一步的，所述电机主轴转动安装于左主轴轴承座和右主轴轴承座；所述电机座内还设置有止推轴承座，所述右主轴轴承座以及所述止推轴承座固定连接于所述右连接板。
10.进一步的，所述止推轴承座上固定连接有密封板，所述密封板设置于所述右叶轮与所述止推轴承座之间；所述密封板上设置有内锯形齿和侧锯形齿；所述右叶轮上设置有与所述侧锯形齿相适配的右叶轮锯形齿。
11.进一步的，所述燃料电池用空气悬浮离心鼓风机还包括风冷结构；所述风冷结构包括支管，所述支管的一端与所述连接管相连通，所述支管的另一端与所述电机座的内部相连通；所述电机座内设置有冷却风套，所述冷却风套的外周面上轴向设置有盲槽和通槽，所述冷却风套的两端皆径向设置有环槽，两个所述环槽分别为左端环槽和右端环槽；所述电机座上还设置有电机座出气口，所述电机座出气口与所述电机座内部的左端的空隙相连通。
12.进一步的，所述电机座上设置有电机座过气孔，所述电机座过气孔与所述右端环槽相连通，所述右主轴轴承座上设置有右主轴轴承座过气孔b，所述右主轴轴承座过气孔与所述电机座过气孔相连通，所述止推轴承座上设置有止推轴承座通气槽，所述止推轴承座通气槽与所述右主轴轴承座过气孔b相连通，且所述止推轴承座通气槽延伸至所述止推轴承座的内腔，所述承推片与所述止推轴承以及所述右主轴轴承座之间皆具有相连通的第一间隙，所述右主轴轴承座过气孔b设置有右主轴轴承座过气孔b分支孔，所述右主轴轴承座过气孔b分支孔与所述第一间隙相连通；所述右主轴轴承座上设置有右主轴轴承，所述右主轴轴承与所述主轴之间具有第二间隙，所述第一间隙与所述第二间隙相连通，且所述第二间隙与所述电机座的左端的所述空隙相连通。
13.进一步的，所述电机座上还设置有电机座通孔，所述右主轴轴承座上还设置有右主轴轴承座过气孔a，所述密封板上还设置有密封板过气孔，所述密封板过气孔通过所述止推轴承座过气孔、以及所述右主轴轴承座过气孔a与所述电机座通孔相连通。
14.进一步的，所述电机座内部还设置有冷却水套，所述冷却水套设置于所述定子与所述冷却风套之间，所述定子贴合于所述冷却水套的内壁，所述冷却风套贴合于所述冷却水套的外壁，所述冷却水套的外壁设置有冷却水道，所述电机座上设置有与所述冷却水道相连通的进水口和出水口。
15.进一步的，所述右压气机壳的进气口处设置有流量计。
16.采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是，燃料电池用空气悬浮离心鼓风机包括电机和压气机。电机包括两端敞口的电机座，电机座内设置有电机主轴，电机座内还设置有环绕电机主轴的定子。压气机设置有两个，两个压气机皆包括压气机壳；两个压气机壳分别设置在电机座的两端；电机主轴的两端分别设置有两个叶轮，两个叶轮分别位于两个压气机壳内；两压气机壳通过连接管相连通。本发明的燃料电池系统用空气悬浮鼓风机能够将空气进行两级压缩，提供较高压力的压缩空气，以满足燃料电池系统进行氢氧反应进行发电。
附图说明
17.图1是本发明的燃料电池用空气悬浮离心鼓风机的立体图；
18.图2是图1中电机座的放大的立体图；
19.图3是图1中冷却水套的放大的立体图；
20.图4是图1中冷却风套的放大的立体图；
21.图5是图1中密封板的放大的立体图；
22.图6是图1中止推轴承座的放大的立体图；
23.图7是图1中第一剖视图；
24.图8是图7的a区域的放大图；
25.图9是图1中第二剖视图；
26.图10是图9中b区域的放大图；
27.图11是图1中第三剖视图；
28.图12是图11中c区域的放大图；
29.图13是图1中第四剖视图；
30.图14是图13中d区域的放大图；
31.图中，箭头的方向表示气体的流动方向；
32.图中：1、流量计；2、右叶轮；21、右叶轮锯形齿；3、左叶轮；4、电机座；41、电机座出气口；42、电机座过气孔；43、电机座通孔；44、空隙；51、转子轴；52、右连接轴；53、左连接轴；6、冷却风套；61、盲槽；62、通槽；63、左端环槽；64、右端环槽；7、冷却水套；71、冷却水道；8、密封板；81、内锯形齿；82、侧锯形齿；83、密封板过气孔；9、右主轴轴承座；91、右主轴轴承座过气孔a；92、右主轴轴承座过气孔b；921、右主轴轴承座过气孔b分支孔；10、右压气机壳；11、左压气机壳；12、止推轴承座；121、止推轴承座通气槽；122、止推轴承座过气孔；13、承推片；14、左主轴轴承座；15、左连接板；16、定子；17、连接管；18、支管；19、右连接板；200、第一间隙；300、第二间隙；400、第三间隙。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
34.结合图1、图7、图9、图11、以及图13共同所示，一种燃料电池用空气悬浮离心鼓风机，它包括电机和压气机。电机包括两端敞口的电机座4，电机座4内设置有电机主轴，电机座4内还设置有环绕电机主轴的定子16；电机主轴包括转子轴51，在转子轴51的两端固定连接有两个连接轴，两个连接轴分别为左连接轴53和右连接轴52；转子轴51的两端皆设置有螺纹孔，左连接轴53的右端和右连接轴52的左端皆通过其外壁设置的外螺纹分别拧紧至转子轴51两端的螺纹孔。
35.压气机设置有两个，两个压气机分别为左压气机和右压气机。两个压气机皆包括压气机壳；两个压气机壳分别设置在电机座4的两端；电机主轴的两端分别设置有两个叶轮，两个叶轮分别位于两个压气机壳内；两个压气机壳分别为左压气机壳11和右压气机壳10，在电机座4的左端固定连接有左连接板15，左压气机壳11固定连接在左连接板15上，在电机座4的右端固定连接有右连接板19，右压气机壳10固定连接在右连接板19上；两个叶轮分别为左叶轮3和右叶轮2，左叶轮3设置在左压气机壳11内，右叶轮2设置在右压气机壳10内。左叶轮3固定连接在左连接轴53上，右叶轮2固定连接在右连接轴52上。
36.左压气机壳11和右压气机壳10上皆设置有进气口和出气口，右压气机壳10的进气
口处设置有流量计1。左压气机壳11和右压气机壳10通过连接管17相连通，即右压气机壳10的出气口与左压气机壳11的进气口相连通，经过两级压缩后的空气通过左压气机壳11的出气口排出。
37.结合图1以及图2共同所示，电机座4上设置有电机座出气口41、电机座过气孔42、以及电机座通孔43。
38.结合图1以及图3共同所示，在电机座4内设置有冷却风套6，冷却风套6的外周面贴合在电机座4的内壁面，优选地，电机座4与冷却风套6过盈配合。冷却风套6的外周面上轴向设置有盲槽61和通槽62，通槽62间隔设置有多个，冷却风套6的两端皆径向设置有环槽，两个环槽分别为左端环槽63和右端环槽64。
39.结合图1以及图4共同所示，在电机座4内部还设置有冷却水套7，冷却水套7设置在定子16与冷却风套6之间，定子16贴合在冷却水套7的内壁，定子16优选与冷却水套7的内壁固定连接，冷却风套6贴合在冷却水套7的外壁，冷却水套7的外壁设置有冷却水道71，电机座4上设置有与冷却水道71相连通的进水口和出水口。
40.结合图1、图7、图9、图11、以及图13共同所示，电机主轴的转子轴51转动安装在左主轴轴承座14和右主轴轴承座9上；电机座4内还设置有止推轴承座12。右主轴轴承座9同止推轴承座12固定安装在右连接板19上；左主轴轴承座14同左连接板15通过螺栓一起固定安装在电机座4上，且左主轴轴承座14和右主轴轴承座9的外壁与电机座4的两端的内壁定位配合。
41.转子轴51的右端通过右主轴轴承与右主轴轴承座9连接，右主轴轴承为径向轴承(顺时针)；转子轴51的左端通过左主轴轴承与左主轴轴承座14连接，左主轴轴承为径向轴承(逆时针)；定子16固定安装在冷却水套7的内壁上，转子轴51穿插在定子16内腔中自由转动。
42.结合图1、图5、图6、以及图7共同所示，止推轴承座12上还固定连接有密封板8，密封板8设置在右叶轮2与止推轴承座12之间；密封板8的内腔中设置有内锯形齿81，在密封板8的侧部设置有侧锯形齿82；右叶轮2上设置有与侧锯形齿82相适配的右叶轮锯形齿21。此处使用侧锯形齿82和右叶轮锯形齿21进行密封，能够减小流量的损失，使得经过右压气机压缩的空气能够尽可能多的从右压气机壳10的出气口排出，并通过连接管17进入到左压气机壳11内部进一步被压缩。
43.结合图7、图8、图9、图10、图11、以及图12共同所示，燃料电池用空气悬浮离心鼓风机还包括风冷结构；风冷结构包括支管18，支管18的一端与连接管17相连通，支管18的另一端与电机座4的内部相连通；电机座出气口41与电机座4内部的左端的空隙44相连通。
44.电机座过气孔42与右端环槽64相连通，右主轴轴承座9上环形设置有多个右主轴轴承座过气孔b 92，右主轴轴承座过气孔b 92与电机座过气孔42相连通，电机座过气孔42同样环形设置有多个，右主轴轴承座过气孔b 92与其相应的电机座过气孔42相连通，止推轴承座12上环形设置有多个止推轴承座通气槽121，止推轴承座通气槽121与右主轴轴承座过气孔b 92相连通，且止推轴承座通气槽121延伸至止推轴承座12的内腔，承推片13与止推轴承座12以及右主轴轴承座9之间皆具有相连通的第一间隙200，右主轴轴承座过气孔b92设置有右主轴轴承座过气孔b分支孔921，右主轴轴承座过气孔b分支孔921与第一间隙200相连通；右主轴轴承座9上设置有右主轴轴承，右主轴轴承与主轴之间具有第二间隙300，第
一间隙200与第二间隙300相连通。在定子16与转子轴51之间设置有第三间隙400，且第二间隙300与第三间隙400相连通，第三间隙400还与电机座4的内部的左端的空隙44相连通，空隙44与电机座出气口41相连通。
45.结合图13以及图14共同所示，电机座4上还设置有电机座通孔，右主轴轴承座9上还设置有右主轴轴承座过气孔a 91，密封板8上还设置有密封板过气孔83，止推轴承座12上还设置有止推轴承座过气孔122，密封板过气孔83与止推轴承座过气孔122相连通，止推轴承座过气孔122与相应的右主轴轴承座过气孔a 91相连通，右主轴轴承座过气孔a 91与电机座通孔43相连通。在承推片的两侧皆设置有止推轴承(图中未示出)，两个止推轴承分别安装在止推轴承座和右主轴轴承座上，止推轴承的安装方式对于本领域技术人员来说属于公知常识，在此不再赘述。上述结构减少了右叶轮2背部与右压气机壳10的进气口的压力差，减小了右叶轮2沿着右连接轴52移动的趋势，避免了止推轴承受力不平衡，保证了止推轴承工作的可靠性。
46.下面对本发明的燃料电池用空气悬浮离心鼓风机的工作过程详细描述如下：
47.设备启动后，转子轴51带动左连接轴53和右连接轴52转动，左叶轮3和右叶轮2转动；外部气体从右压气机壳10的进气口进入，通过右叶轮2进行压缩，经过压缩的气体进入右压气机壳10的出气口连通的连接管17，有少量的气体通过连接管17上的支管18进入电机座4的内部进行风冷冷却，连接管17内的气体从左压气机壳11的进气口进入到左压气机壳11内部进行二级压缩后，并经左压气机壳11的出气口排入空气工作管道。
48.右压气机壳10内部少量的气体进入右叶轮2的背面与密封板8之间，右叶轮2的背面与密封板8之间使用锯形齿的结构进行密封，能够在平衡右叶轮2背面压力的同时减小流量的损失。密封板过气孔83与止推轴承座过气孔122相连通，止推轴承座过气孔122与相应的右主轴轴承座过气孔a 91相连通，右主轴轴承座过气孔a 91与电机座通孔43相连通。上述结构减少了右叶轮2背部与右压气机壳10的进气口的压力差，减小了右叶轮2沿着右连接轴52移动的趋势，避免了止推轴承受力不平衡，保证了止推轴承工作的可靠性。
49.气体经过右压气机压缩后一小部通过支管18进入电机座4内部空间，并进入到冷却风套6的盲槽61内，通过盲槽61进入到左端环槽63中，并经过多个通槽62进入到右端环槽64中，在此过程中，气体对冷却风套6进行冷却。流经到右端环槽64中的气体通过电机座过气孔42到达右主轴轴承座9与电机座4内壁之间的空腔中，右主轴轴承座过气孔b 92的右端被止推轴承座12封堵，冷却气体通过右主轴轴承座过气孔b分支孔921流入第一间隙200，然后流入到止推轴承座12的止推轴承座通气槽121中，止推轴承座通气槽121与止推轴承座的内腔相连通，流向止推轴承内腔为其提供压力空气并散热，从右主轴轴承过气孔b 92以及径向轴承(顺时针)与转子轴51之间的配合间隙，并对定子16以及径向轴承(顺时针)冷却后，进入到电机座4内部的空腔，并流动至电机座4的内部的左端的空隙44中，最后从电机座出气口41排出，而不需要再设置散热叶轮。从而减少了散热叶轮产生的功率消耗，提升了散热效果，进而降低了电机的转子和定子16的温升，提升其使用寿命。
50.同时冷却液从电机座4上的进水口进入绕冷却水套7循环后从电机座4的出水口排出，对定子16进行冷却。
51.本发明中所使用到的轴承皆为空气悬浮轴承。
52.本说明书中涉及到的带有序号命名的技术特征(如第一间隙、第二间隙、第三间隙
等)，仅仅是为了区别各技术特征，并不代表各技术特征之间的位置关系、安装顺序及工作顺序等。
53.在本说明书的描述中，需要理解的是，“右叶轮”、“右叶轮锯形齿”、“左叶轮”、“右连接轴”、“左连接轴”、“左端环槽”、“右端环槽”、“内锯形齿”、“侧锯形齿”、“右主轴轴承座”、“右主轴轴承座过气孔”、“右压气机壳”、“左压气机壳”、“左主轴轴承座”、“右连接板”、“左连接板”、“内部”等描述的方位或者位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅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。
54.本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。