电机及燃料电池发动机系统的制作方法

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电机及燃料电池发动机系统。

背景技术：

燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，动力系统开发是燃料电池汽车研发的核心内容之一。燃料电池汽车动力系统包括燃料电池发动机系统、电驱动系统、能量转换及能量管理系统、以及相应的辅助系统等，其中，燃料电池发动机系统的性能与燃料电池汽车动力系统的性能密切相关，燃料电池发动机系统包括燃料电池堆和空气供应系统等结构，空气供应系统包括空滤器、空气压缩机和电机等，其中，电机为高速电机，高速电机一般包括电机壳、电机主轴、叶轮、电机转子和电机定子等结构，电机主轴贯穿于电机壳内，叶轮设置在电机主轴的端部上，且叶轮位于空气压缩机的压缩腔内，电机转子位于电机壳内，且设置于电机主轴的外周上，电机定子设置在电机壳的内壁上，由于转子在工作时，电涡流和磁滞现象同时存在，会使电机转子产生一定的热量；同时因为电机转子的高速旋转，转子的外表面与空气摩擦，也能产生一定的热量，这几部分热量的相互叠加，电机转子的温度能够达到100℃以上，由于电机转子的永磁体一般选择钕铁硼，这种永磁体在高温下容易发生不可逆的失磁，造成转子的磁通量下降，必将导致电机产品发电功率的下降，因此，需要对电机转子进行冷却。

现有技术中，对电机转子进行冷却的方式分为两种，一种是水冷式，另一种是气冷式。水冷式的具体实现方式是，在电机壳的端部设置一冷却液喷嘴，在电机主轴上开设与冷却液喷嘴连通的冷却液流动通道，其中，冷却液流动通道与电机主轴同轴设置，在电机运转的过程中，冷却液从冷却液喷嘴喷流入冷却液流动通道中，以对电机转子进行冷却；气冷式的具体实现方式是，在电机壳的端部设置一冷却气体喷嘴，在电机主轴上开设与冷却气体喷嘴连通的冷却气体流动通道，其中，冷却气体流动通道与电机主轴同轴设置，在电机运转的过程中，冷却气体从冷却气体喷嘴流入冷却气体流动通道中，以对电机转子进行冷却。

然而，上述的两种冷却方式都需要将电机主轴加工为空心轴，会提升电机主轴的加工难度和加工成本，从而会提升电机的制造成本，进而会提升燃料电池发动机系统的生产成本。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电机及燃料电池发动机系统，生产成本较低。

一方面，本实用新型提供一种电机，包括电机壳、电机轴、电机定子、电机转子和叶轮；电机壳具有空腔和与空腔连通的第一开口，电机轴与电机壳转动配合，且电机轴的第一端位于空腔内，电机定子设置在空腔的内侧壁上，电机转子设置在电机轴的外周上，电机转子位于电机定子靠近电机轴的一侧，电机轴的第二端伸出电机壳外，叶轮设置在电机轴的第二端上，电机壳具有朝向叶轮的第一端和背离叶轮的第二端，第一开口形成于第一端上；电机壳的第一端上开设有进气孔，电机壳的侧壁上开设有出气孔，出气孔开设在电机壳侧壁远离电机壳第一端的位置，进气孔、空腔与出气孔依次连通。

可选的，在本实用新型提供的电机中，电机壳包括壳体、端盖和气流导向组件，电机壳的第二端形成有第二开口，电机壳的第二端为电机壳远离叶轮的一端，端盖设置在第二开口上，以和壳体共同形成空腔；气流导向组件设置在电机壳的第一端与叶轮之间，气流导向组件包括成组设置的多个节流板和密封件，节流板和密封件均套设在电机轴上；多个节流板择一地安装在电机轴上；密封件位于节流板靠近叶轮的一侧，密封件上开设有多个第一进气孔；节流板上开设有多个第二进气孔，且每个节流板上开设的第二进气孔的个数不同，电机壳的朝向叶轮的端部上开设有多个第三进气孔，第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔相对设置且依次连通以形成进气孔。

可选的，在本实用新型提供的电机中，第二进气孔的个数至少为两个，且第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔相连通。

可选的，在本实用新型提供的电机中，第二进气孔的直径小于第一进气孔的孔径，且第二进气孔的直径小于第三进气孔的直径。

可选的，在本实用新型提供的电机中，进气孔的轴向与电机轴的轴向一致。

可选的，在本实用新型提供的电机中，出气孔为一个。

可选的，在本实用新型提供的电机中，叶轮为离心式叶轮。

可选的，在本实用新型提供的电机中，电机定子与电机转子之间形成一气流通道，进气孔、气流通道和出气孔相连通。

另一方面，本实用新型提供一种燃料电池发动机系统，包括空气压缩机和上述的电机，空气压缩机包括与电机壳相连的压缩机蜗壳，叶轮位于蜗壳内。

可选的，在本实用新型提供的燃料电池发动机系统中，还包括燃料电池堆，燃料电池堆用于对电机供电。

本实用新型提供一种电机及燃料电池发动机系统，本实用新型提供的电机，包括电机壳、电机轴、电机定子、电机转子和叶轮；电机壳具有空腔和与空腔连通的第一开口，电机轴与电机壳转动配合，且电机轴的第一端位于空腔内，电机定子设置在空腔的内侧壁上，电机转子设置在电机轴的外周上，电机转子位于电机定子靠近电机轴的一侧，电机轴的第二端伸出电机壳外，叶轮设置在电机轴的第二端上，电机壳具有朝向叶轮的第一端和背离叶轮的第二端，第一开口形成于第一端上；电机壳的第一端上开设有进气孔，电机壳的侧壁上开设有出气孔，出气孔开设在电机壳侧壁远离电机壳第一端的位置，进气孔、空腔与出气孔依次连通。本实用新型提供的电机通过在电机壳的第一端上开设进气孔，从而能够减小电机的生产成本，进一步减小燃料电池发动机系统的生产成本。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池发动机系统的空气供应系统的结构示意图；

图2为图1中的空气供应系统的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的燃料电池发动机系统的空气供应系统内的气体流向图；

图4为图3中的空气供应系统的侧视图；

图5为本实用新型实施例提供的电机中的密封件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的电机中的电机壳的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第一种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第二种结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第三种结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第四种结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第五种结构示意图。

附图标记说明：

1-电机壳；11-空腔；12-第一开口；13-进气孔；131-第一进气孔；132-第二进气孔；133-第三进气孔；14-出气孔；15-壳体；16-端盖；17-气流导向组件；171-节流板；172-密封件；18-第二开口；2-电机轴；3-电机定子；4-电机转子；5-叶轮；6-气流通道；7-空气压缩机；71-压缩机蜗壳。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，动力系统开发是燃料电池汽车研发的核心内容之一。燃料电池汽车动力系统包括燃料电池发动机系统、电驱动系统、能量转换及能量管理系统、以及相应的辅助系统等，其中，燃料电池发动机系统的性能与燃料电池汽车动力系统的性能密切相关，燃料电池发动机系统包括燃料电池堆和空气供应系统等结构，空气供应系统包括空滤器、空气压缩机和电机等，其中，电机为高速电机，高速电机一般包括电机壳、电机主轴、叶轮、电机转子和电机定子等结构，电机主轴贯穿于电机壳内，叶轮设置在电机主轴的端部上，且叶轮位于空气压缩机的压缩腔内，电机转子位于电机壳内，且设置于电机主轴的外周上，电机定子设置在电机壳的内壁上，由于转子在工作时，电涡流和磁滞现象同时存在，会使电机转子产生一定的热量；同时因为电机转子的高速旋转，转子的外表面与空气摩擦，也能产生一定的热量，这几部分热量的相互叠加，电机转子的温度能够达到100℃以上，由于电机转子的永磁体一般选择钕铁硼，这种永磁体在高温下容易发生不可逆的失磁，造成转子的磁通量下降，必将导致电机产品发电功率的下降，因此，需要对电机转子进行冷却。

现有技术中，对电机转子进行冷却的方式分为两种，一种是水冷式，另一种是气冷式。水冷式的具体实现方式是，在电机壳的端部设置一冷却液喷嘴，在电机主轴上开设与冷却液喷嘴连通的冷却液流动通道，其中，冷却液流动通道与电机主轴同轴设置，在电机运转的过程中，冷却液从冷却液喷嘴喷流入冷却液流动通道中，以对电机转子进行冷却；气冷式的具体实现方式是，在电机壳的端部设置一冷却气体喷嘴，在电机主轴上开设与冷却气体喷嘴连通的冷却气体流动通道，其中，冷却气体流动通道与电机主轴同轴设置，在电机运转的过程中，冷却气体从冷却气体喷嘴流入冷却气体流动通道中，以对电机转子进行冷却。

然而，上述的两种冷却方式都需要将电机主轴加工为空心轴，会提升电机主轴的加工难度和加工成本，从而会提升电机的制造成本，进而会提升燃料电池发动机系统的生产成本。

由此，本实用新型提供一种电机及燃料电池发动机系统，能够减小电机的制造成本，进一步减小燃料电池发动机系统的生产成本。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行说明。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池发动机系统的局部结构示意图。图2为图1的侧视图。图3为本实用新型实施例提供的燃料电池发动机系统的局部结构内的气体流向图。图4为图3的侧视图。

如图1和图3所示，本实用新型实施例提供一种电机，包括电机壳1、电机轴2、电机定子3、电机转子4和叶轮5；电机壳1具有空腔11和与空腔11连通的第一开口12，电机轴2与电机壳1转动配合，且电机轴2的第一端位于空腔11内，电机定子3设置在空腔11的内侧壁上，电机转子4设置在电机轴2的外周上，电机转子4位于电机定子3靠近电机轴2的一侧，电机轴2的第二端伸出电机壳1外，叶轮5设置在电机轴2的第二端上，电机壳1具有朝向叶轮5的第一端和背离叶轮5的第二端，第一开口12形成于第一端上；电机壳1的第一端上开设有进气孔13，电机壳1的侧壁上开设有出气孔14，出气孔14开设在电机壳1侧壁远离电机壳1第一端的位置，进气孔13、空腔11与出气孔14依次连通。

本实施例提供的电机中，通过在电机壳1的第一端上开设进气孔13，以及在电机壳1侧壁远离电机壳1第一端的位置处开设出气孔14，从而使得气流能够通过进气孔13流入空腔11中，对电机转子4进行冷却，之后，气流再通过出气孔14排出电机壳1，从而，能够避免在电机轴2上加工气流通道，因而，能够降低电机轴2的加工难度，减小电机轴2的加工成本，进一步减小电机的加工成本。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的电机适用于普通的电机和高速电机，其中，高速电机是指转速超过10000r/min的电机。在此，对电机的具体类型不做限制。

在本实施例的具体的实施方式中，电机壳1包括壳体15、端盖16和气流导向组件17，电机壳1的第二端形成有第二开口18，电机壳1的第二端为电机壳1远离叶轮5的一端，端盖16设置在第二开口18上，以和壳体15共同形成空腔11；气流导向组件17设置在电机壳1的第一端与叶轮5之间，气流导向组件17包括成组设置的多个节流板171和密封件172，节流板171和密封件172均套设在电机轴2上；多个节流板171择一地安装在电机轴2上；密封件172位于节流板171靠近叶轮5的一侧，密封件172上开设有多个第一进气孔131；节流板171上开设有多个第二进气孔132，且每个节流板171上开设的第二进气孔132的个数不同，电机壳1的朝向叶轮5的端部上开设有多个第三进气孔133，第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133相对设置且依次连通以形成进气孔13。

在本实施例提供的电机中，通过设置气流导向组件17能够将叶轮5在转动过程中产生的气流导入空腔11内，以对位于空腔11内的电机转子4进行冷却。具体的，通过设置密封件172，能够实现电机轴2与壳体15之间的密封，以保证叶轮5产生的气流能够顺利地进入第一进气孔131中，此外，通过设置节流板171，能够依据电机转子4实际的工作情况调节进入空腔11内的气流的多少，以使得电机转子4处于最佳的工作状态。

这样，通过设置节流板171和密封件172不仅能够对气流进行导向，还能够起到双重的密封效果，提升对电机转子4的密封效果。

需要说明的是，在本实施例中，为了便于对节流板171上的第三进气孔133进行加工，节流板171为由材质较软的金属制成的片状结构，例如是铜片，密封件172为密封圈。

进一步地，在本实施例中，端盖16与壳体15之间采用可拆卸的连接方式，例如是，螺纹连接的连接方式，在此，对端盖16与壳体15之间采用的具体的连接方式不作限制。

图5为本实用新型实施例提供的电机中的密封件的结构示意图。图6为本实用新型实施例提供的电机中的电机壳的结构示意图。

如图5和图6所示，在一些可选的实施方式中，密封件172上开设有六个第一进气孔131，壳体15的端部上开设有六个第三进气孔133，第三进气孔133与第一进气孔131相对应，相邻的第一进气孔131之间以及相邻的第三进气孔133之间的夹角为60°。

图7为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第一种结构示意图。图8为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第二种结构示意图。图9为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第三种结构示意图。图10为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第四种结构示意图。图11为本实用新型实施例提供的电机中的节流板的第五种结构示意图；

如图7至图11所示，在一些具体的实施方式中，第二进气孔132的个数至少为两个，且第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133相连通。

如图7所示，在第一种可选的实施方式中，当节流板171上开设有两个第二进气孔132时，两个第二进气孔132之间的夹角为180°。

如图8所示，在第二种可选的实施方式中，当节流板171上开设有三个第二进气孔132时，在上述的第一种可选的实施方式的基础上，在两个第二进气孔132之间再开设第三个第二进气孔132，以使得第三个第二进气孔132与上述的两个第二进气孔132之间的任意一者的夹角为60°。

如图9所示，在第三种可选的实施方式中，当节流板171上开设有四个第二进气孔132时，在上述的第二种可选的实施方式的基础上，在两个第二进气孔132之间再开设第四个第二进气孔132，以使得第四个第二进气孔132与接近的两个第二进气孔132中的一者的夹角为60°，且第四个第二进气孔132与第三个第二进气孔132中心对称设置。

如图10所示，在第四种可选的实施方式中，当节流板171上开设有五个第二进气孔132时，在上述的第三种可选的实施方式的基础上，在第三个第二进气孔132与上述的两个第二进气孔132之间的任意一者之间开设第五个第二进气孔132，以使得第五个第二进气孔132与接近的两个第二进气孔132中的一者的夹角为60°。

如图11所示，在第五种可选的实施方式中，当节流板171上开设有六个第二进气孔132时，在上述的第三种可选的实施方式的基础上，在第四个第二进气孔132与上述的两个第二进气孔132之间的任意一者之间开设第六个第二进气孔132，以使得第六个第二进气孔132与接近的两个第二进气孔132中的一者的夹角为60°，且第六个第二进气孔132与第五个第二进气孔132中心对称。

为了保证进入空腔11内的对电机转子4进行冷却的气流的适量性，在本实施例中，第二进气孔132的直径小于第一进气孔131的孔径，且第二进气孔132的直径小于第三进气孔133的直径。

这样，能够保证进入空腔11内的气流的适量性，确保电机转子4的正常工作。

在本实施例的具体的实施方式中，第二进气孔132的直径大小的范围在2mm±加工过程中允许的公差。

为了便于对第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133进行加工，在本实施例中，第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133的轴向与电机轴2的轴向一致。

这样，便于对第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133进行加工，有利于对节流板171、密封件172和壳体15进行生产制造。

在一些实施例中，出气孔14为一个。这样，不仅能够简化对壳体15的加工工序，而且，能够确保气流从空腔11中流出。

为了确保进入空腔11内的气流的适量性和气压大小的适度性，在本实施例中，叶轮5为离心式叶轮5。

这样，使得电机在正常工作的过程中，气流便可以进入空腔11内对电机转子4进行冷却，以提升电机工作的可靠性。

在本实施例的具体的实施方式中，电机定子3与电机转子4之间形成一气流通道6，且气流通道6为环形流道，进气孔13、气流通道和出气孔14相连通。

具体的，叶轮5产生的气流依次通过第一进气孔131、第二进气孔132和第三进气孔133后流入空腔11的靠近叶轮5的一侧内，随后，进入气流通道6，对电机转子4进行直接冷却，之后，进入空腔11的远离叶轮5的一侧内，最后，通过出气孔14排出电机壳1。

本实用新型实施例提供的电机，包括电机壳、电机轴、电机定子、电机转子和叶轮；电机壳具有空腔和与空腔连通的第一开口，电机轴与电机壳转动配合，且电机轴的第一端位于空腔内，电机定子设置在空腔的内侧壁上，电机转子设置在电机轴的外周上，电机转子位于电机定子靠近电机轴的一侧，电机轴的第二端伸出电机壳外，叶轮设置在电机轴的第二端上，电机壳具有朝向叶轮的第一端和背离叶轮的第二端，第一开口形成于第一端上；电机壳的第一端上开设有进气孔，电机壳的侧壁上开设有出气孔，出气孔开设在电机壳侧壁远离电机壳第一端的位置，进气孔、空腔与出气孔依次连通。本实用新型实施例提供的电机通过在电机壳的第一端上开设进气孔，从而能够减小电机的加工难度，进而减小电机的加工成本。

如图1至图4所示，本实用新型实施例还提供一种燃料电池发动机系统，包括空气压缩机7和上述的电机，空气压缩机7包括与电机壳1相连的压缩机蜗壳71，叶轮5位于蜗壳71内，空气压缩机7和空气压缩机7构成了燃料电池发动机系统的空气供应系统。

需要说明的是，叶轮5压缩产生的气流会分为两部分，一部分会随着叶轮5的边缘流动，在蜗壳71内继续进行扩压，另一部分气流会进入空腔11内，对电机转子4进行冷却。

进一步地，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括燃料电池堆，燃料电池堆用于对电机供电。

需要说明的是，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括空滤器、水气分离装置等使燃料电池发动机系统能够进行正常工作的其他结构，在此不进行赘述。

本实用新型提供的燃料电池发动机系统，包括空气压缩机和上述的电机，空气压缩机包括与电机壳相连的压缩机蜗壳，叶轮位于蜗壳内，其中，电机包括电机壳、电机轴、电机定子、电机转子和叶轮；电机壳具有空腔和与空腔连通的第一开口，电机轴与电机壳转动配合，且电机轴的第一端位于空腔内，电机定子设置在空腔的内侧壁上，电机转子设置在电机轴的外周上，电机转子位于电机定子靠近电机轴的一侧，电机轴的第二端伸出电机壳外，叶轮设置在电机轴的第二端上，电机壳具有朝向叶轮的第一端和背离叶轮的第二端，第一开口形成于第一端上；电机壳的第一端上开设有进气孔，电机壳的侧壁上开设有出气孔，出气孔开设在电机壳侧壁远离电机壳第一端的位置，进气孔、空腔与出气孔依次连通。本实用新型实施例提供的燃料电池发动机系统的生产成本较小。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。