[发明专利]一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装

说明书

本发明公开了一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体和壳体内的转轴，所述转轴的前端设置有离心叶轮，所述壳体前、后侧分别设置有前轴承座、后轴承座，所述壳体内设置有水冷通道，所述水冷通道连接有水管接头，所述转轴后端设置有冷却叶轮；通过水冷通道的水冷、冷却叶轮的风冷形成的双冷却设计，有效降低转子系统高速高频运转下高速电机定转子及箔片空气轴承的温度，防止轴承过热导致表面涂层失效、定子过热导致绝缘失效及转子过热引起失磁失效，提高了空压机工作稳定性。

技术领域

本发明涉及空压机技术领域，特别是一种适用于氢燃料电池、具有水气双冷结构的单级超高速离心空压机。

背景技术

随着节能环保的需求逐渐增强，氢燃料电池技术蓬勃发展。氢燃料电池是一种将氢和氧通过电极反应，将化学能直接转换为电能的装置，其反应产物主要是水，实现真正的零污染。同时，由于不受卡诺循环的限制，能量转换效率可达到60％～80％，其高效率、无污染、使用性广、低噪音等特点，是发展潜力巨大的动力源。

空气压缩机是氢燃料电池的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池系统的尺寸，同时空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功耗的80％，其运行效率及功率密度比直接影响了系统的整体性能。

适用于氢燃料电池的空压机必须满足以下几个要求：(1)无油，润滑油会严重损害质子交换膜，降低其使用寿命；(2)高效，空压机寄生功率大，其效率直接影响整机效率；(3)小型化、低成本，高功率密度及低成本的优势有助于其产业化；(4)低噪音，空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一，降低其噪声有助于增强人机友好交互，提高市场竞争力；(5)良好动态响应能力，当需求功率发生变化是，空气流量跟压力能跟踪输出功率进行调节。

对于无油的要求，传统滚珠轴承不可避免会渗油进入电池反应堆，影响其他部件的试验，采用先进的弹性箔片轴承，以空气支承并润滑主轴，是空压机最佳的选择方案。对于高效、小型化、低噪音的要求，空压机的功耗约占燃料电池辅助功耗的80％，占电池输出功率的20—30％，传统涡旋、螺杆式等容积式空压机，叶片间存在相互摩擦，增加了摩擦损耗并降低了效率，同时噪音也由于摩擦的存在而增大，而相同工况下的直驱式离心空压机，机头除了风磨损耗以外不存在其他机械损耗，效率大大提高，且机头可采用航空铝合金，体积、重量可减小70％以上。离心式空压机流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，只需通过变频控制器调节转速即可得到相应输出功率需求的流量跟压力，简单可控。因此，箔片空气轴承支承的高速电机直驱离心空压机是氢燃料电池的绝佳方案。

一般而言，空压机的输出需要额定流量≥125g/s，压比≥2.5，为了达到需求的高压比，直驱式离心空压机存在两级和单级两种方案，相比于将两个机头部件串联的两级方案，单级方案具有重量小、功率密度高、气动效率高等优势，但其需求更高的驱动转速。单级超高速离心空压机一般要达到120,000rpm以上运行，因此也带来了高功率密度电机散热的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供结构紧凑、效率高、体积小、重量轻、供气压力高等特点的氢燃料电池用具有水气双冷结构的单级超高速离心空压机电机总装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于氢燃料电池双冷式超高速离心空压机电机总装，包括壳体和壳体内的转轴，所述转轴的前端设置有离心叶轮，所述壳体前、后侧分别设置有前轴承座、后轴承座，所述壳体内设置有水冷通道，所述水冷通道连接有水管接头，所述转轴后端设置有冷却叶轮。

作为一个优选项，所述壳体后侧还设置有冷却轮盖，所述冷却轮盖上设置有进风口，所述冷却轮盖的出风口与后轴承座的通气孔连通。

作为一个优选项，所述壳体包括机壳本体和套装在机壳本体上的冷却水套，其中所述水冷通道位于机壳本体和冷却水套之间。