[发明专利]一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机

说明书

本申请公开了一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，涉及燃料电池空压机技术领域。不仅使空压机的结构更紧凑，而且提高了冷却系统的性能。该高速离心空压机包括水冷却系统和空气冷却系统；水冷却系统包括冷却水流道、冷却水入口和冷却水出口；空气冷却系统包括冷却气体入口、一级侧环形流道、一级侧冷却流道、二级侧冷却流道和冷却气体出口，一级侧环形流道的入口连通冷却气体入口，出口分别连通一级侧冷却流道的入口和二级侧冷却流道的入口；一级侧冷却流道和二级侧冷却流道的出口均连通冷却气体出口；一级侧冷却流道用于冷却一级侧径向空气轴承、止推轴承和电机本体；二级侧冷却流道用于冷却二级侧径向空气轴承和电机本体。

技术领域

本申请涉及燃料电池空压机技术领域，具体涉及一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机。

背景技术

近年来，伴随着可持续发展理念深入推行、能源结构不断转型升级和新能源汽车的大力推广，燃料电池因其具有能源转化率高、功率密度高、完全的无污染零排放、适宜频繁启动的场合等优点，在新能源汽车发动机技术领域备受全球汽车行业的推崇与青睐，被认为或将是未来新能源汽车动力系统的“终极选择”。

高速离心空压机因其具有结构紧凑、响应快、效率高、供气量大等特点引起了人们的广泛关注，被认为是燃料电池用空气压缩机未来的发展趋势。为了提升燃料电池入口处的供气压力和流量，高速离心空压机大多采用两级增压结构方式，将叶轮、主轴和电机转子做成整体式，采用空气悬浮轴承支承转轴，由高速电机直驱实现超高速运转，进而为燃料电池系统提供较高的功率密度，但随之会导致高速电机的定、转子温升局部过高和空气轴承摩擦的局部过热，空压机内腔中产生的大量热量，造成高速电机的散热和冷却困难。若在短时间内无法及时排出到外界环境，电机空腔内的温度将会急剧升高，导致高速转子将发生热弯曲变形失稳、转轴及空气轴承表面镀层失效，影响转轴与空气轴承的间隙配合，降低转轴回转精度；甚至产生永磁体退磁、定子局部绝缘失效等严重后果，大大降低高速运行时的效率，并可能使空压机结构遭受毁灭性破坏。

中国专利《一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机的冷却系统》(公开号：CN209704930 U)，公开了一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机的冷却系统，该系统包括水冷装置和气冷装置，水冷装置主要通过在空压机壳体内设置螺旋型水道对电机的定、转子进行冷却，气冷装置通过将中间连接喉管的部分压缩气体引入电机内腔对空气轴承及电机定、转子等进行冷却，但该专利的缺点是：一级侧轴承和二级侧轴承通过同一个冷却管路冷却，冷却效果较差，且冷却气源自于一级压缩后的连接管道，相较于大气环境气体，温度已有较大程度升高，对封闭空间内空气轴承及定、转子的冷却效果大打折扣，且压比越高，空气温升越高，冷却效果越差，在不加大冷却水的流量下，很难保证电机的正常使用，甚至威胁空压机的使用寿命。

发明内容

本申请的实施例提供一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，将水冷却系统和空气冷却系统均集成在空压机上，并且通过不同的冷却管路同时对一级侧的轴承和二级侧的轴承进行冷却，不仅使空压机的结构更紧凑，而且提高了冷却系统的性能。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，包括电机本体和电机壳体，所述电机壳体的两端分别连接一级端盖和二级端盖；所述一级端盖和所述电机本体之间设有一级侧径向空气轴承和止推轴承，所述二级端盖和所述电机本体之间设有二级侧径向空气轴承；还包括水冷却系统和空气冷却系统；所述水冷却系统包括设置在所述电机壳体内的冷却水流道和设置在所述电机壳体上的冷却水入口和冷却水出口；所述空气冷却系统包括冷却气体入口、一级侧环形流道、一级侧冷却流道、二级侧冷却流道和冷却气体出口，所述一级侧环形流道的入口连通所述冷却气体入口，出口分别连通一级侧冷却流道的入口和二级侧冷却流道的入口；所述一级侧冷却流道的出口和二级侧冷却流道的出口均连通所述冷却气体出口；所述一级侧冷却流道用于冷却所述一级侧径向空气轴承、所述止推轴承和所述电机本体；所述二级侧冷却流道用于冷却所述二级侧径向空气轴承和所述电机本体。