[实用新型]燃料电池用高速空气悬浮压缩机、燃料电池系统及车辆

说明书

燃料电池用高速空气悬浮压缩机、燃料电池系统及车辆，属于氢燃料电池电驱动空气压缩机技术领域。解决了现有压缩机转速低及冷却效果差的问题。要点：电机定子为封闭式定子，两侧采用树脂或金属帽封闭端部线圈；冷却套管过盈配合在电机定子外壁与电机外壳内壁之间，冷却通道与冷却液进口和出口连通；推力盘设置于空气悬浮推力轴承组件中间，固定在叶轮后侧的电机转子上，汽封体置于叶轮背板的外缘；冷却风扇固定在转子后端，转子带动冷却风扇将风送入电机定子内腔，并由排出口排出。本实用新型冷却液体流经冷却通道带走定子的热量，转子采用空气流经定子和转子间隙进行冷却，两种冷却方式配合，保证了电机在极端情况下的正常运行。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池用压缩机、燃料电池系统及车辆，具体涉及一种燃料电池用高速空气悬浮压缩机、燃料电池系统及车辆，属于氢燃料电池电驱动空气压缩机技术领域。

背景技术

在新能源方面，采用氢燃料电池提供动力的汽车的动力性能高、加氢快、续航里程长，是21世纪新能源汽车最具战略意义的突破口。氢燃料电池通过氢气与氧气进行化学反应直接输出电能，氢燃料电池功率密度与空气供给系统供气压力及供气流量直接相关，供气压力高，氧气分压高，燃料电池反应速度加快，输出功率增大。

在燃料电池的电堆应用中，空气压缩机用于输出压缩空气给电堆进行氢氧反应发电。现有技术中常用技术方案是采用空气冷却电机定子，冷却效果不理想；或者采用液体冷却电机定子，在电机壳体内侧布置冷却通道，冷却电机壳体，达到给电机定子降温的效果。现有技术中也存在空气冷却用来冷却转子，液体冷却用来冷却定子，但是结构设计不同，有用压缩机蜗壳抽气来冷却转子，但是压缩后空气温度比较高，冷却效果不好,本身抽气温度就高，用于冷去空气轴承之后，温度继续升高，继续用于冷却电机转子，可以产生的冷却能力明显不够；也有抽气之后先流经电机外壳，借助液体冷却能力降低抽气温度，然后引入电机内部冷却电机的转子，需要考虑电机壳体冷却通道长度，冷却通道是否尽量接近电机定子，同时要考虑能否足够冷却电机定子两侧的线圈等等具体实施上的问题，冷却效果不明显；如果加大冷却风量，会造成耗功，同时大量经过加热的空气的排放造成空气压缩机外部环境的热量积累。

空气压缩机在燃料电池中应用，由于汽车部件的尺寸和重量要求，空压机设计应以最大限度提升能量密度，减少自身体积和重量，故而电机设计紧凑，转速高(超过10万转/分钟)，定子和转子之间存在的间隙的风损高(跟转速成正比)，并带来电机过热的隐患；通常采用传统的水冷来冷却电机定子，其是在电机壳体布置冷却通道，通过金属传热带走定子的热量，这种冷却还有一个问题，定子的两侧不能得到很好的冷却效果。

现有技术1，公告号为CN 213953927 U，公告日为2021.08.13，实用新型名称为离心式压缩机的专利中，从空气冷却流道看，该设计以外部带压气源，垂直流向推力轴承的推力盘外径的圆周面，在推力盘高速转动的同时，气流垂直冲向推力盘外径的圆周面，对于推力轴承的工作状态会带来不稳定因素，同时在单侧叶轮本身产生的轴向推力基础上，加大或者恶化了单向轴向推力的作用，其在专利说明书中公开了双级压缩和单级压缩，两侧都存在叶轮的双级压缩，左右轴承推力互相抵消，简单去掉一侧叶轮，改为单级压缩的设计，却未考虑这种改变带来的轴向推力加大的弊端，在空气箔片轴承运行上会存在极大的不稳定因素，有磨损烧毁推力轴承导致电机内部结构被破坏的隐患。再者该专利的单级设计，进气位置为叶轮后背板附近，紧靠推力盘位置，这个位置温度较高，气流进入之后，一部分气流被加热同时要从叶轮侧一直流经转子到达远离叶轮的电机后方，继续冷却这里的径流空气轴承，然后在尾端进入电机外壳体的通道，被冷却后排出，首先对于转子和远离叶轮侧的径向轴承的冷却存在不足的隐患，同时流道设计要从叶轮端穿过电机到达尾端，在尾端向外壳体做径向流动，然后从外壳体尾端再次一路穿过电机外壳体回到叶轮侧附近排出，流道设计复杂而不能保证压力的顺畅梯次降低，对于保证流速和流量存在问题。