一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成论文和设计-张学锋

全文摘要

本实用新型公开了一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，包括主轴以及设置在主轴两端的叶轮和锁母，主轴中部设有磁钢套，叶轮套设在主轴的叶轮位上并用锁母轴向固定，主轴的一级背板位和二级背板位上套设有轴套，主轴的一级背板位与主轴的径向轴承位之间还设有推力盘，推力盘的两侧设有推力轴承。优点在于，主轴运转时，通过轴套带动两级叶轮运转，主轴旋转时轴向上会有轴向力产生，通过两级叶轮串联，可以抵消主轴在轴向上的部分轴向力，主轴上设置的推力轴承在主轴高速运转时，产生高压气体形成气膜，减小轴承和转子的摩擦，主轴左右串动时起到一个缓冲作用，避免叶轮与蜗壳碰撞，提高转子总成的使用寿命。

主设计要求

1.一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：包括主轴以及设置在主轴两端的叶轮和锁母，所述主轴中部设有磁钢套，所述叶轮套设在所述主轴的叶轮位上并用所述锁母轴向固定，所述主轴的一级背板位和二级背板位上套设有轴套，所述主轴的一级背板位与主轴的径向轴承位之间还设有推力盘，所述推力盘的两侧设有推力轴承。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：所述轴套的四周外缘上设有密封槽，用于分别与一级背板和二级背板之间形成密封。

3.根据权利要求1所述的一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：所述推力轴承为动压空气箔片轴承。

4.根据权利要求1所述的一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：所述主轴的径向轴承位的外表面设有镀层，所述推力轴承与主轴的一级背板位的接触部位设有镀层。

5.根据权利要求1所述的一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：所述主轴上设有凹槽，所述磁钢套嵌装在所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，其特征在于：所述磁钢套直接套设在所述主轴外部。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池发动机技术领域，具体涉及一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成。

背景技术

目前发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节而备受重视。质子交换膜燃料电池是目前燃料电池家族中最为成熟的代表。它是以氢气和空气(空气中的氧气)做燃料发生电化学反应，将燃料的化学能直接转换成电能的装置，反应生成水。它兼备无污染、高效率、适用广、低噪声、室温快速启动、可快速补充能量和具有模块化结构等优点，很有可能成为继传统内燃机之后汽车的主要动力源之一。

为了保障燃料电池发动机正常工作，发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统。大量的研究表明，高压、大流量的空气供应对提高现有燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果。因此，一般空气进入发动机之前，要对进气进行增压，空气压缩机就是实现该目标的一种能量转换装置，是燃料电池发动机空气供应系统的重要零部件之一，不同工况下燃料电池汽车发动机功率输出所需求的空气供应管理和调控主要靠空压机来实现。

目前离心式空压机设计一般采用电机直驱方式，电机转子和主轴做成一体化结构，主轴轴端固定联接离心式叶轮，叶轮内置于蜗壳内。电机转子超高速旋转下，叶轮带动气体高速旋转，与蜗壳相互作用产生高压、大流量空气，供给燃料电池发动机用于燃料电池电堆内部电化学反应的发生，其中轴承提供支撑主轴-叶轮一体化旋转部件高速旋转。

直驱离心式空压机一般采用电机驱动，消耗燃料电池汽车发动机功率，约为燃料电池发动机总功率输出的15-20％。因此，为提高发动机有效功率输出，降低空压机功耗，高速高效空压机技术引起广泛关注。

随离心式空压机转速地提高，转子承受越来越大的离心力作用。转子中永磁体材料一般抗压强度1000Mpa左右，而抗拉强度80Mpa左右，具有抗压不抗拉的特性，在空压机转子设计上一般采用直径较小的转子，目的是降低高速离心力对永磁体的破坏。

此外，燃料电池电化学反应的发生是在一定的温度、湿度和气体压力下进行的，而反应发生也伴随一定的热量的释放，因此燃料电池发动机的空气供应系统中的空气具有高温、高湿、高压、大流量和无油的特征，油液的介入会降低燃料电池催化剂的催化作用，大大降低燃料电池发动机功率输出。

同时，离心式空压机为了提高输出空气的压力和流量，往往采用超高转速(80000rpm以上)的转速控制实现方式，现有的传统滚动和滑动油润滑轴承很难满足要求，一是不满足燃料电池发动机的无油工作环境要求，二是由于机械摩擦力的存在，使转子-主轴转速降低和摩擦损耗增大。即使特殊轴承可以满足要求，但也会带来转子热问题及转子动力学稳定性的问题。其次也会造成轴承等支撑部件破损的危险，增加故障监测和诊断难度。综上所述，这些问题都对支撑主轴-叶轮超高速旋转的轴承提出了更好的使用要求，需要在具体离心式空压机设计方案中得到综合考虑并加以解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机的转子总成，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，包括主轴以及设置在主轴两端的叶轮和锁母，所述主轴中部设有磁钢套，所述叶轮套设在所述主轴的叶轮位上并用所述锁母轴向固定，所述主轴的一级背板位和二级背板位上套设有轴套，所述主轴的一级背板位与主轴的径向轴承位之间还设有推力盘，所述推力盘的两侧设有推力轴承。

进一步地，所述轴套的四周外缘上设有密封槽，用于与一级背板和二级背板之间形成密封。

进一步地，所述推力轴承为动压空气箔片轴承。

进一步地，所述主轴的径向轴承位的外表面设有镀层，所述推力轴承与主轴的一级背板位的接触部位设有镀层。

进一步地，所述主轴上设有凹槽，所述磁钢套嵌装在所述凹槽内。

进一步地，所述磁钢套直接套设在所述主轴外部。

本实用新型的有益效果：该转子总成结构设计合理，主轴运转时，通过轴套带动两级叶轮运转，主轴旋转时轴向上会有轴向力产生，通过两级叶轮串联，可以抵消主轴在轴向上的部分轴向力，主轴上设置的推力轴承在主轴高速运转时，产生高压气体形成气膜，减小轴承和转子的摩擦，同时推力轴承产生的气膜可以在主轴左右串动时起到一个缓冲作用，主轴与叶轮向左串动时，左边的推力轴承产生的气膜会阻挡主轴向左串动，主轴向右时亦然，避免叶轮的左右移动与蜗壳碰撞，避免了变形或损坏，提高转子总成及空压机的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的转子总成的结构示意图；

其中：1-主轴的一级背板位、2-主轴的径向轴承位、3-主轴的二级背板位、4-主轴、5-叶轮、6-锁母、7-磁钢套、8-轴套、9-密封槽、10-推力盘、11-推力轴承。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1，一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成，包括主轴以及设置在主轴两端的叶轮5和锁母6，主轴4上套设有磁钢套7，叶轮5套设在主轴4的叶轮位上，叶轮5与主轴4的叶轮位之间有间隙，主轴4的一级背板位1和二级背板位3上套设有轴套8，叶轮5的一端用锁母6轴向固定，另一端与轴套8之间紧密贴合，主轴4旋转时带动轴套8旋转，轴套8通过与叶轮5面的之间产生的摩擦力带动叶轮5旋转。轴套8的四周外缘上设有密封槽9，密封槽9用于与一级背板和二级背板之间形成密封，主轴4的一级背板位1与主轴的径向轴承位2之间还设有推力盘10，推力盘10的两侧设有推力轴承11，推力轴承11为动压空气箔片轴承，主轴4的径向轴承位的外表面设有镀层，推力轴承10与主轴的一级背板位1的接触部位设有镀层，提高主轴表面耐磨性能。

另外要说明的是主轴4上可以设置凹槽，磁钢套嵌装在凹槽内，或者磁钢套直接套设在主轴外部。

本实用新型的转子总成结构设计合理，主轴运转时，通过轴套带动两级叶轮运转，主轴旋转时轴向上会有轴向力产生，通过两级叶轮串联，可以抵消主轴在轴向上的部分轴向力，主轴上设置的推力轴承在主轴高速运转时，产生高压气体形成气膜，减小轴承和转子的摩擦，同时推力轴承产生的气膜可以在主轴左右串动时起到一个缓冲作用，主轴与叶轮向左串动时，左边的推力轴承产生的气膜会阻挡主轴向左串动，主轴向右时亦然，避免叶轮的左右移动与蜗壳碰撞，避免了变形或损坏，提高转子总成及空压机的使用寿命。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

设计图

一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机转子总成论文和设计

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