一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣壓縮機，尤其是涉及一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機。
【背景技術】
[0002]作為目前新能源發(fā)展的主要方向之一的燃料電池技術，是國家未來需重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，其可應用在交通工具、備用發(fā)電等方面。燃料電池是一種將氫能轉換為電能的裝置，其能量轉換效率能達到60%?80%，且無溫室氣體的產(chǎn)生。但燃料電池要想獲得高的功率密度和好的性能，就必須在較高的壓力下工作。提高空氣的供氣壓力，可以增大燃料電池系統(tǒng)的能量密度，因此燃料電池需要專門的供氣系統(tǒng)給燃料電池提供高壓空氣。
[0003]燃料電池的空氣壓縮機采用電機驅動轉軸轉動，帶動葉輪產(chǎn)生增壓作用于燃料電池的進氣歧管，提高燃料電池的進氣量和進氣壓力，提高燃料電池的效率，但是空氣壓縮機在工作過程也需要消耗功率，約為電池輸出的20%，因此從考慮電池堆獲得效率出發(fā)，為了獲得整體性能，必須尋找最有效的壓縮方式。
[0004]目前，空氣壓縮機軸承通常采用滾動軸承和滑動軸承，其存在了以下諸多問題:第一，由于采用潤滑油，不可避免的將會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，會出現(xiàn)經(jīng)油封泄漏潤滑油和引起中冷器的工作面沾污的問題；第二，由于摩擦力的存在，使得轉子轉速較低與效率低下；并且由于存在磨損會使得軸承壽命變短。
[0005]超聲波軸承在燃料電池、渦輪機械等領域具有廣闊的應用前景，包括空氣壓縮機、空氣循環(huán)機、高速電機。同時，超聲波軸承技術也將是21世紀分布式能源系統(tǒng)微型燃氣輪機核心技術之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機，具有轉速高、效率高、壽命長、無潤滑油等優(yōu)點，適用于作為燃料電池用空氣壓縮機。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機包括由外到內(nèi)依次布置的殼體、電機定子、電機轉子和轉子軸，所述殼體兩端設有軸承套，還包括超聲波軸承和螺旋槽式推力軸承，所述轉子軸的兩端分別設有葉輪，所述葉輪上套設有葉輪殼，所述葉輪殼與軸承套密封連接，并設有進氣口與出氣口，一端葉輪殼的出氣口連接另一端葉輪殼的進氣口，所述超聲波軸承設于兩端的軸承套上，并與轉子軸非接觸連接，所述螺旋槽式推力軸承設于一端的軸承套與葉輪之間的轉子軸上，螺旋槽式推力軸承與葉輪之間設有推力軸承蓋。
[0009]所述超聲波軸承包括超聲波換能器、超聲波發(fā)生器、位移傳感器和反饋控制器，所述超聲波換能器和位移傳感器分別設于軸承套的側壁上，超聲波換能器一端覆蓋轉子軸外表面并留有間隙，另一端連接超聲波發(fā)生器，所述反饋控制器分別連接超聲波發(fā)生器和位移傳感器，所述超聲波換能器和超聲波發(fā)生器均為多個。
[0010]所述軸承套上設置有多個用于安裝超聲波換能器的孔。
[0011]多個超聲波換能器均布在軸承套的側壁上，超聲波換能器覆蓋轉子軸外表面的一端為圓弧凹狀。
[0012]四個超聲波換能器均布在軸承套的側壁上，每個超聲波換能器的覆蓋角度為80。?90° 。
[0013]所述螺旋槽式推力軸承包括軸承轉筒和螺旋槽轉盤，所述軸承轉筒套設于一端的轉子軸上，所述螺旋槽轉盤套設于軸承轉筒上，螺旋槽轉盤位于一端的軸承套與推力軸承蓋之間。
[0014]所述螺旋槽轉盤包括中間盤和位于中間盤兩側的圓盤，所述圓盤與中間盤相對的側面上設有多條螺旋槽。
[0015]所述軸承轉筒與螺旋槽轉盤為一體式結構。
[0016]所述殼體上設有螺旋冷卻水槽。
[0017]所述轉子軸兩端通過連接螺桿連接葉輪。
[0018]為了使空氣壓縮機更加適合現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)高溫、高壓、高速等惡劣工作環(huán)境，同時解決軸承漏油、耐沖擊差、效率瓶頸的技術難題，本發(fā)明對空氣壓縮機的結構進行重新設計，重點對軸承進行改進，采用超聲波軸承與螺旋槽式推力軸承構成的徑向-推力軸承來代替現(xiàn)有的滾動軸承和滑動軸承支撐轉子軸，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)占.V.
[0019]I)超聲波懸浮空氣軸承可以杜絕由空氣壓縮機漏油對燃料電池質子交換膜的影響，適用于燃料電池進氣增壓。
[0020]2)超聲波懸浮空氣軸承使得空氣潤滑的阻力小、產(chǎn)品轉速高，適用于提高燃料電池能量轉換率。
[0021]3)由于沒有轉子軸表面和超聲波懸浮空氣軸承內(nèi)表面沒有直接的物理接觸，產(chǎn)品壽命長，無潤滑油。
[0022]4)由于超聲波懸浮空氣軸承的承載介質是超聲波，其耐高溫性能也是突出的。
[0023]5)螺旋槽式推力軸承通過螺旋槽產(chǎn)生承載壓力膜，可調(diào)節(jié)轉子軸在軸向上的受力，相對于現(xiàn)有的空氣軸承，彈性減震效果更好，并由此減少噪聲、承載能力大大提高、能夠大幅提尚轉速，從而進一步提尚空氣壓力和氧氣密度。
[0024]6)位移傳感器可實時檢測轉子軸在徑向上的位移，將信號傳輸給反饋控制器，反饋控制器經(jīng)過處理可以實現(xiàn)控制超聲換能器的功率大小，可以較好的控制氣膜形成。
[0025]7)采用雙級葉輪逐級壓縮空氣的增壓方式，與同轉速的單葉輪空壓機相比，適用于燃料電池系統(tǒng)的進氣增壓。
[0026]8)轉子軸兩端通過連接螺桿固定連接葉輪，并可采用高強度膠粘接，以提高高速葉輪運轉安全性。
[0027]9)為了更好地散去熱量，更為優(yōu)選地是在空氣壓縮機殼體上還加工有螺旋冷卻水槽，這樣可以通過水冷的方式冷卻電機定子所產(chǎn)生的熱量。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；
[0029]圖2為超聲波軸承結構示意圖；
[0030]圖3為超聲波換能器結構示意圖；
[0031]圖4為螺旋槽式推力軸承中轉盤與軸承轉筒結構示意圖；
[0032]圖5為螺旋槽式推力軸承中轉盤與圓盤安裝示意圖。
[0033]圖中:1、第一葉輪殼，2、第一葉輪，3、第一軸承套，4、電機轉子，5、電機定子，6、第二軸承套，7、連接螺桿，8、第二葉輪，9、第二葉輪殼，10、推力軸承蓋，11、螺旋槽式推力軸承，12、轉子軸，13、殼體，14、螺旋冷卻水槽，15、超聲波換能器，16、位移傳感器，17、超聲波發(fā)生器，18、螺旋槽轉盤，19、軸承轉筒，20、中間盤，21、圓盤。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0035]如圖1所示，一種使用超聲波軸承的空氣壓縮機由殼體13、電機定子5、電機轉子4、轉子軸12、超聲波軸承、螺旋槽式推力軸承11、第一軸承套3、第二軸承套6、第一葉輪2、第二葉輪8、第一葉輪殼1、第二葉輪殼9和推力軸承蓋10等組成，具體連接方式為:
[0036]殼體13、電機定子5、電機轉子4與轉子軸12依次由內(nèi)到外依次布置，第一軸承套3和第二軸承套6分別與殼體13兩端緊固連接，轉子軸12的兩端分別通過連接螺桿7連接第一葉輪2和第二葉輪8，第一葉輪2上套設有第一葉輪殼1，第一葉輪殼I與第一軸承套