一种具有冷却通道的端盖及空压机的制作方法

1.本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种具有冷却通道的端盖及相应空压机。


背景技术：

2.氢燃料电池系统是一种通过氢气和氧气发生化学反应将化学能转化为电能的装置，该化学反应实际为一种发电过程。氢燃料电池系统发电效率高、无噪声、无污染，是一种环境友好型的发电装置，因此已被广泛应用于新能源汽车等技术领域。
3.氢燃料电池系统通常包括电堆堆栈、供氢模块、以及空气供应模块，其中电堆堆栈为氢燃料电池系统的核心构件，其由多个单体电池以串联方式层叠组合而成，并决定了所述氢燃料电池系统的功率大小。供氢模块则提供燃料来源，供氢模块的储氢容量决定了所述氢燃料电池的工作时长。空气供应模块则用于根据电堆的输出功率，为燃料电池提供足够的压力和流量的干净空气，满足燃料电池对氧气的需求，其主要包括空气过滤器、空压机、电机及中冷器，其中空压机用于对空气进行增压，以提高氢燃料电池系统的功率输出。
4.氢燃料电池系统中的空压机在工作时，其主轴转速可达100000r/min，会产生较大的轴向力，这就使得工作过程中空压机内部，尤其是与主轴接触的各个零部件，例如推力盘等处会产生大量的热量。这些热量如果不能及时排出，则可能会形成热量堆积，进而导致因内部温度过高使得空压机被迫保护停机。
5.现有的空压机或膨胀机的推力盘主要靠热辐射和热传递冷却，这也使得其中心处，即其与推力轴承、主轴的接触处冷却效果较差，进而温升较高，存在破坏推力轴承表面涂层的潜在风险。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的部分或全部问题，本实用新型第一方面提供一种具有冷却通道的端盖，包括：
7.第一通孔，其设置于所述端盖的中心处；
8.槽，设置于所述端盖的第一表面，所述槽为包围所述第一通孔的闭合形状；以及
9.进气通道，其进气口设置于所述端盖的侧面，且与外部气体提供装置连通，出气口设置于所述槽内。
10.进一步地，所述槽上设置有至少一个分槽，所述分槽自所述槽向所述第一通孔延伸，以引导气体沿所述分槽流向所述端盖的中心处。
11.进一步地，所述闭合形状包括：与所述第一通孔同心或偏心的圆形或类圆形或多边形或不规则形状。
12.进一步地，所述分槽为弧形槽。
13.进一步地，所述进气通道包括至少一个进气口及至少一个出气口，其中所述进气口设置于所述端盖的第二表面，出气口设置于所述槽内。
14.进一步地，所述槽的深度为1至5毫米；和/或
15.所述槽的宽度为1至5毫米。
16.基于如前所述的端盖，本实用新型第二方面提供一种空压机，包括电机，所述电机包括：
17.壳体；
18.如前所述的端盖，其设置于所述壳体的第一端；
19.转子，其第一端经由所述端盖的第一通孔伸出，所述转子上自端盖向外依次设置有第一推力轴承、推力盘、第二推力轴承；以及
20.定子，其固定于所述壳体的内部，其中心轴与所述转子的中心轴重合。
21.进一步地，所述空压机还包括底板，其设置于所述转子上，且位于所述第二推力轴承外侧，与所述端盖形成冷却空间，所述底板与所述转子之间存在间隙，形成冷却空间出气口。
22.进一步地，所述空压机还包括叶轮，其设置于所述转子上，且位于所述底板外侧。
23.进一步地，所述空压机还包括压壳，其通过螺母压接于所述叶轮远离所述电机的一侧。
24.进一步地，所述第一推力轴承及第二推力轴承为箔片式动压气浮轴承，所述箔片式动压气浮轴承的内部结构及其与转子之间的间隙形成冷却空间内冷却气体气路。
25.进一步地，所述箔片式动压气浮轴承包括：
26.平箔，其靠近所述推力盘设置，且与所述推力盘之间存在间隙；
27.波箔，设置于底板与平箔之间，且与底板及平箔之间均存在间隙；以及
28.底板。
29.本实用新型提供的一种具有冷却通道的端盖及空压机，通过对端盖等部件的结构优化，形成多段冷却气体气路，精确引导冷却气体流经推力盘及推力轴承表面，以对推力盘及推力轴承进行充分冷却，进而有效地降低了推力盘和推力轴承的温升，能够保障推力盘及推力轴承的温度维持在许用温度下安全运行，提高了系统的可靠性及使用寿命。
附图说明
30.为进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
31.图1示出本实用新型一个实施例的一种具有冷却通道的端盖的结构示意图；
32.图2示出本实用新型一个实施例的一种空压机的结构示意图；以及
33.图3示出本实用新型一个实施例的推力轴承的结构示意图。
具体实施方式
34.下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本实用新型。应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
35.在本实用新型中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在
…
上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在
…
下或下方”，反之亦然。
36.在本实用新型中，各实施例仅仅旨在说明本实用新型的方案，而不应被理解为限制性的。
37.在本实用新型中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
38.在此还应当指出，在本实用新型的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本实用新型的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
39.在此还应当指出，在本实用新型的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本实用新型中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
40.为了解决现有技术中推力盘及推力轴承的接触部冷却效果差，进而存在的推力轴承表面涂层被破坏的潜在风险，本实用新型对端盖等部件进行了结构优化，以形成多段冷却气体气路，精确引导冷却气体流经推力盘及推力轴承表面，以对推力盘及推力轴承进行充分冷却，进而有效地降低了推力盘和推力轴承的温升，能够保障推力盘及推力轴承的温度维持在许用温度下安全运行。
41.在本实用新型中，端盖的第一表面指安装时背离电机内部的一侧表面，第二表面指与其相对的一侧表面，即靠近叶轮一侧的表面。
42.在本实用新型中，“槽将冷却空气引导至第一通孔附近”是指槽的端部接近第一通孔或与第一通孔连通，其中“接近”是指端部与第一通孔之间的距离小于端盖尺寸(如其半径)的30％、优选小于20％、更优选小于10％、最优选小于5％。
43.下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本实用新型。
44.图1示出本实用新型一个实施例的一种具有冷却通道的端盖的结构示意图。如图1所示，一种具有冷却通道的端盖，其中心处设置有第一通孔101，第一表面001设置有槽121，与槽连通的进气通道103。
45.所述槽121用于引导气体流动。如图2所示，在本实用新型的实施例中，对推力盘203及推力轴承202、204进行充分冷却的关键在于将冷却气体引导至电机侧推力轴承202与转子213之间的间隙，进而使得冷却气体能够在压力的作用下，自电机侧推力轴承202的中心处沿径向流经所述电机侧推力轴承202及推力盘203与其接触的一侧表面，冷却气体越过推力盘203后，则会继续在压力作用下，自叶轮侧推力轴承204的边沿沿径向向中心处流经所述叶轮侧推力轴承204及推力盘203与其接触的一侧表面，进而实现对推力盘203及其两侧推力轴承202、204的充分冷却。基于此，在本实用新型的一个实施例中，所述槽121为包围所述第一通孔的闭合形状，例如与所述第一通孔同心的圆形或类圆形或多边形或不规则形状等，所述进气通道103的出气口设置于所述槽121内。为了更好地将冷却气体引导至所述端盖的中心处，在本实用新型的一个实施例中，所述槽121上设置有至少一个分槽122，所述分槽122自所述槽121向所述第一通孔101延伸，以引导气体沿所述分槽122流向所述端盖的
中心处。在本实用新型的实施例中，所述分槽122以所述第一通孔为中心呈辐射状布置，可采用弧形槽。为了保证冷却效果，在本实用新型的一个实施例中，所述槽的深度优选为1至5毫米。在本实用新型的又一个实施例中，所述槽的宽度优选为1至5毫米。但应当理解的是，在本实用新型的其他实施例中，也可根据特定工况设计所述槽的深度、宽度、与所述第一通孔的距离等尺寸信息。
46.在本实用新型的实施例中，所述进气通道103的进气口设置于所述端盖的侧面，且与外部气体提供装置连通，出气口则设置于所述槽内，进而与所述槽102连通，外部装置提供的冷却气体经由所述进气通道进入所述槽，并在槽的引导下流向所述端盖的中心处。在本实用新型的一个实施例中，所述进气通道103为直线型通道。在本实用新型的其他一些实施例中，所述进气通道也可具有弯折部和/或弧段。
47.基于如前所述的端盖，图2示出本实用新型一个实施例的一种空压机的结构示意图。如图2所示，一种空压机，包括电机201、第一推力轴承202、推力盘203、第二推力轴承204、底板205、叶轮206以及压壳207。
48.所述电机201包括壳体211、端盖212、转子213及定子214。其中所述端盖212采用如前所述的端盖结构。所述端盖212设置于所述壳体211的第一端。如图2所示，冷却气体自端盖的进气通道直接进入其第一表面设置的槽内，然后沿所述槽流向所述端盖的第一表面的中心处。所述转子213的第一端经由所述端盖的第一通孔伸出，所述第一推力轴承202、推力盘203、第二推力轴承204、底板205、叶轮206自所述端盖的第一表面侧沿轴向依次设置于所述转子213上。所述定子214固定于所述壳体的内部，其中心轴与所述转子的中心轴重合。
49.如图所示，所述底板205与所述端盖212之间形成冷却空间，以对所述推力轴承及推力盘进行冷却。其中所述底板205与所述转子213之间存在间隙，形成所述冷却空间的出气口，冷却气体经所述出气口流出后，经过所述叶轮206的背面进入所述压壳207内。
50.在本实用新型的一个实施例中，所述压壳207通过螺母208压接于所述叶轮206远离所述电机的一侧。
51.处于清洁需求的考虑，在本实用新型的一个实施例中，所述空压机中均采用气浮轴承。其中所述第一推力轴承202及第二推力轴承204优选采用箔片式动压气浮轴承，所述箔片式动压气浮轴承的内部结构及其与转子之间的间隙形成冷却空间内冷却气体气路，冷却气体在压力作用下可沿所述冷却空间内冷却气体气路对所述推力轴承及推力盘进行充分冷却。
52.图3示出本实用新型一个实施例的推力轴承的结构示意图。如图3所示，所述箔片式动压气浮轴承包括平箔301、波箔302以及底板303。其中所述平箔301靠近所述推力盘设置，且与所述推力盘之间存在间隙，所述波箔302则设置于底板303与平箔301之间，且其与底板及平箔之间均存在间隙。这就使得冷却气体经由端盖第一表面的槽到达端盖中心处后，将分为三路对所述第一推力轴承202及推力盘的电机侧进行冷却。其中第一路流经所述波箔与底板的间隙，第二路流经波箔与平箔的间隙，以及第三路流经平箔与推力盘之间的间隙。所述三路气流在所述冷却空间的外侧聚集，越过所述推力盘后，自所述第二推力轴承的边沿向中心处流动，以对第二推力轴承及推力盘的叶轮侧进行冷却，所述冷却气体在此同样分为三路，其中第一路流经所述平箔与推力盘之间的间隙，第二路流经波箔与平箔的间隙，以及第三路流经波箔与底板的间隙，最后这三路气流在此汇集，经由冷却空间的出气
口，即所述底板与转子之间的间隙排出至压壳。
53.经过验证，相较于现有技术，采用本实用新型中的空压机结构可将推力盘温度降低30℃，进而使得推力盘和推力轴承温度都在正常许用温度范围内，且所述推力轴承的表面涂层几乎没有损伤。
54.尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

技术特征：
1.一种具有冷却通道的端盖，其特征在于，包括：第一通孔，设置于所述端盖的中心处；槽，设置于所述端盖的第一表面，所述槽为包围所述第一通孔的闭合形状；以及进气通道，其进气口设置于所述端盖的侧面，且与外部气体提供装置连通，出气口设置于所述槽内。2.如权利要求1所述的端盖，其特征在于，所述槽上设置有至少一个分槽，所述分槽自所述槽向所述第一通孔延伸，以引导气体沿所述分槽流向所述端盖的中心处；和/或所述闭合形状包括：与所述第一通孔同心或偏心的圆形或多边形。3.如权利要求2所述的端盖，其特征在于，所述分槽为弧形槽。4.如权利要求1所述的端盖，其特征在于，所述进气通道包括至少一个进气口及至少一个出气口，其中所述进气口设置于所述端盖的侧面，出气口设置于所述槽内。5.如权利要求1所述的端盖，其特征在于，所述槽的深度为1至5毫米；和/或所述槽的宽度为1至5毫米。6.一种空压机，包括电机，其特征在于，所述电机包括：壳体；如权利要求1至5任一所述的端盖，其设置于所述壳体的第一端；转子，其第一端经由所述端盖的第一通孔伸出，所述转子上自端盖的第一表面侧沿轴向依次设置有第一推力轴承、推力盘、第二推力轴承；以及定子，其固定于所述壳体的内部，其中心轴与所述转子的中心轴重合。7.如权利要求6所述的空压机，其特征在于，还包括：底板，其设置于所述转子上，且位于所述第二推力轴承外侧，与所述端盖形成冷却空间，所述底板与所述转子之间存在间隙，形成冷却空间出气口；叶轮，其设置于所述转子上，且位于所述底板外侧；以及压壳，其通过螺母压接于所述叶轮远离所述电机的一侧，且经所述底板与转子、叶轮间的间隙与所述冷却空间连通。8.如权利要求7所述的空压机，其特征在于，所述第一推力轴承及第二推力轴承为箔片式动压气浮轴承，所述箔片式动压气浮轴承的内部结构及其与转子之间的间隙形成冷却空间内冷却气体气路。9.如权利要求8所述的空压机，其特征在于，所述箔片式动压气浮轴承包括：平箔，其靠近所述推力盘设置，且与所述推力盘之间存在间隙；波箔，设置于底板与平箔之间，且与底板及平箔之间均存在间隙；以及底板。

技术总结
本实用新型公开一种具有冷却通道的端盖，其包括设置于中心处的第一通孔，同时端盖的第一表面设置有包围第一通孔的闭合形状的槽，端盖内还设置有进气通道，进气通道的进气口设置于端盖侧面，出气口设置于槽内，以与槽连通形成冷却气体气路，引导冷却气体自进气通道流入槽内并沿槽流动。将该端盖应用于空压机内，可精确引导冷却气体，以对相应的部件进行充分冷却。却。却。


技术研发人员：桂康 肖勇 王乾振
受保护的技术使用者：华涧新能源科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/8/26