專利名稱：燃料電池壓縮機的簡化外殼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，更特別地，本發(fā)明是針對燃料電池系統(tǒng)的壓縮機以及制造所述壓縮機的方法。
背景技術：
燃料電池壓縮機技術的一種情形是典型地安裝有空氣軸承，目的是為燃料電池組 產生無油的空氣支撐。軸向空氣軸承(推力軸承)定位在接近壓縮機級，并且需要靜止外 殼部分，該靜止外殼部分布置在鄰近推力軸承的前側以及處于旋轉的壓縮機葉輪和旋轉的 推力盤之間。通常，壓縮機的所有旋轉部件在壓縮機組裝之前一起定位在公共軸組件上，該軸 組件具有高精確平衡性。一旦已使該軸組件平衡，為保持其平衡性軸組件不得拆卸。一個 問題是，由于傳統(tǒng)的推力軸承不能在旋轉部件被組裝后被放置就位，所以所述推力軸承的 靜止前側必須成為所述軸組件的一部分。期望發(fā)展一種壓縮機和制造所述壓縮機的方法，其中壓縮機包括具有第一部分和 第二部的分離式外殼，以能夠平衡旋轉軸組件，但不使推力軸承松弛地懸掛在所述軸組件 上。

發(fā)明內容
與本發(fā)明協(xié)調一致，已經(jīng)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)一種壓縮機和一種制造所述壓縮機的方 法，其中所述壓縮機包括具有第一部分和第二部的分離式外殼，以能夠在不使推力軸承松 弛地懸掛在軸組件上的情況下而使該旋轉的軸組件平衡。在一個實施例中，一種壓縮機，包括具有布置在主軸上的推力盤的軸組件和具有 第一部分和第二部分的外殼，所述第一和第二部分適于接收所述軸組件，并且將所述軸組 件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼中，并且其中所述第一部分和 第二部分中的至少一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用于接收所述推力盤從 而調節(jié)所述軸組件的動作。在一個其它的實施例中，一種壓縮機，包括具有布置在主軸上的推力盤的軸組 件；具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一和第二部分適于接收所述軸組件，并且將所 述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼中，并且中所述第一部 分和所述第二部分中的每一個都包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用于接收所述 推力盤從而調節(jié)所述軸組件的運動；和，具有第一部件和第二部件的推力空氣軸承，其中所 述推力空氣軸承的第一部件在軸組件保持特征和推力盤之間布置在外殼的第一部分中，而 所述推力空氣軸承的第二部件在軸組件保持特征和推力盤之間布置在外殼的第二部分中。本發(fā)明也提供制造壓縮機的方法。一種方法，包括如下步驟，提供適于接收壓縮機的軸組件的外殼的第一部分，其中 所述軸組件包括推力盤；可旋轉地將所述軸組件布置在外殼的第一部分中；提供適于接收所述壓縮機的軸組件的外殼的第二部分；將所述外殼的第二部分聯(lián)接到所述第一部分以將 軸組件圍在它們之間，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個包括軸組件保持特 征，所述軸組件保持特征用于接收所述推力盤從而調節(jié)所述軸組件的運動。本發(fā)明還提供了以下技術方案技術方案1. 一種壓縮機，包括軸組件，所述軸組件包括布置在主軸上推力盤；和具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一部分和第二部分適于接收所述軸組 件，并且將所述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼內，并且其 中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征 用于接收所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動。技術方案2.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，進一步包括聯(lián)接到所述第一部分和所 述第二部分中的至少一個上的蝸殼，所述蝸殼包括導向流體流的流體導管，其中所述流體 流通過所述軸組件產生。技術方案3.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，進一步包括布置在所述軸組件保持特 征和所述推力盤之間的無油空氣軸承。技術方案4.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，其中所述軸組件包括葉輪和轉子中的 至少一個。技術方案5.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，其中所述第一部分和所述第二部分中 的至少一個包括用于使壓縮機產生的熱量散失的冷卻特征。技術方案6.根據(jù)技術方案5所述的壓縮機，其中所述冷卻特征是形成在所述第一 部分和所述第二部分中的至少一個內的多個冷卻通道。技術方案7.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，進一步包括布置在所述外殼的所述第 一部分和所述第二部分之間的密封元件。技術方案8.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，進一步包括布置為圍繞所述軸組件圓 周的無油空氣軸承。 技術方案9.根據(jù)技術方案8所述的壓縮機，其中所述外殼的所述第一部分和所述 第二部分中的至少一個包括用于使所述無油空氣軸承保持在大致靜止位置的保持特征。技術方案10.根據(jù)技術方案1所述的壓縮機，進一步包括馬達，所述馬達具有形成 在其中的孔，其中所述軸組件的所述主軸被布置為在所述孔中穿過。技術方案11. 一種壓縮機，包括軸組件，所述軸組件包括布置在主軸上推力盤；具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一部分和第二部分適于接收所述軸組 件，并且將所述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼內，并且其 中所述第一部分和所述第二部分的每一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用于 接收所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動；和具有第一部件和第二部件的推力空氣軸承，其中所述推力空氣軸承的所述第一部 件在所述軸組件保持特征和所述推力盤之間布置在外殼的第一部分中，所述推力空氣軸承 的所述第二部件在所述軸組件保持特征和所述推力盤之間布置在外殼的第二部分中。技術方案12.根據(jù)技術方案11所述的壓縮機，進一步包括聯(lián)接到所述第一部分和所述第二部分中的至少一個上的蝸殼，所述蝸殼包括導向流體流的流體導管，其中所述流 體流通過所述軸組件產生。技術方案13.根據(jù)技術方案11所述的壓縮機，其中所述第一部分和所述第二部分 中的至少一個包括使壓縮機產生的熱量散失的冷卻特征。技術方案14.根據(jù)技術方案13所述的壓縮機，其中所述冷卻特征是形成在所述第 一部分和所述第二部分中的至少一個內的多個冷卻通道。技術方案15.根據(jù)技術方案11所述的壓縮機，進一步包括布置在所述外殼的所述 第一部分和所述第二部分之間的密封元件。技術方案16.根據(jù)技術方案11所述的壓縮機，進一步包括布置為圍繞所述軸組件 圓周的無油空氣軸承。技術方案17.根據(jù)技術方案16所述的壓縮機，其中所述外殼的所述第一部分和所 述第二部分中的至少一個包括用于將所述無油空氣軸承保持在大致靜態(tài)位置的保持特征。技術方案18. —種制造壓縮機的方法，所述方法包括如下步驟提供適于接收所述壓縮機的軸組件的外殼的第一部分，其中所述軸組件包括推力 盤；可旋轉地將所述軸組件布置在所述外殼的所述第一部分中；提供適于接收所述壓縮機的軸組件的外殼的第二部分；和將所述外殼的所述第二部分聯(lián)接到所述第一部分以將所述軸組件圍在它們之間， 其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特 征用于接收所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動。技術方案19.根據(jù)技術方案18所述的方法，進一步包括將蝸殼聯(lián)接到所述第一部 分和所述第二部分中的至少一個的步驟，所述蝸殼包括導向流體流的流體導管，其中所述 流體流通過所述軸組件產生。技術方案20.根據(jù)技術方案18所述的方法，進一步包括在所述軸組件保持特征和 所述軸組件的一部分之間布置的無油空氣軸承。


從以下結合附圖的對優(yōu)選實施例的詳細說明中，本發(fā)明的上述以及其它有益效果 將變得對于本領域技術人員來說將是顯然的，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個是實施例的壓縮機立體圖；圖2是圖1所示的壓縮機的俯視橫截面圖；圖3是圖1所示的壓縮機的分解立體圖；圖4是圖1所示的壓縮機的分解側面橫截面圖。
具體實施例方式以下的詳細說明和附圖描述并舉例說明了本發(fā)明的各種實施例，該說明和附圖用 于使本領域技術人員能夠制造和使用本發(fā)明，并不意在以任何形式限制本發(fā)明的范圍。關 于所公開的方法，所提出的步驟本質上是示例性的，因此，步驟的順序不是必然的或重要 的。
圖1-4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的壓縮機10，所述壓縮機10通常結合到車輛 的燃料電池系統(tǒng)(未示出)中。然而，所述壓縮機10可與其它系統(tǒng)和應用一起使用。如圖 所示，所述壓縮機10包括聯(lián)接到分離式外殼14上的蝸殼12，該分離式外殼14具有第一部 分16和第二部分18。如圖2更清楚的顯示，所述壓縮機10進一步包括馬達20和軸組件 22?？梢岳斫獾氖?，所述壓縮機10可包括附加部件，例如密封件，電路，和溫度調節(jié)元件。所述蝸殼12被聯(lián)接到外殼14的第一端24，以接收和導向流體流。作為非限制的 例子，蝸殼12使用例如那些制造的具有Axi-rad商標的緊固件和保持裝置連接到所述外殼 14。作為進一步的例子，緊固件可與蝸殼12、第一部分16和第二部分18的至少一個整體形 成，其它聯(lián)接上述部件的方式也可使用。如圖所示，所述蝸殼12具有包括流體導管28的單 件式本體26，該流體導管28具有進口 30和出口 32，所述進口 30沿所述壓縮機10的中心 軸線A-A布置，所述出口 32布置在所述流體導管28的出口端34。在該實施例中，所述流體 導管28具有大致螺旋的形狀。然而，可以理解的是蝸殼12和相關聯(lián)的流體導管28可具有 形狀、尺寸和橫截面面積。作為非限制的實施例，蝸殼12可由例如上蝸殼部件和下蝸殼部 件之類的多個部件形成，其中所述蝸殼部件的組合提供與具有單件式本體的蝸殼基本上相 同的操作。如圖所示，所述第一部分16和所述第二部分18中每一個分別包括主體36、136，冷 卻罩38、138，和形成在主體36、136和冷卻罩38、138之間的多個冷卻劑通道40、140。每個 外殼部分16、18的主體36、136被形成為接收所述壓縮機10的特定部件，例如馬達20和所 述軸組件22。作為進一步的例子，所述主體36、136的內壁限定了鄰近所述冷卻劑通道40、 140的馬達腔42。每個外殼部分16、18的主體36、136包括軸組件保持特征44、144，該軸組件保持 結構44、144具有前側壁46、146和后側壁48、148。如圖所示，所述軸組件保持特征44、144 大體上是盤形通道。然而，所述軸組件保持特征44、144可具有任意形狀和尺寸。附加地， 推力空氣軸承50或者“氣體軸承”布置在鄰近所述軸組件保持特征44、144的前側壁46、 146和后側壁48、148的每一個。然而，任何結構都可用于提供推力空氣軸承50的靜止安裝 面。在一些實施例中，推力空氣軸承50的每一個被分成第一部件50a和第二部件50b。作 為非限制的例子，每個推力空氣軸承50的所述第一部件50a具有半環(huán)盤的形狀。類似的， 每個推力空氣軸承50的所述第二部件50b具有與相關的第一部件50a相應的半環(huán)盤的形 狀。然而，應當理解的是，推力空氣軸承50可具有任意尺寸和形狀并且可將其分成任意個 部分、部件和形狀。每個外殼部分16、18的所述主體36、136可進一步包括多個保持特征51 以靜止地固定所述壓縮機10的軸承部件。作為非限制的例子，所述多個保持特征51是多 個保持槽。應當理解的是，所述多個保持特征51可具有任何尺寸和形狀。應當進一步理解 的是其它的保持特征也可使用。所述馬達20通常是適于驅動軸組件22的電動定子馬達。然而，其它馬達也可使 用。如圖所示，馬達20布置外殼14內并鄰近多個冷卻劑通道40、140，多個冷卻劑通道40、 140形成在外殼14的主體36、136內。此外，軸組件22還被布置為通過形成在馬達20的定 子內的中心孔(未示出)。所述軸組件22布置在外殼14內，并且適于在其中自由地旋轉。如圖所示，軸組件 22包括具有葉輪54的主軸52，該葉輪54形成在鄰近主軸的第一端56，并且推力盤58與葉輪54間隔開。此外，轉子60布置在主軸52上并且與馬達20的一部分對準。然而，應當理 解的是，具有任意構造和排列的任何軸組件都可使用并且分離式外殼14可被形成為接收 各種軸組件。作為非限制的例子，所述葉輪54和推力盤58可通過拉桿聯(lián)接在一起，并且所 述軸組件22的剩余部分形成在長管內(未示出)。如此，轉子60布置在軸組件22的上述 管的內部，其中所述管與所述連桿聯(lián)接。應當進一步理解的是，主軸52可具有任意尺寸和 形狀，并且可使用任意構造聯(lián)接軸組件22的任意部件。在一些實施例中，推力盤58布置在鄰近與所述第一端56相對形成的第二端61。 在其它的實施例中，放大器(未示出)布置在鄰近第二端61并與所述葉輪54相對，使得放 大器的作用是回收在儲存在加壓氣流中的能量，并且將存儲的能量轉換為所述軸的旋轉能 量(類似于燃燒發(fā)動機的傳統(tǒng)渦輪增壓器)。應當理解的是，可包括任意數(shù)量的推力盤、轉 子和葉輪。應當進一步理解的是，葉輪54、推力盤58和轉子60可定位在沿所述主軸52的 任意位置。在該實施例中，多個軸頸軸承62布置在主軸52上以支撐軸組件22在外殼14中 的旋轉。如圖所示，兩個軸頸軸承62沿主軸52布置，在轉子62的每一側布置一個軸頸軸 承62。作為非限制的例子，多個軸頸軸承62是無油空氣軸承或者“氣體”軸承。作為進一 步的例子，多個軸頸軸承62可包括在其上整體地形成的保持特征64。如圖所示，每個軸頸 軸承62的保持特征64是“鍵”突出部或具有預先確定的形狀的肋，以與外殼14的相應的 保持特征51對準。使用時，軸組件22的主軸52形成為帶有葉輪54、推力盤58和轉子60。如此，使 主軸52平衡而用于高效旋轉。一旦平衡，多個軸頸軸承62被引導到主軸52上并且布置在 預先確定的與外殼14的多個保持特征51相關的位置。作為進一步的非限制例子，可包括 錯誤檢驗步驟以保證多個軸頸軸承62的旋轉方向是正確的。在一個實施例中，軸組件22 的主軸52被引導穿過馬達20的所述孔，以使馬達20圍繞轉子60 “安裝”。同時，外殼14的第一部分16被穩(wěn)固在裝配態(tài)或固定裝置上，并且多個推力空氣軸 承50的多個第一部件50a與所述第一部分連接。作為非限制的例子，在軸組件保持特征44 的所述前側壁46和后側壁48上的每一個上布置多個推力空氣軸承50的多個第一組件50a 的其中一個，該軸組件保持特征44形成在外殼14的第一部分16內。在某些實施例中，密 封元件(未示出)布置在外殼14的第一部分16上，以在外殼14的第一部分16和第二部 分18之間形成不漏流體的密封。一旦多個推力空氣軸承50的多個第一部件50a被固定，包括多個軸頸軸承62的 軸組件22布置在外殼14的第二部分18內。特別地，多個軸頸軸承62的多個保持特征64 的每一個與外殼14的適當保持特征51對準，并且推力盤58被軸組件保持特征44接收。作 為非限制的例子，多個保持特征51形成在外殼的14的第一部分16內，使得第一部分16和 第二部分18的聯(lián)接將多個軸頸軸承62固定在大致靜止的位置。此外，多個推力空氣軸承50的多個第二部件50b還聯(lián)接到的軸組件保持特征144 的前側壁146和后側壁148的每一個上，該軸組件保持特征144形成在外殼14的第二部分 18內。外殼14的第一部分16和第二部分18被聯(lián)接在一起以將馬達20和旋轉的軸組件 22圍在其中。作為非限制的例子，外殼14的第一部分16和第二部分18用多個例如那些制 造的具有Axi-rad商標的緊固件和保持裝置聯(lián)接。作為進一步的例子，多個緊固件可與蝸殼12、第一部分16和第二部分18中的至少一個整體地形成。其它用于聯(lián)接多個部件的手 段也可使用。應當理解的是，可包括附加的質量控制步驟以核實軸組件22的自由旋轉運動 和適當?shù)妮S向以及徑向運動。然后蝸殼12聯(lián)接到外殼14以圍住軸組件22的葉輪54，并提 供適當?shù)牧黧w動力。具有的分離式外殼14的壓縮機10提供了在不使推力軸承50松弛地懸掛于旋轉 的軸組件22上的情況下而使旋轉的軸組件22的平衡的手段。此外，壓縮機10還提供多個 保持特征51、64以最小化多個軸頸空氣軸承62的旋轉。進一步，壓縮機10的分離式外殼 14提供用于簡化的冷卻系統(tǒng)輸入/輸出和腔密封的手段。由前面的描述，本領域技術人員能容易的發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的本質特征，并在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內，對本發(fā)明作出各種改變或者修改以適應其各種用法和條件。
權利要求
1.一種壓縮機，包括軸組件，所述軸組件包括布置在主軸上推力盤；和具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一部分和第二部分適于接收所述軸組件，并 且將所述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼內，并且其中所 述第一部分和所述第二部分中的至少一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用于 接收所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，進一步包括聯(lián)接到所述第一部分和所述第二部分中 的至少一個上的蝸殼，所述蝸殼包括導向流體流的流體導管，其中所述流體流通過所述軸 組件產生。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，進一步包括布置在所述軸組件保持特征和所述推力 盤之間的無油空氣軸承。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其中所述軸組件包括葉輪和轉子中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一個包 括用于使壓縮機產生的熱量散失的冷卻特征。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓縮機，其中所述冷卻特征是形成在所述第一部分和所述第 二部分中的至少一個內的多個冷卻通道。
7.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，進一步包括布置在所述外殼的所述第一部分和所述 第二部分之間的密封元件。
8.根據(jù)權利要求1所述的壓縮機，進一步包括布置為圍繞所述軸組件圓周的無油空氣 軸承。
9.一種壓縮機，包括軸組件，所述軸組件包括布置在主軸上推力盤；具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一部分和第二部分適于接收所述軸組件，并 且將所述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在所述外殼內，并且其中所 述第一部分和所述第二部分的每一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用于接收 所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動；和具有第一部件和第二部件的推力空氣軸承，其中所述推力空氣軸承的所述第一部件在 所述軸組件保持特征和所述推力盤之間布置在外殼的第一部分中，所述推力空氣軸承的所 述第二部件在所述軸組件保持特征和所述推力盤之間布置在外殼的第二部分中。
10.一種制造壓縮機的方法，所述方法包括如下步驟提供適于接收所述壓縮機的軸組件的外殼的第一部分，其中所述軸組件包括推力盤；可旋轉地將所述軸組件布置在所述外殼的所述第一部分中；提供適于接收所述壓縮機的軸組件的外殼的第二部分；和將所述外殼的所述第二部分聯(lián)接到所述第一部分以將所述軸組件圍在它們之間，其中 所述第一部分和所述第二部分中的至少一個包括軸組件保持特征，所述軸組件保持特征用 于接收所述推力盤以調節(jié)所述軸組件的運動。
全文摘要
一種壓縮機，包括具有布置在主軸上的推力盤的軸組件，和具有第一部分和第二部分的外殼，所述第一和第二部分適于接收所述軸組件并將所述軸組件圍在它們之間，其中所述軸組件可旋轉地布置在外殼內，并且其中所述第一部分和所述第二部分的至少一個包括用于接收所述推力盤的軸組件保持特征，以調節(jié)所述軸組件的運動。
文檔編號F04D29/58GK101994721SQ20101025595
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2009年8月11日
發(fā)明者G·L·維爾納夫, G·W·布拉迪, T·沃爾斯塔德特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司