CN112503025A - 空气压缩机和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气压缩机和车辆，该空气压缩机包括：壳体组件，所述壳体组件具有第一安装腔、第二安装腔以及转轴配合腔，所述第一安装腔具有进气口和出气口；转子轴，所述转子轴可转动地配合在所述转轴配合腔内且分别延伸至所述第一安装腔和所述第二安装腔内；压轮，所述压轮套设在所述转子轴上且位于所述第一安装腔内，所述壳体组件设有用于连通所述压轮的进气侧和轮背侧的控制流道；驱动组件，所述驱动组件套设在所述转子轴上且位于所述第二安装腔内。根据本发明的空气压缩机，轴向力较小，使用寿命较长，***效率和性能较高。

Description

空气压缩机和车辆

技术领域

本发明涉及空气压缩机领域，具体而言，涉及一种空气压缩机和具有所述空气压缩机的车辆。

背景技术

为了保障燃料电池发动机的正常工作，需要安装氢气供应***、干净新鲜空气供应***和循环水冷却管理***等辅助***。而高质量和高流量的空气供应对提高燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果，因此一般需要空气压缩机来强制进气。由于质子交换膜对空气清洁程度有很高的要求，所以空气压缩机不允许使用传统的油润滑轴承(如动压滑动轴承)，而一般采用动压空气轴承来支撑转子以及抵消转子***的轴向载荷。

相关技术中，燃料电池压缩机通常采用以下四种技术方案来改善轴向力：

1、采用两级串联增压，即，利用朝向相反的叶轮来抵消轴向力。由于增加串联管道和第二级压叶轮及壳体，增大了整个空压机的体积，相比单级增压结构复杂，效率较低、体积重、成本高。

2、采用平衡盘设计，即在单级叶轮的另外一端安装平衡盘。但只有平衡盘与叶轮设计的直径相近时才能最大限度地抵消轴向力，平衡盘本身有一定质量，旋转会产生额外的功耗，引入的高压气体泄漏时也会造成功率损失。

3、采用脂润滑的球轴承，可以承受较大的轴向力。但脂润滑球轴承存在润滑脂泄漏的风险，进而会污染整个燃料电池***，造成失效。这也是普遍采用无油润滑轴承的原因。

4、通过增大止推轴承承载区面积来提高承载能力。但提高止推轴承承载能力的同时会增大轴承的功耗，增加轴承成本。同时，较大的止推轴承外径需要较大的止推轴承转子与之配合，整个转子***的转动惯量会增大，并且会增大止推轴承磨损的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种空气压缩机，以减小轴向力，延长使用寿命，提高***效率以及提升性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明第一方面实施例的空气压缩机，包括：壳体组件，所述壳体组件具有第一安装腔、第二安装腔以及转轴配合腔，所述转轴配合腔设置在所述第一安装腔和所述第二安装腔之间，所述第一安装腔具有进气口和出气口；转子轴，所述转子轴可转动地配合在所述转轴配合腔内且分别延伸至所述第一安装腔和所述第二安装腔内；压轮，所述压轮套设在所述转子轴上且位于所述第一安装腔内，所述壳体组件设有用于连通所述压轮的进气侧和轮背侧的控制流道；驱动组件，所述驱动组件套设在所述转子轴上且位于所述第二安装腔内。

根据本发明实施例的空气压缩机，利用控制流道将压轮的轮背侧的高压气体引导到压轮的进气侧，使气体压力能的一部分转化为动能，从而有效地降低了压轮的轮背侧的压力，减小了轴向力，进而可以延长空气压缩机的使用寿命，提高整个***的效率，并且，结构简单有效，成本低；此外，回流到压轮的进气侧的气体重新进入压轮进行压缩，可以有效地改善空气压缩机的域喘振特性，从而提升空气压缩机的性能。

根据本发明的一些实施例，所述第一安装腔上设置有回流孔，所述回流孔设置在所述压轮的进气侧一端且与所述控制流道相连通。

在本发明的一些具体实施例中，所述控制流道包括内部流道和外部流道，所述内部流道由所述壳体组件限定出且与所述压轮的轮背侧连通，所述外部流道连通所述内部流道和所述回流孔且位于所述壳体组件的外部，所述外部流道包括连通管。

根据本发明的一些实施例，所述第二安装腔外侧设置有冷却流道。

根据本发明的一些实施例，所述壳体组件包括：压壳，所述压壳内限定出所述第一安装腔；驱动壳体，所述驱动壳体内限定出所述第二安装腔；背板，所述背板设置在所述压壳和所述驱动壳体之间，所述背板位于所述压轮的轮背侧且与所述压轮之间形成有背压间隙，所述驱动壳体设置在所述背板的背向所述压轮的一侧，所述背板与所述驱动壳体之间围构形成有止推腔；所述背板上设置有第一转轴孔，所述驱动壳体内设置有第二转轴孔，所述止推腔内设置有止推轴承，所述第一转轴孔、所述第二转轴孔和所述止推腔共同限定出所述转轴配合腔。

在本发明的一些实施例中，所述背板和所述驱动壳体中的一个上设有导气通道，所述导气通道与所述背压间隙连通以构成所述控制流道的一部分，或，所述背板和所述驱动壳体之间形成有导气通道，所述背板和所述驱动壳体中的一个上设有导气孔，所述背压间隙、所述导气通道和所述导气孔相连通以构成所述控制流道的一部分。

在本发明的一些具体实施例中，所述背压间隙通过所述转轴配合腔与所述导气通道和所述导气孔中的一个相连通。

可选地，所述转子轴上套设有轴封，所述转子轴通过所述轴封安装在所述第一转轴孔内，所述轴封和所述第一转轴孔的内壁之间形成有流动间隙，所述导气通道和所述导气孔中的所述一个通过所述流动间隙与所述背压间隙相连通。

进一步地，所述轴封与所述第一转轴孔之间设置有迷宫密封结构。

在本发明的一些实施例中，所述导气通道包括形成在所述驱动壳体和所述背板之间的引流间隙以及形成在所述驱动壳体和所述背板之间的通气间隙，所述通气间隙的两端分别与所述止推腔和所述导气孔的一侧相连通，所述导气孔的另一侧与所述引流间隙相连通。

在本发明的一些具体实施例中，所述止推腔内设置有定位环，所述定位环夹设在驱动壳体和所述背板之间，所述定位环上设置有连通所述止推腔和所述通气间隙的通气孔。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆，以减小轴向力，增加使用寿命，提高***效率以及提升燃料电池的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，包括根据本发明第一方面实施例所述的空气压缩机。

根据本发明实施例的车辆，利用根据本发明第一方面实施例所述的空气压缩机，有效地降低了压轮的轮背侧的压力，减小了轴向力，可以延长燃料电池的使用寿命，提高整个***的效率，并且，结构简单有效，成本低；此外，可以有效地改善空气压缩机的域喘振特性，从而提升燃料电池的性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中的空气压缩机的轴向力产生的原理示意图；

图2是本发明实施例的空气压缩机的结构示意图；

图3是图2中圈示的A部的放大示意图；

图4是本发明实施例的空气压缩机的局部结构示意图；

图5是本发明实施例的空气压缩机内气体流动路径的示意图；

图6是本发明实施例的压壳的立体图；

图7是本发明实施例的背板的立体图；

图8是本发明实施例的定位环的立体图；

图9是本发明实施例的驱动壳体的局部结构示意图；

图10是本发明实施例的驱动壳体的局部结构示意图。

附图标记说明：

空气压缩机10、螺栓11、外部流道12、橡胶密封圈13、螺母14、

壳体组件100、第一安装腔101、第二安装腔102、引流间隙103、止推腔104、背压间隙105、通气间隙106、

压壳110、回流孔111、放气孔112、进气口113、出气口114、驱动壳体120、第二转轴孔121、背板130、第一转轴孔131、导气孔132、盖板140、冷却流道151、冷却通路152、冷却液进口153、冷却液出口154、连接通路155、隔断口156、

转子轴200、轴封210、迷宫密封结构211、压轮300、止推轴承400、止推转子410、轴承箔片420、定位环430、通气孔431、径向空气轴承500、套筒510、轴承座520、驱动组件600、电机定子610、电机转子620。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图10所示，根据本发明第一方面实施例的空气压缩机10，包括：壳体组件100、转子轴200、压轮300和驱动组件600。

具体而言，壳体组件100具有第一安装腔101、第二安装腔102以及转轴配合腔，转轴配合腔设置在第一安装腔101和第二安装腔102之间，第一安装腔101具有进气口113和出气口114，例如，进气口113朝向前方敞开，出气口114设在壳体组件100的外周壁上。转子轴200可转动地配合在转轴配合腔内，转子轴200分别延伸至第一安装腔101和第二安装腔102内。也就是说，转轴配合腔分别与第一安装腔101和第二安装腔102连通。压轮300套设在转子轴200上，压轮300位于第一安装腔101内，壳体组件100设有用于连通压轮300的进气侧和轮背侧的控制流道。驱动组件600套设在转子轴200上，驱动组件600位于第二安装腔102内，以提供动力。例如，驱动组件600可以包括电机定子610和电机转子620，电机转子620可转动地设在电机定子610内。

驱动组件600驱动转子轴200转动，带动同轴的压轮300旋转，常温常压的空气通过进气口113进入压轮300，旋转的压轮300由于其特殊的流通结构对空气做功，使常压的空气流出压轮300时变成具有很高压力的压缩空气。流出压轮300的空气分两部分，一部分经壳体组件100的流道进一步扩压输入给燃料电池***，一部分会流入控制流道内。

其中，控制流道可以设置在壳体组件100的外部，或者，控制流道也可以设在壳体组件100的内部，当然，控制流道还可以一部分设在壳体组件100的外部、另一部分设在壳体组件100的内部。只要控制流道可以连通压轮300的进气侧和轮背侧即可，本发明在此不做特殊限定。

在相关技术中，如图1所示，空气压缩机在运转过程中压缩空气，使气体达到一定的压力以满足燃料电池反应堆的化学反应需求。此时，压轮的进气侧的气体的压力(即前压)为P1，气体压力在压轮的旋转作用下增大，在出口及压轮的轮背侧的气体的压力(即背压)为P2，并且P2＞P1。气体的压力作用在压轮上从而产生力F1和F2，并且F1和F2的方向相反。由于轮背侧的压力P2较大，因此最终合力F_合的方向与P2产生的力F2的方向相同。以上即为轴向力产生的原因。

本申请的发明人通过研究发现，过大的轴向力会提高轴承磨损的可能性，降低止推轴承的可靠性，从而降低燃料电池的空气压缩机的寿命；并且，过大的轴向力将会导致在设计时被迫增大止推轴承的承载面积，以抵消轴向力，而这将会导致止推轴承的摩擦面积增大，功率损失及发热量增多，降低整个***的效率。

根据本发明实施例的空气压缩机10，利用控制流道将压轮300的轮背侧的高压气体引导到压轮300的进气侧，使气体的压力能的一部分转化为动能，从而有效地降低压轮300的轮背侧的压力，减小了轴向力，进而可以延长空气压缩机10的使用寿命，提高整个***的效率，并且，结构简单有效，成本低。此外，回流到压轮300的进气侧的气体能够重新进入压轮300进行压缩，可以有效地改善空气压缩机10的域喘振特性，从而提升空气压缩机10的性能。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，第一安装腔101具有贯通的回流孔111，回流孔111设置在压轮300的进气侧一端，回流孔111与控制流道相连通。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，控制流道包括内部流道和外部流道12。内部流道由壳体组件100限定出，内部流道与压轮300的轮背侧连通，外部流道12位于壳体组件100的外部，外部流道12连通内部流道和回流孔111。其中，外部流道12可以包括连通管。

具体地，回流孔111位于压轮300的进气侧，压轮300的轮背侧通过内部流道、外部流道12与回流孔111连通，从而实现与压轮300的进气侧连通。也就是说，压轮300的轮背侧的气体可以依次经过内部流道、外部流道12、回流孔111再回流至压轮300的进气侧。

由于压轮300的轮背侧的气体流通至外部流道12时仍具有一定正压力，并且由于回流孔111在空滤操作后且位于压轮300前，在空滤压降以及压轮300的抽吸作用下，回流孔111处气体的压力比大气压力略小。这样，空气压缩机10内的气体可以在压轮300的进气侧、压轮300的轮背侧、内部流道以及外部流道12之间形成一个自动、顺畅的循环，从而降低了压轮300的轮背侧的压力，减小了轴向力。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，内部流道在转子轴200的轴向上位于第一安装腔101与第二安装腔102之间。例如，内部流道位于第一安装腔101的后侧且位于第二安装腔102的前侧。这样，流动的气体可以带走对应位置的零部件产生的热量。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，壳体组件100包括：压壳110、驱动壳体120和背板130。压壳110内限定出第一安装腔101，驱动壳体120内限定出第二安装腔102。背板130设置在压壳110和驱动壳体120之间，背板130位于压轮300的轮背侧，且背板130与压轮300之间形成有背压间隙105，这样，可以防止压轮300在运转时发生碰磨，同时允许增压后的高压气体流通。驱动壳体120设置在背板130的背向压轮300的一侧，背板130与驱动壳体120之间围构形成有止推腔104。背板130上设置有第一转轴孔131，驱动壳体120内设置有第二转轴孔121，止推腔104内设置有止推轴承400，第一转轴孔131、第二转轴孔121和止推腔104共同限定出转轴配合腔。

具体地，压壳110与驱动壳体120可以通过螺栓11安装固定，背板130被夹紧在压壳110和驱动壳体120之间，即，背板130位于压壳110的后侧且位于驱动壳体120的前侧。压壳110在前后方向上将背板130连同止推轴承400压紧在驱动壳体120上，这样，结构简单可靠。止推腔104由背板130的后表面与驱动壳体120的前端面限定出来，第一转轴孔131连通第一安装腔101，第二转轴孔121连通第二安装腔102，止推腔104连通第一转轴孔131和第二转轴孔121，这样，气体可以流经止推腔104并冷却止推轴承400，并且可以冷却第二安装腔102内的零部件。

进一步地，如图2所示，在压壳110和驱动壳体120配合处设有橡胶密封圈13，在压壳110与背板130的配合处设有橡胶密封圈13。这样，可以防止气体发生泄漏，从而保证气体顺利地在内部流道内流通。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，止推轴承400可以包括：止推转子410、轴承箔片420和定位环430。止推转子410套设在转子轴200上，轴承箔片420设在止推腔104的侧壁上，轴承箔片420与止推转子410间隔开以形成连通第一转轴孔131的止推间隙。定位环430设在止推腔104内，定位环430围绕止推转子410设置，定位环430夹设在驱动壳体120和背板130之间。例如，轴承箔片420为两个，止推转子410在前后方向上位于两个轴承箔片420的中间，止推转子410的前后两端面分别与两个轴承箔片420之间形成止推间隙，以允许气体流通，并且，止推转子410和轴承箔片420在相对运转过程中因特殊设计的结构产生动压力，以平衡作用于压轮300上的轴向力。

在本发明的一些实施例中，背板130上设有导气通道，导气通道与背压间隙105连通以构成内部流道的一部分。例如，导气通道的一端与背压间隙105连通且另一端与外部流道12连通，此时，导气通道与背压间隙105直接连通；又如，第一转轴孔131与背压间隙105连通，导气通道的一端与第一转轴孔131连通且另一端与外部流道12连通，此时，背压间隙105通过转轴配合腔与导气通道间接连通。

在本发明的另一些实施例中，驱动壳体120上设有导气通道，导气通道与背压间隙105连通以构成内部流道的一部分。例如，第一转轴孔131与背压间隙105连通，止推腔104与第一转轴孔131连通，导气通道的一端与止推腔104连通且另一端与外部流道12连通，此时，背压间隙105通过转轴配合腔与导气通道间接连通。当然，驱动壳体120上的导气通道的所述一端还可以与第二转轴孔121连通。

在本发明的又一些实施例中，背板130和驱动壳体120之间形成有导气通道，背板130和驱动壳体中的一个上设有导气孔132，背压间隙105、导气通道和导气孔132相连通以构成内部流道的一部分。

例如，背板130和驱动壳体120之间形成有导气通道，背板130上设有导气孔132，导气孔132的一端连通背压间隙105且另一端连通导气通道的一端，导气通道的另一端连通外部流道12。尽管没有给出附图，本实施例的导气孔132用于表示其构成可以参照本申请的附图所示出的结构，只要实现导气通道与背压间隙105的连通即可。

又如，背板130和驱动壳体120之间形成有导气通道，驱动壳体120上设有导气孔132，导气孔132的一端连通止推腔104或第二转轴孔121，导气孔132的另一端连通导气通道的一端，导气通道的另一端连通外部流道12，即，背压间隙105通过转轴配合腔与导气孔132连通。同样可以理解的是，尽管没有给出附图，本实施例中的导气孔132用于表示其构成可以参照本申请的附图所示出的结构，只要实现导气通道与背压间隙105的连通即可。

又或者，如图4所示，背板130和驱动壳体120之间形成有导气通道，导气通道包括引流间隙103和通气间隙106，背板130上设有导气孔132，通气间隙106的两端分别与止推腔104和导气孔132的一侧相连通，导气孔132的另一侧与引流间隙103的一端连通，即，引流间隙103和通气间隙106间隔开，引流间隙103的另一端与外部流道12连通。此时，背压间隙105通过转轴配合腔与导气通道连通，内部流道包括止推腔104、通气间隙106、导气孔132和引流间隙103。其中，导气孔132可以是半圆沉孔、圆形沉孔或者其他形状的孔、槽等，导气孔132可以为沿背板130的周向间隔布置的多个。

进一步地，导气通道包括引流间隙103和通气间隙106，引流间隙103和通气间隙106间隔开，如图7所示，背板130的邻近中部的位置处和背板130的边缘处分别设有导气孔132，靠近中部的导气孔132连通背压间隙105和通气间隙106，靠近边缘的导气孔132连通通气间隙106和引流间隙103。

在本发明的一些具体实施例中，背板130和驱动壳体120之间形成有导气通道，如图4和图8所示，定位环430设有连通止推腔104和导气通道(例如通气间隙106)的通气孔431。例如，定位环430为圆环形，定位环430上设有沿径向贯通的通气孔431，通气孔431包括但不局限于圆孔、矩形槽、半圆槽等结构，通气孔431可以为一个或多个。

这样，气体可以通过第一转轴孔131进入止推腔104内，随后经由通气孔431流至导气通道内，即，背压间隙105通过转轴配合腔与导气通道连通。本实施例中，可以通过设置图中示出的引流间隙103、通气间隙106和导气孔132实现与外部流道12的连通，也可以在背板130或驱动壳体120上设置导气孔132来连通导气通道和外部流道12。由于止推轴承400需要承受较大的轴向力，止推转子410与轴承箔片420在启动及高速运转时会产生较多的热量，流动的气体可以在一定程度上冷却止推轴承400，从而能够给止推轴承400降温，提升止推轴承400的可靠性。

可以理解，本申请中仅给出了导气通道和导气孔的设置形式的示例性说明，并非对导气通道和导气孔的限制，可以根据背板130和驱动壳体120的具体结构形式对它们作出调整，只要保证气体流动即可。

可选地，如图3所示，转子轴200上套设有轴封210，转子轴200通过轴封210安装在第一转轴孔131内，轴封210和第一转轴孔131的内壁之间形成有流动间隙，如此，背压间隙105可以通过该流动间隙与导气通道和导气孔132中的一个相连通。这里，背压间隙105通过该流动间隙与导气通道连通还是与导气孔132连通，视具体实施情况而定，例如，在前述各种实施例中，当导气通道在气流方向上更加邻近背压间隙105时，背压间隙105便通过该流动间隙与导气通道连通。

其中，如图4所示，轴封210与第一转轴孔131之间可以形成迷宫密封结构211。例如，轴封210的前端与压轮300的轮背相抵，轴封210的后端与止推转子410相抵，轴封210沿轴向间隔分布有多个凸筋，从而在第一转轴孔210内形成有弯曲延伸的间隙。这样，可以防止过量的气体泄漏至止推轴承400。

在本发明的一些具体实施例中，如图4所示，第一转轴孔131通过止推腔104与外部流道12连通。也就是说，压轮300的轮背侧的气体在通过第一转轴孔131后，经由止推腔104流至外部流道12。这样，流动的气体可以带走转子轴200与止推轴承400高速相对转动而产生的热量。

在本发明的一些实施例中，如图2、图9和图10所示，壳体组件100设有邻近止推轴承400和内部流道设置的冷却流道151。这样，可以对止推轴承400和内部流道内的气体进行冷却。

进一步地，如图2、图9和图10所示，壳体组件100设有围绕第二转轴孔121设置的冷却流道151，止推间隙与第二转轴孔121连通。这样，可以对流经止推腔104和第二转轴孔121的气体进行冷却，并且可以冷却止推轴承400。

相关技术中，燃料电池空气压缩机通常利用高速电机进行驱动，会散发较多的热量，必须对电机等发热零部件进行强制冷却。并且，由于止推转子与轴承箔片之间、径向空气轴承与转子轴之间的高速相对旋转都会产生大量的热量，需要对空气轴承***及电机的冷却液通路进行设计，以达到对空气轴承***及电机的有效冷却，保证***的安全运行。

在本发明的一些实施例中，如图9和图10所示，驱动壳体120上设有冷却流道151和冷却通路152，其中，驱动壳体120与冷却流道151和冷却通路152可以是一体式设计，驱动壳体120与冷却流道151和冷却通路152也可以是分体式设计。冷却流道151和冷却通路152之间通过连接通路155进行连接。冷却流道151上设有冷却液出口154，冷却通路152上设有冷却液进口153。在冷却液进口153与冷却通路152之间设有隔断口156，这样，可以保证冷却效果，保证冷却液会在冷却通路152中进行充分地冷却。

其中，冷却流道151为环形，并且冷却流道151紧靠止推轴承400及内部流道设置，这样，由于止推轴承400也为环状结构，可以增加对止推轴承400及流经内部流道的气体的冷却效果。冷却通路152围绕电机设置，这样，可以对电机进行冷却。

冷却液由冷却液进口153进入冷却流道151，由于隔断口156的存在，冷却液必须经过冷却通路152对电机冷却，然后才能流动至连接通路155，进入冷却流道151，在环状的冷却流道151内流动，带走止推轴承400及循环流动的气体的热量，最后通过冷却液出口154流出。

这样，可以对电机进行冷却，可以降低止推轴承400的工作温度，并且可以对循环流动的气体进行冷却，保证气体回流至进气孔113时的温度在设计范围内，避免对空气压缩机10的性能产生影响。

下面参考附图描述根据本发明的一个具体实施例的空气压缩机10。

如图2-图10所示，盖板140通过螺栓11安装在驱动壳体120的后端，盖板140与驱动壳体120的配合处设有橡胶密封圈13。压轮300、轴封210、止推转子410从前至后依次安装在转子轴200上，靠螺母14压紧在转子轴200的轴肩上，并且随转子轴200一起高速转动。第二转轴孔121内分别设有径向空气轴承500，在径向空气轴承500的内侧设有套筒510，套筒510套设在转子轴200上。径向空气轴承500对转子轴200起到支撑作用，径向空气轴承500通过轴承座520固定。

压壳110上设有放气孔112和回流孔111，放气孔112和回流孔111之间通过外部流道12连接。压轮300的轮背与背板130的前表面之间限定出背压间隙105，背板130上开设有第一转轴孔131，止推转子410的前后两端面分别与两个轴承箔片420之间形成止推间隙。背板130的后表面与驱动壳体120的前端面限定出通气间隙106和引流间隙103，引流间隙103位于通气间隙106的外侧，定位环430设有连通止推间隙和通气间隙106的通气孔431，导气孔132连通引流间隙103与通气间隙106。内部流道包括背压间隙105、迷宫密封结构211与第一转轴孔131之间形成的间隙、止推间隙、通气孔431、通气间隙106、导气孔132和引流间隙103。

进入背压间隙105的高压气体，经过迷宫密封结构211与第一转轴孔131之间形成的间隙进入止推间隙内。流动的气体经过止推间隙后，会通过定位环430上的通气孔431流出。气体流出定位环430后，会经过通气间隙106，之后通过导气孔132进入引流间隙103内。引流间隙103内的气体通过放气孔112进入外部流道12，随后经由外部流道12流通到回流孔111，再次进入压轮300的前侧。(部分气体会经过第二转轴孔121流通至径向空气轴承500与套筒510之间对其进行冷却)。

由于压轮300的轮背侧的气体流通至外部流道12时仍具有一定正压力，并且回流孔111在空滤操作后且位于压轮300前，在空滤压降以及压轮300的抽吸作用下，回流孔111处气体的压力比大气压力略小。因此，气体可以从背压间隙105开始，经过轴封210、止推轴承400、定位环430、通气间隙106、导气孔132、引流间隙103，流到放气孔112处，再经由外部流道12流至回流孔111。

这样，气体可以形成一个主动、顺畅的循环，从而降低了压轮300的轮背侧的压力，进而减小了作用在压轮300的轮背上的轴向力。此外，由于止推轴承400需要承受较大的轴向力，止推转子410和轴承箔片420启动及高速运转时会产生较多的热量，流动的气体可以在一定程度上冷却止推轴承400。带走热量的气体利用冷却流道151进行降温，随后回流至进气口113，可以有效地改善空气压缩机10的域喘振特性，从而提升空气压缩机10的性能。

通过将压轮300的轮背侧的高压气体引出，使压轮300的轮背后的压力气体在可控制的范围内流动，使气体压力能的一部分转化为动能，从而有效降低压轮300的轮背的压力，进而减少轴向力。流动的气体通过设定的控制流道经轴封210、背板130、止推轴承400、压壳110回流至进气口113，流动的气体可以给止推轴承400降温(止推转子410和轴承箔片420启动及高速运转时会产生大量的热量)，从而提升止推轴承400的可靠性。此外，在止推轴承400及内部流道附近设置冷却流道151，可以对止推轴承400及流经内部流道的气体进行冷却。流回进气口113的气体重新进入压轮300进行压缩，在某些高压比、低流量的工况下可以有效改善空气压缩机10在小流量区的域喘振特性，从而提升空气压缩机10的性能。

简言之，根据本发明实施例的空气压缩机10，可以降低压轮300的轮背侧的压力，并且结构简单有效，不会额外增加零件的数量及成本。此外，可以利用流动的气体给止推轴承400降温，可以利用冷却流道151为带走热量的气体降温；气体回流至进气口113，可以改善喘振。

根据本发明另一方面实施例的车辆，包括根据本发明第一方面实施例的空气压缩机10。

根据本发明实施例的车辆，利用根据本发明第一方面实施例的空气压缩机10，有效地降低了压轮300的轮背侧的压力，减小了轴向力，进而可以延长燃料电池的使用寿命，提高整个***的效率，并且，结构简单有效，成本低；此外，可以有效地改善域喘振特性，从而提升燃料电池的性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种空气压缩机，其特征在于，包括：

壳体组件，所述壳体组件具有第一安装腔、第二安装腔以及转轴配合腔，所述转轴配合腔设置在所述第一安装腔和所述第二安装腔之间，所述第一安装腔具有进气口和出气口；

转子轴，所述转子轴可转动地配合在所述转轴配合腔内且分别延伸至所述第一安装腔和所述第二安装腔内；

压轮，所述压轮套设在所述转子轴上且位于所述第一安装腔内，所述壳体组件设有用于连通所述压轮的进气侧和轮背侧的控制流道；

驱动组件，所述驱动组件套设在所述转子轴上且位于所述第二安装腔内。

2.根据权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述第一安装腔上设置有回流孔，所述回流孔设置在所述压轮的进气侧一端且与所述控制流道相连通。

3.根据权利要求2所述的空气压缩机，其特征在于，所述控制流道包括内部流道和外部流道，所述内部流道由所述壳体组件限定出且与所述压轮的轮背侧连通，所述外部流道连通所述内部流道和所述回流孔且位于所述壳体组件的外部，所述外部流道包括连通管。

4.根据权利要求1所述的空气压缩机，其特征在于，所述第二安装腔外侧设置有冷却流道。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的空气压缩机，其特征在于，所述壳体组件包括：

压壳，所述压壳内限定出所述第一安装腔；

驱动壳体，所述驱动壳体内限定出所述第二安装腔；

背板，所述背板设置在所述压壳和所述驱动壳体之间，所述背板位于所述压轮的轮背侧且与所述压轮之间形成有背压间隙，所述驱动壳体设置在所述背板的背向所述压轮的一侧，所述背板与所述驱动壳体之间围构形成有止推腔；

所述背板上设置有第一转轴孔，所述驱动壳体内设置有第二转轴孔，所述止推腔内设置有止推轴承，所述第一转轴孔、所述第二转轴孔和所述止推腔共同限定出所述转轴配合腔。

6.根据权利要求5所述的空气压缩机，其特征在于，所述背板和所述驱动壳体中的一个上设有导气通道，所述导气通道与所述背压间隙连通以构成所述控制流道的一部分，或，

所述背板和所述驱动壳体之间形成有导气通道，所述背板和所述驱动壳体中的一个上设有导气孔，所述背压间隙、所述导气通道和所述导气孔相连通以构成所述控制流道的一部分。

7.根据权利要求6所述的空气压缩机，其特征在于，所述背压间隙通过所述转轴配合腔与所述导气通道和所述导气孔中的一个相连通。

8.根据权利要求7所述的空气压缩机，其特征在于，所述转子轴上套设有轴封，所述转子轴通过所述轴封安装在所述第一转轴孔内，所述轴封和所述第一转轴孔的内壁之间形成有流动间隙，所述导气通道和所述导气孔中的所述一个通过所述流动间隙与所述背压间隙相连通。

9.根据权利要求8所述的空气压缩机，其特征在于，所述轴封与所述第一转轴孔之间设置有迷宫密封结构。

10.根据权利要求6所述的空气压缩机，其特征在于，所述导气通道包括形成在所述驱动壳体和所述背板之间的引流间隙以及形成在所述驱动壳体和所述背板之间的通气间隙，所述通气间隙的两端分别与所述止推腔和所述导气孔的一侧相连通，所述导气孔的另一侧与所述引流间隙相连通。

11.根据权利要求6所述的空气压缩机，特征在于，所述止推腔内设置有定位环，所述定位环夹设在驱动壳体和所述背板之间，所述定位环上设置有连通所述止推腔和所述导气通道的通气孔。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-11中任一项所述的空气压缩机。

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