近日，中車永濟(jì)電機(jī)公司成功研制出專為氫燃料電池使用的離心式空壓機(jī)高速永磁電機(jī)，并通過(guò)中車協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“氫燃料電池離心式空壓機(jī)技術(shù)研究”驗(yàn)收評(píng)審    

    這一突破性的創(chuàng)新，將為燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力。同時(shí)也標(biāo)志著中車永濟(jì)電機(jī)公司，在新能源領(lǐng)域以及高速電機(jī)領(lǐng)域取得了新突破

    產(chǎn)品介紹

    創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展

    中車永濟(jì)電機(jī)公司依托于“基于氫的新能源產(chǎn)品技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”重點(diǎn)項(xiàng)目子課題“燃料電池系統(tǒng)核心零部件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究”，成功設(shè)計(jì)研發(fā)出了配套于離心式空壓機(jī)的高速永磁同步電機(jī)。該電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到100000r/min，從立項(xiàng)到試驗(yàn)完成僅用時(shí)一年零七個(gè)月。

    

    ▲空氣壓縮機(jī)效果圖

    氫燃料電池車用空壓機(jī)作為空氣循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是工信部列出的氫燃料電池汽車核心零部件之一，可為燃料電池的陰極反應(yīng)提供高壓空氣，對(duì)燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性等有著重要影響，需要滿足無(wú)油、高效、低噪音、長(zhǎng)壽命等要求，也被稱為氫燃料電池之“肺”。中車永濟(jì)電機(jī)公司研制的高速永磁電機(jī)配套于離心式空壓機(jī)，可以在確保燃料電池實(shí)現(xiàn)同等功率的前提下，減少燃料電池系統(tǒng)的尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化，滿足了汽車動(dòng)力系統(tǒng)輕量化的需求。相對(duì)于常速電機(jī)，高速永磁電機(jī)效率高，定子繞組電流的頻率高、功率密度高、損耗密度大，可以與高速負(fù)載直接相連進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得電機(jī)系統(tǒng)的噪聲低，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

    ▼氫燃料電池空壓機(jī)

    

    ▲氫燃料電池空壓機(jī)及負(fù)載試驗(yàn)臺(tái)

    技術(shù)特點(diǎn)與創(chuàng)新

    創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展

    高速電機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵技術(shù)

    技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)制造過(guò)程中掌握了針對(duì)高速轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)分析、高精密加工制造及轉(zhuǎn)子整體后充磁等關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)出了高速電機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵材料選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)公司后續(xù)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的研制提供了有力支撐。

    空氣動(dòng)壓箔片軸承應(yīng)用技術(shù)

    相對(duì)于傳統(tǒng)軸承而言，使用箔片氣體軸承作為轉(zhuǎn)子的支承部件不但可以突破最高轉(zhuǎn)速的限制，還可以解決傳統(tǒng)軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)所帶來(lái)的污染問(wèn)題，提高機(jī)械設(shè)備的輸出效率。

    

    當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子和空氣軸承內(nèi)表面之間便會(huì)形成一層氣膜，氣膜的壓力隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加，當(dāng)氣膜壓力足夠大時(shí)便可將轉(zhuǎn)子抬離軸承表面，此時(shí)轉(zhuǎn)子便“起飛”了。此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為“起飛”轉(zhuǎn)速。在低于“起飛”轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子和軸承表面之間會(huì)存在接觸摩擦，因此，必須在軸承內(nèi)表面鍍上一層固體潤(rùn)滑材料，降低轉(zhuǎn)子啟停時(shí)轉(zhuǎn)子和軸承表面的磨損。

    電機(jī)高效冷卻技術(shù)

    高速永磁電機(jī)的功率密度大，定轉(zhuǎn)子散熱面積小、損耗密度高，風(fēng)摩損耗、軸承摩擦損耗、渦流損耗大，會(huì)產(chǎn)生較大的溫升。設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)多并聯(lián)支路的可分配冷卻流量風(fēng)路，實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)定、轉(zhuǎn)子及軸承按需冷卻，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)高效熱管理及冷卻技術(shù)，有效解決了空壓機(jī)內(nèi)部散熱困難、氣浮軸承溫升高、永磁體易退磁等問(wèn)題。

    電機(jī)測(cè)試診斷技術(shù)

    設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸心軌跡測(cè)量方案，便于直觀顯示轉(zhuǎn)子在氣浮軸承中的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)情況，有利于掌握轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別軸承磨損、軸對(duì)中、不平衡、軸承失穩(wěn)故障特征信息，便于氣浮軸承電機(jī)調(diào)試。

    研發(fā)攻關(guān)

    創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展

    設(shè)計(jì)過(guò)程中，中車永濟(jì)電機(jī)公司研究院技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)采取了“師帶徒”的培養(yǎng)方式，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和技能的傳承，同時(shí)也能夠確保項(xiàng)目的高效執(zhí)行。通過(guò)本項(xiàng)目，培養(yǎng)鍛煉了一批高速電機(jī)領(lǐng)域永磁電機(jī)研發(fā)的青年技術(shù)骨干。

    由于高速電機(jī)設(shè)計(jì)難度大、新技術(shù)應(yīng)用多，技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中形成周會(huì)和月會(huì)制度，及時(shí)溝通設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和下一步改進(jìn)計(jì)劃，進(jìn)行故障分析，以確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

    

    技術(shù)人員正在對(duì)充磁工藝進(jìn)行試驗(yàn)和驗(yàn)證。

    

    技術(shù)人員正在進(jìn)行氣浮軸承的安裝調(diào)試工作。

    

    技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員正在進(jìn)行電機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。

    未來(lái)，我國(guó)氫能源行業(yè)將進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)，市場(chǎng)前景廣闊。中車永濟(jì)電機(jī)公司積極依托既有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，向高速、高效節(jié)能特性電機(jī)方向拓展，并將以此次技術(shù)突破為新的起點(diǎn)，不斷創(chuàng)新研究氫燃料電池空壓機(jī)核心技術(shù)，助力優(yōu)化空壓機(jī)的各項(xiàng)性能，努力掌握相關(guān)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)能力，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。