近日，中車永濟電機公司成功研制出專為氫燃料電池使用的離心式空壓機高速永磁電機，并通過中車協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊項目“氫燃料電池離心式空壓機技術(shù)研究”驗收評審    

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

    產(chǎn)品介紹

    創(chuàng)新驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展

    中車永濟電機公司依托于“基于氫的新能源產(chǎn)品技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)”重點項目子課題“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)計研發(fā)出了配套于離心式空壓機的高速永磁同步電機。該電機轉(zhuǎn)速達(dá)到100000r/min，從立項到試驗完成僅用時一年零七個月。

    

    ▲空氣壓縮機效果圖

    氫燃料電池車用空壓機作為空氣循環(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，需要滿足無油、高效、低噪音、長壽命等要求，也被稱為氫燃料電池之“肺”。中車永濟電機公司研制的高速永磁電機配套于離心式空壓機，可以在確保燃料電池實現(xiàn)同等功率的前提下，減少燃料電池系統(tǒng)的尺寸，實現(xiàn)小型化，滿足了汽車動力系統(tǒng)輕量化的需求。相對于常速電機，高速永磁電機效率高，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，使得電機系統(tǒng)的噪聲低，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)快。

    ▼氫燃料電池空壓機

    

    ▲氫燃料電池空壓機及負(fù)載試驗臺

    技術(shù)特點與創(chuàng)新

    創(chuàng)新驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展

    高速電機轉(zhuǎn)子關(guān)鍵技術(shù)

    技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊在轉(zhuǎn)子設(shè)計制造過程中掌握了針對高速轉(zhuǎn)子的動力學(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)出了高速電機轉(zhuǎn)子關(guān)鍵材料選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，對公司后續(xù)高速電機轉(zhuǎn)子的研制提供了有力支撐。

    空氣動壓箔片軸承應(yīng)用技術(shù)

    相對于傳統(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)軸承潤滑系統(tǒng)所帶來的污染問題，提高機械設(shè)備的輸出效率。

    

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

    電機高效冷卻技術(shù)

    高速永磁電機的功率密度大，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，會產(chǎn)生較大的溫升。設(shè)計研發(fā)團(tuán)隊通過設(shè)計多并聯(lián)支路的可分配冷卻流量風(fēng)路，實現(xiàn)了高速電機定、轉(zhuǎn)子及軸承按需冷卻，實現(xiàn)了電機高效熱管理及冷卻技術(shù)，有效解決了空壓機內(nèi)部散熱困難、氣浮軸承溫升高、永磁體易退磁等問題。

    電機測試診斷技術(shù)

    設(shè)計研發(fā)團(tuán)隊提出了空壓機電機轉(zhuǎn)子軸心軌跡測量方案，便于直觀顯示轉(zhuǎn)子在氣浮軸承中的旋轉(zhuǎn)和振動情況，有利于掌握轉(zhuǎn)子運行狀態(tài)，識別軸承磨損、軸對中、不平衡、軸承失穩(wěn)故障特征信息，便于氣浮軸承電機調(diào)試。

    研發(fā)攻關(guān)

    創(chuàng)新驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展

    設(shè)計過程中，中車永濟電機公司研究院技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊采取了“師帶徒”的培養(yǎng)方式，實現(xiàn)知識和技能的傳承，同時也能夠確保項目的高效執(zhí)行。通過本項目，培養(yǎng)鍛煉了一批高速電機領(lǐng)域永磁電機研發(fā)的青年技術(shù)骨干。

    由于高速電機設(shè)計難度大、新技術(shù)應(yīng)用多，技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊在設(shè)計和制造過程中形成周會和月會制度，及時溝通設(shè)計、制造和試驗過程中遇到的問題和下一步改進(jìn)計劃，進(jìn)行故障分析，以確保項目的順利進(jìn)行。

    

    技術(shù)人員正在對充磁工藝進(jìn)行試驗和驗證。

    

    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)隊成員正在進(jìn)行電機試驗驗證。

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