阅读说明：本技术 空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机 (Air foil radial bearing, design method, air compressor motor and air compressor ) 是由 尹丛勃 宋和国 陈雷 裴满 任军华 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机；其属于新能源汽车空压机电机这一技术领域,其技术要点：从外到内,依次包括：外壳、第一箔片、支撑箔片、第二箔片；还包括：支撑弹性柱；所述凸起单元包括左腿部与右腿部,所述左腿部与所述右腿部的交点为顶点,所述左腿部与所述右腿部关于凸起单元的顶点—外壳的中心的连线对称；所述支撑弹性柱设置在凸起单元与内第一箔片之间,且支撑弹性柱与左腿部右腿部第一箔片接触。(The invention discloses an air foil radial bearing and a design method thereof, an air compressor motor and an air compressor; it belongs to this technical field of new energy automobile air compressor machine motor, its technical essential: from outside to inside, include in proper order: a housing, a first foil, a support foil, a second foil; further comprising: supporting the elastic column; the protrusion unit comprises a left leg part and a right leg part, the intersection point of the left leg part and the right leg part is a vertex, and the left leg part and the right leg part are symmetrical about a connecting line of the vertex of the protrusion unit and the center of the shell; the supporting elastic column is arranged between the protrusion unit and the inner first foil, and is in contact with the left leg portion and the right leg portion first foil.)

空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车空压机电机领域，更具体地说，尤其涉及一种空气箔片径向 轴承以及设计方法、空压机电机、空压机。

背景技术

空压机是新能源汽车的核心部件，其用于为燃料电池供应燃料气体以及氧气。

而空压机电机是空压机中的核心动力部件，空压机电机中的转子运动时，通过径向轴承 以及止推轴承来限定其位置。

现有技术中，空气箔片径向轴承是空压机电机径向轴承的主要形式，因其不需要润滑油 而大受欢迎。

但是，空气箔片径向轴承的主要问题是：支撑箔片在受到较大负载时，会发生塑性变形， 从而使得支撑箔片无法在提供有效的支撑，进而，空气箔片径向轴承对于转子的竖向的限定 功能无法再满足需求。

申请人在EPO系统中经过检索后，发现：在现有技术中，还没有特别有效的防范支撑箔 片发生塑性变形的设计。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空气箔片径向轴承。

本发明的另一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空气箔片径向轴承的设计方 法

本发明的又一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空压机电机。

本发明的再一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空压机。

本发明的技术方案是：

一种空气箔片径向轴承，从外到内，依次包括：外壳、第一箔片、支撑箔片与支撑弹性 柱、第二箔片、弹性套；

其中，所述第一箔片紧贴在所述外壳的内表面，且设置有沿着轴向方向延伸的缺口；

其中，所述支撑箔片设置在所述第一箔片与所述第二箔片之间；

其中，所述弹性套位于所述第二箔片的内侧；

其中，支撑箔片包括若干个凸起单元、以及若干个贴合部；凸起单元、贴合部交替分布， 即相邻的凸起单元之间通过贴合部连接；

所述贴合部与所述第一箔片的内表面贴合；

所述凸起单元的顶部连接第二箔片；

所述凸起单元包括左腿部与右腿部，所述左腿部与所述右腿部的交点为顶点，所述左腿 部与所述右腿部关于凸起单元的顶点—外壳的中心的连线对称；所述支撑弹性柱设置在凸起 单元与内第一箔片200之间，且支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接 触(即弹性支撑柱与左腿部303、右腿部304、第一箔片200相切)。

进一步，支撑弹性柱采用弹性体制成。

进一步，支撑弹性柱采用轻质材料制成。

进一步，所述第二箔片为整体式结构，其由圆弧段和连接段构成；连接段朝向外壳；顶 住第一箔片。

进一步，所述弹性套布置在所述顶箔片内侧，其直接面向转轴；所述弹性套是一个圆筒 形的弹性套，材质采用不锈钢；所述弹性套设置有一缺口。

一种空气箔片径向轴承的设计方法，第一箔片距离第二箔片400的间隙记为b；轴承的 半径记为R；

凸起单元的顶点与支撑弹性柱最近的距离记为s₁，即满足：s≥s₁，凸起单元301+支撑弹 性柱共同起作用；s<s₁，凸起单元起作用，支撑弹性柱不作用；

所述凸起单元的形状为抛物线；

在上述条件下，需要对支撑弹性柱的形状、以及凸起单元的形状进行设计；

支撑弹性柱的半径r₀为：

凸起单元的形状为：

以外壳的中心-凸起单元的顶点的方向为Y轴,与Y轴垂直的方向设为X轴，以凸起单元 的顶点为坐标轴的原点，则凸起单元的形状可采用下式表达：

根据上述信息，能够加工制造支撑弹性柱、以及凸起单元。

采用上述方式，支撑弹性柱可以正好插入到凸起单元、第一箔片之间。

一种空压机电机，转子所采用的径向轴承为为前述的空气箔片径向轴承。

一种空压机，采用前述的空压机电机。

本申请的有益效果在于：

(1)本申请的基础发明点在于：在凸起单元中设置了弹性支撑柱(其可以是实心、也可 以是空心；采用轻质材料制成)；实现了在不同变形条件下不同的支撑刚度；特别的，保护了 支撑箔片300，防止支撑箔片300被压发生塑性变形。

(2)本申请的第二个研究课题在于，弹性支撑柱和凸起单元的设计；即给定了分级变 形的性能需求，弹性支撑柱和凸起单元需要满足何种条件才能制成。

即若没有本申请的第二个研究课题，事实上，本领域技术人员不知晓如何设计制造弹性 支撑柱以及凸起单元。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限 制。

图1是实施例1的空气箔片径向轴承的设计示意图。

图2是实施例1的A部的放大图。

图3是实施例1的凸起单元的设计图。

图4是凸起单元-支撑弹性柱的理论分析图。

具体实施方式

实施例1，一种空气箔片径向轴承，从外到内，依次包括：外壳100、第一箔片200、支撑箔片300与支撑弹性柱600、第二箔片400、弹性套500；

其中，所述第一箔片200紧贴在所述外壳100的内表面，且设置有沿着轴向方向延伸的 缺口(解决温度应力)；

其中，所述支撑箔片300设置在所述第一箔片200与所述第二箔片400之间；

其中，所述弹性套500位于所述第二箔片400的内侧；

其中，支撑箔片300包括若干个凸起单元301、以及若干个贴合部302；凸起单元301、 贴合部302交替分布，即相邻的凸起单元301之间通过贴合部302连接；

所述贴合部302与所述第一箔片200的内表面贴合；

所述凸起单元301的顶部连接第二箔片400。

所述凸起单元301包括左腿部303与右腿部304，所述支撑弹性柱600插入凸起单元301 内，且支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接触。

支撑弹性柱600采用弹性体制成。

支撑弹性柱600也可以采用圆筒状。

所述第二箔片400为整体式结构，其由圆弧段和连接段构成；连接段朝向外壳100；

进一步，所述弹性套500布置在所述顶箔片400内侧，其直接面向转轴；通过弹性套500 的设计，减少转轴对所述第二箔片4磨损；所述弹性套500是一只圆筒形的弹性套，材质采 用不锈钢；所述弹性套500设置有一缺口(以便为解决温度应力)。

特别的，在弹性套500的两轴向侧面上各有一个用于固定的凸出物，防止所述弹性套轴 向窜动与径向窜动；配合的，在轴承端盖(说明书附图未示意出)上设置有与所述凸出物相 适配的凹槽。

特别的，支撑箔片300分为多段，以便于制造。

特别的，支撑弹性柱可采用粘结等手段粘结在凸起单元301的左腿部303、右腿部304 上，以保证负载时：支撑弹性柱的圆心-外壳100的圆心-凸起单元301的顶点保持在同一直 线上(凸起单元301在承受负载时，左腿部303、右腿部304)；支撑弹性柱可采用粘结等手 段粘结在第一箔片上；事实上，支撑弹性柱不需要凸起单元、第一箔片采用粘结等手段固定， 在初始状态安装时，可以支撑弹性柱插入到凸起单元与第一箔片构成的空间内，在第二箔片 受到负载时，负载增加的时间极短，在如此短的时间内，支撑弹性柱的位置基本来不及变化。

本申请中的：第一箔片200与外壳100之间通过两者之间的接触摩擦力，即可限定第一 箔片200不转动。

实施例1的优点在于：

第一箔片200、支撑箔片300、第二箔片400、弹性套500均采用薄片形式，通过支撑弹 性柱600的设置，保证了支撑箔片300的安全；

具体而言，在变形s<s₁时，仅仅第一箔片200支撑；当s>s₁时,支撑弹性柱600与第一箔片200共同受力，支撑弹性柱600主要是防止第一箔片200受压过大时，导致损坏的问题。

实施例1的设计，其构思的关键点在于：

支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接触，才符合设计思想；特别 的，并非所有的设计，均可以满足：支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304接触；另外一种情形是：支撑弹性柱600与第二箔片的顶点接触；此时就起不到分级变形的作用。

其数学模型如图4所示，以1个凸起单元301、1个支撑弹性柱600为例研究；

凸起单元301的左腿部303、右腿部304，关于凸起单元301的顶点-外壳100的中心的 连线对称；

支撑弹性柱600采用圆形柱；

采用抛物线形状，由于凸起单元301、支撑弹性柱600均是关于凸起单元301的顶点-外 壳100的中心的连线对称，因此，以外壳100的中心—凸起单元301的顶点-支撑弹性柱600 的圆心的连线为Y轴,与Y轴垂直的方向设为X轴，以凸起单元301的顶点为坐标轴的原点；

支撑弹性柱600的圆心设为：(0，t)，支撑弹性柱600的半径为r₀；

支撑弹性柱600的方程为：

设凸起单元301的方程为：

x²＝Ay (式2)

第一箔片200距离第二箔片400的距离为b,第二箔片400的半径为r；r+b，即为第一箔片200的半径。

第一箔片200方程为：

x²+(y+r)²＝(r+b)² (式3)

从图4的几何图可知，支撑弹性柱600与第一箔片200有1个切点(0，b)，满足：

t＝b-r₀ (式4)

联立式1、式2可知，

通过图4可知，式(5)的y仅有1个解，需要满足：

可得：

或者为：

通过试验验证：

满足上式8与式9，即满足，支撑弹性柱600与凸起单元301相切。

此时，相切点的坐标为：

通过图4可知：必须满足y>0,即满足：

2t-A>0 (式10)

联立式4、式10、式8或9，可得：

一种空气箔片径向轴承的设计方法，设计时，以凸起单元301的顶点与支撑弹性柱600 最近的距离s₁(s₁＝b-2r₀)作为性能参数，即：

s≥s₁，凸起单元301+支撑弹性柱共同起作用；

s<s₁，凸起单元301起作用，支撑弹性柱不作用。

上述设计采用变刚度设计，其目的就是为了保护凸起单元301，即，凸起单元301的顶 点变形量超过s₁时，采用支撑弹性柱来对其进行保护。

设计时，已知：第一箔片200距离第二箔片400的距离(即间隙)为b,第二箔片400的半径为r；r+b，即为第一箔片200的半径(由于第一箔片200、第二箔片400的厚度极低， 因此，可以认为：外壳100的内径即为第一箔片200的内径；第二箔片的内径＝外壳100的 内径-b)；

指定：s₁；

由此可知：

制造的支撑弹性柱的半径r₀取值为：

对应的凸起单元301的形状为：

特别的，联立式2、式3可得：

知晓:凸起单元301的参数A,以及，凸起单元301的范围为：

根据上述信息，可以加工制造支撑弹性柱、以及凸起单元。

采用上述方式，支撑弹性柱可以正好插入到凸起单元、第一箔片之间。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任 何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的 范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发 明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。