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，并通過中車協同創新團隊項目“氫燃料電池離心式空壓機技術研究”驗收評審    

    這一突破性的創新，將為燃料電池產業發展提供強大的推動力。同時也標志著中車永濟電機公司，在新能源領域以及高速電機領域取得了新突破

    產品介紹

    創新驅動高質量發展

    中車永濟電機公司依托于“基于氫的新能源產品技術研究與產品開發”重點項目子課題“燃料電池系統核心零部件產業化技術研究”，成功設計研發出了配套于離心式空壓機的高速永磁同步電機。該電機轉速達到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系統的關鍵部件，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提供高壓空氣，對燃料電池系統的效率、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同等功率的前提下，減少燃料電池系統的尺寸，實現小型化，滿足了汽車動力系統輕量化的需求。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，可以與高速負載直接相連進行驅動，使得電機系統的噪聲低，轉動慣量小，動態響應快。

    ▼氫燃料電池空壓機

    

    ▲氫燃料電池空壓機及負載試驗臺

    技術特點與創新

    創新驅動高質量發展

    高速電機轉子關鍵技術

    技術研發團隊在轉子設計制造過程中掌握了針對高速轉子的動力學分析、高精密加工制造及轉子整體后充磁等關鍵技術，總結出了高速電機轉子關鍵材料選型及結構設計方法，對公司后續高速電機轉子的研制提供了有力支撐。

    空氣動壓箔片軸承應用技術

    相對于傳統軸承而言，使用箔片氣體軸承作為轉子的支承部件不但可以突破最高轉速的限制，還可以解決傳統軸承潤滑系統所帶來的污染問題，提高機械設備的輸出效率。

    

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

    電機高效冷卻技術

    高速永磁電機的功率密度大，定轉子散熱面積小、損耗密度高，風摩損耗、軸承摩擦損耗、渦流損耗大，會產生較大的溫升。設計研發團隊通過設計多并聯支路的可分配冷卻流量風路，實現了高速電機定、轉子及軸承按需冷卻，實現了電機高效熱管理及冷卻技術，有效解決了空壓機內部散熱困難、氣浮軸承溫升高、永磁體易退磁等問題。

    電機測試診斷技術

    設計研發團隊提出了空壓機電機轉子軸心軌跡測量方案，便于直觀顯示轉子在氣浮軸承中的旋轉和振動情況，有利于掌握轉子運行狀態，識別軸承磨損、軸對中、不平衡、軸承失穩故障特征信息，便于氣浮軸承電機調試。

    研發攻關

    創新驅動高質量發展

    設計過程中，中車永濟電機公司研究院技術研發團隊采取了“師帶徒”的培養方式，實現知識和技能的傳承，同時也能夠確保項目的高效執行。通過本項目，培養鍛煉了一批高速電機領域永磁電機研發的青年技術骨干。

    由于高速電機設計難度大、新技術應用多，技術研發團隊在設計和制造過程中形成周會和月會制度，及時溝通設計、制造和試驗過程中遇到的問題和下一步改進計劃，進行故障分析，以確保項目的順利進行。

    

    技術人員正在對充磁工藝進行試驗和驗證。

    

    技術人員正在進行氣浮軸承的安裝調試工作。

    

    技術研發團隊成員正在進行電機試驗驗證。

    未來，我國氫能源行業將進一步擴大市場，市場前景廣闊。中車永濟電機公司積極依托既有技術優勢，向高速、高效節能特性電機方向拓展，并將以此次技術突破為新的起點，不斷創新研究氫燃料電池空壓機核心技術，助力優化空壓機的各項性能，努力掌握相關關鍵基礎技術能力，提升企業核心競爭力。