车用燃料电池超高速空气压缩机理论与实验研究

应用高速、超高速永磁同步电机直接驱动透平机械是21世纪新一代旋转机械提高功率密度、机组效率、改进整机性能的发展方向，在中、小型空气分离、空气循环系统、环境控制系统或其他高压、无污染场合，采用高速、超高速电动机直接驱动离心叶轮是大幅度提高机组功率密度和效率的上佳选择。申请项目以车用燃料电池无油支承超高速电机驱动型压缩机为工程应用背景，开展在超高速条件下关于360×104DN值弹性箔片气体动压轴承的极限性能、超高速永磁同步电机系统的热设计以及超高速弹性箔片轴承转子系统的非线性动力稳定性的应用基础理论与实验研究，在此基础上完成工程原理样机的研制，从而为超高速无油支承电机驱动型压缩机提供基础理论、方法和应用技术支持。

项目以车用燃料电池无油支承超高速压缩机为工程应用背景，全面完成了项目申请书中所规定的包括弹性箔片气体轴承、高速永磁同步电机转子及超高速空气压缩机系统的理论和实验研究内容，主要创新性成果包括：.（1）揭示了气体弹性箔片轴承在超高速工况下关于静态承载力、动态刚度与阻尼的极限行为与规律；.（2）发展和完善了高速永磁同步电机转子系统的结构强度设计、电磁场分析以及系统动力学设计理论与方法；.（3）在对超高速永磁同步电机驱动型压缩机各类损耗和热源分析的基础上，揭示了双重冷却机制下小间隙流动的热传导机理；.（4）完成了包括弹性箔片轴承、高速永磁变频电机以及车用燃料电池超高速压缩机的设计、制造加工及系统集成，构建了15kW，120,000rpm的弹性箔片气体轴承支承的超高速空气压缩机实验系统，全面完成了包括转子模态测试、转、定子磁场分布测量、系统起飞实验、风摩损耗测量，实现了在90,000rpm（DN 值290×104）超高速条件下的系统稳定运行。.上述研究成果形成了一个较为完备的理论及实验体系，为自主研发我国车用燃料电池超高速压缩机产品系列提供了成功的范例。.在国内外学术刊物上发表论文27篇，培养博士、硕士研究生11人。.