但是，在燃料电池汽车中使用时，由于电堆中质子交换膜对油污十分敏感，使得传统空压机中的油润滑或油冷却方法不再适合此工况应用，需要开发燃料电池汽车专用的高效、无油空压机。
水润滑动静压轴承能较好的避免承载性能低、抗冲击振动能力差和易磨损等问题，且在其它高速机械中已有成功应用的案例。
一、空压机结构设计
主要由叶轮、主轴、水润滑轴承、永磁同步电机、电机冷却水套及壳体等部分组成。
空压机的最大特点是使用水作为轴承润滑剂，不仅满足无油的使用要求，还提高了轴承的承载力、抗冲击能力和稳定性，离心式空压机的工作转速越高，其效率越高。
为保证转子在高速下的稳定性，电机位于转子中间，两个水润滑动静压径向轴承分别位于电机两侧，两个止推轴承位于转子后端，叶轮位于最前端，使得整个转子的质心尽量靠近中心。
为缩短转子支撑跨距，减轻质量，两个径向轴承的一部分伸入到电机端部线圈内，有效地利用了电机两侧端部绕组的空间。
空压机转子其一阶弯曲临界转速约1400Hz，在8万r/min转速以下工作时可认为是刚性转子，具有较好的稳定性。
二、水润滑轴承
1、稳定性分析
线式结构在轴承中间开有较深的环槽，润滑水由小孔供入后，由环槽向两侧的阶梯腔供给。
在小孔结构中，润滑水由小孔供入阶梯腔中。水润滑轴承不仅起支承作用，更是压缩机转子轴承系统的重要部分。
轴承水膜的动力特性对整个转子系统有很大的影响，尤其是在压缩机工作转速很高的情况下，对轴承水膜稳定性的分析十分必要。这里使用失稳转速法对轴承稳定性进行分析。两种结构的界限涡动比相差不大，低转速时线式结构较小，高转速时小孔结构较小。
2实验验证
而小孔供水阶梯浅腔轴承到实验最高转速8×104r/min仍无半频涡动现象出现，与预测结果保持一致，验证了理论计算的可靠性。除具有良好的稳定性外，小孔供水阶梯浅腔轴承还具有结构简单、易加工等特点，是高速水润滑轴承结构的理想选择。
对研发成功的空压机样机的功耗、效率及温升等特性进行了测试，结论如上图。
三、压缩机功耗
在不安装叶轮的情况下进行空载实验，此时空压机对外不做功，通过测量电流和反生电动势大小可以计算出电机的电磁功率。电磁功率主要被轴承摩擦和转子搅水所消耗（极小部分为电机铁损）。
为验证磁钢两侧非接触密封的有效性，还进行了有无密封的对比实验。给出了压缩机机械损耗与转速之间的理论和实验关系。在有密封条件下空压机功耗大幅下降，这表明了磁钢两侧非接触密封设计的有效性。
此外，轴承功耗计算值与有密封条件下实验值相差不大。在8×104r/min时实测机械损耗约为1.28kW，轴承功耗计算所得轴承功耗为1.09kW，相差17%。差值主要是因为计算时没有考虑转子其它部位的搅水损耗造成的。
在采用？86叶轮进行的带载实验中，测试了空压机的工作特性。
受限于电机驱动器输出电流的限制，带载实验最高工作转速为6×104r/min。给出了压缩机在不同转速下的做功及效率曲线。总功率为实测电机输入功率，有效功用电机的电磁输出功率近似（忽略了电机铁损部分）。
随着转速的升高，压缩机工作效率逐渐升高，在6×104r/min时，压缩机可输出约5.2kW的有效功率，总效率接近80%，高于国外同类采用气体箔片轴承空压缩机60%的总效率。
空压机在工作时，压缩气体和电机是两个主要热源。
为降低空压机的温升，在结构上设计了水冷系统，主要用于冷却电机定子。空气在压缩过程中产生的热使涡壳温度升高，这部分热量会传到空压机内部，因此，电机的工作温度也受压缩气体温度的影响。
为实测涡壳和电机定子绕组内部温度与转速的关系。实验环境温度为24℃，在每个转速下均长时间运行到热平衡。涡壳和电机定子的温度都随转速而升高，但电机定子的温升随转速的升高快于涡壳的温升，表明转速越高，电机定子的发热主要来源于绕组铜损和定子，叠片的涡流损耗。
此外，对于有水冷的高速电机，转子磁钢处的温度会略高于定子绕组温度5~10℃，据此可以推算出转子磁钢的工作温度。
五、结论
