新能源概念纯电动汽车

技术领域

新能源、新概念纯电动汽车创新技术。

背景技术

汽车的诞生有力地促进人类文明进步，但同时也衍生了能源危机、碳排污染等日益严峻的环境问题,新能源汽车是解决上述问题世界公认的汽车未来发展方向，现有新能源汽车技术上还没有获得实质性的技术突破，尽管有国家政策和资金的大力扶持强力推进，却因在技术性能上受困于续航里程短、高成本、安全和可靠性较差等瓶颈性问题的束缚，难与传统动力汽车相匹敌，制约了新能源汽车产业整体的全面转型发展。

发明内容

新能源概念纯电动汽车创新技术将会破解汽车行业发展受困于能源危机、碳排环境污染问题的困扰，有效解决现有新能源汽车续航里程短、高成本、安全和可靠性差难点问题，以及传统动力机械效能低下问题所采用的技术方案：

一、新概念纯电动汽车总体设计方案

科技进步源自技术创新实践探索，新能源概念纯电动汽车以下简称：新概念汽车，是上一代机械能纯电动汽车（专利申请号：201710206986.1）的升级迭代创新技术，新概念汽车的技术路线是创新与传统技术完美传承的集成融合创新，从而避免现有新能源汽车盲目使用蛮力，堆电池容量和拚电池能量密度落后的技术路线，依托传统汽车的技术精髓并围绕节能、减排的创新思维设计新概念汽车，并通过项目课题创新实践验证和揭示了能量形式不对称转换技术原理的客观存在。

新概念汽车的核心技术是开创性的电磁驱动创新融合多级飞轮（轮轴）储能机电系统创新动力驱动系统技术。此项创新技术是对飞轮储能器技术创新应用拓展，由原技术的单级、单个高速或超高速的飞轮转子，到多级、多个重力飞轮组合的中高速机械构件的创新应用设计，创新集成融合新概念汽车的驱动、传动和行驶系统，实现电磁原动力多级飞轮、多维度杠杆机械助力，以及充分挖掘利用汽车的重力潜能实现新概念汽车在行进中的持续充电功能，因而大幅度降低汽车实际动力功耗水平实现超长的续航里程，此项新概念汽车创新技术才是真正意义上的新能源汽车。

二、新概念汽车的基本结构

新概念汽车基本沿用传统汽车除了发动机以外可利用的系统主体结构，与传统动力汽车主要差别是驱动系统性质不同，以及相关能量存储、动力传递系统和车身结构和附件上的细微差别。动力驱动装置前置机舱安装为传统最优模式，形态宽薄的动力系统可直接安装在车轮之上的机舱位置，行驶系统的悬挂等附件均可与驱动系统的外壳固定，车载电源和电源管理控制系统的附件均可集成布局安装在机舱内，动力驱动系统可灵活选择底盘中置或后置安装方式， 后置模式明显在宽度空间上受限影响动力驱动助力的效能，却不失为一种动力系统安装设计差异化选择方式。

新概念汽车的动力驱动系统是由飞轮转子特型电机、重力飞轮和动力传动转角齿轮箱所组成，商用汽车特别是载重卡车完全沿用传统动力汽车几乎相同的变速、减速系统传动和行驶系统的组合配置，乘用汽车和轻型的商用汽车创新设计动力传动机械系统直接省略变速器，创新设计由变扭器和减速差速器组成的新型驱动桥，以及由独立充电发电机所构成的车桥系统，以及针对新动力驱动系统创新设计的由超级电容和电池并联组成的新概念车载电源系统。新概念汽车新电源管理系统，汽车重力潜能转化的充电发电机和充电管理系统，发电机电源稳压器、电源逆变器、变频调速控制器和整车控制系统及辅助系统所组成，其它的空调、转向和刹车系统等辅助系统均与现有新能源汽车相同。

二、新概念汽车创新技术方法

1.新概念汽车动力驱动系统

新概念汽车属于动力集中驱动模式，其核心技术依托成熟的传统汽车技术基础创新融合前沿的飞轮储能器技术，由创新设计的飞轮转子特型驱动电机、重力飞轮和动力传动转角齿轮箱所构成。新概念汽车驱动电机创新设计克服传统驱动电机使用蛮力盲目追求能量密度效能低下的落后设计方法，充分利用汽车宽度空间设计最大尺寸的飞轮转子特型驱动电机，实现高效的电磁驱动创新融合传统的轮轴杠杆机械助力技术。重力飞轮设计其质量和大小与飞轮转子相同，通过飞轮转子电机驱动重力飞轮，并通过动力转角传动装置实现两者相反方向的转动做功，同时实现重力飞轮储能、平衡和杠杆机械助力的多重作用，从而实现电磁原动力驱动更高的能量转换效率。

新概念汽车综合对比最优电机选型为变频调速感应电机，永磁电机和磁阻电机均可适合创新设计飞轮转子特型驱动电机。飞轮转子特型驱动电机具有转矩大、散热好的优点，但超大飞轮转子不适合设计较高的转速，利用变频器变频控制多级电机的低速起动，变频调速提升至理想的3000r/min的中速为做功速度的上限。电机设计适用定子凸极结构的分数槽集中绕组，至少是72极左右的定子，转子直径通常在1100mm，厚度在50mm左右，质量控制在35kg，中等质量的汽车驱动电机确定功率为20kw，驱动电源确定为国标电压380v，电机外壳要更加的坚固，飞轮转子要有更高加工精度及动平衡标准。电机定转子可选用高导磁硅钢片冲压成若干个弧段片层层叠压，或是线圈组铁芯叠压模块组合成定子铁芯，而转子铁芯只适用硅钢片冲压成若干个弧段片层层叠压而成，再依据转子鼠笼结构安装铜条和铜环，利用模具压造成一体。

2.重力飞轮

借鉴融合创新技术设计发挥平衡动力方向、配重、重力储能飞轮的多重作用，较大直径平置安装的飞轮转子势必影响其移动方向的平衡，为了消除这个影响同时又利用其大扭力增加储能和增力的多重功能的实现，重力飞轮设计与飞轮转子质量和规格大小相同的飞轮。对于四轮驱动类型的汽车重力飞轮可设计凹面型的结构，在凹面内轮毂处安装励磁发电机永磁嵌入式硅钢内转子，在电机下端盖外壳里侧安装励磁发电机的定子线圈。

新型的飞轮转子驱动电机和重力飞轮安装在上下一体结构的外壳中，两者中间共用一个电机端盖，上端安装电机的定子、推力轴承、转子和上端盖和轴承。中间共用端盖下部安装轴承，机体下部安装重力飞轮、下端盖安装推力轴承和励磁发电机定子和线圈，重力飞轮的转动轴为轴套留有空隙通过电机轴传递动力。亦可，依据实际需要上面安装重力飞轮，下面安装飞轮转子电机模式，在外壳的中部设置电机电源输入盒，发电机电源输出盒。

3.动力驱动齿轮箱

驱动电机立轴安装动力输出要通过90度动力转角输出，通过四个相同模数的十字位置相互啮合的45度角伞形齿轮，每个伞形齿轮均在其轴套和箱体壳里外安装两个轴承定位固定和润滑，箱体上部的立轴伞形齿轮轴套为圆孔空心轴，中间穿过花键轴插入底部的伞形齿轮轴套内，通过伞形齿轮联动驱动重力飞轮反向转动，实现动力驱动、储能、助力和平衡方向的多重目的。前后伞形齿轮均为花键轴套便于传动轴插入联接传递动力输出，经由传动轴至驱动桥上部的变扭器飞轮的动力接口盘驳接。驱动系统装置和转角齿轮箱可依据结构需要设计分体和集成一体化的设计。

4.液力变扭器飞轮

针对新概念汽车动力驱动系统中、低速和转矩大的特点而进行的创新设计，可以直接舍弃传动系统变速器的设置，并对变扭器进行强化动力组合的创新设计，在其外壳体组合进飞轮的重力轮圈，组成变扭器和重力飞轮功能组合的机械构件。创新设计变扭器飞轮直接安装在驱动桥上部的动力传动组合模式，可以充分利用其宽度空间创新设计液力传动比大于5倍的大尺寸液力变扭器飞轮。变扭器飞轮需要整体封装内置于两瓣合成一体的外壳体内，底端的动力输入花键轴通过壳体推力轴承与驱动桥传动轴套相联，上端的动力输入花键轴与动力转角箱伞形齿轮花键轴套相联，另一套伞形齿轮花键轴套与减速差速器传动轴相联接。

5.驱动桥系统机构

新概念汽车要依据动力驱动特点的实际需求创新更多功能组合的驱动桥系统机构，创新设计的减速传动比为1：2的减速差速器驱动桥，汽车动力前轮或后轮的双轮驱动模式决定驱动桥是由差速器和液力变扭器飞轮所组成，而配置后桥或是前桥的硬式驱动桥是由单个的充电发电机所组成，四轮驱动的驱动桥除了差速器和变扭器飞轮还要组合进两个充电发电机组成类似商用车的重型驱动桥，差速器的外壳铸造与发电机外壳相匹配的接口盘，在差速器外壳上部铸造与液力变扭器外壳接口盘集成一体的驱动桥系统。

6. 对于商用汽车特别是重卡汽车，同样是采用乘用车的相同的创新动力驱动系统，动力匹配依据车型实际需求选择适配的动力功率，对于动力传递的变速、减速、差速器驱动桥和车轮轮毂减速装置的设计是仍旧保持传统汽车的原样及布局，目的是保持强大的驱动牵引力的机械助力是必要的。

7.充电发电机

新概念汽车的重力潜能是通过充电发电机为车载超级电容器电源充电的途径实现的，创新设计转子结构细长直径较小的内转子发电机，发电机选型优选开关磁阻类型的发电机，电机定子和励磁线圈均位于定子上，电机的效能和可靠性能较高，电机定子设计双层线圈绕组结构，里侧设计6或8极励磁线圈绕组，外侧设置发电机三相绕组感应线圈，发电机功率在15-30kw控制其发电功率输出30%以下的电流，发电机安装在驱动桥上直接利用运动汽车的整体推力及车轮10倍的杠杆机械助力所形成的强大动力驱动发电机为车载电源充电，实现对于汽车重力潜能的持续开发利用。

8.整车及动力驱动电源系统

新概念汽车电源采用国标电源彰显国家和民族利益至上的初心，同时又契合汽车及电子产业成熟的产品和产业链，创新设计适配的大容超级电容器为主和以电池为辅的组合电源技术方法，驱动电源采用12V或者24V串联超级电容和电池组多组并联成大容量电源的技术方法，串联节点少故障率低、安全和可靠性较高，车载电源由逆变器整流升压至380V的交流电流输出，再经变频调速控制驱动电机的技术方法。为了适应新概念汽车的特点直接利用超级电容器电源为驱动系统提供电力，而充电发电机直接为超级电容器充电的技术方法。

9.电源管理及整车系统的控制器

主要是控制调控分配合理的电源管理，充电管理依据超级电容器快速大电流充电放的特点，自动控制行车前对超级电容器电源充满电，行车中管控优先利用超级电容器电源为动力驱动系统提供电力，充电发电机所发电源因为车速不能恒定不变所发电的电压也不稳定，所以要经电压稳压器管控再优先为超级电容器充电的管控模式，电池容量主要用于驱动电机及整车电气的辅助补充使用，超级电容器电源亏电再转为电池供电模式，控制充电发电机为超级电容器电源充电电流溢出时再为电池充电的管控技术方法。

三、新概念汽车创新技术的实际意义

新概念汽车创新技术依托成熟传统汽车的技术基础，创新融合多级飞轮储能（轮轴）杠杆机械助力技术，大幅度降低仅是现有新能源汽车1/10以下的动力需求，直接导致新能源汽车系列有益实质性的变化。首先是触发了揭示了能量形式不对称转换的技术原理，确保创新技术具有降维碾压的技术代差优势，将会一统技术市场的主导地位，势必会迎来新能源汽车产业的全面转型爆发式增长；二是电池容量减少至现有新能源汽车的15%左右大幅降低汽车制造成本，选择能量密度适中的电池可充分提升新能源汽车的安全和可靠性；三是实现新能源汽车20-40%的充分减重和减少阻力，也不必追求汽车轻量化设计降低成本；四是可直接利用普通电源建分布广泛的小功率充电桩，全面解决了制约新能源汽车转型升级的行业疼点问题，提前实现新能源汽车所担负的世界减排、碳中和的任务目标。

四、新概念汽车的技术原理

新概念汽车的核心技术是依托成熟的传统汽车创新集成融合前沿的飞轮储能器技术，发明创造了纯电驱动创新融合多级飞轮、多维轮轴储能和杠杆助力机电系统技术，大幅度降低其电驱动仅是现有新能源汽车1/10以下的动力需求，揭示和运用了运动汽车在客观上存在能量形式不对称转换的技术原理，其技术精髓是纯电驱动融合多级杠杆机械助力技术其原理涉及最基本的杠杆原理。

乘用车通常有1300mm左右的宽度空间，项目样车的驱动电机的功率10kw转子直径仅为100mm，新概念汽车充分利用其宽度空间创新设计直径1200mm以上大尺寸功率10kw的飞轮转子驱动电机，其转子直径增大了10多倍，其动力输出自然会增大10多倍以上。这个是我们公认的事实，但是我们却为什么不认可是能量形式发生了不对称的转换呢，这个是源自我们根深蒂固对于传统经典理论的认知，是以所谓的位移、轨迹之类的空间上的概念为动力做功衡量的标尺。但是，汽车运动是动力（能量）的转化过程，其动力和耗能（能量）是互为因果关系的物理量，两者是正比例关系其比值是一定和不变的，这也体现了客观规律遵循数学运算法则的事实。而时间才是精确衡量动力与耗能（能量）之间转化的唯一正确的标尺。

项目工程样车实践，相关数据为样车质量1900kg（加2个乘员）驱动电机功率10kw，转矩33N，在平坦路面上路实测持续车速为60km/h，驱动电机长期工作不发热，数字电表实测数据为电压：63.9V电流：213A，驱动电机的实际功耗为13.6kw，通过已知样车质量和速度推算得知样车的整体功率相当于263.9kw，汽车整体动力与驱动电机的动力比值高达19.4倍，项目工程样车创新实践充分验证能量形式不对称转换技术原理的客观存在，而这还是利用传统制式驱动电机所创造的完胜任何理论雄辩的客观事实。

具体实施方式

新概念汽车依托成熟的传统汽车创新融合前沿的飞轮储能器技术，其核心组件是由创新动力驱动系统、动力传递和行驶系统、汽车重力潜能开发利用系统、创新车载电源系统和电源控制管理五大系统所组成，均是公知公用的成熟技术，具有完整成熟的产业链，新概念汽车生产制造全面转型项目的具体实施不存在任何难点问题。

新概念汽车动力驱动系统是对前沿的飞轮储能器技术的传承创新，直接利用驱动系统实现飞轮转子和重力飞轮两级飞轮的储能、杠杆助力和方向平衡的多重目的，又解决现有技术驱动电机盲目苛求能量密度使用蛮力而陷入技术方向的迷途，同时又触发了揭示和运用能量形式不对称转换技术原理，极大地提升了电磁原动力的能量转换效能。

新概念汽车动力驱动系统通常为直径1200mm厚度小于200mm的规格，是对汽车宽度空间的极限利用，恰好适合传统动力前置机舱车轮的上部空间，也特别适合汽车底盘居中位置安置的动力系统安装布局，以及便于布局动力传统系统的设置。依据项目样车实践其基础动力需求为10kw，依据汽车的类型动力提升至1-3倍，以及飞轮转子10多倍以上的杠杆机械助力，以及液力变扭器几倍的机械作用助力加持，10-30kw飞轮转子驱动电机可以满足新概念汽车宽幅动力变化的实际需求。

新概念汽车动力传动力系统创新技术是针对驱动系统的中低速、大知转矩的特点，创新设计水平安装变扭器利用其空间优势，创新设计大于5倍以上传统比的重力飞轮的轮圈与变扭器为轮毂的机械构件，动力经由变扭器飞轮传递至驱动桥驱动车轮的转动做功。

对于汽车重力潜能的利用途径是在车桥安装充电发电机，对于2轮前置驱动系统，则由后轮为单个发电机构成的车桥，驱动后置的则正好相反。对于4轮驱动类型的则是由变扭器飞轮、差速器和其双侧的2台发电机集成一体的驱动桥。充电发电机的驱动是由运动汽车整体推力再经车轮10多倍杠杆助力的强大动力驱动做功发电。

创新的电源系统是针对新概念汽车的特点，创新超级电容器为主电池为辅的电源组合设计，预设正常速度行驶至少30分钟以上大容量超级电容器，利用超级电容器快速大功率充放电能力，在行车前充满电利用超级电容器为驱动电机提供电力，而充电发电机直接为超级电容器在汽车行进中的持续充电，新概念汽车的电控系统主要是控制管理车载电源的电力分配和充电电源的管理控制的功能。

总之，创新设计的新概念汽车与现有新能源汽车有着很大的差别，与传统汽车的关联度更高，完全可以依托传统汽车成熟的技术及完整的产业链在较短时间形成大规模的快速发展。新概念汽车技术毕竟是首创尚没有得到全面实际应用验证的创新技术，其中的单一技术是成熟的，相互的技术融合是否存在冲突和矛盾，都有待于实际测试的反复验证，并在实验测试中不断完善，其整体系统技术才能趋于成熟实用。