專利名稱：氫冷低溫全超導電子電動汽車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動道路運輸工具。
背景技術：
石油、煤AA—次性不可再生的礦物能源，形成它要經(jīng)過幾千年、
上億年的時間。近兩個世紀，人類大歉溪開發(fā)利用石油，iL艮內(nèi)燃機
汽車，使人類i^了工業(yè)化、現(xiàn)代化社會，同時也產(chǎn)生了全球關注的 能源枯竭和環(huán)境污染，為此人類社會已經(jīng)付出了巨大的代價，影響了
社會的可持續(xù)4tJL因此開發(fā)清潔、零排放、綠色可再生能源的環(huán)保 生態(tài)電動汽車已成為人類社會的共識。目前由于開發(fā)電動汽車還存在 技術難度高、制造成本高、續(xù)駛里程短、停車充電時間長、沒有符合 電動汽車技術性能的大功率電動機(發(fā)動機)和電池(能量源)，所以
開發(fā)以電能支持的新型氫冷低溫全超導電子電動汽車已成為人類社會 的緊迫課題。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種氫冷低溫全超導電子電動汽車。 該氫冷低溫全超導電子電動汽車(全超導電動車)是以電能通過短時 快速充電方式為該車能源(飛輪、電池)充電補充能量為能量源(能 源)，以氫冷全超導電機(電動機/發(fā)電機)為動力源(功率源)，以飛 輪(飛輪儲能器)為輔助功率源與整車控制器通過車身輔助控制裝置， 由人工控制高效率將電能轉化為車身的動能，是實現(xiàn)清潔、環(huán)保、安
全、節(jié)能、^#放、智能化的現(xiàn)代新型電動道路運輸工具。
氫冷低溫全超導電子電動汽車，由全超導電子發(fā)動機l、整車控
制器2、電池3、飛輪4、制冷機5與驅動橋、差速器、半軸、車輪組 成的驅動裝置與車身輔助控制裝置，分別通過底盤、機械、電路、管 道、軸經(jīng)過^聯(lián)結、電子聯(lián)結、電力聯(lián)結、熱聯(lián)結構成氫冷低溫全 超導電子電動汽車。其特征是全超導電子發(fā)動機，由轉子超導線閨 6、轉子絕熱體7、轉子軸8、滑環(huán)9、超導直流引線10分別連成一體 組成超導體電機轉子與定子超導繞組11、外殼12、定子絕熱體13、
5絕熱端蓋14、軸承15、超導交流引線20分別連成一體組成的超導體 電機定子，再與主動齒輪16、從動齒輪17、動力輸出軸18組成的變 速器；通過上述各部分分別經(jīng)機械、電路、外殼、軸連成一體。其中 將超導線材疊加成長圃筒形勵磁繞組，固定于轉子絕熱體上，轉子絕 熱體7是由絕熱材料制成的空心圃柱體，轉子軸8由絕熱材料制成單 層兩端密封的長圃柱體，體內(nèi)抽高真空狀態(tài)，滑環(huán)9由多個銅制圃環(huán) 形彼此用絕緣材料間隔與軸絕緣的圃柱體，超導直流引線10采用 Bi-2223帶材，安裝于雙層真空絕熱套管中；定子超導繞組11由 BiST-Ca-Co-o/2223線材制成在空間對稱分布多相對稱線圉，形成整 距集中框形繞組，以產(chǎn)生梯形波的反電動勢，外殼12由絕熱材料制成 的圃筒形內(nèi)膽、圃筒形外膽兩端面密封的圃筒體，內(nèi)膽與外膽之間抽 高真空狀態(tài)，定子絕熱體13由絕熱材料制成的中空圃柱體，絕熱端蓋 14由絕熱材料制成的周邊密封的中空圃蓋，內(nèi)部抽高真空狀態(tài)，軸承 15為通用滾柱軸承，主動齒輪16為通用直齒齒輪，從動齒輪17為通 用直齒齒輪，動力輸出軸18為通用動力軸，外電纜19為通用電纜， 超導交流引線20為Bi CaCo， 21為氫氣進口， 22為氫氣出口。其中， 定子為少極多相整距集中繞組與轉子在電機中成對等放置，成極性交 替徑向排列或分歉式徑向排列，電磁的磁通方向為徑向，氣隙中產(chǎn)生 多極的徑向磁場，采用可調(diào)變量交流方波供電，使電機中產(chǎn)生梯形波 的磁場分布，梯形波的感應電動勢，轉子采用可調(diào)變量直流以產(chǎn)生弱 磁調(diào)速效果，整機采用離散六狀態(tài)轉子磁極位置控制，無需坐標變換， 轉子超導線閨采用單疊繞組固定在轉子絕熱體上與轉子軸連成一體， 轉子軸一端與滑環(huán)連成一體，另一端與主動齒輪^連成一體，定子超導 繞組固定在外殼內(nèi)壁，定子絕熱體安裝于外殼內(nèi)兩端固定，中心孔與 轉子軸成滑動接觸狀態(tài)，通過絕熱端蓋、軸承分別將定子、轉子、外 殼連成一體；轉子超導線圃通過超導直流引線、滑環(huán)與外電纜連成一 體；定子超導繞組與超導交流引線一端連成一體；主動齒輪與從動齒 輪通過直齒齒面嚙合，從動齒輪與動力輸出軸連成一體；通過上述各 部分分別經(jīng)機械、電路、管道、軸連成一體。飛輪由飛輪轉子23、電 機轉子24、電機軸25、軸承26與電機定子27通it^卜殼28分別連成 一體組成的飛輪本體與圃球形外殼29、流珠軸承30、電纜引線31、 減振器32通過管道與泵33、散熱器34分別連成一體組成的飛輪儲能 器輔助裝置；通過上述各部分分別由機械、電路、管道連成一體。其中，由圃柱狀飛輪23、通過電機軸25、軸承26與電機轉子24連成一 體組成飛輪轉子，其圃柱狀飛輪采用效率因數(shù)最大(K-l)的等應力結 構，即飛輪轉子的每一部分都具有相等的應力，圃盤狀飛輪轉子的厚 度隨半徑的增加而遞減，飛輪轉子采用碳纖維-樹脂復合材料(Kavlar ) 或石墨-熱縮合成材料繞制而且要絕對均勻，保證精密的動平衡，電機 由電機轉子24、電機定子27組成未磁同步電機，由電機本體、位置 傳感器、電子開關換向電路(控制器)組成，電機本體由一定磁;W 數(shù)的4ut體轉子和一個多相繞組的定子組成，轉子是將瓦片狀的M 體貼在轉子外表面上或將4c^體內(nèi)嵌到轉子鐵心中，定子上開有齒槽，
齒槽數(shù)是轉子極數(shù)和相數(shù)的整數(shù)倍，定子由硅鋼片疊壓而成，繞組固 定在定子鐵心槽內(nèi)，繞組采用分數(shù)槽繞組，其繞組的端頭與相應的電 子開關電路相連接，位置傳感器是一種無積^^接觸的檢測轉子位置的 裝置，由傳感器轉子與傳感器定子組成，分別安裝在轉子轉軸或定子 機殼內(nèi)，能夠提供信號，并按照一定的邏輯關系去處觸發(fā)電子換向開 關電路，位置傳感器可以是電磁式或光電式、霍爾式位置傳感器，電 子換向開關電路，由適當數(shù)量的功率半導體元件組成，與相應的定子 電樞繞組連接，各功率元件的導通與截止，取決于位置傳感器的信號 控制，繞組和電子開關電路的配合由功率邏輯開關單元和位置傳感器 信號處理單元組成，功率邏輯開關單元是控制電路將電源的功率以一 定邏輯關系分配給電機定子各相繞組，以使電機產(chǎn)生連續(xù)不斷的轉矩， 而各相繞組通電的順序和時間取決于位置傳感器的信號，位置傳感器 所產(chǎn)生的信號經(jīng)過一定邏輯處理去控制邏輯開關單元，軸承26采用高 性能磁流體軸承、脂潤滑精密陶瓷軸承、機械鉆石軸承；其中磁流體 軸承由轉動體與固定體組成，磁通集中在軸向間隙中鐵流作用于這一 軸向間隙時，在磁場作用下形成了一個環(huán)狀鐵流體，起到軸向潤滑作 用，外殼28為真空室外殼，為了減少因飛輪轉子周圍空氣形成強烈渦 'M成空氣阻力損耗飛輪轉子的能量，使飛輪轉子在高度密封的環(huán)境 中運轉，真空室外殼內(nèi)的真空度為10—3—l(TPa，圃球形外殼29為萬 向自由度有光滑內(nèi)壁的圃球形外殼，飛輪儲能器裝置在圃球形外殼中， 通過多點滾珠軸承與圃球形外殼光滑內(nèi)壁呈滑動接觸狀態(tài)，使飛輪儲 能器在車輛復雜多變的運行工況中與車身隔離，不JLt直接關系，使飛 輪儲能器與車身之間的水平擺動度達到180° ，方向回轉擺動度達到 360° ，滾珠軸承30為圃球型通用滾珠軸承，裝置在軸承架中，減振器32為電動車通用液壓彈簧式減振器或空氣彈簧式減振器，泵33為 微型通用離心泵，散熱器34為小型通用液-氣式熱交換器，電纜引線 31為螺旋彈黃式多芯通用電纜或折疊彈簧式多芯電纜與彈簧相互配 合，其中一端與電機電路，另一端經(jīng)真空室外殼端子通過圃球形外殼 頂部引出，為飛輪儲能器雙向傳遞能量(電能)或信號；其中，飛輪 轉子與電機轉子同軸連成一體，兩端與軸承、外殼連成一體與定子裝 置在外殼中，抽至真空度10—3—l(TPa。電機電路由電纜通過外殼端子 經(jīng)圃球形外殼頂部引出，真空室外殼通過多點滾珠軸承與闔球形外殼 光滑的內(nèi)表面呈滑動接觸，圃球形外殼底部與液壓減振器相連接，通 過管道將球形外殼下部一側與泵進口、泵出口與換熱器進口、換熱器 出口與球形外殼下部另一側分別連成一體，通過機械將液壓減振器另 一端與車身底盤連成一體。制冷機35上部冷凝頭與冷量交換器36連 成一體，冷量交換器一端與氫氣泵37通過管道連成一體，通過管道與 氫氣泵進口相連，通過管道與冷量交換器出口相連。
結合附圖1，本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是 由全超導電子發(fā)動機l、整車控制器2、電池3、飛輪4、制冷機5與 驅動橋、差速器、半軸、車輪組成的驅動裝置與車身輔助控制裝置， 分別通過底盤、機械、電路、管道、軸經(jīng)過機械聯(lián)結、電子聯(lián)結、電 力聯(lián)結、熱聯(lián)結構成氫冷低溫全超導電子電動汽車。
結合附圖2，由轉子超導線閨6、轉子絕熱體7、轉子軸8、滑環(huán) 9、超導直流引線10分別連成一體組成超導體電機轉子與定子超導繞 組ll、外殼12、定子絕熱體13、絕熱端蓋14、軸承15超導交流引線 20分別連成一體組成的超導體電機定子，再與主動齒輪16、從動齒輪 17、動力輸出軸18組成的變速器；通過上述各部分分別經(jīng)^M乾、電路、
外殼、軸連成一體構成氫冷全超導電子發(fā)動機(電力電子驅動裝置). 其中21為氫氣進口、 22為氫氣出口、 19為外電纜。
按照上述裝置，轉子由直流超導體線團勵磁，其作用是在電機氣 隙中產(chǎn)生徑向交變磁場，同時定子由交流超導體線圃繞組產(chǎn)生可變交 l磁場；首先使轉子、定子繞組超導化，啟動制冷機，將冷卻劑—氐溫 氫氣注入電機中，達到熱平衡，使定子、轉子線團繞組冷卻至該超導 材料的臨界轉變溫度，實現(xiàn)常導-超導轉變，同時啟動超導體轉子、定子線圍繞組，產(chǎn)生零電阻率和強交變磁場。即超導體內(nèi)被聲子所誘發(fā) 的電子間引力相互作用，即以聲子為媒介而產(chǎn)生的引力克服庫侖排斥 力而形成的電子對-庫柏對，在充分低溫下形成的電子對在能量上比單
個電子運動穩(wěn)定；所以出現(xiàn)超導電狀態(tài)，在長距離內(nèi)顯示有序性，姨
降低，實現(xiàn)二次相轉變。第n類超導體在較高的磁場下，保持著超導
電性是由于位錯線在強磁場內(nèi)保持了超導電性；在位錯中心，原子離 開了它的平衡^位置，因而在這個地方聲子和電子的交互作用和無位錯 的點陣中不相同，聲子和電子的交互作用是產(chǎn)生超導電性的決定因素。 在硬超導體中，對電流起較大作用的是位錯偶極子它是在范性形變過 程中，由于螺形位錯在晶體內(nèi)運動產(chǎn)生的.在高溫超導體中，以激發(fā) 子代替聲子，用電子質(zhì)量替代原子質(zhì)量，由亂S1子為媒介去提高高溫 超導體的導電性。
實際應用的高溫超導材料是由非理想第二類超導體制作的，其晶 格中有位錯和脫溶相，非理想笫二類超導體的臨界電流是由HC2決定 的。其具有較高的傳輸電流能力，超導體的日?，F(xiàn)象是由晶格中的缺 陷造成的。缺陷使得超導體內(nèi)部的磁通線呈現(xiàn)不規(guī)則的排列，缺陷即 以對磁通線產(chǎn)生釘扎力的物質(zhì)其M釘扎力越強，回滯現(xiàn)象越重，臨 界電流越大。
按照上述裝置同時經(jīng)人工控制，由位置傳感檢測轉子位置信號， 控制器對位置信號進行反饋處理，產(chǎn)生相應開關信號，開關信號以一 定的順序觸發(fā)功率半導體將電流(電源)功率以一定邏輯關系通過交 流引線將可控交流電流輸入分配給定子超導體各相繞組，使定子產(chǎn)生 強交變磁場與通it^導直流引線輸入轉子直流電流產(chǎn)生的可變直流磁 場相互作用，產(chǎn)生電磁轉矩，驅動電樞旋轉帶動負載-車身，實現(xiàn)氫冷 全超導電動車前進、后退、調(diào)速、停車控制。
結合附圖3，由飛輪轉子23、電機轉子24、電機軸25、軸承26 與電機定子27通過外殼28分別連成一體組成的飛輪本體與圃球形外 殼29、流珠軸承30、電纜引線31、減振器32通過管道與泵33、散熱 器34分別連成一體組成的飛輪儲能器輔助裝置；通過上述^^部分分別 由機械、電路、管道連成一體構成飛輪儲能器(輔助功率源)。
9按照上述裝置，飛輪儲能器(飛輪電池)是機-電能量轉換和儲存 裝置 充電時，飛輪電池中的電機以電動機的模式運行，在外電源的 驅動下，該電機帶動飛輪旋轉，加速使它達到極高的角速度W與飛輪 的轉動慣量J。飛輪電池儲存的是電能，轉換過來的是動能(機械能)，
其動能為W-Jw2/2，至此完成電能-機械能的轉換。再通過軸承(磁 懸浮軸承或^Ot鐵流體軸承)和真空環(huán)境使機械能W保存下來，免除 無礙的損失。放電時，飛輪電池中的電機以發(fā)電,式運行，在飛輪 轉矩的帶動下對外輸出電能(電壓、電流)完成機械能-電能的轉換。
要多##能量，即加大飛輪的轉動慣量J，或提高飛輪的角速度co， 飛輪的轉動慣量J是各處物質(zhì)的質(zhì)量和該質(zhì)量所在處旋轉半徑r平方 的乘積的總和J= J dmr2，增加轉動慣量使飛輪的質(zhì)量和體積增大， 受到務降的限制，依據(jù)動力源與飛輪的角it;變(D的平方成正比，顯然 提高飛輪的角速度(轉速)是提高比能量和比功率密度的有效方法。
飛輪-儲存的能量為；E-l/2Ja2即飛輪儲存的能量分別與轉速的平 方和轉動慣量成正比。飛輪的儲能性能-儲能密度即飛輪單位質(zhì)量存儲 的能量為e=E/m-R 6b/sp，若提高飛輪的儲能，須選用強度高密度《氐 的材料。
按照上述裝置，飛輪儲能器在正常運轉中與車身本體隔離，在電 動車輛復雜多變的運行工況中(包括交通亊故)，不與飛輪儲能器發(fā)生 直接關系，不影響飛輪儲能器的正常運轉。
按照上述裝置，飛輪儲能器在停車時短時快速充電，在電動車運 行時對電池充電，或驅動超導電機(發(fā)動機)帶動車輛行駛，同時具 有能量回收功能。
結合附圖4，由制冷機本體35、冷量交換器36、氬氣泵37通過 機械、電路、管道分別連成一體構成制冷機(冷量供給裝置)。
按照上述裝置，低壓氫氣(冷卻工質(zhì))，首先進入冷量交換器，低 溫冷卻后i!LV超導電機內(nèi)形成閉路循環(huán)；其制冷機工作是利用逆向斯 特林循環(huán)制取冷量，這一循環(huán)是由兩個等溫過程和兩個等容過程組成 的熱力循環(huán)，即定容回熱循環(huán)。其工作過程I:分布在壓縮腔內(nèi)的工 質(zhì)氣體-高壓氫(氦)氣被上升到主活塞壓縮，壓力由R增加到最大 壓力P自"其壓縮熱由水冷卻帶走，即等溫壓縮過程。過程n:主活塞不動，工質(zhì)氣體受到下降的壓出器驅趕，流經(jīng)蓄冷器到膨脹腔頂部。 在流經(jīng)蓄冷器時，工質(zhì)氣體被前一循環(huán)留下的冷量冷卻，由于此刻工 質(zhì)氣體所占的容積保持不變，因此在工質(zhì)氣體溫度下降時，其壓力pmax
便降到P2，即等容冷卻過程。過程m:主活塞與壓出器同時向下運動，
使工質(zhì)氣體膨脹，壓力由P2降至最小壓力p^，其溫度也隨之下降， 并把冷量輸送給冷頭，即等溫膨脹過程。過程IV:主活塞不動，受膨 脹后的冷工質(zhì)氣體，由于壓出器上升，流經(jīng)冷頭內(nèi)筋，蓄冷器，水冷 卻器，返回到壓縮腔，工質(zhì)氣體在通過蓄冷器時被加熱，而其本身的 冷量傳給蓄冷器，為下次循環(huán)做準備，即等容升溫過程。
上述過程連續(xù)重疊進行，將氫氣冷卻成低溫氫(低溫冷量)。
結合附圖5，由正電極38、負電極39、隔膜40、外殼41通過電 路、M連成一體組成蓄電池(鋰離子電池)。
按照上述裝置，鋰離子電池，電池的正、負極和隔膜中，鋰是以 離子形式存在的。電池在充電中，受外電場的驅動，電池內(nèi)部將形成 鋰離子的濃度梯度，正極活性物質(zhì)中部分Li+脫離LiC。02晶格進入電 解液，通過隔膜嵌入到負極，活性物質(zhì)的晶格中，同時得到電子生成 lm:化合物，使鋰離子電池的端電壓上升。而電池放電時，在高自由
能的驅動下，lm:化合物中的Li+脫嵌，通過隔膜進入電解液，電子
由外電路到達正極，與嵌入正極的Li+生成LiC。02,這一過程中電壓 逐漸下降。再充電時，又重復上述過程。在充、放過程中鋰離子往返 于正負極之間的嵌入與脫嵌即鋰離子在正負極之間往a動。
鋰離子電池正極為LiCo02負極為層狀石墨，電池的電化學反應 式(一)C6 I imo |. L11 ipF6-EC+DECILiCo02 (+)
有益效果
全超導電子發(fā)動機(全超導電機)的定子、轉子線圃繞組全超導 化，零電阻運行節(jié)省了大量勵磁能量，電能消耗比同等電動車減少百 分之五十。全超導電機有利于超導電動車的快速啟動，頻繁進行正、 反轉及停車。定子交流與轉子直流相互配合調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速比大
于1:10000，實現(xiàn)電動車恒轉矩和恒功率區(qū)快速的轉矩響應，體積小、 質(zhì)量輕、慣性低、效率高(大于99%)，再生能量回收提高3倍。
飛輪(飛輪電池、輔助功率源)，采用旋轉轉子(機械能)儲存
ii電能，作輔助能量源，具有能量高、比功率大，實現(xiàn)電動車短時快速 停車充電(飛輪)，運行時對電池延時充電(電池)。
電池(鋰離子充電電池)，能量密度高，循環(huán)壽命長，環(huán)保無污 染，負栽能力大，可以大電流連續(xù)放電。
車身輔助控制裝置，采用車輛電控單元(EUC)、車栽微型計算 機(CPU)，智能化控制與現(xiàn)代交通網(wǎng)絡相結合，交通道路利用率和行 人安全性高。
全超導電子發(fā)動機、電池、飛輪、整車控制器與車身輔助控制裝 置，相互配合構成的全超導電動車，具有強大驅動功率、高效、節(jié)能、 安全、駕駛簡便、綠色燃料、環(huán)保零排放?？蓱玫哪茉捶N類多，可 回收的能量多，M運動零部件少，結構簡單、量產(chǎn)制造、使用維護 成本低。有利于現(xiàn)代交通系統(tǒng)與電動車的智能化、網(wǎng)絡化、提高道路 利用率和人身交通安全，短時快速停車充電，續(xù)駛里程為普通電動車 的2倍。


圖l是本實用新型實施例1結構原理圖。
圖2是本實用新型氫冷全超導電子發(fā)動機結構原理困。
圖3是本實用新型飛輪結構原理圖。
圖4是本實用新型制冷機結構原理圖。
圖5是本實用新型電池結構原理圖。
圖6是本實用新型整車控制器原理圖。
具體實施方式
在圖2中，轉子超導線閨6、定子超導繞組11由第二代高溫超導 基材Y-Ba~Cu-02涂層，在高純Ni(99.99V。)經(jīng)冷壓和結晶熱處理輔助加 工獲得(001)雙軸取向結構的金屬基材上用激光法蒸上過JL^fe隱定 的氧化鋯(YSE)再在YSE上沉淀Yba-Ca-02制成有強結構的 Y-Ba-CiH)2超導層，超導直流引線10采用Bi2Sr2Ca2Cu3019超導體 (Bi-2223)相超導線材或帶材，裝置與兩端面密封的雙層絕熱真空管 中。是通式為Bi2Sr2Can—t Cun02n+4 (n 3)的超導相，超導轉變溫度Tc為IIOK，在通常情況下不為純相，用Pbo替代部分81203，可以穩(wěn)定 Bi2Sr2Ca2Cu30w超導相，Pbo含量為30、在獲得Bi-2212和2223混合 相的基礎上，經(jīng)7801C在空氣中反復退火處理生成Bi-2223超導相。
首先，將超導線材疊加成長圃筒形勵磁繞組，固定于轉子絕熱體 上，轉子絕熱體7是由絕熱材料制成的空心圃柱體，轉子軸8由絕熱 材料制成單層兩端密封的長圃柱體，體內(nèi)抽高真空狀態(tài)，滑環(huán)9由多 個銅制圃環(huán)形彼此用絕^H"料間隔與軸絕緣的圃柱體，超導直流引線 10采用Bi-2223帶材，安裝于雙層真空絕熱套管中；定子超導繞組11 由BiST-Ca-Co-o/2223線材制成在空間對稱分布多相對稱線閨，形成 整距集中框形繞組，以產(chǎn)生梯形波的反電動勢，外殼12由絕熱材料制 成的圃筒形內(nèi)膽、囷筒形外膽兩端面密封的圃筒體，內(nèi)膽與外膽之間 抽高真空狀態(tài)，定子絕熱體13由絕熱材料制成的中空圃柱體，絕熱端 蓋14由絕熱材料制成的周邊密封的中空圃蓋，內(nèi)部抽高真空狀態(tài)，軸 承15為通用滾柱軸承，主動齒輪16為通用直齒齒輪，從動齒輪17為 通用直齒齒輪，動力輸出軸18為通用動力軸，外電纜19為通用電纜， 超導交流引線20為股CaCo, 21為氬氣進口， 22為氫氣出口。
其中，定子為少極多相整距集中繞組與轉子在電機中成對等放 置，成極性交替徑向排列或分歉式徑向排列，電磁的磁通方向為徑向， 氣隙中產(chǎn)生多極的徑向磁場，采用可調(diào)變量交流方波供電，使電機中 產(chǎn)生梯形波的磁場分布，梯形波的感應電動勢，轉子采用可調(diào)變量直 流以產(chǎn)生弱磁調(diào)速效果，整機采用離散六狀態(tài)轉子磁極位置控制，無 需坐標變換。轉子超導線圉采用單疊繞組固定在轉子絕熱體上與轉子 軸連成一體，轉子軸一端與滑環(huán)連成一體，另一端與主動齒輪連成一 體。定子超導繞組固定在外殼內(nèi)壁，定子絕熱體安裝于外殼內(nèi)兩端固 定，中心孔與轉子軸成滑動接觸狀態(tài)。通過絕熱端蓋、軸承分別將定 子、轉子、外殼連成一體；轉子超導線圏通過超導直流引線、滑環(huán)與 外電纜連成一體；定子超導繞組與超導交流引線一端連成一體；主動 齒輪與從動齒輪通過直齒齒面嚙合，從動齒輪與動力輸出軸連成一體； 通過上述各部分分別經(jīng)機械、電路、管道、軸連成一體構成氫冷全超
13導電子發(fā)動機。
結合附圖6、電動車整車控制器由硬件與軟件構成；由電子控制 單元ECU,輸入電i^口、輸出電珞接口、各種傳感器、控制模塊、 執(zhí)行元件主成硬件部分，由支配電子控制單元(ECU)的各種程序、 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、輸出控制、系統(tǒng)監(jiān)控、 系統(tǒng)自診斷組成軟件部分，通過電子電路將硬件各部分分別聯(lián)結成一 體與軟件相互配合構成電動車整車控制器(中央電子控制系統(tǒng)，多能 源動力總成控制系統(tǒng))。
其中，ECU由CAN總線、A/D轉換器、I/O定時器、串口 RS232 (液晶顯示器相連)、USB接口 (將數(shù)據(jù)保存到USB存儲設備中X ECU 帶有內(nèi)置電源電路(電池)，提供5V穩(wěn)壓電源，保證微處理器、接口 電路電壓的穩(wěn)定。輸入電路、輸入信號由模擬信號、數(shù)字信號(開關 信號)、脈沖信號、其中模擬信號必須經(jīng)過A/D變換器轉換成數(shù)字信號 后通過ECU中電壓電路產(chǎn)生的5V電壓進行轉換，轉換為微處理器接受 和處理的信號。微處理器，是ECU的核心由微處理器中央處理器CPU、 存儲器(RAM/POM/EPROM/EEPROM)、 1/D接口、定時器/計數(shù)器，通迅 接口、 A/D和D/A功能器件組成。ECU所使用的是在Keilc166的集成 環(huán)境進行編譯、仿真、調(diào)式。借助于C166單片機所具有的Bootload 功能，可以把用Keil編斧纖的可執(zhí)#^序代碼下載到ECU的程序存儲 器Fiash中。CPU為16位或32位，對整個ECU的控制進^ft數(shù)據(jù)的計 算處理，信號的檢測監(jiān)控，信息的存儲和管理信號的輸出和反饋，以 及自診斷。多采用集中控制。輸出電路，由顯示器驅動電路，電磁線 閨驅動電路，控制電機驅動電路，繼電器驅動電路組成。微處理器所 發(fā)出的指令電壓為5V，需要通過放大器處理后再輸出到執(zhí)行機構完成 所需要控制系統(tǒng)的控制功能。
結合附圖5，正電極38，在Al箔上涂布由正級活性物質(zhì)、導電 碳粉和粘接劑混合均勻組成的LiCo02，涂層厚度控制為20咖，在N2 氣氛保護下千燥，通過輥壓成形，裁剪成長方形正極片；負電極39， 將負極活性物質(zhì)，粘接劑混合涂敷在Cu箔上千燥輥壓成形裁剪成長方形負極片；隔膜40，在正、負極片之間插入長方形隔膜-聚烯烴系樹脂(PP、 PE)，巻制成電池芯，分別接入引線，裝入鎳制闔柱狀電池殼體41內(nèi)，在減壓下注入定量電解質(zhì)EC/DEC-LiPF4封口。制成鋰離子可充電電池(LIB)。
結合附困3，飛輪儲能器由飛輪轉子、電機、軸、軸承、外殼、圃球型外殼、滾珠軸承、減振器、電纜、泵、散熱器，通過電路、管道、^連成一體組成飛輪儲能器(飛輪電池、輔助功率源)。
由圃柱狀飛輪23、通過電機軸25、軸承26與電機轉子24連成一體組成飛輪轉子，其囷柱狀飛輪采用效率因數(shù)最大(K=l)的等應力結構，既飛輪轉子的每一部分都具有相等的應力，圃盤狀飛輪轉子的厚度隨半徑的增加而遞減，飛輪轉子采用碳纖維-樹脂復合材料(Kavlar)或石墨-熱縮合成材料繞制而且要絕對均勻，保證精密的動平衡。
電機由電機轉子24、電機定子27組成未磁同步電機。由電機本體、位置傳感器、電子開關換向電路(控制器)組成。
電機本體由一定磁極對數(shù)的^體轉子和一個多相繞組的定子組成，轉子是將瓦片狀的^Ot體貼在轉子外表面上或將永磁體內(nèi)嵌到轉子鐵心中，定子上開有齒槽，齒槽IM:轉子極數(shù)和相數(shù)的整數(shù)倍，定子由硅鋼片疊壓而成，繞組固定在定子鐵心槽內(nèi)，繞組采用分數(shù)槽繞組，其繞組的端頭與相應的電子開關電路相連接。
位置傳感器是一種無Wfe接觸的檢測轉子位置的裝置，由傳感器轉子與傳感器定子組成，分別安裝在轉子轉軸或定子機殼內(nèi)，能夠提供信號，并按照一定的邏輯關系去處觸發(fā)電子換向開關電路，位置傳感器可以是電磁式或光電式、霍爾式位置傳感器。
電子換向開關電路，由適當數(shù)量的功率半導體元件組成，與相應的定子電樞繞組連接，各功率元件的導通與截止，取決于位置傳感器的信號控制，繞組和電子開關電路的配合由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元組成，功率邏輯開關單元^1控制電路將電源的功率以一定邏輯關系分配給電機定子各相繞組，以使電機產(chǎn)生連續(xù)不斷的轉矩，而各相繞組通電的順序和時間取決于位置傳感器的信號，位置傳感器所產(chǎn)生的信號經(jīng)過一定邏輯處理去控制邏輯開關單元。
軸承26采用高性能磁流體軸承、脂潤滑精密陶瓷軸承、M鉆石軸承；其中磁流體軸承由轉動體與固定體組成，磁通集中在軸向間隙中鐵流作用于這一軸向間隙時，在磁場作用下形成了 一個環(huán)狀鐵流體，起到軸向潤滑作用。
外殼28為真空室外殼，為了減少因飛輪轉子周圍空氣形成強烈渦流造成空氣阻力損耗飛輪轉子的能量，使飛輪轉子在高度密封的環(huán)境中運轉，真空室外殼內(nèi)的真空度為103—l(TPa。
闔球形外殼29為萬向自由度有光滑內(nèi)壁的囷球形外殼，飛輪儲能器裝置在圃球形外殼中，通過多點滾珠軸承與圃球形外殼光滑內(nèi)壁呈滑動接觸狀態(tài)，使飛輪儲能器在車輛復雜多變的運行工況中與車身隔離，不勝直接關系，使飛旨能器與車身之間的水平擺動度ii^ 180° ,方向回轉擺動度達到360° ，使飛輪轉子始終處于繞垂直軸旋轉的工作狀態(tài)，使地心重力場的影響、車身的方向擺動影響最小，使繞垂直軸旋轉飛輪轉子的陀螺效應保持穩(wěn)定的運轉狀態(tài)。
滾珠軸承30為圃球型通用滾珠軸承，裝置在軸承架中。
減振器32為電動車通用液壓彈黃式減振器或空氣彈貴式減振器。
泵33為微型通用離心泵
散熱器34為小型通用液-氣式熱交換器。
電纜引線31為螺旋彈簧式多芯通用電纜或折疊彈簧式多芯電纜與彈貴相互配合，其中一端與電機電路，另一端經(jīng)真空室外殼端子通過圃球形外殼頂部引出，為飛輪儲能器雙向傳遞能量(電能)或信號。
其中，飛輪轉子與電機轉子同軸連成一體，兩端與軸承、外殼連成一體與定子裝置在外殼中，抽至真空度10—3—l(TPa。電機電路由電纜通過外殼端子經(jīng)囷球形外殼頂部引出，真空室外殼通過多點滾珠軸承與圃球形外殼光滑的內(nèi)表面呈滑動接觸，圃球形外殼底部與液壓減振器相連接。通過管道將球形外殼下部一側與泵進口、泵出口與換熱器進口、換熱器出口與球形外殼下部另一倒分別連成一體，通過;Wfe將液壓減振器另一端與車身底盤連成一體，其中，圃球型外殼內(nèi)下部加注冷卻液以帶走電機散發(fā)出的熱量，同時兼有潤滑、穩(wěn)定飛輪的功能。
結合附圖4、制冷機35，由曲軸箱、活塞連桿機械、氣缸、水冷卻器、蓄冷器組成，氣釭內(nèi)裝有主活塞，它由主連桿帶動并與壓出器(由副連桿帶動)一起組成活塞連桿機構，安裝在曲軸上，兩個曲軸頸的夾角互成70。相位角。曲軸轉動時，主活塞和壓出器便作垂直的往復運動。
壓出器的上部為膨脹腔，壓出器與主活塞之間為壓縮腔。全部空間充滿制冷工質(zhì)(氫氣、氦氣)，在壓出器和主活塞上下運動時，工質(zhì)氣體^f更在壓縮腔內(nèi)受到壓縮，壓縮的工質(zhì)氣體流經(jīng)水冷卻器，其壓縮熱由水帶走，工質(zhì)氣體流經(jīng)蓄冷器進入膨脹腔，壓出器在向下運動時工質(zhì)氣體膨脹作功制取冷量。其中一部分冷量由冷凝頭傳給外界氫氣冷卻成低溫氫氣，另一部分冷量隨工質(zhì)氣體貯存在蓄冷器內(nèi)，工質(zhì)氣體從原路回到壓縮腔。
制冷機上部冷凝頭與冷量交換器36連成一體，冷量交換器一端與氫氣泵37通過管道連成一體；通過管道與氫氣泵進口相連，通過管道與冷量交換器出口相連。通過上述各部分分別連成一體構成制冷機(冷源冷量供給裝置)。
實施例1，氫氣冷卻全超導體高級電動轎車，主要技術參ia:設計如下最高時速300公里(km)，最遠航程( 一次充電續(xù)駛里程)混合工況法600公里(km)， 0 90km/h加速時間10s，最大坡度30%,充電時間90秒、。
配置全球定位系統(tǒng)(CPS)，駕駛員信息中心(DIC)，車輛電子裝置中心(VEC)，人工智能控制器(AI)，能量管理系統(tǒng)(EMS)，電池管理系統(tǒng)(BMS)，輔助電池(Ni-MH)，氣象信息系統(tǒng)，車栽通迅系統(tǒng)，電子地圖，行人被動式安4^護系統(tǒng)，防撞雷達，路面探測器，車-車間距探測器，CAN總線，太陽能熱泵空調(diào)，安全氣嚢(SRS)，車輪防抱死制動系統(tǒng)(ABS )。
其中，超導電子發(fā)動機裝置在車身前部與底盤、傳動軸，差速器、后橋、半軸、車輪分別連成一體組成驅動系統(tǒng)，整車控制器、車身輔助控制裝置安裝在車身前部，飛輪安裝在車身中部重心較低的位置與底盤相連接，電池、安裝在車身尾部與底盤相連，通過電路、機械與整車控制器、車身輔助控制裝置分別連成一體，制冷機安裝在車身前部與底盤相連，通過管道、電路與超導電子發(fā)動機、整車控制器分別
連成一體o
1權利要求1.氫冷低溫全超導電子電動汽車，由全超導電子發(fā)動機(1)、整車控制器(2)、電池(3)、飛輪(4)、制冷機(5)與驅動橋、差速器、半軸、車輪組成的驅動裝置與車身輔助控制裝置，分別通過底盤、機械、電路、管道、軸經(jīng)過機械聯(lián)結、電子聯(lián)結、電力聯(lián)結、熱聯(lián)結構成氫冷低溫全超導電子電動汽車，其特征是全超導電子發(fā)動機，由轉子超導線圈(6)、轉子絕熱體(7)、轉子軸(8)、滑環(huán)(9)、超導直流引線(10)分別連成一體組成超導體電機轉子與定子超導繞組(11)、外殼(12)、定子絕熱體(13)、絕熱端蓋(14)、軸承(15)、超導交流引線(20)分別連成一體組成的超導體電機定子，再與主動齒輪(16)、從動齒輪(17)、動力輸出軸(18)組成的變速器；通過上述各部分分別經(jīng)機械、電路、外殼、軸連成一體，其中將超導線材疊加成長圓筒形勵磁繞組，固定于轉子絕熱體上，轉子絕熱體(7)是由絕熱材料制成的空心圓柱體，轉子軸(8)由絕熱材料制成單層兩端密封的長圓柱體，體內(nèi)抽高真空狀態(tài)，滑環(huán)(9)由多個銅制圓環(huán)形彼此用絕緣材料間隔與軸絕緣的圓柱體，超導直流引線(10)采用Bi-2223帶材，安裝于雙層真空絕熱套管中；定子超導繞組(11)由BiST-Ca-Co-o/2223線材制成在空間對稱分布多相對稱線圈，形成整距集中框形繞組，以產(chǎn)生梯形波的反電動勢，外殼(12)由絕熱材料制成的圓筒形內(nèi)膽、圓筒形外膽兩端面密封的圓筒體，內(nèi)膽與外膽之間抽高真空狀態(tài)，定子絕熱體(13)由絕熱材料制成的中空圓柱體，絕熱端蓋(14)由絕熱材料制成的周邊密封的中空圓蓋，內(nèi)部抽高真空狀態(tài)，軸承(15)為通用滾柱軸承，主動齒輪(16)為通用直齒齒輪，從動齒輪(17)為通用直齒齒輪，動力輸出軸(18)為通用動力軸，外電纜(19)為通用電纜，超導交流引線(20)為BiCaCo，(21)為氫氣進口，(22)為氫氣出口，其中，定子為少極多相整距集中繞組與轉子在電機中成對等放置，成極性交替徑向排列或分散式徑向排列，電磁的磁通方向為徑向，氣隙中產(chǎn)生多極的徑向磁場，采用可調(diào)變量交流方波供電，使電機中產(chǎn)生梯形波的磁場分布，梯形波的感應電動勢，轉子采用可調(diào)變量直流以產(chǎn)生弱磁調(diào)速效果，整機采用離散六狀態(tài)轉子磁極位置控制，無需坐標變換，轉子超導線圈采用單疊繞組固定在轉子絕熱體上與轉子軸連成一體，轉子軸一端與滑環(huán)連成一體，另一端與主動齒輪連成一體，定子超導繞組固定在外殼內(nèi)壁，定子絕熱體安裝于外殼內(nèi)兩端固定，中心孔與轉子軸成滑動接觸狀態(tài)，通過絕熱端蓋、軸承分別將定子、轉子、外殼連成一體；轉子超導線圈通過超導直流引線、滑環(huán)與外電纜連成一體；定子超導繞組與超導交流引線一端連成一體；主動齒輪與從動齒輪通過直齒齒面嚙合，從動齒輪與動力輸出軸連成一體；通過上述各部分分別經(jīng)機械、電路、管道、軸連成一體；飛輪由飛輪轉子(23)、電機轉子(24)、電機軸(25)、軸承(26)與電機定子(27)通過外殼(28)分別連成一體組成的飛輪本體與圓球形外殼(29)、流珠軸承(30)、電纜引線(31)、減振器(32)通過管道與泵(33)、散熱器(34)分別連成一體組成的飛輪儲能器輔助裝置；通過上述各部分分別由機械、電路、管道連成一體，其中，由圓柱狀飛輪(23)、通過電機軸(25)、軸承(26)與電機轉子(24)連成一體組成飛輪轉子，其圓柱狀飛輪采用效率因數(shù)最大K＝1的等應力結構，既飛輪轉子的每一部分都具有相等的應力，圓盤狀飛輪轉子的厚度隨半徑的增加而遞減，飛輪轉子采用碳纖維-樹脂復合材料Kavlar或石墨-熱縮合成材料繞制而且要絕對均勻，保證精密的動平衡，電機由電機轉子(24)、電機定子(27)組成永磁同步電機，由電機本體、位置傳感器、電子開關換向電路控制器組成，電機本體由一定磁極對數(shù)的永磁體轉子和一個多相繞組的定子組成，轉子是將瓦片狀的永磁體貼在轉子外表面上或將永磁體內(nèi)嵌到轉子鐵心中，定子上開有齒槽，齒槽數(shù)是轉子極數(shù)和相數(shù)的整數(shù)倍，定子由硅鋼片疊壓而成，繞組固定在定子鐵心槽內(nèi)，繞組采用分數(shù)槽繞組，其繞組的端頭與相應的電子開關電路相連接，位置傳感器是一種無機械接觸的檢測轉子位置的裝置，由傳感器轉子與傳感器定子組成，分別安裝在轉子轉軸或定子機殼內(nèi)，能夠提供信號，并按照一定的邏輯關系去處觸發(fā)電子換向開關電路，位置傳感器可以是電磁式或光電式、霍爾式位置傳感器，電子換向開關電路，由適當數(shù)量的功率半導體元件組成，與相應的定子電樞繞組連接，各功率元件的導通與截止，取決于位置傳感器的信號控制，繞組和電子開關電路的配合由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元組成，功率邏輯開關單元是控制電路將電源的功率以一定邏輯關系分配給電機定子各相繞組，以使電機產(chǎn)生連續(xù)不斷的轉矩，而各相繞組通電的順序和時間取決于位置傳感器的信號，位置傳感器所產(chǎn)生的信號經(jīng)過一定邏輯處理去控制邏輯開關單元，軸承(26)采用高性能磁流體軸承、脂潤滑精密陶瓷軸承、機械鉆石軸承；其中磁流體軸承由轉動體與固定體組成，磁通集中在軸向間隙中鐵流作用于這一軸向間隙時，在磁場作用下形成了一個環(huán)狀鐵流體，起到軸向潤滑作用，外殼(28)為真空室外殼，為了減少因飛輪轉子周圍空氣形成強烈渦流造成空氣阻力損耗飛輪轉子的能量，使飛輪轉子在高度密封的環(huán)境中運轉，真空室外殼內(nèi)的真空度為10-3-10-4Pa，圓球形外殼(29)為萬向自由度有光滑內(nèi)壁的圓球形外殼，飛輪儲能器裝置在圓球形外殼中，通過多點滾珠軸承與圓球形外殼光滑內(nèi)壁呈滑動接觸狀態(tài)，使飛輪儲能器在車輛復雜多變的運行工況中與車身隔離，不發(fā)生直接關系，使飛輪儲能器與車身之間的水平擺動度達到180°，方向回轉擺動度達到360°，滾珠軸承(30)為圓球型通用滾珠軸承，裝置在軸承架中，減振器(32)為電動車通用液壓彈簧式減振器或空氣彈簧式減振器，泵(33)為微型通用離心泵，散熱器(34)為小型通用液-氣式熱交換器，電纜引線(31)為螺旋彈簧式多芯通用電纜或折疊彈簧式多芯電纜與彈簧相互配合，其中一端與電機電路，另一端經(jīng)真空室外殼端子通過圓球形外殼頂部引出，為飛輪儲能器雙向傳遞能量電能或信號，其中，飛輪轉子與電機轉子同軸連成一體，兩端與軸承、外殼連成一體與定子裝置在外殼中，抽至真空度10-3-10-4Pa，電機電路由電纜通過外殼端子經(jīng)圓球形外殼頂部引出，真空室外殼通過多點滾珠軸承與圓球形外殼光滑的內(nèi)表面呈滑動接觸，圓球形外殼底部與液壓減振器相連接，通過管道將球形外殼下部一側與泵進口、泵出口與換熱器進口、換熱器出口與球形外殼下部另一側分別連成一體，通過機械將液壓減振器另一端與車身底盤連成一體；制冷機(35)上部冷凝頭與冷量交換器(36)連成一體，冷量交換器一端與氫氣泵(37)通過管道連成一體，通過管道與氫氣泵進口相連，通過管道與冷量交換器出口相連。
專利摘要氫冷低溫全超導電子電動汽車。該車是以電能通過短時快速充電方式為該車提供能源-飛輪、電池充電補充能量為能量源，以氫氣冷卻全超導電機為動力源，以飛輪為電池轉換充電為輔助功率源與整車電子控制器通過車身輔助控制裝置，由人工控制可高效率將電能轉化為車身的動能，是實現(xiàn)清潔、環(huán)保、安全、節(jié)能、零排放、智能化的現(xiàn)代新型電動道路運輸工具。
文檔編號B60K17/28GK201427524SQ20092009337
公開日2010年3月24日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權日2009年4月1日
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