专利名称：氢冷低温全超导电子电动汽车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动道路运输工具。
背景技术：
石油、煤AA—次性不可再生的矿物能源，形成它要经过几千年、
上亿年的时间。近两个世纪，人类大歉溪开发利用石油，iL艮内燃机
汽车，使人类i^了工业化、现代化社会，同时也产生了全球关注的 能源枯竭和环境污染，为此人类社会已经付出了巨大的代价，影响了
社会的可持续4tJL因此开发清洁、零排放、绿色可再生能源的环保 生态电动汽车已成为人类社会的共识。目前由于开发电动汽车还存在 技术难度高、制造成本高、续驶里程短、停车充电时间长、没有符合 电动汽车技术性能的大功率电动机(发动机)和电池(能量源)，所以
开发以电能支持的新型氢冷低温全超导电子电动汽车已成为人类社会 的紧迫课题。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种氢冷低温全超导电子电动汽车。 该氢冷低温全超导电子电动汽车(全超导电动车)是以电能通过短时 快速充电方式为该车能源(飞轮、电池)充电补充能量为能量源(能 源)，以氢冷全超导电机(电动机/发电机)为动力源(功率源)，以飞 轮(飞轮储能器)为辅助功率源与整车控制器通过车身辅助控制装置， 由人工控制高效率将电能转化为车身的动能，是实现清洁、环保、安
全、节能、^#放、智能化的现代新型电动道路运输工具。
氢冷低温全超导电子电动汽车，由全超导电子发动机l、整车控
制器2、电池3、飞轮4、制冷机5与驱动桥、差速器、半轴、车轮组 成的驱动装置与车身辅助控制装置，分别通过底盘、机械、电路、管 道、轴经过^联结、电子联结、电力联结、热联结构成氢冷低温全 超导电子电动汽车。其特征是全超导电子发动机，由转子超导线闺 6、转子绝热体7、转子轴8、滑环9、超导直流引线10分別连成一体 组成超导体电机转子与定子超导绕组11、外壳12、定子绝热体13、
5绝热端盖14、轴承15、超导交流引线20分别连成一体组成的超导体 电机定子，再与主动齿轮16、从动齿轮17、动力输出轴18组成的变 速器；通过上述各部分分別经机械、电路、外壳、轴连成一体。其中 将超导线材叠加成长圃筒形励磁绕组，固定于转子绝热体上，转子绝 热体7是由绝热材料制成的空心圃柱体，转子轴8由绝热材料制成单 层两端密封的长圃柱体，体内抽高真空状态，滑环9由多个铜制圃环 形彼此用绝缘材料间隔与轴绝缘的圃柱体，超导直流引线10采用 Bi-2223带材，安装于双层真空绝热套管中；定子超导绕组11由 BiST-Ca-Co-o/2223线材制成在空间对称分布多相对称线圉，形成整 距集中框形绕组，以产生梯形波的反电动势，外壳12由绝热材料制成 的圃筒形内胆、圃筒形外胆两端面密封的圃筒体，内胆与外胆之间抽 高真空状态，定子绝热体13由绝热材料制成的中空圃柱体，绝热端盖 14由绝热材料制成的周边密封的中空圃盖，内部抽高真空状态，轴承 15为通用滚柱轴承，主动齿轮16为通用直齿齿轮，从动齿轮17为通 用直齿齿轮，动力输出轴18为通用动力轴，外电缆19为通用电缆， 超导交流引线20为Bi CaCo， 21为氢气进口， 22为氢气出口。其中， 定子为少极多相整距集中绕组与转子在电机中成对等放置，成极性交 替径向排列或分歉式径向排列，电磁的磁通方向为径向，气隙中产生 多极的径向磁场，采用可调变量交流方波供电，使电机中产生梯形波 的磁场分布，梯形波的感应电动势，转子采用可调变量直流以产生弱 磁调速效果，整机采用离散六状态转子磁极位置控制，无需坐标变换， 转子超导线闺采用单叠绕组固定在转子绝热体上与转子轴连成一体， 转子轴一端与滑环连成一体，另一端与主动齿轮^连成一体，定子超导 绕组固定在外壳内壁，定子绝热体安装于外壳内两端固定，中心孔与 转子轴成滑动接触状态，通过绝热端盖、轴承分别将定子、转子、外 壳连成一体；转子超导线圃通过超导直流引线、滑环与外电缆连成一 体；定子超导绕组与超导交流引线一端连成一体；主动齿轮与从动齿 轮通过直齿齿面啮合，从动齿轮与动力输出轴连成一体；通过上述各 部分分別经机械、电路、管道、轴连成一体。飞轮由飞轮转子23、电 机转子24、电机轴25、轴承26与电机定子27通it^卜壳28分别连成 一体组成的飞轮本体与圃球形外壳29、流珠轴承30、电缆引线31、 减振器32通过管道与泵33、散热器34分别连成一体组成的飞轮储能 器辅助装置；通过上述各部分分别由机械、电路、管道连成一体。其中，由圃柱状飞轮23、通过电机轴25、轴承26与电机转子24连成一 体组成飞轮转子，其圃柱状飞轮采用效率因数最大(K-l)的等应力结 构，即飞轮转子的每一部分都具有相等的应力，圃盘状飞轮转子的厚 度随半径的增加而递减，飞轮转子采用碳纤维-树脂复合材料(Kavlar ) 或石墨-热缩合成材料绕制而且要绝对均匀，保证精密的动平衡，电机 由电机转子24、电机定子27组成未磁同步电机，由电机本体、位置 传感器、电子开关换向电路(控制器)组成，电机本体由一定磁;W 数的4ut体转子和一个多相绕组的定子组成，转子是将瓦片状的M 体貼在转子外表面上或将4c^体内嵌到转子铁心中，定子上开有齿槽，
齿槽数是转子极数和相数的整数倍，定子由硅钢片叠压而成，绕组固 定在定子铁心槽内，绕组采用分数槽绕组，其绕组的端头与相应的电 子开关电路相连接，位置传感器是一种无积^^接触的检测转子位置的 装置，由传感器转子与传感器定子组成，分別安装在转子转轴或定子 机壳内，能够提供信号，并按照一定的逻辑关系去处触发电子换向开 关电路，位置传感器可以是电磁式或光电式、霍尔式位置传感器，电 子换向开关电路，由适当数量的功率半导体元件组成，与相应的定子 电枢绕组连接，各功率元件的导通与截止，取决于位置传感器的信号 控制，绕组和电子开关电路的配合由功率逻辑开关单元和位置传感器 信号处理单元组成，功率逻辑开关单元是控制电路将电源的功率以一 定逻辑关系分配给电机定子各相绕组，以使电机产生连续不断的转矩， 而各相绕组通电的顺序和时间取决于位置传感器的信号，位置传感器 所产生的信号经过一定逻辑处理去控制逻辑开关单元，轴承26采用高 性能磁流体轴承、脂润滑精密陶瓷轴承、机械钻石轴承；其中磁流体 轴承由转动体与固定体组成，磁通集中在轴向间隙中铁流作用于这一 轴向间隙时，在磁场作用下形成了一个环状铁流体，起到轴向润滑作 用，外壳28为真空室外壳，为了减少因飞轮转子周围空气形成强烈涡 'M成空气阻力损耗飞轮转子的能量，使飞轮转子在高度密封的环境 中运转，真空室外壳内的真空度为10—3—l(TPa，圃球形外壳29为万 向自由度有光滑内壁的圃球形外壳，飞轮储能器装置在圃球形外壳中， 通过多点滚珠轴承与圃球形外壳光滑内壁呈滑动接触状态，使飞轮储 能器在车辆复杂多变的运行工况中与车身隔离，不JLt直接关系，使飞 轮储能器与车身之间的水平摆动度达到180° ，方向回转摆动度达到 360° ，滚珠轴承30为圃球型通用滚珠轴承，装置在轴承架中，减振器32为电动车通用液压弹簧式减振器或空气弹簧式减振器，泵33为 微型通用离心泵，散热器34为小型通用液-气式热交换器，电缆引线 31为螺旋弹黄式多芯通用电缆或折叠弹簧式多芯电缆与弹簧相互配 合，其中一端与电机电路，另一端经真空室外壳端子通过圃球形外壳 顶部引出，为飞轮储能器双向传递能量(电能)或信号；其中，飞轮 转子与电机转子同轴连成一体，两端与轴承、外壳连成一体与定子装 置在外壳中，抽至真空度10—3—l(TPa。电机电路由电缆通过外壳端子 经圃球形外壳顶部引出，真空室外壳通过多点滚珠轴承与阖球形外壳 光滑的内表面呈滑动接触，圃球形外壳底部与液压减振器相连接，通 过管道将球形外壳下部一側与泵进口、泵出口与换热器进口、换热器 出口与球形外壳下部另一側分别连成一体，通过机械将液压减振器另 一端与车身底盘连成一体。制冷机35上部冷凝头与冷量交换器36连 成一体，冷量交换器一端与氢气泵37通过管道连成一体，通过管道与 氢气泵进口相连，通过管道与冷量交换器出口相连。
结合附图1，本实用新型解决其技术问題所采用的技术方案是 由全超导电子发动机l、整车控制器2、电池3、飞轮4、制冷机5与 驱动桥、差速器、半轴、车轮组成的驱动装置与车身辅助控制装置， 分别通过底盘、机械、电路、管道、轴经过机械联结、电子联结、电 力联结、热联结构成氢冷低温全超导电子电动汽车。
结合附图2，由转子超导线闺6、转子绝热体7、转子轴8、滑环 9、超导直流引线10分别连成一体组成超导体电机转子与定子超导绕 组ll、外壳12、定子绝热体13、绝热端盖14、轴承15超导交流引线 20分别连成一体组成的超导体电机定子，再与主动齿轮16、从动齿轮 17、动力输出轴18组成的变速器；通过上述各部分分别经^M乾、电路、
外壳、轴连成一体构成氢冷全超导电子发动机(电力电子驱动装置). 其中21为氢气进口、 22为氢气出口、 19为外电缆。
按照上述装置，转子由直流超导体线團励磁，其作用是在电机气 隙中产生径向交变磁场，同时定子由交流超导体线圃绕组产生可变交 l磁场；首先使转子、定子绕组超导化，启动制冷机，将冷却剂—氐温 氢气注入电机中，达到热平衡，使定子、转子线團绕组冷却至该超导 材料的临界转变温度，实现常导-超导转变，同时启动超导体转子、定子线围绕组，产生零电阻率和强交变磁场。即超导体内被声子所诱发 的电子间引力相互作用，即以声子为媒介而产生的引力克服库仑排斥 力而形成的电子对-库柏对，在充分低温下形成的电子对在能量上比单
个电子运动稳定；所以出现超导电状态，在长距离内显示有序性，姨
降低，实现二次相转变。第n类超导体在较高的磁场下，保持着超导
电性是由于位错线在强磁场内保持了超导电性；在位错中心，原子离 开了它的平衡^位置，因而在这个地方声子和电子的交互作用和无位错 的点阵中不相同，声子和电子的交互作用是产生超导电性的决定因素。 在硬超导体中，对电流起较大作用的是位错偶极子它是在范性形变过 程中，由于螺形位错在晶体内运动产生的.在高温超导体中，以激发 子代替声子，用电子质量替代原子质量，由亂S1子为媒介去提高高温 超导体的导电性。
实际应用的高温超导材料是由非理想第二类超导体制作的，其晶 格中有位错和脱溶相，非理想笫二类超导体的临界电流是由HC2决定 的。其具有较高的传输电流能力，超导体的日常现象是由晶格中的缺 陷造成的。缺陷使得超导体内部的磁通线呈现不规則的排列，缺陷即 以对磁通线产生钉扎力的物质其M钉扎力越强，回滞现象越重，临 界电流越大。
按照上述装置同时经人工控制，由位置传感检测转子位置信号， 控制器对位置信号进行反馈处理，产生相应开关信号，开关信号以一 定的顺序触发功率半导体将电流(电源)功率以一定逻辑关系通过交 流引线将可控交流电流输入分配给定子超导体各相绕组，使定子产生 强交变磁场与通it^导直流引线输入转子直流电流产生的可变直流磁 场相互作用，产生电磁转矩，驱动电枢旋转带动负载-车身，实现氢冷 全超导电动车前进、后退、调速、停车控制。
结合附图3，由飞轮转子23、电机转子24、电机轴25、轴承26 与电机定子27通过外壳28分别连成一体组成的飞轮本体与圃球形外 壳29、流珠轴承30、电缆引线31、减振器32通过管道与泵33、散热 器34分别连成一体组成的飞轮储能器辅助装置；通过上述^^部分分别 由机械、电路、管道连成一体构成飞轮储能器(辅助功率源)。
9按照上述装置，飞轮储能器(飞轮电池)是机-电能量转换和储存 装置 充电时，飞轮电池中的电机以电动机的模式运行，在外电源的 驱动下，该电机带动飞轮旋转，加速使它达到极高的角速度W与飞轮 的转动惯量J。飞轮电池储存的是电能，转换过来的是动能(机械能)，
其动能为W-Jw2/2，至此完成电能-机械能的转换。再通过轴承(磁 悬浮轴承或^Ot铁流体轴承)和真空环境使机械能W保存下来，免除 无碍的损失。放电时，飞轮电池中的电机以发电,式运行，在飞轮 转矩的带动下对外输出电能(电压、电流)完成机械能-电能的转换。
要多##能量，即加大飞轮的转动惯量J，或提高飞轮的角速度co， 飞轮的转动惯量J是各处物质的质量和该质量所在处旋转半径r平方 的乘积的总和J= J dmr2，增加转动惯量使飞轮的质量和体积增大， 受到务降的限制，依据动力源与飞轮的角it;变(D的平方成正比，显然 提高飞轮的角速度(转速)是提高比能量和比功率密度的有效方法。
飞轮-储存的能量为；E-l/2Ja2即飞轮储存的能量分别与转速的平 方和转动惯量成正比。飞轮的储能性能-储能密度即飞轮单位质量存储 的能量为e=E/m-R 6b/sp，若提高飞轮的储能，须选用强度高密度《氐 的材料。
按照上述装置，飞轮储能器在正常运转中与车身本体隔离，在电 动车辆复杂多变的运行工况中(包括交通亊故)，不与飞轮储能器发生 直接关系，不影响飞轮储能器的正常运转。
按照上述装置，飞轮储能器在停车时短时快速充电，在电动车运 行时对电池充电，或驱动超导电机(发动机)带动车辆行驶，同时具 有能量回收功能。
结合附图4，由制冷机本体35、冷量交换器36、氩气泵37通过 机械、电路、管道分别连成一体构成制冷机(冷量供给装置)。
按照上述装置，低压氢气(冷却工质)，首先进入冷量交换器，低 温冷却后i!LV超导电机内形成闭路循环；其制冷机工作是利用逆向斯 特林循环制取冷量，这一循环是由两个等温过程和两个等容过程组成 的热力循环，即定容回热循环。其工作过程I:分布在压缩腔内的工 质气体-高压氢(氦)气被上升到主活塞压缩，压力由R增加到最大 压力P自"其压缩热由水冷却带走，即等温压缩过程。过程n:主活塞不动，工质气体受到下降的压出器驱赶，流经蓄冷器到膨胀腔顶部。 在流经蓄冷器时，工质气体被前一循环留下的冷量冷却，由于此刻工 质气体所占的容积保持不变，因此在工质气体温度下降时，其压力pmax
便降到P2，即等容冷却过程。过程m:主活塞与压出器同时向下运动，
使工质气体膨胀，压力由P2降至最小压力p^，其温度也随之下降， 并把冷量输送给冷头，即等温膨胀过程。过程IV:主活塞不动，受膨 胀后的冷工质气体，由于压出器上升，流经冷头内筋，蓄冷器，水冷 却器，返回到压缩腔，工质气体在通过蓄冷器时被加热，而其本身的 冷量传给蓄冷器，为下次循环做准备，即等容升温过程。
上述过程连续重叠进行，将氢气冷却成低温氢(低温冷量)。
结合附图5，由正电极38、负电极39、隔膜40、外壳41通过电 路、M连成一体组成蓄电池(锂离子电池)。
按照上述装置，锂离子电池，电池的正、负极和隔膜中，锂是以 离子形式存在的。电池在充电中，受外电场的驱动，电池内部将形成 锂离子的浓度梯度，正极活性物质中部分Li+脱离LiC。02晶格进入电 解液，通过隔膜嵌入到负极，活性物质的晶格中，同时得到电子生成 lm:化合物，使锂离子电池的端电压上升。而电池放电时，在高自由
能的驱动下，lm:化合物中的Li+脱嵌，通过隔膜进入电解液，电子
由外电路到达正极，与嵌入正极的Li+生成LiC。02,这一过程中电压 逐渐下降。再充电时，又重复上述过程。在充、放过程中锂离子往返 于正负极之间的嵌入与脱嵌即锂离子在正负极之间往a动。
锂离子电池正极为LiCo02负极为层状石墨，电池的电化学反应 式(一)C6 I imo |. L11 ipF6-EC+DECILiCo02 (+)
有益效果
全超导电子发动机(全超导电机)的定子、转子线圃绕组全超导 化，零电阻运行节省了大量励磁能量，电能消耗比同等电动车减少百 分之五十。全超导电机有利于超导电动车的快速启动，頻繁进行正、 反转及停车。定子交流与转子直流相互配合调速范围宽广，调速比大
于1:10000，实现电动车恒转矩和恒功率区快速的转矩响应，体积小、 质量轻、惯性低、效率高(大于99%)，再生能量回收提高3倍。
飞轮(飞轮电池、辅助功率源)，采用旋转转子(机械能)储存
ii电能，作辅助能量源，具有能量高、比功率大，实现电动车短时快速 停车充电(飞轮)，运行时对电池延时充电(电池)。
电池(锂离子充电电池)，能量密度高，循环寿命长，环保无污 染，负栽能力大，可以大电流连续放电。
车身辅助控制装置，采用车辆电控单元(EUC)、车栽微型计算 机(CPU)，智能化控制与现代交通网络相结合，交通道路利用率和行 人安全性高。
全超导电子发动机、电池、飞轮、整车控制器与车身辅助控制装 置，相互配合构成的全超导电动车，具有强大驱动功率、高效、节能、 安全、驾驶简便、绿色燃料、环保零排放。可应用的能源种类多，可 回收的能量多，M运动零部件少，结构简单、量产制造、使用维护 成本低。有利于现代交通系统与电动车的智能化、网络化、提高道路 利用率和人身交通安全，短时快速停车充电，续驶里程为普通电动车 的2倍。
图l是本实用新型实施例1结构原理图。
图2是本实用新型氢冷全超导电子发动机结构原理困。
图3是本实用新型飞轮结构原理图。
图4是本实用新型制冷机结构原理图。
图5是本实用新型电池结构原理图。
图6是本实用新型整车控制器原理图。
具体实施方式
在图2中，转子超导线闺6、定子超导绕组11由第二代高温超导 基材Y-Ba~Cu-02涂层，在高纯Ni(99.99V。)经冷压和结晶热处理辅助加 工获得(001)双轴取向结构的金属基材上用激光法蒸上过JL^fe隐定 的氧化锆(YSE)再在YSE上沉淀Yba-Ca-02制成有强结构的 Y-Ba-CiH)2超导层，超导直流引线10采用Bi2Sr2Ca2Cu3019超导体 (Bi-2223)相超导线材或带材，装置与两端面密封的双层绝热真空管 中。是通式为Bi2Sr2Can—t Cun02n+4 (n 3)的超导相，超导转变温度Tc为IIOK，在通常情况下不为纯相，用Pbo替代部分81203，可以稳定 Bi2Sr2Ca2Cu30w超导相，Pbo含量为30、在获得Bi-2212和2223混合 相的基础上，经7801C在空气中反复退火处理生成Bi-2223超导相。
首先，将超导线材叠加成长圃筒形励磁绕组，固定于转子绝热体 上，转子绝热体7是由绝热材料制成的空心圃柱体，转子轴8由绝热 材料制成单层两端密封的长圃柱体，体内抽高真空状态，滑环9由多 个铜制圃环形彼此用绝^H"料间隔与轴绝缘的圃柱体，超导直流引线 10采用Bi-2223带材，安装于双层真空绝热套管中；定子超导绕组11 由BiST-Ca-Co-o/2223线材制成在空间对称分布多相对称线闺，形成 整距集中框形绕组，以产生梯形波的反电动势，外壳12由绝热材料制 成的圃筒形内胆、囷筒形外胆两端面密封的圃筒体，内胆与外胆之间 抽高真空状态，定子绝热体13由绝热材料制成的中空圃柱体，绝热端 盖14由绝热材料制成的周边密封的中空圃盖，内部抽高真空状态，轴 承15为通用滚柱轴承，主动齿轮16为通用直齿齿轮，从动齿轮17为 通用直齿齿轮，动力输出轴18为通用动力轴，外电缆19为通用电缆， 超导交流引线20为股CaCo, 21为氩气进口， 22为氢气出口。
其中，定子为少极多相整距集中绕组与转子在电机中成对等放 置，成极性交替径向排列或分歉式径向排列，电磁的磁通方向为径向， 气隙中产生多极的径向磁场，采用可调变量交流方波供电，使电机中 产生梯形波的磁场分布，梯形波的感应电动势，转子采用可调变量直 流以产生弱磁调速效果，整机采用离散六状态转子磁极位置控制，无 需坐标变换。转子超导线圉采用单叠绕组固定在转子绝热体上与转子 轴连成一体，转子轴一端与滑环连成一体，另一端与主动齿轮连成一 体。定子超导绕组固定在外壳内壁，定子绝热体安装于外壳内两端固 定，中心孔与转子轴成滑动接触状态。通过绝热端盖、轴承分别将定 子、转子、外壳连成一体；转子超导线圏通过超导直流引线、滑环与 外电缆连成一体；定子超导绕组与超导交流引线一端连成一体；主动 齿轮与从动齿轮通过直齿齿面啮合，从动齿轮与动力输出轴连成一体； 通过上述各部分分别经机械、电路、管道、轴连成一体构成氢冷全超
13导电子发动机。
结合附图6、电动车整车控制器由硬件与软件构成；由电子控制 单元ECU,输入电i^口、输出电珞接口、各种传感器、控制模块、 执行元件主成硬件部分，由支配电子控制单元(ECU)的各种程序、 数据采集、数据计算、数据处理、数据存储、输出控制、系统监控、 系统自诊断组成软件部分，通过电子电路将硬件各部分分别联结成一 体与软件相互配合构成电动车整车控制器(中央电子控制系统，多能 源动力总成控制系统)。
其中，ECU由CAN总线、A/D转换器、I/O定时器、串口 RS232 (液晶显示器相连)、USB接口 (将数据保存到USB存储设备中X ECU 带有内置电源电路(电池)，提供5V稳压电源，保证微处理器、接口 电路电压的稳定。输入电路、输入信号由模拟信号、数字信号(开关 信号)、脉冲信号、其中模拟信号必须经过A/D变换器转换成数字信号 后通过ECU中电压电路产生的5V电压进行转换，转换为微处理器接受 和处理的信号。微处理器，是ECU的核心由微处理器中央处理器CPU、 存储器(RAM/POM/EPROM/EEPROM)、 1/D接口、定时器/计数器，通迅 接口、 A/D和D/A功能器件组成。ECU所使用的是在Keilc166的集成 环境进行编译、仿真、调式。借助于C166单片机所具有的Bootload 功能，可以把用Keil编斧纤的可执#^序代码下载到ECU的程序存储 器Fiash中。CPU为16位或32位，对整个ECU的控制进^ft数据的计 算处理，信号的检测监控，信息的存储和管理信号的输出和反馈，以 及自诊断。多采用集中控制。输出电路，由显示器驱动电路，电磁线 闺驱动电路，控制电机驱动电路，继电器驱动电路组成。微处理器所 发出的指令电压为5V，需要通过放大器处理后再输出到执行机构完成 所需要控制系统的控制功能。
结合附图5，正电极38，在Al箔上涂布由正级活性物质、导电 碳粉和粘接剂混合均匀组成的LiCo02，涂层厚度控制为20咖，在N2 气氛保护下千燥，通过辊压成形，裁剪成长方形正极片；负电极39， 将负极活性物质，粘接剂混合涂敷在Cu箔上千燥辊压成形裁剪成长方形负极片；隔膜40，在正、负极片之间插入长方形隔膜-聚烯烃系树脂(PP、 PE)，巻制成电池芯，分别接入引线，装入镍制阖柱状电池壳体41内，在减压下注入定量电解质EC/DEC-LiPF4封口。制成锂离子可充电电池(LIB)。
结合附困3，飞轮储能器由飞轮转子、电机、轴、轴承、外壳、圃球型外壳、滚珠轴承、减振器、电缆、泵、散热器，通过电路、管道、^连成一体组成飞轮储能器(飞轮电池、辅助功率源)。
由圃柱状飞轮23、通过电机轴25、轴承26与电机转子24连成一体组成飞轮转子，其囷柱状飞轮采用效率因数最大(K=l)的等应力结构，既飞轮转子的每一部分都具有相等的应力，圃盘状飞轮转子的厚度随半径的增加而递减，飞轮转子采用碳纤维-树脂复合材料(Kavlar)或石墨-热缩合成材料绕制而且要绝对均匀，保证精密的动平衡。
电机由电机转子24、电机定子27组成未磁同步电机。由电机本体、位置传感器、电子开关换向电路(控制器)组成。
电机本体由一定磁极对数的^体转子和一个多相绕组的定子組成，转子是将瓦片状的^Ot体貼在转子外表面上或将永磁体内嵌到转子铁心中，定子上开有齿槽，齿槽IM:转子极数和相数的整数倍，定子由硅钢片叠压而成，绕组固定在定子铁心槽内，绕组采用分数槽绕组，其绕组的端头与相应的电子开关电路相连接。
位置传感器是一种无Wfe接触的检测转子位置的装置，由传感器转子与传感器定子组成，分别安装在转子转轴或定子机壳内，能够提供信号，并按照一定的逻辑关系去处触发电子换向开关电路，位置传感器可以是电磁式或光电式、霍尔式位置传感器。
电子换向开关电路，由适当数量的功率半导体元件组成，与相应的定子电枢绕组连接，各功率元件的导通与截止，取决于位置传感器的信号控制，绕组和电子开关电路的配合由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元组成，功率逻辑开关单元^1控制电路将电源的功率以一定逻辑关系分配给电机定子各相绕组，以使电机产生连续不断的转矩，而各相绕组通电的顺序和时间取决于位置传感器的信号，位置传感器所产生的信号经过一定逻辑处理去控制逻辑开关单元。
轴承26采用高性能磁流体轴承、脂润滑精密陶瓷轴承、M钻石轴承；其中磁流体轴承由转动体与固定体组成，磁通集中在轴向间隙中铁流作用于这一轴向间隙时，在磁场作用下形成了 一个环状铁流体，起到轴向润滑作用。
外壳28为真空室外壳，为了减少因飞轮转子周围空气形成强烈涡流造成空气阻力损耗飞轮转子的能量，使飞轮转子在高度密封的环境中运转，真空室外壳内的真空度为103—l(TPa。
阖球形外壳29为万向自由度有光滑内壁的囷球形外壳，飞轮储能器装置在圃球形外壳中，通过多点滚珠轴承与圃球形外壳光滑内壁呈滑动接触状态，使飞轮储能器在车辆复杂多变的运行工况中与车身隔离，不胜直接关系，使飞旨能器与车身之间的水平摆动度ii^ 180° ,方向回转摆动度达到360° ，使飞轮转子始终处于绕垂直轴旋转的工作状态，使地心重力场的影响、车身的方向摆动影响最小，使绕垂直轴旋转飞轮转子的陀螺效应保持稳定的运转状态。
滚珠轴承30为圃球型通用滚珠轴承，装置在轴承架中。
减振器32为电动车通用液压弹黃式减振器或空气弹贵式减振器。
泵33为微型通用离心泵
散热器34为小型通用液-气式热交换器。
电缆引线31为螺旋弹簧式多芯通用电缆或折叠弹簧式多芯电缆与弹贵相互配合，其中一端与电机电路，另一端经真空室外壳端子通过圃球形外壳顶部引出，为飞轮储能器双向传递能量(电能)或信号。
其中，飞轮转子与电机转子同轴连成一体，两端与轴承、外壳连成一体与定子装置在外壳中，抽至真空度10—3—l(TPa。电机电路由电缆通过外壳端子经囷球形外壳顶部引出，真空室外壳通过多点滚珠轴承与圃球形外壳光滑的内表面呈滑动接触，圃球形外壳底部与液压减振器相连接。通过管道将球形外壳下部一側与泵进口、泵出口与换热器进口、换热器出口与球形外壳下部另一倒分别连成一体，通过;Wfe将液压减振器另一端与车身底盘连成一体，其中，圃球型外壳内下部加注冷却液以带走电机散发出的热量，同时兼有润滑、稳定飞轮的功能。
结合附图4、制冷机35，由曲轴箱、活塞连杆机械、气缸、水冷却器、蓄冷器组成，气釭内装有主活塞，它由主连杆带动并与压出器(由副连杆带动)一起组成活塞连杆机构，安装在曲轴上，两个曲轴颈的夹角互成70。相位角。曲轴转动时，主活塞和压出器便作垂直的往复运动。
压出器的上部为膨胀腔，压出器与主活塞之间为压缩腔。全部空间充满制冷工质(氢气、氦气)，在压出器和主活塞上下运动时，工质气体^f更在压缩腔内受到压缩，压缩的工质气体流经水冷却器，其压缩热由水带走，工质气体流经蓄冷器进入膨胀腔，压出器在向下运动时工质气体膨胀作功制取冷量。其中一部分冷量由冷凝头传给外界氢气冷却成低温氢气，另一部分冷量随工质气体贮存在蓄冷器内，工质气体从原路回到压缩腔。
制冷机上部冷凝头与冷量交换器36连成一体，冷量交换器一端与氢气泵37通过管道连成一体；通过管道与氢气泵进口相连，通过管道与冷量交换器出口相连。通过上述各部分分别连成一体构成制冷机(冷源冷量供给装置)。
实施例1，氢气冷却全超导体高级电动轿车，主要技术参ia:设计如下最高时速300公里(km)，最远航程( 一次充电续驶里程)混合工况法600公里(km)， 0 90km/h加速时间10s，最大坡度30%,充电时间90秒、。
配置全球定位系统(CPS)，驾驶员信息中心(DIC)，车辆电子装置中心(VEC)，人工智能控制器(AI)，能量管理系统(EMS)，电池管理系统(BMS)，辅助电池(Ni-MH)，气象信息系统，车栽通迅系统，电子地图，行人被动式安4^护系统，防撞雷达，路面探测器，车-车间距探测器，CAN总线，太阳能热泵空调，安全气嚢(SRS)，车轮防抱死制动系统(ABS )。
其中，超导电子发动机装置在车身前部与底盘、传动轴，差速器、后桥、半轴、车轮分别连成一体组成驱动系统，整车控制器、车身辅助控制装置安装在车身前部，飞轮安装在车身中部重心较低的位置与底盘相连接，电池、安装在车身尾部与底盘相连，通过电路、机械与整车控制器、车身辅助控制装置分别连成一体，制冷机安装在车身前部与底盘相连，通过管道、电路与超导电子发动机、整车控制器分别
连成一体o
1权利要求1.氢冷低温全超导电子电动汽车，由全超导电子发动机(1)、整车控制器(2)、电池(3)、飞轮(4)、制冷机(5)与驱动桥、差速器、半轴、车轮组成的驱动装置与车身辅助控制装置，分别通过底盘、机械、电路、管道、轴经过机械联结、电子联结、电力联结、热联结构成氢冷低温全超导电子电动汽车，其特征是全超导电子发动机，由转子超导线圈(6)、转子绝热体(7)、转子轴(8)、滑环(9)、超导直流引线(10)分别连成一体组成超导体电机转子与定子超导绕组(11)、外壳(12)、定子绝热体(13)、绝热端盖(14)、轴承(15)、超导交流引线(20)分别连成一体组成的超导体电机定子，再与主动齿轮(16)、从动齿轮(17)、动力输出轴(18)组成的变速器；通过上述各部分分别经机械、电路、外壳、轴连成一体，其中将超导线材叠加成长圆筒形励磁绕组，固定于转子绝热体上，转子绝热体(7)是由绝热材料制成的空心圆柱体，转子轴(8)由绝热材料制成单层两端密封的长圆柱体，体内抽高真空状态，滑环(9)由多个铜制圆环形彼此用绝缘材料间隔与轴绝缘的圆柱体，超导直流引线(10)采用Bi-2223带材，安装于双层真空绝热套管中；定子超导绕组(11)由BiST-Ca-Co-o/2223线材制成在空间对称分布多相对称线圈，形成整距集中框形绕组，以产生梯形波的反电动势，外壳(12)由绝热材料制成的圆筒形内胆、圆筒形外胆两端面密封的圆筒体，内胆与外胆之间抽高真空状态，定子绝热体(13)由绝热材料制成的中空圆柱体，绝热端盖(14)由绝热材料制成的周边密封的中空圆盖，内部抽高真空状态，轴承(15)为通用滚柱轴承，主动齿轮(16)为通用直齿齿轮，从动齿轮(17)为通用直齿齿轮，动力输出轴(18)为通用动力轴，外电缆(19)为通用电缆，超导交流引线(20)为BiCaCo，(21)为氢气进口，(22)为氢气出口，其中，定子为少极多相整距集中绕组与转子在电机中成对等放置，成极性交替径向排列或分散式径向排列，电磁的磁通方向为径向，气隙中产生多极的径向磁场，采用可调变量交流方波供电，使电机中产生梯形波的磁场分布，梯形波的感应电动势，转子采用可调变量直流以产生弱磁调速效果，整机采用离散六状态转子磁极位置控制，无需坐标变换，转子超导线圈采用单叠绕组固定在转子绝热体上与转子轴连成一体，转子轴一端与滑环连成一体，另一端与主动齿轮连成一体，定子超导绕组固定在外壳内壁，定子绝热体安装于外壳内两端固定，中心孔与转子轴成滑动接触状态，通过绝热端盖、轴承分别将定子、转子、外壳连成一体；转子超导线圈通过超导直流引线、滑环与外电缆连成一体；定子超导绕组与超导交流引线一端连成一体；主动齿轮与从动齿轮通过直齿齿面啮合，从动齿轮与动力输出轴连成一体；通过上述各部分分别经机械、电路、管道、轴连成一体；飞轮由飞轮转子(23)、电机转子(24)、电机轴(25)、轴承(26)与电机定子(27)通过外壳(28)分别连成一体组成的飞轮本体与圆球形外壳(29)、流珠轴承(30)、电缆引线(31)、减振器(32)通过管道与泵(33)、散热器(34)分别连成一体组成的飞轮储能器辅助装置；通过上述各部分分别由机械、电路、管道连成一体，其中，由圆柱状飞轮(23)、通过电机轴(25)、轴承(26)与电机转子(24)连成一体组成飞轮转子，其圆柱状飞轮采用效率因数最大K＝1的等应力结构，既飞轮转子的每一部分都具有相等的应力，圆盘状飞轮转子的厚度随半径的增加而递减，飞轮转子采用碳纤维-树脂复合材料Kavlar或石墨-热缩合成材料绕制而且要绝对均匀，保证精密的动平衡，电机由电机转子(24)、电机定子(27)组成永磁同步电机，由电机本体、位置传感器、电子开关换向电路控制器组成，电机本体由一定磁极对数的永磁体转子和一个多相绕组的定子组成，转子是将瓦片状的永磁体贴在转子外表面上或将永磁体内嵌到转子铁心中，定子上开有齿槽，齿槽数是转子极数和相数的整数倍，定子由硅钢片叠压而成，绕组固定在定子铁心槽内，绕组采用分数槽绕组，其绕组的端头与相应的电子开关电路相连接，位置传感器是一种无机械接触的检测转子位置的装置，由传感器转子与传感器定子组成，分别安装在转子转轴或定子机壳内，能够提供信号，并按照一定的逻辑关系去处触发电子换向开关电路，位置传感器可以是电磁式或光电式、霍尔式位置传感器，电子换向开关电路，由适当数量的功率半导体元件组成，与相应的定子电枢绕组连接，各功率元件的导通与截止，取决于位置传感器的信号控制，绕组和电子开关电路的配合由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元组成，功率逻辑开关单元是控制电路将电源的功率以一定逻辑关系分配给电机定子各相绕组，以使电机产生连续不断的转矩，而各相绕组通电的顺序和时间取决于位置传感器的信号，位置传感器所产生的信号经过一定逻辑处理去控制逻辑开关单元，轴承(26)采用高性能磁流体轴承、脂润滑精密陶瓷轴承、机械钻石轴承；其中磁流体轴承由转动体与固定体组成，磁通集中在轴向间隙中铁流作用于这一轴向间隙时，在磁场作用下形成了一个环状铁流体，起到轴向润滑作用，外壳(28)为真空室外壳，为了减少因飞轮转子周围空气形成强烈涡流造成空气阻力损耗飞轮转子的能量，使飞轮转子在高度密封的环境中运转，真空室外壳内的真空度为10-3-10-4Pa，圆球形外壳(29)为万向自由度有光滑内壁的圆球形外壳，飞轮储能器装置在圆球形外壳中，通过多点滚珠轴承与圆球形外壳光滑内壁呈滑动接触状态，使飞轮储能器在车辆复杂多变的运行工况中与车身隔离，不发生直接关系，使飞轮储能器与车身之间的水平摆动度达到180°，方向回转摆动度达到360°，滚珠轴承(30)为圆球型通用滚珠轴承，装置在轴承架中，减振器(32)为电动车通用液压弹簧式减振器或空气弹簧式减振器，泵(33)为微型通用离心泵，散热器(34)为小型通用液-气式热交换器，电缆引线(31)为螺旋弹簧式多芯通用电缆或折叠弹簧式多芯电缆与弹簧相互配合，其中一端与电机电路，另一端经真空室外壳端子通过圆球形外壳顶部引出，为飞轮储能器双向传递能量电能或信号，其中，飞轮转子与电机转子同轴连成一体，两端与轴承、外壳连成一体与定子装置在外壳中，抽至真空度10-3-10-4Pa，电机电路由电缆通过外壳端子经圆球形外壳顶部引出，真空室外壳通过多点滚珠轴承与圆球形外壳光滑的内表面呈滑动接触，圆球形外壳底部与液压减振器相连接，通过管道将球形外壳下部一侧与泵进口、泵出口与换热器进口、换热器出口与球形外壳下部另一侧分别连成一体，通过机械将液压减振器另一端与车身底盘连成一体；制冷机(35)上部冷凝头与冷量交换器(36)连成一体，冷量交换器一端与氢气泵(37)通过管道连成一体，通过管道与氢气泵进口相连，通过管道与冷量交换器出口相连。
专利摘要氢冷低温全超导电子电动汽车。该车是以电能通过短时快速充电方式为该车提供能源-飞轮、电池充电补充能量为能量源，以氢气冷却全超导电机为动力源，以飞轮为电池转换充电为辅助功率源与整车电子控制器通过车身辅助控制装置，由人工控制可高效率将电能转化为车身的动能，是实现清洁、环保、安全、节能、零排放、智能化的现代新型电动道路运输工具。
文档编号B60K17/28GK201427524SQ20092009337
公开日2010年3月24日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者肖英佳 申请人:肖英佳