新能源概念纯电动汽车创新技术。
背景技术：
汽车自诞生已有一百多年的历史，汽车对于人类社会的文明进步产生了积极而深远的影响，有力促进人类社会的繁荣发展，但同时也衍生了能源危机、环境污染等日益严峻的社会问题。新能源纯电动汽车是世界公认的未来汽车发展方向，我国也在积级地推进新能源电动汽车国家发展战略，电动汽车已经成为最炙手可热的投资项目。目前新能源纯电动汽车技术上还没有形成实质性突破，新能源纯电动汽车受续航里程短、制造成本高等瓶颈性问题的束缚，难与传统动力汽车相匹敌，严重制约电动汽车产业的全面发展。
技术实现要素：
一、机械能纯电动汽车总体设计方案
技术创新源自于科技实践的不断探索研究，依据科学实验不难得出新能源概念纯电动汽车技术创新的最佳途径，其结论是新能源电动汽车不仅仅是动力驱动形式的简单转变，不应是对传统汽车可利用系统技术的全盘舍弃，而应当是对于传统汽车技术的传承创新，要充分依托传统汽车技术，并围绕电动汽车自身开源和节流的创新思维，依据驱动电机和动力电池前沿技术现状创新设计新能源纯电动汽车，旨在解决新能源纯电动汽车行驶里程短、制造成本高等瓶颈问题所采用的创新技术方法。
新能源概念纯电动汽车核心技术，利用电磁驱动技术融合传统机械及变速传动等系统技术，创新设计可发挥最佳驱动效能的多级飞轮组储能机电系统技术，利用其中的初级和二级飞轮储能机电系统装置替换传统动力发动机，其动力经离合器柔性传递至变速器，利用变速器的逐级增速原理实现重力飞轮的逐级提速储能和发电功能，形成初级至多级飞轮储能机电系统形成合力矩做功，并充分利用中高速运动汽车的空气阻力直接转化为动力的创新应用技术，最终形成其增强动力经驱动桥减速驱动汽车运动做功。以及深度挖掘中高速运动汽车的自身潜能，利用中高速运动汽车所蕴含的较大动能转化为动力的创新应用技术，为提升新能源纯电动汽车续航里程奠定可靠的物资基础。
二、机械能纯电动汽车基本结构
新能源概念纯电动汽车总体上沿用传统汽车除了发动机以外的可利用系统结构，利用创新设计的初级和二级飞轮储能机电系统装置为原动机替换传统动力发动机；由常规转速电机所组成的驱动系统，则是由初级飞轮储能机电系统的单级系统装置为原动机替换传统发动机。新能源概念纯电动汽车与传统汽车的主要差别是驱动系统的不同，以及相关能量存储、传递形式的不同，由此而产生车身结构和附件上的差别。其主体结构是由多级飞轮组储能机电系统、传统机械变速传动、行走等系统、动力电池电源系统、发电励磁机、充电发电机、充电管理系统、动力驱动和整车控制系统及汽车辅助系统所组成。
三、机械能纯电动汽车系统技术方法
新概念纯电动汽车的核心创新技术，主要是在纯电动汽车动力驱动系统和汽车潜能开发利用方面的技术创新。新概念纯电动汽车驱动系统是由电磁驱动技术创新融合传统机械及变速传动技术，由驱动电机集成配重飞轮、功能飞轮和重力飞轮所构成的多级飞轮储能机电系统技术。其中的驱动电机按照转速划分有高速或者常规转速之分，按照形体划分有圆柱体传统驱动电机和新型盘式驱动电机两种类型。
新能源概念电动汽车驱动系统采用具有较大过载能力的调速驱动电机，依托传统动力汽车技术创新设计的新概念纯电动汽车，传统汽车动力系统的转速和做功机构的质量等参数是其技术创新所要遵循的样本，其中的传统动力发动机做功机构质量是指由飞轮、曲轴、连杆活塞及轴承等转动做功附件的质量之和，是确定新概念电动汽车驱动电机功率及配重飞轮、功能飞轮和重力飞轮质量的重要依据。新能源概念纯电动汽车的驱动系统原动机转速设计要与传统汽车如乘用车发动机5000-8000r/min相同的常规转速，而商用车的动力系统原动机转速同样要遵循3000-5000r/min或是相同类型车转速和转动机构质量的设计原则。
1.初级飞轮储能机电系统创新技术
（1）高速驱动电机组成的动力系统，是由传统调速电机组合电机两侧配重飞轮，并集成散热风扇和驱动带轮或行星减速器于一体结构的系统装置；由高速盘式调速驱动电机所构成的系统，在驱动电机结构上创新设计较大直径扁平结构的盘式转子并集成配重飞轮的质量、散热风扇、驱动带轮或行星减速器于一体结构的盘式驱动电机。两种类型驱动电机所构成的动力系统，通过驱动带或集成组合行星器以2-3倍或适宜的传动比减速传递动力，形成与传统动力汽车乘用车或是商用车排量所对应的常规转速，驱动二级飞轮储能机电系统装置为原动机。原动机系统是由初级和二级的两级系统所组成。
（2）常规转速驱动电机构成的系统，其常规转速是指依据传统动力汽车乘用车或是商用车排量所对应的常规转速。传统制式驱动电机的创新设计，可维持定子、转子和散热风扇基本结构不变，设计电机双侧驱动轴结构；盘式驱动电机的创新设计盘式转子并集成配重飞轮较大的形体和质量，以及转子中间的散热、气动增力组件于一体结构的转子，盘式电机外形可与风扇飞轮的大小相同，两种类型驱动电机的一侧驱动轴直接与二级飞轮储能系统前端的风扇飞轮驳接，另一侧的与飞轮盘相连接并与相关附件组合装置为原动机。常规转速驱动电机系统的原动机系统是由初级的单级系统所组成。初级飞轮储能系统中的驱动电机配重飞轮、盘式转子主要通过适当增加转子轮缘宽度而不是利用转子的轮缘厚度来实现其增重的质量，确保其质量集中在转子轮缘分布。初级和二级系统中的构件创新设计，目的是更好地平衡动力与受力、散热流通、气动增力等综合作用，完善驱动系统性能。
对于传统高速电机构成的驱动系统，其中的配重飞轮单个质量为转子质量的0.5倍左右，外形大小为传统电机的1.5倍为宜。高速盘式驱动电机转子质量为传统电机的0.5-1倍为宜，外径为传统电机的2倍左右为宜。常规转速盘式驱动电机外形大小，要利用动力系统空间设计与风扇飞轮大小相同规格，其转子质量为传统电机转子的3-5倍为宜，盘式转子结构外部为铁芯和导线，其内部采用轻量化的铝合金、碳纤维、树脂等材料制作的风扇结构的盘式驱动电机。
新概念纯电动汽车驱动电机类型选择及功率大小的确定，由于电动汽车驱动技术的快速发展，驱动电机类型种类齐全，功率从个位、十位到百位功率以上较为宽泛区间的驱动电机可供选择，从适宜纯电动汽车高可靠性及综合效能要求，变频交流感应电机、开关磁阻电机、无刷直流电机和直流永磁电机类型的调速驱动电机是最为理想的驱动电机。具体可依据驱动系统及整车动力实验平台的测试结果，确定驱动电机的适配类型及功率。
2.第二级飞轮储能机电系统创新技术
创新融合航空涡扇发动机技术，把汽车空气阻力直接转化为汽车动力的创新应用技术。二级飞轮系统装置是由风扇和飞轮的轮缘集成一体结构的气动增力风扇飞轮同轴直连飞轮盘，中间附加驱动带轮或驱动电机、整流、导流和排气涡扇所组成。其中风扇飞轮的配重轮缘可设计为空腔化铅封装的复合结构，以确保主要质量集中在飞轮的轮缘，以及在其前后端可增加充分利用气动力的多级涡扇，从而形成最佳的气动增力效果。飞轮盘如果没有起动功能可设计无齿圈的标准飞轮。
二级飞轮系统的气动增力风扇飞轮装置，亦可创新设计为气动增力的风扇飞轮集成结构转子的盘式变频调速驱动电机，同轴直连飞轮盘或重力飞轮，中间附加驱动带轮或驱动电机、整流、导流和排气涡扇等附件，或增加起动电机所组成，并与离合器压盘相连接。创新设计的气动增力盘式驱动电机不宜采用永磁类型的驱动电机，因为没有电磁阻力可方便灵活切换气动或是电机驱动模式，不影响直接把空气阻力转变为动力的增力作用。风扇飞轮或盘式变频调速驱动电机可采用独立断开式结构，利用电磁、机械离合器，或是压簧伸缩控制摩擦棘轮机构的自主控制结合方式接合传递动力，不会影响汽车的驱动性能，方便适时控制风扇飞轮直接把空气阻力转化为汽车动力，以适应电动汽车动力变化需求，控制单机或是双机驱动与气动增力合力驱动模式的切换。
新概念纯电动汽车驱动系统是由单级或是双级飞轮储能机电系统装置所组成，由其驱动控制系统控制其驱动模式的相互切换，主要是为了满足汽车起步、极限加速、爬坡，以及匀速运动对于电动汽车动力区间变化大的需求，同时也是为了满足纯电动汽车功能差异和多样化的设计需求。由初级系统的驱动电机和风扇飞轮转子盘式驱动电机，双机合力驱动电动汽车的起步及极限加速；而由单机的初级系统驱动电动汽车的低速运行，初级系统的驱动电机单机和风扇飞轮转子气动增力的合力驱动常态化电动汽车匀速行驶；而由重力飞轮构成的驱动系统，要充分利用传统动力汽车的起动技术，并对起动电机减速比进行适当调整，目的是利用其强大的驱动力，而构成重力飞轮的系统其阻力要比传统发动机要小得多，利用其超强驱动力在瞬间获得相对较高的起动转速，然后再切换其它驱动模式。
二级系统配置的飞轮盘可直接利用传统动力汽车相同质量的飞轮，风扇飞轮的配重可依据动力系统测试平台选择适宜的配重质量。二级系统配置重力飞轮的系统其创新设计可充分利用其空间，设计较大直径和质量的重力飞轮，由高速驱动电机组成的系统重力飞轮质量为传统电机转子的3-5倍为宜，而由常规转速电机所构成的系统重力飞轮质量为传统电机转子的3倍为宜，最佳的重力飞轮质量可由动力实验平台测试确定。系统中的风扇飞轮、风扇飞轮转子、重力飞轮的质量要通过增加适度的轮宽度来实现，其中的重力飞轮的轮缘可设计成空腔化铅封装，目的是确保其质量分布在飞轮的轮缘，便于形成最佳的力学效能。重力飞轮集成与离合器压盘的驳接口，以及辅助起动电机的齿轮盘结构。
二级飞轮储能机电系统的风扇飞轮要有适当结构的涵道及附件的配合，才能发挥把空气阻力直接转化为汽车动力的最佳效果。所以其车头设计要充分利用其宽度和高度，设计最大尺寸的迎集束空气的涵道进气口，设计利用重力垂落疏密得当的百叶窗，以及能够阻挡昆虫等物，并有利空气流动结构的适合材料格栅网，利用气流控制其自动开启。整个初级和二级飞轮储能机电系统装置安装在汽车头部的迎风集束进气口相连的涵道内，涵道末端设计成涡轮外壳排风口，与离合器总成外壳相联成一体的半封闭结构。空气阻力气流经过集束和整流作用后，增强气流冲击驱动风扇飞轮转动做功，并经导流、排风涡扇由涵道未端底部开口顺畅排出。
3.第三级重力飞轮储能机电系统创新技术
利用传动轴与重力飞轮集成结构，并利用重力飞轮加装无铁芯盘式永磁发电机集成一体结构装置，组成储能和发电励磁机的多功能机电系统装置。亦可，直接利用传动轴集成重力飞轮和多极励磁转子发电机系统集成结构的复合机构，或是永磁转子无铁芯定子的充电发电机装置。乘用车类型的系统，其中的重力飞轮的质量可依照相对应排量传统汽车转动做功机构质量的3-5倍，甚至是更高倍比的质量，实际重力飞轮的质量可依据动力实验平台测试选择最佳的参数数值。商用车可采用5－10倍的重力飞轮质量，对于载重汽车可设计第四级重力飞轮储能系统，可与末端传动轴、行星减速器和重力飞轮集成结构装置，并与主减速器构成二级减速驱动桥系统装置。
三级飞轮储能系统的重力飞轮创新设计亦可采用与离合器集成结构装置，主要是利用离合器与变速器较大直径的外壳空间，创新设计较大直径和质量的重力飞轮和变速器集成一体结构装置，其重力飞轮亦可创新设计为外转子永磁重力飞轮转子，内置发电机无铁芯定子结构的永磁发电励磁机，或是创新设计集成永磁转子的无铁芯发电机。与利用传动轴集成的重力飞轮储能机电系统相比，其设计有更高的集成度，方便简化系统安装，从而能够形成更佳的驱动做功效果。此类的重力飞轮储能机电装置与离合器集成系统更适合前轮驱动形式的电动汽车，此种重力飞轮与变速器集成创新设计不适合常见的机械式离合器，受限于一种动力自然断开式的离合器，如液力变扭器和自主接合类型的电磁离合器。
三级系统其中的永磁无铁芯发电机为充电发电机提供励磁电源，以及为低压起动机的电源充电电源。而针对商用载重车可运用传动轴、重力飞轮、永磁发电励磁机和行星减速器整合一体集成结构的创新设计，与末端传动轴锥形齿轮组成二级减速器，可有效优化主减速器的结构设计。重力飞轮设计针对高度空间小、长度空间大的特点，铸造或冲压成型相对较长有空腔的飞轮化铅封装重力飞轮，确保飞轮的绝大部分质量集中在飞轮的轮缘。利用变速器的低速大扭矩起动重力飞轮，再利用变速器的逐级增速原理实现重力飞轮的逐级提速储能并发电，运用单级或二级离合器的协同控制同步分离或接合动力，以便特殊情况下的紧急制动分离动力，利用初级和二级离合器有先后顺序的时间差接合动力，利用换档变速的瞬间实现重力飞轮的起动和加速，其作用是利用多级飞轮的联合储能增加扭矩，提高驱动系统的动力性能，有效抵冲发电励磁机、充电发电机做功所增加的汽车做功阻力。
4.第四级车轮储能机电系统创新应用技术
汽车自重及乘员或载重的整体质量依附在汽车车轮之上，这是汽车所固有的自然形态，其重力在客观上存在轮轴的轮上施力做功的杠杆效应。中高速运动的汽车在客观上存在尚未得到开发利用的较大潜能，而这往往又是容易被我们所忽视的客观存在，这是因为汽车质量和运动速度都是已知量，那么依据数学推理是不难得到客观的结果。依附在车轮之上的第四级储能系统技术，其本身虽然不是什么刻意的创新技术，却可产生意义非凡的开发利用汽车所蕴含潜能的创新应用技术。
乘用车可直接利用驱动前桥或者后桥裸露的两侧半轴，安装有离合或是差速功能的棘轮机构的驱动皮带轮,或者是利用盘式制动器或是车轮与鼓式制动器内相连的半轴安装驱动带轮，通过带传动驱动发电机的转动做功。亦可，直接利用安装前驱动或后驱动桥式发电机，利用离合器或是差速功能的棘轮机构的双侧半轴直驱发电机的转动做功。而商用载重车可利用主车或挂车加装从动式单轮驱动副桥，安装直驱充电发电机，也可以加装液压悬挂装置依据汽车速度及充电需求控制其升降，可以减少汽车阻力和轮胎磨损，利用车轮驱动充电发电机的转动做功。
汽车动能转换充电发电机的创新设计主要是依据汽车底盘高度空间有限，而其宽度空间较长的特点，并针对汽车发电机要求高效能和高可靠性的特点，创新设计适用的多级励磁长轴转子发电机；亦可创新设计集成度更高，直接利用双侧半轴设计励磁转子发电机，并与主减速器、差速器集成一体的驱动桥式或轮毂发电机；或是创新设计长轴的永磁转子的无铁芯发电机，直接利用汽车较大推力以及汽车驱动的合力驱动发电机做功，发电机功率可依据动力需求，以及动力实验平台的测试选择适配功率的充电发电机。
四、机械能纯电动汽车技术原理
新能源概念纯电动汽车利用调速驱动电机无极变速起动、加速平滑、转矩大耗能低的良好性能驱动配重飞轮，直接减速驱动二级飞轮储能机电系统的转动做功，再利用变速器的逐级增速原理实现重力飞轮的逐级提速储能和发电功能，初级至多级飞轮储能机电系统装置形成合力，并在汽车运动一定速度时起动风扇飞轮转动做功，最终形成整体系统的最大合力做功态势。可以充分提升驱动电机的驱动效能，并有效减少驱动电机的耗能，其输出动力再经驱动桥主减速器驱动汽车运动做功。
汽车运动时的空气阻力和动能是始终如影随形，客观上有较大的能量没有得到开发利用而白白浪费。新能源概念纯电动汽车的最大创新亮点之一，创新融合航空涡扇发动机技术利用风扇飞轮把车头部的空气阻力直接转化为汽车动力；二是利用汽车中高速运动所形成的较大推力驱动较大功率的发电机做功，依据车速状况适时选择灵活的充电方式为汽车动力电池充电，有效提升新概念纯电动汽车的续航里程。
五、机械能纯电动汽车电源及控制等辅助系统的设计
新能源概念纯电动汽车是依托传统汽车的技术创新，基本上保持传统汽车的车体和外形的基本结构，沿用传统动力汽车变速传动系统、行驶系统等系统，以及除了传统动力发动机之外
的可利用系统，两者之间最大区别是驱动性质不同。新概念纯电动汽车非常独到的创新技术
是汽车自重和乘员或载重不再是附庸和累赘，而是开发利用汽车自身潜能的一部分，所以新概念电动汽车创新设计不必考虑轻量化设计方案，有利于选择物美价廉的适宜材料，从而有效降低新概念纯电动汽车制造成本。
新能源概念电动汽车与传统汽车相比其最大不同点是动力电池和整车系统的控制系统装置，以及能量传递、信息传输和管理控制的总体布线网络。与此相关的底盘和车身结构上的一些差别，在汽车的适当车底部预留出传动系统的空间，利用底盘车架设计安装动力电池的一体结构。亦可，利用汽车坐垫、靠背的内部和底部空间增加动力电源的安装。目前动力电池技术的快速发展电池容量也得到显著提升，乘用电动车动力电池容量已经将近100kwh，已经基本解决纯电动汽车动力电源问题，但是过高的电池容量刚性需求也是电动汽车成本居高不下的主要原因。
新概念纯电动汽车其节流和开源技术的开创性应用，实现了纯电动汽车技术发展的一次飞跃。要充分利用好其创新开源技术建立一套科学管控系统，依据汽车速度变化区间大的特点设计宽幅动态的发电机调压、稳压的电子管控系统，依据汽车行驶速度控制发电机的充电模式合理开发利用汽车潜能。并确立低压和中高压两套电源及充电系统，三级重力飞轮储能机电系统的发电机可以为充电发电机提供励磁电源及低压起动机电源提供充电。低压电源系统可采用常规的铅酸蓄电池，中高压电源系统则采用蓄能比较高的动力电池。
新概念纯电动汽车要结合运用动力电池前沿高新技术，选择高低温性能好，充电快速度，充放电能量转化效能高，安全性能好，循环充放电寿命长的动力电池，并确立利用动力电池与超级电容器互补的复合电源系统技术。新能源概念纯电动汽车开源和节流核心创新技术应用，将会有效降低新概念纯电动汽车对动力电池容量的过分依赖。根据新概念纯电动汽车的档次及车型设计，选择适中的动力电池容量可有效控制电动汽车的制造成本。
具体实施方式
依托传统动力汽车技术以及目前驱动电机和动力电池技术的现状创新设计的新能源概念纯电动汽车，主要围绕开源和节流的创新思维首创了三大核心技术，一是旨在提高动力驱动系统效能的多极飞轮储能机电系统技术；二是创新融合航空涡扇发动机技术直接把汽车空气阻力直接转化为汽车动力的技术；三是深度挖掘汽车运动所蕴含能量转化为汽车的动力创新技术。所涉及技术均来源现有应用技术，是公知公用的简单组合技术创新，新能源概念电动汽车所具有的超强续航能力，与传统动力汽车和其它类型电动汽车相比具有全方位的优势，其技术推广及实施不存在任何障碍。
新能源概念纯电动汽车即不同于传统汽车技术，又与现行主流纯电动汽车技术有着很大的差别，与传统汽车的关联度较高，完全可以依托传统汽车成熟的技术及完整的产业链规模，并在较短时间形成产业化规模快速发展。新能源概念纯电动汽车创新技术毕竟是首创尚没有得到实际应用验证的技术，其中的任何单一技术均是成熟的，但是其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，并在反复实验测试中不断完善，新概念纯电动汽车整体技术才能不断趋于成熟。
因此，要建立一套新能源概念纯电动汽车性能量化对比实验分析测试平台，依托传统动力发动机转动做功机构质量和转速等相关的动力参数，首先是对驱动多级飞轮组储能机电系统装置中的驱动电机、发电励磁机和充电发电机的功率匹配和性能进行适应性的测试，依据实测结果优选确定何种类型的驱动电机、发电机及适配的功率。其次，是对初级系统的配重飞轮质量，二级系统的风扇飞轮的配重，飞轮盘的质量或者是重力飞轮的质量，三级系统的重力飞轮的质量，以及多级系统与变速传动、动力分离、接合系统技术融合适应问题，二级系统配置重力飞轮的驱动系统的辅助起动机减速比确定的测试等，对其所有的创新技术进行单独系统或是整体系统组合技术的实验测试，并组装成车上路行驶进行综合性的实验测试，依据实际测试结果确定相关测试对象的理想参数数值。
目前世界主要汽车生产国家都在积极推广电动汽车发展战略，我国也把新能源汽车列入优先发展战略规划，我国市场规模大发展新能源汽车优势明显，新能源汽车技术水平与发达国家的技术差距不大，目前国家正在加快完善电动汽车充电桩及配套设施的建设，现在是新能源电动汽车业发展绝佳战略的机遇期。新能源概念纯电动汽车创新技术恰逢其时，实施优先发展战略可以实现我国新能源汽车制造业的弯道超车，新能源电动汽车制造业也必将迎来全面井喷式的快速发展时代。