CN108482184A - 一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车 - Google Patents

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丁渭平
杨明亮
王凯
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/10—Combination of electric propulsion and magnetic suspension or levitation

Abstract

本发明公开了一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，包括车身、磁浮轨道行驶的高温超导运行系统和普通道路行驶的分布式电驱动运行系统，高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统位于车身内部且驱动车身运动；高温超导运行系统包括磁浮控制系统、感应动力集成超导磁铁、动力集成绕组和导向机构，感应动力集成超导磁铁和动力集成绕组均为成对分布在车身内部，动力集成绕组位于相邻感应动力集成超导磁铁之间，导向机构位于相邻动力集成绕组之间；分布式电驱动运行系统包括轮毂电机、主动悬架系统、轮胎、转向系统、驱动电源电池、分布式电驱动控制系统和控制系统、转向系统通过主动悬架系统与轮胎相连。

Description

一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车。
背景技术
伴随着全球经济的快速发展，传统能源——石油作为一种不可再生资源正在被日益消耗殆尽，变得越来越紧缺。同时，随着城镇化的加速，城市道路日益拥挤，传统汽车尾气排放造成严重的环境污染。如不及时解决上述社会问题，则会给居民的生活、工作带来巨大的伤害，阻碍城市物质文明的健康发展。因此，发展新能源汽车以替代传统能源汽车(如电动汽车)越来越受到全世界的高度重视。
然而，目前大多的电动汽车都只是在传统燃油车基础上将内燃机更换为电动机，其驱动系统、传动系统、减速系统仍然与传统燃油车保持一致。如此，在现有电机效率以及电池能量密度都较低的技术水平上，其动力传递、转换效率将受到严重的影响，离人们的节能环保及缓解拥堵期望相差甚远。
CN 204915342 U公开了一种微能耗磁悬浮汽车驱动总成，包括驱动电机、磁浮行星齿轮、发电驱动装置、变速箱、车用电子设备和与充电装置电性连接的储电装置。驱动电机通过所述磁浮行星齿轮驱动发电驱动装置工作，发电驱动装置驱动变速箱工作，变速箱驱动车轮驱动轴工作，并且将发电驱动装置产生的电能输送给车用电子设备或储电装置，储电装置为驱动电机提供电能。该技术方案中的“磁悬浮”是指磁悬浮行星齿轮。该磁悬浮行星齿轮的引入对于动力传递过程中的变速与扭矩稳定传递，及降低动力传递过程中的能量消耗有一定的优势。但仅靠引入行星齿轮的悬浮而未改变其他传递结构以达到大幅降低动力传动过程的能量消耗是有限的，同时发电驱动装置的引入，增加了传递结构的复杂性，增加了传递能量消耗。对于整个传动系统而言，整体的能量消耗是增加还是减少仅从该专利方案上无法预估。另外，该技术方案未能在缓解城市交通拥堵上做出技术规划。
CN 103573813 A公开了一种磁悬浮轴承及磁悬浮汽车，该技术方案是一种磁浮轴承，轴头的两侧装有滚珠，轴承内轴轴头的圆周面装有强磁铁，轴承外壳的内侧装有线圈，当线圈通以强大电流时，轴承的内轴轴头就悬浮在了空中，这是一种磁悬浮轴承。汽车或其它车辆的每个车轮中装有这种轴承1-2个，就将车身悬浮在了空中(但车轮是着地的)，然后将车轮向前传动，将半轴、轴头车轮前进的反方向传动，车辆就可以行驶。汽车行驶时，轴承两侧的滚珠对车轮的滚动不但起着辅助作用，而且对车身的左右摆动将起着强有力的支撑作用，轴承悬浮区及悬浮区以外的轮胎部分支撑着车的所有负重。
该技术方案将汽车车轮的轴承以磁悬浮轴承取而代之，是汽车的车身悬浮在空中(车轮除外)，如此可以在一定程度上减轻轴承的摩擦和阻力。由于该技术方案在轴头周围增加了大量的磁铁以及外壳线圈，这样增大了传动系统重量。同时，由于磁悬浮轴承要消耗大量的电能才能使其“悬浮”。以上两方面的因素都会导致该技术方案下的磁悬浮汽车能耗增加，很难评估由于磁悬浮轴承的引入是否会产生节能的效果。另外，该技术方案同样未能在缓解城市交通拥堵上做出技术规划。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，制造成本较低，利用磁悬浮技术与分布式电驱动技术相结合的新能源汽车。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，包括车身、磁浮轨道行驶的高温超导运行系统和普通道路行驶的分布式电驱动运行系统，高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统位于车身内部且驱动车身运动；高温超导运行系统包括磁浮控制系统、感应动力集成超导磁铁、动力集成绕组和导向机构，感应动力集成超导磁铁和动力集成绕组均为成对分布在车身内部，动力集成绕组位于相邻感应动力集成超导磁铁之间，导向机构位于相邻动力集成绕组之间，车身的底部还设有气隙传感器，动力集成绕组之间设有对称布置的悬浮导向超导磁铁，悬浮导向超导磁铁的两边设有悬浮导向绕组，悬浮导向超导磁铁的下端部和悬浮导向绕组的下端部设有驱动绕组，驱动绕组位于导轨之上。
优选地，所述分布式电驱动运行系统包括轮毂电机、主动悬架系统、轮胎、转向系统、驱动电源电池、分布式电驱动控制系统和控制系统、转向系统通过主动悬架系统与轮胎相连，轮毂电机位于轮胎之间，轮毂电机工作时驱动轮胎转动，轮胎转动过程中带动车身运动。
优选地，所述动力集成绕组与感应动力集成超导磁铁、超导磁铁、气隙传感器、驱动绕组、悬浮导向绕组分别与磁浮控制系统电连接；磁浮控制系统、轮毂电机、分布式电驱动控制系统和控制系统分别与驱动电源电池电连接。
优选地，所述主动悬架系统包括前主动悬架系统和后主动悬架系统，轮胎包括前轮和后轮，前主动悬架系统和前轮相连，后主动悬架系统与后轮相连，转向系统通过前主动悬架系统和前轮相连，转向系统控制前轮的运动方向。
优选地，所述感应动力集成超导磁铁位于驱动电源电池的上面，驱动电源电池位于车身内部的底部。
优选地，所述导向机构位于相邻动力集成绕组的顶部，相邻动力集成绕组与导向机构组成矩形框结构，悬浮导向超导磁铁和悬浮导向绕组平行并排布置，悬浮导向超导磁铁的上端部和悬浮导向绕组的上端部位于动力集成绕组与导向机构构成的矩形框结构的内部。
优选地，所述车身内设有座椅。
优选地，所述控制系统包括电机控制器、电源管理器、主动悬架控制器、冷却控制器和转向助力控制器。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车结合了磁悬浮技术与分布式电驱动技术，使车辆既能行驶在磁浮轨道上(理论运行速度可达300km/h以上)，又能行驶在普通道路上，提升了车辆运行高效，更环保、更节能、更舒适。
2、本发明中，车辆主要运行在磁浮轨道上，可极大的缓解城市(城际)交通拥堵的压力。
3、本发明可与北斗导航、信号发射基站等“空天地”一体化行车环境想结合，驾驶更安全，更容易实现智能驾驶和无人驾驶。
附图说明
图1是本发明一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车中高温超导运行系统的结构原理示意图；
图2是本发明一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车中普通道路行驶的分布式电驱动运行系统的结构原理示意图；
图3是本发明一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车的总体方案原理示意图。
附图标记说明：1、动力集成绕组；2、感应动力集成超导磁铁；3、悬浮导向超导磁铁；4、导向机构；5、气隙传感器；6、磁浮控制系统；7、驱动绕组；8、悬浮导向绕组；9、导轨；10、轮毂电机；11、主动悬架系统；12、轮胎；13、转向系统；14、驱动电源电池；15、分布式电驱动控制系统；16、控制系统；17、车身；111、前主动悬架系统；112、后主动悬架系统；121、前轮；122、后轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1到图3所示，本发明提供的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，包括车身17、磁浮轨道行驶的高温超导运行系统和普通道路行驶的分布式电驱动运行系统，高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统位于车身17内部且驱动车身17运动。磁浮轨道行驶的高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统可以分别独立工作驱动车身17运动。
高温超导运行系统包括磁浮控制系统6、感应动力集成超导磁铁2、动力集成绕组1和导向机构4，感应动力集成超导磁铁2和动力集成绕组1均为成对分布在车身17内部，动力集成绕组1位于相邻感应动力集成超导磁铁2之间，导向机构4位于相邻动力集成绕组1之间，车身17的底部还设有气隙传感器5，动力集成绕组1之间设有对称布置的悬浮导向超导磁铁3，悬浮导向超导磁铁3的两边设有悬浮导向绕组8，悬浮导向超导磁铁3的下端部和悬浮导向绕组8的下端部设有驱动绕组7，驱动绕组7位于导轨9之上。
高温超导运行系统的工作过程包括三方面：悬浮过程、驱动(制动)过程和导向过程。悬浮：磁浮控制系统6利用感应动力集成超导磁铁2产生的强磁场，车辆运行时与布置在导轨9或者地面上的驱动绕组7相互作用，产生电动斥力将车辆浮起，悬浮的间隙可达100mm的距离左右。驱动(制动)过程：磁浮控制系统6想动力集成绕组1通电，并向布置在导轨9两侧的驱动绕组7提供与车辆速度频率一致的三相交流电，产生一个移动的电磁场进而在导轨9上产生电磁波，并产生移动磁场相同步的推力，该推力使得车辆前行。在需要制动时，磁浮控制系统6施加反向的电动势，改变移动磁场的方向，使车辆实现无接触制动。导向过程：磁浮控制系统6通过气隙传感器5实时检测车身导向机构4与导轨9的间距。当偏离设定间距范围时，悬浮导向超导磁铁3与悬浮导向绕组8共同作用产生一个相互排斥的力，使车辆回到正常位置。
分布式电驱动运行系统包括轮毂电机10、主动悬架系统11、轮胎12、转向系统13、驱动电源电池14、分布式电驱动控制系统15和控制系统16、转向系统13通过主动悬架系统11与轮胎12相连，轮毂电机10位于轮胎12之间，轮毂电机10工作时驱动轮胎12转动，轮胎12转动过程中带动车身17运动。
动力集成绕组1与感应动力集成超导磁铁2、超导磁铁3、气隙传感器5、驱动绕组7、悬浮导向绕组8分别与磁浮控制系统6电连接；磁浮控制系统6、轮毂电机10、分布式电驱动控制系统15和控制系统16分别与驱动电源电池14电连接。
主动悬架系统11包括前主动悬架系统111和后主动悬架系统112，轮胎12包括前轮121和后轮122，前主动悬架系统111和前轮121相连，后主动悬架系统112与后轮122相连，转向系统13通过前主动悬架系统111和前轮121相连，转向系统13控制前轮121的运动方向。
感应动力集成超导磁铁2位于驱动电源电池14的上面，驱动电源电池14位于车身17内部的底部。
导向机构4位于相邻动力集成绕组1的顶部，相邻动力集成绕组1与导向机构4组成矩形框结构，悬浮导向超导磁铁3和悬浮导向绕组8平行并排布置，悬浮导向超导磁铁3的上端部和悬浮导向绕组8的上端部位于动力集成绕组1与导向机构4构成的矩形框结构的内部。
车身17内设有座椅18，在实际使用过程中，座椅18的数量可根据实际需要进行适当的增减，也可以根据车身17内部容量的大小改变座椅18的样式和结构，以便更好的适应车身17的内部空间。
控制系统16包括电机控制器、电源管理器、主动悬架控制器、冷却控制器和转向助力控制器，电机控制器、电源管理器、主动悬架控制器、冷却控制器和转向助力控制器均为现有成熟技术设备。
分布式电驱动控制系统15根据驾驶指令输入加速、制动及转向等命令，结合主动悬架系统11对路面信息的反馈与控制系统16的相关信息，综合判断车辆行驶状态，如加速、制动和转向等，并发出四个独立驱动轮毂电机或轮边电机输出驱动扭矩或者制动扭矩指令，并实现车辆驱动防滑、制动回收、横摆稳定以及舒适性控制。
结合高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统形成了一种磁悬浮技术与分布式电驱动技术相结合的新型智能化汽车。该技术方案具有广阔的应用场景，该技术方案主要用于城市与城际交叉运行环境，以公共客车、分时私家车为主。为减少投入以及对周边居民环境的影响，磁浮轨道主要沿现有高速公路中间隔离带铺设。在普通道路与磁浮轨道上如何切换和顺利过渡的问题中，当从普通道路行驶至磁浮轨道或由磁浮轨道行驶至普通道路，由于有该技术方案中，车辆装有分布式电驱动轮，可以直接用电驱动轮驱动整车。本发明中，车辆配置主动悬架系统11，悬架高度可调，当从普通道路行驶至磁浮轨道后，为降低车辆悬浮高度，可通过车辆配置主动悬架系统11将车辆悬架高度降低；当从磁浮轨道行驶至普通道路后，为提升车辆通过性，可通过主动悬架系统11调节车辆悬架高度。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：包括车身(17)、磁浮轨道行驶的高温超导运行系统和普通道路行驶的分布式电驱动运行系统，高温超导运行系统和分布式电驱动运行系统位于车身(17)内部且驱动车身(17)运动；高温超导运行系统包括磁浮控制系统(6)、感应动力集成超导磁铁(2)、动力集成绕组(1)和导向机构(4)，感应动力集成超导磁铁(2)和动力集成绕组(1)均为成对分布在车身(17)内部，动力集成绕组(1)位于相邻感应动力集成超导磁铁(2)之间，导向机构(4)位于相邻动力集成绕组(1)之间，车身(17)的底部还设有气隙传感器(5)，动力集成绕组(1)之间设有对称布置的悬浮导向超导磁铁(3)，悬浮导向超导磁铁(3)的两边设有悬浮导向绕组(8)，悬浮导向超导磁铁(3)的下端部和悬浮导向绕组(8)的下端部设有驱动绕组(7)，驱动绕组(7)位于导轨(9)之上。
2.根据权利要求1所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述分布式电驱动运行系统包括轮毂电机(10)、主动悬架系统(11)、轮胎(12)、转向系统(13)、驱动电源电池(14)、分布式电驱动控制系统(15)和控制系统(16)、转向系统(13)通过主动悬架系统(11)与轮胎(12)相连，轮毂电机(10)位于轮胎(12)之间，轮毂电机(10)工作时驱动轮胎(12)转动，轮胎(12)转动过程中带动车身(17)运动。
3.根据权利要求2所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述动力集成绕组(1)与感应动力集成超导磁铁(2)、超导磁铁(3)、气隙传感器(5)、驱动绕组(7)、悬浮导向绕组(8)分别与磁浮控制系统(6)电连接；磁浮控制系统(6)、轮毂电机(10)、分布式电驱动控制系统(15)和控制系统(16)分别与驱动电源电池(14)电连接。
4.根据权利要求2所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述主动悬架系统(11)包括前主动悬架系统(111)和后主动悬架系统(112)，轮胎(12)包括前轮(121)和后轮(122)，前主动悬架系统(111)和前轮(121)相连，后主动悬架系统(112)与后轮(122)相连，转向系统(13)通过前主动悬架系统(111)和前轮(121)相连，转向系统(13)控制前轮(121)的运动方向。
5.根据权利要求2所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述感应动力集成超导磁铁(2)位于驱动电源电池(14)的上面，驱动电源电池(14)位于车身(17)内部的底部。
6.根据权利要求1所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述导向机构(4)位于相邻动力集成绕组(1)的顶部，相邻动力集成绕组(1)与导向机构(4)组成矩形框结构，悬浮导向超导磁铁(3)和悬浮导向绕组(8)平行并排布置，悬浮导向超导磁铁(3)的上端部和悬浮导向绕组(8)的上端部位于动力集成绕组(1)与导向机构(4)构成的矩形框结构的内部。
7.根据权利要求1所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述车身(17)内设有座椅(18)。
8.根据权利要求1所述的一种分布式电驱动磁悬浮新能源汽车，其特征在于：所述控制系统(16)包括电机控制器、电源管理器、主动悬架控制器、冷却控制器和转向助力控制器。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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