第一篇：汽車材料的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探討

http://004km.cn 得到無間隙原子的材料組織[9]。IF鋼是目前世界最先進的汽車用鋼之一。由于沒有間隙原子，IF鋼具有優(yōu)越的深沖性能，近年來由于冶煉技術的提高，鋼材強度也進一步提高，目前其最高強度已經(jīng)達到了440MPa[10]。高強度的IF鋼廣泛用于制造車身結構件和“開合件”，能使汽車構件減輕、變薄，因此，發(fā)展、應用前景很廣闊[11-13]。

BH鋼（Bake Hardenable Steel）,即烘烤硬化鋼。這是一種低碳、低屈服強度和較好成形性的鋼。在其成形過程中產(chǎn)生應變硬化，隨后通過油漆烘烤（約170℃）或高溫處理，產(chǎn)生烘烤硬化，能很好的解決鋼板的成形性和抗凹陷性的矛盾，還能獲得良好的表面質(zhì)量[14]。世界多家汽車公司均已掌握了BH鋼的相關工藝技術，諸如特殊的沖壓工藝技術、激光焊接技術等，使BH鋼的應用范圍向制造汽車外覆件，如發(fā)動機罩、行李箱蓋板、車門等發(fā)展[15]。

DP鋼（Dual Phase Steel），雙相鋼。雙相鋼最早發(fā)展于20世紀70年代，其組織中主要由鐵素體和馬氏體組成。馬氏體為強化相，以小島狀形式分布于鐵素體上，其體積分數(shù)通常隨強度的增加而增加；軟相鐵素體是連續(xù)的，從而使這類鋼具有極好的延展性。但是，當發(fā)生形變時，應變主要集中在被島狀馬氏體包圍的強度相對較低的鐵素體上，產(chǎn)生高硬化速率且具有高延伸率[16]。因此，與具有相同屈服強度的普通鋼相比，DP鋼具有更高的抗拉強度，是一種高成形性、高強度的鋼材，制造工藝和方法比較簡便。它主要用于需要高強度、高抗碰撞吸收能且對成形要求嚴格的汽車零件，如車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)等[17]。如美國通用和福特公司用雙相鋼制造汽車輪輻，質(zhì)量減輕約14%，而疲勞壽命可達普通碳素鋼的2倍[18]。

TRIP鋼（Transformation Induced Plasticity Steel）,相變誘導塑性鋼。此種鋼是由貝氏體、奧氏體和鐵素體組成的一種低碳型高強度鋼。因其應變誘發(fā)殘余奧氏體發(fā)生馬氏體轉變，提高了鋼材的強度和延性而得名[19]。TRIP鋼比具有同樣強度的鋼材有更高的疲勞強度。這是由于在鋼材變形時形成的疲勞裂紋的尖部，局部的殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體產(chǎn)生了顯著的加工硬化，并伴隨相變產(chǎn)生的壓應力阻礙了疲勞裂紋的擴展，因而改善了疲勞性能[20]。在汽車制造中選用TRIP鋼制成車架橫梁件或者其他構件上，可以充分發(fā)揮這種鋼既有高強度、又有高塑性的特點，達到輕量化和降低油耗、減少排放的目的，而且可以改善整車的安全性能，提升該車的性能等級[21]。

鍍鋅板因其具有良好的可焊性、成形性、鍍層附著能力，特別是優(yōu)良的耐蝕性，近年來發(fā)展和應用非常迅速，現(xiàn)在已開發(fā)出很多產(chǎn)品[22]。早期鍍層多為純鋅鍍層，近年來又開發(fā)出了熱鍍Zn10%-Fe20%合金鍍層板、電鍍Zn-Ni合金鍍層板等新產(chǎn)品，其鍍層結合力、防腐性能、成形性能以及綜合性價比等更好。目前，圍繞汽車輕量化、高安全性、綠色環(huán)保等因素，大量新的鍍層鋼板正在研發(fā)當中，原有產(chǎn)品也正在進行性能改進。

超細晶粒鋼是當前世界汽車用鋼鐵材料研究的熱點。超細晶粒鋼是21世紀先進高性能結構材料的代表。其強化思路具有明顯的特點，即通過晶粒的超細化同時實現(xiàn)強韌化，完全

http://004km.cn 具有高的彈性變形能力；②其密度約為鋼的1/3，純鋁的密度僅為2.68g/cm3;③具有良好的導熱性，導熱性比鋼大3倍，僅次于銅；④機械加工性能比鋼高4.5倍；⑤單位質(zhì)量導電率為銅的2倍；⑥其表面具有良好的耐蝕性，可形成致密的氧化膜，即使在酸性介質(zhì)中也具有良好的耐蝕性；⑦加工性能好，可鑄造，容易和一些金屬融合形成性能優(yōu)異的鋁合金，可鍛造、焊接、軋制、沖壓成形，類同于鋼，以滿足不同的使用個加工要求；⑧無磁、無毒、無火花放電[32-34]。

汽車用鋁合金主要有變型鋁合金和鑄造鋁合金兩大類[35]。變型鋁合金主要用于制造汽車散熱系統(tǒng)、發(fā)動機罩、車身等。鑄造鋁合金主要用于制造變速箱殼體、發(fā)動機缸體、輪轂等。未來汽車材料構成比例中，鋁合金的比例還會進一步增加。如在德國的試驗車中，鋁合金使用率達到了全部材料質(zhì)量的30%?？梢灶A言，未來若干年鋁合金仍舊是汽車輕量化選材的首選材料[36]。

除了鋁合金外，鎂合金也是車用輕質(zhì)合金材料之一。雖然鎂合金的用量遠不如鋁合金，在汽車上的應用比例約占0.3%，平均質(zhì)量約5KG，但是，近年來鎂合金的用量正在迅速增加[37]。

鎂合金材料具有密度小、可回收、比剛度接近鋁合金和鋼材、比強度高于鋁和鋼材、易切削、尺寸穩(wěn)定性好、優(yōu)良的阻尼減震性能、抗EMI電磁波等優(yōu)點[38]。

研究汽車用鎂壓鑄件并將鎂合金材料應用于汽車制造是汽車輕量化的熱點。鎂合金用于制造座椅、輪圈可以減少振動，提高汽車安全性和舒適性，制造發(fā)動機氣缸蓋、離合器殼、變速器殼等在降低噪聲方面優(yōu)于一般金屬材料。此外，鎂合金還被大量應用于制造汽車儀表、車門框架、轉向盤等元件。歐盟、日本、美國等用鎂合金以制造零部件為主，占汽車用鎂合金用量的80%以上[39-40]。

除了常用鎂合金外，各種新型鎂合金相繼問世，據(jù)2007年第1期《現(xiàn)代材料動態(tài)》報道，一種耐熱、抗蠕變稀土鎂合金汽車材料由瑞格鎂業(yè)研發(fā)成功，并用于制造多個汽車部件。

鈦合金屬于新型結構材料。鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，密度小，密度僅為鋼的60%左右，比斷裂韌性和比強度高，抗腐蝕性能優(yōu)異，在較高的溫度下仍能保持較高的強度和其他機械性能，可在450℃~500℃的溫度環(huán)境下長期工作而不失效。鈦合金還有較好的低溫性能，如間隙元素極低的鈦合金TA7，在—253℃還具有一定的塑性[41-42]。

隨著科學技術的日漸成熟和低成本鈦合金的開發(fā)，鈦合金在汽車材料上的應用得到了不斷的發(fā)展。日本正在用Ti-5Al-2Cr-Fe合金試制曲軸。寶馬、法拉利、本田、通用等世界著名汽車廠家已經(jīng)將鈦制連桿、氣門、氣門彈簧等應用于發(fā)動機。通用、大眾公司底盤系統(tǒng)中懸掛系統(tǒng)的加速器、制動踏板、緊固件等也采用了鈦制零件。此外，鈦制輪轂、閥、螺栓、中控臺面板等零件在通用、福特等汽車產(chǎn)品中亦可見[43-44]。

4.車用陶瓷

陶瓷是一種具有獨特的力學、熱學性能的無機非金屬材料。它具有高溫強度高、耐腐蝕、5

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第二篇：金屬材料的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

摘要：金屬是人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中最不可或缺的材料，更是人類社會進步的關鍵所在，本篇論文主要論述金屬材料的種類、性能及在社會發(fā)展中的重要應用，并且展望金屬材料在未 的發(fā)展前景。

關鍵詞：金屬材料、鎂合金、鋁合金、稀土、汽車

引言

金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。

人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。我們對金屬材料的認識應從以下幾方面開始：

一、分類：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

1、黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90％以上的工業(yè)純鐵，含碳 2％～4％的鑄鐵，含碳小于 2％的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

2、有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小。

3、特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復合材料等。

4、金屬材料按生產(chǎn)成型工藝又分為鑄造金屬、變形金屬、噴射成形金屬，以及粉末冶金材料。鑄造金屬通過鑄造工藝成型，主要有鑄鋼、鑄鐵和鑄造有色金屬及合金。變形金屬通過壓力加工如鍛造、軋制、沖壓等成型，其化學成分與相應的鑄造金屬略有不同。噴射成形金屬是通過噴射成形工藝制成具有一定形狀和組織性能的零件和毛坯。

二、性能

金屬材料的性能可分為工藝性能和使用性能兩種。為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能（工藝性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學性能也叫機械性能。

材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。

三、應用現(xiàn)狀：

金屬材料的發(fā)展已從純金屬、純合金中擺脫出來。隨著材料設計、工藝技術及使用性能試驗的進步，傳統(tǒng)的金屬材料得到了迅速發(fā)展，新的高性能金屬材料不斷開發(fā)出來。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機械合金化合金、氧化物彌散強化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結構材料、金屬基復合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機電等各個領域獲得了應用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。

1、鎂及鎂合金

鎂由于優(yōu)良的物理性能和機械加工性能，豐富的蘊藏量，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)公認為最有前途的輕量化材料及21世紀的綠色金屬材料，未來幾十年內(nèi)鎂將成為需求增長最快的有色金屬。1.1在汽車領域的應用

20世紀70年代以來，各國尤其是發(fā)達國家對汽車的節(jié)能和尾氣排放提出了越來越嚴格的限制，這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術，生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。據(jù)測算，汽車自重減輕10%，其燃油效率可提高5.5%，如果每輛汽車能使用70公斤鎂，CO的年排放量就能減少30%以上。鎂作為實際應用中最輕的金屬結構材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。1.2、電子及家電用鎂合金

汽車行業(yè)對鎂合金的大量需求，推動了鎂合金生產(chǎn)技術的多項突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進了鎂合金在計算機、通訊、儀器儀表、家電、醫(yī)療、輕工等行業(yè)的應用發(fā)展。其中，鎂合金應用發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀。在電子信息和儀器儀表行業(yè)的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數(shù)量大、覆蓋面廣，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動全球鎂消耗量增加的另一重要因素。1.3、其它應用領域

其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽極和型材用鎂合金等。鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲罐。目前，作為鎂犧牲陽極的鎂合金有3～4萬噸/年的市場需求量，且每年以20%的速度增長。鎂合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或國防領域。近幾年由于鎂合金生產(chǎn)能力和技術水平的提高，其生產(chǎn)成本已下降到與鋁合金相當?shù)某潭?，極大地刺激了其在民用領域的應用，如用做自行車架、輪椅、康復和醫(yī)療器械及健身器材。

2、鈦及鈦合金

鈦及鈦合金具有密度小、比強度高和耐蝕性好等優(yōu)良特性。隨著國民經(jīng)濟及國防工業(yè)的發(fā)展，鈦日漸被人們普遍認識，廣泛地應用于汽車、電子、化工、航空、航天、兵器等領域。

從鈦金屬的應用領域來看，以美國、日本為例，美國鈦的最大應用領域是航空航天，占到總消費量的58.5%；日本則是火力、核電廠，及板式熱交換器，兩者合計占總消費量的41.9%。從下表可以看出，與美國相比，日本在更多方面使用鈦。在體育用品方面，除了在高爾夫球桿頭上使用鈦以外，還有短距離用跑鞋的銷釘、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行車架、輪椅等等。美日兩國在化學工業(yè)及油氣田鉆探裝置上的用鈦量都在增加。在計算機磁盤(真空鍍膜)、纖維紡織機的框架、餐具、帳篷用具、拐杖和照相機等方面都巧妙地使用鈦。

3、鋁及鋁合金

鋁合金具有密度小、導熱性好、易于成形、價格低廉等優(yōu)點，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、輕工建材等部門，是輕合金中應用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉技術的突破，其性價比大為提高，目前交通運輸業(yè)已成為鋁合金材料的 合性能等具有非常積極的作用，在汽車領域有著良好的應用前景。

泡沫鋁材被認為是一種大有前途的未來汽車的良好材料。泡沫鋁材在汽車制造中的應用多為三明治式的三夾板，即：芯層為泡沫鋁或泡沫鋁合金，上下層為鋁板或其他金屬薄板。德國卡曼汽車公司用三明治式復合泡沫鋁材制造的吉雅輕便轎車的頂蓋板的剛度，比原來的鋼構件高7倍左右，而其質(zhì)量卻比鋼件輕25%。

四、發(fā)展展望

可以預見的是，金屬材料依然不會被人類忽視，甚至應該是更受到重視和發(fā)展。但是就金屬材料從古至今的長期發(fā)展規(guī)律我們可以發(fā)現(xiàn)，金屬在人類的應用歷史，正呈現(xiàn)著一種不斷減重的趨勢，即人類所最為依賴和一種的金屬質(zhì)量正在逐漸減少。這其實并不奇怪，在人類日新月異的技術，幾乎越是高端的技術，就越是追求精巧別致，比如如今火熱的納米技術，核能開發(fā)等。而金屬作為傳統(tǒng)的人類常用材料，自然也要跟上這一趨勢。這也便是人類在利用金屬的過程會漸漸向質(zhì)量輕的金屬去靠攏。從最初的銅鐵，到之后的鋁，到如今，未來最熱門的金屬已變?yōu)榱随V，鈦等輕金屬，這些，既證明了人類社會的不斷進步，同時也讓金屬的價值得到了越來越大的發(fā)掘和提高。而在這其中，稀土的金屬的開發(fā)已成為了全世界的一個焦點，稀土金屬又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱。稀土元素是典型的金屬元素，它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬，比其他金屬元素都活潑，可與多種元素化合，稀土氧化物的熔點都很高，生成自由能負值很大，說明它們都是很穩(wěn)定的化合物。由于稀土元素的特殊性質(zhì)，決定了稀土的用途。其中煉鋼生產(chǎn)中最常用的有兩種，一是稀土合金，塊狀稀土硅鐵合金，以前用于大包投入，大包壓入，粉狀一般用于大包內(nèi)噴粉、模鑄中注管噴粉等方法加入鋼中；二是混合稀土金屬，制成絲(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，絲用于鋼包、中注管或連鑄結晶器，使用喂絲機喂入鋼中，棒采用模內(nèi)吊掛的方法熔入鋼中。稀土金屬包芯線作為線性添加材料的新品種，由于喂絲技術在煉鋼生產(chǎn)中的廣泛應用，必將得到進一步的發(fā)展。

可以肯定的是，在未來，隨著人類生活中的不斷需要，還會有更多的金屬被開發(fā)出他獨特的用途，成為人類社會中所必不可少的材料。也將同樣引起未來科技的震蕩，從而強力的推動社會的發(fā)展。好不夸張的說，未來社會人類能否生存，是否能利用好一些新興金屬將在很大程度上起著決定性的因素。因而，金屬在未來的前景依然一片大好。

金屬材料與人類社會進步的關系已不需多言，其體現(xiàn)的價值早已不再是簡單一種人類所熟知的材料而已了。更多的，是一種社會進步的推動力。顯而易見，金屬材料的存在讓人類的社會的進步加速了很多。而能夠學會利用金屬材料，毫無疑問，也是人類社會在不斷前進中的一大幸事。所以，我們應該感謝金屬材料在人類社會中起到的作用，也應更好的在未來利用好金屬，讓他的光芒更加閃耀。參考文獻：

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第三篇：論文新能源汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

前言

尋求新動力源的背景

隨著世界能源危機和環(huán)保問題日益突出，汽車工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，石油資源短缺，汽車是油耗大戶，且目前內(nèi)燃機的熱效率較低，燃料燃燒產(chǎn)生的熱能大約只有35%—40%用于實際汽車行駛，節(jié)節(jié)攀升的汽車保有量加劇了這一矛盾；另一方面，汽車的大量使用加劇了環(huán)境污染，城市大氣中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%來自汽車尾氣，此外，汽車排放的大量CO2加劇了溫室效應，汽車噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要內(nèi)容之一。我國作為石油進口國和第二大石油消費大國，污染嚴重，世行認定的20個污染最嚴重的城市有16個在中國。國內(nèi)汽車產(chǎn)品水平與國外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放約為15—20倍，汽車工業(yè)面臨的壓力更大。

《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)則》已于2009年7月1日正式實施，《規(guī)則》強調(diào)說明：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。

師文：新能源汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

____________________________________________________________________________________________ 我國發(fā)展新能源汽車的必要性

20世紀90年代以來,隨著技術的進步,以混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為代表的新能源汽車涌現(xiàn)出來。近年來,隨著國際能源供應的持續(xù)緊張、原油價格的持續(xù)上漲以及全球環(huán)境保護呼聲的日益高漲,新能源汽車的技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到了越來越多的重視,以美國、歐洲和日本為代表的發(fā)達國家和以巴西為代表的發(fā)展中國家都積極展開了新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實踐。中國作為崛起中的大國, 發(fā)展新能源汽車具有重大的現(xiàn)實意義。

我國雖然剛剛開始邁入汽車社會，汽車的保有量與普及率偏低，但增長速度卻非常明顯。據(jù)統(tǒng)計，2005年，我國平均千人汽車擁有量為25輛；2007年，千人汽車擁有量達到32輛(不含低速汽車)，僅為世界平均值的1/4，隨著我國國民經(jīng)濟正在飛速發(fā)展，道路交通需求仍將擴大，未來汽車保有量將保持進一步增長的態(tài)勢，可以預計：我國已經(jīng)是世界上汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牡貐^(qū)之一，在今后相當長的一段時期內(nèi)，我國汽車產(chǎn)業(yè)仍將會保持一種較快的增長勢頭。然而，汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車保有量的迅猛增長，使我國石油需求大幅增加,導致石油對外依存度急劇上升。不僅如此，有資料顯示我國工業(yè)化正處于快速發(fā)展階段并且已經(jīng)進入了中期的后發(fā)展階段，在這階段快速的工業(yè)化已經(jīng)導致了污染加重、溫室氣體排放大幅增加的局面，并且在未來相當長的一段時間內(nèi)仍然會持續(xù)下去，如果不采取措施甚至會更加嚴重污染環(huán)境。因此新能源汽車的發(fā)展并且普及十分必要。

傳統(tǒng)能源的短缺和有限性凸顯新能源開發(fā)的必要性和緊迫性。眾所周知，能源短缺是一個世界性的問題。有關資料顯示，地球上尚未開采的原油儲藏量已不足2萬億桶，石油將在未來40年左右枯竭，天然氣將在60年內(nèi)用盡。在2050年之前，世界經(jīng)濟的發(fā)展將越來越多地依賴煤炭。其后在2250到2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應面臨枯竭。從我國的情況來看，總地質(zhì)儲量居世界第三；但從人均占有量來看，只有世界人均占有量的1/2，是美國的1/

10、俄羅斯的1/7。據(jù)預測，中國能源需求缺口量到2030年大約為2.5億噸標準煤，2050年大約為4.6億噸標準煤。而我國煤炭剩余可開采量約900億噸，可供開采不足百年(有的說是60年)；石油剩余可開采量為23億噸，僅可開采14年；天然氣剩余可開采量為6310億立方米，可供開采不超過32年。傳統(tǒng)能源的短缺和有限性，凸顯了新能源開發(fā)的必要性和緊迫性。

中國的可持續(xù)發(fā)展，仰賴新能源的開發(fā)。長期以來，我國實行粗放型經(jīng)濟增長方式，能源資源利用效率低下。按美元計算，中國現(xiàn)在每萬美元GDP所消耗的能源數(shù)量是美國的3倍、德國的5倍、日本的近6倍。據(jù)中國經(jīng)濟網(wǎng)披露，中國一噸煤產(chǎn)生的效率僅相當美國的28.6%，歐盟的16.8%，日本的10.3%。我國33種主要產(chǎn)品的單位能耗比國際平均水平高出46%。2003年，中國消耗了占世界總消費量30%的煤炭，卻只創(chuàng)造了僅占全球總量4%的國內(nèi)生產(chǎn)總值。我國能源利用效率比發(fā)達國家落 1

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____________________________________________________________________________________________ 后20年，相差10-20個百分點。有關研究數(shù)據(jù)顯示，我國能源資源的開發(fā)利用面臨著嚴峻的形勢。在過去的30年里，我國的能源消費總量已經(jīng)翻了一番，超過了13億噸標準煤，成為僅次于美國的世界第二大能源消耗國。與此同時，2008年，我國進口石油2.18億噸，預計到2020年前后將超過日本，成為亞太地區(qū)第一大石油進口國。據(jù)國務院發(fā)展研究中心預測，到2010年和2020年，我國汽車消耗石油將分別達到1.38億噸和2.56億噸，分別約占全國石油總消耗量的43%和67%。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國能源需求還將持續(xù)增長。

開拓能源新產(chǎn)業(yè)，占領后石油時代的經(jīng)濟制高點。不出五十年，石油耗竭后的世界將是新能源的一統(tǒng)天下，誰要是占領了這一領域的制高點，誰就將贏得這個世界。因此我國發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)迫在眉睫，而新能源汽車正是目前這一階段要加大努力的方向。比如，純電動汽車和燃料電池汽車在汽車使用過程中能夠實現(xiàn)零排放，并完全擺脫了對石油資源的依賴，將成為我國發(fā)展新能源汽車發(fā)展的最終目標。

在這樣的背景下,中國發(fā)展新能源汽車就具有了重大的現(xiàn)實意義,不僅有利于降低對石油的依賴、保證我國的能源安全,也有利于我國的環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展,并為我國汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了重要的戰(zhàn)略機遇,可以說,中國對于新能源汽車的需要是越來越迫切了，新能源汽車產(chǎn)業(yè)必將在我國市場上掀起一股熱潮。

新能源汽車發(fā)展的意義

(1)發(fā)展新能源汽車是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要

我國用于汽車能源的石油資源是有限的，在幾十年后必然會出現(xiàn)枯竭，要大量依賴從國外進口石油。屆時世界石油資源也會出現(xiàn)匱乏，各國對石油資源的競爭必將更加激烈，石油在國家安全方面的重要性日益上升。所以節(jié)制使用石油資源，發(fā)展新能源汽車將會促進我國能源結構的調(diào)整，有利于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。（2）發(fā)展新能源汽車是控制城市污染的需要

燃油汽車的尾氣排放已給環(huán)境帶來了破壞，世界各國都己認識到這一點，紛紛制定了相關嚴格的汽車排放標準，以求減少對環(huán)境的污染。因此尋求無污染或低污染的 “綠色汽車”成為各國的基本國策，也是人類可持續(xù)發(fā)展的需要。

（3）發(fā)展新能源汽車能夠縮短我國汽車工業(yè)與世界先進汽車工業(yè)的差距。新能源汽車的主要種類及技術狀況

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____________________________________________________________________________________________ 新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料，但采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括有：混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV)、燃料電池汽車(FCEV)、氫發(fā)動機汽車以及燃氣汽車、醇醚汽車等等。

汽車對新能源的基本要求：（1）能源要儲量豐富

我國汽車保有量預計2010年將達到3430萬輛，汽車對能源的消耗巨大，作為汽車動力的能源必須儲量豐富，才能保證汽車的可持續(xù)發(fā)展。

（2）能源的能量密度要高

能源的能量密度越高，汽車的燃料箱體積就越小，就會減輕汽車的自重。在同樣的條件下，汽車的續(xù)駛里程就越長，并且動力性能越好。因此對汽車的能源要求密度越高越好。

（3）能源的污染要小

目前，大規(guī)模使用石油產(chǎn)品的汽車，已造成了環(huán)境的嚴重污染，各國政府都在考慮制定更加嚴格的汽車尾氣排放標準。因此新能源汽車必須要明顯減少尾氣排放的污染，甚至要達到零排放，才能被人們廣泛接受。

（4）經(jīng)濟性要好

世界汽車工業(yè)競爭激烈，新能源汽車要廣泛進入市場，必須在價格上占有一定的優(yōu)勢，這就要求車用能源售價低廉，并且使用費用低。

（5）使用性能要好

新能源汽車的能源必須使用儲存方便，能夠長距離運輸，并且運輸成本低廉，要有較高的運輸安全性，不易燃燒、爆炸。

1.1混合動力汽車

混合動力是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機/發(fā)動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。

混合動力汽車的優(yōu)點：

（1）采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充； 3

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____________________________________________________________________________________________ 負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。

（2）因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。（3）在繁華市區(qū)，可關停內(nèi)燃機，由電池單獨驅動，實現(xiàn)“零”排放。（4）有了內(nèi)燃機可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

（5）可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。

（6）可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。

混合動力汽車的缺點:長距離高速行駛基本不能省油。1.2純電動汽車

電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅動的汽車，大部分車輛直接采用電機驅動，有一部分車輛把電動機裝在發(fā)動機艙內(nèi)，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。

純電動汽車的優(yōu)點:技術相對簡單成熟，只要有電力供應的地方都能夠充電。

純電動汽車的缺點: 目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟規(guī)模，故購買價格較貴，至于使用成本，有些試用結果比汽車貴，有些結果僅為汽車的1／3，這主要取決于電池的壽命及當?shù)氐挠?、電價格。

1.3 燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產(chǎn)生電流，依靠電機驅動的汽車。其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能的。燃料電池的化學反應過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內(nèi)燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。

單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。

燃料電池汽車具有以下優(yōu)點：

（1）零排放或近似零排放；（2）減少了機油泄露帶來的水污染；（3）降低了溫室氣體的排放；（4）提高了燃油經(jīng)濟性；

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____________________________________________________________________________________________（5）提高了發(fā)動機燃燒效率；（6）運行平穩(wěn)、無噪聲。1.4 氫動力汽車

氫動力汽車是一種真正實現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水，其具有無污染，零排放，儲量豐富等優(yōu)勢，因此，氫動力汽車是傳統(tǒng)汽車最理想的替代方案。

氫動力汽車的優(yōu)點：排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物。

氫動力汽車缺點：氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按照目前的技術條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，氫氣的提取需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低二氧化碳排放。

1.5 燃氣汽車

燃氣汽車是指用壓縮天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)和液化天然氣(LNG)作為燃料的汽車。燃氣汽車由于其排放性能好，可調(diào)正汽車燃料結構，運行成本低、技術成熟、安全可靠，所以被世界各國公認為當前最理想的替代燃料汽車。

1.6 生物乙醇汽車

乙醇俗稱酒精，通俗些說，使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。在汽車上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽車缸內(nèi)燃燒更完全，可以降低尾氣的害物的排放。

乙醇汽車的燃料應用方式：

一、摻燒，指乙醇和汽油摻合應用。在混合燃料中，乙醇和容積比例以“E”表示，如乙醇占10%，15%，則用E10，E15來表示，目前，摻燒占乙醇汽車占主要地位。

二、純燒，即單燒乙醇，可用E100%表示，目前應用并不多，屬于試行階段；

三、變性燃料乙醇，指乙醇脫水后，再添加變性劑而生成的乙醇，這也是屬于試驗應用階步；

四、靈活燃料，指燃料既可用汽油，又可以使用乙醇或甲醇與汽油比例混合的燃料，還可以用氫氣，并隨時可以切換。如福特，豐田汽車均在試驗靈活燃料汽車（FFV）。新能源汽車的其他方案

2.1 提高舊能源汽車的效率

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____________________________________________________________________________________________ 目前的汽柴油內(nèi)燃機熱效率小于30%，如果算上機械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機的效率，則可在一定程度上緩解目前的石油危機。

2.2 空氣動力汽車

利用空氣作為能量載體，使用空氣壓縮機將空氣壓縮到30MP以上，然后儲存在儲氣罐中。需要開動汽車時將壓縮空氣釋放出來驅動啟動馬達行駛。優(yōu)點是無排放、維護少，缺點是需要電源、空氣壓力（能量輸出）隨著行駛里程加長而衰減、高壓氣體的安全性。

2.3 飛輪儲能汽車

利用飛輪的慣性儲能，儲存非滿負載時發(fā)動機的余能以及車輛長大下坡、減速行駛時的能量，反饋到一個發(fā)電機上發(fā)電，再而驅動或加速飛輪旋轉。飛輪使用磁懸浮方式，在70000r/min的高速下旋轉。在混合動力汽車上作為輔助，優(yōu)點是可提高能源使用效率、重量輕儲能高、能量進出反應快、維護少壽命長，缺點是成本高、機動車轉向會受飛輪陀螺效應的影響。

2.4 超級電容汽車

超級電容器是利用雙電層原理的電容器。在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。其優(yōu)點是充電時間短、功率密度大、容量大、使用壽命長、免維護、經(jīng)濟環(huán)保等，缺點是功率輸出隨著行駛里程加長而衰減，受環(huán)境溫度影響大等。

三、中國發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢

(1)中國在電動汽車發(fā)展方面擁有較好的社會基礎

我國電動自行車、電動摩托車等輕型電動車保有量已超過5000萬輛，在世界上遙遙領先，為新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎。電動自行車作為一種新型交通工具，近年來在中國市場得到廣泛普及，它憑借快捷、輕便、節(jié)能、環(huán)保、價廉能夠滿足普通百姓生活需求等優(yōu)勢，市場容量迅速擴大，產(chǎn)出規(guī)模急劇擴張，近年來維持年增量超過80%以上，至2007年增速放緩，如圖10所示。

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2000年，中國輕型電動車產(chǎn)銷量15萬輛，2001年60萬輛，但到2003年，奇跡般達到400萬輛。2005年，全國數(shù)百家企業(yè)的各種電動自行車的總產(chǎn)量超過900萬輛。2006年，全國電動自行車的總產(chǎn)量超過1950萬輛。目前，中國輕型電動車產(chǎn)銷量已經(jīng)占到全球的90%以上，中國已經(jīng)成為全球最大的輕型電動車生產(chǎn)國、消費國和出口國。

電動自行車的迅猛發(fā)展帶動了國內(nèi)動力電池、電機的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成了一定的技術積累，縮小了與世界先進水平的差距，為電動汽車的發(fā)展奠定了良好的產(chǎn)業(yè)基礎，同時使得電動車的理念深入人心，為電動汽車奠定了良好的市場基礎?？梢宰鳛檐囉玫膭恿﹄姵匕ㄣU酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、鋅空電池、鋅鎳電池等，其中前三種的研究和應用最廣泛。目前我國已有多家企業(yè)擁有相關核心技術，形成了相關產(chǎn)品系列。

目前國內(nèi)研究、生產(chǎn)鉛酸電池的企業(yè)主要有：保定風帆電池有限公司，長沙豐日電池有限公司，北京遠望創(chuàng)新科技有限公司，山東圣陽電源實業(yè)有限公司，江蘇雙登集團公司等。

研究、生產(chǎn)鎳氫電池企業(yè)主要有：北京有色金屬研究總院，比亞迪有限公司，雷天能源集團，北京理工大學，春蘭集團，湖南神舟科技股份有限公司，天津和平海灣電源集團公司等。

開展研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的單位約有20余家，其中能生產(chǎn)大容量電池的主要有：比亞迪股份有限公司，北京東方聚合有限公司，蘇州星恒電源有限公司，清華大學核研院，中科院有色研究院，中科院物理所，中信國安盟固利新能源科技有限公司，青鳥華光鋰離子電池有限公司，雷天能源集團，山西海霸通訊技術有限公司，威能科技(蘇州)有限公司，恒正科技(蘇州)有限公司，天津力神電池股份有限公司，北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司等。

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____________________________________________________________________________________________ 廣泛用于電動汽車的電機主要有直流電機、交流感應電機、永磁無刷直流電機等。其中永磁無刷直流電動機在電動汽車中有著很好的應用前景。目前國內(nèi)生產(chǎn)可供應電動汽車的電機的企業(yè)主要有：博山電機廠(山東山博電機集團有限公司)，重慶電機廠(重慶賽力盟電機有限責任公司)，湘潭電機廠，永濟電機廠，四川東風電機廠，永康市博宇汽車電機廠，江蘇省雙星微型電機廠等。國內(nèi)生產(chǎn)電動車永磁無刷輪轂電機的主要有北京科學院三環(huán)公司、浙江臥龍公司、上海21所、無錫銀洋公司，江西宏創(chuàng)科技有限公司等。

(2)中國的能源狀況、自然資源對發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)比較有利

進入新世紀以來，新能源電動汽車技術突飛猛進。油電混合動力技術進入產(chǎn)業(yè)化，鋰動力電池技術取得重大突破，車用燃料電池技術不斷進步。這一系列技術非常適合在我國能源資源狀況下推廣應用。

從能源狀況來看，相對于高達50%的石油對外依存度，我國電力供應充足，電力裝機容量接近8億千瓦，一天的低谷電量約10億千瓦時，可供4000萬～5000萬輛電動汽車充電，這一數(shù)字還將不斷增加。同時我國電力來源廣泛，可以充分利用多種可再生能源及清潔能源，其中風電、核電等清潔能源所占的比例也將越來越大、電力能源具有轉化效率高、排放較集中、方便運輸、終端分布廣泛等優(yōu)勢，足以支持我國汽車社會的快速發(fā)展。這些條件為我國新能源電動車的發(fā)展提供了充足的能源保障。

從自然資源來看，在新能源汽車的生產(chǎn)方面，我國也有著天然優(yōu)勢。電動汽車的關鍵零部件———電池和電機所需的原材料在我國來源極為廣泛，錳、鐵、釩、磷、稀土永磁材料等在我國都是富產(chǎn)資源，這些為電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了資源保證。

在代用燃料汽車的發(fā)展方面，由于中國地域廣闊，各種代用燃料的原料都相對充足，例如我國西北地區(qū)煤炭資源豐富，四川等地天然氣資源豐富，我國中部生物質(zhì)資源豐富，這些自然條件為因地制宜地多元化發(fā)展代用燃料汽車提供了能源保障。

總之，我國擁有的豐富的自然資源，可以為新能源汽車的發(fā)展提供有力保障，為我國車用能源轉型和汽車產(chǎn)業(yè)振興提供堅實基礎。

(3)中國政府對發(fā)展新能源汽車高度重視

我國政府高度重視交通領域的節(jié)能減排和交通能源的可持續(xù)發(fā)展，通過《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》、《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》、《節(jié)能減排綜合性工作方案》、《新能源汽車生產(chǎn)準入管理規(guī)則》等政策以及國家重大科技經(jīng)濟計劃項目引導，初步構筑了我國新能源汽車多元化發(fā)展戰(zhàn)略。為確保國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實施，國務院總理在2008年政府工作報告中提出了“著力突破新能源汽車技術;的重要部署。經(jīng)過一年

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____________________________________________________________________________________________ 的努力，這項任務得到了很好的執(zhí)行，國務院總理又在2009年政府工作報告中對新能源汽車的技術進步給予了肯定，并提出了更高的期望。這些政府信號為中國汽車工業(yè)朝向資源節(jié)約型的長期可持續(xù)發(fā)展提供了有力的保障，同時也為我國汽車行業(yè)在全球汽車產(chǎn)業(yè)受阻的情況下加速發(fā)展，形成后發(fā)優(yōu)勢提供了重要支撐。2009年3月20日，中國正式了公布《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，其中目標之一，就是電動汽車產(chǎn)銷形成規(guī)模。規(guī)劃目標包括：建立電動汽車基礎設施配套體系；到2011年，形成50萬輛純電動車、充電式混合動力和普通型混合動力等新能源汽車產(chǎn)能。主要任務包括：推動純電動車、充電式混合動力汽車及其關鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化。政策措施有：啟動國家節(jié)能和新能源汽車示范工程，由中央財政安排資金給予補貼，支持大中城市示范推廣混合動力汽車、純電動車、燃料電池汽車等節(jié)能和新能源汽車；縣級以上城市人民政府要制訂規(guī)劃，優(yōu)先在城市公交、出租、公務、環(huán)衛(wèi)、郵政、機場等領域推廣使用新能源汽車；建立電動汽車快速充電網(wǎng)絡，加快停車場等公共場所公用充電設施建設。

地方政府也積極響應配合國家整體戰(zhàn)略規(guī)劃。2009年北京市出臺了一系列刺激經(jīng)濟發(fā)展的政策。其中，增加5億元用來啟動“綠標;公交車隊計劃，未來預計購買1000輛新能源車。同時，上海市也明確表示，上海市政府宣布今后兩年將投入60億元資金用于油電混合動力汽車和純電動汽車的開發(fā)和制造，并將于2010年實現(xiàn)混合動力汽車的量產(chǎn)規(guī)模。在此基礎上，上海還將在新能源汽車整車和相關零部件產(chǎn)業(yè)各投入20億元，加快推動中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。機會也意味著挑戰(zhàn)，中國汽車企業(yè)應抓住這次契機，堅定不移地加快新能源汽車的發(fā)展步伐。

在代用燃料汽車方面，已基本確定了因地制宜發(fā)展的方針政策。2007年8月國家發(fā)改委發(fā)布的《天然氣利用政策》中，將天然氣汽車(尤其是雙燃料汽車)列為天然氣利用的優(yōu)先領域。目前國內(nèi)燃氣汽車產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到產(chǎn)業(yè)成熟期。

我國醇醚燃料的工業(yè)化發(fā)展正穩(wěn)步進行。2006年開始，國家發(fā)布了《加強生物燃料乙醇項目建設管理，促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》、《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五;發(fā)展專項規(guī)劃》等產(chǎn)業(yè)政策，明確提出“因地制宜，非糧為主;的發(fā)展原則，大力發(fā)展非糧乙醇，并在《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中制定了五年計劃，到2010年，生產(chǎn)燃料乙醇522萬噸，屆時乙醇汽油使用量將占全國汽油用量的75%，增加非糧原料燃料乙醇年利用量200萬噸，生物柴油年利用量達到20萬噸；到2020年，生物燃料乙醇年利用量達到1000萬噸，生物柴油年利用量達到200萬噸。在政策支持下，湖北、河北、江蘇、江西、重慶5省(市)啟動了非糧生產(chǎn)乙醇專項規(guī)劃，我國非糧生產(chǎn)生物燃料乙醇的發(fā)展正在提速。

師文：新能源汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

____________________________________________________________________________________________(以上內(nèi)容節(jié)選自《2009中國汽車藍皮書》。此次出版發(fā)行的《2009中國汽車藍皮書》是關于中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究性報告，是匯集了多位專家、學者，在汽車產(chǎn)業(yè)資深顧問的協(xié)助下，共同撰寫而成的全面論述我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢的權威性著作。此部著作，是繼2008年推出的“中國首部汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書”——《中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2008》之后，國務院發(fā)展研究中心、中國汽車工程學會、大眾汽車集團（中國）三方再度合作的結晶。)

4新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案

新能源汽車雖然可以有效減少市區(qū)有害氣體的排放和煙霧濃度,同時也減少CO2 的排放。許多國家和廠商都積極開發(fā)純電動汽車(PEV)、混合動力電動汽車(HEV)(包括插電式混合動力電動汽車PHEV)和燃料電池汽車(FCV)。但是諸多障礙和困難限制了新能源汽車的發(fā)展和普及,從全球范圍來看, 一場打破約束、沖出困境的行動已經(jīng)開展。（1）充電基礎設施

推廣PEV和PHEV的主要困難就是缺少全面的電池充電基礎設施。然而,目前全球許多廠商和政府已經(jīng)啟動了電動汽車基礎設施項目,來評估建立充電基礎設施的方法,并正著手進行實際應用。

（2）氫燃料補給基礎設施

開發(fā)氫燃料補給設施是一個巨大工程。目前,為汽車研究提供支持的汽車用氫燃料補給站已基本建立。在補給站內(nèi)儲存氫燃料仍然是一個難題。（3）氫燃料的生產(chǎn)

氫的生產(chǎn)是一項重要的全球性業(yè)務。目前絕大多數(shù)氫的生產(chǎn)是采用蒸氣甲烷重整法,這意味著該方法產(chǎn)生CO2。其他生產(chǎn)方法包括煤(產(chǎn)生CO2)或生物質(zhì)氣化、高溫水裂解和一些新興技術,如利用陽光從水中分出氫的光解方法。用化石燃料發(fā)電,再用電使水分解的方法也產(chǎn)生CO2 ,水解的效率只有大約70% ,氫氣壓縮的效率大約為90% ,在電動機輸出階段,燃料電池將燃料能量轉化為直流電的效率最大為65% ,因此,電能輸出到電動機輸出的效率大約為41%。相比之下,直接向純電動汽車的鋰離子電池充電時, ACAC 轉化效率為95% ,因此,最終效率為79%。（4）續(xù)駛里程

充電電池的續(xù)航能力有限和充電時間較長一直是阻滯純電動汽車普及的主要障礙，對許多消費者來說,在電動模式時, PEV 和PHEV行駛距離有限仍是個問題。尤其是PEV,它沒 10

師文：新能源汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

____________________________________________________________________________________________ 有裝載續(xù)駛里程較大的內(nèi)燃機(ICE),再充電時也需要很長時間。盡管如此,戴姆勒克萊斯勒的研究指出大多數(shù)歐洲人每天行駛距離約50 km,而PEV的續(xù)駛里程是其2倍為97 km,對于這些消費者來說已足夠。類似的雪佛蘭Volt車每次再充電的續(xù)駛里程目標約為64 km,對于美國大約78%的上班族來說已足夠。目前所選用制造商的23輛PEV的續(xù)駛里程,平均值為185 km,行駛里程范圍64～402 km。僅使用電動模式的10 輛PHEV平均續(xù)駛里程為68 km,行駛里程范圍26～97 km。（5）成本

目前HEV和PEV所使用的蓄電池組的價格依然昂貴,首批大規(guī)模銷售的PEV和PHEV所需的研發(fā)成本將由消費者承擔。通用汽車公司認為PHEV的電動續(xù)駛里程每增加16 km其成本將增加約1 500美元,但豐田的Prius續(xù)駛里程增加16 km的成本為5 000美元。（6）核心部件

作為新能源汽車核心部件，電機及其控制系統(tǒng)的性能至關重要。在國內(nèi)隨著“十城千輛”新能源汽車示范工程的推進，國內(nèi)一些車用電機產(chǎn)品已經(jīng)進行小批量生產(chǎn)并通過裝車考核，能夠很好地滿足整車需求?！?/p>

5結論

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____________________________________________________________________________________________ 發(fā)展新能源汽車是對百年來汽車動力技術最重要的變革，是對汽車工業(yè)長足發(fā)展的巨大驅動力，在發(fā)展和前進的道路上所遇到各種各樣的困難在所難免，也不足為怪。對新能源汽車的研發(fā)，車企不僅面臨著巨大的資金投入，還有很大的技術風險、大規(guī)模的業(yè)務重整、巨大的建設投資、服務體系的重建，更使企業(yè)困惑的是，價格不菲的新能源汽車的市場將會如何？消費者對新能源汽車除了費用偏高之外，對其技術的可靠性還存有諸多的疑慮，同時對維修保養(yǎng)費用是否昂貴、維修保養(yǎng)點是否普及、基礎設施是否完善以及電源保障有無問題等也表示擔憂。凡此種種，都會對新能源汽車發(fā)展帶來不小的負面影響。但無論遇到什么樣的困難和問題，我們都必須要想明白，都必須要看清楚，這些困難是發(fā)展中的困難，這些問題是前進中的問題，發(fā)展新能源汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必由之路，還需要政策上的引擎、技術上的突破、成本上的降低、市場上的拓展，只要我們堅定信念，就一定能夠克服各種困難和破解各種難題，就會搶占發(fā)展新能源汽車的先機，就會走在全球新能源汽車工業(yè)的前列，我國的新能源汽車工業(yè)就會不斷地發(fā)展壯大，就會迎來美好的明天。

致謝

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____________________________________________________________________________________________

間過得真快，三年的校園生活就這么結束了，有些匆忙、有些不舍，卻也很充實。感謝我的母校山東凱文科技職業(yè)技術學院讓我有一段值得回憶的快樂充實的校園生活。

在這里我要感謝我的指導老師，沒有您的悉心指導就沒有這篇論文的順利完成。三年的生活相處不久，卻從您身上學到了太多，必將終身受益。

感謝我的父母，沒有你們，就沒有我的今天，你們的支持與鼓勵，永遠是支撐我前進的最大動力。

參考文獻

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師文：新能源汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

____________________________________________________________________________________________ [2] 國家發(fā)展和改革委員會.新能源汽車生產(chǎn)準入管理規(guī)則[S].2007,72 號文件。[3] 楊妙梁.世界燃料電池車發(fā)展動向

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第四篇：汽車零部件的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

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第一章 汽車零部件市場的現(xiàn)狀......................................................................I

1.1 汽車零部件市場面臨的形勢...........................................................II 1.2 汽車零部件市場存在的問題...........................................................II 第二章 汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢...............................................................III 第三章 汽車零部件的制造方法...................................................................IV 3.1 鑄造工藝..........................................................................................IV 3.1.1 金屬型鑄造............................................................................V 3.1.2 壓力鑄造................................................................................V 3.1.3 低壓鑄造...............................................................................VI 3.1.4 離心鑄造...............................................................................VI 3.1.5 熔模鑄造...............................................................................VI 3.2 鍛造工藝..........................................................................................VI 3.2.1 自由鍛與模鍛（含胎膜鍛）...............................................VI 3.2.2 鍛造的特點及適用范圍.....................................................VII 3.3 焊接工藝........................................................................................VII 3.4 沖壓工藝.......................................................................................VIII 3.5粉末冶金工藝................................................................................VIII 第四章 中國汽車零部件發(fā)展目標...............................................................IX

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第一章 汽車零部件市場的現(xiàn)狀

1.1 汽車零部件市場面臨的形勢

真正意義的中國汽車業(yè)和中國汽車配件業(yè)是在改革開放以后發(fā)展起來的。汽車配件作為一個產(chǎn)業(yè)是伴隨著汽車業(yè)的發(fā)展于九十年代初確立。目前我國汽車工業(yè)正處于快速發(fā)展的關鍵時期，汽車業(yè)新一輪購車熱潮掀起，一批整車廠汽車公司銷量連續(xù)高速增長，在汽車市場火爆的帶動下，以離合器、汽車底盤、汽車前后橋以及汽車零部件制造加工、汽車改裝、汽車修理等相關行業(yè)的汽配市場呈現(xiàn)出快速發(fā)展之勢。汽車工業(yè)的發(fā)展為汽車配件工業(yè)的發(fā)展帶來了極大的機會。中國汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)目前每年對零配件的需求量達到八百億元人民幣左右，而每年從一級市場到區(qū)域經(jīng)營再到零售商的汽車零配件三級流通至少要完成二千四百億元人民幣的交易額。1999年全國零配件的總供求量為700億人民幣，進口汽車配件的總需求量近7億美元，而且將以每年11％—20％的速度增長。從總量和趨勢來看，中國汽配市場都呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展空間。

1.2 汽車零部件市場存在的問題

在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的帶動下，近年來汽車零部件出現(xiàn)了迅猛發(fā)展之勢，但也應該看到，中國汽車零部件在全球供應鏈中的地位還很脆弱，在眾多發(fā)展機遇的同時，零部件發(fā)展的滯后問題日益凸顯：

1、產(chǎn)業(yè)結構不合理目前中國汽車零部件企業(yè)總體上還處于一個較低的層次，幾萬家汽車零部件企業(yè)遍布全國各地，但真正達到規(guī)模要求的卻很少。由于力量分散，所以整體優(yōu)勢難以體現(xiàn)出來，導致產(chǎn)品開發(fā)投入少，手段落后，數(shù)據(jù)積累少，無法形成較強的開發(fā)能力，難以滿足外商大批量采購的需要。

2、自主開發(fā)能力弱，缺乏名牌產(chǎn)品中國雖已基本形成了為國內(nèi)汽車配套的完整體系，但汽車零部件企業(yè)產(chǎn)品趨同、規(guī)模小，抗風險能力低；產(chǎn)品技術含量較低，缺乏可持續(xù)發(fā)展能力，尤其缺乏轎車主要總成和關鍵部件的核心技術。企業(yè)普遍缺乏自主開發(fā)能力，絕大多數(shù)企業(yè)研發(fā)投入目前只占銷售收入的1.4%左右，遠遠低于跨國公司平均5%的水平。

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3、企業(yè)規(guī)模小、專業(yè)化程度低目前中國有幾萬家汽車零部件企業(yè)，但達到經(jīng)濟規(guī)模要求的很少，大型企業(yè)比例不到1%，大中型企業(yè)比例不到15%，零部件企業(yè)總體上“弱、小、散”局面沒有得到根本改善。地方、部門、企業(yè)自成體系，急功近利，不能從戰(zhàn)略角度進行審慎投資，故雷同化嚴重。這樣，就很難進入利潤豐厚的高端市場。由于力量分散，所以整體優(yōu)勢難以體現(xiàn)出來，多數(shù)企業(yè)未進入整車配套市場，而只是單一的社會維修服務配件供應商。

4、產(chǎn)品標準化、系列化、通用化程度較低企業(yè)品牌經(jīng)營意識較差，產(chǎn)品標準化程度低。由于中國汽車整車，特別是乘用車主要車型來源于不同國家、不同公司，產(chǎn)品采用的標準不同，系列也不同，這為汽車零部件產(chǎn)品的標準化、系列化、通用化工作帶來較大困難，嚴重制約了零部件產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

5、生產(chǎn)成本控制壓力較大中國零部件的發(fā)展環(huán)境面臨上下游的成本壓力，特別是零部件的成本控制的壓力依然很大，利潤空間日益狹小。

6、出口結構“三低一高”中國汽車零部件出口結構不合理，過多依靠材料密集型、勞動密集型產(chǎn)品出口，表現(xiàn)為“三低一高”，即低附加值、低科技含量、低價格、高能源消耗的產(chǎn)品，出口效益差，競爭能力不強，且各自為戰(zhàn)、惡性競爭嚴重。人民幣的不斷升值對汽車零部件出口的影響也是與日俱增。

第二章 汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

中國汽車零部件產(chǎn)業(yè)要想取得進一步發(fā)展，就必須納入世界汽車零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌道，順應世界汽車零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流。

1、全球化經(jīng)濟全球化就是以科學技術迅猛發(fā)展為動力，以信息化網(wǎng)絡服務為平臺，以跨國公司的全球運作為載體，而進行的一場全球范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整。資源由僅僅依靠一個國家內(nèi)部資源開始向全球配置。零部件全球化涉及采購、生產(chǎn)、研發(fā)、銷售、服務等許多環(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)為零部件采購全球化、生產(chǎn)外包化、合作研發(fā)全球化和售后服務網(wǎng)絡化等。

2、專業(yè)化、規(guī)模化經(jīng)濟全球化對零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，由于整車與零部件企業(yè)的結構關系正在發(fā)生改變，致使零部件產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了兩

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個非常重要的變化：零部件區(qū)域化向全球化轉變，在零部件企業(yè)總數(shù)大幅減少的同時，全球化專業(yè)性集團公司越來越多；勞動密集型產(chǎn)業(yè)向低成本國家和地區(qū)轉移，并與大跨國公司形成層級供應關系。產(chǎn)生的后果是零部件產(chǎn)業(yè)全球資源的再配置和全球采購范圍的擴大。

3、技術高新化世界各大汽車零部件廠商紛紛把航天、航空、電子和信息等高新技術應用于汽車零部件和總成上，使安全、節(jié)能和環(huán)保技術得以廣泛應用，高新技術的應用使汽車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和舒適性不斷提高，使汽車自動化、智能化、電子化、信息化發(fā)展加速。尤其是以電子信息技術為代表的高新技術，不僅在汽車零部件產(chǎn)品中廣泛應用，而且還延伸到開發(fā)設計、試制、生產(chǎn)、檢測以及售后服務等若干方面。

4、精益化精益生產(chǎn)、準時供貨、零庫存、及時服務的要求，使得零部件供應廠商要承擔起產(chǎn)品的設計開發(fā)、制造檢驗、質(zhì)量保證、及時供貨以及市場服務的全部責任，需要零部件企業(yè)對自身進行準確的市場定位，實行系統(tǒng)化設計、模塊化供貨，各環(huán)節(jié)都要精益化，以提高企業(yè)的競爭力。

5、本土化由于新興市場具有潛力巨大、成本低的特點，跨國公司在實施全球化戰(zhàn)略的同時，積極推行本土化策略，即利用本土資源、在本土生產(chǎn)適合當?shù)叵M者需求的車型和零部件產(chǎn)品，同時提供營銷和金融服務，形成本土化的競爭力，以實現(xiàn)貼近本土客戶和市場的目標。

6、與整車企業(yè)合作更密切國內(nèi)一些汽車零部件企業(yè)，應當從發(fā)展戰(zhàn)略角度認真審視自己，抓住戰(zhàn)略發(fā)展機遇，主動靠前，同整車企業(yè)結成合作伙伴關系；作為整車企業(yè)，更應該轉變自己的經(jīng)營理念，積極調(diào)整同零部件企業(yè)之間的關系。只有形成合力，才能提升市場的競爭能力。

第三章 汽車零部件的制造方法

3.1 鑄造工藝

將熔化的金屬液澆注到鑄型中，待其凝固冷卻后, 獲得一定形狀的零件毛坯或零件的成形方法。鑄造的毛坯或零件稱為鑄件。

鑄件材質(zhì)：鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅 鑄鐵：白口：C以FeC形式存在 灰口：C以片狀自由態(tài)存在

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球鐵：C以球狀自由態(tài)存在 可鍛：C以團絮狀存在 蠕墨：灰口鐵中添加稀土元素

圖3-1 砂型鑄造的工藝過程

特種鑄造：指與砂型鑄造不同的其他鑄造方法。

方法種類：金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、陶瓷型鑄造、石膏型鑄造等等。3.1.1 金屬型鑄造

概念：借助重力將熔融金屬澆注入金屬鑄型獲得鑄件的方法。

特點：“一型多鑄”，鑄件精度和力學性能高。尺寸精度IT12-IT16，表面粗糙度Ra6.3-12.5 應用：用于形狀不復雜的中、小鑄件的大批量生產(chǎn)中。如汽車中的鋁合金缸蓋、進氣管及活塞等。3.1.2 壓力鑄造

概念：指將熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。特點：高壓、高速充型（壓力：5-150MPa，時間：<0.15s，充填速度：5-100m/s），無流動性問題，生產(chǎn)率很高，適用于大批量生產(chǎn)（設備、鑄型投資大）。組織細密，精度高：力學性能比砂型鑄造提高20%-40%。精度：IT11-IT13，Ra1.6-6.3。排氣困難，這可導致鑄件表皮下產(chǎn)生含氣體的微孔，容易引起壓鑄件變形。因此，壓力鑄造鑄件不能進行熱處理。

應用： 在汽車上的壓鑄件上百種，如鋁壓鑄件缸體、缸蓋等。

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3.1.3 低壓鑄造

概念：在20-60kPa的壓力下，使金屬液自下而上熱壓入鑄型并在壓力下結晶凝固的鑄造方法。

特點：壓力可控，壓力下凝固，組織致密，無缺陷。成品率高，金屬利用率高(可達95%)。鑄件表面粗糙度可達IT14-lTl2，最小壁厚為2-5mm。

應用：適用于各種材料的鑄型(金屬型、砂型、殼型和熔模鑄型)?？梢陨a(chǎn)鋁、鎂、銅合金和少量鋼制薄壁殼體類鑄件，例如發(fā)動機的缸體和缸套，高速內(nèi)燃機的活塞、帶輪、變速箱殼體等。3.1.4 離心鑄造

概念：將熔融金屬澆入繞軸回轉的鑄型中，在離心力的作用下凝固成形的鑄造方法。

特點：在離心力作用下結晶，鑄件組織致密，但內(nèi)表面質(zhì)量較差，尺寸不夠準確。

應用：主要用于制造鑄鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的各類管狀零件的毛坯。常用于鑄造要求壁厚均勻的中空鑄件。3.1.5 熔模鑄造

工藝過程：蠟?！Y殼（涂掛耐火材料）—脫蠟—焙燒（硬化）—填砂—澆注—破殼取件

特點：沒有任何分型面，精度較高。

應用：形狀復雜的零件（如葉片）、難以切削加工的零件（如刀具）

3.2 鍛造工藝

鍛造：利用金屬材料的可塑性，借助外力和模具的作用,使坯料或鑄錠產(chǎn)生變形并形成所需要的形狀、尺寸和一定組織性能的零件的加工方法。鍛造加工的主要形式有：

3.2.1 自由鍛與模鍛（含胎膜鍛）

自由鍛的主要設備：鍛錘、壓力機

模鍛的主要設備：模鍛錘、模鍛壓力機（鍛模固定在錘頭、砧座上）胎膜鍛：自由鍛設備+鍛模（不固定在錘頭上）模鍛按成形溫度又可分為：

熱鍛：鍛造過程結束時，鍛件溫度高于材料的再結晶溫度。（通常，對

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鋼鐵材料，要加溫至1200度左右）。熱鍛無加工硬化現(xiàn)象，但要經(jīng)歷再結晶過程，即鍛后變形大，屬非精密成型，所需壓力小。

冷鍛：在室溫或經(jīng)軟化退火處理后進行的鍛壓，所需壓力較大，鍛后變形小，是一種精密成型技術，在汽車的小型零件加工中有廣泛應用，主要用于中低碳鋼。

溫鍛：介于前兩者之間的加熱鍛造，也是一種精密成型技術，具有前兩者的優(yōu)點。

3.2.2 鍛造的特點及適用范圍

(1)可改善金屬組織，細化晶粒，提高材料力學性能。(2)不需要切除金屬，材料利用率高，工件強度高。(3)鍛壓件力學性能好、表面光潔、精度高、剛度大。(4)實現(xiàn)機械化、自動化，生產(chǎn)率高。

(5)金屬變形不能太大, 工件形狀不能太復雜, 設備投資大。鍛造的適用范圍：

汽車中鍛造的主要應用如下：

(1)發(fā)動機：曲軸、連桿、連桿蓋、凸輪軸、進排氣門等。

(2)前懸架：上懸臂架、下懸臂架、轉向橫拉桿球鉸頭等。

(3)前橋：轉向節(jié)、轉向節(jié)臂等。

(4)轉向：轉向扇形軸、轉向搖臂等。

(5)后橋：后車軸、外殼末端。

(6)驅動軸：驅動軸、十字軸、軸叉、變速齒輪。

(7)差速器：主動小齒輪、環(huán)齒輪、凸緣叉。

(8)等速萬向節(jié)、半軸齒輪軸、軸承外座圈、內(nèi)軸承座圈。

3.3 焊接工藝

焊接：通過加熱或(與）加壓，并且用(或不用)填充材料,使工件達到結合的一種方法。

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圖3-2 基本焊接方法及分類

3.4 沖壓工藝

沖壓：在常溫條件下利用模具和沖壓設備對金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能零件的加工方法。常用于汽車覆蓋件、密封件的加工。

沖壓工藝：分離工序和成形工序。最常用四個基本工序：沖裁、彎曲、拉深、成形。

沖裁：將板料分離成零件與廢料兩部分。分落料與沖孔兩種，前者落下的是所要的工件；后者落下的是廢料。

彎曲：使坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度。拉深：使（板型）坯料變成中空型零件。成型：翻邊、脹型等。

在汽車生產(chǎn)中，這幾種工藝通常是共同使用的。

3.5粉末冶金工藝

粉末冶金： 以分割成很細小的金屬或非金屬粉末顆粒做原料，通過固結

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使其成為具有一定形狀制品的工藝過程。

圖3-3 粉末冶金工藝過程

第四章 中國汽車零部件發(fā)展目標

最后我介紹一下中國汽車零部件行業(yè)的“十一五”規(guī)劃（2006年至2010年)的發(fā)展目標：

到2010年，形成面向國際國內(nèi)兩個市場、層次分明、比較穩(wěn)定的專業(yè)化和規(guī)?；嚵悴考涮左w系，為汽車產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)提供強有力的支撐，為把中國建成世界零部件制造基地打下堅實基礎。

到2010年，汽車零部件總產(chǎn)值目標為13000億元，其中整車配套產(chǎn)值為7300億元，社會維修配件產(chǎn)值為1700億元，出口為4000億元(即500億美元)。出口平均年遞增27.5%。力爭進入國際配套市場的零部件比例為30%左右，技術和資金密集型產(chǎn)品出口比例要有明顯增加，并建成一批零部件出口基地。

到2010年，形成跨地區(qū)、面向國際國內(nèi)兩個市場的若干家擁有自主開發(fā)能力、能夠與整車同步開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)化設計、模塊化供貨、具有國際競爭力的零部件供應商；形成層次分明、關系穩(wěn)定、專業(yè)化、規(guī)?；黠@、效益良好的零部件配套體系。

到2010年，初步形成一批關鍵零部件開發(fā)中心，形成與整車同步發(fā)展的關鍵零部件開發(fā)能力；關鍵零部件強勢企業(yè)要基本形成產(chǎn)品開發(fā)能力；汽車零部件行業(yè)力爭為國內(nèi)聯(lián)合開發(fā)的汽車新產(chǎn)品承擔20%以上的開發(fā)任務，為國內(nèi)以我為主開發(fā)的汽車產(chǎn)品承擔30%-40%以上的開發(fā)任務。

現(xiàn)在，中國汽車零部件產(chǎn)業(yè)正處在新一輪的發(fā)展高峰期。中國經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，汽車市場的連續(xù)興旺，國際采購商對中國汽車零部件的青睞，為中國汽車零部件的發(fā)展帶來了大好機遇。中國企業(yè)只有加強行業(yè)交流，努力辦好企業(yè)，才能開創(chuàng)一個有競爭力的和諧發(fā)展的汽車零部件行業(yè)的新局面！

西南科技大學城市學院畢業(yè)設計

參考文獻

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第五篇：關于磁懸浮電機的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

關于磁懸浮電機的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李宇佳

（北京交通大學，北京，100000)摘要：本文概述了磁懸浮電機的原理及優(yōu)點，重點介紹了磁懸浮風力發(fā)電機的結構和工作原理。并簡述了磁懸浮電機當前的應用領域。最后本文展望了磁懸浮電機未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：磁懸浮電機；風力發(fā)電機

Developing Trends of Magnetically Levitated Electric Machines and Their Applications

Li Yujia(Beijingjiaotong University,Beijing,100000)Abstract：In this paper, the principle and advantages of the agnetically Levitated Electric Machines are summarized.The structure and working principle of the magnetic levitation wind generator are introduced.The current application field of agnetically Levitated Electric Machines is briefly introduced.Finally, the future development direction of tagnetically Levitated Electric Machines is prospected.Key word:lagnetically Levitated Electric;Machines wind power generator 引言

傳統(tǒng)的a電機是由定子和動子組成，定子與動子之間通過機械軸承聯(lián)接或存在機械接觸，因此動子運動過程中存在機械摩擦。機械摩擦不僅增加動子的摩擦阻力，使運動部件磨損，產(chǎn)生機械振動和噪聲，而且會造成部件發(fā)熱，使?jié)櫥瑒┬阅茏儾?，嚴重的會使電機氣隙不均勻，繞組發(fā)熱，溫升增大，從而降低電機效能，最終縮短電機使用壽命。磁懸浮電機是利用定子和動子勵磁磁場之間“同性相斥，異性相吸”的原理使動子懸浮起來，同時產(chǎn)生推進力驅使動子在懸浮狀態(tài)下運動。因此，定子與動子之間不存在任何機械接觸，可以產(chǎn)生較高的加速度和減速度，機械磨損小，機械與電氣保護容易，維護、檢修和更換方便，適用于惡劣環(huán)境、極其潔凈無污染環(huán)境和特殊需要的領域。磁懸浮電機的研究越來越受到科技工作者的重視，其發(fā)展前景令人鼓舞。

和機械摩擦的不足，目前已研制出各種無接觸式磁軸承，用來取代機械軸承。典型的磁懸浮軸承如徑向磁軸承、徑向推力磁軸承和軸向磁懸浮軸承，以及徑向自由度可控的電磁懸浮軸承。

2.1 徑向磁懸浮軸承

徑向磁懸浮軸承是由兩個徑向磁化同軸空心圓柱組成，磁化方向相反。當兩個磁化圓柱軸向重合、徑向同心時，圓柱所受徑向磁場推力為零。而當兩個磁化圓柱發(fā)生軸線偏移時，由于圓柱之間氣隙磁場極性相同產(chǎn)生不平衡排斥力使圓柱軸線趨于一致。這種徑向磁軸承雖然能做到徑向自動穩(wěn)定，但磁軸承軸向不穩(wěn)定，而且當軸線偏轉時，角向穩(wěn)定性也不好，因此用途有限。

2.2 徑向推力磁懸浮軸承

徑向推力磁懸浮軸承通常采用兩個軸向磁化，而磁化方向相反(也可采用一個軸向磁化，而另一個徑向磁化的同軸空心圓柱，但軸向錯開一定位置，不僅能保持徑向穩(wěn)定性，而且提高了軸向和角向穩(wěn)定性。2 磁懸浮軸承電機

為了克服傳統(tǒng)旋轉電機存在機械軸承

2.3 電磁懸浮軸承

這種多自由度電磁力控制的磁懸浮軸承，轉軸兩端均有水平方向和垂直方向兩個自由度電磁力控制系統(tǒng)，而軸向通過驅動部分控制。當轉軸在水平方向或垂直方向發(fā)生偏離時，分別控制水平或垂直方向的差動勵磁線圈電流，由于電磁力大小與勵磁線圈和氣隙大小有關，因此可以通過改變電磁力使轉軸趨于平衡位置。這種磁軸承雖然轉子轉動慣量不大，但由于控制線圈產(chǎn)生磁場使轉軸受到一個與轉向相反的電磁轉矩，而且該電磁轉矩隨著轉速增大而增大，因此對驅動系統(tǒng)轉矩要求比較高，僅適用于低速大轉矩的領域應用。磁懸浮軸承電機要解決的主要問題是軸承的支撐力，而驅動力仍然依靠電機本身來解決。因此，磁懸浮軸承電機雖然可以做到懸浮與驅動獨立控制，但系統(tǒng)結構尺寸比較龐大，轉動慣量大，系統(tǒng)動態(tài)響應比較緩慢，易于引起系統(tǒng)振蕩甚至不穩(wěn)定運行。磁懸浮電機的應用

3.1 在風力發(fā)電機中的應用

（1）工作原理

直驅式磁懸浮風力發(fā)電機，其風輪和發(fā)電機直接耦合，結構與傳統(tǒng)風力發(fā)電機結構相似，例如，可以把原來的機械軸承全部換成主動磁懸浮軸承，徑向有前后兩個徑向磁軸承支承，軸向采用軸向推力磁軸承支承。如圖1所示，一種水平軸磁懸浮風力發(fā)電機是由風輪葉片、發(fā)電機結構、保護軸承、主動磁懸浮軸承等構成的?？紤]到軸向推力盤重量比較大，因此將其放在靠近中間的位置，保護軸承位于發(fā)電機轉軸兩側的最外端。圖1 磁懸浮風力發(fā)電機機構示意圖 磁懸浮風力發(fā)電機是一種風－機－電能量轉換裝置，其工作原理:發(fā)電機轉子穩(wěn)定懸浮于空間，通過風帶動葉片轉動，并傳遞到整個風力發(fā)電機的轉軸，由發(fā)電機完成

機械能向電能的轉換，最后，利用電力電子變換器將其轉換成負載所需的電能。

（2）關鍵技術分析 對于風力發(fā)電機而言，降低其起動風速，提高風力發(fā)電質(zhì)量是關鍵技術。要達到這兩個要求，需要解決的關鍵問題有:風輪葉片技術、磁懸浮支承技術、發(fā)電機技術和儲能技術，下面圍繞磁懸浮風力發(fā)電機的四點關鍵技術進行分析。

由流體力學可知，風能計算表達式:

T?12?Sv3(1)式中:ρ是空氣密度；S是葉片掃風面積；ν是風速。由貝茨理論可以得到葉片上所能獲得的最大功率:

Pmax?CPT(2)

式中:Cp是貝茨功率系數(shù)，Cp=0．593。由式(1)和式(2)可見，為提高風能向機械能的轉換效率，可以通過增加葉片的掃風面積和葉片優(yōu)化設計來實現(xiàn)。這需解決3個問題:①提高葉尖速比；②葉片材料的選擇；③葉片結構的設計。

a 葉尖速比是用來表述風電機特性的一個重

要的參數(shù)，用λ來表示:

??V2?Rnv?60v(3)

式中:V是葉片尖端線速度；ν是風速；n是風輪轉速；Ｒ是風輪轉動半徑。由式(3)可知，同風速下的葉尖速比越大，葉片轉速越快。現(xiàn)代的風力發(fā)電機常用的是2枚到3枚葉片，理想情況下，由風機葉片數(shù)與λ的匹配關系知，λ在5～8的范圍變化。

b 根據(jù)風輪葉片材料的發(fā)展史，葉片可以分為木制葉片、鋁合金等弦長葉片、鋼制葉片、玻璃鋼葉片。由于木制葉片不易制造成扭曲狀，且存在木材強度低等諸多問題，限制了其在風力發(fā)電機中的應用和發(fā)展。為滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量，隨后，出現(xiàn)了鋼梁玻璃纖維、鋁合金和玻璃鋼制成的葉片。在選擇葉片材料時，通常選用葉片強度、剛度滿足要求，又具備較好的氣動性

能的玻璃鋼復合材料。因此，材料的選擇將直接影響著風輪葉片捕獲風能的能力。

c 葉片結構設計主要包括剖面結構設計、鋪層設計和根端設計三個方面的內(nèi)容。當采用玻璃鋼材料來制造風輪葉片時，材料的強度、彈性模量的差異以及工藝的多樣性是重要的注意事項。例如，和空腹金屬材料的葉片相比較，雖然玻璃鋼材料的彈性模量較低，但其強度比金屬材料高，完全可以在不改變外形尺寸的情況下，代替金屬材料。但是，玻璃鋼材料的葉片卻難以達到金屬材料同等的剛度，而此時，盲目地增加葉片厚度，必然會影響到葉片的氣動性能。綜上所述，選用玻璃鋼材料制作葉片時，總是希望制作較厚的葉型，并采用空腹的結構。

鋪層設計主要是確定纖維量和纖維方向。合理地安排鋪層的方向、角度和比例，可以保證葉片氣動載荷和所受離心力的滿足要求；根端設計主要考慮到葉根是葉片和輪轂的緊密連接處，并且葉片的斷裂也往往發(fā)生在葉根上。葉根根據(jù)各葉片的使用情況、風力機結構、尺寸及功率來設計，其安全系數(shù)要比葉片本身要大一些，一般大1．5～2倍。此外，可以借助三維建模軟件Pro/E對葉片進行三維實體建模，并利用Ansys仿真軟件對葉片進行動力學分析。

3.2 在空調(diào)中的應用

隨著科技的不斷進步與發(fā)展，磁懸浮軸承性能在不斷地提升，同時受電子元件的集成化也促使其成本逐年降低。雖然國內(nèi)外經(jīng)過多年的探索，磁懸浮產(chǎn)品在不少領域成功地應用，但是該項技術領域仍然存在很多難題，如控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計以及材料轉子軸系動力特性問題等。為了更有效地改進控制方法和策略需要在深人研究控制系統(tǒng)的同時，著重研究轉子系統(tǒng)的動力學特性，從而達到對復雜轉子的理想控制。

目前空調(diào)風機多采用機械軸承，風機主軸與軸承之間會產(chǎn)生機械摩擦，而電機必需克服這部分摩擦才能驅動風葉旋轉，同時造成電機發(fā)熱產(chǎn)生較大幅度的振動使得風機壽命降低。要想實現(xiàn)風機長時間的運行還需軸承潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的改進。如果采用磁懸浮軸承，定、轉子之間沒有機械摩擦，磁懸浮軸承運轉阻力為零不會發(fā)熱，從而省去了冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，減少了體積重量，提高了可靠性和壽命懸浮運轉大大減少了機械噪聲，同時也大大減少了機械振動，振動幅度遠遠小于普通風機，提高了整個空調(diào)穩(wěn)定性。

從目前內(nèi)的磁懸浮軸承技術水平來看，雖然已經(jīng)具備了應用在常溫設備上的條件，但是仍然存在兩方面的問題：一方面由于較難實現(xiàn)磁懸浮軸承轉子的高精度控制，因而造成系統(tǒng)可靠性差以及故障率高；另一方面，欠缺標準化的產(chǎn)品工藝。磁懸浮電機的應用領域

4.1 電子工業(yè)

超大規(guī)模集成電路的發(fā)展要求半導體硅片在超真空、無雜質(zhì)密封室內(nèi)加工，對傳送硅片的機器人具有苛刻的要求:既不能用潤滑油，也不能產(chǎn)生塵粒和氣體，因此采用磁懸浮電機直接控制機器人及其操縱手臂成為理想的選擇。另外在集成電路制版過程中磁懸浮將會取代氣墊懸浮芯片布焊。

4.2 化工領域

環(huán)境污染嚴重的放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境，如用磁懸浮軸承驅動調(diào)速離心泵進行核廢料處理，可以解決機械軸承磨損與定期維修的難題。

4.3 柔性制造、加工和傳送系統(tǒng)

工件的懸浮保持與傳送。如基于同高速通訊網(wǎng)絡互聯(lián)的分布式磁懸浮直線感應電機群、各種功率轉換和控制器組成的高速、高加減速度材料運輸系統(tǒng)。基于磁懸浮技術的石油和煤炭輸送系統(tǒng)，可以減小原油與輸油管之間的接觸粘滯力，極大地提高輸油速度，在多山地區(qū)，磁懸浮煤炭輸送系統(tǒng)不僅解決鐵路運輸?shù)碾y題，而且適用于爬坡和全天候工作。

4.4 軌道交通

超導磁懸浮機車能實現(xiàn)超高速、大容量平穩(wěn)安全運輸，極大地提高運輸效率，高溫超導磁懸浮機車是未來列車發(fā)展的趨勢。

4.5 生命科學領域

心臟是人生命中的永動機，一旦發(fā)生故障難以修復。利用人工心臟部分或全部替代心臟功能成為心臟病患者生命延續(xù)的關鍵。過去利用機械軸承人工心臟血泵會產(chǎn)生摩擦和發(fā)熱，使血細胞破損，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命?，F(xiàn)在國外研制成功的離心式和振動式磁懸浮人工心臟血泵，采用無機械接觸式磁懸浮結構不僅效率高，而且可以防止血細胞破損，引起溶血、凝血和血栓等問題。磁懸浮血泵的研究不僅為解除心血管病患者的疾苦，提高患者生活質(zhì)量，而且為人類延續(xù)生命具有深遠意義。磁懸浮電機的發(fā)展趨勢

5.1 新材料應用

(1)稀土永磁材料，如釹鐵硼NdFeB，具有磁能積高和功耗低的特點，而且我國稀土蘊藏量豐富，開發(fā)研究潛力巨大。

(2)高溫超導材料，如YBaCuO，利用超導材料的抗磁特性或磁鏈守恒特性產(chǎn)生巨大的電磁力，可以預見高溫超導材料在磁懸浮控制中將得到廣泛應用，如超導磁軸承用于電力系統(tǒng)大慣量飛輪儲能，直線電機超導磁場梯度懸浮推進系統(tǒng)。

(3)稀土高溫超導REBa2Cu3O7-x和光稀土高溫超導LREBa2Cu3O7-x在77K溫度下具有極高的電流密度，可以產(chǎn)生極強的磁場，這些新材料的研制成功將為高速磁懸浮機車的應用提供又一新的設計方案。

5.2 新技術應用

超聲波傳感技術和激光傳感技術在高速磁懸浮運動定位控制中的應用，提高了定位速度和精度；可編程邏輯控制技術在復雜磁懸浮系統(tǒng)中實現(xiàn)自動時序控制；高性能逆變器設計和智能化非線性電機控制技術應用；利用以計算機技術和網(wǎng)絡通信技術為基礎的全球定位系統(tǒng)GPS為磁懸浮系統(tǒng)提供快捷的宏觀監(jiān)測、控制和服務。

5.3新領域應用

磁懸浮電機不僅在電氣等工業(yè)領域得到廣泛應用，而且在生命科學領域也開始得到應用，充分顯示了磁懸浮電機在國民經(jīng)濟發(fā)展和人們生活質(zhì)量提高?？偨Y

本文介紹了磁懸浮電機，具有無摩擦和

磨損，無潤滑油污染，壽命長等一系列優(yōu)點。隨著市場需求的改變以及用戶體驗的認可，未來磁浮軸承被應用的數(shù)量將會不斷的增長以及型號也會不斷的改變，由此也可以推測出磁懸浮軸承未來可能的發(fā)展趨勢：可靠、易用、價廉標準化。

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