eVTOL电机技术：揭秘未来空中出行的动力核心

电动车千人会 2024-12-31 11:21 4780浏览 0评论 0点赞

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01 eVTOL技术发展路径分析

构型演变：eVTOL的商业化将经历三个阶段，其中倾转翼设计将成为主导。

动力发展：动力源将从液态电池逐步过渡到半固态和全固态电池，预计到2030年固态电池将成为eVTOL的主要动力来源。

应用拓展：eVTOL的应用将从货物运输和人员运输开始，逐步发展到私人飞行器，最终目标是私人消费市场。

02 eVTOL市场发展预测

或将依次经历导入→爆发→普及三大阶段

根据《客运eVTOL应用与市场》，eVTOL发展预计可分为三个阶段：

1）导入期（2025-2030）：特殊场景如空中游览和医疗救援将率先应用；

2）爆发期（2030-2035）：城市空中交通（UAM）快速发展，空中出租车和小巴服务将普及；

3）普及期（2035-）：eVTOL将进入个人和家庭消费市场。

03 eVTOL与新能源汽车发展比较

当前或处于新能源车2010-2012年

发展阶段：当前eVTOL的发展阶段类似于2010-2012年的新能源汽车，此时新能源汽车处第一轮推广应用实施。该阶段国家战略层面提出汽车业电动化技术转型战略，明确新能源汽车为战略新兴产业。

对于eVTOL，后续有望复制新能源汽车发展路径：

1）政策支持：政府可能会出台政策支持eVTOL的研发和应用。

2）示范项目：可能会出现示范项目和试点运行，展示eVTOL的可行性。

3）或建立相应的基础设施，如垂直起降场、充电站和维护设施。

04eVTOL电机和新能源汽车电机对比

驱动电机技术要求:

✓ 安全性：需具备紧急情况下50%额外功率输出的安全性设计，作为关键指标；

✓ 环境适应性：需适应极端海拔和极端温度（-90°C至70°C）；

✓ 功率密度：高功率密度是设计中的重要因素，特别是电机重量；

✓ 螺旋桨驱动要求：必须承受来自不同方向的突发载荷。

无人机普遍使用无刷直流电机，而永磁同步电机因其高效率和功率密度成为eVTOL的首选。eVTOL电机特点：低速高扭矩，高转速控制带宽，发展目标是提升功率密度，同时满足低转速、大扭矩、高裕度、良好散热和高效率的需求。

05电机材料：硅钢为目前主流

CoFe合金性能提升显著但价格较贵

硅钢：当前在中国，硅钢是电机制造的主流材料。对于新能源汽车的驱动电机，硅钢片的厚度一般介于0.25至0.30毫米之间。行业正朝着使用更薄的硅钢片发展，目的是减少涡流损耗。然而，这种做法在提升电机的功率密度方面存在一定的局限性。

CoFe合金：这种合金在所有可选材料中展现出最高的磁通密度，鉴于电机定子与转子间的功率传递效率与磁通密度的平方成正比，采用CoFe合金替代传统电工钢能够显著提升电机的功率密度达20%至30%。在保持相同性能的情况下，电机的重量也能减少20%至30%。尽管如此，CoFe合金的成本相对较高，主要用于国外高端eVTOL主机厂的电机制造。

非晶材料：与硅钢相比，非晶合金的电阻率高、磁导率高、矫顽力低，这些特性使得它在高速电机应用中能够显著降低铁损。尽管非晶材料在理论上适合高速电机环境，但鉴于eVTOL电机通常工作在较低转速，非晶材料的优势在这一领域并不明显。

06竞争格局：电机第三方外采为主流，

国内电机厂商缺少适航经验，卧龙电驱具先发优势

目前，大多数eVTOL企业倾向于从第三方采购电机，而非自行生产。

尽管国内电机制造商在新能源汽车电机技术上有所积累，但在适航认证方面经验不足。在eVTOL行业的初期，由于缺乏成熟的供应链，一些公司如Joby选择自主研发电机。随着eVTOL行业的发展，新成立的公司普遍选择与外部电机供应商合作。国内电机制造商正在逐步提高eVTOL电机的性能，但目前最大的挑战是缺乏适航认证经验。国内主要的eVTOL整机制造商目前依赖于进口电机和驱动系统，例如Safan Engine US和Magnix的产品，以确保研发和测试的顺利进行。

卧龙电驱在资金、技术和规模方面具有显著优势，与其他国内电机制造商相比，它拥有先发优势。该公司与商飞合作，建立了航空电动力系统创新中心，致力于开发广泛的电动航空动力系统，包括为4座和19座电动飞机提供动力系统，构建了“3+1”航空动力产品体系。

07电推进系统操控和动力融合，

适航工作量大且关键，牵引电机、电控等独立取证大势所趋

电推进系统的操控和动力融合在适航认证中构成了一项重要挑战，因为它们可能导致飞行控制和推力之间的耦合问题，这在eVTOL、eSTOL和eCTOL的适航过程中尤为关键。

为了降低整机制造商的适航成本和技术难度，电机和电控系统等关键部件的独立适航认证正逐渐成为一种行业趋势。通过为这些通用部件制定CTSO，可以减轻制造商的适航负担，从而促进航空产业的发展。

在国际上，美国联邦航空管理局（FAA）已于2024年3月20日就Safran Engine US的100电机适航认证标准征求公众意见，同时Safran也在进行欧洲航空安全局（EASA）的适航认证。2023年，Safran Electrical & Power已获得EASA的设计组织批准（DOA），并开始了适航认证测试。

在中国，eVTOL的电机制造商目前通常与整机一同进行适航认证。国内的电机和控制系统的CTSO草案已经完成，目前正在民航局进行审查，未来可能会根据情况推进后续的适航安排。

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