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eVTOL都用什么电机,新能源电驱企业入局eVTOL有什么优势?

近年来低空经济相关法律法规逐渐完善,低空经济正在成为全球经济的新增长点。尤其是近年订单与市场规模激增,2025eVTOL订单密集落地,全球意向订单超1500架。

此前,上海时的科技与阿联酋企业Autocraft签署采购协议,Autocraft将采购350E20电动垂直起降飞行器(eVTOL),订单总额高达10亿美元(约合72亿元人民币)。

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沃兰特航空与泰国泛太平洋有限责任公司(以下简称:Pan Pacific)、中国航空技术国际工程有限公司当天在金山展区签署了三方合作协议,Pan Pacific向沃兰特采购500VE25-100天行eVTOL,该订单总金额达17.5亿美金,是迄今为止中国高等级客运eVTOL获得的最大单笔国际订单。

在这样的背景下,也使得eVTOL动力系统的价值量跃升,单台eVTOL价值约在250万美元左右,推进系统(电机+电控+螺旋桨)占比40%,远超传统车用电机。电驱企业可借此实现产品单价与利润率的双重提升。

01.

新能源电驱企业入局eVTOL有什么优势

电驱企业入局eVTOL主要是技术协同、市场演进与产业升级等多重因素驱动的战略选择。

新能源汽车与eVTOL产业链重合度高达80%,电驱企业的核心技术可直接迁移至航空领域。一方面是新能源汽车领域的技术积累,新能源汽车领域的碳化硅高压技术、热管理方案及控制算法积累,为eVTOL电驱开发提供了底层技术支撑。例如将车用800V碳化硅功率模块技术迁移至eVTOL领域,通过提升电压平台降低损耗,结合集成化散热设计满足轻量化需求,汽车功能安全的开发经验也可转化为航空安全流程的基础。

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另一方面,汽车领域的集成化经验(如多合一动力系统设计)可借鉴,虽eVTOL因可靠性需控制集成边界,但汽车的集成思路仍有参考价值。此外,汽车功能安全的开发理念与航空安全要求在方法论上相通,这也为eVTOL电驱的安全性设计提供了思路,推动电驱产品从满足车规级向符合航空级标准演进。

而且,固态电池因能量密度和安全性也成为了eVTOL的核心选择,但车用领域受成本制约。而eVTOL的电池成本占比相对可观,且溢价空间达车用电池的5-8倍,成为理想试验场。宁德时代凝聚态电池、孚能科技半固态电池均已进入eVTOL适航测试阶段。

国内新能源电驱企业有能力切入eVTOL电驱赛道的不多,钧联电子目前已经拿到了低空飞行器的定点,并且完成了一些交付。与国内头部主机厂如沃飞长空、广汽高域等达成深度合作,参与正式适航的定点开发。已有4款产品完成开发或进入测试阶段

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此外,去年英搏尔与亿航智能也达成了战略合作,EH216-S eVTOL飞行器提供全球首款圆形电机控制器及高功率密度电机系统。今年与广东高域科技有限公司在珠海也举行了战略合作签约。

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英搏尔打造的电推动系统,是专为低空飞行器量身定制。该系统融合油冷、扁线、双绕组、双电控与外转子技术。凭借英搏尔独有的创新“集成芯”技术,成功减轻产品重量、减小产品体积,达成高可靠性、高功率密度、高转矩密度与高集成化的卓越产品特性。

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今年6月,卧龙电驱与沃飞长空签署《合资协议》,在中国境内设立合营企业“浙江龙飞电驱科技有限公司”,合营企业主要从事最大起飞重量不低于750公斤且不超过5700公斤的适航航空器的电推进动力系统以及相关产品业务,包括电机、驱动器、集成化解决方案及实验测试服务等。

松正在载人级电动航空领域,也一直在专注于高效功重比的电推进系统的开发,在纯电驱多旋翼垂直起降、涵道风扇等不同构型的飞行器均有深入的研究及产品应用。

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松正自主研发的高扭密电机专为航空领域设计,利用陶瓷优良的热传导性能,极大提升散热效率。该电机采用风冷方式,无需复杂的冷却循环系统,在简化结构的同时,显著降低了电机整体重量与维护难度,高度契合航空领域对设备轻量化的严苛要求。具备高达3,200N.m的强扭矩动力输出,能够为各类航空设备提供充沛动力,无论是飞机起飞时的加速冲刺,还是飞行过程中的动力持续供给,均能完美适配,充分满足航空作业的动力需求。

本次“2025第五届全球xEV驱动系统技术暨产业大会”设立的飞行汽车电机专场,也是邀请到了上述部分企业做技术演讲,详细讲解关于电动垂直起降航空器(eVTOL)电推进系统关键技术以及低空航空器电推进系统的技术现状与展望。

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02.

eVTOL对于电机的要求

对于eVTOL的动力系统而言,在保证安全性的前提下,要求电机具有较高的功率密度,需要以在较小的尺寸和重量下提供足够的推力,航空级电机所处工作环境复杂多变,对电机的可靠性和环境适应性提出了更高要求。

FAA20246月发布了针对eVTOL适航规定草案ACFAAeVTOL电机的要求以安全性为核心,通过性能验证、环境测试、冗余设计和全生命周期管理构建了严密的适航体系。

国内还没有专门针对eVTOL的适航认定,目前eVTOL处于初期阶段,国内拿到“四证”的只有亿航,峰飞拿到了“三证”,多数企业还在样机试飞、符合性验证阶段。车企方面,只有小鹏汇天的陆地航母飞行体进入了适航审定(CCAR)的最后阶段,真正市场化还需时间。

eVTOL动力系统对于电机的要求首当其冲的就是安全,目前民用载人航空器的安全性目标依据有人驾驶与否、航空器载人数量和运行环境稠密或稀疏来确定,载人数量越多或运行在人口稠密区的安全性目标越高,载人数量越少或运行在非人口稠密区的安全性目标越低,最高可到民用运输类飞机的1.0e9/飞行小时(1.0e-9/FH),最低可至轻型运动型飞机的无安全性要求。

为了eVTOL航空电机的安全性,当前一般采用双三相的冗余设计双三相电机(Dual Three-Phase Motor)是一种具有两个三相绕组的电机,这种双三相的冗余设计可以独立或同时控制两个三相系统。主要目的是为了保证航空电机的安全性,可在一套绕组有故障时另一套绕组可以进行低功率紧急降落。

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当然好处也不止这些,由于相数的增加,可以更加灵活地进行功率分配控制,从而实现更高的功率输出,双绕组电机的双绕组设计使得eVTOL动力系统在相同体积下能够承载更大的负载,提高eVTOL动力系统功率密度。

当然,有两套三相绕组,相应的也需要两套三相逆变器实现控制。同时,电机内部可等效成对称十二相系统,谐波磁势与电流影响更小。还有常说的六轴八桨动力系统与碳纤维模块化设计都属于冗余动力系统通过电控单元支持单轴或双轴失效后的动态推力分配

电动垂直起降航空器是低空经济的重要组成部分,eVTOL作为该领域的核心载具,其电机系统需满足严苛的航空适航认证标准,这与汽车电机的要求存在本质差异。由于航空级电机在功率密度、可靠性及安全冗余等方面需符合极端工况下的适航条款,多数主机厂不得不摒弃传统供应链方案,从电磁设计、热管理系统到容错控制进行全面自主研发,以构建符合适航审定的核心技术壁垒。

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然而,技术迁移还需突破三大关键升级,首先是开发流程体系重构,航空产品需严格遵循"文文相符、文实相符"的构型管理,全程可追溯适航审查;其次是测试验证维度的扩展,从车规冬夏标扩展到整机级电磁兼容、振动冲击及失效模式覆盖;最后是供应链体系再造,元器件选型需满足航空级寿命与环境适应性。

03.

eVTOL都用什么电机

eVTOL包括电推进装置,电推进装置包括螺旋桨和电机,电机与螺旋桨传动连接,用于驱动螺旋桨转动。永磁电机由于其高功率密度、响应快以及能效高等特点,成为了当前eVTOL应用中的主流电机类型。

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目前我们所接触的eVTOL大致分为四类,分别为多旋翼、复合翼、倾转旋翼、倾转涵道,国内的主机厂主要围绕前面三类做产品的布局和开发。根据各家终端产品的不同所应用的电机也有所差异,有的是径向的有的是轴向的,有的是外转子有的是内转子。

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径向电机通过优化磁路结构和材料选型,能够在有限体积内实现高功率输出。结合碳化硅(SiC)控制器的高频调制技术,径向电机系统可以有很不错的动态响应精度

轴向电机具有磁路缩短、铁芯用量减少、功率和扭矩密度高等有优点,但轴向电机没有定子支架,造成散热困难,另外,其铁芯两侧需要压板或整体灌胶,造成气隙过大,增加了铜损。相比之下,轴向磁通电机虽理论功率密度更高,但径向电机通过集成化设计可在实际应用中达到相近性能。

目前国内外已装机的eVTOL电机中多数还都是径向电机,包括Joby S4径向电机、赛峰的ENGINeUS™径向电机、美国ArcherMidnight也是径向电机、国内的松正电动、卧龙电机、方正电机也都主要是径向电机,目前只有英国Evolito、比利时Magnax以及斯洛文尼亚EMRAX等少数企业用的是轴向电机

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此外,用内转子还是外转子也是各有不同。在外转子电机中,转子和定子之间的相互作用面较大,外转子电机可实现低能耗,高扭矩(扭矩=切向力×旋转半径)内转子电机的情况恰恰相反,其扭矩通过轴从内转子传递到外部,内转子电机的功率密度高,惯性矩小moment of inertia of an area是一个几何量)。

但是,由于外转子的结构是定子绕组(发热源)在内部,转子在外部,散热性比较差。故外转子电机通常设计的瓶颈就是散热制约,散热问题解决不好,定子绕组就会出现过热烧毁的可能。且采用外转子电机,转子磁钢结构就需要采用表贴式的方式设置,以输出大扭矩。但是,表贴式电机由于d轴和q轴电感接近,不能提供磁阻转矩,同时,表贴式设计为串联提供每极磁通,无法产生聚磁效应,因此,表贴式电机难以提升转矩密度。

而且,在高速场景外转子会有离心力挑战。转子表面永磁体承受的切向应力随转速平方增长,这限制了最高转速。所以eVTOL倾转旋翼机构常用内转子电机做推进电机,这类eVTOL需要更高转速而非最大扭矩。

总结

其实eVTOL电驱的本质就是汽车电驱技术在高维场景的定向进化,通过复用共性技术基底,叠加航空专属的可靠性设计与流程管控能力,构建适航级电驱解决方案。最后说些行业谏言“别被‘万亿市场’冲昏头脑——没有适航团队的企业慎入、追求短期利润的企业慎入、低估研发投入的企业慎入,这是场用造车积累换飞行资质的持久战。”

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