比车用级别更高，eVTOL到底需要怎样的电机？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近日，铁流股份在投资平台表示，“公司新能源车电机轴暂未用于eVTOL(电动垂直起降飞行器)电机，公司具备较强的汽车零部件生产及加工能力，加工工艺应用领域非常广，我们将根据国家战略规划及行业发展需求，积极探索新的应用领域，适时调整产品布局。”

由此不难看出，相较于新能源汽车，eVTOL对电机有更高的要求，那么需要达到怎样的水平呢？
 

电机寿命和可靠性是关键

由于是全新的产品形态，因而电池、电控、电动机、轻型复合材料、飞控等都是eVTOL发展的核心技术。行业人士认为，eVTOL或许将引发新一轮航空革命。
 
电机对于eVTOL能否长期稳定飞行至关重要，且在eVTOL制造成本中有更高的占比。根据钜大锂电此前发布的数据，2022年新能源整车当中动力电池+驱动电机+电控系统的“三电”系统成本占比达50%，其中动力电池占38%，电机占6.5%。不过，在eVTOL中，电机成本迅速提升，作为国内排名第一的eVTOL电机驱动厂商，卧龙电驱此前表示，eVTOL驱动电机在eVTOL产业链中成本占比将高达30%。Lilium的数据显示，如果将电驱算入整个推进系统，那么这一成本占比将提升至40%。
 
以分布式电机驱动布局的eVTOL为例，电机驱动分布在机翼或者机身上的多个螺旋桨或风扇构成推进系统为飞机提供推力。这种电机要求就是动力大且重量轻，东丽和Joby和Lilium合作的eVTOL所采用的电机峰值功率达236kW，重量仅28kg。
 
并且，由于eVTOL已经确定主要以电动为主，因此国内外eVTOL主要采用纯电动力，电推电机有望加速这一领域的发展。
 
除了对电机功率和峰值扭矩要求更高以外，eVTOL所用的电机还需要考虑到安全性、环境耐受以及长期稳定性。行业数据显示，eVTOL对于可靠性的要求极高，载人场景下要求出错率控制在10的-9次方以内，而且相比于传统航空发动机千万美元以上的价格，电机价格要相对便宜，因此为保障eVTOL的使用寿命，电机更换相较汽车会更加频繁。
 
在当前的技术现状下，电机更换可能成为eVTOL使用里不小的一笔成本。假设eVTOL使用寿命20年，电机4年一换，单机后装更换价格平均60万元，那么在eVTOL生命周期内，用户可能需要高达240万的电机成本。
 
因此，总结而言，eVTOL所用的电机需要达到航空级，而航空级电机需要具备四大特征：

·高安全性，至少需要留出50%的性能余量作为冗余设计；

·高环境适应性，无论是高低温、湿热、低温低气压等严苛环境，电机都要能够稳定工作；

·高功率和高扭矩，电机性能强能够明显改善eVTOL的使用体验；

·高功率密度，eVTOL所用的电机不仅功率要高，重量还要轻。
 
此外其实还有长寿命，如果能够达到这一点，能够显著降低eVTOL的使用成本。
 

航空级电机厂商积极布局eVTOL

一般而言，电动汽车大概只需要配备两个电机驱动系统，不过在eVTOL上，至少需要8个。因此，eVTOL电机有巨大的市场空间。根据《客运eVTOL应用与市场白皮书》预计，至2030年累计国内eVTOL需求量为16316架，假设单机用电机电控80万元，对应国内eVTOL电机前装市场规模约131亿元。那么如果按照当前的电机技术来推算，后装市场空间大概是392亿元。
 
目前，国内eVTOL电机电控供应商主要有卧龙电驱、天津松正电动、南昌三瑞智能、北京电擎科技、江苏迈吉易威、山东精创磁电、安徽智鸥驱动、宁波诺云驱动等。相关数据显示，卧龙电驱在国内电动航空高功率电机领域布局较为领先，国内排名第一，全球高压电机排名第二，其全球市场的份额占比大概为11%。目前，卧龙电驱与商飞、吉利沃飞等企业建立了合作关系，因此在航空级电机方面处于行业领先位置。
 
天津松正大电机产品包括永磁同步、交流异步、直流无刷、直流有刷等类型。该公司此前表示，在载人级电动航空领域，天津松正专注于高效功重比的电推进系统的开发，推出针对飞行任务动力需求的定制化航空电机及控制器的开发服务，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。
 
目前，电机厂商的打法基本是和主机厂进行绑定，从提高用户体验的角度出发来打造相关产品。比如，AIR正在商业、工业、家电电机以及控制器的大型制造商尼得科合作研发适用于AIR公司的双座eVTOL“空中一号”的电机。
 

结语

据民航新型智库及美国垂直飞行协会（VFS）发布的统计，全球目前有超过700个eVTOL设计研发项目，从构型分布上看，升力与巡航复合型有124款，多旋翼型有195款，倾转旋翼和倾转涵道等矢量推进型共有235款。这些研发项目对航空级电机有巨大的需求，将塑造出一个巨大的市场空间。