
400 350 300 250 200 150 100 50 0
前装后装
来源:南航通航、沃兰特《客运eVTOL应用与市场白皮书》,国金证券研究所测算
2.2壁垒:eVTOL电机壁垒在于高功率密度及适航
电机是eVTOL电动化动力系统的重要组成部分。动力电池或燃料电池的电能是通过电机驱动涵道风扇或旋翼,电机的功率密度直接影响着飞行汽车的有效载荷能力,电机的大范围变工况动力输出能力、可靠性和环境适应性是决定飞行汽车动力特性和安全性的重要因素。
不同适航需求,应用场景所使用的电机不同。按照工作电源,电机主要可分为直流电动机、交流电动机。其中直流电动机中又分为有刷直流和无刷直流,有刷直流中包含永磁直流和电磁直流。
1)电动汽车:使用永磁同步电机比较常见,永磁电机所具有较高的效率和较高的转矩可以提供更好的驾驶体验。同时永磁电机的高功率密度也可以帮助电动车在相同的体积下获得更高的动力。
2)无人机中:常用无刷直流电动机。由于没有电刷和换向器,它具有效率高、维护成本低、寿命长等优点。其主要作用是产生旋转力矩,驱动螺旋桨的旋转,从而实现无人机的飞行。在无人机上使用无刷直流电机一是无刷直流电机具有较低的重量和噪音,而且维护成本较低,适合无人机的飞行要求;二是无刷直流电机的转速较高,适合无人机中的高速飞行的需求。
3)eVTOL:对电机效率和转矩密度的要求较高,永磁同步电机是电推进动力系统很具前景的方案。相比于直流电机和感应电机,永磁同步电机具有功率密度高、调速范围广、电磁转矩大等优势,并且其保持全扭矩的能力非常适合eVTOL在起飞和着陆阶段的动力要求,是电推进动力系统很具前景的方案。当前电动垂直起降飞行器,如JobyS4、ArcherMidnight等均采用了永磁同步电机。
永磁同步电机(PMSM)无刷直流电机(BLDC)
损耗低,效率高,力矩大,控制精度高,应用场合高端,
优势
换相时没有转矩脉动
价格便宜,采用6步法控制,并且仅需直流电源,较简单
示例
劣势价格高,控制复杂,容易发热,永磁体易退磁效率较低,性能较差,换相时有转矩脉动
来源:EasiMotor官网,国金证券研究所
在航空级电机中,对于安全性、环境适应性、功率密度均有较高的要求。