中国粉体网讯 eVTOL驱动电机需满足极为严苛的技术要求，不仅要适应复杂多变的飞行环境，实现高功率密度输出与高防护等级保障，还要能在极端温度、湿度、气压等恶劣条件下稳定运行。因此，散热系统的优化设计，以及高性能材料与功率器件的合理应用，成为确保eVTOL驱动电机性能与可靠性的关键所在。
散热
eVTOL电机功率较高，在持续大功率的情况下会产生大量热量，且如果是涵道构型的eVTOL更会面临动力系统高温的问题，而高温会进一步导致电机内部永磁体的退磁以及电机绝缘构件的有效性，因此散热就成为了较为关键的问题。常见的散热方式主要有风冷和液冷，一般而言，低功率密度的电机适宜采用自然冷却和强波风冷；中功率密度的电机一般采用液冷，而更高功率密度的电机主要采用混合冷却系统。
风冷散热：利用空气流动带走电机热量。通常在电机外壳设计散热鳍片，增加散热面积，通过飞行汽车飞行时的迎面气流或专门设计的风扇来加速空气流动，实现散热。这种方式结构简单、成本较低，但散热效果相对有限。
液冷散热：使用冷却液在电机内部或外部的循环通道中流动，吸收并带走热量。冷却液通常具有较高的比热容，能够有效地吸收热量。液冷系统一般包括散热器、水泵、冷却管道等部件。这种散热方式散热效率高，能够更精确地控制电机温度，但系统相对复杂，成本较高。
混合散热：通过整合风冷、液冷、热管冷却等多种散热方式的优势，构建协同散热机制，既能借助风冷的高效空气对流快速驱散表面热量，又能利用液冷的强换热能力带走核心部件的大量热能，同时配合热管实现热量的远距离快速传导，从而有效解决高功率运行下的散热难题，但此系统同样存在成本较高的问题。
高性能材料
非晶材料：非晶材料具有众多优势，有望替代传统电机铁芯硅钢片。非晶材料具有极优的软磁性能，铁芯损耗远低于传统硅钢片，在电机运行时，可大幅降低因铁芯涡流和磁滞现象导致的能量损耗，提高电机效率；导磁率较高，能够更高效地传导磁场，使电机在相同的励磁条件下产生更强的磁场，进而提高电机的功率密度和转矩输出能力；在较宽的温度范围内能保持稳定的性能，不易因温度变化而发生明显的磁性能衰退或结构变化，这使得电机在不同的工作环境和负载条件下都能保持较好的性能。
非晶电机在国内已有实际应用，例如，峰飞航空的eVTOL选用非晶电机，正是看中其铁芯损耗小、效率高、体积小等显著优势，能完美契合eVTOL电机小型化、高频化的发展趋势。
V2000CG 峰飞航空
稀土材料钕铁硼：钕铁硼是目前发现的磁性最强的永磁材料，被誉为“永磁之王”，钕铁硼作为eVTOL的磁性材料具有众多优势。钕铁硼材料的磁能积很高，能够在较小的体积和重量内产生强大的磁场，这使得钕铁硼电机具有较高的功率密度和转矩密度；钕铁硼材料具有良好的磁稳定性和抗氧化性，不易受到外界环境的影响，因此钕铁硼电机的可靠性较高，使用寿命长；钕铁硼电机的转动惯量小，响应速度快，能够快速地启动、停止和加速，对动态性能要求较高的应用场景有很强适应性。
钕铁硼永磁电机 来源：磁性材料应用技术研究中心
功率器件
采用新一代碳化硅和氮化镓功率器件的电机驱动控制器是未来的发展方向。
碳化硅功率器件：碳化硅器件作为一种宽禁带半导体器件，具有耐高压、高温，导通电阻低等优点。碳化硅材料具有3倍于硅材料的禁带宽度，10倍于硅材料的临界击穿电场强度，3倍于硅材料的热导率。
碳化硅功率器件应用于电机时，凭借高耐压、低导通电阻、高频特性与耐高温的优势，可显著降低电机系统的损耗，提升运行效率；高频工作能力能缩小磁性元件与滤波器尺寸，实现系统小型化、轻量化；高温下性能稳定，增强了电机系统在复杂工况下的可靠性。
碳化硅功率器件在eVTOL上已有实际应用，例如小鹏的“陆地航母”飞行器搭载全球首个800V碳化硅增程动力平台，综合续航里程超1000km，轻松满足长途出行需求。
800V碳化硅高压平台的飞行电驱 来源：小鹏
氮化镓功率器件：氮化镓功率器件是一种基于氮化镓材料的新型半导体功率器件，在电机中的应用主要包括驱动逆变器、电机控制器等，氮化镓功率器件用于电机，具备开关快、损耗低、频率高优势，可实现高效电能转换，精准控制电机。
亿航智能在其自动驾驶飞行器的电机系统中也应用了氮化镓功率器件。通过采用氮化镓器件，有效降低了电机驱动系统的体积和重量，提高了飞行器的有效载荷能力和飞行效率，为实现城市空中交通的商业化运营提供了技术支持。
EH216-S 来源：亿航智能
参考来源：
盛况.碳化硅功率器件技术综述与展望
亿航智能、小鹏、峰飞航空、国金证券、磁性材料应用技术研究中心
(中国粉体网编辑整理/月明)
注:图片非商业用途，存在侵权告知删除!
