2021 年 2 月低空經(jīng)濟(jì)概念首次被寫入國家規(guī)劃，eVTOL預(yù)計(jì)分場(chǎng)景從載物到載人、郊區(qū)到城市逐步應(yīng)用。eVTOL 在旅游觀光、物流運(yùn)輸、醫(yī)療急救、消防應(yīng)急等場(chǎng)景投入使用，緊急醫(yī)療服務(wù)（EMS）、消防、搜索救援、空中執(zhí)法預(yù)計(jì)為率先使用的場(chǎng)景，空中游覽可能是通往載客服務(wù)的開端，后續(xù)空中出租車、飛行救護(hù)車和貨物運(yùn)輸可能是未來 eVTOL 的常態(tài)化用途，eVTOL 預(yù)計(jì)將沿循從載物到載人、從郊區(qū)到城市、從特需到日常、從公共服務(wù)到商業(yè)化運(yùn)營的發(fā)展方向。

國內(nèi)主機(jī)廠適航審查進(jìn)度

根據(jù)《客運(yùn) eVTOL 應(yīng)用與市場(chǎng)白皮書》預(yù)計(jì)，30 年累計(jì)國內(nèi) eVTOL 需求量為 16316 架。

01#

規(guī)模

帶來百億級(jí)電機(jī)前裝市場(chǎng)

成本角度，三電系統(tǒng)在整車、 eVTOL 的成本占比類似，eVTOL 的電機(jī)成本占比更高。根據(jù)鉅大鋰電及 36 氪研究院的信息， 2022 年整車當(dāng)中動(dòng)力電池+驅(qū)動(dòng)電機(jī)+電控系統(tǒng)的“三電”系統(tǒng)成本占比達(dá) 50%，動(dòng)力電池占 38%，電機(jī)占 6.5%。根據(jù) 2021 年《LILIUm Analyst Presentation》，其 eVTOL 單機(jī)成本約 250萬美元，其中推進(jìn)系統(tǒng)（電機(jī)電控、螺旋槳等）+能源系統(tǒng)（電池等）占比 50%，其中能源系統(tǒng)占 10%，推進(jìn)系統(tǒng)占 40%。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，電動(dòng)力系統(tǒng)（電機(jī)電控、螺旋槳等）占比 20%，能源系統(tǒng)（電池等）占比 20%。綜合來看，我們預(yù)計(jì)電機(jī)電控在 eVTOL 的成本占比在 10%-20%。

圖左：三電系統(tǒng)在汽車成本占比約50%（2022年）

圖右：推進(jìn)系統(tǒng)（電機(jī)）、能源系統(tǒng)（電池）在eVTOL成本占比50%

eVTOL 帶來國內(nèi)電機(jī)前裝市場(chǎng)達(dá)百億級(jí)。國內(nèi)電機(jī)主要用于國內(nèi)市場(chǎng)，根據(jù)《客運(yùn) eVTOL 應(yīng)用與市場(chǎng)白皮書》預(yù)計(jì)，30年累計(jì)國內(nèi) eVTOL 需求量為 16316 架，假設(shè)單機(jī)用電機(jī)電控 80萬元，對(duì)應(yīng)國內(nèi) eVTOL 電機(jī)前裝市場(chǎng)規(guī)模約 131 億元。

eVTOL 的使用壽命約 15-20年，電機(jī)需更換 3-4 次。相較汽車， eVTOL 對(duì)于可靠性的要求性極高， 根據(jù)蓋世汽車，載人場(chǎng)景下要求出錯(cuò)率控制在 10的-9 次方以內(nèi)，而且相比于傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)千萬美元以上的價(jià)格，電機(jī)價(jià)格相對(duì)便宜，因此為保障 eVTOL 的使用壽命，電機(jī)更換相較汽車會(huì)更加頻繁。因此，假設(shè) eVTOL 使用壽命 20年，電機(jī) 4 年一換， 單機(jī)后裝更換價(jià)格平均 60萬元，則對(duì)應(yīng)一架 eVTOL 生命周期內(nèi)更換電機(jī) 4 次，更換成本為 240萬元，30年累計(jì)國內(nèi) eVTOL 需求量為 16316 架，對(duì)應(yīng)電機(jī)后裝市場(chǎng)約 392 億元。

圖：國內(nèi) eVTOL給電機(jī)帶來前裝/后裝市場(chǎng)預(yù)測(cè)（2030年，億元）

02#

壁壘

在于高功率密度及適航

電機(jī)是 eVTOL 電動(dòng)化動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分。動(dòng)力電池或燃料電池的電能是通過電機(jī)驅(qū) 動(dòng)涵道風(fēng)扇或旋翼，電機(jī)的功率密度直接影響著飛行汽車的有效載荷能力，電機(jī)的大范圍變工況動(dòng)力輸出能力、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性是決定飛行汽車動(dòng)力特性和安全性的重要因素。

不同適航需求，應(yīng)用場(chǎng)景所使用的電機(jī)不同。按照工作電源，電機(jī)主要可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)。其中直流電動(dòng)機(jī)中又分為有刷直流和無刷直流，有刷直流中包含永磁直流和電磁直流。

電動(dòng)汽車：使用永磁同步電機(jī)比較常見，永磁電機(jī)所具有較高的效率和較高的轉(zhuǎn)矩可以提供更好的駕駛體驗(yàn)。同時(shí)永磁電機(jī)的高功率密度也可以幫助電動(dòng)車在相同的體積下獲得更高的動(dòng)力。

無人機(jī)中：常用無刷直流電動(dòng)機(jī)。由于沒有電刷和換向器，它具有效率高、維護(hù)成本 低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。其主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的飛行。在無人機(jī)上使用無刷直流電機(jī)一是無刷直流電機(jī)具有較低的重量和噪音，而且維護(hù)成本較低，適合無人機(jī)的飛行要求；二是無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，適合無人機(jī)中的高速飛行的需求。

eVTOL：對(duì)電機(jī)效率和轉(zhuǎn)矩密度的要求較高，永磁同步電機(jī)是電推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)很具前景的方案。相比于直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍廣、電磁轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢(shì)，并且其保持全扭矩的能力非常適合 eVTOL 在起飛和著陸階段的動(dòng)力要求，是電推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)很具前景的方案。當(dāng)前電動(dòng)垂直起降飛行器， 如 Joby S4、Archer Midnight 等均采用了永磁同步電機(jī)。

圖：永磁同步電機(jī)Vs無刷直流電機(jī)

在航空級(jí)電機(jī)中，對(duì)于安全性、環(huán)境適應(yīng)性、功率密度均有較高的要求。

安全性方面，考慮到航空應(yīng)用場(chǎng)景中，首要考慮指標(biāo)是飛機(jī)在緊急情況下可以冗余 50%功率輸出，并配置緊急降額設(shè)計(jì)；

環(huán)境適應(yīng)性方面，航空級(jí)電機(jī)對(duì)于高低溫、濕熱、低溫低氣壓、鹽霧、臭氧、電磁兼容、振動(dòng)等方面的要求較高，需要適應(yīng)各類極端環(huán)境；

數(shù)量方面，電動(dòng)汽車通常配備 1-2 個(gè)電機(jī)，而 eVTOL 當(dāng)前至少需要 8 個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于飛行汽車在安全性和可靠性方面的要求較高，因此，在任何情況下，即使最多有一個(gè)電機(jī)出現(xiàn)故障，飛行汽車仍能保持穩(wěn)定懸??；

航空更為注重功率密度。根據(jù)《飛行汽車的研究發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)》，車用電機(jī)的額定干質(zhì)量功率密度最高約為 2 kW/kg，航空推進(jìn)電機(jī)通過使用具備更高耐溫極限的絕緣材料、更高磁能密度的永磁材料和更輕的結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)可使電機(jī)本體的額定功率密度超過 5 kW/kg。通過改善電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如采用 Halbach 磁陣列、無鐵芯結(jié)構(gòu)、Litz 導(dǎo) 線繞組等技術(shù)，以及改善電機(jī)的散熱設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì) 2030 年電機(jī)本體的額定功率密度可達(dá) 10 kW/kg，2035 年額定功率密度將超過 13 kW/kg。通過提升電磁設(shè)計(jì)技術(shù)、熱管理技術(shù)和 輕量化技術(shù)降低電機(jī)結(jié)構(gòu)重量和散熱系統(tǒng)輔助重量，不斷提高電機(jī)的功率密度和寬范圍變 工況動(dòng)力輸出能力，是 eVTOL 動(dòng)力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

圖：電動(dòng)汽車電機(jī)主要指標(biāo)

圖：電動(dòng)飛機(jī)電機(jī)主要指標(biāo)

目前，電機(jī)多與主機(jī)廠隨機(jī)適航，構(gòu)筑高客戶粘性。當(dāng)前電機(jī)產(chǎn)品多配套主機(jī)廠，隨主機(jī)廠配套適航，由于主機(jī)廠適航要求高且復(fù)雜，預(yù)計(jì)電機(jī)廠和主機(jī)廠在適航通過后會(huì)形成穩(wěn)固的合作、供應(yīng)關(guān)系，切換供應(yīng)商帶來的產(chǎn)品可靠性風(fēng)險(xiǎn)較大。

另外，中國局方可將電機(jī)作設(shè)備用，單獨(dú)適航測(cè)試難度大。適航規(guī)定適用于中國民用航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（CTSO），該規(guī)定根據(jù)中國民用航空規(guī)章《民用航空材料、零部件和機(jī)載設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》（CCAR37）頒發(fā)，是對(duì)用于民用航空器上的某些航空材料、零部件和機(jī)載設(shè)備接受適航審查時(shí)，必須遵守的準(zhǔn)則。規(guī)定進(jìn)行標(biāo)識(shí)的 FDR（飛行數(shù)據(jù)記錄器） 應(yīng)滿足歐洲民用航空設(shè)備組織EUROCAE標(biāo)準(zhǔn) ED-112A《抗墜毀的機(jī)載記錄系統(tǒng)最低工作性能要求》中的要求。

其中對(duì)于環(huán)境鑒定，應(yīng)按 ED-112A 規(guī)定的試驗(yàn)條件，采用該設(shè)備適用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件和 試驗(yàn)程序，證明設(shè)備性能滿足要求。ED-112A 要求采用 ED-14G 或 RTCA/DO-160G；對(duì)于軟件鑒定，規(guī)定說明如果設(shè)備包含軟件，則軟件應(yīng)按照 RTCA/DO-178B《機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備合格審定中的軟件考慮》的要求進(jìn)行研制；對(duì)于硬件設(shè)計(jì)， 如果硬件單元包含無法通過試驗(yàn)和/或分析來評(píng)估功能的電子設(shè)備， 則應(yīng)根據(jù)硬件單元制造人確定的設(shè)計(jì)保證等級(jí)，按照RTCA/DO-254《機(jī)載電子硬件的設(shè)計(jì)保證指南》進(jìn)行研制。

其中：

DO-160專注于設(shè)備的物理特性和環(huán)境適應(yīng)性，例如溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊等；

DO-178 專注于航空航天軟件開發(fā)的認(rèn)證。主要用于航空航天軟件的開發(fā)、驗(yàn)證和認(rèn)證，包括飛行控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等；

DO-254 專注于航空航天電子硬件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，包括芯片、電路板、傳感器等。

電機(jī)產(chǎn)品單獨(dú)適航，通過 DO-160認(rèn)證難度大。電機(jī)作為設(shè)備需通過 DO160環(huán)境實(shí)用性測(cè) 試，需滿足高溫高濕，強(qiáng)磁，震動(dòng)，電磁干擾等環(huán)境測(cè)試。當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)通過難度較大。

電控產(chǎn)品單獨(dú)適航，通過 DO-178 認(rèn)證難度大。如果想要制造出合格的飛行器，電控系統(tǒng)需要通過 DO-178 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，而國內(nèi)僅有兩三家中航工業(yè)的企業(yè)產(chǎn)品能夠通過 DO-178 認(rèn)證。DO-178 標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)軟件進(jìn)行評(píng)估，還對(duì)硬件要求高, 目前大量在汽車上所使用的芯片無法滿足相關(guān)要求。另外一種選擇是企業(yè)自行設(shè)計(jì) FPGA 系統(tǒng)，但需要通過 DO-254 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，難度較 DO178 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證更大，國內(nèi)能夠通過 DO-254 認(rèn)證的企業(yè)同樣稀缺。

圖：國際民航組織對(duì)于民用飛行器的相關(guān)認(rèn)證資料許可

從全球 eVTOL電機(jī)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局來看，目前進(jìn)入 eVTOL 領(lǐng)域較早的主機(jī)廠如 Joby、 Archer、億航智能、峰飛等均進(jìn)行電推進(jìn)系統(tǒng)自主研發(fā)，根據(jù)公司機(jī)型特征，針對(duì)性進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)，以滿足輕量化和功率密度提升的需求。L ilium 則與日本電裝公司和美國霍尼韋爾航空航天公司達(dá)成合作，兩家公司聯(lián)合將電子馬達(dá)整合到 L ilium 的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中。Volocopter、沃蘭特、時(shí)的科技均采用賽峰提供的高性能、高功率密度電機(jī)，賽峰集團(tuán)是全球飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域領(lǐng)先的企業(yè)，公司覆蓋全球 13 個(gè)國家，能向客戶第一時(shí)間提供本地服務(wù)。

國內(nèi) eVTOL 電機(jī)電控供應(yīng)商主要有臥龍電驅(qū)、天津松正、邁吉易威等，藍(lán)海華騰等企業(yè)有意進(jìn)入。其中：

臥龍電驅(qū)：在航空電驅(qū)動(dòng)及控制領(lǐng)域處于國際一流水平。公司自 2019 年開始致力于開發(fā)航空電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品，逐漸形成了“3+1”的產(chǎn)品布局，即小、中、大三個(gè)功率等級(jí) 的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品及一個(gè)適航標(biāo)準(zhǔn)。小功率指 2kW~30kW 產(chǎn)品，主要應(yīng)用于工業(yè)無人機(jī)及 1~2 座 eVTOL，已開始向國內(nèi)主流物流無人機(jī)企業(yè)小批量供樣；中功率產(chǎn)品以 50kW~175kW 為主， 4 座載人 eVTOL 為主要應(yīng)用，與國內(nèi)主流 eVTOL 制造企業(yè)均有技術(shù)溝通，相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目正在進(jìn)行中；大功率是 200kW 至 1MW 以上，應(yīng)用于十幾座到幾十座的支線飛機(jī)，以預(yù)研為主。公司當(dāng)前已合作客戶包括商飛、山河智能等。

天津松正：航空電機(jī)電控行業(yè)進(jìn)展領(lǐng)先。在載人級(jí)電動(dòng)航空領(lǐng)域，公司專注于高效功 重比的電推進(jìn)系統(tǒng)的開發(fā)，推出針對(duì)飛行任務(wù)動(dòng)力需求的定制化航空電機(jī)及控制器的開發(fā)服務(wù)，在純電驅(qū)多旋翼垂直起降、涵道風(fēng)扇等不同構(gòu)型的飛行器均有深入的研究及產(chǎn)品應(yīng)用；同時(shí)在混動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)載大功率增程電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器均具備開發(fā)和制造能力。

江蘇邁吉易威：軍用高功率密度輪轂電機(jī)系統(tǒng)核心供應(yīng)商。公司已有多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品在 部隊(duì)投放應(yīng)用。公司的電機(jī)產(chǎn)品經(jīng)過多次迭代，目前最大輸出功率已達(dá)到 250kW，效率高達(dá) 95%以上，并且具備風(fēng)冷液冷兩種冷卻方式電機(jī)類型，并由傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)逐步擴(kuò)展至航空用永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)。目前公司已推出了面向 eVTOL 的電機(jī)系統(tǒng)配套產(chǎn)品。

藍(lán)海華騰：從汽車電控進(jìn)入 eVTOL 電控。核心團(tuán)隊(duì)在電控領(lǐng)域擁有十余年的技術(shù)研發(fā)積累，具備電動(dòng)飛行器方面的技術(shù)基礎(chǔ)，從新能源汽車電控切入研發(fā) eVTOL 電控優(yōu)勢(shì)明顯，但 eVTOL 對(duì)安全性、可靠性、輕量化的要求更高，公司將研發(fā)資源向 eVTOL 電控領(lǐng)域適當(dāng)傾斜，在 eVTOL 電控的設(shè)計(jì)、算法、輕量化的研發(fā)上爭(zhēng)取有所突破，以期早日將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

03#

技術(shù)趨勢(shì)

功率密度提升在于材料改進(jìn)與高效散熱，

非晶材料有望替代硅鋼片

非晶材料：非晶材料較硅鋼片的損耗密度更低，有利于提升電機(jī)功率密度。電機(jī)的鐵芯在物理空間分布上起到導(dǎo)體材料的定位作用，并在電機(jī)運(yùn)行中傳遞磁通。傳統(tǒng)意義上的鐵芯，由不同性能特性的硅鋼片疊壓而成，大部分定子鐵芯要通過扣板固定，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)固的整體。根據(jù)電動(dòng)新視界報(bào)道，非晶合金在高速高頻、軸向磁通電機(jī)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊，其損耗密度僅為傳統(tǒng)硅鋼片的 1/5-1/10，物理特點(diǎn)包括薄、硬、帶寬受限。機(jī)械特點(diǎn)包括剛度低、疊壓系數(shù)較低、強(qiáng)度高；電磁特點(diǎn)包括飽和磁密低、磁致伸縮系數(shù)大。

圖：非晶合金Vs硅鋼性能對(duì)比

由于生產(chǎn)非晶帶材具備較強(qiáng)的技術(shù)門檻，國際國內(nèi)能夠掌握生產(chǎn)非晶帶材技術(shù)的企業(yè)不多，國內(nèi)市場(chǎng)主要由日本的日立金屬和國內(nèi)的安泰科技占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。另外，國內(nèi)能夠生產(chǎn)高端非晶帶材的企業(yè)還包括青島云路和佛山市中研非晶科技股份有限公司。目前，整個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局處于寡頭壟斷競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。

圖左：2019年非晶合金全球市占率

圖右：2019年非晶合金國內(nèi)市占率

eVTOL 用非晶材料已有產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，中研非晶&北極鷗合作，非晶電機(jī)上車小鵬 X2。產(chǎn)業(yè)進(jìn)展方面，清華大學(xué)李駿院士團(tuán)隊(duì)研制的世界首臺(tái)面向城市交通的智能載人飛行汽車在 西安試飛成功，其飛行動(dòng)力系統(tǒng)采取高壓大功率非晶電機(jī)，可提供超過 1 噸的極限拉力， 整機(jī)最大起飛重量超過 800 公斤。國內(nèi)布局或未來可能布局 eVTOL 用非晶材料的企業(yè)包括云路股份、安泰科技、中研非晶等。

云路股份：公司目前正在積極進(jìn)行電機(jī)用非晶材料以及材料適用性的技術(shù)研究。

安泰科技：非晶合金適合于新能源汽車驅(qū)動(dòng)和飛行汽車等驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景，公司在 2010 年開始關(guān)注非晶合金在電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，已為多家頭部車企和科研單位聯(lián)合開發(fā)電機(jī) 用高性能非晶材料和高效非晶定子鐵芯制備技術(shù)。

中研非晶：2018 年公司與北極鷗達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議， 共同開發(fā)及量產(chǎn)非晶無人機(jī) 盤式電機(jī)，而根據(jù)飛行汽車產(chǎn)業(yè)之家，北極鷗已布局航空大功率電機(jī)系列，產(chǎn)品已應(yīng)用至小鵬 X2 上。

圖：部分非晶、納米晶合金磁材企業(yè)基本情況

碳納米管導(dǎo)線：有助于提高電機(jī)導(dǎo)電性能，但在 eVTOL 電機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用研究較少。目前所有的航空電機(jī)的繞組都是銅導(dǎo)線， 銅的導(dǎo)電性好， 然而密度大且電導(dǎo)率隨溫度上升而下降。高溫超導(dǎo)線材導(dǎo)電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅導(dǎo)線，然而需要非常復(fù)雜的冷卻和保溫裝置。常溫下的碳納米管導(dǎo)體相比銅導(dǎo)體密度小， 具有更好的導(dǎo)電率， 并且電導(dǎo)率隨溫度上升不會(huì)下降。然而將單個(gè)碳納米管導(dǎo)體連接為碳納米管導(dǎo)線的工藝復(fù)雜， 并且形成的碳納米管導(dǎo)線電阻率大。隨著碳納米管合成技術(shù)和制備工藝的突破，預(yù)計(jì)在未來 15~30年間，碳納米管導(dǎo)線將會(huì)大量應(yīng)用到航空電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，提高電機(jī)系統(tǒng)功率密度。目前在 eVTOL 電機(jī)領(lǐng)域，碳納米管目前的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展還較少。

碳納米管是目前中國已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)應(yīng)用的主要納米材料之一，受益于動(dòng)力電池市場(chǎng)規(guī)模需求的增長，近幾年碳納米管出貨量呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢(shì)。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院，2022 年中國碳納米管出貨量約為 11.1 萬噸，同比增長 18.09%。

目前，中國碳納米管市場(chǎng)集中度較高， 2021 年前三企業(yè)市場(chǎng)份額總和約為 80%。其中，天奈科技市場(chǎng)份額達(dá) 45%，排名第一。卡博特和集越納米分別占比 20%和 15%。

圖左：中國碳納米管出貨量及預(yù)測(cè)（萬噸）

圖右：中國碳納米管市場(chǎng)份額占比

高效散熱：有利于提升電機(jī)功率密度。航空電機(jī)電磁負(fù)荷大，單位體積損耗顯著導(dǎo)致電機(jī)溫升升高，過高會(huì)影響發(fā)電設(shè)備的安全性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使絕緣材料加速老化，大幅度縮短電機(jī)的使用壽命，甚至導(dǎo)致電機(jī)著火燒毀。但是，熱管理系統(tǒng)質(zhì)量的增加會(huì)增加飛行器的起飛質(zhì)量，且會(huì)在飛行期間消耗電功率，因此飛機(jī)的需求功率增加。因此，對(duì)于航空電機(jī)必須要有一個(gè)高效的冷卻系統(tǒng)，才能保證工作安全性、可靠性和高功率密度。航空電機(jī)冷卻技術(shù)中利用的冷卻介質(zhì)主要有空氣及滑油，其中以空氣為冷卻介質(zhì)的冷卻方式有自然冷卻和吹風(fēng)冷卻，以滑油為冷卻介質(zhì)的冷卻方式有循油冷卻和噴油冷卻。當(dāng)前低空飛行器行業(yè)以風(fēng)冷為主。

自然冷卻：利用電機(jī)的一些元件(繞組、鐵心、殼體、端蓋、軸等)的熱容量加以吸收電機(jī)熱耗，適用于短時(shí)工作狀態(tài)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)。

吹風(fēng)冷卻：指對(duì)電機(jī)進(jìn)行吹風(fēng)帶走電機(jī)熱量，風(fēng)可以由電機(jī)本身裝有的風(fēng)扇產(chǎn)生也可以由飛機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的速壓頭產(chǎn)生。吹風(fēng)冷卻受飛機(jī)海拔的影響， 冷卻介質(zhì)的流量隨著海拔高度的增加減小，其冷卻效果減弱。

滑油冷卻：使用滑油作為冷卻介質(zhì)可以顯著提高冷卻效果，因?yàn)榛偷臒崛萘砍^空氣的 1600倍。油冷方式的冷卻介質(zhì)和冷卻效果與飛行條件無關(guān)，適用于各種飛機(jī)。這種冷卻方式即具有冷卻油導(dǎo)熱效果好的特點(diǎn)，又保存了風(fēng)冷卻那樣冷卻介質(zhì)直接與發(fā)熱部位接觸的優(yōu)點(diǎn)。因此冷卻效果顯著提高，電機(jī)的功率密度可以進(jìn)一步提高。但對(duì)于機(jī)身增重較大。

圖：風(fēng)冷油冷優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

在飛機(jī)電氣化背景下，航空電機(jī)系統(tǒng)逐步往綜合化、集成化方向發(fā)展。集成特征主要包括：

功能集成與復(fù)用；

部件級(jí)集成：航空電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)與功率變換器以及控制器的集成；

系統(tǒng)級(jí)集成：航空電機(jī)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓能源系統(tǒng)的集成。

圖：電機(jī)系統(tǒng)集成特征

電控環(huán)節(jié)，現(xiàn)有硅基電力電子器件難以滿足航空電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)控制器主要用于調(diào) 節(jié)推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩， 其控制響應(yīng)精度直接影響飛行器推力控制精度?，F(xiàn)有飛機(jī)上的 功率變換器均是硅基電力電子器件， 較低的結(jié)溫以及難以大幅降低的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗 使硅基電力電子器件在面對(duì)大功率電機(jī)系統(tǒng)電能變換時(shí)， 需要較復(fù)雜和較大體積重量的冷 卻系統(tǒng)， 效率和功率密度難以提升。同時(shí)硅基電力電子器件結(jié)電容較大， 限制了大功率場(chǎng) 合下的頻率提升， 導(dǎo)致濾波電感電容體積較大， 也不適應(yīng)航空電機(jī)系統(tǒng)高速高頻化的發(fā)展 趨勢(shì)。

碳化硅器件的應(yīng)用有望延伸至電動(dòng)航空領(lǐng)域， 提升航空電機(jī)功率密度。應(yīng)用于電機(jī)系統(tǒng)功率變換器中，能夠大幅提高航空電機(jī)系統(tǒng)效率和功率密度，簡(jiǎn)化散熱冷卻系統(tǒng)。隨著封裝技術(shù)、高溫控制芯片及高溫?zé)o源元件的發(fā)展，由碳化硅器件構(gòu)成的能在幾百攝氏度下工作的耐高溫功率變換器的實(shí)現(xiàn)將成為可能， 其與航空電機(jī)的集成可以適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。23 年空客與 ST 簽署了一項(xiàng)電力電子研發(fā)合作協(xié)議，合作內(nèi)容將會(huì)集中在開發(fā)適用于空客的航天航空應(yīng)用的 SiC 和 GaN 器件、封裝和模塊。