前言：
電機是eVTOL電動化動力系統(tǒng)的核心部件，單項成本最高。eVTOL的蓬勃發(fā)展，為電機市場帶來增量。預(yù)計2030 年eVTOL 電機前裝市場規(guī)模約 131 億元，后裝市場約 392 億元。無刷直流電機可充分滿足 eVTOL 各飛行階段的動力需求，是eVTOL電機市場主流。
eVTOL運營環(huán)境更復(fù)雜，對電機的性能及安全性要求較高。eVTOL電機技術(shù)壁壘高，認(rèn)證時間長。目前進(jìn)入 eVTOL 領(lǐng)域較早的主機廠如 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)。國內(nèi)一些主流新能源汽車電機已開始積極布局電動航空領(lǐng)域，eVTOL電機行業(yè)競爭將加劇。
因飛機內(nèi)部空間緊湊、起飛重量受限，高功率密度電機可提升飛行速度、爬升能力和續(xù)航里程等性能指標(biāo)，助力電動飛機解決電池續(xù)航問題。因此，eVTOL電機未來技術(shù)演進(jìn)的核心在于提高功率密度。
一、動力系統(tǒng)為eVTOL核心，其中電機單項成本最高
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國eVTOL電機行業(yè)發(fā)展深度分析與投資前景研究報告（2025-2032年）》顯示，eVTOL（Electric Vertical Take off and Landing）,電動垂直起降飛行器, 是以電力為飛行動力、具備垂直起降功能的飛行器，融合了垂直起降、智能操控和高度機動性。eVTOL核心子系統(tǒng)主要包括機體、綜合航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)六大類，其中動力系統(tǒng)價值量占比最高，達(dá)40%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
電機是eVTOL電動化動力系統(tǒng)的核心部件，單項成本最高。以500次充電循環(huán)考慮，電池在相關(guān)eVTOL產(chǎn)品的總運營成本中占比超過60%。
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二、eVTOL需求量增多帶動eVTOL電機行業(yè)擴容，后裝市場前景廣闊
eVTOL蓬勃發(fā)展，帶來電機市場增量。預(yù)計2030 年國內(nèi) eVTOL 需求量達(dá)16316 架， 假設(shè)單機用電機電 控 80 萬元，對應(yīng)國內(nèi) eVTOL 電機前裝市場規(guī)模約 131 億元。
eVTOL使用壽命約 15-20 年，電機需更換 3-4 次。假設(shè) eVTOL 使用壽命 20 年，電機 4 年一換， 單機后裝更換價格平均 60 萬元，則對應(yīng)一架 eVTOL 生命周期內(nèi)更換電機 4 次，更換成本為 240 萬元，預(yù)計2030 年國內(nèi) eVTOL 需求量達(dá)16316 架， 對應(yīng)電機后裝市場約 392 億元。
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三、永磁同步電機扭矩平穩(wěn)、效率高、噪音小，為eVTOL電機市場主流
eVTOL電機主要分為無刷電機和永磁同步電機兩類。無刷直流電機因結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，常用于無人機；而永磁同步電機憑借高效率、低噪音等優(yōu)勢，更契合eVTOL的運用場景。
無刷直流電機省去電刷和換向器，效率高、維護成本低且壽命長，但功率相對較小，更適合無人機。永磁同步電機與之結(jié)構(gòu)相近，但借助編碼器測定轉(zhuǎn)子位置并采用正弦波驅(qū)動電流，具備更高、更平穩(wěn)的扭矩、更高的效率以及更低的噪音，其全扭矩保持能力可充分滿足 eVTOL 各飛行階段的動力需求。因此，目前永磁同步電機在eVTOL 領(lǐng)域更為常見，如Joby S4、Archer Midnight等機型都采用了永磁同步電機。
資料來源：觀研天下整理
四、eVTOL電機以主機廠自主研發(fā)為主，新勢力進(jìn)入下行業(yè)競爭將加劇
與傳統(tǒng)通航相比，eVTOL運營環(huán)境更復(fù)雜，對核心部件—電機的性能及安全性要求較高，因此電機技術(shù)壁壘高，認(rèn)證時間長。目前進(jìn)入 eVTOL 領(lǐng)域較早的主機廠如 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)。
國內(nèi)一些主流新能源汽車電機已經(jīng)滿足eVTOL 所需的部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這使得原本專注于電動汽車電機生產(chǎn)的企業(yè)具備了進(jìn)入eVTOL 電機市場的技術(shù)基礎(chǔ)，開始積極布局電動航空領(lǐng)域。國內(nèi)多家eVTOL 電機企業(yè)產(chǎn)品處于早期研發(fā)和合作階段，與主機廠共同推進(jìn)適航認(rèn)證，eVTOL電機未來市場競爭將日趨激烈。
eVTOL電機行業(yè)代表供應(yīng)商
| 企業(yè) | 簡介 |
| 臥龍電驅(qū) | 在航空電驅(qū)動及控制領(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、大三個功率等級 的驅(qū)動產(chǎn)品及一個適航標(biāo)準(zhǔn)。小功率指 2kW~30kW 產(chǎn)品，主要應(yīng)用于工業(yè)無人機及 1~2 座 eVTOL，已開始向國內(nèi)主流物流無人機企業(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，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 | 航空電機電控行業(yè)進(jìn)展領(lǐng)先。在載人級電動航空領(lǐng)域，公司專注于高效功 重比的電推進(jìn)系統(tǒng)的開發(fā)， 推出針對飛行任務(wù)動力需求的定制化航空電機及控制器的開發(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；同時在混動驅(qū)動機載大功率增程電機及驅(qū)動器均具備開發(fā)和制造能力。 |
| 江蘇邁吉易威 | 軍用高功率密度輪轂電機系統(tǒng)核心供應(yīng)商。公司已有多個型號產(chǎn)品在 部隊投放應(yīng)用。公司的電機產(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類型，并由傳統(tǒng)柴油發(fā)電機逐步擴展至 航空用永磁電動發(fā)電機。目前公司已推出了面向 eVTOL 的電機系統(tǒng)配套產(chǎn)品。 |
| 藍(lán)海華騰 | 從汽車電控進(jìn)入 eVTOL 電控。核心團隊在電控領(lǐng)域擁有十余年的技術(shù)研發(fā) 積累，具備電動飛行器方面的技術(shù)基礎(chǔ)，從新能源汽車電控切入研發(fā) eVTOL 電控優(yōu)勢明 顯，但 eVTOL 對安全性、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、算法、輕量化的研發(fā)上爭取有所突破，以期早日將產(chǎn)品 推向市場。 |
資料來源：觀研天下整理
五、提高電機功率密度對eVTOL行業(yè)發(fā)展意義重大，材料改進(jìn)與高效散熱將成為未來技術(shù)演進(jìn)核心
因飛機內(nèi)部空間緊湊、起飛重量受限，高功率密度電機可提升飛行速度、爬升能力和續(xù)航里程等性能指標(biāo)，助力電動飛機解決電池續(xù)航問題。因此，eVTOL電機未來技術(shù)演進(jìn)的核心在于提高功率密度。功率密度的提升意味著在相同體積和重量條件下，電機可輸出更強勁動力，對eVTOL行業(yè)發(fā)展意義重大。
功率密度提升在于材料改進(jìn)與高效散熱：
1.材料改進(jìn)
（1）非晶材料
電機的鐵芯在物理空間分布上起到導(dǎo)體材料的定位作用，并在電機運行中傳遞磁通。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，形成一個相 對穩(wěn)固的整體。而非晶材料較硅鋼片的損耗密度更低，有利于提升電機功率密度。
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，非晶電機上車小鵬 X2。產(chǎn)業(yè)進(jìn)展方面，清華大學(xué)李駿院士團隊研制的世界首臺面向城市交通的智能載人飛行汽車在 西安試飛成功，其飛行動力系統(tǒng)采取高壓大功率非晶電機，可提供超過 1 噸的極限拉力， 整機最大起飛重量超過 800 公斤。
（2）碳納米管導(dǎo)線
目前航空電機的繞組均為銅導(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， 但需要非常復(fù)雜的冷卻和保溫裝置。而常溫 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)率隨溫度上升不會下 降。
碳納米管是目前中國已實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)應(yīng)用的主要納米材料之一，受益于動力電池市場規(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。根據(jù)數(shù)據(jù)，2024年我國碳納米管出貨量約為14.5萬噸，同比增長13.3%。
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2.高效散熱
高效散熱有利于提升電機功率密度。航空電機電磁負(fù)荷大，單位體積損耗顯著導(dǎo)致電機溫升升高，過高會影響發(fā)電設(shè)備的安全性，嚴(yán)重時會使絕緣材料加速老化，大幅度縮 短電機的使用壽命，甚至導(dǎo)致電機著火燒毀。但是，熱管理系統(tǒng)質(zhì)量的增加會增加飛行器 的起飛質(zhì)量，且會在飛行期間消耗電功率，因此飛機的需求功率增加。因此 ，對于航空電 機必須要有一個高效的冷卻系統(tǒng)， 才能保證工作安全性、可靠性和高功率密度。
航空電機 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。
電機主要冷卻方式
| 冷卻方式 | 主要特點 | 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 水冷 | 利用水循環(huán)帶走熱量，需配備水泵、散熱器等設(shè)備。 | 散熱效率高，能快速將熱量散發(fā);冷卻效果均勻，避免熱點產(chǎn)生;噪音低;在高溫環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定。 | 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需額外安裝泵等組件，增加了系統(tǒng)重量和故障點;維護成本高,需定期更換冷卻水或添加防腐劑，且要防止漏水等;安裝成本高;對環(huán)境適應(yīng)性稍差，如需考慮防凍等問題。 |
| 風(fēng)冷 | 依靠風(fēng)扇使空氣流動帶走熱量，結(jié)構(gòu)相對簡單。 | 結(jié)構(gòu)簡單，無復(fù)雜的水路或油路系統(tǒng)，故障點少;重量輕，適合對重量敏感的場景;維護方便，只需定期檢查風(fēng)扇狀態(tài);成本低，制造和裝配成本低;不受環(huán)境影響，環(huán)境適應(yīng)性強。 | 散熱效果相對較差，在大功率或高功率密度場合難以滿足散熱需求;噪音較大。 |
| 油冷 | 使用油作為冷卻介質(zhì)，通過油的循環(huán)來散熱，有直接油冷和間接油冷兩種方式。 | 油具有良好的絕緣性和潤滑性，可直接與電機內(nèi)部部件接觸，散熱效率高，能有效降低繞組等高發(fā)熱部件的溫度;可同時對定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，冷卻效果更全面;結(jié)構(gòu)相對緊湊，省卻了水冷所需的復(fù)雜水道和部分組件;維護相對簡單，只需定期檢查油位和油質(zhì)，更換潤滑油即可。 | 油的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，單次循環(huán)帶走熱量有限，散熱效率低于水冷;油的黏度較大,會增加電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的能量損失;冷卻系統(tǒng)需配備嚴(yán)格的過濾裝置，以防止雜質(zhì)影響電機絕緣層;成本較高，且存在一定的漏油風(fēng)險。 |
資料來源：觀研天下整理（zlj）
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