eVTOL电机：轻量化革命下的技术路径突破
- 2025-07-28 17:58:00
7月16日，上海时的科技与阿联酋Autocraft公司签署10亿美元订单，采购350架E20电动垂直起降飞行器（eVTOL），创下中国eVTOL领域最大单笔意向订单纪录。而在这笔订单背后，一个关键技术支撑点浮出水面——占整机成本20%的电机系统，正在成为决定低空经济商业化的核心变量。
随着时的科技、亿航智能等整机厂商加速推进适航认证，中国航发动控所等机构研制的百千瓦级一体化推进电机已装机试飞，eVTOL电机行业迎来从技术攻坚到规模化量产的关键转折点。（下图来源：CSDN博客，作者：北京航通天下科技有限公司，2024-11-11）
一、战略地位
低空经济已连续两年写入政府工作报告，作为新质生产力的代表，正成为培育发展新动能的重要方向。在这一宏大图景中，eVTOL（电动垂直起降飞行器）作为低空经济的主力应用场景，其规模化推广高度依赖动力系统的突破。
与传统飞行器不同，eVTOL采用分布式电推进技术，单机需配备多台电机。例如亿航智能EH216-S搭载16套电机，时的科技E20配备6台赛峰ENGINeUS智能电机。多电机配置直接推高了动力系统在整机价值中的占比，达到惊人的40%。
2030年国内eVTOL市场空间预计达到500亿元规模，对电机电控的需求将呈现爆发式增长。更为宏观的预测显示，中国eVTOL累计需求量将达16316架，仅制造环节的市场空间就达623-1305亿元。
如此庞大的市场前景背后，是eVTOL应用场景的阶段性拓展：前期以应急救援和文旅观光为主，中期将延伸至城市空中出租车（占比超70%）和物流领域。（下图来源：铁观咨询）
二、技术跃迁
相较于新能源汽车电机，eVTOL电机面临近乎苛刻的性能要求。功率密度需达到新能源汽车电机的2倍，在缩小自重的同时提升输出功率，以增加飞行里程。
环境适应性要求更为严苛：需耐受海拔8000-12000米、温度-90°C~70°C的极端条件，并通过46种工况的静力与疲劳仿真验证。安全冗余设计是生死线——即使部分系统失效，电机仍需保留50%的功率输出能力确保安全降落。
结构设计上，一体化集成成为主流方向。某品牌电机将电机、电控、冷却系统集成一体，总重不足30kg，峰值功率125kW，支持2分钟峰值运行。
罗罗公司的升力电机采用横向通量结构，重量不到55kg却输出150kW连续功率和1600牛顿·米扭矩，通过三维磁通设计提升低速扭矩性能。
（下图来源：赛峰官网）
三、成本结构
eVTOL整机成本构成中，三电系统（电池/电机/电控）占据半壁江山，轻量化材料（碳纤维）占20%-30%。具体到动力系统，电推进单元在整机价值量中占比高达40%，航电飞控系统占20%。
单机电机成本受构型差异显著影响：
多旋翼机型（航程30公里）：适用于文旅，电机配置相对简单
复合翼/倾转翼（航程200-400公里）：需更高功率电机，如E20使用的125kW级电机
规模化生产将改变成本曲线。2030年eVTOL电机前装市场将达131亿元，后装维修市场更达392亿元，形成可持续的产业链收益。（下图来源于网络）
四、头部竞逐
全球eVTOL电机竞争格局呈现分层化特征：
国际巨头：罗罗公司为Vertical Aerospace和Eve Air Mobility提供升力电机，正推进FAA适航认证
国内龙头：卧龙电驱布局航空电机领域，与中国商飞合作开发10kW-2000kW电动力系统，覆盖4-19座电动飞机
跨界企业：英搏尔与亿维特、亿航智能合作开发eVTOL电推进系统，将新能源汽车电驱技术迁移至航空领域
适航认证成为行业最高壁垒。目前全球仅有赛峰电气等极少数企业通过EASA（欧洲航空安全局）适航认证。国内尚未有电机产品获得适航证，但卧龙电驱等已启动适航符合性验证，卧龙电驱更参与适航标准编写。（下图来源：亿航智能官网）
五、功率密度革命
提升功率密度是eVTOL电机进化的核心命题，头部企业正从材料创新和结构优化两翼突破：
材料端：
CoFe合金：磁密最高的材料，相比硅钢可提升功率密度20%-30%，已成为国外主流选择
非晶合金：降低铁损效率显著，适用于高速电机
碳纤维缠绕工艺：增强结构强度同时减轻重量，已在转子制造中应用（下图来源于网络）
设计端：
轴向磁通结构：体积较径向电机减少30%，功率密度提升20%，成为未来主流方向
集成化设计：将电机电控冷却系统“三合一”，能耗大大降低
800V高压架构：降低电流损耗，时的科技E20借此实现更快充电与更低能耗
罗罗公司开发的全新涡轮发电机功率重量比达4kW/kg，为混合动力eVTOL提供新选择。这些创新正推动eVTOL电机从传统圆柱形态向扁平化、模块化演进，以适应机翼与旋翼的紧凑空间。
六、趋势展望
eVTOL电机产业正经历从技术验证到商业交付的关键转折。时的科技10亿美元订单显示，中东等高温地区对eVTOL轻量化需求迫切，将加速耐高温电机与半固态电池的应用。
据专家推测，市场将呈现阶段性爆发特征：（下图来源：亿航智能官网）
2024-2025年：适航认证突破期，中国航发动控所等机构加速取证
2026-2028年：规模化量产阶段，电机成本下降30%-50%
2030年后：后服务市场崛起，维修更换占产业链价值40%
技术路线将向两极化发展：倾转旋翼机型采用大功率电机（100kW+），多旋翼机型选用中小功率模块化电机。适航认证体系也将变革——电机单独取证（类似航空发动机）将减轻主机厂负担，中国CTSO草案已在编制中。
总部位于加州的MAGicALL为eVTOL行业提供了一套高度模块化的电推进系统，已先后被Airbus（CityAirbus NextGen）、Vertical（VX4原型）、Archer（验证机）等采用。电机系统具备以下技术特征：
集成化设计：电机与控制器合为一体，命名为MAGiDRIVE，便于飞行器设计集成。
内转子结构 + 中空轴方案：特别适用于需要变距控制的倾转电机。
风冷散热翅片设计：无需液冷系统，降低维护复杂度，结构紧凑。
高防护等级：部分型号支持IP67以上等级，保障飞行安全。
代表型号MAGiDRIVE 150最大功率可达150kW，扭矩达1200Nm，重量控制在35kg以内，功重比超过4kW/kg。
Joby是目前唯一进入FAA认证最后阶段的eVTOL公司，其电机采用外转子结构，扭矩密度高达8.4kW/kg，领先行业平均水平。关键技术点包括：
外转子直驱结构：降低转速，提升桨叶扭矩响应，简化齿轮系统。
高功率密度设计：峰值输出236kW，满足其6旋翼垂直起降和巡航工况。
液冷散热系统：满足高负载、高频切换需求，兼顾可靠性和寿命。
Joby的“自研+自产”策略也为行业提供了可供参考的闭环模式。
倾转电机采用内转子+减速齿轮方案，兼顾扭矩与控制响应 模块化设计使两类电机共用95%的结构部件 功率密度约5kW/kg，结合精细的控制器设计实现扭矩响应优化 适用于双模式（垂起+巡航）场景
4. Vertical VX4：
由Equipmake过渡至MAGicALL，电机平台持续演化
图片：Syensqo 和 Leonardo共同为Vertical打造的碳纤维复合机身
Vertical在原型机阶段曾采用Equipmake公司定制的EPU系统，内置：
Halbach阵列磁铁 + 专有转子设计：提升电磁效率与扭矩密度
高集成电机 + 控制器模块
中空轴 + 散热翅片结构：适配倾转电机对转距与冷却的双重需求。
目前最新原型机电机被认为已转向MAGicALL，呈现出与VX4适配的新一轮架构优化。
采用内转子结构，结构紧凑； 风冷系统替代液冷方案，提升维护便利性； 满足适航级EMC、电磁防护、环境应力等要求； 最大功率输出100kW+，已被用于E20与eDA40等机型。
轴向磁通设计，结构扁平，适合于垂起场景 峰值功率57.6kW，扭矩220Nm，冷却方式为液冷 获得EASA CS-2适航认证，具备明确的工作限制边界 使用衬套隔振结构，改善Edgewise Flight下的振动适应性。
7. 沃飞长空 AE200：
国产外转子直驱路径初步成型
AE200是典型国产倾转+升力eVTOL布局，部分电机采用外转子直驱结构。结合卧龙电驱公开合作信息，推测出大概的设计方向：
外转子结构，省去减速机构，提升系统可靠性
适配5叶桨叶，响应性能优良
整体技术水平接近国际主流厂商产品。
在简化系统复杂度与提升功率输出能力之间寻找平衡。
结合当前eVTOL主机厂与供应商在电驱系统方面的技术实践，可初步归纳出较为明确的发展趋势：
1.自研与外部合作两种模式并行推进。
部分整机厂（如Joby）倾向自建闭环体系以控制核心性能参数，而另一些企业则更依赖专业供应商（如MAGicALL、赛峰等）提供定制化电机模块。这种差异化选择往往取决于企业自身的工程资源、适航经验和产品迭代节奏。
2.在结构设计方面，内转子与外转子两种方案均有实际落地案例。
外转子结构具备更高的扭矩密度，适用于直驱低速桨叶。
而内转子则有利于实现紧凑布局及变距功能，尤其在中空轴设计方面更具可行性。
3.驱动方式方面，直驱与齿轮减速配合使用，各有其优劣。
直驱系统结构简单、响应快速，但需依赖更大体积的电机本体。
减速机构虽可实现功率集中输出，但在重量、传动效率及冗余可靠性方面提出额外挑战。
4.热管理技术方面，液冷、风冷与油冷三种方式分别被不同企业采用。
液冷系统较为常见，适用于高功率密度平台。
风冷方案结构简洁，便于集成。
而浸没式油冷正成为高端电机中的新选项，具备更好的温度均匀性和冷却效率，适合长时间持续输出工况。
5.随着系统集成度的提升，控制器与电机一体化设计已成为主流趋势，减少了连接部件数量，提高了电气系统的可靠性与空间利用率。
6.针对倾转构型等特殊应用场景，中空轴设计越来越多地出现在工程样机中，用于容纳变距执行机构，提升飞控系统精度。
7.材料层面，电机壳体普遍集成散热翅片结构，配合高导热材料，以应对eVTOL典型飞行包线中存在的频繁热冲击与极端气候条件。
8.轴向磁通电机虽尚属非主流路线，但Pipistrel等公司已将其应用于EASA认证机型，显示出其在结构厚度受限或需高扭矩密度场景下的技术潜力。
9.多个主机厂开始在产品平台层面推动电机模块化设计，Archer的电机复用率达到95%，反映出标准化、通用化正在成为系统集成优化的重要方向。
10.不论自研还是合作开发，越来越多电机产品在设计阶段即对标FAA/EASA等机构的适航认证要求，体现出“适航前置”正在成为电驱系统研发不可回避的重要环节。
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