中國粉體網(wǎng)訊  eVTOL驅(qū)動電機(jī)需滿足極為嚴(yán)苛的技術(shù)要求，不僅要適應(yīng)復(fù)雜多變的飛行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高功率密度輸出與高防護(hù)等級保障，還要能在極端溫度、濕度、氣壓等惡劣條件下穩(wěn)定運(yùn)行。因此，散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，以及高性能材料與功率器件的合理應(yīng)用，成為確保eVTOL驅(qū)動電機(jī)性能與可靠性的關(guān)鍵所在。

散熱

eVTOL電機(jī)功率較高，在持續(xù)大功率的情況下會產(chǎn)生大量熱量，且如果是涵道構(gòu)型的eVTOL更會面臨動力系統(tǒng)高溫的問題，而高溫會進(jìn)一步導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部永磁體的退磁以及電機(jī)絕緣構(gòu)件的有效性，因此散熱就成為了較為關(guān)鍵的問題。常見的散熱方式主要有風(fēng)冷和液冷，一般而言，低功率密度的電機(jī)適宜采用自然冷卻和強(qiáng)波風(fēng)冷；中功率密度的電機(jī)一般采用液冷，而更高功率密度的電機(jī)主要采用混合冷卻系統(tǒng)。

風(fēng)冷散熱：利用空氣流動帶走電機(jī)熱量。通常在電機(jī)外殼設(shè)計散熱鰭片，增加散熱面積，通過飛行汽車飛行時的迎面氣流或?qū)ｉT設(shè)計的風(fēng)扇來加速空氣流動，實(shí)現(xiàn)散熱。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但散熱效果相對有限。

液冷散熱：使用冷卻液在電機(jī)內(nèi)部或外部的循環(huán)通道中流動，吸收并帶走熱量。冷卻液通常具有較高的比熱容，能夠有效地吸收熱量。液冷系統(tǒng)一般包括散熱器、水泵、冷卻管道等部件。這種散熱方式散熱效率高，能夠更精確地控制電機(jī)溫度，但系統(tǒng)相對復(fù)雜，成本較高。

混合散熱：通過整合風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻等多種散熱方式的優(yōu)勢，構(gòu)建協(xié)同散熱機(jī)制，既能借助風(fēng)冷的高效空氣對流快速驅(qū)散表面熱量，又能利用液冷的強(qiáng)換熱能力帶走核心部件的大量熱能，同時配合熱管實(shí)現(xiàn)熱量的遠(yuǎn)距離快速傳導(dǎo)，從而有效解決高功率運(yùn)行下的散熱難題，但此系統(tǒng)同樣存在成本較高的問題。

高性能材料

非晶材料：非晶材料具有眾多優(yōu)勢，有望替代傳統(tǒng)電機(jī)鐵芯硅鋼片。非晶材料具有極優(yōu)的軟磁性能，鐵芯損耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硅鋼片，在電機(jī)運(yùn)行時，可大幅降低因鐵芯渦流和磁滯現(xiàn)象導(dǎo)致的能量損耗，提高電機(jī)效率；導(dǎo)磁率較高，能夠更高效地傳導(dǎo)磁場，使電機(jī)在相同的勵磁條件下產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場，進(jìn)而提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩輸出能力；在較寬的溫度范圍內(nèi)能保持穩(wěn)定的性能，不易因溫度變化而發(fā)生明顯的磁性能衰退或結(jié)構(gòu)變化，這使得電機(jī)在不同的工作環(huán)境和負(fù)載條件下都能保持較好的性能。

非晶電機(jī)在國內(nèi)已有實(shí)際應(yīng)用，例如，峰飛航空的eVTOL選用非晶電機(jī)，正是看中其鐵芯損耗小、效率高、體積小等顯著優(yōu)勢，能完美契合eVTOL電機(jī)小型化、高頻化的發(fā)展趨勢。

V2000CG  峰飛航空

稀土材料釹鐵硼：釹鐵硼是目前發(fā)現(xiàn)的磁性最強(qiáng)的永磁材料，被譽(yù)為“永磁之王”，釹鐵硼作為eVTOL的磁性材料具有眾多優(yōu)勢。釹鐵硼材料的磁能積很高，能夠在較小的體積和重量內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，這使得釹鐵硼電機(jī)具有較高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度；釹鐵硼材料具有良好的磁穩(wěn)定性和抗氧化性，不易受到外界環(huán)境的影響，因此釹鐵硼電機(jī)的可靠性較高，使用壽命長；釹鐵硼電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)速度快，能夠快速地啟動、停止和加速，對動態(tài)性能要求較高的應(yīng)用場景有很強(qiáng)適應(yīng)性。

釹鐵硼永磁電機(jī)  來源：磁性材料應(yīng)用技術(shù)研究中心

功率器件

采用新一代碳化硅和氮化鎵功率器件的電機(jī)驅(qū)動控制器是未來的發(fā)展方向。

碳化硅功率器件：碳化硅器件作為一種寬禁帶半導(dǎo)體器件，具有耐高壓、高溫，導(dǎo)通電阻低等優(yōu)點(diǎn)。碳化硅材料具有3倍于硅材料的禁帶寬度，10倍于硅材料的臨界擊穿電場強(qiáng)度，3倍于硅材料的熱導(dǎo)率。

碳化硅功率器件應(yīng)用于電機(jī)時，憑借高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高頻特性與耐高溫的優(yōu)勢，可顯著降低電機(jī)系統(tǒng)的損耗，提升運(yùn)行效率；高頻工作能力能縮小磁性元件與濾波器尺寸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化、輕量化；高溫下性能穩(wěn)定，增強(qiáng)了電機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的可靠性。

碳化硅功率器件在eVTOL上已有實(shí)際應(yīng)用，例如小鵬的“陸地航母”飛行器搭載全球首個800V碳化硅增程動力平臺，綜合續(xù)航里程超1000km，輕松滿足長途出行需求。

800V碳化硅高壓平臺的飛行電驅(qū)  來源：小鵬

氮化鎵功率器件：氮化鎵功率器件是一種基于氮化鎵材料的新型半導(dǎo)體功率器件，在電機(jī)中的應(yīng)用主要包括驅(qū)動逆變器、電機(jī)控制器等，氮化鎵功率器件用于電機(jī)，具備開關(guān)快、損耗低、頻率高優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換，精準(zhǔn)控制電機(jī)。

億航智能在其自動駕駛飛行器的電機(jī)系統(tǒng)中也應(yīng)用了氮化鎵功率器件。通過采用氮化鎵器件，有效降低了電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的體積和重量，提高了飛行器的有效載荷能力和飛行效率，為實(shí)現(xiàn)城市空中交通的商業(yè)化運(yùn)營提供了技術(shù)支持。

EH216-S  來源：億航智能

參考來源：

盛況.碳化硅功率器件技術(shù)綜述與展望

億航智能、小鵬、峰飛航空、國金證券、磁性材料應(yīng)用技術(shù)研究中心

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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