eVTOL 即电动垂直起降航空器，是面向未来城市空中交通场景的新型飞行器。它具有垂直起降、智能操作、快捷机动、低成本、低噪音、零排放、易维护、高安全等特点。
eVTOL 的核心特点是利用电力作为动力源，结合垂直起降的技术，使得飞行器不需要传统的跑道就能起飞和降落。这种飞行器的设计旨在解决城市交通拥堵问题，提供一种全新的城市空中交通方式。
eVTOL 的应用场景主要包括城市空中交通（UAM），可作为城市空中交通工具，用于载客或载货，有效缓解地面交通压力；也适合 100km 以内的短途运输；其发展得益于电池、电机、电控等三电技术的进步，多样化的设计如倾转旋翼构型，使得飞行器不仅能够垂直起降和空中悬停，还具有巡航飞行的能力。
目前，全球对 eVTOL 的研发正处于加速阶段，多家企业正在开发自己的 eVTOL 产品，其中一些已经获得了适航证书，标志着这一领域正逐步成熟。eVTOL 的发展将对未来的交通方式产生重大影响，尤其是在城市空中交通领域，它可能成为解决交通拥堵和提高出行效率的关键。
二、电机在 eVTOL 中的重要性
电机堪称 eVTOL 的动力心脏，在飞行器的各个飞行阶段都起着关键作用。在起降过程中，电机需要提供强大的瞬间推力，确保飞行器能够迅速离开地面或平稳着陆。悬停时，电机要持续输出稳定的动力，维持飞行器在空中的静止状态，这对电机的精度和稳定性要求极高。而在巡航阶段，电机的效率和功率输出直接影响着飞行器的速度和续航里程。
例如，永磁同步电机由于具有更高的效率、功率密度及电池转矩，成为 eVTOL 电机的首选。它能够在不同的飞行阶段提供高效的动力输出，满足 eVTOL 在各种工况下的需求。同时，eVTOL 电机一般采用多电机设计，为飞机提供必要的推力。以分布式电机驱动布局的 eVTOL 为例，电机驱动分布在机翼或者机身上的多个螺旋桨或风扇构成推进系统为飞机提供推力。这种设计不仅提高了飞行器的动力性能，还增强了其安全性和稳定性。
2. 价值占比高：在 eVTOL 单机成本占比里，推进系统（电机电控、螺旋桨等）占 40%，电机电控系统有望在 eVTOL 单机成本中占 10%-20%。在 eVTOL 的单机成本中，推进系统占据着相当高的比例。其中，推进系统（电机电控、螺旋桨等）占比达 40%。这充分体现了电机电控在 eVTOL 成本结构中的重要地位。
以 Lilium 公司的 eVTOL 为例，在其成本构成中，推进系统（电池、电机、电控）占比最高，为 40%，结构与内饰占比 25%、航电与飞控占比 20%、能源系统占比 10%、装配件占比 5%。参考 Lilium eVTOL 单机价值量拆分数据，其中推进系统（电机）约占 40%，电池系统约占 10%，航电与飞控约占 20%，结构与内部件约占 25%，装配约占 5%。
电机电控系统有望在 eVTOL 单机成本中占 10%-20%。这一比例的确定主要基于电机在 eVTOL 产业链中成本占比将高达 30%，如果将电驱算入整个推进系统，成本占比将提升至 40%。同时，电机电控系统作为 eVTOL 的核心部件，其性能和质量直接影响着飞行器的整体性能和安全性。因此，在 eVTOL 的成本结构中，电机电控系统占据着重要的地位。
三、eVTOL 对电机的要求
eVTOL 作为一种新型的飞行器，对电机的要求极为严格。
1、高安全性：eVTOL 是载人飞行器，对安全性的要求极高。航空级电机需要至少留出 50% 的性能余量作为冗余设计，在载人场景下要求出错率控制在 10 的 -9 次方以内。这意味着电机在各种复杂的情况下都能稳定运行，确保乘客的安全。例如，在遇到突发故障或外部干扰时，冗余设计能够保证飞行器仍有足够的动力维持飞行或安全降落。
2、高环境适应性：eVTOL 可能在各种严苛的环境下运行，因此电机必须能在高低温、湿热、低温低气压等环境中稳定工作。无论是在极寒的高海拔地区，还是在炎热潮湿的热带地区，电机都要能够正常输出动力，不受到环境因素的影响。这就对电机的材料、结构和控制系统提出了更高的要求。
3、高功率和高扭矩：电机性能的强弱直接影响着 eVTOL 的使用体验。高功率和高扭矩的电机能够为飞行器提供强大的动力，使其在起降、悬停和巡航等过程中更加稳定和高效。例如，东丽和 Joby 和 Lilium 合作的 eVTOL 所采用的电机峰值功率达 236kW，重量仅 28kg，这种强大的电机能够显著提升飞行器的性能。
4、高功率密度：eVTOL 所用的电机不仅功率要高，重量还要轻。高功率密度意味着在较小的体积和重量下能够输出更高的功率。这对于 eVTOL 来说至关重要，因为飞行器的重量直接影响着其续航里程和载重量。采用先进的材料和设计技术，如 CoFe 合金材料、优化的电磁结构设计等，可以提高电机的功率密度。
5、长寿命：长寿命的电机能够降低 eVTOL 的使用成本。假设 eVTOL 使用寿命 20 年，电机如果频繁更换将成为一笔不小的成本。因此，电机的可靠性和耐久性至关重要。通过优化设计、选用高质量的材料和严格的质量控制，可以提高电机的寿命，减少维护和更换的频率。
四、电机在 eVTOL 中的应用现状
根据《客运 eVTOL 应用与市场白皮书》预计，至 2030 年累计国内 eVTOL 需求量为 16316 架，假设单机用电机电控 80 万元，对应国内 eVTOL 电机前装市场规模约 131 亿元。按照当前的电机技术推算，eVTOL 的使用寿命约 15 - 20 年，电机需更换 3 - 4 次。假设 eVTOL 使用寿命 20 年，电机 4 年一换，单机后装更换价格平均 60 万元，则对应一架 eVTOL 生命周期内更换电机 4 次，更换成本为 240 万元，30 年累计国内 eVTOL 需求量为 16316 架，对应电机后装市场约 392 亿元。
2. 供应商布局：国内 eVTOL 电机电控供应商众多，如卧龙电驱在国内电动航空高功率电机领域布局较为领先。目前，国内 eVTOL 电机电控供应商主要有卧龙电驱、天津松正电动、南昌三瑞智能、北京电擎科技、江苏迈吉易威、山东精创磁电、安徽智鸥驱动、宁波诺云驱动等。相关数据显示，卧龙电驱在国内电动航空高功率电机领域布局较为领先，国内排名第一，全球高压电机排名第二，其全球市场的份额占比大概为 11%。天津松正大电机产品包括永磁同步、交流异步、直流无刷、直流有刷等类型。该公司在载人级电动航空领域，专注于高效功重比的电推进系统的开发，推出针对飞行任务动力需求的定制化航空电机及控制器的开发服务，在纯电驱多旋翼垂直起降、涵道风扇等不同构型的飞行器均有深入的研究及产品应用。
3. 与主机厂合作：电机厂商基本是和主机厂进行绑定，从提高用户体验的角度出发打造相关产品。目前，电机厂商的打法基本是和主机厂进行绑定，从提高用户体验的角度出发来打造相关产品。比如，AIR 正在商业、工业、家电电机以及控制器的大型制造商尼得科合作研发适用于 AIR 公司的双座 eVTOL “空中一号” 的电机。卧龙电驱与商飞、吉利沃飞等企业建立了合作关系，在航空级电机方面处于行业领先位置。时的科技与赛峰集团达成电机合作，推动中大型 eVTOL 尽快走向量产。万丰奥威子公司万丰飞机与全球某知名汽车主机厂在中国设立的总公司签署了《关于成立合资公司的谅解备忘录》，将在电动垂直起降飞行器（eVTOL）领域开展深度合作。
五、电机技术创新对 eVTOL 的影响
1、智能控制算法：受扰动形态启发的电机智能控制算法，为 eVTOL 的安全稳定运行提供了坚实的技术保障。香港科技大学（广州）赵航教授和他的博士生尹震霄在分析负载扰动后电机驱动器速度曲线时，发现其跌落形式与高斯分布函数高度相似。基于此，他们经过两年的不懈努力，成功研发了基于径向基神经网络、高斯过程和正态分布内环映射等多种速度跌落补偿算法。该算法将高斯分布函数与电机实时误差的数据驱动方案相结合，通过速度电流梯度函数将速度外环状态映射至电流内环状态，并将补偿器加入内环前馈中。同时，为解决算力需求问题，还提出了补偿预警及切换策略，实现了 “有求必应，无求不应” 的理念。实验结果表明，将该控制策略部署在实际的电机控制器中进行全工况测试时，可在电机可承受过载冲击的范围内实现突加负载情况下的电机转速 “零跌落”。
2、算法简化：赵航教授团队深刻理解企业在应用科研成果时必须考虑成本和效益的问题，认为 “大道至简” 或许是产学研深度融合的关键。基于数据驱动的先进算法虽效果显著，但巨大的计算资源消耗对工业界来说是巨大的挑战。因此，团队在现有算法的基础上，进行了基于严格数学理论验证的算法简化。他们将多时间步数据简化为单时间步数据，并简化了硬件编译过程中的高计算量函数，使得算法更加简洁高效。目前，这一方法已通过实验验证，证明其在不需要工业界大规模更换驱动器的情况下，也能实现优异的性能表现。
六、eVTOL 的未来发展趋势与电机的关系
1、低空经济政策推动：中央空管委即将在六个城市开展 eVTOL 试点，为电机发展带来机遇。
近期，中央空管委确定在合肥、杭州、深圳、苏州、成都、重庆六个城市开展 eVTOL 试点。试点文件对航线和区域进行了规划，并将 600 米以下空域授权部分地方政府管理，这意味着相关地方政府将承担更多管理责任。这一举措标志着中国低空经济进入了新的发展阶段，也为电机产业带来了重大机遇。
六个试点城市在经济发展、科技创新、基础设施建设以及航空产业和无人机技术方面具有显著优势和综合实力。例如，深圳计划新增超过 8000 个 5G-A 基站，强化 600 米以下低空的网络覆盖，构建空 - 天 - 地 - 海一体化通信网络体系；南京目标划设超过 1500 平方公里的可飞空域，并将现有的真高 120 米以下的可飞范围扩展至 600 米以下；合肥构建了完善的科技创新体系，形成了良好的产学研合作氛围；杭州以数字经济和互联网产业著称，无人机产业发展迅速；苏州经济发达，交通便利，为 eVTOL 技术的商业化应用提供广阔市场空间；成都和重庆作为西南地区经济重镇，是航空产业重要集聚区。
2、技术趋势：eVTOL 电机主要采用永磁技术，轴向磁通电机的功率密度和转矩密度具有优势，电机技术创新带动新材料工艺升级。
eVTOL 电机主要采用永磁技术，其中轴向磁通电机在功率密度和转矩密度方面表现出色。电机技术的创新点体现在结构设计、热管理、先进材料和工艺等方面。高强度、高绝缘性 PEEK 定子骨架材料，高强度、高导热环氧树脂灌封填充材料，SMC 复合材料、非晶合金、取向硅钢定转子铁芯，碳纤维定转子缠绕工艺等有望在 eVTOL 电机中广泛应用，受益于电机技术创新，新材料工艺也将不断升级。
3、产业协同发展：eVTOL 产业的发展将带动动力电池、电机、航电系统等相关产业链的协同发展。
eVTOL 产业的发展具有巨大潜力，将带动动力电池、电机、航电系统等相关产业链的协同发展。目前，多数 eVTOL 机型采用成熟的、功率密度较高的锂电池，受益于动力和储能电池的强大供应链和规模化降本，固态电池功率密度更高，未来续航更远，是重要发展目标！
