中國粉體網(wǎng)訊 eVTOL驅(qū)動電機需滿足極為嚴苛的技術要求，不僅要適應復雜多變的飛行環(huán)境，實現(xiàn)高功率密度輸出與高防護等級保障，還要能在極端溫度、濕度、氣壓等惡劣條件下穩(wěn)定運行。因此，散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以及高性能材料與功率器件的合理應用，成為確保eVTOL驅(qū)動電機性能與可靠性的關鍵所在。
散熱
eVTOL電機功率較高，在持續(xù)大功率的情況下會產(chǎn)生大量熱量，且如果是涵道構型的eVTOL更會面臨動力系統(tǒng)高溫的問題，而高溫會進一步導致電機內(nèi)部永磁體的退磁以及電機絕緣構件的有效性，因此散熱就成為了較為關鍵的問題。常見的散熱方式主要有風冷和液冷，一般而言，低功率密度的電機適宜采用自然冷卻和強波風冷；中功率密度的電機一般采用液冷，而更高功率密度的電機主要采用混合冷卻系統(tǒng)。
風冷散熱：利用空氣流動帶走電機熱量。通常在電機外殼設計散熱鰭片，增加散熱面積，通過飛行汽車飛行時的迎面氣流或?qū)ｉT設計的風扇來加速空氣流動，實現(xiàn)散熱。這種方式結構簡單、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溫度，但系統(tǒng)相對復雜，成本較高。
混合散熱：通過整合風冷、液冷、熱管冷卻等多種散熱方式的優(yōu)勢，構建協(xié)同散熱機制，既能借助風冷的高效空氣對流快速驅(qū)散表面熱量，又能利用液冷的強換熱能力帶走核心部件的大量熱能，同時配合熱管實現(xiàn)熱量的遠距離快速傳導，從而有效解決高功率運行下的散熱難題，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)電機鐵芯硅鋼片。非晶材料具有極優(yōu)的軟磁性能，鐵芯損耗遠低于傳統(tǒng)硅鋼片，在電機運行時，可大幅降低因鐵芯渦流和磁滯現(xiàn)象導致的能量損耗，提高電機效率；導磁率較高，能夠更高效地傳導磁場，使電機在相同的勵磁條件下產(chǎn)生更強的磁場，進而提高電機的功率密度和轉(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構變化，這使得電機在不同的工作環(huán)境和負載條件下都能保持較好的性能。
非晶電機在國內(nèi)已有實際應用，例如，峰飛航空的eVTOL選用非晶電機，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)的磁性最強的永磁材料，被譽為“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)生強大的磁場，這使得釹鐵硼電機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，因此釹鐵硼電機的可靠性較高，使用壽命長；釹鐵硼電機的轉(zhuǎn)動慣量小，響應速度快，能夠快速地啟動、停止和加速，對動態(tài)性能要求較高的應用場景有很強適應性。
釹鐵硼永磁電機 來源：磁性材料應用技術研究中心
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體器件，具有耐高壓、高溫，導通電阻低等優(yōu)點。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度，3倍于硅材料的熱導率。
碳化硅功率器件應用于電機時，憑借高耐壓、低導通電阻、高頻特性與耐高溫的優(yōu)勢，可顯著降低電機系統(tǒng)的損耗，提升運行效率；高頻工作能力能縮小磁性元件與濾波器尺寸，實現(xiàn)系統(tǒng)小型化、輕量化；高溫下性能穩(wěn)定，增強了電機系統(tǒng)在復雜工況下的可靠性。
碳化硅功率器件在eVTOL上已有實際應用，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體功率器件，在電機中的應用主要包括驅(qū)動逆變器、電機控制器等，氮化鎵功率器件用于電機，具備開關快、損耗低、頻率高優(yōu)勢，可實現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換，精準控制電機。
億航智能在其自動駕駛飛行器的電機系統(tǒng)中也應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，為實現(xiàn)城市空中交通的商業(yè)化運營提供了技術支持。
EH216-S 來源：億航智能
參考來源：
盛況.碳化硅功率器件技術綜述與展望
億航智能、小鵬、峰飛航空、國金證券、磁性材料應用技術研究中心
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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