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eVTOL技术发展路径分析
构型演变:eVTOL的商业化将经历三个阶段,其中倾转翼设计将成为主导。
动力发展:动力源将从液态电池逐步过渡到半固态和全固态电池,预计到2030年固态电池将成为eVTOL的主要动力来源。
应用拓展:eVTOL的应用将从货物运输和人员运输开始,逐步发展到私人飞行器,最终目标是私人消费市场。
或将依次经历导入→爆发→普及三大阶段
当前或处于新能源车2010-2012年
发展阶段:当前eVTOL的发展阶段类似于2010-2012年的新能源汽车,此时新能源汽车处第一轮推广应用实施。该阶段国家战略层面提出汽车业电动化技术转型战略,明确新能源汽车为战略新兴产业。
对于eVTOL,后续有望复制新能源汽车发展路径:
1)政策支持:政府可能会出台政策支持eVTOL的研发和应用。
2)示范项目:可能会出现示范项目和试点运行,展示eVTOL的可行性。
3)或建立相应的基础设施,如垂直起降场、充电站和维护设施。
eVTOL电机和新能源汽车电机对比
CoFe合金性能提升显著但价格较贵
硅钢:当前在中国,硅钢是电机制造的主流材料。对于新能源汽车的驱动电机,硅钢片的厚度一般介于0.25至0.30毫米之间。行业正朝着使用更薄的硅钢片发展,目的是减少涡流损耗。然而,这种做法在提升电机的功率密度方面存在一定的局限性。
CoFe合金:这种合金在所有可选材料中展现出最高的磁通密度,鉴于电机定子与转子间的功率传递效率与磁通密度的平方成正比,采用CoFe合金替代传统电工钢能够显著提升电机的功率密度达20%至30%。在保持相同性能的情况下,电机的重量也能减少20%至30%。尽管如此,CoFe合金的成本相对较高,主要用于国外高端eVTOL主机厂的电机制造。
非晶材料:与硅钢相比,非晶合金的电阻率高、磁导率高、矫顽力低,这些特性使得它在高速电机应用中能够显著降低铁损。尽管非晶材料在理论上适合高速电机环境,但鉴于eVTOL电机通常工作在较低转速,非晶材料的优势在这一领域并不明显。
目前,大多数eVTOL企业倾向于从第三方采购电机,而非自行生产。
尽管国内电机制造商在新能源汽车电机技术上有所积累,但在适航认证方面经验不足。在eVTOL行业的初期,由于缺乏成熟的供应链,一些公司如Joby选择自主研发电机。随着eVTOL行业的发展,新成立的公司普遍选择与外部电机供应商合作。国内电机制造商正在逐步提高eVTOL电机的性能,但目前最大的挑战是缺乏适航认证经验。国内主要的eVTOL整机制造商目前依赖于进口电机和驱动系统,例如Safan Engine US和Magnix的产品,以确保研发和测试的顺利进行。
卧龙电驱在资金、技术和规模方面具有显著优势,与其他国内电机制造商相比,它拥有先发优势。该公司与商飞合作,建立了航空电动力系统创新中心,致力于开发广泛的电动航空动力系统,包括为4座和19座电动飞机提供动力系统,构建了“3+1”航空动力产品体系。
永磁电机充磁解决方案
在线整体充磁技术,又称为“后充磁技术”。其核心原理是在产品整体成型后,通过特定的充磁设备和技术,对产品进行整体一次性充磁处理。在此过程中,产品被置于一个强大的磁场中,其内部的磁材料被磁化,从而获得所需的磁能特性。
永磁电机充磁解决方案
目前日本、欧美等主流厂商的整体在线充磁工艺应用普及率较高。近年国内很多企业认识到整体充磁改造所带来的降低成本、提高品质改善效率的巨大优势,也开始逐步采用整体充磁技术。整体充磁工艺将成为驱动电机研发、生产制造过程中成熟的主流技术工艺。
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