电动垂直起降飞机（eVTOL）也就是电动飞行汽车，在地面电动汽车之后，成为绿色能源交通领域最被关注的方向之一。

在 eVTOL 整机成本构成中，推进系统的占比达到 40%，所以电机是整个产业链上价值最大的一个环节。和电动汽车一般只用前驱或者后驱两种电机不同，eVTOL 根据多旋翼、倾转旋翼、复合翼、涵道式等多种构型，至少要配备八个推进电机，并且由于高可靠性的需求需要经常更换，整个生命周期内使用的数量更多。

因此推进电机除了要达到功率密度和转矩密度的要求外，还要符合航空级的安全性、环境适应性以及长寿命的标准。电机性能指标直接决定着 eVTOL 是否能够飞行、飞行距离有多远，也是它实现大规模推广的主要障碍。

很多人的第一反应就是把汽车驱动电机的经验套用到eVTOL上，但是两者的工况差别很大。汽车用驱动电机一般使用内置式的永磁同步电机，转速可以达到20000r/min以上，并且配有耐高压、耐高温的SiC控制器以及扁线绕组。

而eVTOL电机的工作点主要在低速大转矩区段，用来承担爬升和巡航的任务，不依赖大范围的弱磁扩速；所以拓扑方面大多采用表贴式的永磁转子，冷却方式也抛弃了汽车端的液体冷却方式，转而使用集成螺旋桨的风冷结构——Joby S4就是其中一例。由于缺少公开的信息，目前eVTOL推进电机的最终技术路线还没有确定下来，拓扑选择、新材料新技术的应用以及可靠性保证等问题都需要进一步探索。

针对上述空白，国内外学者已经就不同的结构形式及应用场合进行了初步的研究。从拓扑和设计的角度来看，高密度电机拓扑、分数槽集中绕组、不等截面绕组被相继提出；在热管理方面，集成式螺旋桨风冷和槽内直冷热管技术受到重视；在可靠性设计方面，多相不对称绕组、模块化集成电机控制器（IMMD）和多电机协同控制系统的形成也在进行中。另外，金属3D打印工艺以及高频SiC驱动技术也已经被引入进来，可以从制造和设计两个方面一起提高电机性能的最大值。

综合起来看，推进电机的研发可以分为四组主要矛盾。

第一种情况是构型没有统一，如果要追求大载重、高航速和长续航的话，那么复合翼和倾转旋翼会比较受人欢迎；而螺旋桨负载和车轮负载属于两种不同的工况，低速大转矩以及过载能力更加重要，适配螺旋桨工况的设计方法还需要确定。

第二，电磁负荷很高，高导磁铁心材料和3D打印绕组等新型工艺可以提高密度，但是液冷被风冷加上槽内的热管所代替之后，更高的散热效率的冷却方案就成了密度突破的突破口。

第三，可靠性、舒适性要求更高，由于电压等级提高，SiC器件带来电压应力叠加槽内局部热点，在早期容易产生局部放电现象，需要依靠绝缘加强、多绕组设计来避免，扁线绕组、斜极斜槽和谐波注入则用来降低振动噪声。

第四，eVTOL目前还只是“飞机”的形态，真正的飞行汽车必须可以实现空地无缝切换，汽车要有下压力，飞机要有升力，汽车的质量均匀分布在各个轮子上，而飞机则有90%的质量集中在后轮上，这两种完全相反的设计约束加上跨越地面、水面和空中三种环境的需求，都指向了一个统一的电推进系统的发展方向。

在产业热潮和政策铺路之下，eVTOL距离真正规模化落地还有一定的差距，推进电机就是横亘其间的最硬核的一块拼图。

本工作成果发表在2025年第17期《电工技术学报》，论文标题为“电动飞行汽车用推进电机发展现状和研究综述”。本课题得到国家自然科学基金项目、辽宁省科技计划联合计划（博士启动）和辽宁省教育厅高等学校基本科研项目的支持。