源达研究报告：电动飞翔轿车动力引擎，eVTOL工业迸发催生电机新蓝海

liukang20242个月前 (05-17)吃瓜始末1068

　　来历：源达

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　　出资要害

　　eVTOL工业快速开展，eVTOL电机未来潜在空间巨大

　　2023年12月中心经济作业会议初次将“低空经济”列入战略性新式工业，而且中心及各地方政府出台了一系列相应方针与之照应。2024年12月25日，国家发改委牵头交通、民航、工信、公安等多部分，宣告低空经济司正式挂牌建立，这是我国低空经济开展的要害旅程碑，对低空经济各范畴开展含义深远。电动笔直起降飞翔器（eVTOL）差异于惯例飞机的首要技能特色包含可以完成笔直起降、选用散布式电力推动以及运用全电/混合动力技能。得益于电动机、电池和主动化技能的开展，与惯例直升机比较，eVTOL愈加低碳环保、噪声更低、主动化等级更高，并由此产生了运转本钱低、安全性和牢靠性高的优势。跟着城市空中交通的鼓起，eVTOL工业快速开展。eVTOL电机价值量占比高，且因为航空飞机关于安全性要求极高，为了确保故障率下降到要求范围内，飞机全生命周期内一般要屡次替换电机，依据咱们的测算，估计到2030年，中期维度看eVTOL电机前装商场规划为107.9亿元，后期修理替换商场规划为323.7亿元。

　　eVTOL电机功率密度要求高，产品研制验证周期长

　　eVTOL 运营环境更杂乱，电机需求具有更好功用和更高安全性。与新动力轿车比较，eVTOL电机具有安全性、环境习惯性、功率密度等要求。此外，电驱体系作为中心动力单元，供货商需求在产品前期开发阶段就开端协作主机厂进行规划和研制，并参加后续适航取证进程，开发和验证周期很长；一起电机供货商在航空职业经历、航空等级的实验室和实验检测设备、高功率密度电机技能根底等方面也需求长期和很多投入，才有时机得到下流主机厂认可。

　　eVTOL电机功率密度改造加快，推动材料和工艺前进

　　eVTOL电机未来技能演进的中心在于前进功率密度。功率密度的进步意味着在相同体积和分量条件下，电机可输出更微弱动力，对航空范畴含义严峻。因飞机内部空间紧凑、起飞分量受限，高功率密度电机可进步飞翔速度、爬高才能和续航旅程等功用方针，助力电动飞机处理电池续航问题。完成这一方针需多方面立异：研制高功用磁性与导电材料，优化电机规划和制作工艺，凭仗先进仿真技能进行精细化规划，以及立异散热技能确保电机安稳运转。

　　出资主张

　　主张重视：1）卧龙电驱：国内电机龙头，活跃推动eVTOL产品研制；2）英博尔：深耕新动力轿车动力体系范畴，起步于与亿航智能协作；3）宗申动力：国内中小型动力领航者，民营航发立异型企业；4）云路股份：专心于先进磁性金属材料的规划、研制、出产和出售，正活跃进行电机用非晶材料的技能研讨。

　　危险提示

　　eVTOL技能开展和本钱下降不及预期的危险、低空控制配套方针和才能不及预期的危险、适航认证开展不及预期的危险。

　　一、eVTOL工业快速开展，eVTOL电机未来潜在空间巨大

　　1．低空方针密布出台，eVTOL工业开展迅速

　　中心方针：顶层方针密布出台，低空经济写入2023年11月中心经济作业会议、2024年政府作业陈述中。2023年11月中心经济作业会议中着重，“打造生物制作、商业航天、低空经济等若干战略性新式工业”，将低空经济界说为战略性新式工业。2024年两会，十四届全国人大二次会议作政府作业陈述时指出，“活跃培养新式工业和未来工业”、“活跃打造生物制作、商业航天、低空经济等新增加引擎”，低空经济被界说为新增加引擎。

　　2024年12月25日，国家发改委牵头交通、民航、工信、公安等多部分，宣告低空经济司正式挂牌建立，这是我国低空经济开展的要害旅程碑，对低空经济各范畴开展含义深远。经过强化顶层规划、推动方针执行、整合工业资源、处理实际问题、促进区域协调开展、推动国际协作等方面的尽力，低空经济司将有用推动我国低空经济的高质量开展。展望未来，跟着低空经济司的建立和各项方针的落地施行，我国低空经济将迎来愈加宽广的开展前景。无人机物流、空中交通办理、低空旅行等范畴的运用场景将不断拓宽；工业链上下流将完成愈加严密的协同协作；职业次序将愈加标准有序；低空经济将成为推动我国经济开展的新增加引擎。

　　表1：国家层面低空经济相关方针整理

　　材料来历：政府官网，源达信息证券研讨所

　　地方政府呼应中心召唤，依托于本身禀赋敞开开展低空经济。跟着低空经济在全球范围内的鼓起，越来越多的省份开端认识到这一新式工业的巨大潜力，并将其作为推动区域经济开展的新引擎。在我国，低空经济的开展已经成为国家战略的一部分，各级地方政府纷繁呼应中心政府的召唤，活跃探究和推动低空经济的本地化开展。

　　图1：地方政府高度重视低空经济工业开展

　　材料来历：前瞻工业研讨院，源达信息证券研讨所

　　eVTOL即电动笔直起降飞翔器，是低空范畴的新式飞翔器，潜在商场潜力大。电动笔直起降飞翔器（Electric Vertical Takeoff and Landing，eVTOL）差异于惯例飞机的首要技能特色包含可以完成笔直起降、选用散布式电力推动以及运用全电/混合动力技能。得益于电动机、电池和主动化技能的开展，与惯例直升机比较，eVTOL愈加低碳环保、噪声更低、主动化等级更高，并由此产生了运转本钱低、安全性和牢靠性高的优势。跟着城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）的鼓起，引起了eVTOL的研制热潮。

安全牢靠

　　eVTOL用电池替代燃油箱、用电机替代发动机、用旋翼替代螺旋桨，选用散布式动力体系、主动避障、自主驾驭、灵敏机动以及冗余装备、应急康复等技能，或装备整机降落伞，大幅进步了飞翔安全性。一起，电气化的eVTOL简化了传统动力及传动杂乱的机械结构，打破了传统构型的约束，运转进程愈加牢靠。

绿色环保

　　eVTOL绿色环保功用首要体现为选用新动力运用的DEP体系与降噪技能。eVTOL可以削减城市内的交通拥堵以及对化石燃料的依靠，符合碳中和、碳达峰的航空交通未来趋势。一起，eVTOL噪音小的长处将使其尽或许地飞到社区中心，延伸eVTOL在城市内的运转时刻。

提效省时

　　与轿车/火车比较，eVTOL出行功率更高，保时捷办理咨询测算旅程在50-400km之间时eVTOL耗时将显着缩短。

　　图2：不同旅程下，eVTOL与火车、轿车和飞机耗时比照

　　材料来历：保时捷办理咨询，源达信息证券研讨所

　　依据保时捷办理咨询数据，以上海-姑苏约80-90km的中近距离出行为例，与轿车、高铁等比较，eVTOL高效快捷；与直升机比较，eVTOL具有显着的本钱和环保优势。

　　图3：eVTOL在归纳用时、碳排放、私密性、舒适性等方面具有较为显着的优势

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　　材料来历：保时捷办理咨询，源达信息证券研讨所

运营经济

　　与直升机比较，电动化使得eVTOL的整机、运维本钱大幅下降，叠加更低的人工（主动驾驭）、场所本钱，麦肯锡猜测eVTOL规划化运营后本钱将降至0.5-2.5美元/座/英里，约为直升机本钱的1/5。

　　图4：eVTOL运营本钱有望将至直升机的1/5

　　材料来历：麦肯锡咨询，源达信息证券研讨所

　　2．eVTOL电机价值量占比高，未来潜在空间巨大

　　eVTOL的中心子体系首要包含机体、归纳航电体系、飞控体系、动力体系、动力体系以及电气体系六大类。典型的eVTOL产品含有上百套设备，十多个子体系，设备间的机械、电气、通讯接口冗杂，对下流主机厂体系集成和整机研制提出了很高要求。中心子体系首要包含机体、归纳航电体系、飞控体系、动力体系、动力体系以及电气体系六大类。从现在eVTOL供给链开展趋势判别，雷达与机载体系作为eVTOL的“大脑”和“眼睛”，因其技能壁垒和适航认证门槛较高，在未来适当长期内仍需依靠传统航空航天供货商供给软硬件处理计划。

　　eVTOL动力体系及动力体系本钱占比达50%左右。eVTOL是典型的技能密布型产品，技能体系包含动力体系、动力体系、飞控体系、航空电子、整机结构等。据Lilium，eVTOL动力体系、结构和内部件、航电与飞控、动力体系、安装本钱占比分别为40%、25%、20%、10%、5%。

　　图5：eVTOL本钱构成

　　材料来历：Lilium官网，源达信息证券研讨所

　　估计到2030年，中期维度看eVTOL电机前装商场规划为107.9亿元，后期修理替换商场规划为323.7亿元。中心假定：1）参阅Lilium 公司的本钱结构，以及新动力轿车的电机的价值量占比约为10%，eVTOL的结构构成与新动力轿车类似度较高，但考虑到eVTOL 电机是新动力车数量的数倍，假定电机本钱占比为20%；2）因为航空飞机关于安全性要求极高，为了确保故障率下降到要求范围内，飞机全生命周期内一般要替换3次电机。结合此前咱们《低空经济专题之eVTOL研讨：eVTOL商业进程提速，多元场景驱动开辟千亿商场》陈述中的测算，估计到2030年，中期维度看eVTOL电机前装商场规划为107.9亿元，后期修理替换商场规划为323.7亿元。

　　表2：eVTOL电机中期商场空间（亿元）

　　材料来历：源达信息证券研讨所

　　二、eVTOL构型多样动力计划各异，高功率密度电机驱动材料工艺改造

　　1．动力体系：eVTOL构型丰厚，干流厂家计划各异

　　eVTOL的技能道路可分为多旋翼型、升力与巡航复合型、倾转旋翼/机翼型和倾转涵道型四大类。eVTOL的全体规划构型、机体气动性、轻量化规划等维度的差异导致了不同产品的最大航程、巡航速度、飞翔高度、乘客数量与最大载荷等中心功用参数存在不同，然后带来不同eVTOL产品在运转形式、服务范围、运用场景等维度的差异。依据推动动力方法，现在在研的eVTOL项目可分为多旋翼型、升力与巡航复合型、倾转旋翼/机翼型和倾转涵道型四大类。其间后两类因飞翔器可经过改动螺旋桨/机翼/涵道方向完成飞翔器的起降和巡航，又称为矢量推动型。

　　图6：eVTOL首要构型分类

　　材料来历：保时捷办理咨询，源达信息证券研讨所

　　复合翼和倾转旋翼构型为开展主线，寻求新构型技能打破。现在eVTOL尚处于研制阶段，并不存在占全面优势的技能构型。详细技能计划挑选应考虑运用场景。详细技能计划挑选应考虑运用场景。从功用上看：多旋翼型不适用于长航程、航时的使命，飞翔速度较慢、阻力较大，一般载重也较小（一般在600kg左右，仅有1-2座）。而大载重、长航程使命，复合翼及倾转旋翼在速度、航程等方面具有显着优势（一般可以做到2000kg，包容4-5座）。从规划难度上看：倾转涵道>倾转旋翼>复合翼>多旋翼。现在推出请求适航的事例较多运用倾转旋翼构型和复合翼构型，较简略完成商业化。

　　表3：eVTOL首要构型优缺点

　　材料来历：保时捷办理咨询，源达信息证券研讨所

　　动力体系是eVTOL的中心动力单元，干流厂商计划各异。它们直接决议了飞机的动力使用率以及推动效能，而这二者又与旋翼的散布存在着严密且杂乱的相关。不同的飞翔器构型以及各类产品机型之间，差异性较为显着。1）动力结构方面：有的机型选用集中式动力布局，有的则倾向于散布式动力架构。2）动力数量方面：有的飞翔器装备多个电机以满意不同部位的动力需求，有的则依据本身使命和规划特色，确认相对较少的动力单元数量。3）散布方法方面：有的将电机均匀散布在机身周围，以完成平衡推动；有的则依据气动外形和飞翔使命，采纳非对称散布来优化飞翔功用。4）功用参数方面：不同机型的电机功率、转速、扭矩等方针也各不相同，电控体系的控制精度、呼应速度等更是差异显着。这些要素一起效果，使得每款飞翔器在动力体现上呈现出各自共同的特色。

　　图7：部分eVTOL机型示意图

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　　表4：部分eVTOL机型的动力体系状况整理

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　　2．中心壁垒：eVTOL电机功率密度要求高，产品研制验证周期长

　　eVTOL 电机首要分为无刷电机和永磁同步电机两类。无刷直流电机因结构简略、本钱较低，常用于无人机；而永磁同步电机凭仗高功率、低噪音等优势，更符合 eVTOL 的运用场景。无刷直流电机省去电刷和换向器，功率高、保护本钱低且寿命长，但功率相对较小，更适合无人机。永磁同步电机与之结构附近，但凭仗编码器测定转子方位并选用正弦波驱动电流，具有更高、更平稳的扭矩、更高的功率以及更低的噪音，其全扭矩坚持才能可充沛满意 eVTOL 各飞翔阶段的动力需求。正因如此，永磁同步电机在 eVTOL 范畴更为常见，像 Joby S4、Archer Midnight 等机型都选用了这种电机。

　　eVTOL 运营环境更杂乱，电机需求具有更好功用和更高安全性。与新动力轿车比较，eVTOL电机具有安全性、环境习惯性、功率密度等要求：1）安全性：紧迫状况下冗余50%功率输出，榜首方针。2）环境习惯性：可以习惯海拔8000-12000m，极冷极热-90℃~70℃。 3）功率密度要求高：电机分量是电动飞机的规划要求的重要方针。 4）螺旋桨驱动电机轴承需接受多方向突加载荷。

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　　表5：电动轿车电机首要方针

　　材料来历：《电动航空用高功用动力体系的研制及运用》，源达信息证券研讨所

　　表6：电动飞机电机首要方针

　　材料来历：《电动航空用高功用动力体系的研制及运用》，源达信息证券研讨所

　　电驱体系作为中心动力单元，验证周期长。电驱体系作为中心动力单元，供货商需求在产品前期开发阶段就开端协作主机厂进行规划和研制，并参加后续适航取证进程，开发和验证周期很长；一起电机供货商在航空职业经历、航空等级的实验室和实验检测设备、高功率密度电机技能根底等方面也需求长期和很多投入，才有时机得到下流主机厂认可。

　　类型合格证、出产许可证、适航证为民用航空器适航所需的“三大通行证”。依据《中华人民共和国民用航空法》和《中华人民共和国适航办理条例》规则，民用航空器的适航办理由我国民航局担任，需求对航空器的规划、出产、运用和修理，施行以确保飞翔安全为意图的技能鉴定和监督。民用航空器适航需求获得3项合格证，分别是：

类型合格证（TC）：任何单位或许个人规划民用航空器，应当持航空工业部对该规划项意图审阅赞同文件，向民航局请求类型合格证。简言之：证明规划是安全牢靠的。
出产许可证（PC）：任何单位或许个人出产民用航空器，应当具有必要的出产才能，并应当在获得类型合格证后，经航空工业部赞同后，向民航局请求出产许可证。简言之：工厂出产的质量体系完善，出产出来的都能满意要求。
适航证（AC）：依照规则出产的民用航空器，须经民航局逐个检查合格后，颁布单机适航证。简言之：飞机有合格证，自带身份证明。

　　现在亿航智能是全球首个一起获得类型合格证（TC）、出产合格证（PC）、适航证（AC）的公司，以亿航智能为例，其 EH-216 最早于2018年2月揭露载人首飞，2020年12月向我国民航局递送类型合格证请求，直到2023 年10月，历时近3年时刻才获得类型合格证。

　　3．技能趋势：eVTOL电机功率密度改造加快，推动材料和工艺前进

　　eVTOL电机未来技能演进的中心在于前进功率密度。功率密度的进步意味着在相同体积和分量条件下，电机可输出更微弱动力，对航空范畴含义严峻。因飞机内部空间紧凑、起飞分量受限，高功率密度电机可进步飞翔速度、爬高才能和续航旅程等功用方针，助力电动飞机处理电池续航问题。完成这一方针需多方面立异：研制高功用磁性与导电材料，优化电机规划和制作工艺，凭仗先进仿真技能进行精细化规划，以及立异散热技能确保电机安稳运转。

碳纳米管导线

　　电工材料是高功率密度高效电机的根底，碳纳米管导线有助于前进电机导电功用。现在一切的航空电机的绕组都是铜导线，铜的导电性好，但是密度大且电导率随温度上升而下降。高温超导线材导电功用远远超越铜导线，但是需求非常杂乱的冷却和保温设备。常温下的碳纳米管导体比较铜导体密度小，具有更好的导电率，而且电导率随温度上升不会下降。但是将单个碳纳米管导体衔接为碳纳米管导线的工艺杂乱，而且构成的碳纳米管导线电阻率大。跟着碳纳米管组成技能和制备工艺的打破，估计在未来15-30年间，碳纳米管导线将会很多运用到航空电机技能范畴，前进电机体系功率密度。

纳米复合永磁材料

　　高功用永磁电机离不开永磁材料的打破，高的磁能积可以有用前进永磁电机功率密度。不同永磁材料在不同的作业温度下磁能积不同，当时钕铁硼永磁材料和钐钴永磁材料均具有高的磁能积，钐钴最高运转温度更高，但是以磁能积下降为价值。高磁能积钕铁硼材料的打破仍在持续。美国动力部正在研讨少稀土高磁能积的永磁材料，未来纳米复合永磁材料将会供给更高的磁能积。

　　图10：当时及未来永磁材料的磁能积与作业温度

　　材料来历：《飞机电气化布景下的先进航空电机体系》，源达信息证券研讨所

高效散热

　　航空电机有必要要有一个高效的冷却体系，能确保它的作业安全性、牢靠性和高功率密度。航空电机电磁负荷大，单位体积损耗显着导致电机温升升高。电机温升过高会影响到发电设备的安全性，严峻时会使绝缘材料加快老化，大幅度缩短电机的运用寿命，乃至导致电机着火焚毁。航空电机冷却技能中使用的冷却介质首要有水冷、风冷及油冷。其间以空气为冷却介质的冷却方法有天然冷却和吹风冷却，以滑油为冷却介质的冷却方法有循油冷却和喷油冷却。

　　表7：电机首要冷却方法特色

　　材料来历：技能邻，源达信息证券研讨所