电动垂直起降飞行器电驱系统研究进展综述

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32000

电子电气工程与控制

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电动垂直起降飞行器电驱系统研究进展综述

苗永泽¹^,², 范兴纲¹^,²(), 李大伟¹^,², 孙伟¹^,², 黄礼浩³^,⁴, 郝圣桥³, 方海洋¹^,², 曲荣海¹, 尤延铖⁴

^1.华中科技大学电气与电子工程学院，武汉 430074
^2.华中科技大学电能高密度转换全国重点实验室，武汉 430074
^3.中国航发控制系统研究所，无锡 214063
^4.厦门大学航空航天学院，厦门 361102

收稿日期:2025-03-20 修回日期:2025-05-19 接受日期:2025-07-15 出版日期:2025-07-29 发布日期:2025-07-18
通讯作者: 范兴纲 E-mail:xinggangfan@hust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52477049);中国航发集团产学研基金(HFZL2023CXY032)

Research advances in electrical propulsion systems for electric vertical take-off and landing aircrafts: A comprehensive review

Yongze MIAO¹^,², Xinggang FAN¹^,²(), Dawei LI¹^,², Wei SUN¹^,², Lihao HUANG³^,⁴, Shengqiao HAO³, Haiyang FANG¹^,², Ronghai QU¹, Yancheng YOU⁴

^1.School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China
^2.State Key Laboratory of High-Density Electrical Energy Conversion，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China
^3.AECC Aero Engine Control System Institute，Wuxi 214063，China
^4.School of Aerospace Engineering，Xiamen University，Xiamen 361102，China

Received:2025-03-20 Revised:2025-05-19 Accepted:2025-07-15 Online:2025-07-29 Published:2025-07-18
Contact: Xinggang FAN E-mail:xinggangfan@hust.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52477049);AECC Industry-University-Research Cooperation Project(HFZL2023CXY032)

摘要/Abstract

摘要：

近年来电动垂直起降飞行器（eVTOL）这一新型航空载运工具作为低空经济的实际载体之一，吸引着越来越多的政策支持、资本投入和学界关注。电驱系统是eVTOL的核心动力装置，其性能对飞行器的运行品质具有决定性影响。首先，阐述了eVTOL电驱系统的不同架构，并对其进行分类，归纳eVTOL电驱系统的技术特点和要求。其次，梳理并总结了国内外主要eVTOL整机产品及其采用的电驱系统，分析了各电驱系统性能指标和技术特点，明确了当前技术水平现状。此外，针对高性能电驱系统实现技术途径，探讨了国内外在eVTOL电机电磁、冷却、结构、材料和电控设计技术方面的研究进展。最后，基于前述技术需求和现状分析，指出eVTOL电驱系统的发展趋势和技术挑战，为此领域研究人员提供参考。

关键词: 低空经济, 电动垂直起降飞行器（eVTOL）, 电驱系统, 高转矩密度, 功率密度, 电机设计

Abstract:

Electric Vertical Take-Off and Landing （eVTOL）， a new type of air carrier， has attracted more and more policy support， capital investment and academic attention as one of the actual carriers of low-altitude economy in recent years. The electrical propulsion system is the core power unit of eVTOL， and its performance has a decisive impact on the operational quality of the vehicle. This paper first describes the different architectures of eVTOL electrical propulsion systems， and classifies them to summarize the technical characteristics and requirements of eVTOL electrical propulsion systems. Next， the main domestic and foreign eVTOL machine products and their adopted electrical propulsion systems is compiled and summarized， the performance indexes and technical characteristics of each electrical propulsion system is analyzed， and the current status of the technology level is also clarified. In addition， for the realization of high-performance electrical propulsion system， this paper discusses the research progress of eVTOL motor electromagnetic， cooling， structure， material and electronic control design technology at home and abroad. Finally， based on the aforementioned technical needs and current situation analysis， this paper points out the development trend and technical challenges of eVTOL electrical propulsion system， providing reference for researchers in this field.

Key words: low-altitude economy, electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL), electrical propulsion system, high torque density, specific power, machine design

中图分类号:

V242.4

苗永泽, 范兴纲, 李大伟, 孙伟, 黄礼浩, 郝圣桥, 方海洋, 曲荣海, 尤延铖. 电动垂直起降飞行器电驱系统研究进展综述[J]. 航空学报, 2025, 46(22): 332000.

Yongze MIAO, Xinggang FAN, Dawei LI, Wei SUN, Lihao HUANG, Shengqiao HAO, Haiyang FANG, Ronghai QU, Yancheng YOU. Research advances in electrical propulsion systems for electric vertical take-off and landing aircrafts: A comprehensive review[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(22): 332000.

图/表 64

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表 1

国内外主要eVTOL电驱系统［33，46-49，51-53，55，57-58，64-65，67］

国家/厂商	主要参数	技术特点	配套机型	成熟度
美国 Joby	236 kW 电机+电控峰值8.4 kW/kg	液冷，外转子直驱式径向磁通永磁电机，全封闭，电机电控集成	美国Joby-S4	已装机，随整机适航取证中
美国 Archer	125 kW 系统连续 5 kW/kg	液冷，内转子径向磁通永磁电机，全封闭，电机电控集成	美国Archer Midnight	已装机，随整机适航取证中
法国 Safran	125 kW 电机+电控峰值 5 kW/kg	风冷，内转子径向磁通永磁电机，全封闭，电机电控集成	中国时的科技，Aura Aero	全球首款针对电驱系统获得EASA认证
德国西门子 SP200D	204 kW 电机峰值 4.1 kW/kg	定子闭式液冷+转子开式风冷，内转子径向磁通永磁电机，电机电控分离	第一代CityAirbus	工程样机
美国MAGicALL	150 kW 电机+电控峰值4.3 kW/kg	风冷，电机电控集成，内转子径向磁通永磁电机，集成温度、振动和健康监测模块	第二代CityAirbus	已装机，随整机适航取证中
美国 H3X HPDM-250	250 kW 系统连续 12 kW/kg	闭式液冷，内转子径向电机，电机电控减速器集成，全增材制造绕组与机壳，耐高温陶瓷基绝缘材料		开发中
美国 Magnix	350 kW 电机+电控峰值2.7 kW/kg	闭式油冷，内转子径向磁通永磁电机，电机电控分离	Eviation	已装机，随整机适航取证中
英国 YASA	200 kW 电机+电控峰值5.4 kW/kg	液冷，无轭铁心，轴向磁通电机		已装机，随整机适航取证中
英国罗罗	150 kW 电机+电控密度3.9 kW/kg	风冷，横向磁通电机，电机电控分离	英国Vertical Aerospace （第一代）	工程样机
日本电装与美国霍尼韦尔	100 kW 系统峰值 4 kW/kg	内转子径向磁通永磁电机，电机电控减速器集成	德国Lilium Jet	开发中
比利时Magnax	200 kW 电机峰值 12.5 kW/kg	风冷，轴向磁通电机，无磁轭设计，取向硅钢与层压式散热器		工程样机
中国中国航发动控所	125 kW 电机峰值 3.8 kW/kg	闭式油冷，内转子直驱式径向磁通永磁，电机电控集成	中国直升机设计研究所eVTOL	已装机，随整机适航取证中
中国中国航发动控所	125 kW 系统峰值 4.2 kW/kg	闭式油冷，内转子径向永磁电机，电机电控散热器集成	中国直升机设计研究所eVTOL	已装机，随整机适航取证中
中国江苏迈吉易威	130 kW 电机峰值 4 kW/kg	风冷，径向磁通永磁电机，最高转速2 100 r/min		工程样机
中国天津松正	150 kW 电机峰值 3 kW/kg	风冷+水冷，外转子径向磁通永磁电机，电机电控分离，最高转速1 200 r/min		工程样机

表 1

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参考文献 143

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

永磁体类型	铁氧体	钕铁硼	钐钴
成本/（元·kg^-1）	7~8	150~300	2 000~3 000
工作温度/℃	≤250	≤200	≤350
室温最大剩磁/T	0.3~0.6	1.12~1.44	0.9~1.19

电驱系统	最大容量/kVA	母线电压/V	功率密度/（kW·kg^-1）	效率/%
Siemens NextGen Si	130	210~450	13.3
Evolito MC350	~350	400~835	~36.8	98
Rolls-Royce	200	500~900	33.33	99
MagniDrive-100	170	500~800	14.17

电动垂直起降飞行器电驱系统研究进展综述

Research advances in electrical propulsion systems for electric vertical take-off and landing aircrafts: A comprehensive review

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