eVTOLモーターの技術的要点

1. 技術的特徴eVTOLモーター

In 分散型電力推進システムでは、モーターが翼や胴体上の複数のプロペラやファンを駆動し、航空機に推力を与える推進システムを形成します。モーターの出力密度は、航空機の積載量に直接影響します。モーターの出力容量、信頼性、環境適応性は、電動航空機の動的特性と安全性を決定する重要な要素です。電気自動車、ドローン、eVTOLモーターの選択は、コスト、適用シナリオ、その他の理由により異なります[1]。

（写真提供：ネットワーク／サフラン公式サイト）

1) 電気自動車: より永久的な磁石同期モーター、高効率かつ高トルクの永久磁石モーターは、より優れたドライビング体験を提供します。同時に、永久磁石モーターの高い出力密度は、電気自動車が同じ体積でより高い出力を得るのにも役立ちます。

（２）UAV：一般的に使用されるブラシレスモーター直流モーター。ブラシレスDCモーターは軽量かつ低騒音で、メンテナンスコストも低いため、UAVの飛行要件に適しています。また、ブラシレスDCモーターは回転速度が速いため、ドローンの高速飛行ニーズにも適しています。例えば、DJIはブラシレスモーターを採用しています。

（３）eVTOL：モーター効率とトルク密度に対する要求が高く、永久磁石同期モーターは、軸方向磁束永久磁石モーターが半径方向空間の利用率が高く、長さ直径比が小さい場合に電力密度とトルク密度に利点があるため、電動推進動力システムにとって非常に有望なソリューションです。Joby S4やArcher Midnightなどの現在の電動VTOL航空機はすべて永久磁石同期モーターを採用しています[1]。

下図は、単固定子単回転子軸方向磁束モータの固定回転子磁束強度のクラウドイメージを示しています。

次の図は、電動航空機と電動車両のモーターパラメータの比較です。

2. eVTOLモーターの開発動向
現在、eVTOL動力システムの主な開発トレンドは、電磁設計技術、熱管理技術、軽量化技術を改善してモーター構造の重量と冷却システムの補助重量を削減し、モーターの電力密度と幅広い可変条件での出力容量を継続的に向上させることです。「空飛ぶ車の研究開発と主要技術」によると、航空推進モーターは、より高い耐熱限界を持つ絶縁材料、より高い磁気エネルギー密度を持つ永久磁石材料、より軽量な構造材料を使用することで、モーター本体の定格電力密度を5kW/kg以上にすることができています。ハルバッハ磁気配列、鉄心なし構造、リッツ線巻線などの技術の使用など、モーターの電磁構造設計を改善し、モーターの放熱設計を改善することで、モーター本体の定格電力密度は2030年には10kW/kgに達し、2035年には13kW/kgを超えることが期待されています[1]。

3. 純電気ルートとハイブリッドルートの比較
純電気ルートとハイブリッドルートを比較すると、現在の関連メーカーの選択から、国内のeVTOLプロジェクトは主に純電気方式に基づいており、リチウムイオン電池のエネルギー密度によって制限され、乗客容量の少ないeVTOLが純電気推進技術の最適な着陸シーンとなっています。海外では、一部のメーカーが事前にハイブリッド計画を策定し、複数回のテストと反復でリードしています。次の表からわかるように、ハイブリッド方式は航続距離の面で明らかに優れており、将来的に中長距離低高度交通のシナリオでより多くの用途を実現できます[1]。