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eVTOL飛行安全丨為什么電機鐵芯是關(guān)鍵？

2025 . 12 . 04

低空經(jīng)濟作為新興產(chǎn)業(yè)正迎來前所未有的發(fā)展機遇。eVTOL作為低空經(jīng)濟的核心裝備，以其垂直起降能力、高效的空中運輸效率和環(huán)保特性，被認為是解決城市交通擁堵的重要方案。

而電機系統(tǒng)作為eVTOL的"心臟"，其性能直接決定了飛行器在各種飛行狀態(tài)下的安全性和可靠性。

在電機系統(tǒng)的眾多部件中，鐵芯作為電磁能量轉(zhuǎn)換的核心載體，其技術(shù)水平直接影響著電機的效率、溫升、振動和噪音等關(guān)鍵性能指標。

自粘結(jié)電機鐵芯的技術(shù)原理與安全機制

傳統(tǒng)的電機鐵芯制造主要采用鉚接、焊接等機械緊固方式，這些工藝存在諸多固有缺陷：機械固定件增加了鐵芯重量和體積，鉚接和焊接過程會破壞硅鋼片的絕緣層，導(dǎo)致渦流損耗增加，同時在高頻振動下易出現(xiàn)松動，影響電機的可靠性。自粘結(jié)鐵芯技術(shù)的出現(xiàn)為其提供了革命性的方案。

1、自粘結(jié)技術(shù)的基本工作原理

自粘結(jié)鐵芯技術(shù)工作原理是在硅鋼片表面涂覆一層特殊涂層，在特定的溫度和壓力條件下會融化并固化，從而將鐵芯粘結(jié)成一個整體。固化粘結(jié)后的鐵芯可避免電工鋼在加工焊接、鉚扣所產(chǎn)生的應(yīng)力以及鐵損變化，提高電機整體性能，同時降低鐵芯轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的振動和噪音。

2、電磁能量轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢機制

在電機的電磁能量轉(zhuǎn)換過程中，鐵芯的性能直接影響著能量轉(zhuǎn)換效率和損耗水平。自粘結(jié)鐵芯通過材料優(yōu)化和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在這方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

先進的自粘結(jié)鐵芯技術(shù)采用0.05-0.2mm超薄硅鋼片，可將渦流路徑限制在更狹小的空間內(nèi)。同時，配合2-3μm的均勻粘結(jié)劑絕緣層，通過減少渦流路徑，使高頻工況下的渦流損耗降低15%-30%。

自粘結(jié)鐵芯通過全表面粘結(jié)形成無接縫的一體化結(jié)構(gòu)，消除了傳統(tǒng)鐵芯中層間的微小間隙，減少了磁路的磁阻，還避免了層間漏磁，提高了磁通量的利用率。在磁滯損耗控制方面，自粘結(jié)工藝保持了硅鋼片原有的磁性能。全表面貼合結(jié)構(gòu)使磁疇在交變磁場中的運動更加順暢，華磁技術(shù)自粘結(jié)鐵芯可使磁滯損耗減少10%以上。

3、高頻工況下的性能表現(xiàn)

eVTOL電機在實際運行中需要頻繁經(jīng)歷啟動、加速、高速巡航、減速、急停等復(fù)雜工況，在高頻工況下，傳統(tǒng)鐵芯的渦流損耗和磁滯損耗會急劇增加，導(dǎo)致電機效率下降、溫升過高，甚至引發(fā)故障。華磁技術(shù)的一體成型自粘結(jié)鐵芯通過多項技術(shù)創(chuàng)新有效應(yīng)對了這一挑戰(zhàn)。

例如，華磁技術(shù)推出的1J22特種軟磁合金自粘結(jié)鐵芯，在同體積下功率密度提升35%以上，重量降低40%以上。1J22特種軟磁合金的飽和磁通量密度可達2.4T，相比普通硅鋼提升30%以上，配合自粘結(jié)工藝的高疊片系數(shù)（97%以上），可使同體積電機的功率密度提升30%以上。

1J22特種軟磁合金的自粘結(jié)鐵芯在eVTOL電機中展現(xiàn)出卓越性能：同體積下扭矩增大30%，同扭矩下體積降低25%以上，同扭矩下重量降低50%以上，同重量下載重增加22%以上。自粘結(jié)鐵芯在高頻工況下性能優(yōu)越。

結(jié)構(gòu)強度與可靠性的安全優(yōu)勢

1、整體剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計

eVTOL在飛行過程中會面臨復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，包括強振動、大加速度、沖擊載荷等。自粘結(jié)鐵芯通過全表面粘結(jié)形成整體剛性結(jié)構(gòu)，粘結(jié)強度達到2-4N/mm2，是傳統(tǒng)焊接結(jié)構(gòu)的10倍以上，在20000rpm高速旋轉(zhuǎn)下無疊片松動風(fēng)險。

整體剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了多重安全優(yōu)勢。首先，無機械接觸點的設(shè)計使應(yīng)力分布更加均勻，避免了傳統(tǒng)鐵芯中機械固定點的應(yīng)力集中問題。其次，一體化結(jié)構(gòu)大大提高了鐵芯的抗變形能力，能夠更好地保持電機的氣隙精度，確保磁性能的穩(wěn)定性。第三，整體結(jié)構(gòu)的高剛性能夠有效傳遞電機運行過程中的各種力和力矩，提高了電機系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性。

2、振動與沖擊的抵御能力

eVTOL的飛行特性決定了其電機必須具備優(yōu)異的抗振動和沖擊能力。在垂直起降過程中，電機需要承受巨大的加速度載荷；在飛行過程中，會受到氣流擾動引起的振動；在著陸時，又會面臨沖擊載荷。這些動態(tài)載荷對電機鐵芯的結(jié)構(gòu)完整性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

自粘結(jié)鐵芯電機相對于傳統(tǒng)焊接和鉚接方式，電機振動、噪音降低5%，電機扭矩、效能提高5%，溫升可以降低5-10℃。

在沖擊載荷方面，自粘結(jié)鐵芯的表現(xiàn)同樣優(yōu)異。由于沒有機械固定件，避免了沖擊載荷下機械連接部位的應(yīng)力集中和疲勞損傷。同時，粘結(jié)劑的韌性能夠在沖擊過程中發(fā)生一定的變形，通過材料的塑性變形吸收沖擊能量，保護鐵芯的結(jié)構(gòu)完整性。

3、疲勞壽命的顯著提升

電機在長期運行過程中，鐵芯會承受周期性的電磁力和機械力作用，容易產(chǎn)生疲勞損傷。自粘結(jié)鐵芯通過無機械接觸點的設(shè)計，從根本上解決了疲勞斷裂問題。自粘結(jié)鐵芯可在頻繁的啟動、停止循環(huán)中保持穩(wěn)定性能，降低飛行中電機故障的概率。

此外，自粘結(jié)工藝對材料性能的保護也是提高疲勞壽命的重要因素。自粘結(jié)工藝全程無高溫焊接與機械沖壓應(yīng)力，通過半固化涂層的韌性緩沖與均勻加壓固化，最大限度保留了軟磁材料（硅鋼片或1J22等）的原始性能。自粘結(jié)鐵芯因加工導(dǎo)致的性能劣化率通常低于5%，而傳統(tǒng)工藝的劣化率常超過20%，甚至達到30%以上。

熱管理與溫升控制的安全保障

1、鐵損降低與溫升控制機制

電機的溫升控制是確保其安全可靠運行的關(guān)鍵因素之一。在電機運行過程中，鐵芯會產(chǎn)生鐵損（包括磁滯損耗和渦流損耗），導(dǎo)致電機溫度升高。當溫度過高時，甚至可能引發(fā)電機故障。

自粘結(jié)鐵芯通過降低鐵損從源頭上控制了電機溫升。自粘結(jié)鐵芯可減少渦流損耗15%-30%，提高電機能效，適用于高速、高功率密度應(yīng)用。在磁感應(yīng)強度為1.5T、50Hz的測試條件下，自粘結(jié)鐵芯的鐵芯損耗降低了約5%，勵磁電流降低了9%。

自粘結(jié)鐵芯的結(jié)構(gòu)特點有助于改善熱傳導(dǎo)性能。在極端溫度環(huán)境下，自粘結(jié)鐵芯展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。華磁技術(shù)針對性開發(fā)了耐溫達220℃的航空級自粘涂層，通過精準控制涂層B階段反應(yīng)程度及固化參數(shù)，確保在高溫環(huán)境下仍能維持足夠的垂直拉拔力，遠高于傳統(tǒng)鉚接結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度。這種耐高溫性能對于eVTOL在高溫環(huán)境下的安全運行具有重要意義。

2、極端環(huán)境下的穩(wěn)定性

eVTOL的飛行環(huán)境復(fù)雜多變，可能面臨高溫、低溫、高濕度等極端條件。在這些惡劣環(huán)境下，電機的熱穩(wěn)定性對飛行安全至關(guān)重要。

自粘結(jié)鐵芯在極端環(huán)境下展現(xiàn)出優(yōu)異的適應(yīng)性。其涂層兼具絕緣與導(dǎo)熱雙重特性：既通過2-3μm的均勻膜層阻斷片間環(huán)流，又能填充疊片間隙提升軸向?qū)嵝剩硅F芯溫升及散熱更均勻，避免局部過熱導(dǎo)致的磁性能劣化。

在低溫環(huán)境下，自粘結(jié)鐵芯同樣表現(xiàn)出色。粘結(jié)劑在低溫下仍能保持良好的粘結(jié)性能，不會因為熱脹冷縮而產(chǎn)生開裂或脫落。同時，一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計避免了不同材料間的熱應(yīng)力問題，提高了低溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)論

一體成型自粘結(jié)鐵芯技術(shù)通過提升電機的效率、可靠性和熱安全性，有效解決了eVTOL在復(fù)雜工況下面臨的安全挑戰(zhàn)，是支撐eVTOL商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

隨著eVTOL產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)的不斷進步，自粘結(jié)鐵芯技術(shù)必將在保障飛行安全、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮更加重要的作用。

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