Het bedrijf H3X Technologies uit Minneapolis introduceert met de HPDM-250 een geïntegreerde elektromotor met zeer hoge vermogensdichtheid. Het bedrijf mikt hiermee op aandrijvingen voor toekomstige elektrische vliegtuigen. Momenteel zit de HPDM-250 nog in prototypefase, maar in het tweede kwartaal 2021 beginnen de eerste testen.
De HPDM-250 is volledig geoptimaliseerd voor maximale vermogensdichtheid en efficiëntie. Het combineert de elektromotor en de omvormer (plus een optionele planetaire vertragingskast) in één krachtige unit.
Het geheel beschikt over een hoog integratieniveau, mogelijk gemaakt door de holistische ontwerpmethodes van de engineers. Deze hebben hun multidisciplinaire roots in vermogenselektronica en elektrische aandrijvingen.
Hoge vermogensdichtheid
Om elektrisch over langeafstand te kunnen vliegen, moeten er aanzienlijke verbeteringen worden aangebracht in de huidige technologie van elektrische aandrijfsystemen. Volgens de engineers van H3X hebben tegenwoordig de beste elektromotoren en omvormers in hun klasse een gecombineerde vermogensdichtheid van 3-4 kW/kg.
Volgens de Amerikaanse overheidsinstantie ARPA-E heeft een Boeing 737 om een typische vijf uur durende vlucht te voltooien, een voortstuwingssysteem nodig van >12 kW/kg continu.
Met 13 kW/kg continu overtreft de HPDM-250 de eisen van ARPA-E en claimt minstens 3X beter te zijn dan de huidige systemen. Het is een belangrijke stap in de elektrische voortstuwingstechnologie en neemt een van de belangrijkste barrières weg die de wijdverbreide vercommercialisering van elektrische vliegtuigen kunnen tegenhouden.
3D geprinte statorspoelen
Om deze hoge vermogensdichtheid te bereiken hebben de engineers van H3X diverse componenten geoptimaliseerd waaronder het elektromagnetische ontwerp. De synergetische koelmantel wordt 3D geprint middels Direct Metal Laser Sintering (DMLS).
De koperen statorspoel worden eveneens 3D geprint met Selective Laser Melting (SLM). Deze nieuwe statorspoel is vervaardigd met zuiver koper met >93% IACS-geleiding. Deze AM-spoelen bereiken >70% kopervulfactor in de HPDM-250 en bieden volgens H3X een verbetering van 40% ten opzichte van conventionele koperwikkelingen wat betreft de maximale continue stroomdichtheid.
200 kW uit 15 kg motorgewicht
Verder spreken de engineers over een robuuste fouttolerantie, thermische weerstandsvermindering en gebruik van hoogfrequente SiC-vermogenselektronica. De technische gegevens mogen er dan ook zijn. Het continuvermogen is 200 kW en bijbehorend koppel is 95 Nm.
Het toerentalbereik gaat van 0 tot 20.000 omw/min. De motor draait op 800 V en heeft een eigen massa van slechts 15 kg. De diameter bedraagt 207 mm en de lengte, zonder planetaire kast, is 235 mm.
De optionele planetaire tandwielkast wordt gebruikt op het optimale toerental van de motor bij 20.000 omw/min te verlagen met een reductieverhouding van 4:1. Alleen op deze manier kan een propeller aangedreven worden met maximale efficiëntie. Het bedrijf mikt de komende jaren op zogenaamde eVTOL-vliegtuigen, maar verwacht dat rond 2030 vliegtuigen met het formaat Boeing 737 elektrisch aan te drijven zijn.
Eerste publicatie Paul Quaedvlieg 16-11-2020
