Motorul electric Fraunhofer IISB de 1000 CP şi 94 kg, dezvoltat în Clean Aviation (AMBER)

Dezvoltarea Fraunhofer IISB în cadrul programului Clean Aviation vizează aviaţia şi sistemele hibride cu celule de combustie pe hidrogen

Institutul Fraunhofer pentru Sisteme Integrate şi Tehnologii ale Dispozitivelor (Fraunhofer IISB) a realizat un motor electric nou, capabil să livreze 1000 cai putere (CP) la o masă de numai 94 kg, într-un volum comparabil cu cel al unei butelii de gaz de 12,5 kg. Astfel, motorul atinge o densitate de putere de 8 kW/kg, peste intervalul obişnuit al motoarelor pentru automobile electrice (2–4 kW/kg) şi chiar peste valorile motoarelor aeronautice avansate (5–6 kW/kg).

Construcţie, bobinaje hairpin şi răcire directă

Pentru a obţine aceste performanţe, proiectul foloseşte o arhitectură neobişnuită, cu patru înfăşurări trifazate de tip hairpin. În locul conductorului circular flexibil, bobinajele sunt realizate din bare rigide de cupru, îndoite în formă de „agrafă” (în U). Configuraţia permite introducerea unei cantităţi mai mari de cupru în acelaşi volum, ceea ce creşte curentul şi puterea disponibilă, îmbunătăţind în acelaşi timp răcirea şi rezistenţa mecanică.

Evacuarea căldurii este susţinută prin răcire directă cu pulverizare de ulei, care îndepărtează eficient energia termică şi permite funcţionarea la puteri mai mari fără supraîncălzire. Dimensiunile compacte fac soluţia deosebit de potrivită pentru aviaţie, unde masa şi spaţiul instalat sunt critice.

În termeni de comparaţie, Tesla Model S Plaid utilizează trei motoare pentru a ajunge la o putere de aproximativ 1020 cai putere, în timp ce motorul Fraunhofer IISB se apropie de aceeaşi valoare de unul singur.

O altă noutate importantă este utilizarea oţelului NO15 cu grosimea de doar 0,15 mm, aproximativ de două ori mai subţire decât în majoritatea motoarelor electrice. Tabla mai subţire reduce curenţii turbionari, limitează încălzirea şi creşte randamentul, mai ales la turaţii ridicate. Conform datelor proiectului, motorul poate funcţiona la circa 21 000 rot/min.

Redundanţă pe secţiuni şi contextul aeronautic (Fraunhofer IISB)

Motorul este împărţit în patru secţiuni independente, fiecare cu propria înfăşurare, propriul invertor şi propriul sistem de control. O astfel de segmentare aduce o fiabilitate ridicată: dacă o secţiune se defectează, celelalte pot continua să funcţioneze, un avantaj deosebit de relevant pentru aplicaţiile aeronautice.

Dezvoltarea a fost realizată în cadrul proiectului AMBER, parte a programului Uniunii Europene Clean Aviation, orientat către sisteme hibride electrice cu celule de combustie pe hidrogen pentru aeronave regionale. Obiectivul declarat este reducerea emisiilor de dioxid de carbon în aviaţie cu cel puţin 30% faţă de nivelurile din 2020. În proiect sunt implicaţi şi Avio Aero, cu turbopropulsorul Catalyst, precum şi GE Aerospace; totuşi, Fraunhofer IISB a dus motorul de la concept până la validare, în conformitate cu standardele din aviaţie.

Chiar dacă un motor de 94 kg care livrează 1000 cai putere este remarcabil, trecerea de la prototipul de laborator la un echipament aeronautic certificat rămâne o etapă dificilă. În plus, rămâne deschisă întrebarea dacă celulele de combustie pe hidrogen vor putea asigura o funcţionare suficient de sigură pe rute regionale.

Cu toate acestea, într-un domeniu în care evoluţia se măsoară adesea în decenii, acest motor reprezintă o realizare inginerească importantă.