H3X宣称将电动飞机电力系统功率密度增加了两倍

H3X宣称将电动飞机电力系统功率密度增加了两倍

如果说有一件事阻碍了航空界的电动革命,那就是储能。但是,有很多非常聪明的人在努力解决如何提高电池能量密度的问题,而另一个不断增长的派别则在努力使长距离、快速燃料的氢燃料电池动力系统成为未来飞行标准。

明尼阿波利斯的一家新公司正在将注意力转向推进系统的另一个关键要素。H3X技术公司正带着一种集成式电动机设计突围而出,该公司称其可以提供与市场上一些最好的电动机相同的持续功率,而总重量却只有三分之一或更少。

当然,重量在航空业是个大问题–对于电动飞机来说,这也是双倍的。每往天上带一磅,就代表着你能少带一磅有效载荷,代表着你从电池或氢气罐中获得的航程减少。

随着中小型电动飞机开始进入商业服务,以及长期以来被寄予厚望的eVTOL空中滑行领域的崛起永远指日可待,H3X认为像其HPDM-250电机这样的减重装置将迎来大好机会。

第一个版本将重15公斤(33磅),连续功率为200千瓦,峰值可达250千瓦。这就是每公斤13.3千瓦的连续功率,非凡的功率密度。相比之下,我们在2018年报道的Magnax轴向磁通电动机功率为15 kW / kg –但这是峰值功率;它的连续功率密度更接近7.5 kW / kg。

而这本身就绝对是个例外。去年ZeroAvia公司在全球首架商用电动飞机飞行中使用的电机是Magnix Magni500–是的,有竞争的电机公司叫Magnix和Magnax–功率密度更像是4.2千瓦/千克。

更重要的是,以上两款电机都没有内置逆变器,所以你得多背一些重量–以Magnix驱动系统为例,12公斤(33磅)。H3X的设计将其逆变器集成在其六边形棱柱体中。

电机的最高效率是在20000转/分的时候,这比你旋转螺旋桨的速度要快得多,所以H3X还可以为其安装一个集成的行星齿轮箱,减速比为4:1,所产生的重量成本仅为3公斤(6.6磅)。H3X创始人兼首席执行官Jason Sylvestre告诉我们,团队本来可以把电机设计得更慢,取消齿轮箱,但整体效率和功率密度会受到影响。

H3X宣称将电动飞机电力系统功率密度增加了两倍
单个单元可以在小型电动飞机上减轻重量,但对于像eVTOL那样的多旋翼飞机而言,确实不是那样

H3X HPDM-250在这种配置下–最有可能在电动飞机上使用的配置–电机、变速箱和逆变器之间的峰值综合效率为92.9%。这与Magni500的能效相当接近,只是单位重量的功率输出更高。其搭载变速箱后的连续功率密度为11.1千瓦/千克,仍远超竞争对手。

这个明尼阿波利斯的创业团队是如何实现功率密度如此显著的飞跃的呢?Sylvestre告诉我们,这是多种因素共同作用的结果。

“HPDM-250的设计旨在突破性能极限,同时最大限度地减少系统质量,”他说。”它是多个领域专利创新的产物,具有市场上最高的集成度。这包括电磁学优化、快速成型制造、先进材料和高频SiC电力电子器件。

“有两项创新值得强调–我们采用单一的协同冷却套,同时对电力电子器件和电机进行冷却。这种集成降低了系统质量和体积。采用添加剂制造的铜定子线圈,以提高铜填充系数,提高连续电流密度能力。这是一项新技术,有可能彻底改变电机制造行业,因为它提供了更快的开发速度、更好的性能和更大的设计灵活性。”

那些3D打印的铜质定子线圈不仅让H3X可以在更小的空间内容纳更多的铜,而且对冷却有很大帮助,使HPDM-250的运行速度更接近其峰值功率,而不会产生难以控制的热量。而Sylvestre表示,增材制造意味着这款电机将快速地进行原型设计、迭代、扩展到不同的尺寸和功率水平,并根据客户需求进行调整。

H3X宣称将电动飞机电力系统功率密度增加了两倍
3D打印的铜线圈在该电机的巨大功率密度中起着关键作用

“在未来五年内,我们将看到那些eVTOL和小型电动飞机,”Sylvestre说。”但到2030年左右,我们将开始看到大型商用飞机的电气化。这才是你真正想要追求的。波音737大小左右的飞机,这些飞机的温室气体排放量约占飞机领域所有温室气体排放量的50%。一架使用分布式推进的飞机,每个机翼上都有多个250千瓦的电机,大概有16个左右。你可以想象这些重量会增加,而这就是像我们这样的电机可以发挥巨大作用的地方。”获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

“我们现在正在进行原型设计,”Sylvestre说。”我们应该在明年第二季度之前进行测试。在业务方面,我们正在寻求获得潜在客户的意向书,并与早期投资者合作扩大H3X的规模。我们一直在非常隐秘的模式下运作。”

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