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H3X envía accionamientos eléctricos avanzados para pruebas de clientes

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La start-up estadounidense H3X está empezando a entregar a sus clientes un motor eléctrico de alta densidad de potencia para pruebas en aplicaciones aeroespaciales y de defensa, incluidos aviones eléctricos.

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El accionamiento de motor integrado HPDM-30 pesa 4,1 kg y se ha probado con una potencia continua de hasta 33 kW, adecuada para su uso en aviones sin tripulación y vehículos más pequeños.

H3X, con sede en Denver, está desarrollando motores avanzados de imanes permanentes de flujo radial que utilizan materiales y procesos de fabricación novedosos para maximizar la densidad de potencia. El objetivo es alcanzar los 10 kW/kg para el motor integrado y el inversor/controlador. En comparación, la densidad de potencia de los motores eléctricos de aviación actuales es de hasta 5 kW/kg.

H3X trabaja en la primera fase de un contrato de investigación para la innovación en pequeñas empresas de la NASA con el fin de diseñar un motor que alimente un modelo a escala del 25% del concepto de motor subsónico de popa única (SUSAN). SUSAN es un diseño para un avión de 180 plazas con una autonomía económica de 750 millas y un sistema de propulsión híbrido-eléctrico compuesto por un único turboventilador de popa que produce empuje y genera energía eléctrica para los motores distribuidos montados en las alas.

La startup también colabora con el departamento de innovación AFWerx de las Fuerzas Aéreas de EE.UU. para caracterizar el rendimiento de su demostrador de propulsión con motor integrado HPDM-250. Este motor produce una potencia máxima de 250 kW con una densidad de potencia de hasta 15 kW/kg en configuración de accionamiento directo. Según Max Liben, cofundador y director tecnológico de H3X, el objetivo es probar en vuelo el motor en sustitución de una de las plantas motrices de un avión bimotor existente.

El primer producto de H3X, el HPDM-30, utiliza la misma tecnología básica de motor que el demostrador HPDM-250, pero tiene un inversor diferente. El accionamiento del motor está diseñado para ser escalable hasta 120 kW, y el inversor de carburo de silicio de conmutación rápida cubre toda la gama de potencias, explica Liben. "Al principio pensábamos no bajar de 250 kW, pero había mucha demanda en varios sectores de un accionamiento de motor más pequeño"

En el motor de H3X, el núcleo magnético está hecho de láminas de acero laminado que se estampan, apilan y unen para producir el rotor y el estator. "Conseguimos un elevado factor de apilamiento de más del 98%, lo que significa que el núcleo acabado es un 98% de acero y un 2% de adhesivo", afirma.

La startup también consigue un alto factor de relleno de cobre y una alta conductividad térmica en los bobinados del motor, lo que permite altas densidades de corriente que producen más fuerza. "Rellenamos las ranuras con todo el cobre que físicamente podemos. La conductividad térmica dentro del cobre es entre cinco y diez veces mejor que la de la tecnología más avanzada", afirma Liben. "El aire es un mal conductor, así que eliminamos todo el que podemos y lo sustituimos por un buen conductor. Es un problema de materiales difícil" El motor y el inversor llevan refrigeración líquida integrada.

Además del HPDM-30, H3X tiene previsto desarrollar un accionamiento de motor de 200 kW para aplicaciones aeroespaciales, así como un diseño multisectorial que estará disponible en configuraciones con dos-12 segmentos que producirán hasta 2,8 megavatios de potencia continua con una densidad de potencia de más de 12 kW/kg.

En el diseño multisectorial, el motor de 200 kW se "desenrolla" en un segmento de arco que luego se repite: cuatro segmentos producirán 800 kW de potencia continua. Según Liben, este diseño ofrece una gran tolerancia a los fallos. Cada sector tiene un inversor trifásico y un bobinado independientes. Si falla un inversor o un devanado, un motor de dos sectores seguirá produciendo la mitad de la potencia; un motor de 12 sectores sólo perderá 1/12 de su potencia, afirma.

A medida que aumenta la potencia del motor, disminuye su velocidad de salida. Un motor de 200 kW funcionará a 20.000 rpm y necesitará una caja de cambios. Un motor de 800 kW funcionará a 5.000 rpm sin caja de cambios. "Los sistemas de megavatios para propulsar aviones probablemente se acoplarán directamente al propulsor", afirma Liben, quien añade que los motores pueden apilarse en el mismo eje para producir sistemas multimegavatios capaces de propulsar aviones comerciales de un solo pasillo.