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H3X spedisce gli azionamenti elettrici avanzati per i test dei clienti

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La startup statunitense H3X sta iniziando a consegnare ai clienti un motore elettrico ad alta densità di potenza da testare in applicazioni aerospaziali e di difesa, compresi gli aerei elettrici.

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L'azionamento a motore integrato HPDM-30 pesa 4,1 kg ed è stato testato con una potenza continua fino a 33 kW, adatta all'uso in velivoli senza equipaggio e in veicoli più piccoli.

H3X, con sede a Denver, sta sviluppando motori avanzati a magneti permanenti a flusso radiale che utilizzano materiali e processi produttivi innovativi per massimizzare la densità di potenza. La startup punta a 10 kW/kg per il motore e l'inverter/controller integrati. Questo valore è paragonabile a densità di potenza fino a 5 kW/kg per i motori elettrici degli aerei esistenti.

H3X sta lavorando nell'ambito della prima fase di un contratto di ricerca per l'innovazione delle piccole imprese della NASA per progettare un motore in grado di alimentare un modello in scala del 25% del concetto di Subsonic Single Aft Engine (SUSAN). SUSAN è un progetto per un velivolo da 180 posti con un'autonomia economica di 750 m. e un gruppo propulsore ibrido-elettrico che comprende un singolo turbofan di poppa che produce spinta e genera energia elettrica per i motori distribuiti sulle ali.

La startup sta inoltre collaborando con il braccio di innovazione AFWerx dell'Aeronautica Militare degli Stati Uniti per caratterizzare le prestazioni del suo dimostratore di motore integrato HPDM-250. Questo motore produce una potenza di picco di 250 kW con una densità di potenza fino a 15 kW/kg in configurazione direct-drive. L'obiettivo è testare in volo il motore, sostituendo uno dei propulsori di un aereo bimotore esistente, spiega Max Liben, cofondatore e chief technology officer di H3X.

Il primo prodotto di H3X, l'HPDM-30, utilizza la stessa tecnologia di base del motore dimostratore HPDM-250, ma ha un inverter diverso. L'azionamento del motore è progettato per essere scalabile fino a 120 kW e l'inverter a commutazione rapida al carburo di silicio copre l'intera gamma di potenza, spiega Liben. "Inizialmente avevamo previsto di non scendere sotto i 250 kW, ma la richiesta di un azionamento più piccolo da parte di vari settori è stata molto forte"

Nel motore di H3X, il nucleo magnetico è costituito da fogli di acciaio laminati che vengono stampati, impilati e incollati insieme per produrre il rotore e lo statore. "Otteniamo un fattore di impilamento elevato, superiore al 98%, il che significa che il nucleo finito è composto per il 98% da acciaio e per il 2% da adesivo", spiega.

La startup ottiene anche un elevato fattore di riempimento del rame e un'alta conduttività termica negli avvolgimenti del motore, consentendo alte densità di corrente che producono più forza. "Riempiamo le fessure con la massima quantità di rame possibile. La conducibilità termica all'interno del rame è da cinque a dieci volte migliore rispetto allo stato dell'arte", spiega Liben. "L'aria è un cattivo conduttore, quindi ne eliminiamo il più possibile e la sostituiamo con un buon conduttore. È un problema di materiali impegnativo" Il motore e l'inverter sono dotati di raffreddamento a liquido integrato.

Oltre all'HPDM-30, H3X ha in programma di sviluppare un motore da 200 kW per applicazioni aerospaziali e un progetto multisettoriale che sarà disponibile in configurazioni con due-12 segmenti che producono fino a 2,8 megawatt di potenza continua con una densità di potenza superiore a 12 kW/kg.

Nel design multisettoriale, il motore da 200 kW viene "srotolato" in un segmento ad arco che viene poi replicato: quattro segmenti produrranno 800 kW di potenza continua. Il progetto offre una notevole tolleranza ai guasti, afferma Liben. Ogni settore ha un inverter e un avvolgimento trifase indipendente. Dopo un singolo guasto all'inverter o all'avvolgimento, un motore a due settori continuerà a produrre metà potenza; un motore a 12 settori perderà solo un dodicesimo della sua potenza.

Man mano che il motore viene scalato, la sua velocità di uscita diminuisce. Un motore da 200 kW funzionerà a 20.000 giri/min e richiederà un riduttore. Un motore da 800 kW funzionerà a 5.000 giri al minuto senza riduttore. "I sistemi di classe megawatt per l'alimentazione degli aeromobili saranno probabilmente accoppiati direttamente al propulsore", afferma Liben, aggiungendo che gli azionamenti dei motori possono essere impilati insieme sullo stesso albero per produrre sistemi multimegawatt in grado di alimentare aerei commerciali a corridoio singolo.