该原型电机集成了绕组、冷却、材料和冗余设计。图片来源:Charged Electric Vehicle Magazine

德国Fraunhofer集成系统与器件技术研究所近日推出一款小型轻量化电机原型,单电机输出接近1000马力,为航空电动化领域提供了新的性能参考。

据TechRadar 16日报道,这款原型电机重量约94公斤,输出接近1000马力,约合746kW,输出密度达到8kW/kg。作为对比,普通电动车电机的输出密度通常为2至4kW/kg,高性能航空电机一般在5至6kW/kg左右。

在紧凑尺寸下实现高功率输出,是这款电机的一大特点。报道称,其体积约相当于一个12.5公斤的气瓶。以Tesla Model S Plaid为例,要实现约1020马力输出通常需要3台电机,而这款装置仅凭单电机就可达到相近水平。

从技术路径看,性能提升主要来自绕组结构和冷却方案的优化。研究团队以4×3相发卡绕组取代传统铜线绕组,使相同空间内可布置更多铜材,从而提升电流承载能力和功率输出,同时增强机械强度并改善散热表现。

冷却方面,该电机放弃传统风冷方案,改用油液直接喷射冷却,以更快带走热量,并在高功率工况下保持稳定运行。Fraunhofer指出,在对空间和重量极为敏感的航空应用场景中,这类设计尤为关键。

材料方面,这款电机采用厚度仅0.15毫米的NO15硅钢片,厚度约为普通电机常用材料的一半,有助于降低涡流损耗,减少高速旋转时产生的热量并提升整体效率。该电机转速最高可达约2.1万转/分钟。

在安全性方面,该电机还针对航空应用加入了冗余设计。整机由4个独立分区组成,每个分区均配备各自的绕组、逆变器和控制系统。即使其中一个分区发生故障,其余3个分区仍可继续运行,以满足航空安全标准对冗余的要求。

此次研发属于欧盟“清洁航空”计划下的Amber项目。该项目旨在通过氢燃料电池混合电推进系统,将支线飞机的碳排放至少降低30%。这款电机未来将与Avio Aero的Catalyst涡桨发动机结合使用,GE Aerospace也参与了相关联合体。

不过,从原型走向商业化仍面临挑战。报道指出,实验室验证样机与完成实际航空认证的硬件之间,仍存在明显技术鸿沟;与此同时,氢燃料电池能否在支线航线场景下实现稳定供电,目前也仍处于验证阶段。

尽管如此,业内普遍将其视为航空电动化的重要进展。高功率、轻量化、散热能力与安全冗余被集成到同一套系统中,意味着下一代航空推进技术正从实验室研发,逐步走向更接近实际应用的阶段。

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