Equipe do MIT desenvolvendo motor de 1MW para aviação elétrica

Uma equipe de engenheiros do MIT está desenvolvendo um motor de 1MW que pode ser um trampolim fundamental para a eletrificação de aeronaves maiores. A equipe projetou e testou os principais componentes do motor e mostrou, por meio de cálculos detalhados, que os componentes acoplados podem funcionar como um todo para gerar um megawatt de potência, com peso e tamanho competitivos com os pequenos motores aeronáuticos atuais.

O motor em projeto é um PMSM Halbach-array de 1 MW, refrigerado a ar, rotor externo. Os experimentos de mitigação de risco no nível do componente indicam que o desempenho da máquina protótipo corresponderá às especificações do projeto.

(Um rotor de matriz Halbach usa um arranjo específico de ímãs para aumentar a força do campo magnético em um lado enquanto reduz significativamente o campo magnético no outro lado. O arranjo mais comum é uma série de ímãs onde cada ímã é girado em um determinado ângulo em relação a seus ímãs vizinhos. Essa rotação dos ímãs cria uma distribuição de campo magnético não uniforme. O campo magnético concentrado em um lado fornece uma interação magnética mais forte e mais eficiente com o estator, o que pode levar a um melhor torque ou saída de energia. O campo magnético reduzido no lado oposto pode minimizar interações indesejadas com outros componentes ou objetos externos.)

A estimativa de perda do núcleo do estator foi validada por meio de medições experimentais em amostras toroidais e laminações do estator em tamanho real. O processo de colagem por laminação aumenta a perda do núcleo do material Fe-Co-V por um fator de 1,2.

Um padrão de enrolamento monofásico modular aumenta a robustez e a densidade de potência do sistema, permitindo acionamentos inversores monofásicos. O processo e o isolamento do enrolamento do estator foram demonstrados com sucesso por meio de uma maquete do enrolamento do estator.

Máquina elétrica de alta densidade de potência para propulsão turboelétrica. Perreault 2023. See More

A equipe apresentou um novo modelo para rotores Halbach array, oferecendo uma alternativa computacionalmente eficiente para FEA durante o processo de projeto. O rotor de matriz Halbach elimina a necessidade de ferro traseiro do rotor. Em vez disso, um aro de titânio leve é ​​usado para reter os ímãs permanentes. O modelo combina FEA e dados experimentais dentro de 5%. O modelo é simples, fácil de usar e fácil de adaptar a diferentes topologias de máquinas.

Especificações de Projeto de Máquina Elétrica

Para aplicações totalmente elétricas, a equipe prevê que o motor possa ser emparelhado com uma fonte de eletricidade, como uma bateria ou uma célula de combustível. O motor poderia então transformar a energia elétrica em trabalho mecânico para alimentar as hélices de um avião. A máquina elétrica também pode ser combinada com um motor a jato turbofan tradicional para funcionar como um sistema de propulsão híbrido, fornecendo propulsão elétrica durante certas fases do voo.

Não importa o que usamos como transportador de energia - baterias, hidrogênio, amônia ou combustível de aviação sustentável - independentemente de tudo isso, os motores da classe megawatt serão um facilitador essencial para a aviação ecológica.

Spakovszky e membros de sua equipe, juntamente com colaboradores da indústria, apresentarão seu trabalho por meio de um conjunto de cinco artigos em uma sessão especial do American Institute of Aeronautics and Astronautics – Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS) na conferência Aviation em junho.

A equipe do MIT é composta por professores, alunos e equipe de pesquisa do GTL e do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos e Eletrônicos do MIT: Henry Andersen Yuankang Chen, Zachary Cordero, David Cuadrado, Edward Greitzer, Charlotte Gump, James Kirtley, Jr., Jeffrey Lang , David Otten, David Perreault e Mohammad Qasim, junto com Marc Amato da Innova-Logic LLC. O projeto é patrocinado pela Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Conforme projetado, o motor elétrico do MIT e a eletrônica de potência têm aproximadamente o tamanho de uma mala despachada, pesando menos que um passageiro adulto.

Os principais componentes do motor são: um rotor de alta velocidade, revestido com uma matriz de ímãs com orientação variável de polaridade; um estator compacto de baixa perda que se encaixa dentro do rotor e contém uma intrincada matriz de enrolamentos de cobre; um trocador de calor avançado que mantém os componentes resfriados enquanto transmite o torque da máquina; e um sistema eletrônico de potência distribuído, feito de 30 placas de circuito personalizadas, que alteram com precisão as correntes que passam por cada um dos enrolamentos de cobre do estator, em alta frequência.