om det finns en stor sak som håller tillbaka en elektrisk revolution i flygvärlden är det energilagring. Men det finns massor av mycket kloka människor som slår bort på problemet med hur man ökar energitätheten hos batterier, och en annan växande fraktion som arbetar för att göra långväga, snabbbrännande vätgas-bränsleceller drivlinor standarden för framtida flygning.

hur som helst kommer det att hända under de kommande årtiondena, och ett nytt företag från Minneapolis vänder sin uppmärksamhet mot det andra kritiska elementet i framdrivningssystemet. H3X Technologies spricker ut ur porten med en integrerad elmotordesign som det står kan leverera samma hållbara kraft som några av de bästa motorerna på marknaden med en tredjedel eller mindre av den totala vikten.

vikt är naturligtvis en stor sak inom luftfarten-och det går dubbelt för elektriska flygplan. Varje pund som bärs skyward representerar ett pund mindre nyttolast du kan bära, en minskning av det intervall du får från ditt batteri eller vätetank, och i slutändan en förlust av pengar för ägaren.

med små till medelstora elektriska plan som börjar gå i kommersiell tjänst och den länge utlovade ökningen av eVTOL air taxi-segmentet för alltid precis runt hörnet ser H3X stora möjligheter framåt för en monsterviktsparare som sin hpdm-250-motor.

den första versionen kommer att väga 15 kg (33 lb) och göra 200 kW kontinuerlig effekt, med en topp på upp till 250 kW. Det är 13,3 kontinuerliga kilowatt per kilo, en extraordinär effekttäthet. Som jämförelse har Magnax axialflödesmotor som vi täckte 2018 15 kW/kg – men det är toppeffekt; dess kontinuerliga effekttäthet är mer som 7,5 kW / kg.

och det i sig är helt exceptionellt. Motorn som användes på världens första kommersiella elektriska flygplan förra året med Harbour Air var en Magnix Magni500-ja, det finns konkurrerande elmotorföretag som heter Magnix och Magnax – och den sakens effekttäthet är mer som 4,2 kW/kg.

dessutom har ingen av ovanstående motorer en inverterare inbyggd, så det finns lite extra vikt du måste bära – 12 kg (33 lb) när det gäller Magnix-drivsystemet. H3X-designen har sin inverter integrerad i sin sexkantiga prismakropp. motorns högsta effektivitet är vid 20 000 rpm, vilket är mycket snabbare än du skulle snurra en propeller, så H3X kan också passa den med en integrerad planetväxellåda med ett Reduktionsförhållande på 4:1, vilket medför en viktkostnad på bara tre extra kilo (6,6 lb). H3X grundare och VD Jason Sylvestre berättar att laget kunde ha utformat motorn för att snurra långsammare och eliminerat växellådan, men den totala effektiviteten och effekttätheten skulle ha lidit.

H3X

H3X hpdm-250s högsta kombinerade effektivitet mellan motor, växellåda och växelriktare i denna konfiguration-den som mest sannolikt kommer att användas ombord på ett elektriskt flygplan – är 92,9 procent. Det är ganska mycket bang på energieffektiviteten hos Magni500, bara med mycket högre uteffekt per viktenhet. Dess kontinuerliga effekttäthet med växellådan ombord är 11, 1 kW/kg, fortfarande väl fri från konkurrensen.

hur har detta Minneapolis startup team uppnått ett så anmärkningsvärt språng i effekttäthet? Sylvestre berättar att det är en kombination av faktorer som alla lägger till.

”Hpdm – 250 har utformats för att driva gränserna för prestanda samtidigt som systemmassan minimeras”, säger han. ”Det är produkten av patentsökt innovation inom flera områden och har den högsta integrationsnivån på marknaden. Detta inkluderar optimering av elektromagnetik, additiv tillverkning, avancerade material och högfrekvent sic-kraftelektronik.

” två innovationer är värda att lyfta fram-vi använder en enda synergistisk kylmantel för att samtidigt kyla både kraftelektronik och motor. Denna integration minskar systemmassa och volym. Tillsatstillverkade kopparstatorspolar används för att öka kopparfyllningsfaktorn och förbättra kontinuerlig strömtäthetskapacitet. Detta är en ny teknik som har potential att revolutionera motortillverkningsindustrin eftersom den erbjuder snabbare utveckling, bättre prestanda och större designflexibilitet.”

de 3D-tryckta kopparstatorspolarna tillåter inte bara H3X att passa mer koppar i ett mindre utrymme, de hjälper mycket med kylning, vilket gör att HPDM-250 kan springa närmare sin toppkraft utan att generera ohanterliga mängder värme. Och Sylvestre säger additiv tillverkning innebär att denna motor kommer att vara snabb att prototypa, iterera, skala till olika storlekar och effektnivåer och anpassa sig till kundernas krav.

H3X

Sylvestre berättar för oss att även om komponenterna är tätt packade i motordesignen, gör dess sex-cover skal för enkel åtkomst vid det sällsynta tillfället måste du öppna den.

ersätta en ungefär 50-kg (110-lb) motor med en 18-kg (40-lb) en kommer att leverera en god liten vikt utdelning på en enda prop plan, men fördelarna kommer att skala upp fler motorer din design använder. Sylvestre ser denna design som att erbjuda stora nyttolast, kostnads-och räckviddsfördelar till eVTOL air taxibilar som vanligtvis använder uppemot sex rekvisita. Men H3X har siktet inställt på större mål.

”under de kommande fem åren kommer vi att se dessa eVTOLs och små elektriska flygplan”, säger Sylvestre. ”Men runt 2030 börjar vi se elektrifiering av stora kommersiella flygplan. Det är verkligen vad du vill gå efter. Flygplan runt storleken på en Boeing 737 står för cirka 50 procent av alla växthusgasutsläpp inom flygplanssektorn. Ett flygplan som använder distribuerad framdrivning med flera 250 kW motorer, kanske 16 eller så, längs varje vinge. Du kan föreställa dig vikten av dem kommer att lägga upp, och det är där en motor som vår kan göra en enorm skillnad.”

som alltid kräver extraordinära påståenden extraordinära bevis, så vi ser fram emot att höra hur prototypen fungerar.

”Vi är i färd med att prototypa det just nu”, säger Sylvestre. ”Vi borde testa det med Q2 nästa år. När det gäller verksamheten vill vi få avsiktsförklaringar från potentiella kunder och samarbeta med tidiga investerare för att expandera H3X. vi har arbetat mycket i stealth mode.”

en att hålla ett öga på.