Motor elétrico de 94 kg produz 1000 cv e estabelece Novo recorde de densidade de potência

Desenvolvimento do Fraunhofer IISB no âmbito do programa Clean Aviation tem como alvo a aviação e sistemas híbridos com células de combustível a hidrogénio

Numa área em que cada quilograma conta - especialmente na aviação -, aumentar a potência sem aumentar o peso é quase meio caminho andado para mudar o jogo. É precisamente aqui que entra o novo motor elétrico do Instituto Fraunhofer de Sistemas e Tecnologias de Dispositivos Integrados (Fraunhofer IISB).

O protótipo consegue debitar 1000 cv com apenas 94 kg e num volume comparável ao de uma botija de gás de 12,5 kg. Em termos de densidade de potência, chega aos 8 kW por quilograma, bem acima do que se vê em motores típicos de veículos elétricos (2–4 kW/kg) e até superior aos motores aeronáuticos mais avançados (5–6 kW/kg).

Para atingir estes números, foi adotada uma arquitetura inovadora com quatro enrolamentos trifásicos do tipo hairpin - em vez de fio redondo flexível, os condutores são barras rígidas de cobre (barramentos) dobradas em forma de “gancho” (U). Esta abordagem permite colocar mais cobre no mesmo espaço, elevando a corrente e a potência, ao mesmo tempo que melhora a refrigeração e a robustez mecânica.

A refrigeração direta por pulverização de óleo remove calor de forma eficiente, permitindo ao motor trabalhar a potências mais elevadas sem sobreaquecer. E como a construção é muito compacta, torna-se particularmente atrativa para a aviação, onde espaço e massa são restrições críticas.

Para comparação, o Tesla Model S Plaid recorre a três motores para chegar a cerca de 1020 cv, enquanto este motor aproxima-se desse resultado praticamente sozinho.

Outra inovação relevante é o uso de aço NO15 com apenas 0,15 mm de espessura - aproximadamente metade do que é comum na maioria dos motores elétricos. A laminação mais fina reduz as correntes parasitas, baixa o aquecimento e aumenta a eficiência, sobretudo a rotações elevadas. Este novo motor consegue operar a cerca de 21 000 rpm.

O conjunto é composto por quatro secções independentes, cada uma com o seu próprio enrolamento, inversor e sistema de controlo. Isto acrescenta redundância e fiabilidade: se uma secção falhar, as restantes continuam a funcionar - uma característica especialmente importante em aplicações aeronáuticas.

O desenvolvimento foi feito no âmbito do projeto AMBER, integrado no programa europeu Clean Aviation, que procura criar sistemas híbridos elétricos com células de combustível a hidrogénio para aviões regionais. O objetivo é reduzir as emissões de dióxido de carbono na aviação em pelo menos 30% face aos níveis de 2020. No projeto participam também a Avio Aero, com o turboélice Catalyst, e a GE Aerospace, mas o Fraunhofer IISB desenvolveu o motor integralmente - do conceito à validação - de acordo com normas aeronáuticas.

Apesar de um motor de 94 kg com 1000 cv ser impressionante, a passagem de um protótipo de laboratório para equipamento aeronáutico certificado continua a ser um processo exigente. Além disso, mantém-se a questão de saber se as células de combustível a hidrogénio conseguirão garantir funcionamento fiável em rotas regionais.

Ainda assim, num setor onde a evolução costuma ser medida em décadas, este motor representa um avanço de engenharia muito significativo.