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

Разработка Fraunhofer IISB в рамках программы Clean Aviation нацелена на авиацию и гибридные системы с водородными топливными элементами

Num setor em que cada quilograma conta - como a aviação - a diferença entre “bom” e “revolucionário” mede-se muitas vezes na densidade de potência. É precisamente aí que entra o novo motor elétrico do Instituto Fraunhofer de Sistemas e Tecnologias de Dispositivos Integrados (Fraunhofer IISB): entrega 1000 cv com apenas 94 kg e dimensões comparáveis às de uma botija de gás de 12,5 kg. O resultado é uma densidade de potência de 8 kW/kg, muito acima do que se vê em motores típicos para automóveis elétricos (2–4 kW/kg) e até superior a motores aeronáuticos avançados (5–6 kW/kg).

Para atingir estes números, a equipa recorreu a uma arquitetura inovadora com quatro enrolamentos trifásicos do tipo hairpin - em vez de fio redondo flexível, usam-se barras rígidas de cobre dobradas em “gancho” (em U). Assim, cabe mais cobre no mesmo volume, o que permite maior corrente e potência, além de melhorar a refrigeração e a robustez mecânica.

A refrigeração direta por pulverização de óleo remove o calor de forma eficiente, permitindo operar a níveis de potência mais elevados sem sobreaquecimento. A construção compacta torna-o particularmente indicado para a aviação, onde espaço e massa são fatores críticos.

Para comparação, o Tesla Model S Plaid recorre a três motores para atingir cerca de 1020 cv, enquanto este motor chega a um resultado quase equivalente sozinho.

Outra inovação relevante é a utilização de aço NO15 com apenas 0,15 mm de espessura, aproximadamente metade do que é comum na maioria dos motores elétricos. O material mais fino reduz as correntes parasitas, diminuindo o aquecimento e melhorando a eficiência, sobretudo a altas rotações. Este novo motor consegue trabalhar a cerca de 21 000 rpm.

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

O desenvolvimento decorreu no âmbito do projeto AMBER, integrado no programa Clean Aviation da União Europeia, que procura criar sistemas elétricos híbridos com células de combustível a hidrogénio para aviões regionais. A meta do projeto é reduzir as emissões de dióxido de carbono na aviação em pelo menos 30% face aos níveis de 2020. Participam também a Avio Aero, com o motor turbo-hélice Catalyst, e a GE Aerospace, mas o Fraunhofer IISB desenvolveu integralmente o motor, do conceito à validação, em conformidade com normas aeronáuticas.

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

Ainda assim, numa indústria em que a evolução costuma ser medida em décadas, este motor representa um avanço de engenharia muito significativo.