Fraunhofer entwickelt leichten leistungsstarken Elektromotor für Flugzeuge
Kleinere leichtere Antriebe sollen in der Luftfahrt für niedrigere CO₂-Ausstöße sorgen. Fraunhofer hat einen effizienten Elektromotor entwickelt.
Rendering des Elektromotors vom Fraunhofer IISB zeigt das Innere des Flugzeugmotors.
(Bild: Fraunhofer IISB)
Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) hat einen lediglich 94 kg schweren Elektromotor für den Einsatz von Hybrid-Elektro-Passagierflugzeugen im Regionalverkehr entwickelt, wie das IISB auf LinkedIn mitteilte. Der Elektromotor hat für sein geringes Gewicht eine vergleichsweise hohe Leistung von 750 kW.
Der Permanent-Magnet-Elektromotor des IISB erreicht durch sein geringes Gewicht von 94 kg und einer Leistung von 750 kW ein Leistungsgewicht von 8 kW/kg. Im Vergleich dazu erreichen moderne Flugzeugmotoren in der Luftfahrt ein Leistungsgewicht von nur 5 bis etwa 6 kW/kg. Durch das geringere Gewicht kann etwa in einem Hybrid-Elektro-Flugzeug der Treibstoffverbrauch gesenkt werden, sodass eine höhere Reichweite erzielt werden kann. Die Leistung von 750 kW ist etwa in den Bereich einer kleinen Turboprop-Maschine einzuordnen. Der Elektromotor ist damit in der Lage, ein kleines Flugzeug für den regionalen Passagierverkehr anzutreiben, soll dabei aber deutlich kleiner und leichter ausfallen.
Höhere Leistung durch Hairpin-“Wicklungs“-Technik
Bei dem Elektromotor verwendet das IISB Haarnadel-“Wicklungen“ statt herkömmlicher Wicklungstechnik. Dabei sind isolierte Kupferdrähte, die wie Haarnadeln aussehen, leicht versetzt in einen Stator eingepresst. Durch die Nutzung von 4 × 3 Phasenhaarnadelwicklungen kann mehr Kupfer auf einem kleineren Raum realisiert werden. Das ermöglicht eine Platzersparnis von rund 20 Prozent, zum anderen erzeugt der durch sie erzeugte Stromfluss ein stärkeres rotierendes Magnetfeld, das die elektrische Energie in mechanische umwandelt.
Die Ingenieure des IISB verwenden außerdem sehr dünnen 0,15 mm NO15-Stahl im Motor, der etwa nur halb so dick ist wie in herkömmlichen Elektromotoren verwendeter Stahl. Durch die geringere Dicke des Metalls entstehen im Motor geringere Wirbelströme. Dadurch fällt die durch sie verursachte Joulsche Wärme geringer aus, vermindert Stromwärmeverluste und erhöht damit die Effizienz des Elektromotors. Das macht sich besonders bei hohen Drehzahlen bemerkbar. Der Motor erreicht eine Spitzendrehzahl von 21.000 U/min.
Der Elektromotor ist in vier Sektionen aufgeteilt. Jede dieser Sektionen verfügt über eine eigene Wicklung, einen separaten Wechselrichter und ein eigenes Steuerungssystem. Fällt eine Sektion aus, läuft der Motor trotzdem weiter, sodass nicht das gesamte Triebwerk bei einem möglichen Schaden ausfällt und das Flugzeug notfalls weiterfliegen kann.
Der Motor verwendet eine Öl- statt einer Luftkühlung. Die Wärme wird so schneller abgeführt, sodass die hohe Leistung des Elektromotors trotz der kompakten Bauweise des Motors gesichert ist.
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Den Elektromotor hat das Fraunhofer IISB im Rahmen des EU-Projektes Innovative Demonstrator for hybrid-Electric Regional Application (AMBER) entwickelt. In dem Projekt soll ein Antrieb entwickelt werden, der von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle befeuert wird, die einen Elektromotor antreibt. Das System soll dann in einer propellergetriebenen Passagiermaschine für den regionalen Flugverkehr genutzt werden. Dabei können die Flugzeuge zusätzlich mit einem herkömmlichen kerosinbetriebenen Turboprop-Antrieb ausgestattet sein. So soll ein Antrieb für leichtere, leisere und sauberere Flugzeuge entstehen, um die CO₂-Emissionen in der Luftfahrt langfristig um mindestens 30 Prozent zu senken.
(olb)
