MIT-Ingenieure haben einen gebaut

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Ingenieuren am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es gelungen, einen Ein-Megawatt-Motor zu entwickeln, der ein entscheidender Schritt für die Herstellung großer Elektroflugzeuge der Zukunft ist. Das Team habe einzelne Komponenten des Motors getestet und berechnet, dass er eine Leistung von einem Megawatt erzeugen könne, heißt es in einer Pressemitteilung.

Da sich die Welt darauf konzentriert, ihre CO2-Emissionen bis 2050 auf „Netto-Null“ zu reduzieren, ist die Luftfahrt ein Sektor, der maximale Innovation benötigt, um dieses Ziel zu erreichen. Auch große Flugzeuge, die heute Passagiere und Fracht befördern, haben einen großen CO2-Fußabdruck. Allerdings sind die Lösungen zur Elektrifizierung der Luftfahrt noch klein und nicht in der Lage, große Triebwerke zu ersetzen.

Versuche, vollelektrische Flugzeuge zu bauen, sind normalerweise klein. Die Motoren, mit denen sie angetrieben werden, können jeweils nur wenige hundert Kilowatt Leistung erzeugen. Große Flugzeuge erfordern eine höhere Leistung der Motoren, daher machten sich MIT-Ingenieure daran, einen Ein-Megawatt-Elektromotor zu entwickeln.

Um die Schwierigkeit bei der Herstellung eines Megawatt-Elektromotors zu verstehen, muss man zunächst verstehen, wie ein Elektromotor funktioniert. Konventionell nutzen Elektromotoren elektrische Energie, um ein Magnetfeld zu erzeugen – typischerweise indem sie Strom durch Kupferspulen schicken.

Ein in der Nähe der Spulen angebrachter Magnet dreht sich in Richtung des erzeugten Magnetfeldes und treibt damit einen Lüfter oder einen Propeller an. Um mehr Leistung aus dem Motor zu erzeugen, müssen größere Kupferspulen verwendet werden. Allerdings erhöht sich dadurch auch die während des Prozesses erzeugte Wärme, was dazu führt, dass dem Aufbau Kühlelemente hinzugefügt werden müssen.

Iana Miroshnichenko/iStock

Alle diese Komponenten erhöhen das Gewicht des Motors und erschweren den Einsatz für Luftanwendungen.

Der von MIT-Ingenieuren entworfene Motor besteht aus einem Hochgeschwindigkeitsrotor, der mit Magneten unterschiedlicher Polaritätsausrichtung ausgekleidet ist, und einem kompakten, verlustarmen Stator, der in den Rotor passt, im Inneren jedoch mit einer komplizierten Anordnung von Kupferwicklungen gefüllt ist. Das Team erstellte außerdem ein verteiltes Leistungselektroniksystem mit 30 speziell angefertigten Leiterplatten, die die Ströme durch die Kupferwicklungen bei hohen Frequenzen präzise ändern.

Die Leiterplatten sind eng mit der Maschine gekoppelt, um Übertragungsverluste zu minimieren, und ein integrierter Wärmetauscher sorgt für Luftkühlung, wenn die Komponenten im Einsatz sind. Die Forscher haben diese Komponenten zunächst einzeln getestet und festgestellt, dass das Systemdesign eine Leistung von einem Megawatt erzeugen kann.

Später in diesem Jahr werden die Komponenten zusammengebaut und mit dem Testen des Motors als Ganzes begonnen. Die Forscher sind zuversichtlich, dass der Motor in der Lage sein wird, ein Regionalflugzeug anzutreiben, und dass in zukünftigen Flugzeugkonstruktionskonfigurationen mehrere Motoren entlang der Tragfläche angebracht sein könnten.

Der Motor kann von einer Batterie oder einer Brennstoffzelle angetrieben werden oder mit Strahltriebwerken kombiniert werden, um Hybridantriebssysteme zu ermöglichen. „Ganz gleich, was wir als Energieträger verwenden – Batterien, Wasserstoff, Ammoniak oder nachhaltiger Flugtreibstoff – unabhängig davon werden Motoren der Megawattklasse ein Schlüsselfaktor für die Ökologisierung der Luftfahrt sein“, sagte Zoltan Spakovszky, Projektleiter am MIT. in einer Pressemitteilung.