Fraunhofer IISB phát triển động cơ điện 750 kW cho máy bay khu vực hybrid — đạt mật độ công suất 8 kW/kg nhờ công nghệ cuộn dây hairpin

Theo ChargedEVs, Viện Fraunhofer IISB (Đức) vừa công bố động cơ kéo nam châm vĩnh cửu (permanent-magnet traction motor) công suất 750 kW đạt mật độ công suất lên tới 8 kW/kg — một con số ấn tượng trong lĩnh vực hàng không điện khí hóa. Động cơ này được phát triển nhằm phục vụ hệ thống đẩy hybrid-điện dành cho máy bay chở khách khu vực, mở ra triển vọng giảm đáng kể lượng khí thải CO₂ trong ngành hàng không.

Thông số kỹ thuật nổi bật

Động cơ của Fraunhofer IISB sở hữu những thông số đáng chú ý:

• Công suất: 750 kW (ở nhiệt độ dầu làm mát 65°C)
• Tốc độ quay: 21.000 vòng/phút
• Mô-men xoắn: 350 Nm
• Trọng lượng: chỉ 94 kg
• Kích thước: đường kính 250 mm, chiều dài 600 mm

Với trọng lượng chưa đầy 100 kg nhưng cho ra công suất tương đương một động cơ máy bay cánh quạt cỡ nhỏ, động cơ này đặt ra tiêu chuẩn mới về tỷ lệ công suất trên trọng lượng trong phân khúc hàng không điện.

Công nghệ đột phá đằng sau hiệu suất vượt trội

Điểm mấu chốt giúp động cơ đạt mật độ công suất 8 kW/kg nằm ở sự kết hợp của ba công nghệ tiên tiến:

Thép kỹ thuật điện siêu mỏng NO15: Động cơ sử dụng lá thép điện dày chỉ 0,15 mm — mỏng hơn đáng kể so với tiêu chuẩn thông thường. Lớp thép siêu mỏng này giúp giảm tổn hao dòng xoáy (eddy current) và tổn hao xoay chiều (AC losses) ở tốc độ quay cao, nâng cao hiệu suất tổng thể.

Cuộn dây hairpin (hairpin winding): Động cơ áp dụng cấu hình cuộn dây hairpin 4×3 pha với bốn phân đoạn độc lập về điện, mỗi phân đoạn kết nối với một bộ nghịch lưu (inverter) riêng. Thiết kế này mang lại hai lợi thế quan trọng: mật độ dòng điện cao hơn trong các rãnh stator và khả năng tiếp xúc nhiệt vượt trội so với cuộn dây tròn truyền thống. Đặc biệt, cấu trúc bốn phân đoạn độc lập giúp tăng khả năng chịu lỗi — nếu một phân đoạn gặp sự cố, các phân đoạn còn lại vẫn hoạt động bình thường, tránh hiện tượng sự cố lan truyền.

Làm mát bằng phun dầu trực tiếp: Hệ thống phun dầu trực tiếp (direct oil-spray cooling) quản lý hiệu quả nhiệt lượng sinh ra, cho phép động cơ đạt công suất định mức ngay ở nhiệt độ dầu làm mát vừa phải.

Dự án AMBER — tham vọng hàng không xanh của châu Âu

Động cơ này được phát triển trong khuôn khổ Dự án AMBER, một sáng kiến thuộc chương trình Clean Aviation của Liên minh châu Âu. Mục tiêu của dự án là xây dựng hệ thống đẩy hybrid-điện công suất khoảng 2 MW sử dụng pin nhiên liệu hydro (hydrogen fuel cell) cho máy bay chở khách khu vực.

Kiến trúc hybrid song song (parallel hybrid) của dự án kết hợp động cơ điện/máy phát của Fraunhofer với động cơ cánh quạt Catalyst của Avio Aero, cùng sự tham gia của GE Aerospace. Liên danh đặt mục tiêu giảm ít nhất 30% lượng khí thải CO₂ so với máy bay khu vực thế hệ 2020 tại thời điểm đưa vào khai thác thương mại.

Ý nghĩa với thị trường Việt Nam

Dù công nghệ động cơ điện cho hàng không vẫn còn ở giai đoạn phát triển, những bước tiến như của Fraunhofer IISB có ý nghĩa gián tiếp nhưng quan trọng với Việt Nam. Ngành hàng không Việt Nam đang tăng trưởng mạnh mẽ với các đường bay khu vực ngắn — chính là phân khúc mà máy bay hybrid-điện nhắm tới.

Bên cạnh đó, công nghệ cuộn dây hairpin và vật liệu thép điện siêu mỏng không chỉ ứng dụng trong hàng không mà còn có tiềm năng cải thiện hiệu suất động cơ xe điện. Khi các hãng xe như VinFast tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển, những tiến bộ về vật liệu và thiết kế động cơ từ ngành hàng không hoàn toàn có thể được chuyển giao sang lĩnh vực ô tô điện, góp phần nâng cao hiệu suất và giảm trọng lượng cho các mẫu xe tương lai.

Với hạ tầng trạm sạc xe điện tại Việt Nam đang được mở rộng nhanh chóng, việc theo dõi các công nghệ tiên tiến từ châu Âu giúp cộng đồng xe điện Việt Nam nắm bắt xu hướng và chuẩn bị cho làn sóng điện khí hóa giao thông toàn diện trong tương lai gần.

Tổng kết

Động cơ 750 kW của Fraunhofer IISB đánh dấu bước tiến quan trọng trong cuộc đua điện khí hóa ngành hàng không. Với mật độ công suất 8 kW/kg, trọng lượng chỉ 94 kg và thiết kế chịu lỗi thông minh, đây là minh chứng cho thấy hàng không xanh không còn là viễn tưởng. Dự án AMBER với mục tiêu giảm 30% CO₂ hứa hẹn sẽ định hình lại ngành hàng không khu vực, đồng thời tạo hiệu ứng lan tỏa tích cực đến toàn bộ hệ sinh thái giao thông điện toàn cầu — bao gồm cả Việt Nam.

Nguồn: ChargedEVs