(Airbus SAS)
マサチューセッツ工科大学（MIT）が大型航空機の電動化に使える新しいモーターを開発し、革新的な電気推進技術で二酸化炭素排出量の大幅削減が可能となると発表した。
1メガワットのモーターは、主要部品の設計と試験を終えており、MIT研究チームは、発電量が現行の小型航空機用エンジンに匹敵するとした。航空業界では、毎年8億5千万トン以上の二酸化炭素排出が発生している。このまま放置すれば、今世紀半ばには3倍に膨れ上がる可能性があり、近年、国際線の二酸化炭素排出量に上限が設けられている。そのため、電化は航空業界の環境負荷低減に貢献する最も有効な手段と考えられてきました。
19世紀中頃から、電気機械は、モーターの動力源である銅コイルと磁気ローターの大きさで発電量が決まる大前提で動いてきました。また、発電量に比例し熱も発生するため、大型化すると冷却機構が必要になり、設置スペースが大きくなる。
民間旅客機など大型機の電動化にはメガワット級モーターが必要なため、現状では小型機のみでしか発電していない。
しかし、大きなエネルギーを生み出すのは容易ではなく、実現可能性を考えれば、電気エンジン部品とガスタービン推進を組み合わせたハイブリッドターボエレクトリックシステムが必要となる。
MITのプロジェクトリーダーで、同大学のT.ウィルソン教授（航空学）とガスタービン研究所（GTL）所長のゾルタン・スパコフスキーZoltan Spakovszkyのチームが構想するメガワット級モーターは「航空のグリーン化を実現する重要な要素」と呼ばれている。
電気モーターは、銅コイルで磁界を発生させ、磁界に磁石を近づけることで磁界と同じ方向に回転させ、扇風機や航空機のプロペラなど回転体に電力を供給し、電磁力を利用して運動を生み出している。
スパコフスキーのチームは、現在開発中のモーターをバッテリーや燃料電池の電力源と組み合わせ、航空機プロペラを駆動する機械的作業に使うことができると述べている。
また、従来のターボファン・ジェットエンジンと組み合わせ、飛行中に電力を発生させるハイブリッド・デザインも考えられる。
最終的に、環境目標を達成するため航空業界のグリーン化に必要なのは、ハイブリッド電気推進と「スマート」燃料システムを組み合わせたユニークかつ革新的な航空機デザインの開発で、先端素材を使った従来にない21世紀の航空機だとスパコフスキーのMITエンジニアチームは考えている。
MITのプレスリリースでスパコフスキーは、「これは、各コンポーネントを共最適化し、全体性能を最大化しながら互いに適合させる点で、難しいエンジニアリングです。この実現には、材料、製造、熱管理、構造、回転力学、パワーエレクトロニクスの境界を押し広げる必要があります」と述べている。
幸いにスパコフスキーチームは、極性の異なる磁石を配列した高速ローターで電気モーターを設計し、成人航空旅行者より軽く、スーツケースより小さい電気モーターを実現した。
また、熱交換器（ある領域や媒体から別の領域へ熱を移動させる装置）による冷却や、モーターの銅巻線に供給される高周波電流を管理する分散型パワーエレクトロニクスシステムも搭載した革新的な新しいモーターだ。
「回路基板30枚を高速スイッチングすることで、トルクを発生させながら連続回転させることができる」。
スパコフスキーによると、今回の発明は、「真に協調最適化された初の統合設計」で、将来的に、大型電気航空機の実現に貢献し、航空業界の環境保護で革命を告げる可能性があるという。
MITの研究チームは、今月末に開催されるElectric Aircraft Technologies Symposium (EATS)で、米国航空宇宙学会で研究成果を発表する。■
MICAH HANKS·JUNE 9, 2023
Micah Hanks is the Editor-in-Chief and Co-Founder of The Debrief. He can be reached by email at micah@thedebrief.org. Follow his work at micahhanks.com and on Twitter: @MicahHanks.
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