How H3X is revolutionizing electric aviation with HBK’s electric motor testing solutions

HBK’s electric motor testing solutions – team photo.

H3XがHBKの電動モータ試験ソリューションにより、電動航空分野に変革をもたらす方法

Louisville, USA

はじめに

HBKの電動モータ試験ソリューションシステムが、高精度な試験をより容易にし、意思決定に直結する実用的なデータを収集することで、H3Xの革新的な電動航空技術の“真の力”をどのように可視化しているかをご覧ください。

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高精度かつ実用的なデータを取得することで、H3Xの画期的な技術の真価を可視化するとともに、インバータ一体型の次世代・高性能電動モータの開発に向けた意思決定を支援します。

HBKのチームによる専門的なアドバイスとサポートに加え、eDriveとして知られる電力・トルク計測システムを中核に構成された、高精度・高い柔軟性・容易なセットアップを特長とする電動モータおよびドライブ試験ソリューションです。

H3Xのチームは、自社製品の性能と可能性をこれまで以上に深く、かつ正確に把握できるようになり、電動航空分野、さらにはその先の産業に変革をもたらすだけの技術力を有していることを示すために必要なデータへ、容易にアクセスできるようになりました。

H3X

H3Xは、航空、防衛、海洋、重工業用の30kWから30MWまでの、世界で最も出力密度の高い統合モータードライブ（IMD）を製造しています。

HBKについて：

詳細情報

電気飛行機の新時代は堅牢なテストを必要としています。

H3Xは航空業界の常識を塗り替え、世界最先端クラスの電動モータの開発に取り組んでいます。

その革新的な技術は、電動推進システム技術における「出力密度」という電動航空機の本格的な商業化を阻む主要課題の一つを克服し、持続可能な航空の実現を可能にするものとして期待されています。

これまで、市場に存在する最高水準のモータおよびインバータであっても、システム全体としての出力密度は3～4 kW/kgにとどまっていました。一方で、例えばボーイング737クラスの航空機では、少なくとも12 kW/kgを連続的に供給できる推進システムが必要であると試算されています。

H3Xの超高出力密度統合モータドライブは、電動モータ、インバータ、（場合によっては）ギアボックスを単一ユニットに統合したもので、eVTOLやドローンからリージョナル航空機、特殊産業用機器、高速フェリーまで、あらゆるものに最適な軽量ソリューションです。

重要な点として、H3Xのインバータ一体型モータドライブ「HPDM」ファミリーは、最大12 kW/kgの連続出力密度を実現しており、現行システムと比べて約3倍の性能を発揮します。さらに、商用電動航空機を信頼性高く駆動できるだけの高効率性とコンパクト性も兼ね備えています。

つまり、H3Xは業界における最も複雑な課題の一つを克服し、航空分野にとどまらず、海洋分野や重工業分野においても、大幅な脱炭素化を実現する新たな時代を切り拓く可能性を示したと言えます。

しかし、H3Xは、技術の幅広い普及を促進し、次なる製品開発フェーズに的確に反映させるためには、製品性能データをさらに深く分析・理解する必要があると認識していました。

製品の高度化と、大きな価値提案の実証

H3Xの製品は、業界最高水準とされるモータやインバータの性能をも凌駕し、より軽量でありながら、はるかに大きな出力を実現しています。

しかし、業界に変革をもたらそうとするのであれば、その主張を裏付ける確かな根拠を示すと同時に、製品を継続的に磨き上げ、改良し続けるための手段を確立することが不可欠です。さらに、H3Xは、自社製品が安全性・法規制への適合性を満たし、市場投入に耐えうることを確認するため、幅広い事前認証試験（プレ・サーティフィケーション試験）を実施する必要がありました。

だからこそ、高精度で意思決定に直結する電力試験データは、 H3Xの製品開発プロセスにおいて極めて重要な要素となっています。

H3Xのチームメンバーの多くは、University of Wisconsin–Madisonで共に研究していた当時から、 HBKのセンサを使用してきました。そのため、計測システムのアップグレードが必要になった際にも、H3Xのチームは、HBKのセンサであれば、求める高い精度と試験のしやすさを確実に提供できると確信していました。

H3Xの上級モータ設計エンジニアであるJames Swanke氏は次のように述べています。「 HBKが主張している精度のレベルにおいて、競合できる企業はそれほど多くないと思います。」

電動モータ試験ソリューションシステムにより、これまでになく容易に高精度な試験を実現

H3Xがサポートを求めて連絡してきたとき、当社はその企業が何を必要としているかを正確に理解していました。

当社はH3Xに対して、2形式の電力試験サポートを提供することから始めました:

Perception データ収集ソフトウェア

HBKのPerceptionソフトウェアは、大量のデータを迅速かつ信頼性高く処理できるよう設計されており、スピード感のある試験・開発を進めるH3Xにとって最適なソリューションです。

データ取得を一元化し、かつ同期されたプラットフォームを導入したことで、H3Xのチームはファームウェア上の不具合を特定できるようになり、高い信頼性を備えた効率レポートの作成を実現しました。その結果、最高水準の品質要件を満たす製品を、より確実かつ容易に提供できるようになっています。

また、同チームはエンド・オブ・ライン試験や効率マッピング試験におけるテストログ取得の多くを自動化しており、Perceptionはそのプロセスにスムーズかつ容易に統合できることが確認されています。

「これにより、試験エンジニアの負担や、データ取得に伴う作業負荷が大幅に軽減されます」と、James Swanke氏は述べています。

トルク測定

H3Xの高性能モータ「HPDM-250」「HPDM-30」「HPDM-1500」における最大連続熱定格トルクは、重要な差別化要素であり、そのため高精度かつ効率的なトルク計測は、研究開発（R&D）プロセスにおいて不可欠な要件となっています。

HBKのトルクセンサは、製品の完成度を高めるために必要な高精度データをH3Xに提供するとともに、仕様値の正確性を客観的に証明することを可能にしています。

これらの計測を実施するため、HBKのeDriveシステムは、H3Xのラボに設置されたダイナモメータと統合されました。このダイナモメータは、H3XのHPDMモータに直接接続され、データ取得用のGenesisメインフレームと連携して使用されます。

製品性能を、より深く、より多角的に可視化

HBKのeDrive計測システムにより、H3Xのチームは、研究開発および製品性能試験において、真に信頼できるデータへアクセスできるようになりました。

「自社製品について、より多くの知見が得られています」と、James Swanke氏は述べています。「また、高精度で信頼性の高いデータ取得が可能であることで、そうした知見をエンジニアリングプロセスへより容易にフィードバックできていると感じています」と述べています。

「私たちのモデルは非常に高度ですが、すべてを完全に捉えられるわけではありません。」

トルク試験やeDrive計測試験は、H3Xが製品開発プロセスの一環として実施している、幅広い試験群の中の一部にすぎません。また同チームは、HBKのセンサが、加速度計測や相電流測定から、システム効率および電力品質向上を目的としたDC電力消費の特性評価に至るまで、幅広い試験プロセスに活用できることを確認しています。H3Xのチームは、HBKのセンサについて、さまざまなニーズや用途に合わせてパラメータを容易に調整できることを実感しており、この高い柔軟性が試験全体の効率化と容易化に大きく貢献しています。

試験全体を通じて、H3Xのチームは、HBKのシステムがセットアップしやすく、直感的に操作できることを実感しており、HBKチームからのサポートも最小限で運用できています。しかしこのことは、彼らが全てのことを自分で行う必要があるということを意味しているわけではありません: 「不慣れな点に直面した場合でも、テクニカルサポートはメールや電話ですぐに連絡が取れますし、通常は1日以内に、目的を達成するために必要なサポートを提供してもらえます」と、James Swanke氏は述べています。

この迅速な対応と専門家によるサポートにより、試験と計測の過程はさらにスムーズになりました。

Whenever we run into things that we’re not familiar with, the tech support is just an email or a phone call away – and within a day they typically get us what we need in order to accomplish what we want.

James Swanke H3X’s Senior Motor Design Engineer

HBKの技術は、H3Xにおける試験・計測の中核を成す存在となり、各製品の性能について、より深く、より多角的で、かつ正確な理解をチームにもたらしています。

そして当社のセンサは、同社の将来においても機能し続けるでしょう。

スタートアップ企業として、H3Xは、自社技術の実力を実証することに注力していました。しかし現在、同社は新たな時代に突入しようとしています。

現在は事業の拡大と新製品の投入を目指しており、もちろん新製品の開発には試験の増加が伴い、小さな非効率を解消する必要性も高まります。

H3Xは、HBKがこの取り組みにおける長期的なパートナーであり、重要な役割を果たし続けることを期待しています。

サポートチームとの継続的なコミュニケーションのおかげで、H3Xは、HBKの製品開発パイプラインにおけるいくつかの注目すべき新技術をすでに把握しており、これによりプロセスのさらなる改善や、インバータ出力電圧のデータ取得時に発生するスイッチングノイズの低減が期待できると考えています。

また、James Swanke氏は、H3Xが既存のHBKシステムにおいても、新たな性能や可能性を引き出し続けるだろうと期待しています。「質問するたびに、にHBKの新機能を学んでいるようです。」と彼は述べています。「そのため今後は、システムの持つフル機能を活用することに注力し、長時間にわたる集中的な試験を行う際の効率をさらに高めていく予定です」と述べています。

HBKのPerceptionソフトウェアは、大量のデータを迅速かつ信頼性高く処理できるよう設計されており、スピード感のある試験・開発を進めるH3Xにとって最適なソリューションです。HBKのトルクセンサは、H3Xのチームが製品をさらに磨き上げ、仕様の正確性を証明するために必要な高精度データを提供します。

使用技術