碳化硅电机驱动装置助力混合动力飞机实现新突破
2025-11-18 15:45
来源: 阿肯色大学
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一架用于岛屿间空中出租的混合动力塞斯纳337飞机,在南加州跑道滑行后成功升空。该飞机机头是传统汽油发动机,机尾电动机则配备了UA动力集团设计的实验性碳化硅逆变器(电机驱动器)。2023年试飞结果显示,更小更高效的碳化硅电机驱动系统可取代传统硅基系统,相关成果发表于IEEE电力电子学报。

晶体管作为电路基础,多数由硅制成,开关时会损失能量转化为热量。而碳化硅晶体管开关速度比硅晶体管快1000倍,能提高效率,让电感器等元件尺寸缩小、重量减轻。正如论文第一作者克里斯·法内尔所说:“想象一辆赛车发动机重达数百磅,若有个能握在手里却有同样动力的东西,感受会如何?”UA Power Group是碳化硅研究应用领域的佼佼者。

不过,碳化硅曾因成本较高限制了应用。但如今其生产成本持续下降,且配套元件小使整个系统成本降低,未来有望应用于汽车领域。目前碳化硅生产技术尚不成熟,无法经济高效生产纳米级器件。今年秋季,亚利桑那大学电力集团将启用多用户碳化硅研究与制造实验室,推进相关技术研究,搭建大学与半导体制造商的桥梁。

在飞机项目里,UA动力集团研发的碳化硅逆变器优势明显,对小型飞机而言,小型化可节省空间,重量轻能减少能耗。飞机电气系统面临诸多挑战,如需承受振动冲击、高海拔干燥空气加剧局部放电、碳化硅高开关速度产生电磁干扰等。塞斯纳337成功试飞证明团队克服了这些难题。亚利桑那大学电力研究小组认为实地测试有益,学生们也借此获得宝贵经验。

更多信息: Chris Farnell 等人,《用于混合动力航空航天应用的碳化硅推进驱动器的开发、集成和飞行测试》,IEEE 电力电子学报(2025)。

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