三兄弟开发航空电机
开发航空电机的团队有很多，H3X之所以能够成长起来，一重要的原因就是对开发专业产品的敬畏。
H3X正在应对在高温下最大限度地提高连续功率输出的挑战。商用航空是世界上增长最快的污染源之一，约占全球温室气体排放量的2%和碳排放量的2.5%。预计到2050年，水平将达到20%左右。随着航空公司在高海拔地区排放二氧化碳、氮氧化物和飞机尾迹，它们对全球变暖的影响比简单的指标所表明的更复杂，也可能更严重。
因此，航空业的可持续性对于保持地球的宜居性以及人类在海洋和大陆之间的联系至关重要。然而，所谓的可持续航空燃料（SAFs）仍然比煤油贵很多倍，生产它们通常取决于将土地用途从粮食生产中转移出来，或者通过砍伐森林获得新的农田，燃烧它们仍可能释放氮氧化物、尾迹和其他污染物。
对许多人来说，电动飞机提供了一种更可行的可持续飞行方式，重点是更轻的电池，以适应飞机重量并实现零排放飞行。然而，由于电池创新可能需要几十年的时间才能实现规模化和认证，许多化学“突破”在上个世纪都失败了。
在电动汽车（EV）的下游，减少推进系统重量为机载能量存储腾出额外空间的潜力尚未得到充分利用，可以在不需要电池或燃料电池新进展的情况下大大增加飞机航程。
今天的完整电推进装置（EPU）——包括电机、逆变器、变速箱和所有相关外壳——通常具有约3 kW/kg的累积热连续功率密度。
但美国能源部高级研究计划局（ARPA-E）已经确定，功率至少为12千瓦/千克、功率效率为93%的动力总成可以使单通道、150至200名乘客的商用飞机（如波音737）在当今的电池和氢燃料电池系统上实现全电动飞行。由于此类飞机的温室气体排放量几乎占所有航空相关温室气体排放的一半，并且将在未来乘客里程方面产生最大的全球增长，因此脱碳将对任何飞机型号的能源和排放产生最大的影响。
H3X最小的电动机是HPDM-30，重量为4.1公斤，输出功率为33千瓦
尽管ARPA-E在2019年底宣布这些目标超出了最先进技术的能力，但总部位于科罗拉多州的H3X已经开发和设计了一系列集成电机驱动器，这些驱动器以ARPA-E公布的电气化航空标准为目标——目前达到约9.5千瓦/千克，预计明年将进一步提高到12千瓦/千克。
H3X基于内部物理的建模表明，在某些情况下，其电机的高功率密度可以通过释放大量质量用于添加电池或油箱，使电动窄体飞机的航程增加一倍以上。H3X创建了三个产品平台来满足不同的功率要求，每个平台都由一个电机和逆变器以及一个适用于扭矩输出的变速箱组成。
按尺寸顺序，这些是：HPDM-30，重4.1公斤，输出 33kW连续功率；HPDM-250，重18.7公斤（H3X正在努力将其减少到16.6公斤），连续产生高达200千瓦；以及仍在开发中的HPDM-1500，预计重130公斤，连续发电1.5兆瓦。HPDM-1500可以堆叠——在一个共用的轴上最多可以堆叠六个单元——以构建一个9兆瓦的系统，重量为780公斤。
虽然这是H3X目前专注于商业化的三个电机平台，但其开发的可扩展核心技术可用于创建针对航空、海洋、工业和国防应用优化的解决方案。
HPDM-250可产生高达200千瓦的连续功率，目前重量为18.7公斤，尽管H3X有一个将其降至16.6公斤的开发路线图
H3X由首席执行官Jason Sylvestre、首席技术官Max Liben和总裁Eric Maciolek创立，他们通过Formula SAE在威斯康星大学麦迪逊分校（UW Madison）相识，在那里他们设计、开发和制造一辆小型赛车，与世界各地的其他大学参加年度比赛。在第二年，Liben和Sylvestre在威斯康星大学麦迪逊分校成立了电动赛车队。
他们了解到，并非所有商用高压动力总成子系统都是同等的——自己拥有的逆变器是按比例放大的业余ESC，基本上没有保护电路，也没有主动监测；这些会左右爆炸。
因此，在2018年他们决定建造自己的电机、逆变器和轮内行星齿轮箱，以及每个团队每年必须制造的电池组，在不到一年的时间里从头开始，以获得2018赛季的参赛资格。在一次设计竞赛中获得了第四名和第一名。
毕业后，Sylvestre成功创办了自己的电力电子咨询公司，并亲自参与碳化硅（SiC）逆变器设计。Maciolek从事兆瓦级电动和混合动力系统的研究，而Liben则成为特斯拉的动力总成架构和仿真工程师。
不久，这三位朋友听说了ARPA-E的ASCEND计划，该计划旨在鼓励工业界和学术界开发用于电动航空的高功率集成电机驱动器，其中包含上述商用飞机电气化的动力总成要求。尽管H3X尚未成立，但这三个人对自己的技能和经验充满信心，能够开发出满足这些要求的解决方案。
到2020年底，他们将H3X合并为一家公司，并被创业加速器Y-Combinator接纳，通过该加速器获得了大量的学习资源，并筹集了400万美元，开始开发第一个原型，该原型于2021年12月完成。
H3X总部位于科罗拉多州丹佛市，此后一直专注于证明其核心技术并加强内部制造。高度垂直整合使其能够快速发展。Liben估计，自2021年12月以来，H3X平均每月生产一辆新原型产品（迄今为止为26个），以测试和验证适航性和特定功率的新改进。
HPDM-1500由转子和定子的八个独立扇区组成；人们可能会认为这是八个HPDM-250展开并连接成一个圆圈
H3X的所有产品都是集成电机驱动器，包括永磁同步电机、SiC逆变器，在某些情况下还包括行星齿轮箱。这些协同优化的系统被打包在一起，共享一个由H3X称之为“协同冷却”的增材制造结构外壳。
产品采用主动液冷，冷却剂通道形成在外壳的壁内。与使用COTS冷却板相比，为电机和逆变器提供共同的安装点和冷却通道可以节省设计中的大量复杂性和质量。
值得注意的是，HPDM-30的电磁横截面在设计上与HPDM-250相同，除了更短的堆叠长度，他们在外壳内的直径是相同的。它们的外壳分别为130毫米和225毫米宽。HPDM-250也更宽，因为其逆变器围绕电机径向构造（HPDM-30逆变器轴向封装在电机后面）。两台电机均设计有12个定子绕组槽和10个转子磁极（12s10p）。
一个共用轴上最多可以安装六个HPDM-1500，这将产生一个9兆瓦的电机
12s10p方法的一个关键好处是定子的三相彼此磁解耦。这提供了非常正弦的线电压和电流，因此即使在极高的磁饱和度下，也能实现非常精细的电机控制和低转矩脉动。
还使用了端匝非常短的集中绕组，比典型的全间距绕组短得多。结合12s10p，得到了超过93%的绕组系数[定子设计有效性的衡量标准和扭矩密度的指标，根据绕组的分布系数、极系数和偏斜系数计算得出]，端部绕组损耗非常低。
较大的HPDM-1500是一台具有八个驱动扇区的多扇区电机，每个扇区本质上相当于一个HPDM-250。为了解释缩放是如何工作的，H3X建议首先想象HPDM-250的圆形2D横截面，并将其展开成一条线，从而创建一个线性电机。如果将其复制粘贴八次，则会创建一个长8倍的线性电机。最后，如果取这条线并将其回滚到一个更大的圆中，则每个扇区的几何形状保持大致恒定，因此H3X可以为HPDM-1500中的每个驱动扇区使用HPDM-250的逆变器和电磁设计。
卷绕方法也可以用来制造更常见的12s8p电机，但除了振动和声学噪声外，其他方面的性能都会较弱。H3X已经设计了电机外壳，以尽可能地抑制噪音。在某种程度上，12s10p的电机总是比12s8p的电机噪音更大，但当驾驶螺旋桨或从发动机发电时，通常听不到电机在螺旋桨或发动机上的声音。在铁鸟和集成整机测试中多次观察到，整机侧通常会有噪音隔离器，以进一步防止传导的噪音传播给乘客。
在HPDM-1500中，八个驱动扇区中的每一个都与其他扇区进行了热、机械、电气和磁性隔离，这意味着任何故障都很少在它们之间传播，并且可以在不显著影响操作的情况下关闭故障部分。由于相间存在磁耦合，12s8p基线电机绕组（或任何传统的分布式或全螺距绕组）不可能实现这种故障转移缓解。
尽管12s10p电动马达的噪音比12s8p电动马达大，但铁鸟测试证实，在螺旋桨的声音中通常听不到电动马达的声音
1.5兆瓦的HPDM-1500是未来3兆瓦的基础，通过在一个共同的转子轴上堆叠多个-1500，可以实现9兆瓦的动力总成。从脱碳的角度来看，可以产生的影响与每个应用可以安装多少电力直接相关，因此H3X非常希望为海洋、工业和国防市场开发越来越大的系统，长期重点是随着混合动力和全电动飞机市场的增长。
HPDM-1500和更大的多扇区电机不使用变速箱，因为轴速与扇区数量成反比。因此，HPDM-250的轴速为20000rpm，而HPDM-1500的轴速则为2500rpm。这是因为转子尖端速度在平台上保持不变，因此随着转子直径的增加，转速会降低。扭矩随着扇区数量的平方而增加；因此，对于最大的电机来说，变速箱是不必要的，可以直接驱动螺旋桨。
在所有的电机上使用类似的磁极和绕组设计，加上类似的逆变器拓扑结构，类似的热管理——这一切都是如何创建模块化和可扩展的核心技术平台的关键，该平台构成了越来越大但功率密度同样高的电动动力系统的构建块。
在电机中常见的各种子系统级创新中，H3X选择讨论的第一个是其高压定子绕组绝缘，这是在高温下最大限度地提高连续功率输出的关键解决方案，认为这是电动动力总成性能的最大瓶颈。
H3X发明的解决方案是一种专有的复合材料，结合了多种现有的陶瓷和聚合物基绝缘材料，其确切配方受到严格保护。
传统的电动汽车制造商经常通过运行与定子绕组接触的主动和直接冷却介质来避开热瓶颈。这涉及用油淹没定子或设计槽内冷却通道，使水-乙二醇能够直接在导体附近运行。每种策略都要求在定子中为不导电的组件留出大量空间。
仅仅以更高的流速泵送冷却剂并不能解决这个问题，因为由于高压绝缘，从冷却剂到绕组热点的温度上升在总温度上升中所占的比例要比冷却液和外壳之间的对流热传递所占的比例大得多。
从液体到外壳的温度可能会上升10摄氏度，而由于绕组绝缘，可能会产生数百摄氏度的温差。 这就是为什么H3X开发了最导热的定子绕组，最大限度地减少了热瓶颈，并在定子中为铜导体创造了更多空间。结果是体绕组导热系数为8.7 W/m-K，热连续电流密度为47 a/mm2，管道得到了进一步的改进。作为参考，H3X在1.5 W/m-K和25 A/mm2的功率下，与当前最先进的高性能电机进行了比较。
陶瓷对非金属材料具有出色的导热性，同时仍然具有很强的电绝缘性。它们不太具有聚合物的电绝缘性能，但它们在导热性方面确实处于领先地位。H3X已经将几种不同类型的陶瓷和聚合物以许多不同的形状融入绝缘系统中。虽然没有使用任何激进的材料，但这仍然是一种与看到的其他材料截然不同的绝缘方法。
此外，定子被完全封装以防止局部放电。这是指绕组绝缘中的小空隙发生轻微电弧，这会导致绕组随时间退化。这是H3X在开发隔热材料时跟踪的一个重要质量，因为这是飞行的安全关键考虑因素。
总体而言，H3X绝缘材料的高导热性意味着绕组的热量可以通过外壳水平的液体冷却套有效地消散，而不会有任何冷却剂进入定子。除了高导热性外，H3X电机中的绕组还可以在高达265℃的温度下安全连续运行。
这种高温性能主要来自对聚合物的精心选择，因为一旦达到某些临界温度，所有聚合物的分子链都会分解并开始碳化。聚合物总是会限制温度能力，所以H3X没有使用任何传统的聚合物或密封剂。H3X研究了从汽车到航空航天，包括外太空的各个行业，研究了与电动汽车热管理无关的应用。
绕组绝缘已在H3X的真空室中进行了测试，以模拟不同空气密度和高度下的性能，包括将绕组运行到其最大连续工作温度，并进行浪涌测试以产生高达2600 V的电压波阵面。H3X报告称，在绕组的正常工作范围内，迄今为止，在任何高度、所有温度和电压下，绕组都没有发生局部放电。
H3X仍在进行耐热性测试，尽可能多地循环和老化绝缘材料，以全面了解其在各种可能的情况下随时间的变化情况，但H3X已经对其与传统材料的性能有了很好的了解。
H3X专有的制造工艺还旨在达到非常高的槽填充系数——如果只计算铜导体，约为70%——而最先进的约为50%，这对卓越的电流密度做出了巨大贡献。绕组或定子槽的横截面中没有死角。要么是铜，要么是绝缘材料，安装在非常谨慎的厚度上，以实现局部放电性能。
任何定子的开发和生产都始于叠片的选择。H3X在其定子中选择了0.1毫米的钴铁叠片，但发现从几个供应商那里购买完全制造的钴铁堆叠通常会导致一些问题。
定子叠片堆的一个关键指标是，它能按照非常严格的公差规格制造得有多精确；叠片错位会消耗宝贵的绕组空间，并为热量传递创造更麻烦的表面。严格的公差对于保持定子和转子之间的小气隙非常重要。
机械堆叠系数是另一个关键指标——堆叠中有多少是金属，有多少是粘合剂？在一些堆叠中有1000多个叠片，粘合剂除了将堆叠固定在一起外没有任何作用。这对组装定子绕组很重要，但在最终应用中，性能并不重要。
这些指标因H3X之前的供应商而异，堆叠系数从87%到96%不等，H3X认为这还不够。较高的堆叠系数通常会导致金属板的公差较差。在极少数情况下，定子会以优异的堆叠系数和公差到达，但最终粘合力较弱。
为了以高堆叠系数将100微米厚的层压材料粘在一起，H3X需要一种粘合剂，可以在每个层压材料之间设置一到两微米的厚度，但在高温下仍能提供很强的粘附力。
事实上，典型的高温层压粘合剂通常无法承受超过200摄氏度，可能是220摄氏度，H3X目标是在265摄氏度的热点下运行定子绕组。这对转子及其磁体粘合来说更糟糕，但无论如何，H3X开发了一种特定的专有材料配方，可以通过直接的供应链获得，可以在比平时高得多的温度下保持粘附力，就像绕组绝缘一样。
同时，H3X开发了自己的夹具，用于堆叠外部提供的单个叠片，其公差比大多数供应商更严格。结合其内部粘合剂，H3X声称具有98%的堆叠系数，以及在300℃下的连续性能，而不会出现任何粘合性能下降。
HPDM-30和-250中的变速箱是一个周转（或行星）齿轮系统，用油密封以进行润滑和冷却
H3X计划扩大HPDM-30和-250的生产，并在2024年底前向客户交付-1500的测试版本
对于其转子，H3X在其工厂接收0.1毫米的层压铁片（钴或硅铁，具体取决于应用）以及层压和分段永磁体。然后堆叠，通过堆叠的中间安装轴，并将磁铁插入组件中，所有这些都使用其专有的粘合剂进行粘合。最后，一些外径研磨和平衡是由第三方进行的，尽管H3X计划将这些工艺带到内部。
对转子进行旋转测试，以验证其在室温和300℃温度室中的性能。H3X的转子没有主动冷却；它必须通过气隙将热量排入定子或通过轴承排出。这意味着转子可能会比265摄氏度更热，有时甚至高达300摄氏度，因为它在定子内运行，离外壳及其冷却套更远。
虽然磁体和叠片可以毫无问题地耐受300℃，但聚合物粘合剂施加了温度限制。 从结构上讲，转子主要取决于金属层压几何形状，其次取决于粘合剂，以防止破裂。 传统的航空航天电机在转子周围包裹一个碳纤维套筒，将转子部件压缩在一起，这对表面永磁体（SPM）架构特别有用。
因此，聚合物粘合剂是转子在热极限下性能的关键。 它在最终部件的结构中没有起到很大的作用，因为从机械上讲，叠片本身提供了更大的结构强度，但由于工作温度过高，粘合剂的分解仍然是不可接受的。
为了制造一种即使在极端高温下也能高效运行的电机（不需要直接转子冷却），钐钴磁体被认为是最佳选择。 在180℃左右，钐钴比钕能提供更高的气隙磁通密度。 它很贵，但由于定子电流 很高，功率或扭矩相对于磁体质量[或磁体利用率]非常好，所以不需要大量的磁性材料来产生12千瓦/千克的比功率。
此外，内部永磁体（IPM）结构实现了比带套筒的SPM转子更高的气隙磁通密度。典型的套筒作用类似于空气，在定子和转子之间产生距离，降低磁通密度，磁通密度可以穿过气隙产生电动势和扭矩。
H3X没有严格按照功率密度选择IPM路线。 使用带套筒的SPM转子并更快地旋转转子将获得更多的功率输出，这可能适合未来的涡轮发电机或涡轮增压器应用，但这对于兆瓦级的主推进或主发电来说并不是最佳选择。
选择IPM布置是为了牺牲显著的速度能力来获得扭矩。 如果电机必须驱动螺旋桨，如果被迫以接近音速的速度运行，螺旋桨的叶尖速度将迅速失去效率，如果运行得太快，转子也会同样失去效率。
变速箱可以帮助克服这些限制（HPDM-250中集成了一个）。 H3X已经确定，为了最大限度地提高以数十甚至几百千瓦运行的电动动力系统功率密度，高速运行电机并使用变速箱将速度转换为扭矩是有意义的。 同时，MW级动力总成可以在足够低的轴速和足够高的输出扭矩下运行，以实现直接驱动操作。
在较低功率下进行齿轮减速的必要性源于保持电机的合理纵横比，以尽量减少端部泄漏对气隙磁通密度的影响，同时避免因转子长径比非常大或非常小而导致的模态问题。
320千瓦是一个大致的临界点，超过这个临界点，变速箱就开始变得不必要，并且相对于速度来说，增加输出扭矩是令人望而却步。 直接驱动的机械简单性也被视为一个显著的优势，特别是对于高可靠性的MW级应用。
HPDM-250的外壳由内部和外部组成（而在HPDM-30中，内部形成了整个外壳）。内部是一个近似圆柱形的部件，由铝合金打印而成，重量轻，传热高。它具有一个用于容纳定子和转子的圆形孔，以及大量的液体冷却剂通道。在HPDM-250中，一系列平坦表面围绕内壳的最外部分径向排列，逆变器功率电子设备安装在其上。在HPDM-30中，逆变器功率电子器件轴向布置在内部后部。
在-30中，逆变器被封闭在外壳内，但在-250中，外壳是保护逆变器板所必需的，因为它们位于冷却通道和结构内壳的外部，因此外壳由弯曲的金属板制成，然后密封，它既能起到EMI（电磁干扰）的遏制作用，又能为内部的电子设备提供一般的环境保护。
H3X使用直接金属激光烧结（DMLS）来制造内部外壳结构。增材制造在过去几年中已经取得了长足的进步，可以在每台打印机上同时打印多个零件，而且成本或时间不再过高，但H3X正在评估当达到足够大的产量时，改用铸造内部部分。
虽然其他增材制造技术可用，但DMLS被认为是技术上最成熟的，特别是对于铝合金，并且这些打印机的大幅面使组件的批量生产成为可能。
对于热管理，水-乙二醇液体冷却剂通常流过在定子和功率转换器模块之间的内壳半径内螺旋形地旋转几圈通道。 冷液体进入动力总成的一侧，在从定子和逆变器收集热量时温度升高，然后通过另一侧的端口。
在HPDM-250中，冷却液然后流过变速箱壳体，从变速箱油中吸收热量。 对于混合动力应用，燃料也可以在发动机燃烧之前通过通道泵送用作冷却剂，这消除了对专用冷却剂泵和散热器的要求（和质量）。
冷却剂通道的设计实际上非常复杂，因为需要平衡对流传热系数、压降以及外壳刚度——最后一个尤为重要，因为电力电子设备与电动机及其振动密切相关，因此冷却通道的几何形状会影响电动机在高振动条件下的行为。
H3X本可以采用一个由前后几个平行轴向通道组成的系统，两端都有歧管，这可能会增加总体积流量，降低所需的泵送功率，这要归功于冷却剂所采取的路径限制较少。 但这会大大降低每个通道的流速，因此冷却剂的湍流程度不足以获得良好的对流传热系数。
最后，外壳将转子轴固定在高温轴承中。 这些是带有金属滚道和陶瓷滚动元件的混合轴承，其使用寿命长、耐高速和温升低。 此外，虽然一些电机可能会通过内外轴承座圈之间的金属球轴承产生电弧（由于转子上共模电压的积聚，这些电压被拉向底盘接地），但H3X使用陶瓷滚动元件，并结合与旋转轴的接地连接设计，可以防止这种情况。
H3X的逆变器使用SiC器件，功率转换效率超过99%。SiC MOSFET因其快速的开关速度、高功率密度和高效率而在电动汽车中越来越常见，但由于航空当局规定的更高EMI和可靠性要求，在航空航天中使用SiC比在道路和海洋应用中面临更大的挑战。
虽然FAA和EASA发布了许多法规，但航空航天电磁干扰限值是由美国航空无线电技术委员会发布的标准DO-160设定的。
DO-160是多年前为低压电子设备而不是高压动力系统制造的，其干扰要求源于飞机通过敏感的AM无线电进行通信。 由于SiC的高开关速度，很难将EMI水平降低到超过DO-160的值。
将逆变器与电机集成是H3X在实现兼容EMI性能的同时充分发挥SiC潜力的关键。将逆变器安装为单独但仍符合法规的设备，将要求在系统的输入和输出上安装重型且易损耗的滤波器。
其中一个原因是，分离的电机和逆变器通常使用长屏蔽相线连接。 这些电缆最终会像传输线一样工作； 它们会在电机绕组中引起大量振荡，导致绝缘性能下降和额外的电磁干扰。 它们还为噪声电流可能逃逸提供了更大的表面积。 相位电缆可以承载非常高的共模电压，当与屏蔽电容结合时，这可能会导致更难防止共模电流流入动力总成内外的其他电路。
将电机与逆变器集成在一起，将相位连接距离缩短到几厘米，同时最大限度地减少工程师的EMI滤波和遏制负担。 还使轻量级的EMI滤波器能够以非常紧密的方式集成在电机和逆变器之间。 因此，到目前为止，H3X的dyno、铁鸟和集成整机测试没有发现任何与EMI相关的功能问题。
这听起来可能没什么大不了的，但要让SiC逆变器不对邻近系统造成严重破坏，线X 的一些客户在他们的平台上测试了其他SiC逆变器，结果是灾难性的，有时需要数周的故障排除，甚至可以让它们的动力总成正常工作。
同样重要的是管理电子动力总成上的寄生阻抗源。例如，直流链路电容器和母线电感直接影响SiC器件中的开关过冲和振荡，进而导致EMI，因此设计了一种非常低电感的母线结构，使能够在非常低的过冲和振荡下运行。
这种过冲减少使H3X能够将总线 V的开关设备。再举一个例子，必须管理开关节点和接地低压[GLV]系统之间的寄生电容，因此H3X安装了紧密耦合的滤波器——这得益于集成方法——为共模电流返回其源极创造了一个非常低的电感路径。这有助于防止共模电流流入GLV和控制电路的情况。
缓解SiC EMI问题的最常见策略是通过增加栅极电阻来有意降低开关速度。这减少了MOSFET级的问题，如过冲和振铃，但它首先侵蚀了使用SiC的效率和功率密度优势。H3X声称，通常可以在零外部栅极电阻的情况下运行其系统，这意味着晶体管的开关速度尽可能快。H3X还声称，在双脉冲测试中，它观察到dv/dt（电压随时间变化的速率）和di/dt（电流随时间变化速率）分别高达40 V/ns和35 A/ns。
逆变器的接地和屏蔽策略非常细致和有意，H3X的PCB布局也是如此，它是内部设计，包括自己的栅极驱动电路。H3X 的栅极驱动器设计中有很多工作要做，以尽量减少电路之间的电感和干扰，并定义返回路径。 电路中的EMI问题通常源于返回路径布线不良。 还在低压控制器和高压栅极驱动器和其他高压部件之间进行了电隔离，因此需要确保适当的间隙、爬电距离和高压绝缘，包括尽量减少高压和控制电路之间接口处的杂散电容。
当然，开发安全的供应链对于开发SiC逆变器至关重要。H3X 与Wolfspeed建立了良好的合作伙伴关系，Wolfspeed是SiC供应商之一，可能是最大的供应商之一，在产品开发、生产计划和未来核心技术改进路线图方面与其密切合作。
变速箱是一个单级、单速装置，这种机械简单性非常适合航空航天，因为它最大限度地减少了维护。这是一个周转齿轮系统（可以说更广为人知的是行星齿轮组），H3X内部设计了该系统，以优化其功率和扭矩密度。
变速箱有两种标准配置：一种已经提到过，其中有一定量的油，这些油会被行星齿轮搅动和飞溅，以润滑一切并冷却变速箱部件。
H3X正在开发的另一种选择包括一种变速箱配置，该配置旨在与外部油泵和过滤器配合使用。虽然这将使安排更加复杂和繁重，但预计这可能会使维护更容易；例如通过延长换油间隔。
虽然H3X的低功率产品在许多应用中都需要这种传动装置，但预计，未来320千瓦以上产品的大多数应用将能够直接驱动负载，从而减少维护的所有好处。
在HPDM-30和-250中，逆变器内置了一个针对电机控制应用进行优化的双核微控制器单元（MCU），多个这样的控制器可以在公共总线上同时运行。集成电机驱动需要向装置发送一个命令设定点，用户可以根据三种相应模式中的哪一种设置为“活动”来请求扭矩、速度或总线电压（前两种请求模式最适用于推进配置，而第三种则适用于发电应用）。
通过传感器跟踪动力总成的大量内部信息，这些信息可以提供给整机的通信总线，从而提供给操作员或技术人员。这些包括在可能形成热点的每个关键位置（如电机绕组、SiC功率模块和轴承）进行热量测量，包括一个非接触式、基于红外的传感器，用于测量HPDM-250中转子轴的温度。
未来，H3X计划实施更多以数据为中心的功能，例如基于加速度和振动曲线估算轴承剩余寿命的加速计，以及通过电流测量检测非灾难性绕组故障的方法。虽然温度测量可以间接地检测到这两件事，但H3X认为，开发额外的方法来通过不同的传感方法最大限度地提高鲁棒性是明智的，并且有朝一日能够实现更强大的预测性维护指标。
扭矩请求模式是最直接的： 逆变器调节供应给电机的相电流，以实现用户所需的扭矩输出。 速度控制是通过围绕扭矩控制子程序的外部控制回路实现的。 在用户将动力总成设置为速度控制模式时收到速度请求后，外环会调节和改变扭矩请求，以保持相应的转速。
在混合动力系统的发电模式下，控制器可以通过调节电机轴扭矩，从而调节直流母线电流，来调节逆变器的高压直流母线，以保持设定点电压。 根据直流母线上的负载电流，对母线电容进行充电或放电。
这对H3X来说有点独特，尤其是因为将其作为控制器的一部分提供，而不是作为另一个单独的电子设备箱。它对于航空电子设备、暖通空调系统或液压泵等子系统也由高压总线供电的应用非常有用，因此系统集成商希望在没有电池等重物来调节总线电压的情况下加强总线电压。即使存在电池来被动调节电压，该算法仍然可以帮助电池在不同的负载条件下保持特定的充电状态。
确定开发速度、扭矩和电压控制模式所需的参数始于通过电磁模拟生成高保真通量和电感图。创建了一个软件在环（SIL）模型，将电机的实时虚拟模型与实际的电机控制固件配对，用于控制器架构开发和调整各种增益。
一旦SIL模型的性能足够，就对真实硬件进行测功机测试，在此期间验证控制响应，并确定必要的调整，以确保三种模式的准确性。
磁场定向控制（FOC）是实现电机平稳运行和高动态性能的首选方法，通过空间矢量调制进行相电流调节。
算法和固件是在内部编写的，HPDM-30中使用的自感知[无传感器]转子位置估计算法也是如此。-250使用解析器，但在-30中，没有足够的空间来容纳解析器，所以H3X开发了这个算法。
对于MW级动力总成，H3X将使用两者的组合，因为这将为确定转子位置提供冗余。 自感测程序也在HPDM-250的后台运行，以健全地检查物理解析器的输出，并在解析器故障时作为后备。
虽然HPDM-30和-250中只有一个控制器，但为-1500、-3000和其他多扇区、兆瓦级机器设计了一种更分布式的控制架构。
-1500使用八个独立的控制器。H3X 使用一种控制算法，类似于电网上的发电机如何均匀分配负载，这样所有驱动部门都可以在转子上产生相等的扭矩，而无需任何控制器到控制器的通信，即使它们都处于速度控制模式。 从FMEA（故障模式影响分析）的角度来看，这很重要，因为如果一个控制器出现故障，故障就不会传播到另一个控制器。
在测试和验证了其原型及其设计后，H3X下一步计划扩大HPDM-30和-250的生产，同时在2024年继续进行可靠性和环境测试，以及开发其兆瓦级EPU。
千瓦级和兆瓦级电机之间的高水平共享技术意味着后者的风险已经相当低，但当开始原型制作时，肯定会有新的挑战需要解决。H3X的目标是在2024年底之前将测试物品准备好运送给客户进行地面测试。
H3X的目标是在投资数百万美元对其产品进行认证之前，将功率密度提高3倍（因此得名）。这确保了当其认证系统投入商业使用时，将具有必要的功率密度，以实现窄体飞机的有意义融入，并改善其对环境的影响。
重要的是，H3X计划将-1500作为其首款通过FAA认证的电机。由于该产品被指定为商用航空的核心构建块，因此首先对其进行认证预计将大大有助于实现H3X的未来路线兆瓦（及以上）电动飞机动力系统的认证和规模生产。
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