细节: 类别：科技; 3月12日

由慕尼黑工业大学 (TUM) 物理学家克里斯托夫·乌奇克 (Christoph Utschick) 和鲁道夫·格罗斯 (Rudolf Gross) 教授领导的团队成功制造出一种超导线线圈，能够以极低的损耗非接触式传输超过五千瓦的功率。该线圈的潜在应用范围广泛，包括自主工业机器人、医疗设备、车辆，甚至飞机。.

非接触式电力传输已成为手机、电动牙刷等小型设备充电的关键技术。用户也希望工业机器人、医疗设备和电动汽车等大型电机也能采用非接触式充电技术。.

这些设备在不使用时可以放置在充电站。这样即使是短暂的停机时间也能有效利用，为其电池充电。然而，目前用于千瓦级及以上高性能充电的传输系统体积庞大且重量沉重，因为它们依赖于铜线圈。.

由克里斯托夫·乌奇克和鲁道夫·格罗斯领导的物理学家团队与伍尔特电子公司和超导涂层专家Theva Dünnschichttechnik公司合作，成功制造出一种带有超导线的线圈，能够以非接触方式传输超过5千瓦（kW）的能量，而不会造成明显的损耗。.

降低超导体中的交流损耗：
为了实现这一目标，研究人员必须克服一个挑战。超导传输线圈中也存在微小的交流损耗。这些损耗会随着传输效率的提高而增加，并产生决定性的影响：超导线的表面温度升高，超导性急剧下降。

研究人员开发了一种特殊的线圈设计，其中各个线圈绕组之间用垫片隔开。“这种设计显著降低了线圈中的交流损耗，”克里斯托夫·乌奇克说，“因此，功率传输可达千瓦级。”.

通过解析和数值模拟进行优化。
该团队为其原型选择的线圈直径，使其功率密度高于市售系统。“超导线圈的基本理念是在尽可能小的绕组空间内实现尽可能低的交流电阻，从而弥补几何耦合的降低，”乌奇克说道。

这迫使研究人员解决一个根本性的矛盾。如果缩小超导线圈绕组之间的距离，线圈会非常紧凑，但运行过程中存在超导性崩溃的风险。另一方面，较大的间距会导致功率密度降低。.

“我们利用解析和数值模拟优化了各个绕组之间的距离，”乌奇克说。“间距大约等于带状导体宽度的一半。” 研究人员现在希望进一步提高可传输功率。.

令人兴奋的应用领域：
如果他们成功，这项技术将打开通往众多令人兴奋的应用领域的大门，例如工业机器人、自动驾驶汽车和高科技医疗设备。乌奇克甚至设想了可以在赛道上动态充电的电动赛车以及自动驾驶电动飞机。

然而，该系统的大规模应用仍面临一个障碍。线圈需要用液氮持续冷却，而冷却容器不能是金属材质。否则，金属容器的壁会在磁场中迅速升温，就像电磁炉上的锅一样。.

“目前市面上还没有这种类型的低温恒温器。这需要大量的研发工作，”慕尼黑工业大学技术物理学教授、巴伐利亚科学院瓦尔特·迈斯纳研究所所长鲁道夫·格罗斯表示，“但迄今为止取得的成果代表着高功率非接触式能量传输领域的一大进步。”.

发布：

Christoph Utschick、Cem Som、Ján Souc、Veit Große、Fedor Gömöry 和 Rudolf Gross。“
用于工业应用和快速电池充电的5 kW以上高功率密度超导无线电力传输”。IEEE
应用超导学报，2021年2月2日。
链接： https

更多信息：

合作方伍尔特电子公司 (Würth Elektronik eiSos) 确定了研究主题，并资助了本出版物背后的产业推广工作。研究的核心部分在巴伐利亚科学院瓦尔特·迈斯纳研究所 (WMI) 完成。所使用的高温超导体由慕尼黑工业大学的衍生公司 Theva Dünnschichttechnik 提供。.

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