Un equipo dirigido por Christoph Utschick y el Prof. Rudolf Gross, físicos de la Universidad Técnica de Munich (TUM), ha desarrollado una bobina con cables superconductores capaz de transmitir potencia en el rango de más de cinco kilovatios sin contacto y con solo pequeñas pérdidas. El amplio campo de aplicaciones concebibles incluye robots industriales autónomos, Equipo medico, vehículos e incluso aviones.

La transmisión de energía sin contacto ya se ha consolidado como una tecnología clave a la hora de cargar pequeños dispositivos como teléfonos móviles y cepillos de dientes eléctricos. A los usuarios también les gustaría ver la carga sin contacto disponible para máquinas eléctricas más grandes, como robots industriales, equipos médicos y vehículos eléctricos.

Estos dispositivos pueden colocarse en una estación de carga siempre que no estén en uso. Esto permitiría utilizar de forma eficaz incluso los tiempos de inactividad breves para recargar sus baterías. Sin embargo, Los sistemas de transmisión disponibles actualmente para la recarga de alto rendimiento en el rango de kilovatios y superiores son grandes y pesados. ya que se basan en bobinas de cobre.

Trabajando en una asociación de investigación con las empresas Würth Elektronik eiSos y la especialista en recubrimientos de superconductores Theva Dünnschichttechnik, un equipo de físicos dirigido por Christoph Utschick y Rudolf Gross ha logrado crear una bobina con cables superconductores capaz de transmitir energía sin contacto en el orden de más de cinco kilovatios (kW) y sin pérdidas significativas.

Reducción de la pérdida de corriente alterna en superconductores.

Esto significó que los investigadores tuvieron que superar un desafío. También se producen pequeñas pérdidas de corriente alterna en las bobinas de transmisión superconductoras. Estas pérdidas aumentan a medida que aumenta el rendimiento de la transmisión, con un impacto decisivo:la temperatura de la superficie de los alambres superconductores aumenta y la superconducción colapsa.

Los investigadores desarrollaron un diseño de bobina especial en el que los devanados individuales de la bobina están separados entre sí por espaciadores. "Este truco reduce significativamente la pérdida de corriente alterna en la bobina, "dice Christoph Utschick." Como resultado, una transmisión de potencia tan alta como sea posible en el rango de kilovatios ".

Optimización con simulaciones analíticas y numéricas

El equipo eligió un diámetro de bobina para su prototipo que resultó en una densidad de potencia más alta que la posible en los sistemas disponibles comercialmente. "La idea básica con bobinas superconductoras es lograr la menor resistencia posible a la corriente alterna dentro del menor espacio de devanado posible y así compensar el acoplamiento geométrico reducido, "dice Utschick.

Esto llamó a los investigadores a resolver un conflicto fundamental. Si hicieran pequeña la distancia entre los devanados de la bobina superconductora, la bobina sería muy compacta, pero habría peligro de colapso de la superconducción durante la operación. Por otro lado, las separaciones más grandes darían como resultado una menor densidad de potencia.

"Optimizamos la distancia entre los devanados individuales mediante simulaciones analíticas y numéricas, ", dice Utschick." La separación es aproximadamente igual a la mitad del ancho del conductor de la cinta ". Los investigadores ahora quieren trabajar para aumentar aún más la cantidad de potencia transmisible.

Áreas de aplicación emocionantes

Si lo consiguen la puerta se abrirá a una gran cantidad de áreas de aplicación muy interesantes, por ejemplo, usos en robótica industrial, vehículos de transporte autónomos y equipos médicos de alta tecnología. Utschick incluso imagina vehículos de carreras eléctricos que se pueden cargar dinámicamente mientras están en la pista de carreras. así como aviones eléctricos autónomos.

La aplicabilidad a gran escala del sistema aún enfrenta un obstáculo, sin embargo. Las bobinas requieren un enfriamiento constante con nitrógeno líquido, y los recipientes de enfriamiento utilizados no pueden ser de metal. De lo contrario, las paredes de los recipientes metálicos se calentarían considerablemente en el campo magnético, tanto como lo hace una olla en una estufa de inducción.

"Todavía no existe un criostato como este que esté disponible comercialmente. Esto significará una gran cantidad de esfuerzo de desarrollo adicional, "dice Rudolf Gross, Catedrático de Física Técnica en la Universidad Técnica de Munich y Director del Instituto Walther-Meissner de la Academia Bávara de Ciencias y Humanidades. "Pero los logros hasta ahora representan un gran avance para la transmisión de energía sin contacto a altos niveles de potencia".