超导线圈:用于高性能无线电力传输

慕尼黑工业大学(TUM)物理学家领导的团队开发出了一种超导线圈，能够在5千瓦以上的范围内进行无线电力传输，而且损耗很小。可想象的应用范围很广，包括自主工业机器人、医疗设备、自动驾驶车辆甚至无人机。

在为手机和电动牙刷等小型设备充电时，无线电力传输已经成为一项关键技术。用户还希望看到无线充电能够用于工业机器人、医疗设备和电动汽车等大型电动机器。

这些设备可以在不使用时放在充电站上。这样就可以有效地利用即使是很短的闲置时间为其电池充电。但是，目前的千瓦级以上高性能充电用传输系统，由于是以铜线圈为基础，所以体积大、重量大。

由Christoph Utschick和Rudolf Gross领导的物理学家团队与Würth Elektronik eiSos公司和超导体涂层专家Theva Dünnschichttechnik合作，成功地制造出了一种超导线材线圈，它能够在进行5千瓦以上的无线电力传输，而且没有明显的损耗。获取更多前沿科技 研究访问：https://byteclicks.com

降低超导体的交流电损耗

这意味着研究人员必须克服一个挑战。在超导线圈中也会出现轻微的交流电损耗。这些损耗随着传输性能的提高而增长，具有决定性的影响。超导导线的表面温度升高，超导塌陷。

研究人员开发了一种特殊的线圈设计，在这种设计中，线圈的各个绕组之间用垫片隔开。这个技巧大大降低了线圈中的交流电损耗。因此，高达千瓦范围的电力传输是可能的。

通过分析和数值模拟进行优化

该团队为他们的原型选择了一个线圈直径，从而获得了比市售系统更高的功率密度。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，从而补偿几何耦合的降低。

这就要求研究人员解决一个基本矛盾。如果他们把超导线圈的绕组之间的距离做得很小，线圈就会非常紧凑，但在运行过程中会有超导塌陷的危险。而较大的间距则会导致功率密度降低。

研究团队利用分析和数值模拟优化了各个绕组之间的距离，间距大约等于带状导体宽度的一半。 研究人员现在希望致力于进一步提高可传输功率。

如果他们成功了，将为大量非常有趣的应用领域打开大门，例如在工业机器人、自主运输车辆和高科技医疗设备中的应用。研究人员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的电动飞机。

然而，该系统的大范围应用仍面临着一个障碍。超导线圈需要用液氮持续冷却，而使用的冷却容器不能用金属制成。否则金属容器的壁会在磁场中大大发热。

目前尚没有可商用的低温恒温器。这将意味着大量的进一步开发工作。但截至目前的成就代表了高功率下无线电力传输的重大进展。