Ważny krok w kierunku bezprzewodowego ładowania robotów, sprzętu medycznego i samochodów

Niemieccy naukowcy stworzyli cewkę z nadprzewodzącymi kablami, która umożliwia bezprzewodowy transfer energii elektrycznej o mocy do 5 kilowatów. Dochodzi przy tym jedynie do niewielkich strat. Cewkę taką można będzie wykorzystać do zasilania robotów przemysłowych, urządzeń medycznych, samochodów, a być może i samolotów.

Dotychczas bezprzewodowe ładowanie rozpowszechniło się jedynie na rynku niewielkich urządzeń, jak smartfony czy szczoteczki do zębów. Technologia taka przydałaby się w przemyśle, medycynie czy na rynku samochodowym. To umożliwiłoby ładowanie urządzeń w tych krótkich chwilach, gdy nie są używane. Niestety, obecne technologie pozwalające na transfer energii elektrycznej w zakresach liczonych w kilowatach są bardzo duże i ciężkie, gdyż bazują na miedzianych przewodach. Są więc niepraktyczne.

Grupa fizyków pracujących pod kierownictwem Christopha Utschika i Rudolfa Grossa z Uniwersytetu Technicznego w Monachium, postanowiła to zmienić. We współpracy z firmami Würth Elektronik eiSos i Theva Dünnschichttechnik naukowcy stworzyli nadprzewodzącą cewkę, która bez większych strat przekazuje bezprzewodowo energię elektryczną o mocy ponad 5 kW.
Specjaliści musieli zmierzyć się tutaj z poważnym wyzwaniem. W czasie ładowania indukcyjnego konieczna jest zmiana prądu stałego w zmienny, co wiąże się z niewielkimi stratami. Im większa moc systemu, tym większe straty, a to z kolei prowadzi do zwiększenia temperatury. W wysokich temperaturach zaś nadprzewodnictwo zanika.

Uczeni poradzili sobie z tym problemem projektując cewkę, w której przewody są od siebie odseparowane. "To znacząco redukuje straty prądu zmiennego i pozwala na transmisję rzędu kilowatów", mówi Utchick.

Uczeni odpowiednio dobrali też średnicę cewki, co pozwoliło na uzyskanie większej gęstości mocy niż w obecnie stosowanych komercyjnych systemach. Chodzi o to, żeby cewka nadprzewodząca charakteryzowała się najmniejszą możliwość opornością dla prądu zmiennego przy najmniejszej możliwej średnicy, wyjaśnia Utschick. Odpowiednio dobrana architektura umożliwiła poradzenie sobie z jednym z podstawowych problemów. Otóż zmniejszenie odległości pomiędzy przewodami pozwala na zmniejszenie cewki, jednak wówczas rośnie ryzyko zaniku nadprzewodnictwa. Z kolei jeśli odległości pomiędzy przewodami będą zbyt duże, gęstość energetyczna będzie niewielka. Symulacje numeryczne i metody analityczne pozwoliły nam na zoptymalizowanie odległości pomiędzy przewodami, dodaje uczony.

Przed opisaną technologią jest jeszcze wiele wyzwań. Cewka musi być chłodzona ciekłym azotem, a system chłodzący nie może być wykonany z metalu, gdyż rozgrzeje się on w polu magnetycznym. Obecnie na rynku nie ma takich kriostatów. To oznacza, że jest jeszcze wiele do zrobienia. Ale nasze osiągnięcie to bardzo ważny krok w kierunku bezprzewodowej transmisji prądu o dużej mocy, dodaje profesor Rudolf Gross.

cewka nadprzewodząca ładowanie indukcyjne ładowanie bezprzewodowe