17 feb. 1999
3 minuten
Een team natuurkundigen van de TU München (TUM), heeft een spoel ontwikkeld van supergeleidende draden die zonder grote verliezen een vermogen van meer dan vijf kilowatt contactloos kan overbrengen.
Contactloze krachtoverbrenging heeft zichzelf al bewezen als een sleuteltechnologie als het gaat om het opladen van kleine apparaten zoals mobiele telefoons en elektrische tandenborstels. Gebruikers zouden ook graag zien dat contactloos opladen mogelijk wordt gemaakt voor grotere elektrische machines zoals industriële robots, medische apparatuur en elektrische voertuigen.
Dergelijke apparaten kunnen op een laadstation worden geplaatst wanneer ze niet in gebruik zijn. Dit zou het mogelijk maken om zelfs korte stilstandtijden effectief te gebruiken om hun batterijen op te laden. De momenteel beschikbare transmissiesystemen voor opladen met hoge prestaties in het kilowattbereik en hoger zijn echter groot en zwaar, aangezien ze zijn gebaseerd op koperen spoelen.
In een onderzoekspartnerschap met de bedrijven Würth Elektronik eiSos en supergeleidercoatingspecialist Theva Dünnschichttechnik, is een team van natuurkundigen onder leiding van Christoph Utschick en Rudolf Gross erin geslaagd een spoel te creëren met supergeleidende draden die in staat zijn tot contactloze krachtoverbrenging in de orde van meer dan vijf kilowatt (kW) en zonder significant verlies.
Minder wisselstroomverlies in supergeleiders
Hiertoe moesten de onderzoekers wel een uitdaging overwinnen. Kleine wisselstroomverliezen treden ook op bij supergeleidende transmissiespoelen. Deze verliezen nemen toe naarmate de transmissieprestaties toenemen, met een beslissende impact: de oppervlaktetemperatuur van de supergeleidende draden stijgt en de supergeleiding stort in.
De onderzoekers ontwierpen een spoel waarbij afstandhouders de wikkelingen van elkaar scheiden . "Deze truc vermindert het wisselstroomverlies in de spoel aanzienlijk", zegt Utschick. "Het resultaat is een krachtoverbrenging zo hoog als het kilowattbereik mogelijk is."
Optimalisatie
Het team koos voor hun prototype een spoeldiameter die resulteerde in een hogere vermogensdichtheid dan mogelijk is in in de handel verkrijgbare systemen. "Het basisidee met supergeleidende spoelen is om de laagst mogelijke wisselstroomweerstand te bereiken binnen de kleinst mogelijke wikkelruimte en zo de verminderde geometrische koppeling te compenseren", aldus Utschick.
Dit riep de onderzoekers op om een fundamenteel conflict op te lossen. Als ze de afstand tussen de wikkelingen van de supergeleidende spoel klein zouden maken, zou de spoel zeer compact zijn, maar bestaat het gevaar dat de supergeleiding tijdens bedrijf bezwijkt. Grotere scheidingen zouden daarentegen resulteren in een lagere vermogensdichtheid.
"We hebben de afstand tussen de afzonderlijke wikkelingen geoptimaliseerd door middel van analytische en numerieke simulaties. De scheiding is ongeveer gelijk aan de halve breedte van de bandgeleider." De onderzoekers willen nu werken aan het verder vergroten van de hoeveelheid overdraagbaar vermogen.
Toepassingsgebieden
Als dat lukt, gaat de deur open naar een groot aantal toepassingsgebieden, bijvoorbeeld toepassingen in industriële robotica, autonome transportvoertuigen en hightech medische apparatuur. Utschick stelt zich zelfs elektrische raceauto’s voor die dynamisch kunnen worden opgeladen op het circuit, evenals autonome elektrische vliegtuigen.
Grootschalige toepasbaarheid van het systeem stuit echter nog op een obstakel. De spoelen vereisen constante koeling met vloeibare stikstof en de gebruikte koelvaten kunnen niet van metaal zijn. De wanden van metalen vaten zouden anders aanzienlijk opwarmen in het magnetische veld. "Er is nog geen cryostaat zoals deze die in de handel verkrijgbaar is. Dit zal nog veel verdere ontwikkelingsinspanning vergen", zegt hoogleraar technische fysica Rudolf Gross.
Anderen lazen ook
