Une équipe dirigée par Christoph Utschick et le Prof. Rudolf Gross, physiciens à l'Université technique de Munich (TUM), a développé une bobine avec des fils supraconducteurs capable de transmettre une puissance de l'ordre de plus de cinq kilowatts sans contact et avec seulement de faibles pertes. Le large champ d'applications envisageables comprend les robots industriels autonomes, équipement médical, véhicules et même des avions.

La transmission d'énergie sans contact s'est déjà imposée comme une technologie clé lorsqu'il s'agit de recharger de petits appareils tels que les téléphones portables et les brosses à dents électriques. Les utilisateurs souhaitent également que la recharge sans contact soit disponible pour les machines électriques plus grandes telles que les robots industriels, équipements médicaux et véhicules électriques.

De tels appareils pourraient être placés sur une station de charge lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Cela permettrait d'utiliser efficacement même de courts temps d'inactivité pour recharger leurs batteries. Cependant, les systèmes de transmission actuellement disponibles pour une recharge à haute performance dans la gamme des kilowatts et au-dessus sont volumineux et lourds, car ils sont basés sur des bobines de cuivre.

Travaillant en partenariat de recherche avec les sociétés Würth Elektronik eiSos et la spécialiste des revêtements supraconducteurs Theva Dünnschichttechnik, une équipe de physiciens dirigée par Christoph Utschick et Rudolf Gross a réussi à créer une bobine avec des fils supraconducteurs capable de transmettre une puissance sans contact de l'ordre de plus de cinq kilowatts (kW) et sans perte significative.

Réduction des pertes de courant alternatif dans les supraconducteurs

Cela signifiait que les chercheurs devaient surmonter un défi. Des pertes de courant alternatif mineures se produisent également dans les bobines de transmission supraconductrices. Ces pertes augmentent à mesure que les performances de transmission augmentent, avec un impact décisif :la température de surface des fils supraconducteurs augmente et la supraconduction s'effondre.

Les chercheurs ont développé une conception de bobine spéciale dans laquelle les enroulements individuels de la bobine sont séparés les uns des autres par des entretoises. "Cette astuce réduit considérablement les pertes de courant alternatif dans la bobine, " dit Christoph Utschick. " En conséquence, une transmission de puissance aussi élevée que la gamme des kilowatts est possible. »

Optimisation avec des simulations analytiques et numériques

L'équipe a choisi un diamètre de bobine pour leur prototype qui a entraîné une densité de puissance plus élevée que ce qui est possible dans les systèmes disponibles dans le commerce. "L'idée de base avec les bobines supraconductrices est d'obtenir la résistance au courant alternatif la plus faible possible dans le plus petit espace d'enroulement possible et ainsi de compenser le couplage géométrique réduit, " dit Utschick.

Cela a appelé les chercheurs à résoudre un conflit fondamental. S'ils ont réduit la distance entre les enroulements de la bobine supraconductrice, la bobine serait très compacte, mais il y aurait un risque d'effondrement de la supraconduction pendant le fonctionnement. D'autre part, des séparations plus importantes entraîneraient une densité de puissance plus faible.

"Nous avons optimisé la distance entre les enroulements individuels à l'aide de simulations analytiques et numériques, " dit Utschick. " La séparation est approximativement égale à la moitié de la largeur du ruban conducteur. " Les chercheurs veulent maintenant travailler à augmenter encore la quantité de puissance transmissible.

Des domaines d'application passionnants

S'ils réussissent, la porte s'ouvrira sur un grand nombre de domaines d'application très intéressants, par exemple des utilisations en robotique industrielle, véhicules de transport autonomes et équipements médicaux de haute technologie. Utschick envisage même des véhicules de course électriques qui peuvent être chargés dynamiquement sur la piste de course, ainsi que des avions électriques autonomes.

L'applicabilité à grande échelle du système se heurte toujours à un obstacle, toutefois. Les serpentins nécessitent un refroidissement constant à l'azote liquide, et les récipients de refroidissement utilisés ne peuvent pas être en métal. Les parois des récipients métalliques s'échaufferaient autrement considérablement dans le champ magnétique, comme une casserole sur une cuisinière à induction.

"Il n'y a pas encore de cryostat comme celui-ci qui est disponible dans le commerce. Cela signifiera une quantité considérable d'efforts de développement supplémentaires, " dit Rudolf Gross, Professeur de physique technique à l'Université technique de Munich et directeur de l'Institut Walther-Meissner de l'Académie bavaroise des sciences et des lettres. "Mais les réalisations à ce jour représentent un progrès majeur pour la transmission d'énergie sans contact à des niveaux de puissance élevés."