지난 반세기 동안 발명 된 수많은 기술 중에서 고온 초전도가 가장 유망하지만 가장 실망 스럽습니다. 수십 년의 연구는 주변 압력에서 –140 ° C (133 kelvins)의 높은 온도에서 초전도에서 수퍼 방향을 제공하는 다양한 재료를 산출했습니다. 그러나 상업적 응용 프로그램은 애매 모호했습니다.
그러나 이제 몇 가지 개발이 마침내 밀려날 수있었습니다 고온 초전도체 상업적 사용으로. 하나는 비교적 적당한 비용으로 구리 산화물 기반 초전도 테이프의 가용성이며, 이는 몇몇 회사가 생산합니다. Tokamak Fusion Reactors에서 작업하는 신생 기업. 원자로는 강력한 전자 모그넷에서 일반적으로 Yttrium Barium 산화물로 만들어진 초전도 테이프를 사용합니다. 다른 개발에는 테이프를 사용하여 전기 항공기에 사용하기 위해 전력 대량 비율이 매우 높은 전기 모터를 구축하는 다른 스타트 업 그룹이 포함됩니다.
후자의 스타트 업 그룹 중 하나는 다음과 같습니다 Hinetics LLC2017 년에 이끄는 상용화를 위해 설립되었습니다 키루바 하란 에서 일리노이 대학교 Urbana-Champaign에서. 지난 4 월,이 회사는 초전도 로터 자석이 장착 된 프로토 타입 모터를 테스트했습니다. Haran에 따르면, 실험실 설정에서 프로펠러를 회전시키는 것을 포함한 테스트는 5 및 10 메가 와트의 전력 레벨에서 작동 할 초전도 모터에 대한 회사 설계의 주요 구성 요소를 검증했습니다. 이러한 수준은 여러 모터가있는 지역 승객 여객기에 전력을 공급할만큼 충분히 높습니다. 이 작업은 고급 연구 프로젝트 에이전시 에너지 (Arpa-e).
“HTS [high temperature superconductors] Haran은“많은 사람들이 생산을 강화하고 새로운 스타트 업과 새로운 기능이 시장에 나오고있다”고 말했다.
Hinetics는 아마도 크고 작은 12 개의 회사 중 하나이며, 고온 초전도기를 사용하여 매우 높은 전력 밀도를 가진 매우 효율적인 모터를 구축하려고합니다. 여기에는 항공 우주 거대 에어 버스가 포함됩니다. 초전도 여객기 불리는 프로그램에 따라 제로Toshiba, Raytheon 및 UK 스타트 업뿐만 아니라 하이플룩스. 그러나 Hinetics는 특이한 접근 방식을 취하고 있습니다.
초전도 기계를 구축하는 일반적인 접근법은 로터 또는 고정자 코일 또는 둘 다의 초전도 재료를 사용합니다. 일반적으로, 코일은 외부 냉동 식 시스템에 의해 충분히 낮은 온도로 유지 된 액체 또는 가스로 냉각된다. 유체는 코일과 접촉하여 열교환을 통해 물리적으로 흐르고 열을 운반함으로써 대류에 의해 초전도 코일을 식별합니다. 이 시스템은 일부 실험 모터 및 발전기에서 성공적으로 사용되었지만 몇 가지 근본적인 문제가 있습니다. 큰 것은 회 전자 코일을 통해 냉각 유체를 순환시켜야한다는 것입니다. 로터 코일은 분당 수천 개의 회전에서 회전하는 로터 어셈블리에 매립되어 있습니다. 또 다른 문제는이 접근법이 펌프, 씰, 개스킷, 파이프, 단열재, 로터로 들어오고 나가는 로터리 커플 링 및 실패 할 수 있고 상당한 무게를 더할 수있는 기타 구성 요소를 포함하는 복잡한 냉동 공구 시스템이 필요하다는 것입니다.
실험적인 힌속 전기 전기 모터의 로터 코일은 고온 초전도체로 만들어집니다. 그것들은 모터의 중앙 아래에서 축 방향으로 실행되는 냉동실에 의해 냉각됩니다. 로터 어셈블리 및 냉동실은 진공 용기 내에 둘러싸여 있습니다.히니 틱스
Hinetics의 혁명적 아이디어 : Cryocooler를 회전하십시오
반면에 Hinetics의 시스템은 로터에 부착 할 수있을 정도로 작고 그와 함께 회전하여 회전 용기에서 유체를 전달할 필요가없는 자체 포함 된 냉동 식 냉각기를 사용합니다. ARPA-E의 기술 부국장 인 Laurent Pilon 은이 배열을 통해“초전도체를 유체에 몰입 할 필요는 없습니다. 대신, “냉동 식고 냉동 연결이 있고, 초전도 자성 코일에서 냉동실로 열을 꺼내 냉장주기를 수행합니다. 여기서 아름다움은 모든 것을 단순화한다는 것입니다.
이 구성에서 코일을 포함한 로터 어셈블리는 대류보다는 전도에 의해 냉각된다. 로터는 진공 챔버 내에 설치됩니다. 초전도 자석 어셈블리로부터의 열은 “열 버스”를 통해 전달되는데, 이는 기본적으로 구리 디스크의 다른쪽에 부착 된 냉동 식 냉각기에 열을 전도하는 디스크 형 구리 구조입니다.
Haran은 도전 중 하나는 크고 냉각기가 높은 비율로 회전하고 그렇게하는 동안 계속 기능 할 수있을 정도로 작고 가벼운 것을 발견하고 있다고 말했다. 개념 증명 유닛을 위해 Hinetics 팀은 상용을 사용했습니다. 스털링 사이클 쿨러 태양. 로터 어셈블리에서 10 와트의 열만 제거 할 수 있지만이 구성에서는 로터 코일을 초전도로 유지하는 데 필요한 전부라고 하란은 말합니다.
시스템의 한 가지 단점 중 하나는 비교적 낮은 열 제거 용량으로 인해 CryoCooler가 작동을 시작하기에 충분히 초전도 자석을 냉각시키는 데 몇 시간이 걸린다는 것입니다. Haran에 따르면 향후 버전은 필요한 기간을 줄일 것이라고한다. 그리고 밝은면에서, 낮은 열 제거 속도는 높은 효율을 의미합니다. 냉각기는 작동 중에 필요한 저온을 유지하기에 충분한 전력이 있고 초과 용량은 많지 않기 때문입니다.
회전하는 크라이 조상과 로터 자석에 전력을 공급하기 위해 프로토 타입은 슬립 링을 사용했습니다. 그러나 미래 버전의 모터는 유도 커플 링을 기반으로 무선 시스템을 사용할 것이라고 Haran은 말합니다.
지난 4 월 Hinetics의 초전도 모터 테스트는 기본 설계를 검증하고보다 강력한 유닛의 건설 방식을 정리했습니다.히니 틱스
선박 신청도 가능합니다
그는 일반적인 구성에서 고정자가 교대 전류 (AC) 파형에 의해 활력을 갖기 때문에 스토터를 초전도로 만들지 않기로 결정했다. 초전도체는 직류에 대해서만 완전히 무한합니다. 따라서 고정자에 AC를 초전도 코일에 적용하면 고정자에서 열을 제거하기 위해 다른 냉각 시스템이 필요한 전력 손실을 초래할 수 있습니다.
하란은 필요하지 않다고 생각합니다. 로터 코일에만 초전도체를 사용하면 모터는 98 ~ 99.5 % 범위의 효율성을 달성 할 수 있으며, 이는 영구적 인 매그넷 동기 모터에서는 현실적으로 가능한 것보다 약 4-5 % 포인트가 높습니다. Haran은 또한 초전도 설계가 전력 밀도의 감소없이 이러한 고효율을 달성 할 것이라고 주장합니다.
Pilon은 4 ~ 5 % 포인트는 많이 보이지 않을 수 있지만 일반적인 항공 응용 프로그램에서는 중요 할 것이라고 말합니다. 웹 사이트에서 Hinetics는 모터가 지속적인 특정 힘을 가지고 있다고 주장합니다. 킬로그램 당 10 킬로와트이 기계는 기계를 지속적인 힘으로 사용 가능한 가장 전력 밀도가 높은 장치에 넣을 것입니다. Haran에 따르면, 차세대 초전도 모터는 40kW/kg을 달성 할 것이며, 이는 상업적으로 이용 가능한 것보다 훨씬 높을 것이다.
항공이 초기 목표이지만 Haran은 선박 추진에서 잠재적 인 응용을보고 있는데, 여기서 모터의 높은 부피 전력 밀도는 무승부가 될 것입니다. “정말 흥미로운 점은 우리가 혁신적인 새로운 기술이 실용적이라는 것을보고 있다는 것입니다.”라고 그는 말합니다. “메가 와트와 저속에 도착하면 높은 토크가 필요한 곳은 어디에서나 매우 흥미로울 수 있습니다.”