十几家初创团队，致力于开发超导电机

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在过去半个世纪发明的无数技术中，高温超导体是最有前景的，但也是最令人沮丧的。几十年的研究已经产生了各种在环境压力下高达-140°C温度下超导的材料。然而，商业应用一直难以捉摸。

不过，现在，一些发展可能最终将高温超导体推向商业用途。一个是以相对适中的成本获得氧化铜基超导带，这是由几家公司为从事托卡马克聚变反应堆的初创公司生产的。反应堆在强大的电磁铁中使用超导带，超导带通常由氧化钇钡铜制成。另一项发展涉及一组不同的初创公司，他们正在使用超导带制造功率重量比非常高的电动机，主要用于电动飞机。

Hinetics是后一类初创公司之一，成立于2017年，旨在将伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Kiruba Haran研究商业化。2025年4月，其测试了一台配备超导转子磁体的原型电机，这些测试包括在实验室装置中旋转螺旋桨，验证了超导电机设计的关键部件，这些电机将在5兆瓦和10兆瓦的功率水平下运行。这样的水平将足以为一架配备多个发动机的支线客机提供动力。这项工作的部分资金来自高级研究计划局能源局（ARPA-E）的资助。

高温超导体（HTS）正在经历一段时间，因为在所有聚变工作的推动下，成本正在迅速下降。很多人都在加大生产力度，新的初创公司和新的能力正在进入市场。

Hinetics可能是试图使用高温超导体制造具有极高功率密度高效电机的十几家大小公司之一。其中包括航空航天巨头空客（Airbus），其正在一项名为ZEROe的项目下开发超导客机，以及东芝、雷神和英国初创公司HyFlux。然而，Hinetics正在采取一种不同寻常的方法。

构建超导电机常见方法是将超导材料用于转子或定子线圈，或两者兼而有之。通常，线圈由外部低温冷却系统保持在足够低的温度下液体或气体冷却。流体通过对流冷却超导线圈，通过物理方式流过与线圈接触的热交换器并带走热量。该系统已成功用于一些实验电机和发电机，但存在几个基本问题。一个重要的问题是需要使冷却液循环通过转子线圈，转子线圈嵌入以每分钟数千转的速度旋转的转子组件中。另一个问题是，这种方法需要一个复杂的低温冷却系统，包括泵、密封件、垫片、管道、隔热层、将制冷剂进出转子的旋转联轴器，以及可能发生故障并增加相当大重量的其他部件。

实验性Hinetics电动机中的转子线圈由高温超导体制成。它们由沿电机中心轴向运行的低温冷却器冷却。转子组件和低温冷却器被封闭在真空容器内

Hinetics的革命性想法：旋转制冷机

另一方面，Hinetics的系统使用了一个自给自足的制冷机，该制冷机足够小，可以连接到转子上，并与转子一起旋转，从而消除了将流体进出旋转容器的需要。通过这种安排，不必将超导体浸入流体中。相反，有一个低温冷却器和一个冷连接，可以将超导磁线圈的热量抽到低温冷却器中，进行制冷循环。这里的美妙之处在于它简化了一切，因为现在只需要一个与轴一起旋转的低温冷却器。

在这种配置中，包括线圈在内的转子组件通过传导而不是对流冷却。转子安装在真空室内。超导磁体组件的热量通过“热总线”传递，该总线基本上只是一个盘形的铜结构，将热量传导到附着在铜盘另一侧的低温冷却器。

其中一个挑战是找到一个足够小、足够轻的低温冷却器，使其能够高速旋转并在旋转过程中保持功能。对于其概念验证单元，Hinetics团队使用了Sunpower现成斯特林循环冷却器。它只能从转子组件中去除10瓦的热量，但在这种配置下，这就是保持转子线圈超导所需的全部。

该系统的一个潜在缺点是，由于这种相对较低的散热能力，低温冷却器需要几个小时才能充分冷却超导磁体以开始运行。未来的版本将缩短所需的时间。从好的方面来看，低散热率意味着高效率，因为冷却器的功率刚好足以维持运行期间所需的低温，而且没有太多的过剩容量。

为了给旋转的低温恒温器和转子磁体提供电力，原型使用了滑环。未来版本的电机将使用无线系统，可能基于电感耦合。

今年4月，Hinetics超导电机的测试验证了基本设计，并为建造更强大的机组扫清了道路

船舶上应用的可能

Hinetics选择不使定子超导，因为在典型的配置中，定子由交流电（AC）波形供电。超导体仅对直流电完全无损。因此，将交流电应用于定子中的超导线圈会导致功率损失，需要另一个冷却系统来从定子中散热。

Hinetics认为这没有必要。转子线圈中有超导体，电机的效率将达到98%至99.5%，比永磁同步电机的实际效率高出约四到五个百分点。超导设计将在不降低功率密度的情况下实现这种高效率，这在传统电机中很难实现。

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