Neuer Kurzschlussdetektor soll Elektromotoren retten

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und verspricht, die Spulen von Elektromotoren schnell vor plötzlichen Ausfällen durch Kurzschlüsse zu bewahren

Elektrische Maschinen werden in den kommenden Jahren einen immer größeren Marktanteil einnehmen. Ein zu berücksichtigender Aspekt ist die Sicherheit der Motoren, die anfällig für Defekte und plötzliche Kurzschlüsse sind. Das Problem könnte die neue Erfindung lösen, die von Ka-Wai Huang, Chi-Kit Wong, Si-Teng Wu und Yi-Xing Liang vorgestellt wurde. Die Erfinder sind Mitglieder der Workers’ Children High School of Macao und der Macao Innovation & Invention Association und stellten die Idee auf der E-nnovate 2020 vor, wo sie eine Goldmedaille gewannen. Der Detektor besteht aus einem Generator, der die Motorspulen anregt, und einer Sonde, die einen Metallstreifen präzise in der Nähe der Spulen positioniert, um den Defekt zu erkennen. Die Erfindung ermöglicht es, den Fehler schnell, einfach und genau festzustellen und den Zustand der Komponenten des Elektromotors zu prüfen. Ka-Wai Huang erklärt genauer, worum es dabei geht.

Ka-Wai Huang (Mitte), Chi-Kit Wong und Si-Teng Wu bei der Arbeit in ihrem Labor.

Herr Huang, können Sie erklären, wie Ihre Erfindung entstanden ist? Wie sind Sie auf die Idee gekommen?

„Ich bin vor zwei Jahren der Science-and-Technology-Innovation-Gruppe unserer Schule beigetreten. Ich habe viel gelernt, auch den Umgang mit Werkzeugen. Wenn ich für einige unserer Projekte Elektrowerkzeuge benutzen musste, funktionierten manche nicht richtig und manche gar nicht. Ich fand es nicht sehr sicher, diese Werkzeuge zu verwenden, und es ist ziemlich verschwenderisch, sie wegzuwerfen. Mit der Ermutigung und Unterstützung von Herrn Liang habe ich einiges über die Instandhaltungstechnik von Motoren recherchiert und gelernt. Ich fand heraus, dass Kurzschlussfehler des Rotors eine wesentliche Ursache für Motorausfälle sind. Diese Fehler können zu katastrophalen Motorausfällen führen, die wegen Geräteverlusten und Betriebsstillständen die finanziellen Investitionen erheblich belasten und die Sicherheit des Bedienpersonals gefährden. Dieser Kurzschlussfehler ist jedoch schwer zu erkennen. Und in meinem Physikkurs habe ich die Gesetze des Elektromagnetismus (EM) kennengelernt. Also habe ich das Zusammenspiel zwischen elektromagnetischen Feldern und Windungsschlüssen von Rotoren untersucht und eine neue Methode zur Erkennung von Windungsschlüssen entwickelt“.

Wie verbessert Ihre Erfindung bestehende Technologien?

„Dieses Gerät besteht aus zwei Teilen: einem elektromagnetischen Generator, der die Rotorwicklung anregt, und der elektromagnetischen Sonde mit einem Band aus Eisenmetall, das in der Nähe der zu prüfenden Rotorwicklung positioniert wird. Der Windungsschluss der Wicklung wird anhand mechanischer Vibrationen geprüft. Auf der Grundlage des Entwurfs dieser Erfindung wurden weitere Verbesserungen vorgenommen, um einen Detektor mit hoher Nachweisempfindlichkeit zu entwerfen. So können die Menschen Werkzeuge im Alltag bequemer nutzen. Was die Marktfähigkeit und den Nutzen betrifft, ermöglicht die Erfindung dem Anwender, den aktuellen Zustand der elektrischen Rotorwicklung bequem, schnell und genau zu bestimmen. Sie kann den regulären Betrieb der Komponenten des Elektromotors besser sicherstellen, was für Werkzeuge aller Branchen und für Menschen, die Motoren verwenden, stabiler und zuverlässiger ist. Wegen ihrer Abmessungen sind große Rotoren, wie sie etwa in der Stromerzeugung eingesetzt werden, kostspielig, und ihre Ausfälle können massive Sicherheits- und Kostenprobleme verursachen. Unsere Erfindung sollte sehr attraktiv sein, weil sie auch für diese großen Rotoren verwendet werden kann. Das Gerät besteht aus erneuerbaren Materialien und ist umweltfreundlich. Gemessen an den hohen Wartungspreisen werden die Kosten sehr niedrig sein. Seine Leistung ist jedoch überlegen und die beste. Unser Team entwickelt diese Erfindung seit mehr als zwei Jahren kontinuierlich weiter, und sie wurde von Fachjurys bei internationalen Wettbewerben sehr positiv bewertet“.

Wurde die Idee bereits patentiert oder planen Sie, sie zu patentieren?

„Ja, die Erfindung hat bereits ein nationales Erfindungspatent erhalten“.

Was ist der nächste Schritt? Wie planen Sie, Ihre Erfindung umzusetzen oder zu verbreiten?

„Der Entwicklungsprozess der Erfindung wird mehrere Generationen umfassen: Vorrichtung zur Erkennung von Motorrotor-Kurzschlüssen, Vorrichtung zur Erkennung von Motorrotor-Kurzschlüssen auf der Grundlage des elektromagnetischen Induktionsgesetzes, Vorrichtung zur Erkennung von Windungsschlüssen in Rotorwicklungen von Elektromotoren auf Basis elektromagnetischer Induktion, Qualitätsprüfgerät für Motorrotorwicklungen auf Basis von Audioerkennungstechnologie (derzeit in Forschung und Entwicklung). Mit den künftigen Iterationen werden wir ein Gerät zur Qualitätsbeurteilung von Motoren auf Basis von Audioerkennungstechnologie einbauen, das mit intelligenter Technik ausgestattet sein wird und die manuelle Qualitätsprüfung ersetzt. Offen gesagt können wir einen größeren EM-Generator mit höherer Leistung verwenden, um eine größere Fläche abzudecken, und dann hochauflösende elektrische und magnetische Sensoren einsetzen, um die Störung des EM-Feldes zu erkennen. Mit diesem Gerät haben wir die Physik und das Funktionsprinzip der Verwendung eines EM-Generators zur Erkennung von Rotor-Kurzschlussfehlern bewiesen. In gewisser Weise ist dies ein Proof of Concept, der als Ausgangspunkt für die Entwicklung eines Fehlerdetektors für größere Motoren dienen kann“.