Un nuovo rilevatore di cortocircuito salverà i motori elettrici

L'invenzione si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica e promette di salvare rapidamente le bobine dei motori elettrici da guasti improvvisi e da cortocircuiti

Le macchine elettriche occuperanno una quota sempre maggiore del mercato nei prossimi anni. Un aspetto da considerare è la sicurezza dei motori, soggetti a guasti e cortocircuiti improvvisi. Il problema potrebbe essere affrontato dalla nuova invenzione presentata da Ka-Wai Huang, Chi-Kit Wong, Si-Teng Wu e Yi-Xing Liang. Gli inventori sono membri della Workers’ Children High School of Macao e della Macao Innovation & Invention Association e hanno presentato l'idea durante E-nnovate 2020, vincendo una medaglia d'oro. Il rilevatore è composto da un generatore che stimola le bobine del motore e da una sonda che posiziona con precisione una striscia di metallo in prossimità delle bobine per riconoscere il guasto. L'invenzione permette di individuare il guasto in modo rapido, semplice e accurato e riesce a verificare lo stato di salute dei componenti del motore elettrico. Ka-Wai Huang spiega meglio di cosa si tratta.

Ka-Wai Huang (al centro), Chi-Kit Wong e Si-Teng Wu al lavoro nel loro laboratorio.

Signor Huang, può spiegare come è nata la sua invenzione? Come le è venuta l'idea?

«Due anni fa sono entrato nel gruppo di innovazione scientifica e tecnologica della nostra scuola. Ho imparato molto, compreso l'uso degli strumenti. Quando devo usare elettroutensili per alcuni dei nostri progetti, alcuni non funzionano correttamente e altri semplicemente non funzionano. Ho pensato che usare questi strumenti non sia molto sicuro e che sia piuttosto uno spreco buttarli via. Con l'incoraggiamento e il sostegno del signor Liang ho studiato e imparato parecchio sull'ingegneria della manutenzione dei motori. Ho scoperto che i cortocircuiti del rotore sono una causa significativa di guasto dei motori. Questi guasti possono portare a un cedimento catastrofico del motore, con un forte impatto sugli investimenti finanziari per la perdita dell'apparecchiatura e i fermi di funzionamento, oltre a mettere a rischio la sicurezza degli operatori. Ma questo cortocircuito è un problema difficile da individuare. E nel mio corso di fisica ho studiato le leggi dell'elettromagnetismo (EM). Così ho studiato l'interazione tra i campi elettromagnetici e il cortocircuito tra le spire dei rotori e ho elaborato un nuovo metodo per rilevare il cortocircuito tra le spire».

In che modo la vostra invenzione migliora le tecnologie esistenti?

«Questo dispositivo è composto da due parti: un generatore elettromagnetico che stimola l'avvolgimento del rotore e la sonda elettromagnetica con la banda di metallo ferroso posizionata vicino all'avvolgimento del rotore da testare. Il cortocircuito tra le spire dell'avvolgimento viene verificato tramite la vibrazione meccanica. Sulla base del progetto di questa invenzione sono stati apportati ulteriori miglioramenti per realizzare un rilevatore ad alta capacità di rilevamento. Per le persone è più comodo usare gli strumenti nella vita quotidiana. Inoltre, quanto a commerciabilità e vantaggi, l'invenzione consente all'utente di determinare in modo comodo, rapido e accurato lo stato di salute attuale dell'avvolgimento del rotore elettrico. Può garantire meglio il regolare funzionamento dei componenti del motore elettrico, che risulta più stabile e affidabile per gli strumenti di ogni settore o per chi usa motori. A causa delle dimensioni, i grandi rotori, come quelli usati nella produzione di energia, sono costosi e i loro guasti possono causare enormi problemi di sicurezza e di costi. La nostra invenzione dovrebbe essere molto interessante perché può essere usata anche per questi grandi rotori. Il dispositivo è realizzato con materiali rinnovabili, quindi rispettoso dell'ambiente. Rispetto agli alti costi di manutenzione, il costo sarà molto basso. Ma le sue prestazioni sono superiori e le migliori. Il nostro gruppo sviluppa costantemente questa invenzione da più di due anni ed essa è stata valutata molto positivamente dai membri di commissioni professionali in competizioni internazionali».

L'idea è già stata brevettata o avete in programma di brevettarla?

«Sì, l'invenzione ha già ottenuto il brevetto nazionale per invenzione».

Qual è il prossimo passo? Come pensate di realizzare la vostra invenzione o di diffonderla?

«Il processo di sviluppo dell'invenzione attraverserà diverse generazioni: dispositivo di rilevamento del cortocircuito del rotore del motore, dispositivo di rilevamento del cortocircuito del rotore del motore basato sulla legge dell'induzione elettromagnetica, dispositivo di rilevamento del cortocircuito tra le spire dell'avvolgimento del rotore per motori elettrici basato sull'induzione elettromagnetica, dispositivo di discriminazione della qualità dell'avvolgimento del rotore del motore basato sulla tecnologia di riconoscimento audio (attualmente in ricerca e sviluppo). Con le future iterazioni incorporeremo un dispositivo di discriminazione della qualità dei motori basato sulla tecnologia di riconoscimento audio, dotato di tecnologia intelligente, che sostituirà il processo di controllo qualità manuale. Francamente, possiamo usare un generatore EM più grande e più potente per coprire un'area più ampia, e poi usare sensori elettrici e magnetici ad alta risoluzione per rilevare il disturbo del campo EM. Con questo dispositivo abbiamo dimostrato la fisica e il principio di funzionamento dell'uso di un generatore EM per rilevare il cortocircuito del rotore. In un certo senso, si tratta di una prova di fattibilità che può servire da punto di partenza per sviluppare un rilevatore di guasti per motori più grandi».