Revisioni progettuali e caratterizzazioni sperimentali di trasformatori rotanti per applicazioni aeronautiche

Normally, traditional ice protection systems (IPS) are based on slipring devices to prevent the formation of ice on helicopter propellers. Therefore, these devices are used to transfer energy from generators to blades by brushes. These solutions are characterized by high maintenance costs, low reliability, and a short life due to the vibratory environment in which they are used. One solution to overcome these issues is to replace the slipring device systems with others that provide a wireless power transfer system (WPTS). Accordingly, the purpose of this thesis is the characterization of a rotating transformer. Analyzing the transfer of power and signal as a function of the air gap, evaluating limits, accuracy, and efficiency of operation. This approach involves preliminary analysis of the model through 2D finite element simulations carried out FEMM (Finite Element Method Magnetics) and 3D electromagnetic simulations carried out Ansys Maxwell. Followed by experimental validation on a small-scale prototype. Subsequently, the tests of the mechanical Mock-up of the transformer were carried out. The last phase involves the analysis of the full-scale power and signal rotary transformers. This analysis process leads to the identification of the electrical parameters of the signal transformer.

Normalmente, i tradizionali sistemi di protezione dal ghiaccio (IPS) sono basati su meccanismi di contatti striscianti al fine di evitare la formazione di ghiaccio sulle eliche di elicotteri. Di fatto, si impiegano dispositivi che trasferiscono energia elettrica dai generatori alle pale mediante spazzole. Queste soluzioni sono caratterizzate da elevati costi di manutenzione, da una bassa affidabilità e da una vita breve dovuta all’ambiente vibratorio nel quale vengono impiegati. Una soluzione per superare queste criticità consiste nel sostituire i sistemi a contatti striscianti con altri che prevedono un trasferimento di potenza wireless (Wireless Power Transfer System WPTS). Di conseguenza, lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione di un trasformatore rotante. Analizzando il trasferimento di potenza e di segnale in funzione del traferro, valutando limiti, accuratezza ed efficienza di funzionamento. Questo approccio prevede delle analisi preliminari del modello tramite simulazioni 2D ad elementi finiti effettuate con l’ausilio di FEMM e simulazioni elettromagnetiche 3D svolte con Ansys Maxwell. Seguite da validazione sperimentale su prototipo in scala ridotta. Successivamente, si sono effettuati i test del Mock-up meccanico del trasformatore. Infine, l’ultima fase prevede l’analisi del trasformatore rotante di potenza e di segnale. Questo processo di analisi porta all’identificazione dei parametri elettrici del trasformatore di segnale.