UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Autor: Rafael Silva Pippi

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE

MOTORES ROTATIVOS ULTRA-SÔNICOS DE

ONDAS VIAJANTES

UFSM – PPGEE

SUMÁRIO DO TRABALHO

• INTRODUÇÃO

• MOTORES ULTRA-SÔNICOS

• GERAÇÃO DO MOVIMENTO

• PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

• RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

• CONCLUSÕES

UFSM – PPGEE

INTRODUÇÃO

O QUE É UM MOTOR ULTRA-SÔNICO ?

COMO FUNCIONA ?

UFSM – PPGEE

APLICAÇÕES POTENCIAIS

• Dispositivos de armazenamento de informações;

• Braços mecânicos;

• Análise de amostras em laboratório;

• Sistemas de micro-posicionamento.

INTRODUÇÃO

OBJETIVOS

1 Construir dois protótipos de motores ultra-sônicos;

2 Desenvolver uma metodologia de operação em

modo passo;

3 Sistematizar os processos de projeto, construção e

medição de parâmetros.

UFSM – PPGEE

MOTORES ULTRA-SÔNICOS

Rotativos Lineares

UFSM – PPGEE

MOTORES ULTRA-SÔNICOS

• Pequena influência por campos magnéticos;

• Baixa velocidade e alto torque;

• Alta resolução;

• Dimensões compactas;

• Estrutura mecânica simples;

• Operação silenciosa;

• Estrutura vazada;

• Torque remanescente e resposta rápida.

• Limitações da cerâmica piezelétrica;

• Fadiga resultante de estresse do material;

• Altas temperaturas de operação;

• Vida útil reduzida devido ao desgaste de material.

Vantagens Limitações

UFSM – PPGEE

• Baixa velocidade e alto torque;

• Alta resolução;

• Torque remanescente e resposta rápida.

GERAÇÃO DO MOVIMENTO

Piezeletricidade

UFSM – PPGEE

()

(+)Eix

o d

e P

ola

rização

()

(+)

(+)

()

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

m

1

L180.el

2

3.el1SN

2

1.el2SN

.el

Segundo motor (n=10)

1SN

2SN

.el Primeiro motor (n=6)

Fase A

Fase B

Fase A

Fase B

Protótipos

UFSM – PPGEE

m2

)DD( intext

2

nm

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

UFSM – PPGEE

Onda Viajante

Movimento do rotor

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

UFSM – PPGEE

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

UFSM – PPGEE

Onda Viajante

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

UFSM – PPGEE

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

Condições de parada:

• Tolerância de velocidade;

• Abertura de .

Freqüência de operação

UFSM – PPGEE

E2

2opS

I

Condições de parada:

UFSM – PPGEE

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

• Tolerância de velocidade;

• Abertura de .

Freqüência de operação

E2

2opS

I

Condições de parada:

UFSM – PPGEE

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

Freqüência de operação

• Tolerância de velocidade;

• Abertura de .

E2

2opS

I

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

• Oscilador senoidal;

• Defasador regulável;

• Amplificador.

• Multímetro de 6 ½ dígitos;

• Osciloscópio;

• Codificador de posição angular acoplado a um microcomputador.

ACIONAMENTO

MEDIÇÃO

Sistemas de acionamento e medição

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

30,7rpmPrimeiro protótipo

6W

UFSM – PPGEE

3

2

1029,1

VP

• Potência independe de FN;

•

n=6f=19,73kHz

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

• A Potência demandada independe de .

Primeiro protótipo

: 90,2 113,8°

=81,7°

UFSM – PPGEE

n=6f=19,73kHz

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Primeiro protótipo

0,040°/passo

0,460°/passo

0,011°/passo

UFSM – PPGEE

n=6f=19,73kHz

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

UFSM – PPGEE

n=10f=82,75kHz

88,5rpm

2,25rpm/Volt

0,32rpm/Volt

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

• Potência independe de FN;

•151

VP

2

12W

6W

12W

• Potência demandadaestá relacionada ao modovibracional.

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

0,119°

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

0,034°

AUMENTO DA RESOLUÇÃO:

• FN ;

• Ciclos de acionamento;

• Amplitude da tensão.

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

o )t( f

)e1( to

)t(ty fo

21 AA 1A

2A

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

UFSM – PPGEE

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

Segundo protótipo

n=10f=82,75kHz

FN=0,65N

FN=1,73N

• •

•

7,39ff

fQ

12

c

inP

T

CONCLUSÕES

UFSM – PPGEE

• Características eletromecânicas da cerâmica determinam a maior parte das características do motor;

• Modo de vibração adotado está intimamente ligado àperformance do motor;

• Maior diâmetro médio da cerâmica possibilita a operação em modos vibracionais mais altos com freqüências de acionamento relativamente baixas;

• O estudo da operação em modo passo indica a possibilidade de controlar o movimento discretizado do motor com alta resolução.

CONTRIBUIÇÕES

UFSM – PPGEE

1 Desenvolvimento de dois protótipos de motores

ultra-sônicos de ondas viajantes no Brasil;

2 Investigação das características de resolução

utilizando o modo passo através da modulação burst;

3 Publicação de quatro artigos técnicos em congressos;

4 Estabelecendo uma base de informações para o

desenvolvimento de tecnologia nacional nesta área.

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

UFSM – PPGEE

1 Construção e investigação de motores semelhantes

utilizando modos de vibração superiores;

2 Implementação de controle inteligente para controle

do movimento;

3 Interdisciplinar a pesquisa;

4 Estudar outros métodos de obter movimento a partir

da piezeletricidade.

AGRADECIMENTOS

• Thornton Impec

• Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Reatores Eletrônicos – GEDRE

• Núcleo de Automação e Processos de Fabricação - NAFA

• Agradecimentos especiais ao Dr. Marcelo Fukui

UFSM – PPGEE

PERGUNTAS?????

PERGUNTAS !?

UFSM – PPGEE

MUITO OBRIGADO !