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 !
Top Related