ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Desenvolvimento de um Motor Linear Desenvolvimento de um Motor Linear para Acionamento de um Elevador – para Acionamento de um Elevador –
Projeto Magnelever Projeto Magnelever
TCC – Engenharia ElétricaTCC – Engenharia ElétricaVagner Souza Fagundes
Orientadora: Dra. Profa. Enga. Eletricista Marília Amaral da Silveira
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 1
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICADescrição do Elevador de Descrição do Elevador de
Tração:Tração:
Contrapeso
Cabina
Máquina de tração
Estrutura básica do elevador de tração
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 2
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICADescrição da Máquina de Descrição da Máquina de
Tração:Tração:
Motor elétrico
Polia de tração
Caixa de engrenagem
Máquina de tração com engrenagem
Máquina de tração sem engrenagem
Motor elétrico Polia de tração
Caixa de engrenagem
Eixo sem-fimCorroa dentada
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 3
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICADescrição do Elevador Descrição do Elevador
Hidráulico:Hidráulico:
Elevador hidráulico
Unidade de potência
Pistão hidraúlico
Cabina
Êmbolo
Unidade de potência do elevador hidráulico
Atenuador de
pulsação
Filtro
BombaFiltro
Motor
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 4
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição do Motor Linear na Descrição do Motor Linear na CabinaCabina
Motor linear instalado na cabina
A primeira patente concedida com o uso da máquina linear em elevadores foi obtida por K. Kudermann em 1970
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 5
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Obtenção do Descrição da Obtenção do Motor Linear Motor Linear
Obtenção de um Motor Linear a partir de um motor rotativo
Um motor linear pode ser visto com um motor rotativo tradicional que teve o seu estator cortado radialmente e depois desenrolado.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 6
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Objetivos e Benefícios Objetivos e Benefícios propostos:propostos:
O objetivo deste trabalho é desenvolver
um motor linear que substitua a máquina de tração e dispense o uso do contrapeso e cabos de aço na movimentação da cabina ao longo da caixa de corrida.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 7
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Torre de teste desenvolvida para estudo do motor linear desenvolvido
Descrição da Torre de Teste:Descrição da Torre de Teste:
Parafuso de regulagen
do entreguias
Guias com ímãs permanentes Extrutura de
sustentação
Cabina
Bobinas móveis
Patamar de andar
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 8
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Ímã permanente
Guia de acrílico
Estrututa de sustentação
Suporte dos ímãs
Descrição da Vista Lateral:Descrição da Vista Lateral:
Vista lateral da torre de teste
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 9
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Guias com imãs
permanente
Parafuso de regulagem
do entre guias
Cabina
Bobinas móveis
Entre guias
Vista frontal da torre de teste
Descrição da Vista Frontal: Descrição da Vista Frontal:
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 10
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Vista do Motor Descrição da Vista do Motor Linear:Linear:
Ímã Permanente
Bobina – B1
Estrutura móvel
RoleteParafuso de regulagem do entre-
ferroSuporte dos imãs
Bobina – B2 Bobina – B4
Bobina – B3
Vista do motor
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 11
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição do Sistema Ligação Descrição do Sistema Ligação das Bobinas:das Bobinas:
Sistema de ligação das bobinas
Bobina – B1
Bobina – B2 Bobina – B4
Bobina – B3
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 12
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição do atuador linear:Descrição do atuador linear:
Ângulo do deslocamento da estrutura móvel.
4
13
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 13
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição do Principio de Descrição do Principio de FuncionamentoFuncionamento
Cabina parada com as forças em equilíbrio.
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
Ímã permanente
S N N S
Bobina B4 desligada
Força Atração
Força Peso
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
S N N S
Força Resultante
S N N SForça Atração
Força Repulsão
Cabina com força resultante no sentido de subida.
Bobina B2 desligada
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 14
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Cabina parada com as forças em equilíbrio.
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
S N
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
N S
S N N S
S N N S
Força repulsão
Força atração
Força peso
Descrição do Principio de Descrição do Principio de FuncionamentoFuncionamento
Acionament
oBobina B1 e B3 Bobina B2 e B4
1 Pólo sul Desligadas2 Pólo sul Pólo sul3 Desligadas Pólo sul4 Pólo norte Pólo sul5 Pólo norte Desligadas6 Pólo norte Pólo norte7 Desligadas Pólo norte8 Pólo sul Pólo norte
Acionamento das bobinas do motor linear.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 15
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Simulação realizada com FEMM:Simulação realizada com FEMM:
S N
S N
S N
S N
S N
N S
N S
N S
N S
N S
Suporte dos ímãs
Enrolamento
da bobina
Núcleo da bobina
Ímã permanente
Carretel da bobina
Geometria bidimensional do motor linear
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 16
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Definição da região de fronteira.
Especificações dos Materiais:Especificações dos Materiais:
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 17
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Geração da Malha de Elementos Geração da Malha de Elementos Finitos :Finitos :
Malha de elementos finitos bidimensional do motor linear
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 18
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Processamento do Modelo:Processamento do Modelo:
Simulação densidade de fluxo magnético no motor linear realiza no software FEMM.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 19
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Posição EstadoPolaridade
B1 e B3 Polaridade
B2 e B4Força (N)
1 Parado Sul Desligadas 2,65001 Comutação Sul Sul 11,25932 Deslocada Sul Sul 2,54532 Comutação Desligadas Sul 9,16003 Deslocada Desligadas Sul 2,56903 Comutação Norte Sul 11,81884 Deslocada Norte Sul 2,54874 Comutação Norte Desligadas 8,09265 Deslocada Norte Desligadas 2,65425 Comutação Norte Norte 10,92396 Deslocada Norte Norte 2,69656 Comutação Desligadas Norte 9,01617 Deslocada Desligadas Norte 2,50037 Comutação Sul Norte 12,06778 Deslocada Sul Norte 2,6966
Resultados Obtidos com a Simulação:Resultados Obtidos com a Simulação:
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 20
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Gráfico da força por acionamento do motor linear.
Resultados Obtidos com a Resultados Obtidos com a Simulação:Simulação:
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 21
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Cabina na posição 1 parada.
Resultados Obtidos com a Resultados Obtidos com a Simulação:Simulação:
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 22
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:Resultados:
(a) Estrutura móvel, (b) Estrutura móvel deslocada.
(a) (b)
O deslocamento das bobinas altera a força produzida pelos campos magnéticos, na figura (a) a força é de 11,2593N enquanto que na figura (b) a força passa a ser de 7,0307N.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 23
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados dos Teste:Resultados dos Teste:
Carga
Demonstração de deslocamento de carga.
Estrutura móvel
Posição MassaMassa total
Força (N)
Estrutura móvel
240g 240g 2,4N
Carga na Subida
55g 295g 2,95N
Carga na Decida
55g 295g 2,95N
Carga Parada 324g 564g 5,64N
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 24
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Comparações dos Resultados Comparações dos Resultados Testes:Testes:
A comparação com o teste de máxima carga deslocada e máxima carga sustentada tem uma diferença.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 25
Gráfico de teste práticos.
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Conclusões:Conclusões:
Observou-se a Força de Lorentz, obtida pelo software FEMM, possui valores diferente para cada nova posição e novo acionamento das bobinas. As variações nos valores das forças obtidas resultam no deslocamento da cabina.
As diferenças encontradas nos valores dos teste podem ser justificadas pela geometria dos ímãs permanentes e das bobinas.
O deslocamento da cabina, como forma de demonstrar o funcionamento do protótipo, foi plenamente atingido.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 26
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Referências:Referências:
[1] FITZGERALD, A.E.; KINGSLEY JR., Charles; UMANS, Stephen D. – Máquinas Elétricas, com Introdução à Eletrônica de Potência. –Bookman Companhia Editora. 2006.[2] A. E. Fitzgerald Charles Kingsley, Jr. Stephen D. Umans – Máquinas Elétricas – Bookman 1981[3] OTIS Elevator Company. Disponível m<http://www.otis.com/otis/>.[4] OTIS, G. E., Improvement in Hoisting Apparatus, US Patent 31,128,1861.[5] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Preventiva 1, 2008.[6] GIERAS, J. F.; PIECH, Z.J. Linear synchronous motor: transportation and automation systems. CRC Press LLC – Boca Raton, 1999.[7] Jonh D. Kraus, Keith R. Carver – Eletromagnetismo – Guanabara Dois S.A. 1981.[8] CHEVAILLER, Samuel. – Comparative Study and Selection Criteria of Linear Motors, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2006.[9] David Meeker – Finite Element Method Magnetics Version 4.2 User’s Manual. 2009
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 27
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA[10] SILVEIRA, Marília Amaral da – Estudo de um Atuador Planar. Disponível em:<www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/3592/000390183.pdf>. Acesso em: 1º semestre de 2011.[11] NETO, Tobias Rafael Fernandes – Sistema de Transporte Vertical Utilizando um Motor de Indução Linear Bilateral. Disponívelem:<www. dominiopublico.gov.br/ pesquisa/ detalhe obraform .do?selectaction = &co_obra=105235>. Acesso em: 1º semestre de 2011.[12] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Excel Hidráulico,2005.[13] IDAGAWA, Hugo Sakai – Projeto, Montagem e Caracterização de Motor Linear de Ímã Permanente. Disponível em:<www.fem.unicamp.br/~lotavio/TGs /2009_MotorCClinear_TG_HugoSakaiIdagawa.pdf>. Acesso em: 1º semestre de 2011.[14] BASTOS, J. P. A. Eletromagnetismo e Cálculo de Campos. 2da. Edição. Editora Universidade Federal de Santa Catarina, 1992.[15] Universidade Federal de Santa Catarina - Eletromagnetismo e Cálculo de Campos. 2da. Edição.BASTOS, J. P. A., 1992.[16] ESPÍNDOLA, Rogério Silveira - Estudo e Desenvolvimento de um Motor Voice Coil. Disponível em:<http://tcceeulbra.synthasite.com/tcc-anteriores.php>. Acesso em: 1º semestre de 2011.
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 28
ENGENHARIA ELÉTRICAENGENHARIA ELÉTRICA
Desenvolvimento de um Motor Linear Desenvolvimento de um Motor Linear para Acionamento de um Elevador – para Acionamento de um Elevador –
Projeto Magnelever Projeto Magnelever
Projeto Magnelever Projeto Magnelever 29