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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA. PROJETO E CONSTRUÇÃO DE MOTORES ROTATIVOS ULTRA-SÔNICOS DE ONDAS VIAJANTES. Autor: Rafael Silva Pippi. UFSM – PPGEE. SUMÁRIO DO TRABALHO. • INTRODUÇÃO • MOTORES ULTRA-SÔNICOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE

MOTORES ROTATIVOS ULTRA-SÔNICOS DE

ONDAS VIAJANTES

Autor: Rafael Silva Pippi

UFSM – PPGEE


Sum rio do trabalho

SUMÁRIO DO TRABALHO

•INTRODUÇÃO

•MOTORES ULTRA-SÔNICOS

•GERAÇÃO DO MOVIMENTO

•PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

•RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

•CONCLUSÕES

UFSM – PPGEE


Introdu o

INTRODUÇÃO

O QUE É UM MOTOR ULTRA-SÔNICO ?

COMO FUNCIONA ?

APLICAÇÕES POTENCIAIS

• Dispositivos de armazenamento de informações;

• Braços mecânicos;

• Análise de amostras em laboratório;

• Sistemas de micro-posicionamento.

UFSM – PPGEE


Introdu o1

INTRODUÇÃO

OBJETIVOS

1 Construir dois protótipos de motores ultra-sônicos;

2 Desenvolver uma metodologia de operação emmodo passo;

3 Sistematizar os processos de projeto, construção e medição de parâmetros.

UFSM – PPGEE


Motores ultra s nicos

Rotativos

Lineares

MOTORES ULTRA-SÔNICOS

UFSM – PPGEE


Motores ultra s nicos1

Vantagens

Limitações

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.

• Baixa velocidade e alto torque;

•Limitações da cerâmica piezelétrica;

•Fadiga resultante de estresse do material;

•Altas temperaturas de operação;

•Vida útil reduzida devido ao desgaste de material.

• Alta resolução;

• Torque remanescente e resposta rápida.

UFSM – PPGEE


Gera o do movimento

()

()

Eixo de Polarização

(+)

(+)

()

(+)

Piezeletricidade

GERAÇÃO DO MOVIMENTO

UFSM – PPGEE


Projeto e aspectos construtivos

Protótipos

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Fase A

Primeiro motor (n=6)

Fase B

Fase A

Segundo motor (n=10)

Fase B

UFSM – PPGEE


Projeto e aspectos construtivos1

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Movimento do rotor

Onda Viajante

UFSM – PPGEE



Projeto e aspectos construtivos3

Onda Viajante

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

UFSM – PPGEE



Projeto e aspectos construtivos5

Freqüência de operação

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

Condições de parada:

•Tolerância de velocidade;

b

•Abertura de b.

UFSM – PPGEE


Projeto e aspectos construtivos6

Freqüência de operação

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

Condições de parada:

b

•Tolerância de velocidade;

•Abertura de b.

UFSM – PPGEE


Projeto e aspectos construtivos7

Freqüência de operação

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Máximo rendimento vibracional

Condições de parada:

b

•Tolerância de velocidade;

•Abertura de b.

UFSM – PPGEE


Projeto e aspectos construtivos8

Sistemas de acionamento e medição

PROJETO E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

ACIONAMENTO

•Oscilador senoidal;

•Defasador regulável;

•Amplificador.

MEDIÇÃO

•Multímetro de 6 ½ dígitos;

•Osciloscópio;

• Codificador de posição angular acoplado a um microcomputador.

UFSM – PPGEE




Resultados experimentais e discuss o2

n=6

f=19,73kHz

•Potência independe de FN;

Primeiro protótipo

30,7rpm

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

6W

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o3

n=6

f=19,73kHz

Primeiro protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

 : 90,2  113,8°

•A Potência demandada independe de .

=81,7°

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o4

n=6

f=19,73kHz

0,460°/passo

Primeiro protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

0,040°/passo

0,011°/passo

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o5

n=10

f=82,75kHz

88,5rpm

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

2,25rpm/Volt

0,32rpm/Volt

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o6

Potência independe de FN;

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

12W

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

12W

6W

•Potência demandadaestá relacionada ao modovibracional.

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o7

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

0,119°

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o8

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

0,034°

AUMENTO DA RESOLUÇÃO:

• FN ;

•  Ciclos de acionamento;

• Amplitude da tensão.

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o9

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o10

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o11

n=10

f=82,75kHz

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE


Resultados experimentais e discuss o12

FN=0,65N

n=10

f=82,75kHz

FN=1,73N

Segundo protótipo

RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO

UFSM – PPGEE


Conclus es

CONCLUSÕES

•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.

UFSM – PPGEE


Contribui es

CONTRIBUIÇÕES

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.

UFSM – PPGEE


Sugest es para trabalhos futuros

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

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;

4Estudar outros métodos de obter movimento a partir da piezeletricidade.

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Agradecimentos

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

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Perguntas

PERGUNTAS?????

PERGUNTAS !?

MUITO OBRIGADO !

UFSM – PPGEE


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