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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2011.tde-04032011-150222
Documento
Autor
Nome completo
Aline Durrer Patelli Juliani
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2011
Orientador
Banca examinadora
Gonzaga, Diogenes Pereira (Presidente)
Aguiar, Manoel Luis de
Alcantara Junior, Naasson Pereira de
Monteiro, José Roberto Boffino de Almeida
Piqueira, Jose Roberto Castilho
Título em português
Projeto e construção de um motor elétrico linear aplicado à bioengenharia
Palavras-chave em português
Acionamento e controle
Bioengenharia
Máquinas elétricas
Método dos elementos finitos
Motores lineares
Próteses de membro superior
Resumo em português
Considerando-se o atual estagio de desenvolvimento das máquinas elétricas, tanto em termos de ferramentas computacionais auxiliares nas simulações e nos projetos, quanto de materiais e sistemas eletrônicos de acionamento e controle, propõe neste trabalho a construção de um dispositivo eletromecânico, na classe dos motores elétricos lineares, que atenda as necessidades e se aplique a bioengenharia, mais propriamente as próteses de membro superior, na forma de acionador translacional. Este dispositivo deve substituir os sistemas que utilizam motores elétricos rotativos com mecanismos de adaptação mecânica (roldanas, vários fios, redutores), que convertem o movimento rotacional em linear. Também, os dispositivos híbridos, como atuadores eletro-hidráulicos e eletropneumáticos, que necessitam de fontes de energia de naturezas diferentes da eletroeletrônica, podem ser substituídos pelas maquinas elétricas lineares. Uma revisão dos conceitos relacionados a área de bioengenharia e feita, destacando-se os mecanismos de transmissão existentes. E apresentada uma analise comparativa entre os principais motores lineares, enfatizando-se as características construtivas, as vantagens e as desvantagens de cada um, relacionados a aplicação. A escolha da maquina a ser projetada e construída recaiu no motor linear síncrono, com imas permanentes na superfície da parte móvel, em uma estrutura tubular. Para esta maquina, e exposta uma metodologia de projeto, baseando-se nos seguintes tópicos: equacionamento do circuito magnético, cálculos de parâmetros utilizando-se o método dos elementos finitos e modelagem matemática por meio das equações por fase. Apos a etapa teórica, a construção da maquina e apresentada juntamente com os ensaios experimentais, possibilitando a comparação das características reais em relação ao projeto inicial. Por fim, o motor e aplicado ao dedo artificial, verificando-se a sua capacidade de substituição do motor rotativo.
Título em inglês
Design and construction of a linear electric motor applied to bioengineering
Palavras-chave em inglês
Bioengineering
Electrical machines
Finite element method
Linear motors
Motor drives and motion control
Upper limb prostheses
Resumo em inglês
By means of the latest technological advances of the electrical machines, both in terms of computational aids in simulations and designs, materials and electronic systems of drive and control, this work put forward the construction of an electromechanical device, in the class of the linear motors. It will be applied to bioengineering area, in particular in upper limb prostheses, in the form of a translational actuator. This linear motor must substitute the systems that use electric rotational motors with planetary gears and lead screw transmission, to convert the rotational movement into linear. The hybrid mechanisms, like electro pneumatic/hydraulic actuators, which need energy sources different from electronics, can be changed for the linear electric machines too. A review about bioengineering topics is done, where the existent mechanical mechanisms are highlighted. According to the application necessities, the advantages and disadvantages of different topologies of electric linear machines are compared and the constructive characteristics are emphasized. The tubular linear synchronous motor, with permanent magnets on the surface of the mobile part, was chosen to be applied to hand prostheses. To this machine, a design methodology is presented for calculating the motor dimensions, based on the following subjects: magnetic circuit equating, finite element analyses to evaluate parameters and machine dynamic modeling. After the theorethical stage, the construction of the machine is presented with the experimental results, allowing comparisons between the real characteristics and the initial design features of the motor. Finally, the machine is applied to an artificial finger to verify its capability to replace the rotational motor.
 
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Aline.pdf (6.05 Mbytes)
Data de Publicação
2011-03-22
 
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