Esse trabalho tem por objetivo o estudar e desenvolver um projeto otimizado de micromotor eletrostático. Esse projeto foi desenvolvido em três perspectivas: simulação computacional, microfabricação e desenvolvimento de um software em linguagem C para realizar o projeto otimizado de um micromotor eletrostático aplicado para MEMS usando o Método de Otimização Topológica (MOT). Em um motor eletrostático, essencialmente, as cargas elétricas induzidas no rotor são atraídas pelas cargas elétricas do estator, dando origem à força eletrostática que cria o torque do motor. A partir de 1980, com o advento da tecnologia de microfabricação de MEMS (do inglês Microelectromechanical Systems), esses motores ganharam uma nova perspectiva internacional. Os micromotores vêm sendo pesquisados atualmente em diversos campos da Engenharia (no desenvolvimento de micro-válvulas, micro-bombas, micro-sensores, etc), no entanto, existem poucos estudos na literatura quanto ao projeto desses motores através de meios computacionais e matemáticos, com o objetivo de otimizar aspectos de projeto, como, por exemplo, seu torque. Dessa forma, para o desenvolvimento do projeto otimizado de um micromotor eletrostático, primeiramente foram realizadas simulações computacionais usando o Método de Elementos Finitos (MEF) para caracterização do micromotor e para a análise da influência de seus parâmetros de projeto no torque desenvolvido, com o objetivo de se determinar configurações que geram torque máximo domicromotor. Em seguida, o resultado dessas simulações foi considerado para o planejamento e a fabricação de protótipos em micro-escala, usando técnicas de microfabricação. Por fim, técnicas de otimização foram usadas para se obter a geometria otimizada do rotor do motor eletrostático de forma a maximizar o torque final.

This work has the objective of studying and developing an optimized design of an electrostatic side-drive micromotor. This work is divided in three different steps: computational simulation, microfabrication and development of a software in C language to optimize a MEMS electrostatic micromotor design using the Topology Optimization Method (TOM). In an electrostatic side-drive motor, essentially, the induced electric loads in the rotor are attracted by electric loads of the stator, generating an electrostatic force that creates a mechanical torque in the rotor of the micromotor. After 1980, electrostatic motors have gained a new international perspective with the technology of micromanufacturing of MEMS (Micro-Electromechanical systems). Micromotors have become more popular in scientific researches in diverse fields of Engineering (developing micro-valves, micro-pumps, micro-sensors, etc), however, there are a few studies in literature about the design of these micromotors using computational and mathematical approaches, with the objective of optimizing quantities, such as, for example, its torque. Thus, to design an optimized electrostatic micromotor, computational simulations, using Finite Element Method (FEM), were performed to characterize the micromotor operation and to analyze the design variables influence in the final torque, with the objective of determining the optimum configurations that drive to the maximum torque in the micromotor. Then, the resultsof these simulations were considered to design and fabricate microscale prototypes using micromanufacturing techniques. At last, optimization techniques are used in this work to obtain the optimized topology of the rotor of the electrostatic micromotor that maximizes its final torque.