III WorkShop da Pós-Graduação, 2010

Programa de Engenharia Elétrica

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM MOTOR ELÉTRICO LINEAR
APLICADO À BIOENGENHARIA
III WORKSHOP DA PÓS-GRADUAÇÃO - 2010
Aline Durrer Patelli Juliani e Diógenes Pereira Gonzaga
[email protected]
Área: Sistemas Dinâmicos ­ Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos

Laboratório de Máquinas Elétricas e Conversão Eletromecânica de Energia
Departamento de Engenharia Elétrica ­ EESC ­ USP
Palavras-chave: Motores Lineares; Método dos Elementos Finitos; Acionamento e Controle; Bioengenharia.

Considerando-se o atual estágio de desenvolvimento das máquinas elétricas, tanto em
termos de ferramentas computacionais auxiliares nas simulações e nos projetos, quanto em
termos de materiais e sistemas eletrônicos de acionamento e controle, propõe-se neste
trabalho a construção de um dispositivo eletromecânico, na classe dos motores elétricos
lineares, que atenda às necessidades e se aplique à bioengenharia, mais propriamente às
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. Os dispositivos híbridos, como atuadores eletro-hidráulicos e
eletropneumáticos, que necessitam de fontes de energia de naturezas diferentes da
eletroeletrônica, também podem ser trocados pelas máquinas elétricas lineares. Uma
revisão dos conceitos relacionados à área de bioengenharia é feita, destacando-se os
mecanismos de transmissão existentes. Uma análise comparativa entre os principais
motores lineares é apresentada, com ênfase nas características construtivas, vantagens e
desvantagens de cada um, relacionados à aplicação. A escolha da máquina a ser projetada e
construída recaiu no motor linear síncrono, com ímãs permanentes na superfície da parte
móvel, numa estrutura tubular. Para esta máquina, é exposta uma metodologia de projeto,
baseando-se nos seguintes tópicos: equacionamento do circuito magnético, análises de
desempenho utilizando-se o método dos elementos finitos e modelagem matemática
através das equações por fase. O motor projetado está de acordo com as exigências da
aplicação, tais como: força eletromagnética superior a 12 N, deslocamento mínimo da parte
móvel de 1,91 cm, diâmetro menor do que 3 cm, tamanho do estator menor do que 20 cm,
perda resistiva e tensão de alimentação coerentes com as baterias existentes.
Referências
1. CHEVAILLER, S. Comparative Study and Selection Criteria of Linear Motors. 239
f. Tese ­ Faculté Sciences et Techniques de L'Ingénieur, École Polytechnique Fédérale de
Lausanne, Lausanne, 2006.
2. ZOLLO, L; ROCCELLA, S.; GUGLIELMELLI, E.; CARROZZA, M. C.; DARIO, P.
Biomechatronic Design and Control of an Anthropomorphic Artificial Hand for Prosthetic
and Robotic Applications. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, p.418-429, v.
12, No 4, August 2007.

Escola de Engenharia de São Carlos ­ USP

Outubro, 2010