Este projeto empregou um estator convencional de servomotor da C.A. possuindo
oito dentes para construir um motor quadrifásico. Como mostra a Fig. 23 o diâmetro do
rotor é ligeiramente menor que o diâmetro dos rolamentos, enquanto que o diâmetro interno
do estator é ligeiramente maior que o diâmetro dos rolamentos. Esta construção é chamada
'através do furo', em referência ao método de fabricação. O núcleo do estator com os
enrolamentos é montado dentro da carcaça e fixado com adesivo. A tampa também é
montada com adesivo. Após, o conjunto é fixado com mandris e o assento dos rolamentos e
a superfície interna do estator são usinadas para garantir a concentricidade. O assento do
rolamento é usinado 2 ou 3µm maior que o diâmetro do rolamento de modo que o
conjunto do rotor possa ser introduzido facilmente.
Fig. 23 - Construção de um motor de passo usado para a rotação do espelho no projeto
Surveyor.
Para o estator foi usado um material do tipo permalloy com alta permeabilidade e,
para o núcleo do rotor, foi usado um bloco sólido do aço baixo carbono, ao invés de
laminado, para suprimir as oscilações indesejáveis devido à corrente de fuga que ocorre no
bloco de aço. As superfícies do rotor foram revestidas com ouro para impedir a oxidação.
Para a carcaça foi usado um tipo de aço inoxidável que tem o mesmo coeficiente de
dilatação que o núcleo do estator. Um fino fio revestido com teflon foi empregado devido
sua durabilidade sob altas temperaturas.
(2) programas espaciais mais recentes. A missão Mariner Jupiter Saturno 77 (ou Voyager
1), citado nas referências [4] e [5], tem uma plataforma de varredura científica com vários
tipos de instrumentos científicos tais como câmeras de TV e um espectrômetro UV.
Motores de passo são usados para apontar os instrumentos para os alvos desejados. O motor
usado aqui tem tamanho 11 (aproximadamente 27 mm de diâmetro), 90o, duas fases, do
tipo ímã permanente. O arranjo da engrenagem do motor com uma relação da redução de
9081:1 (ilustrado na Fig. 24) foi inserido num recipiente cilíndrico, e propicia uma rotação
de 0,01o para cada passo. Os potenciômetros de realimentação e telemetria foram
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conectados ao eixo de saída do atuador através de um engrenamento de alta precisão, antifolga, para fornecer medidas exatas da posição do eixo do atuador de varredura.
Fig. 24 - Trem de engrenagens da plataforma de varredura da Voyager 1.
(3) aplicações recentes. Hoje, milhares de satélites artificiais estão em órbita em torno da
Terra e os manipuladores nestes satélites são acionados por motores de passo. Um exemplo
é o Geotail, um satélite científico de pesquisa do Ministério da Educação do Japão que foi
colocado em órbita com auxílio da NASA. Este satélite, mostrado na Fig. 25(a), tem 2,2 m
de diâmetro e 1,6 m de altura e é recoberto com células solares. Uma vez em órbita, suas
quatro antenas de 50 m de comprimento e dois mastros de 6 m para detectar campos
magnéticos ultra-fracos, foram estendidos por um motor de passo híbrido, projetado para
operar em alto vácuo, através de um mecanismo polia/sem-fim mostrado na Fig. 25(b).
Outras aplicações
(1) peças para relógio. A maioria dos relógios acionados eletronicamente usa um motor de
passo especial cujo princípio já foi abordado anteriormente. Ele difere dos motores de passo
normais no que tange a taxa de passo (1 passo/s) e a operação reversa não é necessária. Em
um relógio típico, é usada a oscilação altamente estável de um oscilador de quartzo (por
exemplo, 32.768 Hz ou 215 Hz) para obter um pulso de disparo de 1 Hz através de um
circuito digital, e este sinal controla o circuito de acionamento que gira um ímã cilíndrico,
minúsculo, de terras-raras. Este movimento passa por um sistema de engrenagens para
acionar os três ponteiros do relógio como mostra a Fig. 26. O oscilador de quartzo, o
circuito eletrônico e a bateria são ajustados para ocupar um pequeno espaço num relógio de
pulso.
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(b)
(a)
Fig. 25 - (a) Satélite Geotail com quatro antenas de 50 m e dois mastros de 6 m para
medidas de campo magnético. As antenas e os mastros foram estendidos por um motor de
passo. (b) Mecanismo polia/sem-fim para esticar mastros (cortesia do Instituto do Espaço e
da Ciência Astronáutica).
Fig. 26 – Mecanismo de engrenagens do relógio que emprega um motor de passo
nonofásico (cortesia da Citizen Watch Co. Ltd.).
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(2) câmeras. O motor de passo é o atuador mais apropriado para o mecanismo automático
de focalização em uma câmera, devido a seu controle simples em malha aberta, usando o
microprocessador de baixo custo. A vantagem principal obtida usando os motores de passo
neste tipo da aplicação é a resposta rápida para movimentos curtos. A instabilidade
intrínseca que acompanha o controle em malha aberta é compensada por vários meios.
(3) aplicações na indústria pesada. A Fig. 27 mostra uma aplicação típica de um motor de
passo em laminação de aço. Este é um dispositivo que carimba o número da produção, etc.,
nas placas de aço; o motor de passo que aciona a tira de borracha. Um único sistema
controlador pode acionar diversos dispositivos simultaneamente.
Fig. 27 – Impressor de carimbos de borracha para marcação de produção em placas de aço.
(4) câmera de efeitos especiais. Há uma aplicação interessante de acionamento de múltiplos
eixos, usando motores de passo, no sistema para criar efeitos de animação especiais.
Produzir um filme é muito custoso em termos de tempo e trabalho, uma vez que 24 quadros
compreendem um único segundo de animação. O desejo da platéia de ver imagens
realísticas daquilo que não existe na realidade foi satisfeito, por exemplo, pelo filme de
Stanley Kubrick: 2001 Uma Odisséia no Espaço. Este filme deve muito de seu sucesso às
técnicas aprimoradas dos efeitos especiais.
Parece que os vários tipos de sistemas de câmeras com controle de movimento
que poderiam produzir animações de efeitos especiais foram criados em diversos locais
mais ou menos no mesmo período. Por exemplo, o sistema de câmera vertical mostrado na
Fig. 28, que foi produzido por uma equipe de animação em Tokyo, emprega 16 motores de
passo do tipo híbridos de cinco fases para o controle da posição das câmeras, de uma mesa
XY, de duas mesas secundárias, etc.[6] Enquanto o servomotor de C.C. sem escovas é a
melhor escolha do ponto de vista de acionamento mais rápido, os motores de passo de cinco
fases foram selecionados porque seus circuitos de controle são mais fáceis de serem
ajustados.
Cada motor de passo é controlado por um processador Z80A, enquanto que os 16
motores juntos são supervisionados por um outro Z80 para conseguir movimentos
coordenados. O conceito básico para o controle de aceleração e desaceleração, que será
abordado mais adiante, foi empregado aqui com algumas modificações.
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Fig. 28 – Stand para efeitos especiais.
Referências para a Seção
[1] Patterson, M. L., Haselby, R. D., e Kemplin, R. M. (1977). Speed, precision and
smoothness characterize four-color pen drive system. Hewlett Packard Journal 29,
(1), 13-19.
[2] Patterson, M. L. e Haselby, R. D. (1977). A micro-stepped XY controller with
adjustable-phase current waveforms. Proc. Sixth Annual Symposium on Incremental
Motion Control Systems and Devices. Department of Electrical Engineering,
University of Illinois, pp. 163-8.
[3] Egawa, K. (1993). Topology for motor design-stepping motor for Surveyor Project.
(In Japanese.) Mechatronics 18, (10), 50-3.
[4] Hughes, R. O. (1975). Dynamics of incremental motion devices associated with
planetary exploration spacecraft. Proc. Fourth Annual Symposium on Incremental
Motion Control Systems and Devices. Department of Electrical Engineering,
University of Illinois, pp. BBl-8.
[5] Tolivar, A. F. e Hughes, R. 0. (1976). Science platform pointing control law for a
planetary exploration spacecraft. Proc. Fifth Annual Symposium on Incremental
Motion Control Systems and Devices. Department of Electrical Engincering,
University of Illinois, pp. AAI-2.
[6] Fujii, N. (1987). Development of a multi-axes motion control camera system for
special effects in animation. Proc. 1987 Mototech Japan, pp. I-7-1 to 17. (In English)
Japan Management Association, Tokyo.
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