ENGENHARIA ELÉTRICA
Desenvolvimento de um Motor Linear para
Acionamento de um Elevador – Projeto
Magnelever
TCC – Engenharia Elétrica
Vagner Souza Fagundes
Orientadora: Dra. Profa. Enga. Eletricista Marília Amaral
da Silveira
Projeto Magnelever
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Descrição do Elevador de Tração:
Máquina de tração
Cabina
Contrapeso
Estrutura básica do elevador de tração
Projeto Magnelever
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Descrição da Máquina de Tração:
Polia de
tração
Caixa de
engrenagem
Motor elétrico
Polia de
tração
Motor elétrico
Máquina de tração sem engrenagem
Eixo sem-fim
Corroa dentada
Máquina de tração com engrenagem
Caixa de engrenagem
Projeto Magnelever
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Descrição do Elevador Hidráulico:
Atenuador
de pulsação
Bomba
Filtro
Êmbolo
Filtro
Motor
Cabina
Pistão hidraúlico
Unidade de potência do elevador hidráulico
Unidade de
potência
Elevador hidráulico
Projeto Magnelever
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Descrição do Motor Linear na
Cabina
A primeira patente
concedida com o uso
da máquina linear em
elevadores foi obtida
por K. Kudermann em
1970
Motor linear instalado na cabina
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Obtenção do
Motor Linear
Um motor linear pode ser visto com um
motor rotativo tradicional que teve o seu
estator
cortado
radialmente
e
depois
desenrolado.
Obtenção de um Motor Linear a partir de um motor rotativo
Projeto Magnelever
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Objetivos e Benefícios propostos:
O objetivo deste trabalho é desenvolver um
motor linear que substitua a máquina de
tração e dispense o uso do contrapeso e cabos
de aço na movimentação da cabina ao longo
da caixa de corrida.
100
Eficiência (%)
80
60
Sistema com cabo
40
Sistema sem cabo
20
0
1900ral
1901ral
1902ral
1904ral
1905ral
1906ral
1908ral
Altura (m)
Projeto Magnelever
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Descrição da Torre de Teste:
Guias com ímãs
permanentes
Cabina
Extrutura de
sustentação
Parafuso de regulagen
do entreguias
Bobinas móveis
Patamar de andar
Torre de teste desenvolvida para estudo do motor
linear desenvolvido
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Vista Lateral:
Ímã permanente
Guia de acrílico
Estrututa de sustentação
Suporte dos ímãs
Vista lateral da torre de teste
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Vista Frontal:
Guias com imãs
permanente
Cabina
Parafuso de regulagem
do entre guias
Bobinas móveis
Entre guias
Vista frontal da torre de teste
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição da Vista do Motor Linear:
Ímã Permanente
Estrutura móvel
Bobina – B2
Bobina – B4
Bobina – B1
Bobina – B3
Parafuso de regulagem
do entre-ferro
Rolete
Suporte dos imãs
Vista do motor
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Descrição do Sistema Ligação das
Bobinas:
Bobina – B2
Bobina – B4
Bobina – B1
Bobina – B3
Sistema de ligação das bobinas
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Descrição do atuador linear:
4
13
Ângulo do deslocamento da estrutura móvel.
Projeto Magnelever
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Descrição do Principio de Funcionamento
N S
S N
S N
N S
N S
S N
S N
N S
N S
S N
N S
S N
S N
N S
S N
N S
N S
S N
N S
S N
S N
N S
NS
S N
SN
N S
N S
S N
S N
N S
S N
N S
S N
S N
N S
Ímã permanente
Força Resultante
Bobina B4 desligada
Bobina B2 desligada
N S
Força Atração
Força Repulsão
Força Atração
Força Peso
S N
N S
S
N
N
S
S N
N S
S N
S
N
N
S
N S
N S
S N
N S
S N
N S
S N
N S
S N
N S
S N
S N
N S
Cabina parada com as forças em equilíbrio.
Cabina com força resultante no sentido de subida.
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Descrição do Principio de Funcionamento
Acionamento das bobinas do motor linear.
Acionamento Bobina B1 e B3 Bobina B2 e B4
1
Pólo sul
Desligadas
2
Pólo sul
Pólo sul
3
Desligadas
Pólo sul
4
Pólo norte
Pólo sul
5
Pólo norte
Desligadas
6
Pólo norte
Pólo norte
7
Desligadas
Pólo norte
8
Pólo sul
Pólo norte
N S
S N
S N
N S
N S
S N
S N
N S
N S
S N
S N
N S
N S
S N
S N
NS
S N
Força repulsão
N S
S N
N S
S N
Força atração
S N
N S
N S
Força peso
N S
S N
S N
N S
Cabina parada com as forças em equilíbrio.
Projeto Magnelever
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Simulação realizada com FEMM:
N S
S N
Enrolamento
da bobina
Ímã permanente
S N
N S
Suporte dos ímãs
N S
S N
Carretel da bobina
Núcleo da bobina
S N
N S
N S
S N
Geometria bidimensional do motor linear
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
Especificações dos Materiais:
Definição da região de fronteira.
Projeto Magnelever
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Geração da Malha de Elementos
Finitos :
Malha de elementos finitos bidimensional do motor linear
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Processamento do Modelo:
Simulação densidade de fluxo magnético no motor linear realiza no software FEMM.
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Resultados Obtidos com a Simulação:
Posição
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
Estado
Parado
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Comutação
Deslocada
Polaridade
B1 e B3
Sul
Sul
Sul
Desligadas
Desligadas
Norte
Norte
Norte
Norte
Norte
Norte
Desligadas
Desligadas
Sul
Sul
Polaridade
B2 e B4
Desligadas
Sul
Sul
Sul
Sul
Sul
Sul
Desligadas
Desligadas
Norte
Norte
Norte
Norte
Norte
Norte
Força (N)
2,6500
11,2593
2,5453
9,1600
2,5690
11,8188
2,5487
8,0926
2,6542
10,9239
2,6965
9,0161
2,5003
12,0677
2,6966
Projeto Magnelever
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Resultados Obtidos com a
Simulação:
Deslocamento
14.000
12.000
Força (N)
10.000
8.000
Força (N)
6.000
4.000
2.000
.000
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
Posição
Gráfico da força por acionamento do motor linear.
Projeto Magnelever
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Resultados Obtidos com a
Simulação:
Cabina na posição 1 parada.
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Resultados:
O deslocamento das bobinas altera a força produzida
pelos campos magnéticos, na figura (a) a força é de 11,2593N
enquanto que na figura (b) a força passa a ser de 7,0307N.
(a)
(b)
(a) Estrutura móvel, (b) Estrutura móvel deslocada.
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Resultados dos Teste:
Posição
Carga
240g
Massa
total
240g
Força
(N)
2,4N
55g
295g
2,95N
55g
295g
2,95N
324g
564g
5,64N
Massa
Estrutura
móvel
Carga na
Subida
Carga na
Decida
Carga Parada
Estrutura móvel
Demonstração de deslocamento de carga.
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Comparações dos Resultados
Testes:
A comparação com o teste de máxima carga deslocada e
máxima carga sustentada tem uma diferença.
Prático
6.000
1900ral
5.000
4.000
3.000
1900ral
2.000
1.000
.000
1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral
Prático
Gráfico de teste práticos.
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Conclusões:
Observou-se a Força de Lorentz, obtida pelo software FEMM,
possui valores diferente para cada nova posição e novo acionamento
das bobinas. As variações nos valores das forças obtidas resultam
no deslocamento da cabina.
As diferenças encontradas nos valores dos teste podem ser
justificadas pela geometria dos ímãs permanentes e das bobinas.
O deslocamento da cabina, como forma de demonstrar o
funcionamento do protótipo, foi plenamente atingido.
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Referências:
[1] FITZGERALD, A.E.; KINGSLEY JR., Charles; UMANS, Stephen D. –
Máquinas Elétricas, com Introdução à Eletrônica de Potência. –Bookman
Companhia Editora. 2006.
[2] A. E. Fitzgerald Charles Kingsley, Jr. Stephen D. Umans – Máquinas
Elétricas – Bookman 1981
[3] OTIS Elevator Company. Disponível m<http://www.otis.com/otis/>.
[4] OTIS, G. E., Improvement in Hoisting Apparatus, US Patent
31,128,1861.
[5] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Preventiva 1, 2008.
[6] GIERAS, J. F.; PIECH, Z.J. Linear synchronous motor: transportation
and automation systems. CRC Press LLC – Boca Raton, 1999.
[7] Jonh D. Kraus, Keith R. Carver – Eletromagnetismo – Guanabara
Dois S.A. 1981.
[8] CHEVAILLER, Samuel. – Comparative Study and Selection Criteria of
Linear Motors, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2006.
[9] David Meeker – Finite Element Method Magnetics Version 4.2 User’s
Manual. 2009
Projeto Magnelever
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ENGENHARIA ELÉTRICA
[10] SILVEIRA, Marília Amaral da – Estudo de um Atuador Planar.
Disponível em:<www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/3592/
000390183.pdf>. Acesso em: 1º semestre de 2011.
[11] NETO, Tobias Rafael Fernandes – Sistema de Transporte Vertical
Utilizando um Motor de Indução Linear Bilateral. Disponívelem:<www.
dominiopublico.gov.br/ pesquisa/ detalhe obraform .do?selectaction =
&co_obra=105235>. Acesso em: 1º semestre de 2011.
[12] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Excel Hidráulico,2005.
[13] IDAGAWA, Hugo Sakai – Projeto, Montagem e Caracterização de
Motor Linear de Ímã Permanente. Disponível em:<www.fem.unicamp
.br/~lotavio/TGs /2009_MotorCClinear_TG_HugoSakaiIdagawa.pdf>.
Acesso em: 1º semestre de 2011.
[14] BASTOS, J. P. A. Eletromagnetismo e Cálculo de Campos. 2da.
Edição. Editora Universidade Federal de Santa Catarina, 1992.
[15] Universidade Federal de Santa Catarina - Eletromagnetismo e
Cálculo de Campos. 2da. Edição.BASTOS, J. P. A., 1992.
[16] ESPÍNDOLA, Rogério Silveira - Estudo e Desenvolvimento de um
Motor Voice Coil. Disponível
em:<http://tcceeulbra.synthasite.com/tcc-anteriores.php>. Acesso em:
1º semestre de 2011.
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Desenvolvimento de um Motor Linear para
Acionamento de um Elevador – Projeto
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