Projeto e desenvolvimento de um fuso magnético de relutância variável

Abstract

Esta dissertação aborda o desenvolvimento de um fuso magnético de relutância variável com topologia de caráter inovador. Este dispositivo magnético é composto de um translator, que se desloca linearmente ao longo de um eixo, e um rotor que gira em torno do mesmo eixo. Ele é capaz de converter, sem contato mecânico entre suas partes móveis, movimentos de alta densidade de força e baixa velocidade linear em baixa densidade de conjugado e alta velocidade angular, atrativo para inúmeras aplicações industriais. Por possuir ímãs permanentes somente na menor de suas partes móveis, a topologia proposta torna-se economicamente viável em aplicações de longos cursos. O fuso magnético é projetado em software de elementos finitos e um estudo de sensibilidade paramétrica é realizado com o objetivo de maximizar a força produzida por unidade de volume dos ímãs permanentes. Após a definição dos parâmetros de projeto, um protótipo é construído e experimentalmente ensaiado. Os resultados obtidos das simulações são confrontados com os experimentalmente adquiridos apresentando boa concordância.

This master thesis presents the design and realization of a novel reluctance-based magnetic lead screw (RBMLS) topology. This magnetic device is composed of two moving-parts: a translator moving linearly back and forth along the z-axis and a rotor rotating about the same axis. The device is capable of convert low-speed, high-force linear motion to high-speed, low-torque rotary motion, without mechanical contact between the two moving parts, which makes it attractive for many industrial applications. The RBMLS has permanent magnets (PMs) in only the shortest of its moving parts, making it economically suitable for long-stroke-applications. The proposed RBMLS is designed in a finite element analysis software, in which a parametric study is conducted in order to maximize the stall force produced per PM volumetric unit. Once the parameters were chosen, a prototype was fabricated and experimentally analyzed. The experimental results are then compared to those supplied by the FEA analysis, showing good agreement.