Desenvolvimento de um dispositivo eletromagnético para controle de força através de correntes induzidas

Abstract

O presente trabalho busca encontrar uma alternativa aos tradicionais aparelhos utilizados em academias de ginástica, substituindo a força peso realizada através da massa das convencionais anilhas por um sistema eletromagnético e ajustável eletronicamente. Através de um estudo analítico, numérico e experimental, busca-se uma solução inspirada em freios magnéticos. O projeto permite, através de enrolamentos controlados por uma grandeza elétrica (corrente elétrica), alterar o campo magnético em superfícies de materiais condutores, como o alumínio, e assim, as correntes induzidas na superfície geram uma força que tende a se opor ao movimento deste material condutor. Deseja-se avaliar quanta força pode ser obtida através desta solução em função das variáveis de interesse, tais como corrente elétrica, velocidade e espessura do condutor. Os resultados, tanto analítico quanto numérico se mostraram de acordo com os resultados experimentais. O protótipo se comportou da forma sugerida, ainda que, em pequena escala. Obtendo diferenças médias, entre os três modelos na abaixo de 30%, considerando forças máximas alcançadas na ordem de 0,6 kgf.

This work seeks to find an alternative to the traditional gym equipment, replacing the weight force made through the mass of the conventional washers with an electromagnetic system and electronically adjustable. Through an analytical, numerical and experimental study, a solution inspired by magnetic brakes is sought. The design allows, through windings controlled by an electrical quantity (electric current), to change the magnetic field on surfaces of conductive materials, such as aluminum, and thus, the eddy currents induced on the surface generate a force that tends to oppose movement of this conductive material. The study evaluate how much force can be obtained through this solution depending on the variables of interest, such as electrical current, speed and thickness of the conductor. The results, both analytical and numerical, were shown according to the experimental results. The prototype behaved as suggested, for a small-scale prototype. Obtaining average differences between the three models at below 30%, considering maximum forces achieved in the order of 0.6 kgf.