Características do Actuador Linear Objecto de Estudo

considera-se um actuador linear de relutância variável comutado, na configuração longitudinal, com seis pólos no primário e oito dentes no secundário (configuração 6/8) [21].

A informação obtida a partir deste estudo é relevante tanto para as técnicas de controlo a usar na excitação, como na fase de projecto. No primeiro caso, permite evitar regimes de comutação dos dispositivos electrónicos de regulação próximos das frequências de vibração; no segundo caso fornece indicações quanto às peças e às regiões mais susceptíveis às vibrações, possibilitando redimensionar ou reconfigurar a estrutura, e definir os materiais e a sua geometria. A informação e o conhecimento obtidos são também relevantes na prevenção de falhas no actuador por identificação das peças e regiões sujeitas a maiores deformações.

Os desafios decorrentes da novidade do tema, no que respeita aos actuadores lineares, as suas interligações com aspectos da física e da dinâmica de sistemas mecânicos, que são normalmente tratados em outras áreas do conhecimento, aliados às técnicas de aquisição e ao processamento digital de sinais, bem como outros temas da electrotecnia e da electrónica são outras razões de motivação. Além destes desafios, a inovação requerida a um documento deste tipo constitui motivação adicional pela oportunidade de contribuir para o enriquecimento científico com novas ideias e métodos para os ensaios de avaliação do comportamento vibratório de actuadores lineares.

Este trabalho é, por isso, na opinião do autor, importante uma vez que se insere numa nova linha de investigação, aportando um leque de informação e de conhecimento que reforça o já existente. Além disso, são importantes os contributos para o conhecimento disponível à comunidade científica em geral, e em particular aqueles que desenvolvem trabalho nesta área. Por último, como corolário da investigação levada a cabo, sendo parte dos requisitos à obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, este documento aponta novas linhas de investigação a desenvolver no futuro.

1.3. Características do Actuador Linear Objecto de Estudo

O trabalho descrito neste documento usa como objecto de estudo um actuador linear de relutância variável comutado, projectado e desenvolvido no DEM-UBI em resultado de um trabalho de investigação precedente [21]. Esse actuador, na configuração longitudinal, possui uma estrutura em perfis de liga de alumínio extrudido 6060-O (AlMgSi 0.5F25). As peças constituintes do circuito magnético, designadamente os núcleos dos enrolamentos e as saliências polares do primário (os pólos), são em materiais ferromagnético, em aço S235-JR, tal como a barra que constitui o secundário.

Na Figura 1.2 está representada a vista em corte em resultado do seccionamento longitudinal do actuador, na qual se indicam as principais características físicas que determinam o seu

Capítulo 1. Introdução

funcionamento e que são complementadas pela informação da Tabela 1.1. Na Tabela 1.2 apresentam-se os melhores e os piores casos, resultantes da avaliação das características dinâmicas do actuador, designadamente os valores mínimos e máximos das forças de atracção

𝑓𝑎 e de tracção 𝑓𝑡 .

Figura 1.2 Diagrama da estrutura física do actuador linear [23].

Tabela 1.1 Características estáticas do actuador linear objecto de estudo [21].

Dimensões físicas [mm]

Largura polar do primário (a) 10 Comprimento da bobina (b) 50 Espaçamento entre fases (c) 10 Altura aproximada da bobina (d) 25 Espessura do primário (e) 10 Altura do pólo do primário (f) 30 Distância do entreferro (g) 0,66 Largura polar do secundário (h) 10 Largura da cava do secundário (i) 20 Largura (profundidade) do actuador (j) 50 Comprimento total do actuador (l) 2000

Os resultados indicados na Tabela 1.2 são obtidos para diferentes valores de corrente de fase e várias configurações dos pólos e das saliências polares do secundário (os dentes), consoante a geometria das faces de alinhamento e fecho das linhas de fluxo magnético [23]. As configurações geométricas consideradas são: tipo A – pólos e dentes com face plana e perfil rectilíneo; tipo B – pólos com face plana e perfil curvilíneo e dentes com face plana e perfil rectilíneo; tipo C – pólos com perfil triangular e aresta centrada transversalmente, e dentes com face plana e perfil rectilíneo e tipo D – pólos e dentes, ambos com face plana e perfil curvilíneo. Em todas as configurações considera-se um comprimento de entreferro de 0,66 mm.

1.3 Características do Actuador Linear Objecto de Estudo

Os valores máximos de força de tracção indicados nessa tabela obtêm-se para posições da parte móvel (o translato) com afastamento em relação às posições de alinhamento de cerca de 10 mm para os pólos da configuração A e de 5 mm para a configuração C. Os valores máximos de força de atracção obtêm-se, como esperado, em todos os casos, para a posição de alinhamento máximo, i.e., com tendência de deslocamento nulo.

Tabela 1.2 Valores de forças obtidas nas posições de máxima força para quatro configurações, de acordo com a geometria dos pólos e dentes [23].

Valores aproximados das forças [N] tipo A tipo B tipo C tipo D

Força de tracção @ 1 A 20 15 12 10

Força de atracção @ 1 A 200 100 80 100

Força de tracção @ 4 A 150 120 120 100

Força de atracção @ 4 A 750 700 600 700

Tendo este actuador sido desenvolvido com objectivos de posicionamento com precisão, a velocidade de operação e os desvios de posicionamento obtidos face aos pretendidos são outros parâmetros de avaliação do mérito da solução. Porém, as velocidades de operação são relativamente baixas e os erros de posicionamento negligenciáveis. Por isso, a sua influência no problema das vibrações e do ruído acústico não se considera relevante. No entanto o mesmo não se pode considerar face às contribuições das forças produzidas, atendendo aos elevados valores indicados. Na Figura 1.3 apresenta-se o aspecto geral do actuador.

Figura 1.3 Vista geral do actuador linear concebido para aplicações de posicionamento [21].

Desde a sua concepção, o actuador linear não sofreu qualquer alteração significativa face à versão original, tanto a nível estrutural como a nível da electrónica de regulação e comando. As únicas alterações efectuadas, visíveis na comparação entre a imagem da Figura 1.3 e o

Capítulo 1. Introdução

estado actual, na Figura 4.1, resultam da fixação de uma calha para passagem dos cabos de alimentação do circuito primário, e do cabo com informação do posicionamento do translato, proveniente do codificador de posição (encoder). Alterou-se também a montagem do encoder mecânico (rotativo) por colocação de um suporte em acrílico para eventual uso, no futuro, de um encoder óptico.