Mural: motores de indução axial para aplicações automotivas by sophia moraes

Introdução

moraessophia13 — 2022-07-12 02:03:40 UTC

Contexto Histórico
Em 1997 foi assinado o protocolo de Kyoto, cujo principal objetivo era propor metas para conter a emissão de gases de efeito estufa: na engenharia não seria diferente, e a preocupação se estendeu à indústria automotiva, que até então utilizava, majoritariamente, motores à combustão interna para tracionar os veículos, em especial o motor de arranque, desenvolvido em 1899 por J. Clyde Coleman.
Como resultado dessas discussões, os automóveis de tração elétrica voltam a ganhar espaço no cenário, visando interações mais sustentáveis e economicamente viáveis. Nesse sentido, descreve-se no presente trabalho, o motor de indução de fluxo axial, que é uma evolução desse contexto histórico, e aborda-se sobre seu funcionamento, sua modelagem e suas aplicações na indústria automotiva.

Estrutura da Máquina

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Diversas configurações da máquina de fluxo axial podem ser idealizadas, considerando a posição do estator e a posição do rotor, bem como aos arranjos do enrolamento que dão liberdade para selecionar a estrutura mais apropriada da máquina observando determinada aplicação. Apesar de possuir várias configurações, duas características são evidentes em todos os modelos, atribuindo a esta categoria o seu nome, tendo que o fluxo trafega no sentido axial e que existem ímãs permanentes no rotor.

Assim, as estruturas podem ser: estrutura com um rotor e um estator; estrutura em que o estator é situado entre os rotores; estrutura em que o rotor é posicionado entre os estatores; estrutura de vários estágios incluindo diversos rotores e estatores.

Princípio de Funcionamento

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Essas máquinas são diferentes das máquinas elétricas convencionais nos termos do sentido do fluxo, o qual é estabelecido paralelamente ao eixo mecânico da máquina. A corrente que trafega cada bobina do estator interage com o fluxo criado pelos ímãs no rotor, produzindo uma força tangencial à circunferência do rotor.

A utilização dessas máquinas é viável por apresentar construção compacta; elevada potência; não possui perdas do cobre no rotor devido à existência de ímãs permanentes; estrutura mais robusta. Em contrapartida, possui elevadas perdas no enrolamento em aplicações com elevada velocidade.

Modelo

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Como ponto de partida para a modelagem da topologia de máquina de fluxo axial de lado duplo, projeta-se os discos de armadura, uma vez que o torque e a potência desenvolvida pela máquina dependem diretamente das dimensões do disco.
Sendo assim, calcula-se o torque diferencial a partir da tensão tangencial da máquina, que está relacionada a área e ao raio do rotor. Posteriormente, calcula-se o fluxo magnético diferencial por polo, e essa equação quando integrada, pode ser visualizada graficamente na figura ao lado, que relaciona o comportamento do fluxo por polo em função do número de polos e do diâmetro externo do disco.

Aplicações automotivas

moraessophia13 — 2022-07-12 02:05:20 UTC

O inerente formato dos motores de indução axial permitem a customização do cubo de roda dos veículos. A tecnologia de fluxo axial permite um fluxo de interação 7x gerando maior torque e densidade de potência.

Máquinas elétricas com alto rendimento e custo razoável nos sistemas de tração dos VEs têm um impacto positivo na autonomia do veículo, na vida útil do banco de bateria, na especificação do inversor, na capacidade do sistema de refrigeração, no peso total e no custo.

Em virtude disso, a escolha do motor para tração veicular é geralmente determinada pelos

fabricantes com relação a três fatores dominantes: custo, peso e tamanho.

Portanto, o projeto adequado da máquina de tração elétrica é crucial para os VEs, em que a maior densidade de conjugado e de potência e o preço razoável são os principais requisitos nas indústrias automobilísticas.

Conclusão

moraessophia13 — 2022-07-12 02:06:04 UTC

A utilização de máquinas de fluxo axial é uma alternativa para as máquinas de fluxo radial, uma vez que, apesar de ser reconhecível a confiabilidade e o desempenho alcançados pelas máquinas de topologia radial, ela apresenta alguns problemas como:

Espaço físico.
Densidade de potência.
Densidade de torque.
Faixa de velocidade.

Ainda, é possível afirmar que, com a excitação híbrida da topologia descrita, é permitida a variação de velocidade de uma forma mais direta e com menor consumo de potência reativa na alimentação do motor, além de diminuir o risco de desmagnetização dos ímas.

Referências Bibliográficas

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ALEGRE, P. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA EVANDRO CLAITON GOLTZ ESTUDO DE MÁQUINA ELÉTRICA DE FLUXO AXIAL APLICADA A SISTEMA DE TRAÇÃO AUTOMOTIVA COM ACOPLAMENTO DIRETO E FRENAGEM REGENERATIVA. [s.l: s.n.]. Disponível em: . Acesso em: 13 jul. 2022.
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WILTUSCHNIG, I.; ALEGRE, P. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA ESTUDO E CONCEPÇÃO DE MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SÍNCRONA DE FLUXO AXIAL PARA TRAÇÃO ELÉTRICA AUTOMOTIVA. [s.l: s.n.]. Disponível em: . Acesso em: 11 jul. 2022.
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Apresentação em formato de vídeo

moraessophia13 — 2022-07-12 02:07:20 UTC

https://drive.google.com/file/d/1SwD-_QXxbe-_TJfUuW3K0W5ob7N684a3/view?usp=sharing

Vantagens x Desvantagens

2022-07-15 03:01:15 UTC

Vantagens

Alta eficiência
Baixo custo construtivo
Densidade de potência razoável
Possuem partidas automáticas
Tem uma construção simples e robusta

Desvantagens

Elevadas perdas no enrolamento em aplicações com elevada velocidade

Modelo

moraessophia13 — 2022-07-15 09:33:00 UTC

Na figura, estão presentes as equações de torque diferencial da máquina e de fluxo magnético diferencial nos polos. Essas equações passam por um processo de integração para encontrar as expressões que descrevem o torque da máquina de fluxo axial e o fluxo magnético no polo.

Gráfico: dependência do fluxo magnético do polo

moraessophia13 — 2022-07-15 09:44:55 UTC