Desenvolvimento de um sistema de levitação magnética e controlo, aplicado a janelas deslizantes

Abstract

No âmbito deste trabalho foi desenvolvida uma solução inovadora e viável recorrendo a eletroímanes e ímanes permanentes para aplicações que utilizem sistemas de deslizamento, de forma a controlar a altura de levitação em função da carga. Tendo em conta o carater contínuo e permanente dos campos magnéticos gerados pelos ímanes permanentes, que não permitem controlo de acordo com a massa do corpo, foi necessária a implementação de um sistema hibrido baseado na utilização conjunta de eletroímanes. De forma a tornar o sistema adaptativo a diferentes aplicações surgiu a necessidade de o tornar modular, cada módulo sendo ativado em caso de necessidade, reduzindo também os custos energéticos do sistema. Cada módulo contém um conjunto de ímanes permanentes e eletroímanes, tornando os módulos independentes fáceis de manusear e de rápida substituição em caso de avaria sem a necessidade de efetuar alterações a nível de software. O dimensionamento dos eletroímanes foi realizado com recurso a software de análise de elementos finitos Ansoft Maxwell, calculando as distâncias e forças entre a pista e o veículo, quantidade de elementos magnéticos passivos e ativos necessários, assim como o gap entre ímanes. Para o controlo da altura e monitorização da levitação foi desenvolvido um sistema eletrónico de controlo modular, onde cada modulo efetua a comunicação com um controlador principal através do protocolo de comunicação MODBUS. Como resultado final foi desenvolvido um sistema de deslizamento por levitação magnética, a ser instalado em sistemas de janelas deslizantes, fiável e que desempenha todas as suas funções com máxima performance e segurança, de forma a reduzir os custos de manutenção na substituição de componentes que sofrem fricção, tais como os rolamentos.

Within the scope of this work it was developed an innovative and feasible solution for applications using sliding systems enabling control of the levitation height depending on the load. The solution was based on the use of electromagnets and permanent magnets. The hybrid system has to be implemented as the permanent magnetic fields generated by the permanent magnets do not enable control of the levitation height depending on the mass body. In order to develop a system able to be adapted to different applications, it became necessary to be modular. Each module operates only when needed, reducing also energy costs of the system. Each module contains a set of permanent magnets and electromagnets, making them easy to handle and independent for easy replacement in case of failure, without the need to perform changes at the software level. The design of the electromagnets was conducted using the finite element analysis software Ansoft Maxwell, calculating the distances and forces between the track and the vehicle, number of active and passive magnetic elements needed, as well as the gap between the magnets. For controlling and monitoring the levitation height, a modular electronic control system was developed, where each module performs communication with a host controller via the MODBUS communication protocol. As a final result a sliding magnetic levitation system was developed, to be installed on sliding windows systems. The system is reliable and performs all this functions with maximum performance and safety, to reduce maintenance costs in the replacement of components suffering friction.