Novos métodos para a concepção e fabricação de máquinas elétricas: caracterização magnética de materiais manufaturados aditivamente e otimização de máquinas síncronas a ímãs permanentes com modelo analítico baseado em conceitos de carregamento

Abstract

Este trabalho, no contexto de desenvolvimento de novas técnicas para produção de máquinas elétricas, explorou técnicas para manufaturar materiais magnéticos aditivamente. Atuou-se, na prática, com amostras produzidas com a tecnologia de Fusão Seletiva por Laser sob diferentes condições de impressão 3D, as quais foram caracterizadas magneticamente para explorar o comportamento de suas permeabilidades e perdas. A finalidade dos ensaios era contribuir para o entendimento desse processo emergente e fornecer subsídios iniciais para nortear a definição da melhor relação entre os parâmetros de impressão. Ao final das análises, foi possível indicar critérios para a manipulação dos parâmetros de impressão de maneira mais consistente e colaborar com a investigação da necessidade do processo de recozimento para a aplicação em questão. Outro ramo do trabalho abordou uma nova abordagem de concepção de máquinas síncronas a ímãs permanentes, onde adaptou-se um modelo baseado em conceitos de carregamento, que demonstrou utilidade prática em trabalhos recentes, para que se otimizasse a potência mássica de uma máquina, visando determinar a maior potência mássica realizável com as tecnologias de resfriamento disponíveis atualmente. O problema de otimização foi concebido de várias maneiras, cada uma com sua versão do programa de otimização, testando-se múltiplas abordagens para cada um dos dois softwares utilizados, MATLAB® e AMPL©, além de variados métodos de otimização, como o método do ponto interior e da programação quadrática sequencial. As versões do programa de otimização foram comparadas extensivamente para determinar as melhores, variando-se também alguns parâmetros de execução, de maneira a determinar até que ponto seria vantajoso aumentar o esforço computacional do programa com relação aos resultados obtidos. Os resultados foram validados com um programa que realiza os cálculos relativos à máquina de maneira direta a partir de parâmetros de projeto. Por fim, foi possível determinar os limites teóricos de potência mássica para três faixas de velocidade de operação da máquina, fazendo-se considerações a respeito dos resultados e das limitações do modelo utilizado.