Acionamento por motor elétrico de rotor apoiado por mancal magnético com controle uniaxial. - Camargo, Fernando Antonio (2011)
A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) e o Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC) estão realizando um projeto conjunto visando o desenvolvimento de um implante Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). Esta dissertação é parte do desenvolvimento de um VAD implantável em que o rotor da bomba é suspenso por uma suspensão magnética com um grau de liberdade (1-DOF). A suspensão magnética aqui utilizada apresenta o controle ativo somente na direção axial do rotor. Este mancal magnético foi apresentado por Silva e Horikawa (2000) no qual o controle ativo é executado apenas na direção axial do rotor. Neste trabalho o mancal magnético será referenciado como MMA-EPUSP. O motor de corrente contínua sem escovas (BLDC) foi selecionado pelo mesmo motivo que o mancal magnético: o motor não pode ter nenhum contato com o rotor, minimizando os problemas de danos aos componentes do sangue. Entretanto, o acionamento do motor através de forças magnéticas pode interferir na suspensão magnética. Como a estabilidade da suspensão magnética é garantida pela rigidez axial, é razoável presumir que a interação magnética entre o mancal magnético e o motor elétrico pode interferir na suspensão magnética. Este estudo analisa experimentalmente o motor BLDC com rotor apoiado pelo MMA-EPUSP, para identificar o comportamento desse conjunto utilizando duas configurações distintas de motor com fluxo magnético: radial e axial. A análise inclui: (i) projeto, construção e teste de um motor BLDC axial e um radial; (ii) projeto, construção e teste do MMA- EPUSP e do rotor para ser acionado pelos motores BLDC; (iii) estimativa do comportamento dos motores BLDC utilizando análise MEF; e (iv) execução dos testes experimentais para identificar como cada opção de montagem do motor interage com o MMA-EPUSP. A análise MEF corrobora com a recomendação do motor BLDC de fluxo magnético radial como a melhor opção de motorização para o DAV com o MMA-EPUSP, já que este motor não induz nenhuma força magnética axial que precise ser compensada pela suspensão magnética. Entretanto, o projeto do DAV pode ser mais complexo devido à interferência mecânica entre a saída do sangue do DAV e o estator do motor. Já a força magnética axial induzida pelo motor BLDC de fluxo axial é suficientemente forte para desestabilizar o MMA-EPUSP, demandando uma alta corrente do controle de posição do rotor. Os dados indicam que o projeto do controlador atual não conseguirá garantir a estabilidade do mancal magnético com este tipo de motor a altas velocidades. Neste caso, estudos adicionais são recomendados para avaliar a estabilidade dinâmica do rotor com MMA-EPUSP com o rotor imerso em sangue, já que um ambiente líquido poderá absorver a energia das oscilações e minimizar as restrições associadas à instabilidade da suspensão magnética a velocidades inferiores a 5000 RPM.