Este trabalho teve por objetivo desenvolver e caracterizar um conjunto transdutor piezelétrico de potência e pinça laparoscópica para cortes homeostáticos, o qual constitui parte fundamental do projeto do Bisturi Ultrassônico Nacional. O transdutor, do tipo Langevin, é composto por quatro cerâmicas piezelétricas que convertem energia elétrica em deslocamento mecânico. Um componente importante do transdutor é o amplificador mecânico, cuja finalidade é aumentar a amplitude do deslocamento. O transdutor e o amplificador foram desenvolvidos através de um modelo axissimétrico de elementos finitos implementado no software ANSYS e a lâmina foi desenvolvida através de um modelo tridimensional em elementos finitos. Para cada associação, entre os componentes, os resultados numéricos da resposta em frequência da impedância elétrica e do coeficiente de acoplamento eletromecânico, foram comparados com os resultados experimentais. Também foi desenvolvido um mecanismo inovador de acionamento da pinça laparoscópica. O resultado desta pesquisa proporcionou uma inovação tecnológica na área médica, contribuindo assim para o progresso tecnológico do país. / The aim of this work was to develop and characterize a high power piezoelectric transducer coupled to a laparoscopic forceps for homeostatic cuts, which is a fundamental part of the National Ultrasonic Scalpel Project. The Langevin type transducer consists of four piezoelectric ceramics that convert electrical energy into mechanical displacement. An important component of the transducer is the mechanical amplifier, which increases the amplitude of displacement. The transducer and amplifier have been developed through an axisymmetric finite element model, implemented in ANSYS, and the blade was developed using a three-dimensional finite element model. For each association between the components, the numerical results of the frequency response of the electrical impedance and electromechanical coupling coefficient were compared with the experimental results. An innovative drive mechanism was developed for the laparoscopic forceps. The result of this research provided a technological innovation in the medical field, thus contributing to the technological progress of the country.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Neste trabalho, apresentou-se o estudo de um gerador eletrocirúrgico utilizando um conversor ressonante. Com o intuito de realizar procedimentos cirúrgicos, o bisturi elétrico, ou eletrônico, apresenta grandes vantagens ao método clássico do bisturi de aço inoxidável. Para conseguir os efeitos terapêuticos desejados, corte e coagulação, sem que haja qualquer estímulo nervoso, utiliza-se sinal senoidal com alta frequência. Os conversores ressonantes são estruturas chaveadas que operam em elevadas frequências com baixas perdas, logo, alto rendimento. Fez-se, então, um estudo sobre as estruturas inversoras e os filtros ressonantes. A sequência do trabalho trata da análise da estrutura proposta (Full-Bridge – LCLC – ZVS – FM) demonstrando as etapas envolvidas em um ciclo de chaveamento do conversor e o seu equacionamento. A partir de uma metodologia para calcular os parâmetros do filtro, definiram-se os valores das indutâncias e das capacitâncias séries e paralelas. Projetou-se o controlador pormeio de umametodologia que visa o controle pelos valores de pico das formas de onda. Realizaram-se simulações dos modos de operação desejados e observaram-se os valores encontrados da tensão de saída, da corrente de saída, da corrente de entrada e a comutação ZVS para variadas cargas. Implementou-se um protótipo do qual os resultados práticos obtidos são apresentados e discutidos. / Abstract: In this work, a study of an electrosurgical generator was presented using a resonant converter. In order to perform surgical procedures, electric or electronic scalpel presents great advantages to the classic method of the stainless steel scalpel. To achieve the desired therapeutic effects, cutting and coagulation, without any nerve stimulation, sine wave signal is applied with high frequency. Resonant converters are switched structures that operate at high frequencies with low losses, hence, high efficiency. A study was then made about inverter structures and resonant filters. The work sequence was the analysis of the proposed structure (Full-Bridge LCLCZVS- FM) demonstrating the steps involved in a converter switching cycle and its equation. From a methodology to calculate filter parameters, values of series and parallel inductances and capacitances were defined. The controller was designed using a methodology that controls the peak values of the waveforms. Simulations of the desired modes of operation were executed out and the values of output voltage, output current, input current and ZVS switching were observed for various loads. A prototype was implemented and the results obtained are presented and discussed. / Mestre

Este trabalho teve por objetivo desenvolver e caracterizar um conjunto transdutor piezelétrico de potência e pinça laparoscópica para cortes homeostáticos, o qual constitui parte fundamental do projeto do Bisturi Ultrassônico Nacional. O transdutor, do tipo Langevin, é composto por quatro cerâmicas piezelétricas que convertem energia elétrica em deslocamento mecânico. Um componente importante do transdutor é o amplificador mecânico, cuja finalidade é aumentar a amplitude do deslocamento. O transdutor e o amplificador foram desenvolvidos através de um modelo axissimétrico de elementos finitos implementado no software ANSYS e a lâmina foi desenvolvida através de um modelo tridimensional em elementos finitos. Para cada associação, entre os componentes, os resultados numéricos da resposta em frequência da impedância elétrica e do coeficiente de acoplamento eletromecânico, foram comparados com os resultados experimentais. Também foi desenvolvido um mecanismo inovador de acionamento da pinça laparoscópica. O resultado desta pesquisa proporcionou uma inovação tecnológica na área médica, contribuindo assim para o progresso tecnológico do país. / The aim of this work was to develop and characterize a high power piezoelectric transducer coupled to a laparoscopic forceps for homeostatic cuts, which is a fundamental part of the National Ultrasonic Scalpel Project. The Langevin type transducer consists of four piezoelectric ceramics that convert electrical energy into mechanical displacement. An important component of the transducer is the mechanical amplifier, which increases the amplitude of displacement. The transducer and amplifier have been developed through an axisymmetric finite element model, implemented in ANSYS, and the blade was developed using a three-dimensional finite element model. For each association between the components, the numerical results of the frequency response of the electrical impedance and electromechanical coupling coefficient were compared with the experimental results. An innovative drive mechanism was developed for the laparoscopic forceps. The result of this research provided a technological innovation in the medical field, thus contributing to the technological progress of the country.