Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina. / DC motors haves been used for almost two centuries. They are very well known not only its excellent torque response, but also because they can operate at the flux weakening region, when this situation is required. Due these characteristics, nowadays, the dc machines haves been used in specific niches of utilization. Nonetheless, this sort of machine presents a disadvantage, specifically the problem of exhaustive electromechanical maintenance required. In order to solve this type of problem, during the 1960\'s, the permanent magnet trapezoidal brushless dc machines were developed. The problem in this kind of machine is the dificulty to obtain excitation flux variation, since there is only a permanent magnet excitation system. Hence, the aim of this thesis is a study of non conventional electric machines topology for application and utilization in electric traction systems for operation at weakening flux region through the changing of resulting air-gap flux. As purpose of the study, an axial flux hybrid excitation topology was focused, i.e, a double excitation system (a permanent excitation and an electric excitation) to make its operation at the constant power region possible keeping the flux density level in the critical parts of the machine under the saturation point. Additionally, for design the topology proposed, in this thesis, computational simulations were done in order to compare with the results obtained from the analytical method.

Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina. / DC motors haves been used for almost two centuries. They are very well known not only its excellent torque response, but also because they can operate at the flux weakening region, when this situation is required. Due these characteristics, nowadays, the dc machines haves been used in specific niches of utilization. Nonetheless, this sort of machine presents a disadvantage, specifically the problem of exhaustive electromechanical maintenance required. In order to solve this type of problem, during the 1960\'s, the permanent magnet trapezoidal brushless dc machines were developed. The problem in this kind of machine is the dificulty to obtain excitation flux variation, since there is only a permanent magnet excitation system. Hence, the aim of this thesis is a study of non conventional electric machines topology for application and utilization in electric traction systems for operation at weakening flux region through the changing of resulting air-gap flux. As purpose of the study, an axial flux hybrid excitation topology was focused, i.e, a double excitation system (a permanent excitation and an electric excitation) to make its operation at the constant power region possible keeping the flux density level in the critical parts of the machine under the saturation point. Additionally, for design the topology proposed, in this thesis, computational simulations were done in order to compare with the results obtained from the analytical method.

Esta tese propõe um modelo de regeneração de energia metroviária, baseado no controle de paradas e partidas do trem ao longo de sua viagem, com o aproveitamento da energia proveniente da frenagem regenerativa no sistema de tração. O objetivo é otimizar o consumo de energia, promover maior eficiência, na perspectiva de uma gestão sustentável. Aplicando o Algoritmo Genético (GA) para obter a melhor configuração de tráfego dos trens, a pesquisa desenvolve e testa o Algoritmo de Controle de Tração para Regeneração de Energia Metroviária (ACTREM), usando a Linguagem de programação C++. Para analisar o desempenho do algoritmo de controle ACTREM no aumento da eficiência energética, foram realizadas quinze simulações da aplicação do ACTREM na linha 4 - Amarela do metrô da cidade de São Paulo. Essas simulações demonstraram a eficiência do ACTREM para gerar, automaticamente, os diagramas horários otimizados para uma economia de energia nos sistemas metroviários, levando em consideração as restrições operacionais do sistema, como capacidade máxima de cada trem, tempo total de espera, tempo total de viagem e intervalo entre trens. Os resultados mostram que o algoritmo proposto pode economizar 9,5% da energia e não provocar impactos relevantes na capacidade de transporte de passageiros do sistema. Ainda sugerem possíveis continuidades de estudos. / This thesis proposes a subway energy regeneration model, based on control stops and train departures throughout his trip, with the use of energy from the regenerative braking in the drive system. The goal is to optimize the power consumption, improve efficiency, in view of sustainable management. Applying Genetic Algorithm (GA) to get the better of the trains traffic configuration, the research develops and tests the Traction Control Algorithm for Subway Energy Regeneration (ACTREM), using the C ++ programming language. To analyze the performance of ACTREM control algorithm in enhancing energy efficiency, there were fifteen simulations of applying ACTREM on line 4 - Yellow subway in São Paulo. These simulations showed the ACTREM efficiency to generate automatically diagrams schedules optimized for energy savings in metro systems, taking into account the system\'s operational constraints such as maximum each train capacity, total wait time, total travel time and interval between trains. The results show that the proposed algorithm can save 9.5% of the energy and not cause significant impacts on the transportation system capacity passengers. Also suggest possible continuities studies.

Esta tese propõe um modelo de regeneração de energia metroviária, baseado no controle de paradas e partidas do trem ao longo de sua viagem, com o aproveitamento da energia proveniente da frenagem regenerativa no sistema de tração. O objetivo é otimizar o consumo de energia, promover maior eficiência, na perspectiva de uma gestão sustentável. Aplicando o Algoritmo Genético (GA) para obter a melhor configuração de tráfego dos trens, a pesquisa desenvolve e testa o Algoritmo de Controle de Tração para Regeneração de Energia Metroviária (ACTREM), usando a Linguagem de programação C++. Para analisar o desempenho do algoritmo de controle ACTREM no aumento da eficiência energética, foram realizadas quinze simulações da aplicação do ACTREM na linha 4 - Amarela do metrô da cidade de São Paulo. Essas simulações demonstraram a eficiência do ACTREM para gerar, automaticamente, os diagramas horários otimizados para uma economia de energia nos sistemas metroviários, levando em consideração as restrições operacionais do sistema, como capacidade máxima de cada trem, tempo total de espera, tempo total de viagem e intervalo entre trens. Os resultados mostram que o algoritmo proposto pode economizar 9,5% da energia e não provocar impactos relevantes na capacidade de transporte de passageiros do sistema. Ainda sugerem possíveis continuidades de estudos. / This thesis proposes a subway energy regeneration model, based on control stops and train departures throughout his trip, with the use of energy from the regenerative braking in the drive system. The goal is to optimize the power consumption, improve efficiency, in view of sustainable management. Applying Genetic Algorithm (GA) to get the better of the trains traffic configuration, the research develops and tests the Traction Control Algorithm for Subway Energy Regeneration (ACTREM), using the C ++ programming language. To analyze the performance of ACTREM control algorithm in enhancing energy efficiency, there were fifteen simulations of applying ACTREM on line 4 - Yellow subway in São Paulo. These simulations showed the ACTREM efficiency to generate automatically diagrams schedules optimized for energy savings in metro systems, taking into account the system\'s operational constraints such as maximum each train capacity, total wait time, total travel time and interval between trains. The results show that the proposed algorithm can save 9.5% of the energy and not cause significant impacts on the transportation system capacity passengers. Also suggest possible continuities studies.

Submitted by JÚLIO OLIVETO ALVES null (julio.oliveto@gmail.com) on 2017-08-29T12:48:26Z No. of bitstreams: 1 versão digital - VEÍCULO MOTORIZADO ELÉTRICO MODULAR DE ACOPLAMENTO UNIVERSAL EM CADEIRAS DE RODAS MECANOMANUAL.pdf: 6431267 bytes, checksum: 267c216f343be2e22e3e8daad61fe7a8 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-29T13:09:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_jo_dr_guara.pdf: 6431267 bytes, checksum: 267c216f343be2e22e3e8daad61fe7a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T13:09:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_jo_dr_guara.pdf: 6431267 bytes, checksum: 267c216f343be2e22e3e8daad61fe7a8 (MD5) Previous issue date: 2017-08-08 / O presente trabalho de pesquisa consiste na concepção de um veículo motorizado elétrico modular de acoplamento universal em qualquer modelo de cadeira de rodas mecanomanual. Trata-se de um equipamento eletro-mecânico, disponibilizado em forma de acessório, com estrutura física simplificada e alta tecnologia eletrônica aplicada capaz de proporcionar ao cadeirante maior liberdade de movimentação sem desgastes físicos. A aliança entre o design inclusivo e a área médica pode se relevar um passo importante na obtenção de produtos direcionados para as necessidades reais de pessoas com condições físicas e psíquicas particulares, melhorando o seu bem-estar e capacidade de execução de atividades no dia a dia. Desta forma, o presente trabalho é direcionado pelos fundamentos do design inclusivo com o principal ponto focal no usuário, mas que apresenta outros dois importantes pilares adotados em sua metodologia de desenvolvimento, sendo eles, o benchmarkig e o estudo de Normas Técnicas aplicadas no desenvolvimento de equipamentos assistivos. São apresentadas as etapas de desenvolvimento, ensaios com base em Normas Técnicas e teste de usabilidade. Busca-se evidenciar todo o processo de design de equipamento, assim como o estudo teórico de estabilidade e montagem do protótipo funcional. Os ensaios baseados na Norma Técnica ABNT NBR ISO 7176 permitem o entendimento do comportamento dinâmico e funcional do protótipo em termos de estabilidade estática, eficácia dos freios, consumo de energia, velocidade máxima, aceleração, desaceleração e capacidade de transposição de obstáculos. Por fim, discute-se a análise de resultados dos ensaios junto aos resultados teóricos calculados e pré-requisitos estabelecidos. / The thesis consists in the conception of a modular electric motor vehicle that can be attached in any model of standard wheelchair. It is an electro-mechanical equipment, available as an accessory, with a simplified physical structure and high applied electronic technology capable of giving the wheelchair greater freedom of movement without physical wear and tear. The union between inclusive design and the medical field can be an important step in obtaining products aimed at the real needs of people with particular physical and psychological conditions, improving their well-being and ability to do their daily activities. In this way, the thesis is guided by the fundamentals of inclusive design with the main focal point in the user, by the way presents two other important pillars adopted in its development methodology, being the benchmarkig and the study of Technical Standards applied in the development of Assistive devices. The stages of development are presented, tests based on Technical Standards and usability testing. The aim of this work is to demonstrate the whole process of equipment design, as well as the theoretical study of stability and assembly of the functional prototype. The tests based on the Technical Standard ABNT NBR ISO 7176 allow the understanding of the dynamic and functional behavior of the prototype in terms of static stability, brake efficiency, power consumption, maximum speed, acceleration, deceleration and obstacle transposition capacity. Finally, we discuss the analysis of the results of the tests together with the calculated theoretical results and established prerequisites.