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Gli ascensori a motore sincrono lineare diventano realtà

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Ascensore AWE presso l'impianto di prova della FEC a Cincinnati

I vantaggi della tecnologia sincrona lineare per ascensori industriali e per passeggeri

di James G. Wieler e Dr. Richard D. Thornton

Per più di un decennio, la Marina degli Stati Uniti ha progredito verso il concetto di nave "completamente elettrica". L'obiettivo principale è eliminare i sistemi idraulici, pneumatici, a vapore e meccanici a bordo delle navi che sono inefficienti, non hanno le capacità prestazionali richieste e richiedono una manutenzione estesa. La tecnologia Linear Synchronous-Motor (LSM) di MagneMotion è stata selezionata come parte della soluzione della Marina.

Lo sviluppo da parte di MagneMotion dell'ascensore per portaerei Advanced Weapons Elevator (AWE) è iniziato nel 2003 con la progettazione e la costruzione di un sistema di prova del concetto. MagneMotion, in collaborazione con Federal Equipment Co. (FEC) di Cincinnati, è stato uno dei due team a cui è stato assegnato un contratto nel 2004. Da allora il sistema è stato qualificato attraverso una serie di test funzionali e ambientali, inclusi urti, vibrazioni e interferenze elettromagnetiche. La produzione di 11 set di ascensori AWE è stata completata nel 2011 e da allora FEC e MagneMotion hanno iniziato la produzione di ascensori per il prossimo vettore.  

Il sistema LSM elimina la necessità di sistemi idraulici, contrappesi, cavi e pulegge. È più veloce, più sicuro, più rispettoso dell'ambiente e più efficiente e ha una capacità di sollevamento maggiore rispetto agli attuali ascensori per munizioni della Marina. Con la capacità di trasportare carichi superiori a 20 T., questo sistema potrebbe anche fornire una soluzione per molti ascensori commerciali.

Tecnologia per ascensori LSM

Un precedente documento (ELEVATOR WORLD, settembre 2006) ha discusso in dettaglio il design e i vantaggi degli ascensori LSM, quindi qui verranno discusse solo le caratteristiche chiave. Gli ascensori di MagneMotion utilizzano statori e binari di guida LSM sulla parete del vano corsa e array a magneti permanenti (PM) sulle cabine degli ascensori dotate di ruote di guida e freni. Le correnti negli avvolgimenti dello statore LSM creano un campo magnetico che interagisce con i PM per produrre forza. I controller creano correnti di eccitazione che spostano la cabina in base alle istruzioni di un sistema di controllo, che include il controllo dell'accelerazione, della velocità e della destinazione. La posizione precisa è inerente al design della propulsione LSM, quindi il controllo automatico è semplificato. Ogni veicolo è controllato in modo indipendente e molti veicoli possono operare in un unico vano corsa. Il trasferimento di potenza induttivo viene utilizzato per caricare i componenti di accumulo dell'energia a bordo che alimentano l'illuminazione della cabina e le strutture di comunicazione.

I freni sono la caratteristica di sicurezza più importante per qualsiasi ascensore, compresi i sistemi a propulsione LSM. Per l'applicazione AWE, per ottenere un elevato livello di sicurezza, utilizziamo freni meccanici ridondanti. Quando è ferma, la cabina è supportata da freni meccanici a cuneo. Quando è in movimento, l'LSM può fornire tutta la frenata. Quando una piattaforma si ferma, i freni a cuneo azionati elettricamente sulla piattaforma agiscono sulle rotaie di guida. Le molle fanno sì che i freni si innestino quando l'alimentazione non è applicata e i solenoidi trattengono le molle quando i freni si disinseriscono. In questo approccio, i freni sono "failsafe", perché si attivano in caso di perdita di potenza. Questi freni sono "auto-energizzanti", il che significa che una volta che iniziano ad afferrare le rotaie dello statore, la forza frenante applicata al veicolo fa sì che la presa si irrigidisca, aumentando la forza frenante. I freni sono progettati in modo che il veicolo possa essere sollevato per una breve distanza mentre i freni sono inseriti. Questa funzione viene utilizzata per misurare il carico della piattaforma e verificare che l'ascensore non sia sovraccarico prima di rilasciare i freni.

Benefici

I vantaggi del sistema di ascensori LSM includono:

  • Nessuna fune: il vano corsa può estendersi a qualsiasi altezza, perché non c'è il peso della fune con cui lottare.
  • Maggiore velocità e capacità: la propulsione LSM consente velocità superiori a 20 mps con un aumento minimo o nullo dei costi. Più cabine di ascensori possono viaggiare indipendentemente all'interno di un singolo vano, aumentando la produttività e l'efficienza.
  • Costi di manutenzione inferiori: gli ascensori senza cavi LSM hanno meno parti mobili, riducendo la manutenzione e aumentando l'affidabilità. Il design modulare consente una rapida sostituzione dei componenti. L'LSM può decelerare, accelerare e arrestare la cabina nella posizione designata prima che sia necessario applicare i freni di stazionamento, con conseguente riduzione dell'usura dei freni.
  • Sicurezza: gli ascensori LSM sono progettati con un sofisticato sistema di controllo che fornisce un controllo del feedback positivo del veicolo, logica anticollisione e freni ridondanti.
  • Configurazione flessibile: gli ascensori LSM possono spingere un veicolo in qualsiasi direzione e le cabine possono essere cambiate da vano a vano corsa, consentendo la creazione di vani a senso unico con più cabine in ciascuno. Gli statori modulari consentono di personalizzare l'altezza dell'ascensore al momento dell'installazione e di estenderla in futuro con interruzioni minime. Gli ascensori LSM possono anche ospitare layout inclinati, fornendo un'alternativa alle scale o alle scale mobili.

Ascensori industriali

Il progetto AWE della Marina ha dimostrato che gli ascensori LSM possono essere utilizzati come montacarichi e ascensori a piattaforma verticale per applicazioni in vari ambienti industriali. È possibile utilizzare statori a percorso singolo o multiplo per facilitare il trasporto dei carichi più pesanti, dai container ai carrelli elevatori carichi, ai veicoli passeggeri o all'inventario alla rinfusa. I sistemi di ascensori industriali di MagneMotion possono essere integrati con sistemi di stoccaggio e prelievo automatizzati e sistemi logistici di magazzino esistenti per ottimizzare il trasporto verticale e il processo complessivo di movimentazione dei materiali. Ad esempio, i sollevatori verticali LSM possono essere progettati per il trasporto di veicoli in parcheggi automatizzati.

Elevatori per passeggeri

La tecnologia per ascensori LSM di MagneMotion rappresenta un'alternativa agli ascensori idraulici oa fune. A differenza dei progetti di ascensori a fune, la tecnologia LSM è più efficiente a velocità più elevate. Ancora più importante, quando gli ascensori commerciali sono limitati dalla lunghezza, dalla capacità o dall'ambiente, LSM Elevators può avere più auto in un vano, riducendo il numero di vani in un edificio e creando più spazio affittabile.

Un'importante alternativa futura è quella di fornire il movimento orizzontale delle cabine tra vani di corsa adiacenti. Ciò consentirebbe una programmazione simile a quella utilizzata dai people mover automatizzati. Le opzioni di controllo sono quasi illimitate, ma probabilmente comporterebbe il passaggio a livelli intermedi e diverse cabine per ogni vano corsa. MagneMotion ha costruito sistemi di trasporto a propulsione LSM per la corsa orizzontale e ha progettato scambi che consentono il cambio di percorso. Questa stessa idea può essere implementata per sistemi commerciali, residenziali, industriali e di stoccaggio verticale e fornire un elevato livello di sicurezza. Con la commutazione orizzontale, la capacità di ciascun vano corsa può essere notevolmente aumentata, con un costo aggiuntivo minimo per un sistema di commutazione.

commercializzazione

La forza prodotta da un LSM dipende dalle dimensioni degli statori e dei magneti e dal ciclo di lavoro. A differenza dei motori degli ascensori rotanti, ogni statore funziona con un ciclo di lavoro ridotto, consentendo una forza maggiore senza surriscaldamento. A seconda della forza richiesta, potrebbe essere desiderabile avere più di un LSM: il motore Navy AWE utilizza quattro LSM, uno su ciascun angolo. Gli statori LSM percorrono la lunghezza del vano corsa, quindi tendono a dominare il costo. La larghezza degli statori LSM può essere ridotta utilizzando una matrice di magneti più lunga, rendendo desiderabile l'utilizzo della matrice di magneti più lunga possibile.

I sistemi di frenatura degli ascensori sono ben conosciuti. Gli ascensori LSM utilizzano un freno solo per bloccare la cabina in posizione dopo che ha raggiunto la sua destinazione o durante le emergenze. È improbabile che i freni progettati per le applicazioni Navy AWE siano competitivi in ​​termini di costi rispetto ai prodotti di frenatura per ascensori standard. L'indagine iniziale mostra che esistono diversi produttori di freni per rotaie adatti per applicazioni commerciali. L'applicazione Navy AWE richiedeva caratteristiche di progettazione e test sostanziali per soddisfare i requisiti di sicurezza e ambientali, quindi siamo fiduciosi che i codici per ascensori convenzionali dell'American Society of Mechanical Engineers possano essere soddisfatti per un progetto commerciale.

Conclusione

Questi ascensori hanno superato numerosi test di qualificazione e si sono dimostrati un modo affidabile e sicuro per spostare munizioni pesanti senza funi o sistemi idraulici. La commercializzazione dell'ascensore per i passeggeri richiederà ulteriori investimenti, ma crediamo che ci sia un futuro promettente. MagneMotion sta studiando le opportunità per il continuo sviluppo di questo importante mercato per la propulsione LSM.

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James G. Wieler e il dottor Richard D. Thornton

James G. Wieler e il dottor Richard D. Thornton

James G. Wieler è vicepresidente della pianificazione strategica e dello sviluppo di nuovi affari presso Magne-Motion, Inc. ed è responsabile della strategia aziendale, della pianificazione della crescita a lungo termine, dello sviluppo di partnership e della ricerca di nuove applicazioni per le attività M3 Maglev e LSM di MagneMotion. Wieler è stato anche responsabile dei progetti Urban Maglev di MagneMotion per la Federal Transit Administration ed è autore o coautore di numerosi articoli sui maglev urbani. Wieler ha conseguito un BS presso l'Università del Massachusetts e un M.Sc presso l'Università dell'Alberta.

Il Dr. Richard D. Thornton è co-fondatore, presidente e chief technology officer di MagneMotion, Inc. Thornton ha più di 40 anni di esperienza come professore e ricercatore in aree di levitazione magnetica (maglev), propulsione a motore lineare, sistemi elettromeccanici e dispositivi a semiconduttore. Dal 1988, Thornton ha lavorato su nuove idee per i sistemi di trasporto Maglev e ha creato un team interdipartimentale del Massachusetts Institute of Technology (MIT) che ha avviato attività di ricerca a lungo termine sui Maglev in tutte le fasi della progettazione del sistema Maglev. Ha conseguito la laurea in ingegneria elettrica presso la Princeton University e il suo SM e Sc.D. in Ingegneria Elettrica al MIT.

Mondo Ascensore | Copertina di maggio 2012

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