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Los elevadores lineales de motor síncrono se convierten en una realidad

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Ascensor AWE en las instalaciones de prueba de FEC en Cincinnati

Los beneficios de la tecnología síncrona lineal para ascensores industriales y de pasajeros

por James G. Wieler y el Dr. Richard D. Thornton

Durante más de una década, la Marina de los EE. UU. Ha avanzado hacia el concepto de un barco "totalmente eléctrico". El objetivo principal es eliminar los sistemas hidráulicos, neumáticos, de vapor y mecánicos de los barcos que son ineficientes, carecen de la capacidad de rendimiento requerida y exigen un mantenimiento extenso. La tecnología de motor síncrono lineal (LSM) de MagneMotion ha sido seleccionada como parte de la solución de la Marina.

El desarrollo de MagneMotion del elevador de portaaviones Advanced Weapons Elevator (AWE) comenzó en 2003 con el diseño y construcción de un sistema de prueba de concepto. MagneMotion, asociado con Federal Equipment Co. (FEC) de Cincinnati, fue uno de los dos equipos a los que se les adjudicó contratos en 2004. Desde entonces, el sistema ha sido calificado a través de una serie de pruebas funcionales y ambientales, que incluyen golpes, vibraciones e interferencias electromagnéticas. La producción de 11 conjuntos de elevadores AWE se completó en 2011, y desde entonces FEC y MagneMotion han comenzado la producción de elevadores para el siguiente transportador.  

El sistema LSM elimina la necesidad de sistemas hidráulicos, contrapesos, cables y poleas. Es más rápido, más seguro, respetuoso con el medio ambiente y más eficiente, y tiene una mayor capacidad de elevación que los elevadores de municiones de la Marina existentes. Con la capacidad de transportar cargas de más de 20 T., este sistema también podría proporcionar una solución para muchos ascensores comerciales.

Tecnología de elevadores LSM

Un artículo anterior (ELEVATOR WORLD, septiembre de 2006) discutió el diseño y las ventajas de los ascensores LSM con cierto detalle, por lo que aquí solo se discutirán las características clave. Los elevadores de MagneMotion utilizan estatores LSM y rieles de guía en la pared del hueco del ascensor, y arreglos de imanes permanentes (PM) en las cabinas de los elevadores que tienen ruedas de guía y frenos. Las corrientes en los devanados del estator del LSM crean un campo magnético que interactúa con los PM para producir fuerza. Los controladores crean corrientes de excitación que mueven la cabina según las instrucciones de un sistema de control, que incluye el control de la aceleración, la velocidad y el destino. La posición precisa es inherente al diseño de la propulsión LSM, por lo que el control automático se simplifica. Cada vehículo se controla de forma independiente y muchos vehículos pueden operar en un solo hueco. La transferencia de energía inductiva se utiliza para cargar los componentes de almacenamiento de energía a bordo que alimentan las instalaciones de iluminación y comunicación de la cabina.

Los frenos son la característica de seguridad más importante para cualquier ascensor, incluidos los sistemas propulsados ​​por LSM. Para la aplicación AWE, para lograr un alto nivel de seguridad, utilizamos frenos mecánicos redundantes. Cuando está parado, la cabina se apoya en frenos de cuña mecánicos. Cuando está en movimiento, el LSM puede proporcionar todo el frenado. Cuando una plataforma se detiene, los frenos de cuña accionados eléctricamente en la plataforma actúan sobre los rieles de guía. Los resortes hacen que los frenos se activen cuando no se aplica potencia y los solenoides retienen los resortes cuando los frenos se desactivan. En este enfoque, los frenos son "a prueba de fallas" porque se activan en caso de pérdida de potencia. Estos frenos son "auto energizantes", lo que significa que una vez que comienzan a agarrar los rieles del estator, la fuerza de frenado aplicada al vehículo hace que el agarre se apriete, aumentando la fuerza de frenado. Los frenos están diseñados para que el vehículo se pueda levantar una distancia corta mientras los frenos están accionados. Esta función se utiliza para medir la carga de la plataforma y verificar que el elevador no esté sobrecargado antes de soltar los frenos.

Beneficios

Los beneficios del sistema de ascensores LSM incluyen:

  • Sin cuerdas: el hueco del ascensor puede extenderse a cualquier altura, porque no hay ningún peso de cuerda con el que lidiar.
  • Mayor velocidad y capacidad: la propulsión LSM permite velocidades superiores a 20 mps con poco o ningún aumento en el costo. Varias cabinas de ascensor pueden viajar de forma independiente dentro de un solo hueco, lo que aumenta el rendimiento y la eficiencia.
  • Menores costos de mantenimiento: los elevadores sin cables LSM tienen menos partes móviles, lo que reduce el mantenimiento y aumenta la confiabilidad. El diseño modular permite una rápida sustitución de componentes. El LSM puede desacelerar, acelerar y detener la cabina en su ubicación designada antes de que sea necesario aplicar los frenos de estacionamiento, lo que reduce el desgaste de los frenos.
  • Seguridad: los elevadores LSM están diseñados con un sofisticado sistema de control que proporciona un control de retroalimentación positiva del vehículo, lógica anticolisión y frenos redundantes.
  • Configuración flexible: los elevadores LSM pueden propulsar un vehículo en cualquier dirección, y las cabinas se pueden cambiar de un hueco a otro, lo que permite la creación de huecos de ascensor "unidireccionales" con varias cabinas en cada uno. Los estatores modulares permiten personalizar la altura del ascensor en el momento de la instalación y ampliarla en el futuro con una interrupción mínima. Los ascensores LSM también pueden adaptarse a diseños inclinados, proporcionando una alternativa a las escaleras o escaleras mecánicas.

Ascensores Industriales

El proyecto AWE de la Marina ha demostrado que los elevadores LSM se pueden implementar como elevadores de carga y elevadores de plataforma vertical para aplicaciones en diversos entornos industriales. Se pueden utilizar estatores de una o varias vías para facilitar el transporte de las cargas más pesadas, desde contenedores de carga hasta carretillas elevadoras cargadas, vehículos de pasajeros o inventario a granel. Los sistemas de elevadores industriales de MagneMotion se pueden integrar con sistemas de almacenamiento y recuperación automatizados y sistemas logísticos de almacén existentes para optimizar el transporte vertical y el proceso general de manipulación de materiales. Por ejemplo, los elevadores verticales LSM pueden diseñarse para transportar vehículos en aparcamientos automatizados.

Ascensores de pasajeros

La tecnología de elevadores LSM de MagneMotion sirve como alternativa a los elevadores hidráulicos o de cuerda. A diferencia de los diseños de elevadores con cuerdas, la tecnología LSM es más eficiente a velocidades más altas. Más importante aún, cuando los ascensores comerciales están limitados por la longitud, la capacidad o el entorno, los ascensores LSM pueden tener varios coches en un hueco, lo que reduce la cantidad de huecos en un edificio y crea un espacio más rentable.

Una alternativa importante para el futuro es proporcionar movimiento horizontal de cabinas entre cajas de ascensor adyacentes. Esto permitiría una programación similar a la que utilizan los transportistas automáticos de personas. Las opciones de control son casi ilimitadas, pero probablemente involucrarían el cambio en niveles intermedios y varias cabinas para cada caja de ascensor. MagneMotion ha construido sistemas de transporte propulsados ​​por LSM para viajes horizontales y ha diseñado interruptores que permiten el cambio de ruta. Esta misma idea se puede implementar para sistemas comerciales, residenciales, industriales y de almacenamiento vertical y proporcionar un alto nivel de seguridad. Con la conmutación horizontal, la capacidad de cada caja de ascensor se puede aumentar significativamente, con un costo adicional mínimo para un sistema de conmutación.

comercialización

La fuerza producida por un LSM depende del tamaño de los estatores e imanes y del ciclo de trabajo. A diferencia de los motores de elevadores rotativos, cada estator opera con un ciclo de trabajo bajo, lo que permite una mayor fuerza sin sobrecalentamiento. Dependiendo de la fuerza requerida, puede ser deseable tener más de un LSM; el motor Navy AWE usa cuatro LSM, uno en cada esquina. Los estatores LSM corren a lo largo del hueco del ascensor, por lo que tienden a dominar el costo. El ancho de los estatores LSM se puede reducir utilizando una matriz de imanes más larga, por lo que es deseable utilizar la matriz de imanes más larga posible.

Los sistemas de frenado de ascensores son bien conocidos. Los elevadores LSM usan un freno solo para bloquear la cabina en su lugar después de que ha llegado a su destino o durante emergencias. Es poco probable que los frenos diseñados para aplicaciones Navy AWE tengan un costo competitivo en comparación con los productos estándar de frenado de elevadores. La investigación inicial muestra que hay varios fabricantes de frenos de riel adecuados para aplicaciones comerciales. La aplicación Navy AWE requirió pruebas y características de diseño sustanciales para cumplir con los requisitos ambientales y de seguridad, por lo que estamos seguros de que se pueden cumplir los códigos de ascensores convencionales de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos para un diseño comercial.

Conclusión

Estos elevadores han pasado numerosas pruebas de calificación y han demostrado ser una forma confiable y segura de mover municiones pesadas sin cuerdas ni sistemas hidráulicos. La comercialización del ascensor para uso de pasajeros requerirá una mayor inversión, pero creemos que hay un futuro prometedor. MagneMotion está investigando oportunidades para el desarrollo continuo de este importante mercado de propulsión LSM.

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James G. Wieler y el Dr. Richard D. Thornton

James G. Wieler y el Dr. Richard D. Thornton

James G. Wieler es vicepresidente de planificación estratégica y desarrollo de nuevos negocios en Magne-Motion, Inc. y es responsable de la estrategia corporativa, la planificación del crecimiento a largo plazo, el desarrollo de asociaciones y la búsqueda de nuevas aplicaciones para los negocios M3 Maglev y LSM de MagneMotion. Wieler también ha sido responsable de los proyectos Urban Maglev de MagneMotion para la Administración Federal de Tránsito y es autor o coautor de varios artículos sobre levitación magnética urbana. Wieler tiene una licenciatura de la Universidad de Massachusetts y una maestría en Ciencias de la Universidad de Alberta.

El Dr. Richard D. Thornton es cofundador, presidente y director de tecnología de MagneMotion, Inc. Thornton tiene más de 40 años de experiencia como profesor e investigador en áreas de levitación magnética (maglev), propulsión de motores lineales, sistemas electromecánicos. y dispositivos semiconductores. Desde 1988, Thornton ha trabajado en nuevas ideas para sistemas de transporte de levitación magnética y creó un equipo interdepartamental del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) que inició actividades de investigación a largo plazo de levitación magnética en todas las fases del diseño de sistemas de levitación magnética. Obtuvo su licenciatura en ingeniería eléctrica de la Universidad de Princeton y su SM y Sc.D. en Ingeniería Eléctrica del MIT.

Mundo del ascensor | Mayo de 2012 Portada

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