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Les ascenseurs à moteur linéaire synchrone deviennent une réalité

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Ascenseur AWE au centre d'essai de la FEC à Cincinnati

Les avantages de la technologie synchrone linéaire pour les ascenseurs industriels et de passagers

par James G. Wieler et Dr Richard D. Thornton

Depuis plus d'une décennie, l'US Navy progresse vers le concept d'un navire « tout électrique ». L'objectif principal est d'éliminer les systèmes hydrauliques, pneumatiques, à vapeur et mécaniques embarqués qui sont inefficaces, manquent des capacités de performance requises et nécessitent un entretien important. La technologie Linear Synchronous-Motor (LSM) de MagneMotion a été sélectionnée dans le cadre de la solution de la Navy.

Le développement par MagneMotion de l'ascenseur pour porte-avions Advanced Weapons Elevator (AWE) a commencé en 2003 avec la conception et la construction d'un système de validation de principe. MagneMotion, en partenariat avec Federal Equipment Co. (FEC) de Cincinnati, était l'une des deux équipes ayant obtenu des contrats en 2004. Le système a depuis été qualifié grâce à un certain nombre de tests fonctionnels et environnementaux, y compris les chocs, les vibrations et les interférences électromagnétiques. La production de 11 ensembles d'ascenseurs AWE a été achevée en 2011, et FEC et MagneMotion ont depuis commencé la production d'ascenseurs pour le prochain transporteur.  

Le système LSM élimine le besoin de systèmes hydrauliques, de contrepoids, de câbles et de poulies. Il est plus rapide, plus sûr, plus respectueux de l'environnement et plus efficace, et a une capacité de levage plus élevée que les ascenseurs à munitions existants de la Marine. Avec la capacité de transporter des charges de plus de 20 T., ce système pourrait également fournir une solution pour de nombreux ascenseurs commerciaux.

Technologie d'ascenseur LSM

Un article précédent (ELEVATOR WORLD, septembre 2006) a discuté en détail de la conception et des avantages des ascenseurs LSM, de sorte que seules les caractéristiques clés seront abordées ici. Les ascenseurs de MagneMotion utilisent des stators et des rails de guidage LSM sur la paroi de la gaine, et des ensembles d'aimants permanents (PM) sur les cabines d'ascenseur qui ont des roues de guidage et des freins. Les courants dans les enroulements du stator LSM créent un champ magnétique qui interagit avec les PM pour produire de la force. Les contrôleurs créent des courants d'excitation qui déplacent la cabine selon les instructions d'un système de contrôle, qui comprend le contrôle de l'accélération, de la vitesse et de la destination. La position précise est inhérente à la conception de la propulsion LSM, de sorte que le contrôle automatique est simplifié. Chaque véhicule est contrôlé indépendamment et de nombreux véhicules peuvent fonctionner dans une seule gaine. Le transfert de puissance inductif est utilisé pour charger les composants de stockage d'énergie embarqués qui alimentent les installations d'éclairage et de communication de la cabine.

Les freins sont la caractéristique de sécurité la plus importante pour tout ascenseur, y compris les systèmes propulsés par LSM. Pour l'application AWE, pour atteindre un haut niveau de sécurité, nous utilisons des freins mécaniques redondants. À l'arrêt, la cabine est soutenue par des freins mécaniques à coin. Lorsqu'il est en mouvement, le LSM peut assurer tous les freinages. Lorsqu'une plate-forme s'arrête, des freins à coin actionnés électriquement sur la plate-forme agissent sur les rails de guidage. Les ressorts provoquent l'engagement des freins lorsque l'alimentation n'est pas appliquée et les solénoïdes retiennent les ressorts lorsque les freins se désengagent. Dans cette approche, les freins sont à « sécurité intégrée », car ils s'enclenchent en cas de perte de puissance. Ces freins sont « auto-énergisés », ce qui signifie qu'une fois qu'ils commencent à saisir les rails du stator, la force de freinage appliquée au véhicule provoque un resserrement de la poignée, augmentant la force de freinage. Les freins sont conçus pour que le véhicule puisse être soulevé sur une courte distance pendant que les freins sont serrés. Cette fonction est utilisée pour mesurer la charge de la plate-forme et vérifier que l'ascenseur n'est pas surchargé avant de relâcher les freins.

Les bénéfices

Les avantages du système d'ascenseur LSM incluent :

  • Pas de cordes : La gaine peut s'étendre à n'importe quelle hauteur, car il n'y a pas de poids de corde avec lequel lutter.
  • Vitesse et capacité plus élevées : la propulsion LSM permet des vitesses supérieures à 20 mps avec peu ou pas d'augmentation des coûts. Plusieurs cabines d'ascenseur peuvent se déplacer indépendamment dans une seule cage, augmentant ainsi le débit et l'efficacité.
  • Coûts de maintenance réduits : les ascenseurs sans câble LSM ont moins de pièces mobiles, ce qui réduit la maintenance tout en augmentant la fiabilité. La conception modulaire permet un remplacement rapide des composants. Le LSM peut décélérer, accélérer et arrêter la cabine à son emplacement désigné avant que les freins de stationnement ne doivent être appliqués, ce qui réduit l'usure des freins.
  • Sécurité : les ascenseurs LSM sont conçus avec un système de contrôle sophistiqué qui fournit un contrôle de retour positif du véhicule, une logique anti-collision et des freins redondants.
  • Configuration flexible : les ascenseurs LSM peuvent propulser un véhicule dans n'importe quelle direction, et les cabines peuvent être commutées d'une gaine à l'autre, permettant la création de gaines « à sens unique » avec plusieurs cabines dans chacune. Les stators modulaires permettent de personnaliser la hauteur de l'ascenseur lors de l'installation et de l'étendre à l'avenir avec un minimum de perturbations. Les ascenseurs LSM peuvent également accueillir des configurations inclinées, offrant une alternative aux escaliers ou aux escalators.

Ascenseurs industriels

Le projet AWE de la Marine a prouvé que les ascenseurs LSM peuvent être déployés comme monte-charges et monte-charge à plate-forme verticale pour des applications dans divers environnements industriels. Des stators à un ou plusieurs trajets peuvent être utilisés pour faciliter le transport des charges les plus lourdes, des conteneurs de fret aux chariots élévateurs chargés, aux véhicules de tourisme ou aux stocks en vrac. Les systèmes d'ascenseurs industriels de MagneMotion peuvent être intégrés aux systèmes de stockage et de récupération automatisés et aux systèmes logistiques d'entrepôt existants pour optimiser le transport vertical et le processus global de manutention des matériaux. À titre d'exemple, les ascenseurs verticaux LSM peuvent être conçus pour transporter des véhicules dans des parkings automatisés.

Ascenseurs de passagers

La technologie d'ascenseur LSM de MagneMotion sert d'alternative aux ascenseurs hydrauliques ou à câble. Contrairement aux conceptions d'ascenseurs à câble, la technologie LSM est plus efficace à des vitesses plus élevées. Plus important encore, lorsque les ascenseurs commerciaux sont limités par la longueur, la capacité ou l'environnement, les ascenseurs LSM peuvent avoir plusieurs voitures dans une cage, réduisant le nombre de cages dans un bâtiment et créant plus d'espace locatif.

Une alternative future importante consiste à fournir un mouvement horizontal des cabines entre les gaines adjacentes. Cela permettrait une planification similaire à celle utilisée par les déménageurs automatisés. Les options de contrôle sont presque illimitées mais impliqueraient probablement une commutation à des niveaux intermédiaires et plusieurs cabines pour chaque gaine. MagneMotion a construit des systèmes de transport propulsés par LSM pour un déplacement horizontal et conçu des commutateurs qui permettent un changement de trajectoire. Cette même idée peut être mise en œuvre pour les systèmes de stockage commerciaux, résidentiels, industriels et verticaux et offre un haut niveau de sécurité. Avec la commutation horizontale, la capacité de chaque gaine peut être considérablement augmentée, avec un coût supplémentaire minime pour un système de commutation.

commercialisation

La force produite par un LSM dépend de la taille des stators et des aimants, et du cycle de service. Contrairement aux moteurs d'ascenseur rotatif, chaque stator fonctionne avec un faible cycle de service, permettant une force plus élevée sans surchauffe. Selon la force requise, il peut être souhaitable d'avoir plus d'un LSM - le moteur Navy AWE utilise quatre LSM, un à chaque coin. Les stators LSM s'étendent sur toute la longueur de la gaine, ils ont donc tendance à dominer le coût. La largeur des stators LSM peut être réduite en utilisant un réseau d'aimants plus long, ce qui rend souhaitable d'utiliser le réseau d'aimants le plus long possible.

Les systèmes de freinage d'ascenseur sont bien compris. Les ascenseurs LSM utilisent un frein uniquement pour verrouiller la cabine en place une fois qu'elle a atteint sa destination ou en cas d'urgence. Il est peu probable que les freins conçus pour les applications Navy AWE soient compétitifs par rapport aux produits de freinage d'ascenseur standard. L'enquête initiale montre qu'il existe plusieurs fabricants de freins de rail adaptés aux applications commerciales. L'application Navy AWE nécessitait des caractéristiques de conception et des tests substantiels pour répondre aux exigences de sécurité et d'environnement, nous sommes donc convaincus que les codes d'ascenseur conventionnels de l'American Society of Mechanical Engineers peuvent être respectés pour une conception commerciale.

Conclusion

Ces ascenseurs ont passé de nombreux tests de qualification et se sont avérés être un moyen fiable et sûr de déplacer des munitions lourdes sans cordes ni hydraulique. La commercialisation de l'ascenseur à l'usage des passagers nécessitera des investissements supplémentaires, mais nous pensons que l'avenir est prometteur. MagneMotion étudie les opportunités de développement continu de cet important marché de la propulsion LSM.

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James G. Wieler et Dr Richard D. Thornton

James G. Wieler et Dr Richard D. Thornton

James G. Wieler est vice-président de la planification stratégique et du développement commercial chez MagneMotion, Inc. et est responsable de la stratégie d'entreprise, de la planification de la croissance à long terme, du développement de partenariats et de la recherche de nouvelles applications pour les activités M3 Maglev et LSM de MagneMotion. Wieler a également été responsable des projets Urban Maglev de MagneMotion pour la Federal Transit Administration et a écrit ou co-écrit un certain nombre d'articles sur le maglev urbain. Wieler est titulaire d'un baccalauréat ès sciences de l'Université du Massachusetts et d'une maîtrise ès sciences de l'Université de l'Alberta.

Le Dr Richard D. Thornton est co-fondateur, président et directeur de la technologie chez MagneMotion, Inc. Thornton a plus de 40 ans d'expérience en tant que professeur et chercheur dans les domaines de la lévitation magnétique (maglev), de la propulsion par moteur linéaire, des systèmes électromécaniques et dispositifs à semi-conducteurs. Depuis 1988, Thornton a travaillé sur de nouvelles idées pour les systèmes de transport maglev et a créé une équipe interdépartementale du Massachusetts Institute of Technology (MIT) qui a lancé des activités de recherche à long terme sur le maglev dans toutes les phases de la conception d'un système maglev. Il a obtenu son BS en génie électrique de l'Université de Princeton et son SM et Sc.D. en génie électrique du MIT.

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