ركوب موجة السيارات الكهربائية

لماذا قد تتفوق تقنيات المحركات الدوارة على المحركات الخطية في المصاعد بدون حبال؟

بقلم جيمس هاتشينسون ودانيال جونسون

تسارعت وتيرة تطوير أنظمة المصاعد العملية الخالية من الحبال بشكل كبير خلال العقد الماضي. ومع ازدياد عدد سكان المدن واستمرار المباني في الوصول إلى ارتفاعات غير مسبوقة، يتجه قطاع النقل العمودي بشكل متزايد إلى استكشاف بدائل لأنظمة الحبال التقليدية.

تعتمد معظم مفاهيم المصاعد اللاسلكية الحالية على أنظمة الدفع بالمحركات الخطية، والتي اشتهرت في البداية مع قطارات "ماجليف". تتميز هذه الأنظمة بأناقتها النظرية وروعتها التقنية في التنفيذ؛ ومع ذلك، يبقى سؤال مهم دون إجابة شافية في هذا المجال: هل تُعد المحركات الخطية أفضل بنية دفع طويلة الأمد للمصاعد اللاسلكية؟ في هايبرليفت، نعتقد أن الإجابة قد تكون "لا".

بدلاً من ذلك، نعتقد أن مستقبل تقنية VT بدون حبال قد ينتمي في النهاية إلى الأنظمة المبنية حول تقنيات المحركات الكهربائية الدوارة - وخاصة تلك القادرة على الاستفادة من وتيرة الابتكار غير العادية التي تقودها صناعة السيارات الكهربائية العالمية حاليًا.

السؤال الاستراتيجي الخفي وراء المصاعد بدون حبال

يركز جزء كبير من النقاشات الصناعية حول المصاعد بدون حبال على "هندسة الحركة"، بما في ذلك الحركة متعددة الاتجاهات، وكفاءة البئر، وتحسين الإنتاجية، والاستغناء عن الحبال، وتقليل مساحة البئر. كل هذه الأمور مهمة. ولكن هناك سؤال آخر قد يكون أكثر أهمية في نهاية المطاف: أي بنية دفع ستشهد تطوراً أسرع خلال العشرين عاماً القادمة؟ 

هذا ليس مجرد سؤال تقني. إنه أيضاً سؤال اقتصادي وصناعي لأن الفائزين المستقبليين في مجال التكنولوجيا الافتراضية قد لا يكونون ببساطة الأنظمة التي تعمل بشكل أفضل اليوم، بل الأنظمة المرتبطة بأكبر أنظمة الابتكار في العالم.

قد يكون مستقبل تقنية VT بدون حبال في نهاية المطاف من نصيب الأنظمة المبنية حول تقنيات المحركات الكهربائية الدوارة - وخاصة تلك القادرة على الاستفادة من وتيرة الابتكار غير العادية التي تقودها حاليًا صناعة السيارات الكهربائية العالمية.

افتراض المحرك الخطي

تعتمد العديد من مفاهيم المصاعد بدون حبال على محركات الحث الخطي أو المحركات الخطية المتزامنة. ببساطة، يمكن اعتبار المحرك الخطي محركًا دوارًا "مفرودًا" على شكل خط مستقيم. فبدلاً من إنتاج عزم دوران دوراني، يُنتج المحرك قوة دفع خطية مباشرة على "الدوار" موازية لمستوى "الجزء الثابت".

يُقدّم هذا النهج بعض الخصائص الجذابة، بما في ذلك الدفع المباشر، والاستغناء عن تحويل الحركة الدورانية إلى خطية، وانعدام فقدان الطاقة الناتج عن الاحتكاك أو الاهتزاز، والتشغيل الهادئ. وقد ساهمت هذه المزايا في نجاح المحركات الخطية في تطبيقات القطارات المغناطيسية المعلقة، مثل أنظمة نقل الركاب الداخلية، وأنظمة الأتمتة الصناعية، وخط سكة حديد واحد على الأقل للركاب (خط سكة حديد SCMaglev الياباني، المتوقع افتتاحه عام 2034).

ومع ذلك، فإن المحركات الخطية تُدخل أيضًا مقايضات هندسية كبيرة تصبح ذات أهمية خاصة في تطبيقات المصاعد.

مشكلة البنية التحتية

تُشكل متطلبات البنية التحتية بعضًا من أكبر التحديات التي تواجه أنظمة المصاعد ذات المحركات الخطية. ففي معظم تصميمات الدفع الخطي، يجب تضمين أجزاء كبيرة من أنظمة الدفع داخل عمود المصعد نفسه. وقد تشمل هذه الأجزاء مكونات الجزء الثابت الكهرومغناطيسي (ملفات نحاسية، مواد مغناطيسية متطورة، مرحلات الحالة الصلبة)، وشبكات توزيع الطاقة (أسلاك نحاسية، محولات، منظمات طاقة)، ​​وأنظمة إدارة حرارية (تبريد بالهواء القسري وتبريد بالسوائل)، بالإضافة إلى متطلبات محاذاة دقيقة. ومع ازدياد ارتفاع المباني، يتزايد عبء هذه البنية التحتية تبعًا لذلك.

إن البنية التحتية المعقدة المطلوبة لأنظمة المحركات الخطية تخلق العديد من التحديات العملية مقارنة بالأنظمة التقليدية المربوطة بالحبال، بما في ذلك زيادة تعقيد التصميم / التركيب، وتكاليف المواد، وصعوبة الوصول للصيانة، ومتطلبات الإدارة الحرارية.

في الواقع، يصبح المبنى نفسه جزءًا من آلة الدفع. 

نهج مختلف: الدفع الديناميكي الجراني

لقد اتبعت شركة هايبرليفت بنية بديلة تُعرف باسم الدفع الديناميكي الجراني.

بدلاً من الاعتماد على وحدات المحركات الخطية الموزعة على طول العمود بالكامل، يستخدم نظام Hyprlift محركات دوارة ضمن بنية جر ديناميكية على متن كل مركبة (كابينة) تولد قوى جر يتم التحكم فيها ضد البنية التحتية الحالية لسكك التوجيه السلبية، مما يتيح التشغيل الذاتي بدون حبال مع الحد الأدنى من التأثير على العمود أو المبنى.

يُنشئ هذا بنية نظام مختلفة جذرياً: فبدلاً من تركيب بنية تحتية للدفع داخل المبنى، تتركز هذه الأنظمة بشكل أساسي داخل المركبات نفسها. وقد يكون لهذا التمييز آثار عميقة طويلة الأمد.

لماذا تُعدّ صناعة السيارات الكهربائية مهمة؟

قد لا تكون الميزة الأهم لهندسة المحركات الدوارة هي المحركات نفسها؛ بل قد تكون أن صناعة السيارات العالمية بأكملها تستثمر الآن تريليونات الدولارات في تحسينها.

يشهد تطوير السيارات الكهربائية الحديثة تقدماً على جبهات عديدة: كفاءة المحرك، وكثافة عزم الدوران/الطاقة، وإلكترونيات الطاقة، والإدارة الحرارية، والمواد الأخف وزناً والأكثر قوة، والتحكم في المحرك بمساعدة الذكاء الاصطناعي، والأنظمة المتجددة، وحجم التصنيع والموثوقية، وغير ذلك الكثير. 

تتطور دورة الابتكار هذه بوتيرة استثنائية نظراً لتنافس مصنعي السيارات الكهربائية على مستوى العالم وعلى نطاق واسع. ونتيجة لذلك، تشهد تكنولوجيا المحركات الدوارة تطوراً أسرع اليوم من أي وقت مضى في التاريخ.

الأهم من ذلك، أن شركات المصاعد ليست مضطرة لتمويل هذه التطورات بنفسها. يمكنها ببساطة دمجها في منتجاتها.

تستفيد أنظمة المصاعد اللاسلكية المبنية على تقنيات المحركات الدوارة بشكل فعال من موجة الابتكار في صناعة السيارات الكهربائية. ومع تحسن أنظمة دفع السيارات الكهربائية، تتطور أيضاً التقنيات الأساسية اللازمة لأنظمة المصاعد المتقدمة.

ركوب موجة ابتكار السيارات الكهربائية

تستفيد أنظمة المصاعد اللاسلكية المبنية على تقنيات المحركات الدوارة بشكل فعال من موجة الابتكار في صناعة السيارات الكهربائية. ومع تحسن أنظمة دفع السيارات الكهربائية، تتطور التقنيات الأساسية اللازمة لأنظمة المصاعد المتقدمة. ويشمل ذلك تحسينات في كثافة الطاقة، والكفاءة، وأنظمة التبريد، وإلكترونيات القيادة، ووحدات التحكم في المحركات، وأنظمة البرمجيات التنبؤية، والموثوقية، وسهولة التصنيع.

بالمقارنة، توجد أنظمة المحركات الخطية ضمن بيئة صناعية أصغر بكثير. ورغم استمرار تطور هذه المحركات، فإن حجم الاستثمار فيها لا يقارن بحجم الاستثمار الحالي في أنظمة دفع السيارات الكهربائية. وهذا التفاوت له أهمية بالغة.

اعتبارات الكفاءة

تواجه المحركات الحثية الخطية أيضاً العديد من التحديات الفيزيائية المتأصلة. ومن أبرزها فقدان "تأثير النهاية"، الذي يحدث لأن المجال المغناطيسي للمحرك الخطي يتشوه عن شكل الحركة المثالي، ويعمل بكفاءة أقل، بالقرب من نهايتي مساره.

كما تتطلب المحركات الخطية عادةً فجوات هوائية أكبر بين العناصر المتحركة والثابتة مقارنة بالمحركات الدوارة، مما يزيد من الطاقة المطلوبة لمستويات مماثلة من قوة الإخراج، مما يقلل الكفاءة بشكل أكبر.

في المقابل، تستفيد المحركات الدوارة من عقود من التحسينات في هندسة المجال الكهرومغناطيسي، والتصميم الحراري، والتصميم المُلائم للتصنيع، وأنظمة التحكم، وإلكترونيات الطاقة. وتستمر وتيرة هذه التحسينات وغيرها في التسارع نتيجةً للطلب المتزايد على السيارات الكهربائية.

أصبحت البرمجيات مفتاحًا لتكنولوجيا الدفع

ومن الاتجاهات الرئيسية الأخرى في إعادة تشكيل تكنولوجيا الدفع التحكم المُعرّف بالبرمجيات. تعتمد أنظمة الدفع الحديثة للسيارات الكهربائية بشكل متزايد على أنظمة البرمجيات الخبيرة لتحقيق أقصى قدر من أداء الأجهزة المادية، بما في ذلك تحسين عزم الدوران في الوقت الفعلي، والإدارة الحرارية التنبؤية، وضبط الكفاءة بمساعدة الذكاء الاصطناعي، والتحكم المتجهي المتقدم، وأنظمة القيادة المقاومة للأعطال.

يتطور البرنامج الذي يدعم هذا النظام التكنولوجي بسرعة كبيرة نتيجة للمنافسة الشديدة، لا سيما في سوق السيارات. وتتمتع بنية المصاعد اللاسلكية القائمة على المحركات الدوارة بموقع مميز للاستفادة المباشرة من هذه التطورات. وبطرق عديدة، سيُحدد مستقبل الدفع الكهربائي بالبرمجيات بقدر ما يُحدد بالأجهزة.

الزخم التكنولوجي طويل الأمد

لطالما كان تطور صناعة المصاعد بطيئاً مقارنةً بقطاعات أخرى، كصناعة السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية. وتمثل الأنظمة اللاسلكية فرصةً نادرةً لإعادة النظر في بنية الدفع الأساسية لصناعة المصاعد بأكملها.

عند تقييم التقنيات طويلة الأجل، من المهم مراعاة ليس فقط الأداء الحالي، بل أيضاً الزخم المستقبلي. تستفيد التقنيات المرتبطة بأنظمة صناعية ضخمة من دورات ابتكار أسرع، ومجموعات أكبر من المواهب الهندسية، وسلاسل إمداد أكثر كفاءة، وتكاليف تصنيع أقل، وبرمجيات موثوقة.

اليوم، تحتل تقنيات المحركات الدوارة مركز الصدارة في واحدة من أكبر التحولات الصناعية في التاريخ الحديث. أما أنظمة المحركات الخطية فلا.

مستقبل المصاعد بدون حبال

لا تزال أنظمة المحركات الخطية إنجازات هندسية رائعة، وقد تستمر في لعب دور هام في وسائل النقل المتعددة، بما في ذلك النقل العمودي. ومع ذلك، مع انتقال صناعة المصاعد من أنظمة النماذج الأولية إلى النشر العالمي القابل للتوسع، ستزداد أهمية القوى الاقتصادية والتكنولوجية الأوسع نطاقًا.

لم يعد السؤال ببساطة: "هل تستطيع المحركات الخطية تحريك المصاعد؟" من الواضح أنها تستطيع. بل يجب أن يكون السؤال: "أي بنية دفع هي الأنسب للتطور خلال العقود القليلة القادمة؟"

في هايبرليفت، نؤمن بأن الحل يكمن في بنية قادرة على الاستفادة من التطور العالمي المتسارع لتقنيات المحركات الدوارة. ففي نهاية المطاف، قد لا يعتمد مستقبل المصاعد بدون حبال على كيفية تحركها فحسب، بل على الصناعات التي تقود التقنيات الكامنة وراءها.