Aprovechando la ola de los vehículos eléctricos

¿Por qué las tecnologías de motores rotativos podrían superar a los motores lineales en los ascensores sin cables?

Por James Hutchinson y Daniel Johnson

La carrera por desarrollar sistemas de ascensores prácticos sin cables se ha acelerado drásticamente en la última década. A medida que las poblaciones urbanas crecen y los edificios alcanzan alturas sin precedentes, la industria del transporte vertical explora cada vez más alternativas a los sistemas convencionales basados ​​en cables.

La mayoría de los sistemas de ascensores sin cables actuales se basan en sistemas de propulsión con motores lineales, popularizados inicialmente por los trenes de levitación magnética. Estos sistemas son elegantes en teoría e impresionantes en la práctica; sin embargo, una pregunta importante sigue sin respuesta en gran medida dentro de la industria: ¿Son los motores lineales la mejor arquitectura de propulsión a largo plazo para los ascensores sin cables? En Hyprlift, creemos que la respuesta podría ser "no".

En cambio, creemos que el futuro de la transmisión vertical sin cables podría pertenecer en última instancia a sistemas construidos en torno a tecnologías de motores eléctricos rotativos, en particular aquellos capaces de aprovechar el extraordinario ritmo de innovación que impulsa actualmente la industria mundial de vehículos eléctricos (VE).

La cuestión estratégica oculta tras los ascensores sin cables

Gran parte del debate en la industria sobre los ascensores sin cables se centra en la «geometría del movimiento», que incluye el desplazamiento multidireccional, la eficiencia del hueco, la mejora del rendimiento, la eliminación de cables y la reducción del espacio ocupado por el núcleo. Todos estos aspectos son importantes. Pero existe otra pregunta que, en última instancia, podría ser aún más relevante: ¿Qué arquitectura de propulsión evolucionará más rápidamente en los próximos 20 años? 

No se trata simplemente de una cuestión técnica. También es una cuestión económica e industrial, porque los futuros ganadores de la tecnología de vanguardia no serán solo los sistemas que mejor funcionan hoy, sino los sistemas integrados en los mayores ecosistemas de innovación del mundo.

El futuro de la transmisión vertical sin cables podría pertenecer, en última instancia, a los sistemas basados ​​en tecnologías de motores eléctricos rotativos, en particular aquellos capaces de aprovechar el extraordinario ritmo de innovación que impulsa actualmente la industria mundial de vehículos eléctricos (VE).

La suposición del motor lineal

Muchos sistemas de ascensores sin cables utilizan motores de inducción lineal o motores síncronos lineales. En términos sencillos, un motor lineal puede considerarse como un motor rotativo desplegado en línea recta. En lugar de producir par de torsión, el motor genera un empuje lineal directo sobre el rotor, paralelo al plano del estator.

Este enfoque ofrece algunas características atractivas, como la propulsión de accionamiento directo, la eliminación de la conversión rotativa a lineal, la ausencia de pérdidas por fricción o vibración y un funcionamiento más silencioso. Estas ventajas han contribuido al éxito de los motores lineales en aplicaciones de levitación magnética, como sistemas de transporte de pasajeros en interiores, sistemas de automatización industrial y al menos una línea de tren de cercanías (el SCMaglev de Japón, cuya inauguración está prevista para 2034).

Sin embargo, los motores lineales también introducen importantes limitaciones de ingeniería que resultan especialmente relevantes en las aplicaciones de ascensores.

El problema de la infraestructura

Algunos de los mayores desafíos de los sistemas de ascensores con motor lineal se derivan de sus requisitos de infraestructura. En la mayoría de las arquitecturas de propulsión lineal, partes importantes de los sistemas de propulsión deben estar integradas en el propio hueco del ascensor. Esto puede incluir componentes electromagnéticos del estator (bobinas de cobre, materiales especiales para el núcleo magnético, relés de estado sólido), redes de distribución de energía (cableado de cobre, transformadores, fuentes de alimentación reguladoras), sistemas de gestión térmica (tanto de aire forzado como de líquido circulante) y requisitos de alineación precisos. A medida que aumenta la altura de los edificios, esta carga de infraestructura se incrementa proporcionalmente.

La compleja infraestructura necesaria para los sistemas de motores lineales plantea varios desafíos prácticos en comparación con los sistemas convencionales con cables, entre los que se incluyen una mayor complejidad de diseño e instalación, costes de materiales, dificultad de acceso para el mantenimiento y exigencias de gestión térmica.

En efecto, el propio edificio pasa a formar parte de la máquina de propulsión. 

Un enfoque diferente: propulsión dinámica-tractiva

Hyprlift ha optado por una arquitectura alternativa conocida como propulsión dinámica-tractiva.

En lugar de depender de unidades de motor lineal distribuidas a lo largo de todo el eje, el sistema Hyprlift utiliza motores rotativos dentro de una arquitectura dinámica-tractiva a bordo de cada vehículo (cabina) que genera fuerzas de tracción controladas contra la infraestructura de rieles guía pasivos existente, lo que permite un funcionamiento autopropulsado y sin cables con un impacto mínimo en el eje o el edificio.

Esto crea una arquitectura de sistema fundamentalmente diferente: en lugar de instalar infraestructura de propulsión en el edificio, estos sistemas se concentran principalmente dentro de los propios vehículos. Esta distinción puede tener profundas implicaciones a largo plazo.

Por qué es importante la industria de los vehículos eléctricos

Puede que la ventaja más importante de la arquitectura de los motores rotativos no sean los motores en sí mismos, sino que toda la industria automovilística mundial esté invirtiendo billones de dólares en mejorarlos.

El desarrollo de los vehículos eléctricos modernos avanza en muchos frentes: eficiencia del motor, densidad de par/potencia, electrónica de potencia, gestión térmica, materiales más ligeros y resistentes, control del motor asistido por IA, sistemas regenerativos, escala y fiabilidad de la fabricación, entre otros. 

Este ciclo de innovación se está produciendo a una velocidad extraordinaria debido a que los fabricantes de vehículos eléctricos compiten a nivel mundial y a una escala enorme. Como resultado, la tecnología de motores rotativos está mejorando hoy más rápido que nunca.

Es importante destacar que las empresas de ascensores no tienen que financiar estos avances por sí mismas. Simplemente pueden incorporarlos.

Los sistemas de ascensores sin cables, basados ​​en tecnologías de motores rotativos, se están beneficiando enormemente de la ola de innovación de la industria de los vehículos eléctricos. A medida que mejoran los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos, también lo hacen las tecnologías clave necesarias para los sistemas de ascensores avanzados.

Aprovechando la ola de innovación en vehículos eléctricos

Los sistemas de ascensores sin cables, basados ​​en motores rotativos, se benefician enormemente de la ola de innovación de la industria de los vehículos eléctricos. A medida que mejoran los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos, también lo hacen las tecnologías clave necesarias para los sistemas de ascensores avanzados. Esto incluye mejoras en la densidad de potencia, la eficiencia, los sistemas de refrigeración, la electrónica de control, los controladores de motor, los sistemas de software predictivo, la fiabilidad y la facilidad de fabricación.

En comparación, los sistemas de motores lineales operan dentro de un ecosistema industrial mucho más reducido. Si bien los motores lineales siguen avanzando, la inversión que los respalda está muy lejos de la que actualmente impulsa los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos. Esta asimetría es importante.

Consideraciones de eficiencia

Los motores de inducción lineal también presentan varios desafíos físicos inherentes. Uno de los más conocidos es la pérdida por "efecto de borde", que se produce cuando el campo magnético de un motor lineal se deforma respecto a su forma ideal de desplazamiento y funciona con menor eficiencia cerca de los extremos de su recorrido.

Los motores lineales también suelen requerir mayores espacios de aire entre los elementos móviles y estacionarios que los motores rotativos, lo que aumenta la potencia necesaria para obtener niveles de fuerza comparables, reduciendo aún más la eficiencia.

Por el contrario, los motores rotativos se benefician de décadas de optimización en la geometría del campo electromagnético, el diseño térmico, el diseño para la fabricación, los sistemas de control y la electrónica de potencia. El ritmo de estas y otras mejoras continúa acelerándose debido a la demanda de vehículos eléctricos.

El software se está convirtiendo en la clave de la tecnología de propulsión.

Otra tendencia importante en la transformación de la tecnología de propulsión es el control definido por software. Los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos modernos dependen cada vez más de sistemas de software especializados para maximizar el rendimiento del hardware físico, incluyendo la optimización del par en tiempo real, la gestión térmica predictiva, el ajuste de la eficiencia asistido por IA, el control vectorial avanzado y los sistemas de accionamiento tolerantes a fallos.

El software que sustenta este ecosistema tecnológico evoluciona rápidamente debido a la intensa competencia, sobre todo en el sector automotriz. La arquitectura de ascensores sin cables, basada en motores rotativos, está en una posición privilegiada para aprovechar directamente estos avances. En muchos sentidos, el futuro de la propulsión eléctrica estará impulsado tanto por el software como por el hardware.

Impulso tecnológico a largo plazo

Históricamente, la industria de los ascensores ha evolucionado lentamente en comparación con otros sectores, como la automoción o la electrónica de consumo. Los sistemas sin cables representan una oportunidad única para replantear la arquitectura de propulsión subyacente a toda la industria de los ascensores.

Al evaluar tecnologías a largo plazo, es importante considerar no solo su desempeño actual, sino también su potencial futuro. Las tecnologías conectadas a grandes ecosistemas industriales se benefician de ciclos de innovación más rápidos, una mayor disponibilidad de talento en ingeniería, cadenas de suministro más eficientes, menores costos de fabricación y software confiable.

Hoy en día, las tecnologías de motores rotativos se encuentran en el centro de una de las mayores transformaciones industriales de la historia moderna. Los sistemas de motores lineales no.

El futuro de los ascensores sin cables

Los sistemas de motores lineales siguen siendo impresionantes logros de ingeniería y podrían continuar desempeñando un papel importante en diversos modos de transporte, incluidos los verticales. Sin embargo, a medida que la industria de los ascensores avanza desde los sistemas prototipo hacia su implementación global a gran escala, fuerzas económicas y tecnológicas más amplias adquirirán una importancia creciente.

La pregunta ya no puede ser simplemente: "¿Pueden los motores lineales mover ascensores?". Claramente, sí pueden. La pregunta debe ser: "¿Qué arquitectura de propulsión está mejor posicionada para evolucionar en las próximas décadas?".

En Hyprlift, creemos que la clave reside en una arquitectura capaz de aprovechar el rápido avance global de las tecnologías de motores rotativos. Porque, en definitiva, el futuro de los ascensores sin cables puede depender no solo de cómo se mueven, sino también de qué industrias impulsan las tecnologías que los sustentan.