Surfando na onda dos veículos elétricos

Por que as tecnologias de motores rotativos podem superar os motores lineares em elevadores sem cabos?

Por James Hutchinson e Daniel Johnson

A corrida para desenvolver sistemas práticos de elevadores sem cabos acelerou drasticamente na última década. Com o crescimento das populações urbanas e a construção de edifícios a alturas sem precedentes, a indústria de transporte vertical (TV) explora cada vez mais alternativas aos sistemas convencionais com cabos.

A maioria dos conceitos atuais de elevadores sem cabos utiliza sistemas de propulsão com motores lineares, popularizados inicialmente pelos trens de levitação magnética. Esses sistemas são elegantes na teoria e tecnologicamente impressionantes na prática; no entanto, uma questão importante permanece em grande parte sem resposta no setor: os motores lineares são a melhor arquitetura de propulsão a longo prazo para elevadores sem cabos? Na Hyprlift, acreditamos que a resposta seja "não".

Em vez disso, acreditamos que o futuro da transmissão vertical sem cabos pode, em última análise, pertencer a sistemas construídos em torno de tecnologias de motores elétricos rotativos — particularmente aqueles capazes de aproveitar o ritmo extraordinário de inovação atualmente impulsionado pela indústria global de veículos elétricos (VE).

A questão estratégica oculta por trás dos elevadores sem cabos

Grande parte da discussão na indústria sobre elevadores sem cabos se concentra na "geometria do movimento", incluindo deslocamento multidirecional, eficiência do poço, melhorias na capacidade de processamento, eliminação de cabos e redução da área ocupada pelo núcleo. Todos esses aspectos são importantes. Mas há outra questão que pode ser ainda mais relevante: qual arquitetura de propulsão evoluirá mais rapidamente nos próximos 20 anos? 

Esta não é apenas uma questão técnica. É também uma questão econômica e industrial, porque os futuros vencedores da VT podem não ser simplesmente os sistemas que funcionam melhor hoje, mas sim os sistemas integrados aos maiores ecossistemas de inovação do mundo.

O futuro da transmissão vertical sem cabos pode, em última análise, pertencer a sistemas construídos em torno de tecnologias de motores elétricos rotativos — particularmente aqueles capazes de aproveitar o ritmo extraordinário de inovação atualmente impulsionado pela indústria global de veículos elétricos (VE).

A suposição do motor linear

Muitos conceitos de elevadores sem cabos utilizam motores de indução linear ou motores síncronos lineares. Em termos simples, um motor linear pode ser considerado um motor rotativo "desenrolado" em linha reta. Em vez de produzir torque rotacional, o motor produz um empuxo linear direto sobre o "rotor", paralelo ao plano do "estator".

Essa abordagem oferece algumas características atraentes, incluindo propulsão por acionamento direto, eliminação da conversão de rotativo para linear, ausência de perdas por atrito ou vibração e operação mais silenciosa. Essas vantagens tornaram os motores lineares bem-sucedidos em aplicações de levitação magnética, como sistemas de transporte de pessoas em ambientes internos, sistemas de automação industrial e pelo menos uma linha de trem suburbano (a SCMaglev do Japão, com previsão de inauguração em 2034).

No entanto, os motores lineares também introduzem importantes compensações de engenharia que se tornam particularmente relevantes em aplicações de elevadores.

O problema da infraestrutura

Alguns dos maiores desafios dos sistemas de elevadores com motores lineares decorrem dos seus requisitos de infraestrutura. Na maioria das arquiteturas de propulsão linear, partes significativas dos sistemas de propulsão precisam ser embutidas ao longo do próprio poço. Isso pode incluir componentes do estator eletromagnético (bobinas de cobre, materiais exóticos para o núcleo magnético, relés de estado sólido), redes de distribuição de energia (fiação de cobre, transformadores, fontes de alimentação reguladoras), sistemas de gerenciamento térmico (tanto de ar forçado quanto de circulação de líquido) e requisitos de alinhamento preciso. À medida que a altura dos edifícios aumenta, essa carga de infraestrutura também aumenta proporcionalmente.

A infraestrutura complexa exigida para sistemas de motores lineares cria diversos desafios práticos em comparação com os sistemas convencionais com cabos, incluindo maior complexidade de projeto/instalação, custos de materiais, dificuldade de acesso para manutenção e exigências de gerenciamento térmico.

Na prática, o próprio edifício torna-se parte da máquina de propulsão. 

Uma abordagem diferente: Propulsão dinâmica-trativa

A Hyprlift adotou uma arquitetura alternativa conhecida como propulsão dinâmica-trativa.

Em vez de depender de unidades de motor linear distribuídas ao longo de todo o comprimento de um eixo, o sistema Hyprlift utiliza motores rotativos dentro de uma arquitetura de tração dinâmica a bordo de cada veículo (cabine) que gera forças de tração controladas contra a infraestrutura de trilhos-guia passivos existente, permitindo uma operação autopropelida e sem cabos com impacto mínimo no eixo ou no edifício.

Isso cria uma arquitetura de sistema fundamentalmente diferente: em vez de instalar a infraestrutura de propulsão no edifício, esses sistemas são concentrados principalmente nos próprios veículos. Essa distinção pode ter implicações profundas a longo prazo.

Por que a indústria de veículos elétricos é importante

A vantagem mais importante da arquitetura de motores rotativos pode não estar nos próprios motores; pode ser que toda a indústria automotiva global esteja investindo trilhões de dólares em seu aprimoramento.

O desenvolvimento moderno de veículos elétricos está avançando em muitas frentes: eficiência do motor, densidade de torque/potência, eletrônica de potência, gerenciamento térmico, materiais mais leves e resistentes, controle de motor assistido por IA, sistemas regenerativos, escala e confiabilidade de fabricação, entre outros. 

Esse ciclo de inovação está ocorrendo em uma velocidade extraordinária porque os fabricantes de veículos elétricos estão competindo globalmente e em uma escala enorme. Como resultado, a tecnologia de motores rotativos está evoluindo mais rapidamente hoje do que em qualquer outro momento da história.

É importante ressaltar que as empresas de elevadores não precisam financiar esses avanços por conta própria. Elas podem simplesmente incorporá-los.

Os sistemas de elevadores sem cabos, construídos em torno de tecnologias de motores rotativos, estão surfando na onda de inovação da indústria de veículos elétricos. À medida que os sistemas de propulsão de veículos elétricos melhoram, também evoluem as principais tecnologias essenciais para sistemas de elevadores avançados.

Surfando na onda da inovação dos veículos elétricos

Os sistemas de elevadores sem cabos, construídos em torno de tecnologias de motores rotativos, estão surfando na onda de inovação da indústria de veículos elétricos. À medida que os sistemas de propulsão de veículos elétricos melhoram, também evoluem as principais tecnologias essenciais para sistemas de elevadores avançados. Isso inclui melhorias em densidade de potência, eficiência, sistemas de refrigeração, eletrônica de acionamento, controladores de motor, sistemas de software preditivos, confiabilidade e capacidade de fabricação.

Em comparação, os sistemas de motores lineares existem dentro de um ecossistema industrial muito menor. Embora os motores lineares continuem a evoluir, a escala do investimento por trás deles está longe da escala que atualmente impulsiona os sistemas de propulsão de veículos elétricos. Essa assimetria é importante.

Considerações de eficiência

Os motores de indução linear também enfrentam diversos desafios físicos inerentes. Um dos mais conhecidos é a perda por "efeito de extremidade", que ocorre porque o campo magnético de um motor linear se distorce, perdendo sua forma ideal de deslocamento e funcionando com menor eficiência próximo aos extremos do seu curso.

Os motores lineares também costumam exigir folgas de ar maiores entre os elementos móveis e estacionários do que os motores rotativos, o que aumenta a potência necessária para níveis comparáveis ​​de força, reduzindo ainda mais a eficiência.

Em contrapartida, os motores rotativos se beneficiam de décadas de otimização na geometria do campo eletromagnético, no projeto térmico, no projeto para manufatura, nos sistemas de controle e na eletrônica de potência. O ritmo dessas e de outras melhorias continua a se acelerar devido à demanda por veículos elétricos.

O software está se tornando a chave para a tecnologia de propulsão.

Outra grande tendência na reformulação da tecnologia de propulsão é o controle definido por software. Os modernos sistemas de propulsão de veículos elétricos dependem cada vez mais de softwares especializados para maximizar o desempenho do hardware físico, incluindo otimização de torque em tempo real, gerenciamento térmico preditivo, ajuste de eficiência assistido por IA, controle vetorial avançado e sistemas de acionamento tolerantes a falhas.

O software por trás desse ecossistema tecnológico está evoluindo rapidamente devido à intensa concorrência, principalmente no mercado automotivo. A arquitetura de elevadores sem cabos, baseada em motores rotativos, está posicionada para aproveitar diretamente esses avanços. De muitas maneiras, o futuro da propulsão elétrica será impulsionado tanto pelo software quanto pelo hardware.

Impulso tecnológico de longo prazo

Historicamente, a indústria de elevadores evoluiu lentamente em comparação com outros setores, incluindo as indústrias automotiva e de eletrônicos de consumo. Os sistemas sem cabos representam uma oportunidade rara de repensar a arquitetura de propulsão subjacente a toda a indústria de elevadores.

Ao avaliar tecnologias de longo prazo, é importante considerar não apenas o desempenho atual, mas também o impulso futuro. Tecnologias conectadas a grandes ecossistemas industriais se beneficiam de ciclos de inovação mais rápidos, maior disponibilidade de talentos em engenharia, cadeias de suprimentos mais eficientes, custos de fabricação mais baixos e software confiável.

Hoje, as tecnologias de motores rotativos estão no centro de uma das maiores transformações industriais da história moderna. Os sistemas de motores lineares não.

O futuro dos elevadores sem cabos

Os sistemas de motores lineares continuam sendo conquistas impressionantes da engenharia e podem continuar desempenhando um papel importante em diversos modos de transporte, incluindo os verticais. No entanto, à medida que a indústria de elevadores avança de sistemas protótipos para uma implantação global em larga escala, forças econômicas e tecnológicas mais amplas se tornarão cada vez mais importantes.

A questão não pode mais ser simplesmente: “Motores lineares conseguem mover elevadores?” Claramente, conseguem. A questão agora é: “Qual arquitetura de propulsão está melhor posicionada para evoluir nas próximas décadas?”

Na Hyprlift, acreditamos que a resposta reside em uma arquitetura capaz de aproveitar o avanço global acelerado das tecnologias de motores rotativos. Afinal, o futuro dos elevadores sem cabos pode depender não apenas de como os elevadores se movem, mas também de quais setores estão impulsionando as tecnologias por trás deles.