آسانسور مغناطیسی چیست؟ انواع، کارایی و مزایا + همه چیز
آسانسورهای مغناطیسی، با بهرهگیری از فناوری مغناطیس شناور (Maglev)، تحولی در صنعت حملونقل عمودی ایجاد کردهاند. این سیستمها، که بدون کابل و با استفاده از میدانهای مغناطیسی عمل میکنند، نهتنها حرکت عمودی بلکه حرکت افقی را نیز ممکن میسازند. شرکت Thyssenkrupp با پروژه MULTI پیشگام این فناوری بوده و راه را برای طراحی ساختمانهای بلندتر و کارآمدتر هموار کرده است.
آسانسور مغناطیسی چیست؟
آسانسور مغناطیسی نوعی سیستم حملونقل عمودی و افقی است که از فناوری مغناطیس شناور (Maglev) برای حرکت کابینها بدون نیاز به کابلهای سنتی استفاده میکند. این آسانسورها با بهرهگیری از میدانهای مغناطیسی، کابینها را در شفتهای مجهز به ریلهای خطی جابهجا میکنند و قادر به حرکت در جهتهای عمودی، افقی و حتی مورب هستند. برخلاف آسانسورهای سنتی که به کابلهای فولادی وابستهاند، آسانسورهای مغناطیسی مانند سیستم MULTI شرکت Thyssenkrupp، از موتورهای خطی برای شناوری و پیشرانش استفاده میکنند و محدودیتهای ارتفاع و طراحی را از بین میبرند. این فناوری امکان استفاده از چندین کابین در یک شفت و افزایش کارایی حملونقل را فراهم میکند.
تعریف فناوری Maglev در صنعت آسانسور
فناوری Maglev (مخفف Magnetic Levitation) از میدانهای مغناطیسی برای شناور کردن و جابهجایی اجسام بدون تماس فیزیکی استفاده میکند. در صنعت آسانسور، Maglev از موتورهای خطی بهره میبرد که مشابه فناوری قطارهای مغناطیسی پرسرعت مانند Transrapid یا Shinkansen ژاپن است. در این سیستم، کابینها روی ریلهایی مجهز به کویلهای مغناطیسی حرکت میکنند که با تغییر قطبیت، نیروی پیشرانش و شناوری ایجاد میکنند. این فناوری محدودیتهای کابلی را حذف کرده و امکان حرکت چند کابین در یک شفت را فراهم میکند، که ظرفیت حملونقل را تا 50 درصد افزایش میدهد و فضای اشغالی شفتها را تا 25 درصد کاهش میدهد.
اجزای آسانسور مغناطیسی
آسانسورهای مغناطیسی از اجزای کلیدی زیر تشکیل شدهاند:
- موتورهای خطی: کویلهای مغناطیسی در شفت که نیروی پیشرانش و شناوری را تولید میکنند.
- ریلهای هدایتکننده: ریلهای مجهز به کویل برای هدایت کابینها در جهتهای عمودی و افقی.
- کابینهای سبک: ساختهشده از مواد کامپوزیتی مانند فیبر کربن، که وزن را تا 50 درصد کاهش میدهند.
- سیستم کنترل بیسیم: الگوریتمهایی برای مدیریت حرکت کابینها و بهینهسازی مسیرها.
- منبع تغذیه و باتریها: برای تأمین انرژی و عملکرد در شرایط قطع برق.
- سیستم ترمز چندمرحلهای: برای ایمنی و توقف اضطراری کابینها.
این اجزا، مانند آنچه در برج آزمایش Rottweil آلمان استفاده شد، امکان حرکت روان و ایمن را فراهم میکنند.
انواع آسانسور مغناطیسی
نوع آسانسور مغناطیسی | ویژگیها و توضیحات |
---|---|
آسانسور مغناطیسی عمودی (Vertical Maglev) | حرکت بهصورت عمودی بدون نیاز به کابل یا وزنه تعادل؛ مناسب برای آسمانخراشها. |
آسانسور مغناطیسی افقی (Horizontal Maglev) | قابلیت حرکت افقی بین طبقات یا برجهای مجاور؛ ابداع شده توسط پروژه MULTI شرکت Thyssenkrupp. |
آسانسور مغناطیسی ترکیبی (Vertical + Horizontal) | امکان جابهجایی همزمان در دو جهت افقی و عمودی؛ طراحی مدرن برای ساختارهای پیچیده. |
آسانسور مغناطیسی دوکابینه (Double Cab Maglev) | دارای دو کابین در یک مسیر که بهصورت مستقل حرکت میکنند؛ افزایش بهرهوری در حمل مسافر. |
آسانسور Maglev بدون چاهک (Shaftless Maglev) | قابل استفاده در ساختمانهای با فضای محدود؛ بدون نیاز به چاه آسانسور سنتی. |
تفاوت بین آسانسورهای سنتی و مغناطیسی
آسانسورهای سنتی از کابلهای فولادی، وزنه تعادل و موتورهای الکتریکی برای حرکت عمودی در یک شفت استفاده میکنند، در حالی که آسانسورهای مغناطیسی کابلها را حذف کرده و از میدانهای مغناطیسی بهره میبرند. آسانسورهای سنتی تنها در یک جهت (عمودی) حرکت میکنند و هر شفت تنها یک کابین را پشتیبانی میکند، اما آسانسورهای مغناطیسی امکان حرکت افقی و استفاده از چندین کابین در یک شفت را دارند. محدودیت ارتفاع آسانسورهای سنتی (حدود 600 متر به دلیل وزن کابلها) در سیستمهای Maglev وجود ندارد، که برای آسمانخراشهایی مانند برج خلیفه (828 متر) که نیاز به دو آسانسور جداگانه دارند، مزیت بزرگی است. علاوه بر این، آسانسورهای مغناطیسی فضای کمتری اشغال کرده و مصرف انرژی را کاهش میدهند.
نحوه عملکرد سیستمهای بدون کابل
آسانسورهای مغناطیسی بدون کابل با استفاده از موتورهای خطی عمل میکنند. ریلهای شفت مجهز به کویلهای مغناطیسی هستند که با جریان متناوب، میدانهای مغناطیسی متغیری ایجاد میکنند. این میدانها با آهنرباهای موجود در زیر کابین تعامل کرده و نیروی شناوری (برای معلق ماندن کابین) و پیشرانش (برای حرکت) تولید میکنند. ریلها میتوانند بچرخند تا کابین را از حرکت عمودی به افقی هدایت کنند، مشابه یک سیستم مترو. الگوریتمهای نرمافزاری مسیر کابینها را بهینهسازی میکنند تا ازدحام کاهش یابد و زمان انتظار به 15 تا 30 ثانیه برسد. این سیستم در برج آزمایش Rottweil با سرعت 8 متر بر ثانیه آزمایش شده است.
استفاده از آهنرباهای دائم و الکترومغناطیس
آسانسورهای مغناطیسی از ترکیب آهنرباهای دائم و الکترومغناطیس استفاده میکنند. آهنرباهای دائم، که اغلب از عناصر کمیاب مانند نئودیمیم ساخته میشوند، نیروی شناوری پایداری فراهم میکنند و مصرف انرژی را کاهش میدهند. الکترومغناطیسها، که با جریان الکتریکی فعال میشوند، برای کنترل دقیق حرکت و تغییر جهت کابینها به کار میروند. در سیستم MULTI، کویلهای الکترومغناطیسی در ریلها میدانهای متناوبی ایجاد میکنند که با آهنرباهای دائم کابین تعامل کرده و حرکت را هدایت میکنند. این ترکیب، مشابه فناوری قطارهای Maglev، کارایی و انعطافپذیری را افزایش میدهد، اما هزینههای اولیه را بالا میبرد.
نقش شرکت Thyssenkrupp در توسعه این فناوری
شرکت Thyssenkrupp، مستقر در اسن آلمان، پیشگام توسعه آسانسور مغناطیسی است. این شرکت در سال 2014 پروژه MULTI را معرفی کرد و در سال 2017 اولین آزمایش عمومی آن را در برج 246 متری Rottweil آلمان انجام داد. Thyssenkrupp با الهام از فناوری Transrapid (که خود در توسعه آن نقش داشت)، موتورهای خطی را برای آسانسورها سازگار کرد. این شرکت سیستم TWIN خود (دو کابین در یک شفت با کابل) را به MULTI بدون کابل ارتقا داد و با کاهش 50 درصدی وزن کابینها و افزایش ظرفیت شفتها، استاندارد جدیدی در صنعت ایجاد کرد. Thyssenkrupp همچنین در حال ادغام هوش مصنوعی و اینترنت اشیا (IoT) برای بهبود کارایی این سیستمهاست.
معرفی پروژه MULTI
پروژه MULTI، که در سال 2014 توسط Thyssenkrupp رونمایی شد، اولین آسانسور بدون کابل جهان است که قادر به حرکت عمودی و افقی است. این سیستم از موتورهای خطی مغناطیسی استفاده میکند و امکان استفاده از چندین کابین در یک شفت را فراهم میکند، مشابه یک سیستم مترو عمودی. MULTI در برج آزمایش Rottweil با سرعت 5 تا 8 متر بر ثانیه آزمایش شد و ظرفیت حمل 8 مسافر در هر کابین را دارد. این پروژه برای ساختمانهای بالای 300 متر بهینه شده و در برج East Side در برلین (تکمیل در سال 2019) نصب شد. MULTI با کاهش فضای شفتها و زمان انتظار، طراحی معماری و کارایی حملونقل را متحول کرده است.
حرکت افقی در آسانسور مغناطیسی
یکی از ویژگیهای انقلابی آسانسورهای مغناطیسی، توانایی حرکت افقی است. در سیستم MULTI، ریلهای مغناطیسی میتوانند بچرخند تا کابینها را از شفتهای عمودی به شفتهای افقی هدایت کنند. این قابلیت امکان اتصال چندین ساختمان یا بخشهای مختلف یک مجتمع را فراهم میکند، مانند پلهای آسمانی (Skybridges) که Thyssenkrupp در نمایشگاه EXPO 2020 دبی معرفی کرد. حرکت افقی با تغییر جهت میدانهای مغناطیسی در ریلها انجام میشود و الگوریتمهای نرمافزاری مسیرها را برای جلوگیری از برخورد کابینها بهینه میکنند. این ویژگی محدودیتهای طراحی معماری را حذف کرده و انعطافپذیری بیسابقهای به معماران میدهد.
کنترل حرکت با استفاده از میدان مغناطیسی
کنترل حرکت در آسانسورهای مغناطیسی از طریق میدانهای مغناطیسی متغیر انجام میشود. کویلهای موجود در ریلهای شفت با جریان متناوب تغذیه میشوند و میدانهای مغناطیسی پویایی ایجاد میکنند که با آهنرباهای کابین تعامل دارند. این تعامل نیروی شناوری برای معلق نگه داشتن کابین و نیروی پیشرانش برای حرکت آن تولید میکند. سیستمهای کنترل بیسیم و الگوریتمهای پیشرفته، سرعت، جهت و توقف کابینها را مدیریت میکنند. بهعنوان مثال، در MULTI، کابینها هر 15 تا 30 ثانیه در دسترس هستند و مسیرها بهگونهای برنامهریزی میشوند که توقفهای غیرضروری حذف شوند، مشابه یک سیستم مترو.
سیستمهای امنیتی در آسانسور Maglev
آسانسورهای مغناطیسی با سیستمهای امنیتی پیشرفتهای طراحی شدهاند. برخلاف تصور عمومی، نبود کابل ایمنی را کاهش نمیدهد، زیرا موتورهای خطی تنها با انرژی فعال میشوند و در صورت قطع برق، کابینها حرکت نمیکنند. سیستم ترمز چندمرحلهای، مشابه آسانسورهای سنتی، توقف ایمن را تضمین میکند. کابینها مجهز به باتریهای اضطراری هستند تا در صورت قطع برق به نزدیکترین طبقه هدایت شوند. Thyssenkrupp با مؤسسات معتبر گواهیدهنده همکاری کرده تا MULTI استانداردهای ایمنی عملکردی (Functional Safety Management) را رعایت کند. آزمایشهای گسترده در برج Rottweil نیز ایمنی این سیستم را تأیید کرده است.
سرعت و ظرفیت حمل آسانسورهای مغناطیسی
آسانسورهای مغناطیسی سرعت و ظرفیت حمل بالاتری نسبت به سیستمهای سنتی دارند. سیستم MULTI سرعتهایی بین 5 تا 8 متر بر ثانیه (18 تا 28.8 کیلومتر بر ساعت) ارائه میدهد، که در آزمایشهای Rottweil ثبت شده است. هر کابین آسانسور مغناطیسی ظرفیت 8 مسافر را دارد، اما امکان استفاده از چندین کابین در یک شفت، ظرفیت کل را تا 50 درصد افزایش میدهد. این سیستم زمان انتظار را به 15 تا 30 ثانیه کاهش میدهد، در حالی که آسانسورهای سنتی ممکن است تا 16.6 سال زمان انتظار سالانه در شهرهایی مانند نیویورک ایجاد کنند. برای آسمانخراشهای شلوغ، این افزایش ظرفیت حیاتی است.
مزایای انرژی و مصرف پایینتر برق
آسانسورهای مغناطیسی مصرف انرژی کمتری دارند، زیرا از اصطکاک کابلها و وزنههای تعادل بینیازند. سیستم MULTI انرژی را از کابینهای در حال نزول بازیافت میکند و برای کابینهای صعودی استفاده میکند، که پیکهای مصرف انرژی را کاهش میدهد. Thyssenkrupp ادعا میکند که این سیستم در مقایسه با آسانسورهای سنتی، کارایی انرژی را بهبود میبخشد. علاوه بر این، استفاده از مواد سبک مانند فیبر کربن و شفتهای کوچکتر (6 متر مربع در مقایسه با 9 متر مربع در سیستم TWIN)، نیاز به انرژی برای حرکت را کاهش میدهد. ادغام فناوری IoT نیز امکان خاموش کردن قطعات در زمانهای کمترافیک را فراهم میکند.
چالشهای پیادهسازی
پیادهسازی آسانسورهای مغناطیسی با چالشهایی مواجه است:
- هزینه بالا: هزینه نصب MULTI تا پنج برابر بیشتر از آسانسورهای سنتی است، که پذیرش گسترده را محدود میکند.
- پیچیدگی فنی: نیاز به ریلهای مغناطیسی پیچیده و زیرساختهای الکتریکی پیشرفته، نصب را دشوار میکند.
- نگرانیهای ایمنی: اگرچه سیستمهای ایمنی قوی هستند، نگرانیهای عمومی درباره قطع برق یا خرابی مغناطیسی وجود دارد.
- نیاز به آزمایش گسترده: قابلیت اطمینان سیستم نیاز به آزمایشهای طولانیمدت دارد، همانطور که در برج Rottweil انجام شد.
- محدودیتهای بازار: این فناوری برای ساختمانهای بالای 200 متر بهینه است، که بازار هدف را به آسمانخراشهای لوکس محدود میکند.
عملکرد در شرایط اضطراری و قطع برق
در شرایط اضطراری مانند قطع برق، آسانسورهای مغناطیسی از باتریهای داخلی برای هدایت کابینها به نزدیکترین طبقه استفاده میکنند. موتورهای خطی بدون انرژی فعال نمیشوند، که خطر سقوط کابین را حذف میکند. سیستم ترمز چندمرحلهای، که در MULTI پیادهسازی شده، توقف ایمن را تضمین میکند. Thyssenkrupp همچنین از سیستمهای ذخیره انرژی استفاده میکند تا کابینها در هنگام قطع برق بهصورت کنترلشده حرکت کنند. این ویژگیها، که با استانداردهای ایمنی بینالمللی مطابقت دارند، نگرانیهای مربوط به عملکرد اضطراری را کاهش دادهاند. آزمایشهای Rottweil نشان داد که MULTI حتی در شرایط شبیهسازیشده اضطراری ایمن عمل میکند.
چگونه آسانسور مغناطیسی بدون کابل حرکت میکند؟
آسانسور مغناطیسی بدون کابل با استفاده از موتورهای خطی و میدانهای مغناطیسی حرکت میکند. ریلهای شفت مجهز به کویلهای الکترومغناطیسی هستند که با جریان متناوب، میدانهای مغناطیسی متغیری ایجاد میکنند. این میدانها با آهنرباهای دائم در زیر کابین تعامل کرده و کابین را در فاصله 1 تا 10 میلیمتری از ریلها شناور نگه میدارند، مشابه قطارهای Maglev. تغییر قطبیت کویلها نیروی پیشرانش را برای حرکت عمودی یا افقی فراهم میکند. ریلهای چرخان امکان تغییر جهت را میدهند و سیستمهای کنترل بیسیم مسیر کابینها را بهینه میکنند. این فرآیند، که در MULTI پیادهسازی شده، اصطکاک را حذف کرده و کارایی را افزایش میدهد.
کشورهایی پیشرو در نصب این سیستمها
تا سال 2025، آلمان پیشرو در نصب آسانسور مغناطیسی است، با اولین نصب تجاری MULTI در برج East Side در برلین (تکمیل در سال 2019). Thyssenkrupp برنامههایی برای گسترش این فناوری در امارات متحده عربی و عربستان سعودی دارد، که به دلیل پذیرش سریع فناوری و رشد آسمانخراشها، بازارهای جذابی هستند. چین، با پروژههای عظیم شهری مانند برج جدة (1000 متر)، نیز پتانسیل بالایی برای این فناوری دارد، اگرچه هنوز نصب تجاری گزارش نشده است. ژاپن، که از فناوری مگلو Maglev در قطارها استفاده میکند، ممکن است در آینده به این سیستمها روی آورد. محدودیتهای هزینهای باعث شده که این فناوری عمدتاً در پروژههای لوکس و نوآورانه متمرکز شود.
منبع: ابرار صنعتی