Matriz de imanes Halbach

Explore la tecnología Halbach Array que mejora la intensidad del campo magnético en un lado y lo anula en el lado opuesto para un uso eficiente en motores, levitación y sistemas de almacenamiento de datos. Benefíciese de una mayor eficiencia y un control más preciso del campo magnético con esta innovadora configuración de imanes, que ofrece soluciones prácticas para aplicaciones magnéticas avanzadas.

La matriz de Halbach es un conocido conjunto magnético de gran fuerza magnética. Nuestra empresa tiene una amplia experiencia en la fabricación de conjuntos Halbach.

Nuestros imanes de matriz Halbach

Conjunto plano Halbach montado

¿Qué es la red Halbach?

La matriz Halbach es una estructura que dispone los imanes con gran eficacia. Consiste en varios imanes de alta calidad colocados en una superficie plana siguiendo un patrón alterno. Los campos magnéticos de cada imán apuntan hacia el centro de la matriz, donde se combinan para crear una fuerza magnética increíblemente potente.

Antes de profundizar en esta estructura, examinemos la distribución de las líneas de campo magnético de algunos imanes permanentes comunes.

A partir de estas imágenes, es evidente que la dirección y la disposición del imán afectan directamente a la distribución de las líneas de campo magnético, lo que determina la forma de la distribución del campo magnético alrededor de los imanes.

  • La imagen de la izquierda muestra un juego de imanes, en el que todos los imanes son polos norte. El color indica que la intensidad del campo magnético es mayor en la parte superior e inferior del imán.
  • La imagen de la derecha muestra una matriz Halbach, en la que el campo magnético es más intenso en la parte superior del imán y más débil en la inferior.

En el mismo volumen, el grupo de imanes de matriz Halbach tiene una fuerte intensidad de campo magnético de superficie lateral de aproximadamente 1,4 veces la de un imán simple tradicional, especialmente cuando el grosor del imán está entre 4-16 mm.

El ejemplo más común de matriz Halbach es el imán flexible de nevera. Estos imanes delgados y blandos suelen colocarse en frigoríficos o coches. Aunque sus propiedades magnéticas son relativamente débiles (sólo tienen una fuerza de 2%-3%) en comparación con los de NdFeB, su bajo precio y practicidad hacen que su uso esté muy extendido.

Estructura de la red Halbach

Halbach tiene muchas estructuras diferentes, pero independientemente de la forma, la fuerza magnética se concentra en una superficie.

Conjunto circular Halbach/Anillo de conjunto Halbach

La matriz Halbach es una estructura en forma de anillo que combina matrices Halbach lineales de extremo a extremo.

Cuando se utiliza en un motor de imanes permanentes, la estructura de matriz Halbach produce un campo magnético en el entrehierro más sinusoidal que los motores de imanes permanentes tradicionales. Esto se traduce en una mayor densidad magnética en el entrehierro con la misma cantidad de material de imán permanente y una menor pérdida de hierro.

Los conjuntos de anillos Halbach también se utilizan habitualmente en cojinetes magnéticos permanentes, equipos de refrigeración y equipos de resonancia magnética.

Matrices lineales Halbach

El tipo lineal es la forma más básica de una matriz Halbach. Esta matriz magnética puede verse como una combinación de matrices radiales y tangenciales, como se muestra a continuación.

Los conjuntos lineales Halbach se utilizan principalmente en motores lineales. El principio de levitación de un tren maglev se basa en la interacción entre el imán en movimiento y el campo magnético generado por la corriente inducida en el conductor, que genera fuerza de levitación y resistencia magnética.

Mejorar la relación flotabilidad-resistencia es crucial para aumentar el rendimiento del sistema de levitación. Para ello se necesita un imán ligero a bordo con un campo magnético fuerte, uniforme y fiable. Para lograrlo, se instala un conjunto Halbach horizontalmente en el centro de la carrocería, generando una fuerza propulsora con el bobinado en el centro de la pista.

El campo magnético es más fuerte con menos imanes, mientras que el lado opuesto tiene uno más débil. Así se evita que los pasajeros estén expuestos a campos magnéticos intensos.

Arco Halbach

El arco Halbach, que debe su nombre al físico Klaus Halbach, es un conjunto magnético que dispone imanes permanentes para concentrar el campo magnético en un lado y anularlo en el lado opuesto. Esta configuración beneficia a los robots oruga magnéticos al mejorar su capacidad de agarre y desplazamiento por superficies metálicas verticales o invertidas con firmeza sin necesidad de una fuente de alimentación externa. Una característica clave de estos robots es su capacidad para realizar con eficacia tareas de inspección y mantenimiento en entornos difíciles, como cascos de barcos, tanques de almacenamiento y maquinaria de gran tamaño, maximizando la fuerza magnética.

Los diseñadores pueden optimizar la funcionalidad y flexibilidad de los robots magnéticos de oruga adaptando la forma y el tamaño del arco de Halbach a aplicaciones específicas. El arco de Halbach es fundamental para el avance de la tecnología robótica, ya que contribuye a la eficiencia energética de los robots. Esto permite prolongar el tiempo de funcionamiento en lugares remotos o peligrosos. Su uso innovador en la concentración de campos magnéticos mejora la capacidad de los robots para acceder y trabajar en zonas difíciles o peligrosas para el ser humano. Esto demuestra el importante impacto de este conjunto magnético en la robótica.

Simulación de arco halbach

Forma especial

Esta estructura es única y requiere el uso de dos grados magnéticos específicos: N52 y N48SH. Combina el N52 para una magnetización máxima y el N48SH para la estabilidad térmica. El grado N52 se utiliza por su alta intensidad de campo magnético en secciones que no se enfrentan a altas temperaturas, mientras que el N48SH se utiliza en piezas susceptibles de temperaturas más altas, protegiéndolas contra la pérdida de magnetismo.

Esta configuración garantiza un funcionamiento eficaz de la estructura magnética, con imanes N52 que proporcionan una potencia compacta donde es seguro hacerlo e imanes N48SH que ofrecen resistencia a las altas temperaturas. El resultado es un sistema magnético capaz de ofrecer un fuerte rendimiento sin riesgo de desmagnetización, incluso en entornos térmicos variables.

Bloque Halbach de forma especial

La estructura de matriz Halbach en un motor de imanes permanentes produce un campo magnético en el entrehierro más sinusoidal que los motores de imanes permanentes tradicionales. El resultado es una mayor densidad magnética en el entrehierro con la misma cantidad de material magnético permanente y una menor pérdida de hierro. Las matrices de anillos Halbach también se utilizan en cojinetes magnéticos permanentes, refrigeración y equipos de resonancia magnética.

motor de imanes permanentes halbach array

Homogeneidad

Un conjunto Halbach en anillo puede no ser la opción más adecuada si se requiere una configuración uniforme. Los científicos a menudo solicitan un conjunto Halbach con un nivel de homogeneidad de 300 ppm, que es teóricamente plausible pero difícil de conseguir en la práctica debido a la declinación magnética y a las limitaciones de las capacidades de montaje magnético. En estas situaciones, se recomienda considerar un diseño de yugo. Este diseño suele crear un campo magnético uniforme para los instrumentos de RMN (resonancia magnética nuclear).

Simulación

Simulación y realidad:
Cuando se simulan matrices Halbach de pequeño tamaño, el error entre los resultados y los valores reales es de aproximadamente +5% a -10%. Sin embargo, el error puede alcanzar hasta -25 % o -30 % para tamaños mayores.

Según nuestra experiencia, es difícil garantizar campos magnéticos similares aunque las matrices Halbach se produzcan simultáneamente.

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