Las aplicaciones de los imanes permanentes de neodimio-hierro-boro se pueden clasificar, a grandes rasgos, en adsorción, repulsión, inducción y conversión electromagnética. El campo magnético requerido varía según la aplicación específica.
🔹 El espacio limitado en los productos 3C, junto con la necesidad de una alta fuerza de adsorción, impide un aumento significativo en el tamaño de los imanes. Por lo tanto, el diseño del circuito magnético es crucial para mejorar la intensidad del campo magnético.
🔹 En aplicaciones que requieren detección de campo magnético, las líneas de fuerza magnética excesivamente difusas pueden provocar falsas activaciones de los sensores de efecto Hall. Es necesario diseñar un circuito magnético para controlar el rango del campo magnético.
🔹 En situaciones donde un lado del imán requiere una alta fuerza de adsorción mientras que el otro necesita protección contra el campo magnético, una intensidad de campo magnético excesivamente alta en el lado de protección puede interferir con el funcionamiento de los componentes electrónicos. El diseño del circuito magnético también debe abordar este problema.
🔹 Las aplicaciones que requieren posicionamiento preciso, campos magnéticos uniformes, etc., también presentan desafíos.
En todos estos casos, el uso de un solo imán resulta insuficiente. Además, el elevado precio de los elementos de tierras raras influye significativamente en el coste del producto debido al tamaño y la cantidad de imanes necesarios. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos de adsorción o garantizar el funcionamiento normal, la estructura del circuito magnético puede modificarse para adaptarse a diferentes escenarios de aplicación, reduciendo simultáneamente la cantidad de imanes utilizados y, por consiguiente, los costes.
Los circuitos magnéticos comunes se pueden clasificar en grandes categorías: arreglos de Halbach, circuitos magnéticos multipolares, circuitos magnéticos focalizados, circuitos con materiales magnéticos añadidos, transmisión flexible, imanes de una sola cara y estructuras de enfoque magnético. Cada uno de ellos se describirá en detalle a continuación:
MATRIZ DE HALBACH
Esta es una estructura ideal desde el punto de vista de la ingeniería, cuyo objetivo es generar el campo magnético más potente con la mínima cantidad de imanes. Gracias a la estructura especial del circuito magnético del HALBACH ARRAY, la mayor parte del bucle del campo magnético puede circular dentro de los dispositivos magnéticos, reduciendo así el flujo de fuga y logrando la concentración magnética. Esto permite un efecto de autoapantallamiento en las áreas no operativas. Con un diseño optimizado del circuito magnético toroidal del HALBACH ARRAY, se puede lograr un apantallamiento de al menos 100% en las áreas no operativas. Como se muestra en la figura, las líneas de campo magnético en un circuito magnético convencional divergen simétricamente, mientras que la mayoría de las líneas de campo magnético en el HALBACH ARRAY se concentran en el área operativa, aumentando así la atracción magnética.
Izquierda: Circuito magnético convencional Derecha: MATRIZ DE HALBACH
Circuitos magnéticos multipolares
Los circuitos magnéticos multipolares aprovechan principalmente la característica de que las líneas de campo magnético seleccionan preferentemente el polo opuesto más cercano para formar un bucle magnético. En comparación con los imanes monopolares convencionales, las líneas de campo magnético (campo magnético) en los circuitos magnéticos multipolares se concentran más en la superficie, especialmente con un mayor número de polos. Existen dos tipos de circuitos magnéticos multipolares: uno que utiliza un solo imán con múltiples polos y otro que utiliza varios imanes monopolares unidos. La diferencia entre ambos métodos radica en el costo; su función real es la misma. Los circuitos magnéticos multipolares ofrecen una ventaja significativa para atraer objetos con espacios reducidos.
Circuito magnético focalizado
Un circuito magnético focalizado utiliza una trayectoria magnética especial para concentrar el campo magnético en un área pequeña, lo que genera un campo magnético muy intenso en esa área, que puede alcanzar incluso 1 T. Esto resulta muy útil para el posicionamiento preciso y la inducción local.
Materiales magnéticos
Los materiales magnéticos se basan en el principio de que los circuitos de campo magnético tienden a seguir el camino de menor resistencia magnética. Al utilizar materiales de alta permeabilidad (SUS430, SPCC, DT4, etc.) en el circuito magnético, se puede guiar eficazmente la dirección del campo magnético, logrando así los efectos de concentración y aislamiento magnético local.
Izquierda: Circuito magnético convencional. Derecha: Circuito magnético después de añadir material magnético.
Circuito magnético después de añadir material magnético 2
Transmisión flexible
La transmisión flexible se caracteriza por ser una transmisión sin contacto, lograda mediante las fuerzas de atracción y repulsión generadas por imanes. Es compacta, de estructura sencilla y su par motor puede variar según el volumen del imán y el tamaño del entrehierro, ofreciendo un amplio rango de ajuste.
Magnetismo unilateral
El magnetismo unilateral se caracteriza por proteger un lado de la polaridad del imán mientras se conserva el otro. La atracción directa es fuerte, pero la fuerza magnética se debilita significativamente con la distancia.
Estructura de concentración magnética
Esta estructura cuenta con imanes y un núcleo de hierro dispuestos con polaridades opuestas. A medida que aumenta la relación entre el grosor del imán y el del núcleo, cuanto más grueso sea este último, menor será la divergencia de las líneas de fuerza magnéticas. Las estructuras de concentración magnética pueden diseñarse de forma flexible según el tamaño del entrehierro para lograr resultados óptimos, ahorrando imanes y produciendo una distribución uniforme del campo magnético a lo largo del núcleo. Sin embargo, la desventaja radica en los mayores costos de montaje.
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