La suspensión electromagnética ( EMS ) es la levitación magnética de un objeto que se logra al alterar constantemente la fuerza de un campo magnético producido por electroimanes mediante un circuito de retroalimentación . En la mayoría de los casos, el efecto de levitación se debe principalmente a los imanes permanentes, ya que no tienen ninguna disipación de potencia, y los electroimanes solo se utilizan para estabilizar el efecto.
Según el teorema de Earnshaw, un cuerpo magnetizado paramagnéticamente no puede descansar en equilibrio estable cuando se coloca en cualquier combinación de campos gravitacionales y magnetostáticos . En este tipo de campos existe una condición de equilibrio inestable. Aunque los campos estáticos no pueden dar estabilidad, EMS funciona alterando continuamente la corriente enviada a los electroimanes para cambiar la fuerza del campo magnético y permite que ocurra una levitación estable. En EMS, se utiliza un circuito de retroalimentación que ajusta continuamente uno o más electroimanes para corregir el movimiento del objeto para cancelar la inestabilidad.
Muchos sistemas usan la atracción magnética tirando hacia arriba contra la gravedad para este tipo de sistemas, ya que esto les da cierta estabilidad lateral inherente, pero algunos usan una combinación de atracción magnética y repulsión magnética para empujar hacia arriba.
La tecnología de levitación magnética es importante porque reduce el consumo de energía, evitando en gran medida la fricción. También evita el desgaste y requiere muy poco mantenimiento. La aplicación de la levitación magnética es más conocida por su papel en los trenes Maglev .
Historia
Samuel Earnshaw fue quien descubrió en 1839 que “un cuerpo cargado colocado en un campo electrostático no puede levitar en equilibrio estable bajo la influencia de fuerzas eléctricas solamente”. [1] Asimismo, debido a limitaciones en la permitividad , no se puede lograr una suspensión o levitación estable en un campo magnético estático con un sistema de imanes permanentes o electroimanes de corriente fija . La extensión de Braunbeck (1939) establece que un sistema de imanes permanentes también debe contener material diamagnético o un superconductor para obtener una suspensión o levitación magnética estática estable. [2]
Emile Bachelet aplicó el teorema de Earnshaw y la extensión de Braunbeck y estabilizó la fuerza magnética controlando la intensidad de la corriente y encendiendo y apagando los electroimanes a las frecuencias deseadas. Se le otorgó una patente en marzo de 1912 por su "aparato de transmisión levitante" (patente nº 1.020.942). [3] Su invención fue inicialmente pensada para ser aplicada a sistemas de transporte de correo más pequeños, pero la aplicación potencial a vehículos más grandes como trenes es ciertamente evidente.
En 1934, Hermann Kemper aplicó el concepto de Bachelet a gran escala, llamándolo "vehículo monorraíl sin ruedas". Obtuvo la patente del Reich número 643316 por su invención y también es considerado por muchos como el inventor del levitación magnética.
En 1979, el tren Transrapid suspendido electromagnéticamente transportó pasajeros durante unos meses como demostración en una vía de 908 m en Hamburgo para la primera Exposición Internacional de Transporte (IVA 79).
El primer tren comercial Maglev para servicio de rutina se inauguró en Birmingham, Inglaterra en 1984, utilizando suspensión electromagnética y un motor de inducción lineal para propulsión.
Fondo
Electroimanes
Cuando una corriente pasa a través de un cable, se genera un campo magnético alrededor de ese cable. La fuerza del campo magnético generado es proporcional a la corriente a través del cable. Cuando se enrolla un cable, este campo magnético generado se concentra a través del centro de la bobina. La fuerza de este campo se puede aumentar en gran medida colocando un material ferromagnético en el centro de la bobina. Este campo se manipula fácilmente pasando una corriente variable en el cable. Por lo tanto, una combinación de imanes permanentes con electroimanes es una disposición óptima para fines de levitación. [1] Para reducir los requisitos de potencia promedio, a menudo la suspensión electromagnética se usa solo para estabilizar la levitación, y la elevación estática contra la gravedad la proporciona un sistema de imán permanente secundario, a menudo tirado hacia un material ferromagnético blando relativamente económico como el hierro o el acero. .
Realimentación
La posición del objeto suspendido se puede detectar óptica o magnéticamente, a veces se pueden usar otros esquemas.
El circuito de retroalimentación controla el electroimán para tratar de mantener el objeto suspendido en la posición correcta.
Sin embargo, el simple hecho de controlar la posición generalmente conduce a la inestabilidad, debido a los pequeños retrasos en la inductancia de la bobina y en la detección de la posición. En la práctica, entonces, el circuito de retroalimentación debe usar el cambio de posición a lo largo del tiempo para determinar y amortiguar la velocidad.
Aplicaciones
Maglev
Maglev (levitación magnética) es un sistema de transporte en el que un vehículo está suspendido en un riel guía por el principio de suspensión electromagnética. Maglev tiene las ventajas de ser más silencioso y suave que los transportes con ruedas debido a la eliminación de gran parte del contacto físico entre las ruedas y la vía. Dado que el maglev requiere un riel de guía, se usa principalmente en sistemas de transporte con rieles como los trenes.
Desde que se inauguró el primer tren comercial de levitación magnética en Birmingham , Inglaterra , en 1984, otros sistemas comerciales de trenes de levitación magnética EMS, como el M-Bahn y el Transrapid , también se han utilizado de forma limitada. ( También se han desarrollado y desplegado trenes maglev basados en tecnología de suspensión electrodinámica ). Con la posible excepción del tren maglev de Shanghai de 30,5 km , se han construido importantes rutas de maglev EMS de larga distancia.
Cojinete magnético activo
Un cojinete magnético activo (AMB) funciona según el principio de suspensión electromagnética y consta de un conjunto de electroimán , un conjunto de amplificadores de potencia que suministran corriente a los electroimanes, un controlador y sensores de separación con electrónica asociada para proporcionar la retroalimentación necesaria para controlar el posición del rotor dentro del espacio. Estos elementos se muestran en el diagrama. Los amplificadores de potencia suministran una corriente de polarización igual a dos pares de electroimanes en lados opuestos de un rotor. Este tira y afloja constante está mediado por el controlador que compensa la corriente de polarización mediante perturbaciones de corriente iguales pero opuestas a medida que el rotor se desvía una pequeña cantidad de su posición central.
Los sensores de espacio son generalmente de naturaleza inductiva y detectan en un modo diferencial. Los amplificadores de potencia en una aplicación comercial moderna son dispositivos de estado sólido que operan en una configuración de modulación de ancho de pulso (PWM). El controlador suele ser un microprocesador o DSP .
Ayuda para el lanzamiento de naves espaciales
La NASA ha estado desarrollando una ayuda de lanzamiento utilizando un sistema de levitación magnética para propulsar una nave espacial. Los defensores de la ayuda de lanzamiento de levitación magnética afirman que ahorra en diseño y costos de lanzamiento, al tiempo que proporciona un método de lanzamiento más seguro. [4]
Ver también
- Maglev
- Levitación magnética
- Suspensión electrodinámica creada por imanes o conductores en movimiento
- ROMAG
- Krauss-Maffei Transurban
Referencias
- ^ a b B V Jayawant. En Atsugi Unisia Corporation, Brighton BNl 9QT, Reino Unido. Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad de Sussex. Suspensión electromagnética y levitación.
- ^ KX Quian, P. Zeng, WM Ru, HY Yuan (2005) Nuevos conceptos y nuevo diseño de bombas de sangre de corazón artificial rotativas de levitación magnética permanente, Ingeniería médica y Física 28 (2006) 383-388
- ^ "Espacenet - Documento original" . Worldwide.espacenet.com .
- ^ VehiclesMagLev de lanzamiento del siglo XXI probado como AIf de lanzamiento (13/12/1999). Semana de la aviación y tecnología espacial, 151 (24), 78.
enlaces externos
Suspensión electromagnética BOSE:
- Bose | Sienta más, haga más | Auriculares, Altavoces, Wearables
- Magnetbahnforum | Inventores | Los inventores de la tecnología maglev
- Suspensión electromagnética y levitación.