Magnetizado radialmente vs. Anillos magnéticos magnetizados axialmente: ¿Cuál es la diferencia?

En muchos motores, sensores y dispositivos de transmisión magnética, a menudo encontramos un componente clave: el anillo magnético  (o anillo magnético). Puede parecer un simple anillo circular, pero diferentes direcciones de magnetización pueden conducir a escenarios de rendimiento y aplicación completamente diferentes.

Los dos métodos de magnetización más comunes son  la magnetización radial  y  la magnetización axial..

Muchas personas que los encuentran por primera vez tienen preguntas: ¿Por qué distinguir entre radial y axial para la misma forma de anillo? ¿Cuáles son las diferencias? ¿Cómo eliges en la práctica?

1. Primero, comprenda la 'Dirección de magnetización'

Un anillo magnético está hecho de materiales magnéticos permanentes como NdFeB sinterizado, NdFeB adherido, SmCo, etc. El material en sí no necesariamente tiene un magnetismo significativo; necesita pasar por un proceso de 'magnetización' para alinear sus dominios magnéticos internos en una dirección determinada, exhibiendo así un campo magnético externo estable.

La 'dirección de magnetización' se refiere a la dirección en la que los dominios magnéticos están alineados uniformemente dentro del anillo.

Para un imán en forma de anillo, existen dos direcciones principales:

• A lo largo del radio →  magnetización radial;

•  A lo largo del eje →  magnetización axial.

Esta distinción parece simple, pero determina directamente cómo fluyen las líneas del campo magnético, cómo se distribuye el campo y dónde se aplica mejor.

2. Anillos magnetizados radialmente

2.1 ¿Qué es la magnetización radial?

Magnetización radial significa que la dirección de magnetización es a lo largo del radio del anillo.

Formas comunes:

• La superficie del diámetro exterior es el polo N, la superficie del diámetro interior es el polo S;

• O viceversa: superficie exterior S, orificio interior N.

Es decir, las líneas del campo magnético van principalmente desde la superficie exterior, a través del espacio exterior, y regresan al orificio interior; o desde el orificio interior, a través del eje/entrehierro, de regreso a la superficie exterior.

2.2 Características del campo magnético

Los polos magnéticos de un anillo magnetizado radialmente se encuentran en las superficies cilíndricas interior y exterior, no en las caras frontales.

Características típicas:

• El campo magnético se distribuye circunferencialmente;

• Genera un fuerte campo magnético radial en el entrehierro entre los diámetros interior y exterior;

• Adecuado para acoplarse con estructuras cilíndricas como ejes, rotores y estatores.

Si se trata de una magnetización radial unipolar, toda la superficie exterior tiene una polaridad y el orificio interior es la opuesta. Si se trata de magnetización radial multipolar, la superficie exterior alterna los polos N y S a lo largo de la circunferencia, comúnmente utilizado para la detección de posición de alta precisión.

2.3 Aplicaciones principales

Los anillos magnetizados radialmente se encuentran comúnmente en:

• Rotores o estatores de motores de imanes permanentes;

• Acoplamientos magnéticos;

• Cojinetes magnéticos;

• Anillos magnéticos codificadores;

• Algunos sensores Hall y sensores de ángulo;

• Embragues magnéticos.

Por ejemplo, en los motores sin escobillas, el anillo magnético del rotor suele estar magnetizado radialmente, de modo que cuando los devanados del estator se energizan, interactúan con el campo radial para producir una fuerza tangencial que impulsa la rotación.

2.4 Ventajas y limitaciones

Ventajas:

• La dirección del campo coincide bien con el movimiento de rotación;

• Adecuado para estructuras cilíndricas con entrehierro;

• La magnetización radial multipolar permite la detección de ángulos de alta precisión.

Limitaciones:

• Los anillos sinterizados de alto rendimiento orientados radialmente son más difíciles y costosos de fabricar;

• Requiere accesorios y procesos de magnetización exigentes;

• Si se utilizan materiales isotrópicos, el rendimiento magnético puede ser menor que el de los anisotrópicos.

3. Anillos magnetizados axialmente

3.1 ¿Qué es la magnetización axial?

Magnetización axial significa que la dirección de magnetización es a lo largo del eje del anillo.

Típicamente:

• La cara del extremo superior es el polo N, la cara del extremo inferior es el polo S;

• O arriba S, abajo N.

Las líneas de campo magnético van principalmente desde un extremo, atraviesan el espacio exterior y regresan al otro extremo.

3.2 Características del campo magnético

Los polos magnéticos de un anillo magnetizado axialmente se encuentran en ambas caras frontales.

Características típicas:

• El campo se distribuye a lo largo de la dirección axial;

• Produce un fuerte campo magnético axial cerca de las caras extremas;

• Adecuado para atracción de extremos, espacios de aire planos o estructuras de entrehierro axiales.

Si dos anillos magnetizados axialmente se colocan con polos iguales enfrentados, se repelen; con los polos opuestos enfrentados, se atraen.

3.3 Aplicaciones principales

Los anillos magnetizados axialmente se encuentran comúnmente en:

• Circuitos magnéticos de altavoces;

• Mandriles y accesorios magnéticos;

• Motores de flujo axial;

• Imanes de disparo del interruptor Hall;

• Interruptores magnéticos de proximidad;

• Agitadores magnéticos, bombas magnéticas, etc.

Por ejemplo, muchos imanes circulares para altavoces son imanes anulares magnetizados axialmente; la bobina móvil se mueve en el campo axial para impulsar el diafragma y producir sonido.

3.4 Ventajas y limitaciones

Ventajas:

• El proceso de fabricación es relativamente simple y generalmente de menor costo;

• Adecuado para atracción de extremos y estructuras de entrehierro axiales;

• La dirección del polo es fácil de identificar y montar.

Limitaciones:

• En espacios de aire cilíndricos que requieren campos radiales, la utilización del campo es pobre;

• El campo decae rápidamente con distancias axiales mayores;

• La magnetización axial multipolar existe pero es menos común que la radial multipolar.

4. Diferencias fundamentales entre la magnetización radial y axial

Para una comparación más intuitiva, aquí hay una tabla resumen:

Conclusiones simples:

• La magnetización radial se trata de la circunferencia; La magnetización axial se produce en las caras extremas.

• Si su entrehierro es cilíndrico (por ejemplo, entre el rotor y el estator), generalmente se prefiere el radial.

• Si su entrehierro es plano o está basado en la cara del extremo (por ejemplo, atracción, empuje-tracción, motor de flujo axial), generalmente se prefiere el axial.

5. Factores adicionales en la selección práctica

Más allá de la dirección de magnetización en sí, considere lo siguiente:

5.1 Diseño de circuito magnético

Un anillo magnético no se utiliza de forma aislada; Funciona con yugos, ejes, carcasas, entrehierros, etc., para formar un circuito magnético completo. La dirección de magnetización debe coincidir con la del circuito general; de lo contrario, la utilización del campo será baja.

Por ejemplo, un anillo magnetizado radialmente utilizado en un entrehierro axial desperdiciará la mayor parte de su campo fuera de la región de trabajo efectiva.

5.2 Proceso de fabricación y costo

Los anillos de NdFeB sinterizados de alto rendimiento orientados radialmente, especialmente los multipolares, son más complejos y costosos que los anillos magnetizados axialmente. Si el costo es sensible, se pueden considerar anillos unidos o materiales isotrópicos sin dejar de lograr la dirección de magnetización necesaria.

5.3 Método de magnetización

La magnetización radial generalmente requiere accesorios especializados para dirigir el campo magnetizante a lo largo del radio. La magnetización axial es relativamente más sencilla y se puede realizar con muchos magnetizadores estándar.

5.4 Temperatura de funcionamiento y estabilidad

Los diferentes materiales tienen diferentes tolerancias de temperatura (p. ej., NdFeB, SmCo, ferrita). Esto es independiente de la dirección de magnetización, pero debe considerarse en el proyecto general.

6. Conceptos erróneos comunes

Mito 1: La magnetización radial siempre significa N exterior, S interior.
No necesariamente. Puede ser N exterior/S interior o S exterior/N interior, según el diseño del circuito. La magnetización radial multipolar no es una polaridad única sino que se alterna alrededor de la circunferencia.

Mito 2: Los anillos magnetizados axialmente no se pueden utilizar para movimientos giratorios.
Pueden, pero para estructuras de flujo axial. En un motor de flujo axial, la cara final del anillo mira hacia el estator y el entrehierro es axial, por lo que la magnetización axial es la elección correcta.

Mito 3: Lo radial siempre es mejor que lo axial.
No existe una 'mejor' absoluta: sólo la idoneidad para el propósito. Incluso el mejor anillo tendrá un rendimiento inferior si se utiliza en la dirección incorrecta del entrehierro.

7. Conclusión

La diferencia esencial entre los anillos magnetizados radial y axialmente reside en la dirección de magnetización, lo que conduce a diferentes distribuciones de campo, estructuras de entrehierro adecuadas y aplicaciones típicas.

Recuerde dos reglas simples:

• Entrehierro cilíndrico → elija radial;

• Entrehierro en el extremo → elija axial.

En proyectos reales, no mire el anillo de forma aislada: considere el circuito magnético, el espacio de ensamblaje, las condiciones del proceso y el costo en su conjunto. Una vez que comprenda estos dos métodos de magnetización, muchas cuestiones de selección se volverán mucho más claras.