La suspensión electromagnética ( EMS ) es la levitación magnética de un objeto que se logra alterando constantemente la fuerza de un campo magnético producido por electroimanes utilizando un bucle de retroalimentación . En la mayoría de los casos, el efecto de levitación se debe principalmente a los imanes permanentes, ya que no tienen disipación de potencia; los electroimanes solo se utilizan para estabilizar el efecto.
Según el teorema de Earnshaw, un cuerpo paramagnético no puede permanecer en equilibrio estable cuando se lo coloca en cualquier combinación de campos gravitatorios y magnetostáticos . En este tipo de campos, existe una condición de equilibrio inestable. Aunque los campos estáticos no pueden dar estabilidad, el EMS funciona alterando continuamente la corriente enviada a los electroimanes para cambiar la fuerza del campo magnético y permitir que se produzca una levitación estable. En el EMS, se utiliza un bucle de retroalimentación que ajusta continuamente uno o más electroimanes para corregir el movimiento del objeto para cancelar la inestabilidad.
Muchos sistemas utilizan la atracción magnética que tira hacia arriba contra la gravedad para este tipo de sistemas, ya que esto proporciona cierta estabilidad lateral inherente, pero algunos utilizan 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, reduce en gran medida la fricción, evita el desgaste y requiere muy poco mantenimiento. La aplicación de la levitación magnética es más conocida por su papel en los trenes de levitación magnética .
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 únicamente”. [1] Asimismo, debido a las limitaciones de 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 levitación o suspensión magnética estática y 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 activando y desactivando la alimentación de los electroimanes a las frecuencias deseadas. En marzo de 1912, se le concedió una patente por su “aparato transmisor levitante” (patente n.º 1.020.942). [3] Su invención estaba destinada en un principio a aplicarse a sistemas de transporte de correo más pequeños, pero la posible aplicación 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 muchos lo consideran el inventor del tren de levitación magnética.
En 1979, el tren suspendido electromagnéticamente Transrapid transportó pasajeros durante unos meses como demostración en una vía de 908 m en Hamburgo con motivo de la primera Exposición Internacional de Transporte (IVA 79).
El primer tren Maglev comercial para servicio rutinario se inauguró en Birmingham, Inglaterra, en 1984, utilizando suspensión electromagnética y un motor de inducción lineal para propulsión.
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 haciendo pasar 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 se utiliza la suspensión electromagnética solo para estabilizar la levitación, y la elevación estática contra la gravedad se proporciona mediante un sistema de imán permanente secundario, a menudo atraído hacia un material ferromagnético blando relativamente económico, como el hierro o el acero.
La posición del objeto suspendido se puede detectar óptica o magnéticamente, a veces se pueden utilizar otros esquemas.
El circuito de retroalimentación controla el electroimán para intentar mantener el objeto suspendido en la posición correcta.
Sin embargo, el simple control de la posición suele provocar 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 utilizar el cambio de posición a lo largo del tiempo para determinar y amortiguar la velocidad.
En el siglo XXI ha habido varias propuestas para utilizar la suspensión electromagnética híbrida (también conocida como H-EMS) como una actualización de la configuración EMS clásica añadiendo imanes permanentes a los electroimanes formando lo que se llama una matriz de imanes electropermanentes . [4] Se ha demostrado que esta configuración aumenta el espacio de aire y reduce el consumo de energía y está siendo utilizada tanto por expertos en maglev como en hyperloop . [5] [6]
El maglev (levitación magnética) es un sistema de transporte en el que un vehículo está suspendido sobre un riel guía mediante el principio de suspensión electromagnética. El maglev tiene la ventaja de ser más silencioso y suave que el transporte con ruedas, ya que elimina gran parte del contacto físico entre las ruedas y la vía. Dado que el maglev requiere un riel guía, se utiliza principalmente en sistemas de transporte sobre rieles, como los trenes.
Desde que se inauguró el primer tren maglev comercial en Birmingham , Inglaterra , en 1984, otros sistemas comerciales de trenes maglev 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 Shanghái de 30,5 km , no se han construido importantes rutas de levitación magnética EMS de larga distancia.
Un cojinete magnético activo (AMB) funciona según el principio de suspensión electromagnética y consta de un conjunto de electroimanes , un conjunto de amplificadores de potencia que suministran corriente a los electroimanes, un controlador y sensores de espacio con electrónica asociada para proporcionar la retroalimentación necesaria para controlar la 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 brecha suelen ser de naturaleza inductiva y detectan en modo diferencial. Los amplificadores de potencia en una aplicación comercial moderna son dispositivos de estado sólido que funcionan en una configuración de modulación por ancho de pulso (PWM). El controlador suele ser un microprocesador o DSP .
La NASA ha estado desarrollando un sistema de levitación magnética para impulsar una nave espacial. Los defensores de este sistema sostienen que permite ahorrar costes de diseño y lanzamiento, al tiempo que proporciona un método de lanzamiento más seguro. [7]
Suspensión electromagnética BOSE: