Concepto de diseño de componentes magnéticos de resonancia magnética de Halbach y análisis de optimización del campo magnético

14 de julio de 2025

En el diseño de componentes magnéticos de resonancia magnética, la intensidad y la uniformidad del campo magnético son indicadores críticos de rendimiento. Mediante análisis teórico y modelado de simulación, los principales factores que influyen en el rendimiento del campo magnético se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Diseño del patrón de magnetización

Este componente adopta una disposición de magnetización alterna NS (véase la Figura 1). Si bien esta disposición produce un campo magnético superficial ligeramente inferior al de la estructura Halbach tradicional, ofrece transiciones de campo magnético más suaves, lo que favorece la uniformidad y el control del campo. Se utiliza una estructura magnética de 12 segmentos (Figura 2), confirmada tanto por los resultados de la simulación como por la bibliografía. En estudios futuros se comparará esta estructura con una de 16 segmentos mediante pruebas reales.

2. Diseño del tamaño del imán: diámetro interior y exterior

Los diámetros interior y exterior de los imanes afectan significativamente la intensidad del campo magnético:

A diámetro interior más pequeñoresulta en una campo magnético más altoy es el parámetro clave para el ajuste.
Mientras aumentando el diámetro exteriormejora inicialmente el campo magnético, el beneficio disminuye más allá de cierto punto y el tamaño excesivo conduce al desperdicio de material.

Por lo tanto, es aconsejable seguir las pautas comunes de relación de aspecto del imán: longitud/diámetro > 0,5, preferiblemente > 0,7, para lograr un equilibrio entre rendimiento y costo.

3. Efecto de altura del imán

La altura del imán influye tanto en la intensidad del campo como en la uniformidad. Debido a limitaciones de fabricación, los imanes individuales no pueden alcanzar la altura deseada, por lo que... estructura de pila segmentada Se utiliza para reforzar el diseño.

4. Rendimiento y estabilidad del imán

Considerando el entorno operativo, los imanes deben presentar una resistencia térmica estable. Este diseño utiliza imanes clasificados para 100°C para garantizar un funcionamiento confiable a largo plazo.

5. Control del ángulo de desviación magnética

La desviación del ángulo de magnetización (ángulo de desviación magnética) afecta la uniformidad del campo. La mayoría de los imanes se cargan en ángulo, lo que exige alta precisión. Optimizamos el proceso de producción para... controlar la desviación angular dentro de límites aceptables.

6. Manejo de huecos de ensamblaje en matrices de imanes circulares

Cada capa del anillo magnético consta de 12 segmentos magnéticos dispuestos en círculo. La precisión de estas uniones afecta directamente al campo magnético. Para reducir el error acumulativo:

Nosotros par de imanes de tolerancia negativa y positivapara una mejor alineación.
Controlamos estrictamente desviación angularde cada pieza a minimizar los errores de montaje.

7. Control de planitud de la pila

Las superficies de los extremos irregulares de los anillos magnéticos apilados crean huecos de instalación y perjudican la uniformidad del campo magnético. Utilizamos rectificadoras para procesar ambos extremos de los anillos magnéticos y garantizar:

Superficies planas;
Caras finales paralelas;
Integración de apilamiento estrecho.

8. Ángulo de instalación y alineación del eje central

Se requiere una alineación precisa entre los anillos magnéticos para evitar la desalineación direccional, que puede desestabilizar el campo:

Los anillos exteriores están diseñados con Orificios para pasadores de posicionamiento preestablecidospara garantizar ángulos de instalación consistentes.

El distribución del campo del eje centralse simula (ver Figura 3), y una margen de 40 mmEstá reservado en el diseño para mantener las fluctuaciones del campo magnético dentro del región SR objetivo (20 mm) al mínimo.

Literatura de referencia y planes de expansión
Revista de referencia: Revista de Física Aplicada, Vol. 104, 013910, 2008
Título del artículo: Optimización y mejora del diseño de cilindros Halbach
Autores: R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537

Valores teóricos vs. medidos (Unidad: T/Gauss)

Región	Valor teórico	Valor medido	Rango de error
SR10	0,4954T, ±20Gs	0,4853 T, ±46 Gs	Bien controlado, con ligero margen de mejora.
SR1	0,4956 T, ±0,2 Gs (≈40 ppm)	0,4853 T, ±3 Gs (≈618 ppm)	La estabilidad del centro necesita mayor optimización

Patentes y resultados de simulación
Este diseño está acompañado de elementos relacionados. solicitudes de patente, y el completo Simulación de campo magnético y modelado estructural 3D se ha completado. El paso final es ensamblaje y verificación del prototipo físico.

Si está interesado en obtener más información sobre nuestros servicios de I+D de componentes magnéticos de resonancia magnética, capacidades de simulación o optimización del campo magnético, ¡no dude en contactarnos para continuar con el debate!