Halbach Array, Halbach trajni magnet

Halbachov niz je struktura magnetskog rasporeda. Prije nego što shvatimo ovu strukturu, pogledajmo distribuciju linija magnetskog polja nekih uobičajenih trajnih magneta.

Iz ove slike nije teško zaključiti da će smjer postavljanja i raspored magneta izravno utjecati na raspodjelu silnica magnetskog polja, odnosno na oblik raspodjele magnetskog polja oko magneta.

Koncept Halbach niza

Halbach Array (Halbach stalni magnet) je vrsta magnetske strukture. Godine 1979. američki znanstvenik Klaus Halbach otkrio je ovu posebnu strukturu trajnog magneta tijekom eksperimenta ubrzavanja elektrona i postupno ju poboljšavao, te na kraju formirao tzv."Halbach"magnet. To je približna idealna struktura u inženjerstvu. Koristi poseban raspored magnetskih jedinica za povećanje jakosti polja u smjeru jedinice. Cilj je koristiti najmanju količinu magneta za stvaranje najjačeg magnetskog polja.

Ova vrsta niza u potpunosti se sastoji od materijala trajnih magneta rijetke zemlje. Raspoređivanjem permanentnih magneta s različitim smjerovima magnetiziranja prema određenom pravilu, magnetske se silnice mogu koncentrirati s jedne strane magneta, a oslabiti s druge strane, čime se dobiva idealno jednostrano magnetsko polje. Ovo je od velike važnosti u inženjerstvu. Sa svojim izvrsnim karakteristikama raspodjele magnetskog polja, Haierbekovi nizovi naširoko se koriste u industrijskim područjima kao što su nuklearna magnetska rezonancija, magnetska levitacija i specijalni motori s trajnim magnetima.

S lijeve strane je jedan magnet sa svim sjevernim polovima okrenutim prema gore. Po boji je vidljivo da se jakost magnetskog polja nalazi na dnu i na vrhu magneta. Desno je Halbachov niz. Magnetsko polje na vrhu magneta je relativno visoko, dok je na dnu relativno slabo. (Pod istim volumenom, intenzitet magnetskog polja jake bočne površine magneta Halbach niza je oko√2 puta (1,4 puta) u odnosu na tradicionalni pojedinačni magnet, posebno kada je debljina magneta 4-16 mm u smjeru magnetiziranja)

Najčešći primjer Halbach niza može biti fleksibilna naljepnica za hladnjak. Ovi tanki, meki magneti obično su otisnuti na hladnjaku ili na stražnjoj strani automobila. Iako je njihov magnetizam vrlo slab u usporedbi s NdFeB (samo 2%-3% snage), oni su zbog niske cijene i praktičnosti u širokoj upotrebi.

Oblik i primjena Halbach niza

Linearni niz

Linearni tip je najosnovniji sastav Halbach niza. Ovaj niz magneta može se smatrati kombinacijom radijalnog niza i tangencijalnog niza, kao što je prikazano na donjoj slici.

Linearni Halbach nizovi trenutno se uglavnom koriste u linearnim motorima. Načelo levitacije maglev vlaka je u interakciji pokretnog magneta s magnetskim poljem generiranim induciranom strujom u vodiču kako bi se stvorila sila levitacije, a istovremeno je popraćena magnetskim otporom. Poboljšanje omjera uzgona i otpora ključ je za poboljšanje performansi sustava za levitaciju, što zahtijeva težinu ugrađenog magneta Mala težina, jako magnetsko polje, ujednačeno magnetsko polje i visoka pouzdanost. Halbachov niz postavljen je vodoravno u središtu karoserije automobila i u interakciji je s namotom u središtu staze kako bi generirao propulzijsku silu, koja maksimizira magnetsko polje s malom količinom magneta, a druga strana ima manje magnetskih polja, koji mogu spriječiti izlaganje putnika jakim magnetskim poljima.

Kružni niz

Kružni Halbach niz može se smatrati kombinacijom linearnih Halbach nizova jedan do drugog kako bi se formirao kružni oblik prstena.

U motoru s trajnim magnetom, motor s trajnim magnetom koji koristi strukturu niza Halbach ima magnetsko polje zračnog raspora bliže sinusoidnoj raspodjeli nego tradicionalni motor s trajnim magnetom. U slučaju iste količine materijala s permanentnim magnetom, Halbach motor s permanentnim magnetom ima veću magnetsku gustoću zračnog raspora. Gubitak željeza je mali. Osim toga, Halbach prstenasti nizovi također se široko koriste u permanentnim magnetskim ležajevima, magnetskoj rashladnoj opremi i opremi za magnetsku rezonanciju.

Način izrade i proizvodnje Halbach polja

Metoda 1: U skladu s topologijom niza, upotrijebite magnetsko ljepilo za spajanje magnetiziranih magnetnih segmenata. Budući da je međusobno odbijanje između segmenata magneta vrlo jako, kalup treba koristiti za stezanje tijekom lijepljenja. Ova metoda ima nisku učinkovitost proizvodnje, ali je lakša za implementaciju i prikladnija je za upotrebu u fazi laboratorijskih istraživanja.

Metoda 2: Najprije upotrijebite metodu punjenja kalupa ili kalupa za prešanje kako biste proizveli potpuni magnet, a zatim magnetizirajte u posebnom uređaju. Struktura polja obrađena ovom metodom slična je slici ispod. Ova metoda ima visoku učinkovitost obrade i usporedbe Lako je ostvariti masovnu proizvodnju. Međutim, potrebno je posebno dizajnirati uređaj za magnetiziranje i formulirati postupak magnetiziranja.

Metoda 3: Upotrijebite niz namotaja posebnog oblika da biste ostvarili distribuciju magnetskog polja tipa Halbach, kao što je prikazano na donjoj slici.

Proces i učinak vlastite izrade Halbachovih polja u laboratoriju