Halbach Array, Halbach permanentný magnet

Halbachove pole je štruktúra usporiadania magnetov. Predtým, ako pochopíme túto štruktúru, pozrime sa na rozloženie magnetickej siločiary niektorých bežných permanentných magnetov.

Z tohto obrázku nie je ťažké zistiť, že smer umiestnenia a usporiadanie magnetu priamo ovplyvní rozloženie magnetických siločiar, to znamená, že ovplyvní formu rozloženia magnetického poľa okolo magnetu.

Koncept Halbachovho poľa

Halbach Array (permanentný magnet Halbach) je druh štruktúry magnetu. V roku 1979 objavil americký učenec Klaus Halbach túto špeciálnu štruktúru permanentného magnetu pri experimente s elektrónovým urýchľovaním a postupne ju zdokonaľoval a nakoniec vytvoril tzv."Halbach"magnet. Je to približná ideálna štruktúra v strojárstve. Používa špeciálne usporiadanie magnetických jednotiek na zvýšenie intenzity poľa v smere jednotiek. Cieľom je použiť čo najmenšie množstvo magnetov na vytvorenie najsilnejšieho magnetického poľa.

Tento druh poľa sa skladá výlučne z materiálov s permanentnými magnetmi vzácnych zemín. Usporiadaním permanentných magnetov s rôznymi smermi magnetizácie podľa určitého pravidla je možné koncentrovať magnetické siločiary na jednej strane magnetov a siločiary na druhej strane oslabovať, čím sa získa ideálne jednostranné magnetické pole. V strojárstve to má veľký význam. Vďaka svojim vynikajúcim charakteristikám rozloženia magnetického poľa sú polia Haierbek široko používané v priemyselných oblastiach, ako je nukleárna magnetická rezonancia, magnetická levitácia a špeciálne motory s permanentnými magnetmi.

Na ľavej strane je jeden magnet so všetkými severnými pólmi smerujúcimi nahor. Podľa farby je vidieť, že sila magnetického poľa sa nachádza v spodnej a hornej časti magnetu. Na pravej strane je pole Halbach. Magnetické pole v hornej časti magnetu je relatívne vysoké, zatiaľ čo spodná časť je relatívne slabá. (Pri rovnakom objeme je intenzita magnetického poľa silného bočného povrchu magnetu Halbachovho poľa približne√2-násobok (1,4-násobok) oproti tradičnému samostatnému magnetu, najmä ak je hrúbka magnetu 4-16 mm v smere magnetizácie)

Najbežnejším príkladom poľa Halbach môže byť flexibilná nálepka na chladničku. Tieto tenké, mäkké magnety sú zvyčajne vytlačené na chladničke alebo na zadnej časti auta. Hoci ich magnetizmus je v porovnaní s NdFeB veľmi slabý (len 2%-3% pevnosť), sú vďaka nízkej cene a praktickosti široko používaný.

Forma a aplikácia Halbachovho poľa

Lineárne pole

Lineárny typ je najzákladnejším zložením Halbachovho poľa. Tento magnet poľa možno považovať za kombináciu radiálneho poľa a tangenciálneho poľa, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Lineárne Halbachove polia sa v súčasnosti používajú hlavne v lineárnych motoroch. Princíp levitácie maglev vlaku spočíva v tom, že pohybujúci sa magnet interaguje s magnetickým poľom generovaným indukovaným prúdom vo vodiči a vytvára levitačnú silu a súčasne je sprevádzaný magnetickým odporom. Zlepšenie pomeru vztlaku a odporu je kľúčom k zlepšeniu výkonu levitačného systému, ktorý vyžaduje hmotnosť palubného magnetu Nízka hmotnosť, silné magnetické pole, rovnomerné magnetické pole a vysoká spoľahlivosť. Halbachove pole je inštalované horizontálne v strede karosérie vozidla a interaguje s vinutím v strede koľaje a vytvára hnaciu silu, ktorá maximalizuje magnetické pole s malým množstvom magnetov a druhá strana má menej magnetických polí, ktoré môžu zabrániť tomu, aby boli cestujúci vystavení silným magnetickým poliam.

Kruhové pole

Kruhové Halbachove pole možno považovať za kombináciu lineárnych Halbachových polí od konca ku koncu na vytvorenie kruhového prstencového tvaru.

V motore s permanentným magnetom má motor s permanentným magnetom využívajúci štruktúru Halbachovho poľa magnetické pole vzduchovej medzery bližšie k sínusovému rozdeleniu ako tradičný motor s permanentným magnetom. V prípade rovnakého množstva materiálu s permanentnými magnetmi má motor s permanentnými magnetmi Halbach väčšiu magnetickú hustotu vzduchovej medzery. Strata železa je malá. Okrem toho sú kruhové polia Halbach tiež široko používané v permanentných magnetických ložiskách, magnetických chladiacich zariadeniach a zariadeniach na magnetickú rezonanciu.

Spôsob výroby a výroby poľa Halbach

Metóda 1: Podľa topológie poľa použite lepidlo na magnet na spojenie magnetizovaných segmentov magnetu dohromady. Pretože vzájomné odpudzovanie medzi segmentmi magnetu je veľmi silné, forma by sa mala použiť na upnutie počas adhézie. Táto metóda má nízku efektivitu výroby, ale je ľahšie implementovateľná a je vhodnejšia na použitie v štádiu laboratórneho výskumu.

Metóda 2: Najprv použite metódu plnenia formy alebo lisovacej formy na výrobu kompletného magnetu a potom magnetizujte v špeciálnom prípravku. Štruktúra poľa spracovaná touto metódou je podobná ako na obrázku nižšie. Táto metóda má vysokú účinnosť spracovania a porovnanie Je ľahké realizovať hromadnú výrobu. Je však potrebné špeciálne navrhnúť magnetizačný prípravok a formulovať proces magnetizácie.

Metóda 3: Na realizáciu rozloženia magnetického poľa Halbachovho typu použite pole vinutia špeciálneho tvaru, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Proces a účinok vlastnoručne vyrobeného poľa Halbach v laboratóriu