Halbach Array, trajni magnet Halbach

Niz Halbach je struktura magnetne razporeditve. Preden razumemo to strukturo, si poglejmo porazdelitev črt magnetnega polja nekaterih pogostih trajnih magnetov.

Iz te slike ni težko ugotoviti, da bo smer postavitve in razporeditev magneta neposredno vplivala na porazdelitev silnic magnetnega polja, to je, da bo vplivala na obliko porazdelitve magnetnega polja okoli magneta.

Koncept niza Halbach

Halbach Array (trajni magnet Halbach) je neke vrste magnetna struktura. Leta 1979 je ameriški učenjak Klaus Halbach med poskusom pospeševanja elektronov odkril to posebno strukturo trajnega magneta in jo postopoma izboljševal ter na koncu oblikoval t.i."Halbach"magnet. Je približna idealna konstrukcija v inženirstvu. Uporablja posebno razporeditev magnetnih enot za povečanje jakosti polja v smeri enote. Cilj je uporabiti najmanjšo količino magnetov za ustvarjanje najmočnejšega magnetnega polja.

Ta vrsta niza je v celoti sestavljena iz redkih zemeljskih trajnih magnetnih materialov. Z razporeditvijo trajnih magnetov z različnimi smermi magnetiziranja po določenem pravilu lahko magnetne silnice koncentriramo na eni strani magnetov, silnice pa lahko oslabimo na drugi strani, s čimer dobimo idealno enostransko magnetno polje. To je v tehniki zelo pomembno. S svojimi odličnimi značilnostmi porazdelitve magnetnega polja se nizi Haierbek pogosto uporabljajo na industrijskih področjih, kot so jedrska magnetna resonanca, magnetna levitacija in posebni motorji s trajnimi magneti.

Na levi je en sam magnet z vsemi severnimi poli obrnjenimi navzgor. Iz barve je razvidno, da se jakost magnetnega polja nahaja na dnu in na vrhu magneta. Na desni je niz Halbach. Magnetno polje na vrhu magneta je razmeroma visoko, medtem ko je spodaj razmeroma šibko. (Pri enaki prostornini je jakost magnetnega polja močne stranske površine magneta niza Halbach približno√2-krat (1,4-krat) več kot pri tradicionalnem posameznem magnetu, še posebej, če je debelina magneta 4-16 mm v smeri magnetiziranja)

Najpogostejši primer niza Halbach je lahko fleksibilna nalepka za hladilnik. Ti tanki, mehki magneti so običajno natisnjeni na hladilniku ali na zadnjem delu avtomobila. Čeprav je njihov magnetizem v primerjavi z NdFeB zelo šibek (samo 2%-3% jakosti), so zaradi nizke cene in praktičnosti široko uporabljeni.

Oblika in uporaba Halbachovega niza

Linearni niz

Linearni tip je najosnovnejša sestava niza Halbach. Ta magnetni niz je mogoče obravnavati kot kombinacijo radialnega niza in tangencialnega niza, kot je prikazano na spodnji sliki.

Linearna polja Halbach se trenutno uporabljajo predvsem v linearnih motorjih. Načelo levitacije vlaka maglev je v interakciji premikajočega se magneta z magnetnim poljem, ki ga ustvari inducirani tok v prevodniku, da ustvari silo levitacije, hkrati pa ga spremlja magnetni upor. Izboljšanje razmerja vzgona in upora je ključnega pomena za izboljšanje delovanja levitacijskega sistema, ki zahteva težo vgrajenega magneta Majhna teža, močno magnetno polje, enotno magnetno polje in visoka zanesljivost. Niz Halbach je nameščen vodoravno v središču karoserije avtomobila in sodeluje z navitjem v središču steze, da ustvari pogonsko silo, ki poveča magnetno polje z majhno količino magnetov, druga stran pa ima manj magnetnih polj, ki lahko preprečijo, da bi bili potniki izpostavljeni močnim magnetnim poljem.

Krožni niz

Krožno Halbachovo polje je mogoče obravnavati kot kombinacijo linearnih Halbachovih nizov od enega do drugega, ki tvorijo krožno obliko obroča.

V motorju s trajnimi magneti ima motor s trajnimi magneti, ki uporablja Halbachovo strukturo polja, magnetno polje zračne reže, ki je bližje sinusni porazdelitvi kot tradicionalni motor s trajnimi magneti. V primeru enake količine trajnega magnetnega materiala ima Halbachov motor s trajnim magnetom večjo magnetno gostoto zračne reže. Izguba železa je majhna. Poleg tega se Halbachovi obročni nizi pogosto uporabljajo tudi v trajnih magnetnih ležajih, magnetni hladilni opremi in opremi za magnetno resonanco.

Metoda izdelave in izdelave niza Halbach

1. način: Glede na topologijo niza uporabite magnetno lepilo, da povežete segmente magnetiziranih magnetov skupaj. Ker je medsebojno odbijanje med magnetnimi segmenti zelo močno, je treba za vpenjanje med lepljenjem uporabiti kalup. Ta metoda ima nizko proizvodno učinkovitost, vendar je lažja za izvedbo in je bolj primerna za uporabo v fazi laboratorijskih raziskav.

2. način: Najprej uporabite metodo polnjenja kalupa ali kalupa za stiskanje za izdelavo popolnega magneta, nato pa magnetizirajte v posebnem vpenjalu. Struktura niza, obdelana s to metodo, je podobna spodnji sliki. Ta metoda ima visoko učinkovitost obdelave in primerjave. Enostavno je uresničiti množično proizvodnjo. Vendar pa je treba posebej oblikovati napravo za magnetiziranje in oblikovati postopek magnetiziranja.

3. način: Uporabite niz navitij posebne oblike, da realizirate porazdelitev magnetnega polja tipa Halbach, kot je prikazano na spodnji sliki.

Postopek in učinek lastno izdelanega niza Halbach v laboratoriju