Halbach Array, Halbach permanentní magnet

Halbachovo pole je struktura uspořádání magnetů. Než pochopíme tuto strukturu, podívejme se na rozložení magnetické siločáry některých běžných permanentních magnetů.

Z tohoto obrázku není těžké zjistit, že směr umístění a uspořádání magnetu přímo ovlivní rozložení magnetických siločar, to znamená, že ovlivní formu rozložení magnetického pole kolem magnetu.

Koncept Halbachova pole

Halbach Array (Halbach permanentní magnet) je druh struktury magnetu. V roce 1979 americký učenec Klaus Halbach při experimentu s urychlováním elektronů objevil tuto speciální strukturu permanentního magnetu a postupně ji zdokonaloval a nakonec vytvořil tzv."Halbach"magnet. Je to přibližná ideální struktura ve strojírenství. Využívá speciální uspořádání magnetických jednotek pro zvýšení intenzity pole ve směru jednotky. Cílem je použít co nejmenší množství magnetů k vytvoření nejsilnějšího magnetického pole.

Tento druh pole je zcela složen z materiálů s permanentními magnety vzácných zemin. Uspořádáním permanentních magnetů s různými směry magnetizace podle určitého pravidla lze magnetické siločáry koncentrovat na jedné straně magnetů a siločáry na druhé straně zeslabovat, čímž se získá ideální jednostranné magnetické pole. To má ve strojírenství velký význam. Díky svým vynikajícím charakteristikám rozložení magnetického pole jsou pole Haierbek široce používána v průmyslových oblastech, jako je nukleární magnetická rezonance, magnetická levitace a speciální motory s permanentními magnety.

Vlevo je jeden magnet se všemi severními póly obrácenými nahoru. Z barvy je vidět, že síla magnetického pole se nachází ve spodní a horní části magnetu. Vpravo je pole Halbach. Magnetické pole v horní části magnetu je relativně vysoké, zatímco ve spodní části je relativně slabé. (Při stejném objemu je intenzita magnetického pole silného bočního povrchu magnetu Halbachova pole asi√2krát (1,4krát) větší než u tradičního samostatného magnetu, zvláště když je tloušťka magnetu 4-16 mm ve směru magnetizace)

Nejběžnějším příkladem pole Halbach může být flexibilní nálepka na lednici. Tyto tenké, měkké magnety jsou obvykle vytištěny na lednici nebo na zadní části auta. Přestože je jejich magnetismus ve srovnání s NdFeB velmi slabý (pouze 2%-3% síla), jsou díky nízké ceně a praktičnosti široce používány.

Forma a aplikace Halbachova pole

Lineární pole

Lineární typ je nejzákladnějším složením Halbachova pole. Tento magnet pole lze považovat za kombinaci radiálního pole a tangenciálního pole, jak je znázorněno na obrázku níže.

Lineární Halbachova pole se v současnosti používají především v lineárních motorech. Princip levitace maglev vlaku spočívá v tom, že pohybující se magnet interaguje s magnetickým polem generovaným indukovaným proudem ve vodiči za vzniku levitační síly a zároveň je doprovázen magnetickým odporem. Zlepšení poměru vztlaku a odporu je klíčem ke zlepšení výkonu levitačního systému, který vyžaduje hmotnost palubního magnetu Nízká hmotnost, silné magnetické pole, rovnoměrné magnetické pole a vysoká spolehlivost. Halbachovo pole je instalováno vodorovně ve středu karoserie a interaguje s vinutím ve středu koleje a vytváří hnací sílu, která maximalizuje magnetické pole s malým množstvím magnetů a druhá strana má méně magnetických polí, které mohou zabránit tomu, aby byli cestující vystaveni silným magnetickým polím.

Kruhové pole

Kruhové Halbachovo pole lze považovat za kombinaci lineárních Halbachových polí od jednoho konce k druhému, které tvoří kruhový prstencový tvar.

V motoru s permanentním magnetem má motor s permanentním magnetem využívající strukturu Halbachova pole magnetické pole vzduchové mezery blíže k sinusovému rozložení než tradiční motor s permanentním magnetem. V případě stejného množství materiálu s permanentními magnety má motor s permanentními magnety Halbach větší magnetickou hustotu vzduchové mezery. Ztráta železa je malá. Kromě toho jsou kruhová pole Halbach také široce používána v permanentních magnetických ložiscích, zařízeních pro magnetické chlazení a zařízeních pro magnetickou rezonanci.

Výroba a způsob výroby pole Halbach

Metoda 1: Podle topologie pole použijte lepidlo na magnet ke spojení magnetizovaných segmentů magnetu dohromady. Protože vzájemné odpuzování mezi segmenty magnetu je velmi silné, měla by být forma použita pro upnutí při adhezi. Tato metoda má nízkou výrobní efektivitu, ale je snadněji implementovatelná a je vhodnější pro použití ve fázi laboratorního výzkumu.

Metoda 2: Nejprve použijte metodu plnění formy nebo lisovací formy k výrobě kompletního magnetu a poté magnetizujte ve speciálním přípravku. Struktura pole zpracovaná touto metodou je podobná obrázku níže. Tato metoda má vysokou efektivitu zpracování a srovnání Je snadné realizovat hromadnou výrobu. Je však nutné speciálně navrhnout magnetizační přípravek a formulovat magnetizační proces.

Metoda 3: Použijte speciálně tvarované pole vinutí k realizaci rozložení magnetického pole Halbachova typu, jak je znázorněno na obrázku níže.

Proces a účinek vlastnoručně vyrobeného pole Halbach v laboratoři