Halbach Array, magnet permanent Halbach

Matricea Halbach este o structură de aranjare a magnetului. Înainte de a înțelege această structură, să aruncăm o privire asupra distribuției liniilor de câmp magnetic a unor magneți permanenți obișnuiți.

Din această imagine, nu este greu de găsit că direcția de plasare și aranjarea magnetului va afecta direct distribuția liniilor de câmp magnetic, adică va afecta forma distribuției câmpului magnetic în jurul magnetului.

Conceptul de matrice Halbach

Halbach Array (magnetul permanent Halbach) este un fel de structură magnetică. În 1979, savantul american Klaus Halbach a descoperit această structură specială de magnet permanent în timpul experimentului de accelerare a electronilor și a îmbunătățit-o treptat, iar în cele din urmă a format așa-numita"Halbach"magnet. Este o structură ideală aproximativă în inginerie. Utilizează un aranjament special de unități magnetice pentru a îmbunătăți puterea câmpului în direcția unității. Scopul este de a folosi cea mai mică cantitate de magneți pentru a genera cel mai puternic câmp magnetic.

Acest tip de matrice este compus în întregime din materiale cu magneti permanenți cu pământuri rare. Prin aranjarea magneților permanenți cu direcții de magnetizare diferite după o anumită regulă, liniile magnetice de forță pot fi concentrate pe o parte a magneților, iar liniile de forță pot fi slăbite pe cealaltă parte, obținându-se astfel un câmp magnetic unilateral ideal. Acest lucru este de mare importanță în inginerie. Cu caracteristicile sale excelente de distribuție a câmpului magnetic, matricele Haierbek sunt utilizate pe scară largă în domenii industriale, cum ar fi rezonanța magnetică nucleară, levitația magnetică și motoarele speciale cu magnet permanenți.

În stânga este un singur magnet cu toți polii nordici orientați în sus. Din culoare, se poate observa că puterea câmpului magnetic este situată în partea de jos și de sus a magnetului. În dreapta este o matrice Halbach. Câmpul magnetic din partea superioară a magnetului este relativ ridicat, în timp ce partea de jos este relativ slabă. (La același volum, intensitatea câmpului magnetic al suprafeței laterale puternice a magnetului matricei Halbach este de aproximativ√de 2 ori (1,4 ori) față de un singur magnet tradițional, mai ales când grosimea magnetului este de 4-16 mm în direcția de magnetizare)

Cel mai comun exemplu al matricei Halbach poate fi autocolantul flexibil pentru frigider. Acești magneți subțiri și moi sunt de obicei imprimați pe frigider sau pe spatele mașinii. Deși magnetismul lor este foarte slab în comparație cu NdFeB (doar 2%-3% putere), ele sunt Prețul scăzut și caracterul practic îl fac pe scară largă.

Forma și aplicarea matricei Halbach

Matrice liniară

Tipul liniar este cea mai de bază compoziție de matrice Halbach. Acest magnet de rețea poate fi privit ca o combinație a unei rețele radiale și a unei rețele tangențiale, așa cum se arată în figura de mai jos.

Rețelele Halbach liniare sunt utilizate în prezent în principal în motoarele liniare. Principiul de levitație al trenului maglev este că magnetul în mișcare interacționează cu câmpul magnetic generat de curentul indus în conductor pentru a genera forță de levitație și, în același timp, este însoțit de rezistență magnetică. Îmbunătățirea flotabilității și a raportului de rezistență este cheia pentru îmbunătățirea performanței sistemului de levitație, care necesită greutatea magnetului de bord Greutate ușoară, câmp magnetic puternic, câmp magnetic uniform și fiabilitate ridicată. Matricea Halbach este instalată orizontal în centrul caroseriei mașinii și interacționează cu înfășurarea din centrul șinei pentru a genera forță de propulsie, care maximizează câmpul magnetic cu o cantitate mică de magneți, iar cealaltă parte are mai puține câmpuri magnetice, care poate împiedica expunerea pasagerilor la câmpuri magnetice puternice.

Matrice circulară

Rețeaua Halbach circulară poate fi privită ca o combinație de rețele Halbach liniare cap la capăt pentru a forma o formă de inel circular.

În motorul cu magnet permanenți, motorul cu magnet permanenți care utilizează structura matricei Halbach are un câmp magnetic de aer mai apropiat de distribuția sinusoidală decât motorul tradițional cu magnet permanenți. În cazul aceleiași cantități de material cu magnet permanenți, motorul cu magnet permanent Halbach are o densitate magnetică a spațiului de aer mai mare. Pierderea de fier este mică. În plus, matricele de inele Halbach sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în rulmenți magnetici permanenți, echipamente de refrigerare magnetică și echipamente de rezonanță magnetică.

Metoda de fabricație și producție a matricei Halbach

Metoda 1: În conformitate cu topologia matricei, utilizați adeziv pentru magnet pentru a lega segmentele de magnet magnetizate împreună. Deoarece respingerea reciprocă dintre segmentele de magnet este foarte puternică, matrița trebuie utilizată pentru prindere în timpul aderenței. Această metodă are o eficiență scăzută de producție, dar este mai ușor de implementat și este mai potrivită pentru utilizare în etapa de cercetare în laborator.

Metoda 2: Mai întâi utilizați metoda de umplere a matriței sau de presare a matriței pentru a fabrica un magnet complet, apoi magnetizați într-un dispozitiv special. Structura matricei procesată prin această metodă este similară cu figura de mai jos. Această metodă are o eficiență ridicată de procesare și comparație Este ușor de realizat producția de masă. Cu toate acestea, este necesar să se proiecteze în mod special dispozitivul de magnetizare și să se formuleze procesul de magnetizare.

Metoda 3: Utilizați o matrice de înfășurare cu formă specială pentru a realiza distribuția câmpului magnetic de tip Halbach, așa cum se arată în figura de mai jos.

Procesul și efectul matricei Halbach auto-realizate în laborator