Array Halbach Magnete permanente Halbach
L'array Halbach è una struttura di disposizione dei magneti. Prima di comprendere questa struttura, diamo un'occhiata alla distribuzione della linea del campo magnetico di alcuni comuni magneti permanenti.
Da questa immagine, non è difficile scoprire che la direzione di posizionamento e la disposizione del magnete influenzeranno direttamente la distribuzione delle linee del campo magnetico, ovvero influenzeranno la forma della distribuzione del campo magnetico attorno al magnete.
Il concetto di matrice Halbach
Halbach Array (magnete permanente Halbach) è una sorta di struttura magnetica. Nel 1979, lo studioso americano Klaus Halbach scoprì questa speciale struttura a magneti permanenti durante l'esperimento di accelerazione degli elettroni e la migliorò gradualmente, formando infine il cosiddetto"Halbach"magnete. È una struttura ideale approssimativa in ingegneria. Utilizza una disposizione speciale di unità magnetiche per aumentare l'intensità del campo nella direzione dell'unità. L'obiettivo è utilizzare la minor quantità di magneti per generare il campo magnetico più forte.
Questo tipo di array è interamente composto da materiali a magneti permanenti di terre rare. Disponendo magneti permanenti con diverse direzioni di magnetizzazione secondo una certa regola, le linee di forza magnetiche possono essere concentrate su un lato dei magneti e le linee di forza possono essere indebolite sull'altro lato, ottenendo così un campo magnetico unilaterale ideale. Questo è di grande importanza in ingegneria. Con le sue eccellenti caratteristiche di distribuzione del campo magnetico, gli array Haierbek sono ampiamente utilizzati in campi industriali come la risonanza magnetica nucleare, la levitazione magnetica e i motori speciali a magneti permanenti.
Sulla sinistra c'è un unico magnete con tutti i poli nord rivolti verso l'alto. Dal colore si può vedere che l'intensità del campo magnetico si trova nella parte inferiore e superiore del magnete. Sulla destra c'è un array Halbach. Il campo magnetico nella parte superiore del magnete è relativamente alto, mentre la parte inferiore è relativamente debole. (A parità di volume, l'intensità del campo magnetico della superficie laterale forte del magnete dell'array Halbach è di circa√2 volte (1,4 volte) quella di un magnete singolo tradizionale, soprattutto quando lo spessore del magnete è di 4-16 mm nella direzione di magnetizzazione)
L'esempio più comune dell'array Halbach potrebbe essere l'adesivo flessibile per frigorifero. Questi magneti sottili e morbidi sono solitamente stampati sul frigorifero o sul retro dell'auto. Sebbene il loro magnetismo sia molto debole rispetto al NdFeB (solo 2%-3% di forza), sono il suo prezzo basso e la praticità lo rendono ampiamente utilizzato.
La forma e l'applicazione dell'array Halbach
Matrice lineare
Il tipo lineare è la composizione di matrice Halbach più semplice. Questo magnete array può essere considerato come una combinazione di un array radiale e un array tangenziale, come mostrato nella figura seguente.
Gli array lineari Halbach sono attualmente utilizzati principalmente nei motori lineari. Il principio di levitazione del treno a levitazione è che il magnete mobile interagisce con il campo magnetico generato dalla corrente indotta nel conduttore per generare la forza di levitazione e, allo stesso tempo, è accompagnato da una resistenza magnetica. Migliorare la galleggiabilità e il rapporto di resistenza è la chiave per migliorare le prestazioni del sistema di levitazione, che richiede il peso del magnete di bordo Leggero, forte campo magnetico, campo magnetico uniforme e alta affidabilità. L'array Halbach è installato orizzontalmente al centro della carrozzeria e interagisce con l'avvolgimento al centro del binario per generare forza propulsiva, che massimizza il campo magnetico con una piccola quantità di magneti e l'altro lato ha meno campi magnetici,
Matrice circolare
L'array Halbach circolare può essere considerato come una combinazione di array Halbach lineari da un capo all'altro per formare una forma circolare ad anello.
Nel motore a magneti permanenti, il motore a magneti permanenti che utilizza la struttura ad array Halbach ha un campo magnetico traferro più vicino alla distribuzione sinusoidale rispetto al tradizionale motore a magneti permanenti. Nel caso della stessa quantità di materiale a magneti permanenti, il motore a magneti permanenti Halbach ha una densità magnetica del traferro maggiore. La perdita di ferro è piccola. Inoltre, gli array di anelli Halbach sono ampiamente utilizzati anche nei cuscinetti magnetici permanenti, nelle apparecchiature di refrigerazione magnetica e nelle apparecchiature di risonanza magnetica.
Metodo di fabbricazione e produzione dell'array Halbach
Metodo 1: in base alla topologia dell'array, utilizzare la colla magnetica per unire insieme i segmenti magnetici magnetizzati. Poiché la repulsione reciproca tra i segmenti del magnete è molto forte, lo stampo dovrebbe essere utilizzato per il bloccaggio durante l'adesione. Questo metodo ha una bassa efficienza di produzione, ma è più facile da implementare ed è più adatto per l'uso nella fase di ricerca di laboratorio.
Metodo 2: utilizzare prima il metodo di riempimento dello stampo o pressatura dello stampo per produrre un magnete completo, quindi magnetizzare in un dispositivo speciale. La struttura dell'array elaborata con questo metodo è simile alla figura seguente. Questo metodo ha un'elevata efficienza di elaborazione e confronto È facile realizzare la produzione di massa. Tuttavia, è necessario progettare appositamente un dispositivo di magnetizzazione e formulare un processo di magnetizzazione.
Metodo 3: utilizzare un array di avvolgimenti di forma speciale per realizzare la distribuzione del campo magnetico di tipo Halbach, come mostrato nella figura seguente.
Il processo e l'effetto dell'array Halbach autocostruito in laboratorio