Halbach Array, Halbach permanent magnet

Halbach-arrayen er en magnetarrangementstruktur. Før vi forstår denne strukturen, la oss ta en titt på magnetfeltlinjefordelingen til noen vanlige permanentmagneter.

Fra dette bildet er det ikke vanskelig å finne at plasseringsretningen og arrangementet av magneten vil direkte påvirke fordelingen av magnetfeltlinjer, det vil si at det vil påvirke formen til magnetfeltfordelingen rundt magneten.

Konseptet med Halbach-array

Halbach Array (Halbach permanent magnet) er en slags magnetstruktur. I 1979 oppdaget den amerikanske forskeren Klaus Halbach denne spesielle permanentmagnetstrukturen under elektronakselerasjonseksperimentet og forbedret den gradvis, og dannet til slutt den s.k."Halbach"magnet. Det er en omtrentlig ideell struktur innen ingeniørfag. Den bruker et spesielt arrangement av magnetenheter for å forbedre feltstyrken i enhetsretningen. Målet er å bruke minst mulig magneter for å generere det sterkeste magnetfeltet.

Denne typen matrise er helt sammensatt av sjeldne jordarters permanentmagnetmaterialer. Ved å arrangere permanente magneter med forskjellige magnetiseringsretninger i henhold til en bestemt regel, kan de magnetiske kraftlinjene konsentreres på den ene siden av magnetene, og kraftlinjene kan svekkes på den andre siden, og derved oppnå et ideelt ensidig magnetfelt. Dette er av stor betydning i ingeniørfag. Med sine utmerkede magnetfeltfordelingsegenskaper, er Haierbek-arrayer mye brukt i industrielle felt som kjernemagnetisk resonans, magnetisk levitasjon og permanentmagnet spesialmotorer.

Til venstre er en enkelt magnet med alle nordpoler vendt oppover. Fra fargen kan man se at styrken til magnetfeltet er plassert i bunnen og toppen av magneten. Til høyre er en Halbach-array. Magnetfeltet på toppen av magneten er relativt høyt, mens bunnen er relativt svak. (Under samme volum er magnetfeltintensiteten til den sterke sideoverflaten til Halbach-arraymagneten ca.√2 ganger (1,4 ganger) som for en tradisjonell enkeltmagnet, spesielt når tykkelsen på magneten er 4-16 mm i magnetiseringsretningen)

Det vanligste eksemplet på Halbach-arrayet kan være det fleksible kjøleskapsklistremerket. Disse tynne, myke magnetene er vanligvis trykt på kjøleskapet eller bak på bilen. Selv om magnetismen deres er veldig svak sammenlignet med NdFeB (bare 2%-3% styrke), er de. Den lave prisen og praktiske gjør den mye brukt.

Formen og anvendelsen av Halbach array

Lineær matrise

Den lineære typen er den mest grunnleggende Halbach-matrisesammensetningen. Denne array-magneten kan betraktes som en kombinasjon av en radial array og en tangential array, som vist i figuren nedenfor.

Lineære Halbach-matriser brukes for tiden hovedsakelig i lineære motorer. Levitasjonsprinsippet til maglev-toget er at den bevegelige magneten samhandler med magnetfeltet generert av den induserte strømmen i lederen for å generere levitasjonskraft, og samtidig er den ledsaget av magnetisk motstand. Forbedring av oppdrift og luftmotstandsforhold er nøkkelen til å forbedre ytelsen til levitasjonssystemet, som krever vekten av magneten ombord. Lett vekt, sterkt magnetfelt, jevnt magnetfelt og høy pålitelighet. Halbach-arrayen er installert horisontalt i midten av bilkarosseriet og samhandler med viklingen i midten av banen for å generere fremdriftskraft, som maksimerer magnetfeltet med en liten mengde magneter, og den andre siden har mindre magnetiske felt, som kan hindre passasjerer i å bli utsatt for sterke magnetiske felt.

Sirkulær rekke

Den sirkulære Halbach-arrayen kan betraktes som en kombinasjon av lineære Halbach-arrayer ende til ende for å danne en sirkulær ringform.

I permanentmagnetmotoren har permanentmagnetmotoren som bruker Halbach-arraystrukturen et luftgapmagnetfelt nærmere den sinusformede fordelingen enn den tradisjonelle permanentmagnetmotoren. Når det gjelder samme mengde permanentmagnetmateriale, har Halbach permanentmagnetmotoren en større magnetisk tetthet for luftgapet. Jerntapet er lite. I tillegg er Halbach-ringarrayer også mye brukt i permanente magnetiske lagre, magnetisk kjøleutstyr og magnetisk resonansutstyr.

Fremstilling og produksjonsmetode for Halbach-array

Metode 1: I henhold til topologien til matrisen, bruk magnetlim for å binde de magnetiserte magnetsegmentene sammen. Fordi den gjensidige frastøtingen mellom magnetsegmentene er veldig sterk, bør formen brukes til fastklemming under vedheft. Denne metoden har lav produksjonseffektivitet, men er lettere å implementere og er mer egnet for bruk i laboratorieforskningsstadiet.

Metode 2: Bruk først metoden for å fylle form eller presseform for å produsere en komplett magnet, og magnetiser deretter i en spesiell armatur. Matrisestrukturen behandlet med denne metoden ligner på figuren nedenfor. Denne metoden har høy prosesseringseffektivitet og sammenligning Det er lett å realisere masseproduksjon. Imidlertid er det nødvendig å spesialdesigne magnetiseringsarmatur og formulere magnetiseringsprosess.

Metode 3: Bruk en spesialformet viklingsarray for å realisere magnetfeltfordelingen av Halbach-typen, som vist i figuren nedenfor.

Prosessen og effekten av den selvlagde Halbach-arrayen i laboratoriet