Halbach Array, Halbach permanent magnet

Halbach-arrayen är en magnetarrangemangsstruktur. Innan vi förstår denna struktur, låt oss ta en titt på magnetfältslinjefördelningen för några vanliga permanentmagneter.

Från denna bild är det inte svårt att finna att placeringsriktningen och arrangemanget av magneten direkt kommer att påverka fördelningen av magnetfältslinjer, det vill säga det kommer att påverka formen av magnetfältsfördelningen runt magneten.

Begreppet Halbach array

Halbach Array (Halbach permanent magnet) är en slags magnetstruktur. 1979 upptäckte den amerikanske forskaren Klaus Halbach denna speciella permanentmagnetstruktur under elektronaccelerationsexperiment och förbättrade den gradvis och bildade slutligen den s.k."Halbach"magnet. Det är en ungefärlig idealisk struktur inom teknik. Den använder ett speciellt arrangemang av magnetenheter för att förbättra fältstyrkan i enhetens riktning. Målet är att använda den minsta mängden magneter för att generera det starkaste magnetfältet.

Denna typ av array är helt sammansatt av permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller. Genom att arrangera permanentmagneter med olika magnetiseringsriktningar enligt en viss regel kan de magnetiska kraftlinjerna koncentreras på ena sidan av magneterna, och kraftlinjerna kan försvagas på den andra sidan, varigenom ett idealiskt ensidigt magnetfält erhålls. Detta är av stor betydelse inom teknik. Med sina utmärkta magnetfältsfördelningsegenskaper används Haierbek-arrayer i stor utsträckning inom industriella områden som kärnmagnetisk resonans, magnetisk levitation och specialmotorer för permanentmagneter.

Till vänster finns en enda magnet med alla nordpoler vända uppåt. Av färgen kan man se att styrkan på magnetfältet är placerad i botten och toppen av magneten. Till höger finns en Halbach-array. Magnetfältet i toppen av magneten är relativt högt, medan botten är relativt svag. (Under samma volym är magnetfältsintensiteten för den starka sidoytan på Halbach-arraymagneten ca.√2 gånger (1,4 gånger) som för en traditionell enstaka magnet, speciellt när tjockleken på magneten är 4-16 mm i magnetiseringsriktningen)

Det vanligaste exemplet på Halbach-arrayen kan vara den flexibla kylskåpsetiketten. Dessa tunna, mjuka magneter är vanligtvis tryckta på kylskåpet eller på baksidan av bilen. Även om deras magnetism är mycket svag jämfört med NdFeB (endast 2%-3% styrka), är de Det låga priset och användbarheten gör att den används flitigt.

Formen och tillämpningen av Halbach array

Linjär array

Den linjära typen är den mest grundläggande Halbach-matriskompositionen. Denna arraymagnet kan betraktas som en kombination av en radiell array och en tangentiell array, som visas i figuren nedan.

Linjära Halbach-matriser används för närvarande huvudsakligen i linjärmotorer. Levitationsprincipen för maglev-tåget är att den rörliga magneten interagerar med magnetfältet som genereras av den inducerade strömmen i ledaren för att generera levitationskraft, och samtidigt åtföljs den av magnetiskt motstånd. Att förbättra flytkraften och luftmotståndsförhållandet är nyckeln till att förbättra prestandan hos levitationssystemet, vilket kräver vikten av magneten ombord Lätt vikt, starkt magnetfält, enhetligt magnetfält och hög tillförlitlighet. Halbach-arrayen är installerad horisontellt i mitten av bilens kaross och interagerar med lindningen i mitten av banan för att generera framdrivningskraft, vilket maximerar magnetfältet med en liten mängd magneter, och den andra sidan har mindre magnetfält, som kan förhindra att passagerare utsätts för starka magnetfält.

Cirkulär array

Den cirkulära Halbach-matrisen kan betraktas som en kombination av linjära Halbach-matriser ände mot ände för att bilda en cirkulär ringform.

I permanentmagnetmotorn har permanentmagnetmotorn som använder Halbach-arraystrukturen ett luftgapsmagnetfält närmare sinusfördelningen än den traditionella permanentmagnetmotorn. I fallet med samma mängd permanentmagnetmaterial har Halbach permanentmagnetmotorn en större magnetisk densitet för luftgapet. Järnförlusten är liten. Dessutom används Halbach-ringarrayer i stor utsträckning i permanenta magnetiska lager, magnetisk kylutrustning och magnetisk resonansutrustning.

Tillverkning och tillverkningsmetod för Halbach array

Metod 1: Enligt arrayens topologi, använd magnetlim för att binda samman de magnetiserade magnetsegmenten. Eftersom den ömsesidiga avstötningen mellan magnetsegmenten är mycket stark, bör formen användas för fastspänning under vidhäftningen. Denna metod har låg tillverkningseffektivitet, men är lättare att implementera och är mer lämpad för användning i laboratorieforskningsstadiet.

Metod 2: Använd först metoden att fylla form eller pressform för att tillverka en komplett magnet och magnetisera sedan i en speciell fixtur. Arraystrukturen som bearbetas med denna metod liknar bilden nedan. Denna metod har hög bearbetningseffektivitet och jämförelse Det är lätt att realisera massproduktion. Det är dock nödvändigt att specialdesigna magnetiseringsfixtur och formulera magnetiseringsprocessen.

Metod 3: Använd en specialformad lindningsmatris för att realisera magnetfältsfördelningen av Halbach-typ, som visas i figuren nedan.

Processen och effekten av den egentillverkade Halbach-arrayen i laboratoriet