Массив Хальбаха, постоянный магнит Хальбаха

Матрица Хальбаха представляет собой магнитную структуру. Прежде чем мы поймем эту структуру, давайте посмотрим на распределение линий магнитного поля некоторых распространенных постоянных магнитов.

Из этой картины нетрудно обнаружить, что направление размещения и расположение магнита будут напрямую влиять на распределение силовых линий магнитного поля, то есть влиять на форму распределения магнитного поля вокруг магнита.

Концепция массива Хальбаха

Массив Хальбаха (постоянный магнит Хальбаха) представляет собой разновидность магнитной конструкции. В 1979 году американский учёный Клаус Хальбах во время эксперимента по ускорению электронов обнаружил эту особую структуру постоянного магнита и постепенно улучшал её, в конце концов сформировав так называемую структуру постоянного магнита."Хальбах"магнит. Это приблизительная идеальная структура в технике. Он использует специальное расположение магнитных блоков для увеличения напряженности поля в направлении блока. Цель состоит в том, чтобы использовать наименьшее количество магнитов для создания сильнейшего магнитного поля.

Этот тип массива полностью состоит из редкоземельных материалов с постоянными магнитами. Располагая по определенному правилу постоянные магниты с разными направлениями намагничивания, можно сконцентрировать магнитные силовые линии с одной стороны магнитов, а с другой - ослабить, получив тем самым идеальное одностороннее магнитное поле. Это имеет большое значение в технике. Благодаря превосходным характеристикам распределения магнитного поля массивы Хайербек широко используются в таких областях промышленности, как ядерный магнитный резонанс, магнитная левитация и специальные двигатели с постоянными магнитами.

Слева — одиночный магнит, все северные полюса которого обращены вверх. По цвету видно, что сила магнитного поля расположена внизу и вверху магнита. Справа — массив Хальбаха. Магнитное поле в верхней части магнита относительно сильное, а в нижней части относительно слабое. (В том же объеме напряженность магнитного поля сильной боковой поверхности массивного магнита Хальбаха составляет около√В 2 раза (1,4 раза) больше, чем у традиционного одиночного магнита, особенно если толщина магнита составляет 4–16 мм в направлении намагничивания)

Самым распространенным примером массива Хальбаха может быть гибкая наклейка на холодильник. Эти тонкие мягкие магниты обычно печатаются на холодильнике или на задней части автомобиля. Хотя их магнетизм очень слаб по сравнению с NdFeB (всего 2–3% прочности), они имеют низкую цену и практичность, что делает их широко используемыми.

Форма и применение массива Хальбаха

Линейный массив

Линейный тип — это самая основная композиция массива Хальбаха. Этот магнитный массив можно рассматривать как комбинацию радиального и тангенциального массивов, как показано на рисунке ниже.

Линейные матрицы Хальбаха в настоящее время в основном используются в линейных двигателях. Принцип левитации поезда на магнитной подвеске заключается в том, что движущийся магнит взаимодействует с магнитным полем, создаваемым индуцированным током в проводнике, с образованием силы левитации, и в то же время это сопровождается магнитным сопротивлением. Улучшение плавучести и аэродинамического качества является ключом к улучшению характеристик системы левитации, для чего требуется вес бортового магнита. Легкий вес, сильное магнитное поле, однородное магнитное поле и высокая надежность. Массив Хальбаха установлен горизонтально в центре кузова автомобиля и взаимодействует с обмоткой в ​​центре гусеницы для создания движущей силы, которая максимизирует магнитное поле при небольшом количестве магнитов, а другая сторона имеет меньше магнитных полей. что может защитить пассажиров от воздействия сильных магнитных полей.

Круговой массив

Круглую решетку Хальбаха можно рассматривать как комбинацию линейных решеток Хальбаха, соединенных между собой, образующих форму круглого кольца.

В двигателе с постоянными магнитами двигатель с постоянными магнитами, использующий структуру массива Хальбаха, имеет магнитное поле воздушного зазора, более близкое к синусоидальному распределению, чем традиционный двигатель с постоянными магнитами. При одинаковом количестве материала постоянного магнита двигатель с постоянными магнитами Хальбаха имеет большую магнитную плотность воздушного зазора. Потери железа невелики. Кроме того, массивы колец Хальбаха также широко используются в подшипниках с постоянными магнитами, магнитном холодильном оборудовании и магнитно-резонансном оборудовании.

Изготовление и способ производства массива Хальбаха

Метод 1: В соответствии с топологией массива используйте магнитный клей, чтобы соединить намагниченные сегменты магнита вместе. Поскольку взаимное отталкивание между сегментами магнита очень сильное, для зажима во время склеивания следует использовать форму. Этот метод имеет низкую производственную эффективность, но его проще реализовать и он больше подходит для использования на этапе лабораторных исследований.

Метод 2. Сначала используйте метод заполнения формы или прессования формы для изготовления готового магнита, а затем намагничьте его в специальном приспособлении. Структура массива, обработанная этим методом, аналогична рисунку ниже. Этот метод имеет высокую эффективность обработки и по сравнению с ним легко реализовать массовое производство. Однако необходимо специально спроектировать намагничивающее приспособление и сформулировать процесс намагничивания.

Метод 3. Используйте набор обмоток специальной формы для реализации распределения магнитного поля типа Хальбаха, как показано на рисунке ниже.

Процесс и эффект самодельного массива Хальбаха в лаборатории