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 delle linee 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, cioè influenzeranno la forma della distribuzione del campo magnetico attorno al magnete.
Il concetto di array di Halbach
L'Array Halbach (magnete permanente Halbach) è un tipo di struttura magnetica. Nel 1979, lo studioso americano Klaus Halbach scoprì questa speciale struttura del magnete permanente durante un esperimento sull'accelerazione degli elettroni e la migliorò gradualmente, fino a formare il cosiddetto"Halbach"magnete. È una struttura ideale approssimativa in ingegneria. Utilizza una disposizione speciale delle unità magnetiche per migliorare 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 magnetici permanenti di terre rare. Disponendo i magneti permanenti con diverse direzioni di magnetizzazione secondo una determinata 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. Grazie alle 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.
A sinistra c'è un unico magnete con tutti i poli nord rivolti verso l'alto. Dal colore si vede 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 elevato, mentre nella parte inferiore è relativamente debole. (Allo stesso volume, l'intensità del campo magnetico della superficie laterale forte del magnete della matrice Halbach è di circa√2 volte (1,4 volte) quello di un tradizionale magnete singolo, soprattutto quando lo spessore del magnete è 4-16 mm nella direzione di magnetizzazione)
L'esempio più comune della gamma Halbach potrebbe essere l'adesivo flessibile per frigorifero. Questi magneti sottili e morbidi vengono solitamente stampati sul frigorifero o sul retro dell'auto. Sebbene il loro magnetismo sia molto debole rispetto al NdFeB (solo il 2%-3% di forza), sono ampiamente utilizzati. Il loro prezzo basso e la praticità li rendono ampiamente utilizzati.
La forma e l'applicazione dell'array Halbach
Matrice lineare
Il tipo lineare è la composizione più elementare dell'array Halbach. Questa schiera di magneti può essere considerata come una combinazione di una schiera radiale e una schiera tangenziale, come mostrato nella figura seguente.
Gli array lineari Halbach sono attualmente utilizzati principalmente nei motori lineari. Il principio di levitazione del treno maglev è che il magnete in movimento interagisce con il campo magnetico generato dalla corrente indotta nel conduttore per generare forza di levitazione e, allo stesso tempo, è accompagnato da 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, campo magnetico forte, campo magnetico uniforme ed elevata affidabilità. L'array Halbach è installato orizzontalmente al centro della carrozzeria dell'auto 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, che può impedire ai passeggeri di essere esposti a forti campi magnetici.
Matrice circolare
L'array Halbach circolare può essere considerato come una combinazione di array Halbach lineari da un'estremità all'altra per formare una forma ad anello circolare.
Nel motore a magnete permanente, il motore a magnete permanente che utilizza la struttura ad array Halbach ha un campo magnetico traferro più vicino alla distribuzione sinusoidale rispetto al tradizionale motore a magnete permanente. Nel caso della stessa quantità di materiale a magnete permanente, il motore a magnete permanente 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 magnetici è molto forte, per il bloccaggio durante l'adesione è necessario utilizzare lo stampo. Questo metodo ha una bassa efficienza produttiva, ma è più facile da implementare ed è più adatto all'uso nella fase di ricerca di laboratorio.
Metodo 2: utilizzare innanzitutto il metodo di riempimento dello stampo o di pressatura dello stampo per produrre un magnete completo, quindi magnetizzarlo in un dispositivo speciale. La struttura dell'array elaborata da 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 il dispositivo di magnetizzazione e formulare il processo di magnetizzazione.
Metodo 3: utilizzare una matrice di avvolgimento 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