Halbach Array, Halbach kestomagneetti

Halbach-ryhmä on magneettijärjestelyrakenne. Ennen kuin ymmärrämme tämän rakenteen, katsotaanpa joidenkin yleisten kestomagneettien magneettikenttäviivajakaumaa.

Tästä kuvasta ei ole vaikeaa havaita, että magneetin sijoitussuunta ja järjestely vaikuttavat suoraan magneettikenttälinjojen jakautumiseen, eli se vaikuttaa magneetin ympärillä olevan magneettikentän jakautumisen muotoon.

Halbach-taulukon käsite

Halbach Array (Halbach-kestomagneetti) on eräänlainen magneettirakenne. Vuonna 1979 amerikkalainen tutkija Klaus Halbach löysi tämän erityisen kestomagneettirakenteen elektronikiihdytyskokeessa ja paransi sitä vähitellen ja muodosti lopulta ns."Halbach"magneetti. Se on suunnilleen ihanteellinen rakenne tekniikassa. Se käyttää erityistä magneettiyksiköiden järjestelyä kentänvoimakkuuden parantamiseksi yksikön suunnassa. Tavoitteena on käyttää mahdollisimman vähän magneetteja voimakkaimman magneettikentän luomiseen.

Tällainen ryhmä koostuu kokonaan harvinaisten maametallien kestomagneettimateriaaleista. Järjestämällä kestomagneetteja, joilla on eri magnetointisuunnat tietyn säännön mukaan, magneettiset voimalinjat voidaan keskittää magneettien toiselle puolelle ja voimalinjat heikentää toiselle puolelle, jolloin saadaan ihanteellinen yksipuolinen magneettikenttä. Tällä on suuri merkitys tekniikan kannalta. Erinomaisten magneettikentän jakautumisominaisuuksiensa ansiosta Haierbek-ryhmiä käytetään laajalti teollisuuden aloilla, kuten ydinmagneettiresonanssissa, magneettisessa levitaatiossa ja kestomagneettien erikoismoottoreissa.

Vasemmalla on yksi magneetti, jonka kaikki pohjoisnavat ovat ylöspäin. Väristä voidaan nähdä, että magneettikentän voimakkuus sijaitsee magneetin ala- ja yläosassa. Oikealla on Halbach-taulukko. Magneetin yläosassa on suhteellisen korkea magneettikenttä, kun taas pohja on suhteellisen heikko. (Samalla tilavuudella Halbach-ryhmämagneetin vahvan sivupinnan magneettikentän intensiteetti on n.√2 kertaa (1,4 kertaa) perinteiseen yksittäiseen magneetiin verrattuna, varsinkin kun magneetin paksuus on 4-16 mm magnetointisuunnassa)

Yleisin esimerkki Halbach-sarjasta voi olla joustava jääkaappitarra. Nämä ohuet, pehmeät magneetit painetaan yleensä jääkaappiin tai auton takaosaan. Vaikka niiden magnetismi on erittäin heikko verrattuna NdFeB:hen (vahvuus vain 2%-3%), ne ovat Sen edullinen hinta ja käytännöllisyys tekevät siitä laajan käytön.

Halbach-taulukon muoto ja sovellus

Lineaarinen matriisi

Lineaarinen tyyppi on yksinkertaisin Halbach-taulukkokokoonpano. Tätä ryhmämagneettia voidaan pitää säteittäisen ryhmän ja tangentiaalisen ryhmän yhdistelmänä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.

Lineaarisia Halbach-ryhmiä käytetään tällä hetkellä pääasiassa lineaarisissa moottoreissa. Maglev-junan levitaatioperiaate on, että liikkuva magneetti on vuorovaikutuksessa johtimessa indusoidun virran synnyttämän magneettikentän kanssa levitaatiovoiman tuottamiseksi, ja samalla siihen liittyy magneettinen vastus. Kelluvuuden ja vastussuhteen parantaminen on avainasemassa levitaatiojärjestelmän suorituskyvyn parantamisessa, mikä edellyttää koneessa olevan magneetin painoa Kevyt, vahva magneettikenttä, tasainen magneettikenttä ja korkea luotettavuus. Halbach-järjestelmä on asennettu vaakasuoraan auton korin keskelle ja se on vuorovaikutuksessa telan keskellä olevan käämin kanssa synnyttäen propulsiovoimaa, joka maksimoi magneettikentän pienellä määrällä magneetteja, ja toisella puolella on vähemmän magneettikenttiä, jotka voivat estää matkustajia altistumasta voimakkaille magneettikentille.

Pyöreä joukko

Pyöreää Halbach-ryhmää voidaan pitää lineaaristen Halbach-ryhmien yhdistelmänä päästä päähän pyöreän rengasmuodon muodostamiseksi.

Kestomagneettimoottorissa Halbach-ryhmärakennetta käyttävän kestomagneettimoottorin ilmaraon magneettikenttä on lähempänä sinimuotoista jakaumaa kuin perinteisessä kestomagneettimoottorissa. Jos kestomagneettimateriaalia on sama määrä, Halbach-kestomagneettimoottorilla on suurempi ilmavälin magneettinen tiheys. Rautahävikki on pieni. Lisäksi Halbach-rengasryhmiä käytetään laajasti myös kestomagneettilaakereissa, magneettisissa jäähdytyslaitteissa ja magneettiresonanssilaitteissa.

Halbach-taulukon valmistus- ja valmistusmenetelmä

Menetelmä 1: Liimaa magnetoidut magneettisegmentit yhteen magneettiliimalla ryhmän topologian mukaan. Koska magneettisegmenttien välinen vastavuoroinen hylkiminen on erittäin voimakasta, muottia tulisi käyttää kiinnittämiseen tarttumisen aikana. Tämän menetelmän valmistustehokkuus on alhainen, mutta se on helpompi toteuttaa ja sopii paremmin laboratoriotutkimusvaiheeseen.

Menetelmä 2: Käytä ensin muotin täyttö- tai puristusmuottimenetelmää täydellisen magneetin valmistamiseksi ja magnetoi sitten erityisessä kiinnikkeessä. Tällä menetelmällä käsitelty taulukkorakenne on samanlainen kuin alla oleva kuva. Tällä menetelmällä on korkea prosessointitehokkuus ja vertailu Massatuotanto on helppo toteuttaa. On kuitenkin tarpeen suunnitella erityisesti magnetointilaite ja muotoilla magnetointiprosessi.

Menetelmä 3: Käytä erikoismuotoista käämiryhmää Halbach-tyyppisen magneettikentän jakauman toteuttamiseksi alla olevan kuvan mukaisesti.

Itse tehdyn Halbach-järjestelmän prosessi ja vaikutus laboratoriossa