Tablica Halbacha, magnes trwały Halbacha

Tablica Halbacha jest strukturą układu magnesów. Zanim zrozumiemy tę strukturę, przyjrzyjmy się rozkładowi linii pola magnetycznego niektórych popularnych magnesów trwałych.

Z tego obrazu nietrudno stwierdzić, że kierunek umieszczenia i rozmieszczenie magnesu będzie miało bezpośredni wpływ na rozkład linii pola magnetycznego, to znaczy wpłynie na formę rozkładu pola magnetycznego wokół magnesu.

Pojęcie tablicy Halbacha

Układ Halbacha (magnes trwały Halbacha) to rodzaj struktury magnesu. W 1979 roku amerykański uczony Klaus Halbach odkrył tę specjalną strukturę magnesu trwałego podczas eksperymentu z przyspieszaniem elektronów i stopniowo ją udoskonalał, aż w końcu utworzył tzw."Halbacha"magnes. Jest to przybliżona idealna konstrukcja w inżynierii. Wykorzystuje specjalny układ jednostek magnesów w celu zwiększenia natężenia pola w kierunku jednostki. Celem jest użycie jak najmniejszej ilości magnesów do wygenerowania najsilniejszego pola magnetycznego.

Ten rodzaj układu składa się w całości z materiałów z magnesami trwałymi ziem rzadkich. Układając magnesy trwałe o różnych kierunkach magnesowania według pewnej zasady, linie sił magnetycznych można skoncentrować po jednej stronie magnesów, a linie sił można osłabić po drugiej stronie, uzyskując w ten sposób idealne jednostronne pole magnetyczne. Ma to ogromne znaczenie w inżynierii. Dzięki doskonałym właściwościom rozkładu pola magnetycznego macierze Haierbeka są szeroko stosowane w dziedzinach przemysłowych, takich jak jądrowy rezonans magnetyczny, lewitacja magnetyczna i specjalne silniki z magnesami trwałymi.

Po lewej stronie znajduje się pojedynczy magnes, którego wszystkie bieguny północne są skierowane w górę. Z koloru widać, że siła pola magnetycznego znajduje się na dole i na górze magnesu. Po prawej stronie znajduje się tablica Halbacha. Pole magnetyczne na górze magnesu jest stosunkowo wysokie, podczas gdy na dole jest stosunkowo słabe. (Przy tej samej objętości natężenie pola magnetycznego mocnej powierzchni bocznej magnesu Halbacha wynosi około√2 razy (1,4 razy) więcej niż w przypadku tradycyjnego pojedynczego magnesu, zwłaszcza gdy grubość magnesu wynosi 4–16 mm w kierunku magnesowania)

Najczęstszym przykładem tablicy Halbacha może być elastyczna naklejka na lodówkę. Te cienkie, miękkie magnesy są zwykle drukowane na lodówce lub z tyłu samochodu. Chociaż ich magnetyzm jest bardzo słaby w porównaniu do NdFeB (tylko 2%-3% siły), to ich niska cena i praktyczność sprawiają, że są szeroko stosowane.

Forma i zastosowanie tablicy Halbacha

Układ liniowy

Typ liniowy jest najbardziej podstawową kompozycją tablicy Halbacha. Ten magnes szykowy można uznać za kombinację układu promieniowego i układu stycznego, jak pokazano na poniższym rysunku.

Liniowe układy Halbacha są obecnie stosowane głównie w silnikach liniowych. Zasada lewitacji pociągu maglev polega na tym, że ruchomy magnes oddziałuje z polem magnetycznym generowanym przez prąd indukowany w przewodniku, wytwarzając siłę lewitacji, a jednocześnie towarzyszy temu opór magnetyczny. Poprawa współczynnika pływalności i oporu jest kluczem do poprawy wydajności systemu lewitacji, co wymaga ciężaru magnesu pokładowego. Lekka waga, silne pole magnetyczne, jednolite pole magnetyczne i wysoka niezawodność. Układ Halbacha montowany jest poziomo pośrodku karoserii i współdziała z uzwojeniem znajdującym się pośrodku toru, generując siłę napędową, która maksymalizuje pole magnetyczne przy małej ilości magnesów, a druga strona ma mniej pól magnetycznych, które mogą chronić pasażerów przed narażeniem na działanie silnych pól magnetycznych.

Układ kołowy

Okrągły układ Halbacha można uznać za kombinację liniowych układów Halbacha od końca do końca, tworząc okrągły kształt pierścienia.

W silniku z magnesami trwałymi silnik z magnesami trwałymi wykorzystujący strukturę układu Halbacha ma pole magnetyczne szczeliny powietrznej bliższe rozkładowi sinusoidalnemu niż tradycyjny silnik z magnesami trwałymi. W przypadku tej samej ilości materiału z magnesem trwałym silnik z magnesem trwałym Halbacha ma większą gęstość magnetyczną w szczelinie powietrznej. Strata żelaza jest niewielka. Ponadto układy pierścieniowe Halbacha są również szeroko stosowane w trwałych łożyskach magnetycznych, magnetycznych urządzeniach chłodniczych i sprzęcie rezonansu magnetycznego.

Wytwarzanie i metoda wytwarzania układu Halbacha

Metoda 1: Zgodnie z topologią układu, użyj kleju magnetycznego, aby połączyć ze sobą segmenty namagnesowanego magnesu. Ponieważ wzajemne odpychanie się segmentów magnesu jest bardzo duże, do zaciśnięcia w trakcie klejenia należy zastosować formę. Metoda ta ma niską wydajność produkcyjną, ale jest łatwiejsza do wdrożenia i jest bardziej odpowiednia do stosowania na etapie badań laboratoryjnych.

Metoda 2: Najpierw użyj metody napełniania formy lub tłoczenia formy, aby wyprodukować kompletny magnes, a następnie namagnesuj w specjalnym uchwycie. Struktura tablicy przetwarzana tą metodą jest podobna do poniższej ilustracji. Ta metoda ma wysoką wydajność przetwarzania i porównanie. Łatwo jest zrealizować masową produkcję. Konieczne jest jednak specjalne zaprojektowanie urządzenia magnesującego i sformułowanie procesu magnesowania.

Metoda 3: Użyj specjalnego układu uzwojeń, aby uzyskać rozkład pola magnetycznego typu Halbacha, jak pokazano na poniższym rysunku.

Proces i działanie samodzielnie wykonanego układu Halbacha w laboratorium