Halbach Array, Halbach permanente magneet
De Halbach-array is een magneetarrangementstructuur. Voordat we deze structuur begrijpen, moeten we eerst eens kijken naar de verdeling van de magnetische veldlijnen van enkele gewone permanente magneten.
Uit deze afbeelding is het niet moeilijk te concluderen dat de plaatsingsrichting en opstelling van de magneet rechtstreeks de verdeling van magnetische veldlijnen zullen beïnvloeden, dat wil zeggen dat het de vorm van de magnetische veldverdeling rond de magneet zal beïnvloeden.
Het concept van de Halbach-array
Halbach Array (permanente magneet van Halbach) is een soort magneetstructuur. In 1979 ontdekte de Amerikaanse geleerde Klaus Halbach deze speciale permanente magneetstructuur tijdens een elektronenversnellingsexperiment en verbeterde deze geleidelijk, en vormde uiteindelijk de zogenaamde"Halbach"magneet. Het is bij benadering een ideale structuur in de techniek. Het maakt gebruik van een speciale opstelling van magneeteenheden om de veldsterkte in de richting van de eenheid te verbeteren. Het doel is om zo min mogelijk magneten te gebruiken om het sterkste magnetische veld te genereren.
Dit soort array is volledig samengesteld uit zeldzame aardmetalen permanente magneetmaterialen. Door permanente magneten met verschillende magnetiseringsrichtingen volgens een bepaalde regel op te stellen, kunnen de magnetische krachtlijnen aan de ene kant van de magneten worden geconcentreerd en aan de andere kant de krachtlijnen worden verzwakt, waardoor een ideaal eenzijdig magnetisch veld wordt verkregen. Dit is van groot belang in de techniek. Met zijn uitstekende magnetische velddistributiekarakteristieken worden Haierbek-arrays veel gebruikt in industriële velden zoals nucleaire magnetische resonantie, magnetische levitatie en speciale permanente magneetmotoren.
Aan de linkerkant is een enkele magneet te zien met alle noordpolen naar boven gericht. Aan de kleur is te zien dat de sterkte van het magnetische veld zich aan de onder- en bovenkant van de magneet bevindt. Aan de rechterkant is een Halbach-array. Het magnetische veld aan de bovenkant van de magneet is relatief hoog, terwijl de onderkant relatief zwak is. (Onder hetzelfde volume is de magnetische veldintensiteit van het sterke zijoppervlak van de Halbach-arraymagneet ongeveer√2 keer (1,4 keer) die van een traditionele enkele magneet, vooral wanneer de dikte van de magneet 4-16 mm is in de magnetisatierichting)
Het meest voorkomende voorbeeld van de Halbach-reeks is wellicht de flexibele koelkaststicker. Deze dunne, zachte magneten worden meestal op de koelkast of op de achterkant van de auto gedrukt. Hoewel hun magnetisme erg zwak is in vergelijking met NdFeB (slechts 2%-3% sterkte), worden ze door de lage prijs en bruikbaarheid op grote schaal gebruikt.
De vorm en toepassing van Halbach-array
Lineaire array
Het lineaire type is de meest basale Halbach-arraysamenstelling. Deze arraymagneet kan worden beschouwd als een combinatie van een radiale array en een tangentiële array, zoals weergegeven in onderstaande figuur.
Lineaire Halbach-arrays worden momenteel voornamelijk gebruikt in lineaire motoren. Het levitatieprincipe van de magneettrein is dat de bewegende magneet interageert met het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de geïnduceerde stroom in de geleider om levitatiekracht te genereren, en tegelijkertijd gaat dit gepaard met magnetische weerstand. Het verbeteren van het drijfvermogen en de weerstandsverhouding is de sleutel tot het verbeteren van de prestaties van het levitatiesysteem, waarvoor het gewicht van de ingebouwde magneet vereist is. Lichtgewicht, sterk magnetisch veld, uniform magnetisch veld en hoge betrouwbaarheid. De Halbach-array wordt horizontaal in het midden van de carrosserie geïnstalleerd en werkt samen met de wikkeling in het midden van de baan om voortstuwingskracht te genereren, waardoor het magnetische veld wordt gemaximaliseerd met een kleine hoeveelheid magneten, en de andere kant minder magnetische velden heeft. die kunnen voorkomen dat passagiers worden blootgesteld aan sterke magnetische velden.
Circulaire reeks
De cirkelvormige Halbach-array kan worden beschouwd als een combinatie van lineaire Halbach-arrays die van begin tot eind een cirkelvormige ringvorm vormen.
Bij de permanente magneetmotor heeft de permanente magneetmotor die gebruik maakt van de Halbach-arraystructuur een magnetisch veld met een luchtspleet dat dichter bij de sinusoïdale verdeling ligt dan de traditionele permanentmagneetmotor. Bij dezelfde hoeveelheid permanentmagneetmateriaal heeft de Halbach permanentmagneetmotor een grotere magnetische luchtspleetdichtheid. Het ijzerverlies is klein. Daarnaast worden Halbach-ringarrays ook veel gebruikt in permanente magnetische lagers, magnetische koelapparatuur en magnetische resonantieapparatuur.
Fabricage- en productiemethode van Halbach-array
Methode 1: Gebruik, afhankelijk van de topologie van de array, magneetlijm om de gemagnetiseerde magneetsegmenten aan elkaar te hechten. Omdat de onderlinge afstoting tussen de magneetsegmenten zeer sterk is, dient de mal gebruikt te worden voor het klemmen tijdens het verlijmen. Deze methode heeft een lage productie-efficiëntie, maar is gemakkelijker te implementeren en is geschikter voor gebruik in de laboratoriumonderzoeksfase.
Methode 2: Gebruik eerst de methode van het vullen van de mal of het persen van de mal om een complete magneet te vervaardigen en vervolgens te magnetiseren in een speciaal armatuur. De arraystructuur die met deze methode wordt verwerkt, is vergelijkbaar met de onderstaande afbeelding. Deze methode heeft een hoge verwerkingsefficiëntie en vergelijking. Het is eenvoudig om massaproductie te realiseren. Het is echter noodzakelijk om de magnetiserende armatuur speciaal te ontwerpen en het magnetiseringsproces te formuleren.
Methode 3: Gebruik een speciaal gevormde wikkelingsarray om de magnetische veldverdeling van het Halbach-type te realiseren, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Het proces en effect van de zelfgemaakte Halbach-array in het laboratorium