Матрица Хальбаха, постоянный магнит Хальбаха
Массив Хальбаха представляет собой магнитную конструкцию. Прежде чем мы разберемся с этой структурой, давайте посмотрим на распределение силовых линий магнитного поля некоторых распространенных постоянных магнитов.
Из этого рисунка нетрудно обнаружить, что направление размещения и расположение магнита напрямую влияет на распределение силовых линий магнитного поля, то есть влияет на форму распределения магнитного поля вокруг магнита.
Концепция массива Хальбаха
Массив Хальбаха (постоянный магнит Хальбаха) - это своего рода магнитная структура. В 1979 году американский ученый Клаус Хальбах обнаружил эту особую структуру постоянного магнита во время эксперимента по ускорению электронов и постепенно улучшил ее, и, наконец, сформировал так называемый"Хальбах"магнит. Это примерная идеальная конструкция в инженерном деле. Он использует специальное расположение магнитных блоков для увеличения напряженности поля в единичном направлении. Цель состоит в том, чтобы использовать наименьшее количество магнитов для создания самого сильного магнитного поля.
Этот тип массива полностью состоит из редкоземельных материалов с постоянными магнитами. Посредством расположения постоянных магнитов с разными направлениями намагничивания в соответствии с определенным правилом магнитные силовые линии могут быть сосредоточены на одной стороне магнитов, а силовые линии могут быть ослаблены на другой стороне, тем самым получая идеальное одностороннее магнитное поле. Это имеет большое значение в технике. Благодаря отличным характеристикам распределения магнитного поля, массивы Haierbek 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 направлены вверх. По цвету видно, что сила магнитного поля находится внизу и вверху магнита. Справа - массив Хальбаха. Магнитное поле в верхней части магнита относительно высокое, а в нижней части относительно слабое. (В том же объеме напряженность магнитного поля сильной боковой поверхности магнита массива Хальбаха составляет около√В 2 раза (в 1,4 раза) больше, чем у традиционного одиночного магнита, особенно когда 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 печатают на холодильнике или задней части автомобиля. Хотя их магнетизм очень слаб по сравнению с NdFeB (всего 2–3% прочности), их низкая цена и практичность делают его широко используемым.
Форма и применение массива Хальбаха
Линейный массив
Линейный тип - это самая основная композиция массива Хальбаха. Этот магнитный массив можно рассматривать как комбинацию радиального массива и тангенциального массива, как показано на рисунке ниже.
Линейные массивы 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, создавая силу левитации, и в то же время это сопровождается магнитным сопротивлением. Улучшение плавучести и коэффициента лобового сопротивления является ключом к улучшению характеристик системы левитации, для чего требуется вес встроенного 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 пути для создания движущей силы, которая максимизирует магнитное поле с небольшим количеством магнитов, а другая сторона имеет меньше магнитных полей,
Круговой массив
Круглый массив Хальбаха можно рассматривать как комбинацию линейных массивов Хальбаха из конца в конец, чтобы сформировать круглую форму кольца.
В двигателе с постоянными магнитами двигатель с постоянными магнитами, использующий структуру массива Хальбаха, имеет магнитное поле с воздушным зазором, более близкое к синусоидальному распределению, чем традиционный двигатель с постоянными магнитами. В случае того же количества материала постоянного магнита двигатель с постоянными магнитами Хальбаха имеет большую магнитную плотность воздушного зазора. Потери в железе невелики. Кроме того, кольцевые решетки Хальбаха также широко используются в подшипниках с постоянными магнитами, магнитном холодильном оборудовании и оборудовании для магнитного резонанса.
Изготовление и метод изготовления массива Хальбаха
Метод 1. В соответствии с топологией массива используйте магнитный клей, чтобы скрепить намагниченные сегменты магнита вместе. Поскольку взаимное отталкивание между магнитными сегментами очень велико, форму следует использовать для зажима во время склеивания. Этот метод имеет низкую производственную эффективность, но его проще реализовать, и он больше подходит для использования на стадии лабораторных исследований.
Метод 2: Сначала используйте метод заполнения формы или пресс-формы для изготовления целого магнита, а затем намагничивайте в специальном приспособлении. Структура массива, обработанная этим методом, аналогична изображенной на рисунке ниже. Этот метод имеет высокую эффективность обработки и сравнения. Легко реализовать массовое производство. Однако необходимо специально разработать приспособление для намагничивания и сформулировать процесс намагничивания.
Метод 3: Используйте обмотку специальной формы, чтобы реализовать распределение магнитного поля типа Хальбаха, как показано на рисунке ниже.
Процесс и эффект самодельного массива Хальбаха в лаборатории