Решетка Хальбаха Постоянный магнит Хальбаха

Массив Хальбаха представляет собой структуру с расположением магнитов. Прежде чем мы поймем эту структуру, давайте посмотрим на распределение линий магнитного поля некоторых распространенных постоянных магнитов.

Из этой картины нетрудно найти, что направление размещения и расположение магнита будет напрямую влиять на распределение силовых линий магнитного поля, то есть будет влиять на форму распределения магнитного поля вокруг магнита.

Концепция массива Хальбаха

Решетка Хальбаха (постоянный магнит Хальбаха) представляет собой разновидность магнитной структуры. В 1979 году американский ученый Клаус Хальбах обнаружил эту особую структуру постоянного магнита во время эксперимента по ускорению электронов и постепенно улучшал ее, и в конце концов сформировал так называемый"Хальбах"магнит. Это приблизительная идеальная структура в технике. Он использует специальное расположение магнитных блоков для увеличения напряженности поля в направлении блока. 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. Располагая по определенному правилу постоянные магниты с разными направлениями намагничивания, магнитные силовые линии можно сосредоточить с одной стороны магнитов, а силовые линии ослабить с другой стороны, получив таким образом идеальное одностороннее магнитное поле. Это имеет большое значение в технике. Благодаря отличным характеристикам распределения магнитного поля массивы Haierbek широко используются в промышленных областях, таких как ядерный магнитный резонанс, магнитная левитация и специальные двигатели с постоянными магнитами.

Слева — один магнит, у которого все северные полюса обращены вверх. По цвету видно, что сила магнитного поля расположена внизу и вверху магнита. Справа массив Хальбаха. Магнитное поле в верхней части магнита относительно сильное, а в нижней относительно слабое. (При том же объеме напряженность магнитного поля сильной боковой поверхности массивного магнита Хальбаха составляет около√в 2 раза (1,4 раза) больше, чем у традиционного одиночного магнита, особенно когда толщина магнита составляет 4-16 мм в направлении намагничивания)

Наиболее распространенным примером массива Хальбаха может быть гибкая наклейка на холодильник. Эти тонкие мягкие магниты обычно печатают на холодильнике или на задней части автомобиля. Хотя их магнетизм очень слаб по сравнению с NdFeB (сила всего 2%-3%), их низкая цена и практичность делают их широко используемыми.

Форма и применение массива Хальбаха

Линейный массив

Линейный тип является наиболее простой композицией массива Хальбаха. Этот матричный магнит 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, для создания силы левитации, и в то же время это сопровождается магнитным сопротивлением. Улучшение плавучести и коэффициента аэродинамического сопротивления является ключом к улучшению работы системы левитации, для чего требуется вес бортового магнита Малый вес, сильное магнитное поле, однородное магнитное поле и высокая надежность. Массив Хальбаха установлен горизонтально в центре кузова автомобиля и взаимодействует с обмоткой в ​​центре гусеницы для создания движущей силы, которая максимизирует магнитное поле с небольшим количеством магнитов, а другая сторона имеет меньше магнитных полей,

Круговой массив

Круговую матрицу Хальбаха можно рассматривать как комбинацию линейных решеток Хальбаха встык, чтобы сформировать круглую кольцевую форму.

В двигателе с постоянными магнитами двигатель с постоянными магнитами, использующий матричную структуру Хальбаха, имеет магнитное поле воздушного зазора, более близкое к синусоидальному распределению, чем традиционный двигатель с постоянными магнитами. В случае того же количества материала постоянного магнита двигатель с постоянным магнитом Halbach имеет большую магнитную плотность воздушного зазора. Потери в железе небольшие. Кроме того, массивы колец Хальбаха также широко используются в подшипниках с постоянными магнитами, магнитном холодильном оборудовании и оборудовании для магнитного резонанса.

Изготовление и метод производства массива Хальбаха

Метод 1: В соответствии с топологией массива используйте магнитный клей, чтобы соединить намагниченные сегменты магнита вместе. Поскольку взаимное отталкивание между сегментами магнита очень сильное, следует использовать пресс-форму для зажима при склеивании. Этот метод имеет низкую производственную эффективность, но проще в реализации и больше подходит для использования на стадии лабораторных исследований.

Метод 2: Сначала используйте метод заполнения формы или пресс-формы для изготовления полного магнита, а затем намагничивайте его в специальном приспособлении. Структура массива, обработанного этим методом, аналогична рисунку ниже. Этот метод имеет высокую эффективность обработки и сравнительно легко реализуется массовое производство. Однако необходимо специально спроектировать намагничивающее приспособление и сформулировать процесс намагничивания.

Метод 3: Используйте массив обмоток специальной формы для реализации распределения магнитного поля по типу Хальбаха, как показано на рисунке ниже.

Процесс и действие самодельного массива Хальбаха в лаборатории