Halbach Array, Halbach permanenteng magnet

Ang Halbach array ay isang magnet arrangement structure. Bago natin maunawaan ang istrukturang ito, tingnan natin ang pamamahagi ng linya ng magnetic field ng ilang karaniwang permanenteng magnet.

Mula sa larawang ito, hindi mahirap hanapin na ang direksyon ng paglalagay at pag-aayos ng magnet ay direktang makakaapekto sa pamamahagi ng mga linya ng magnetic field, iyon ay, makakaapekto ito sa anyo ng pamamahagi ng magnetic field sa paligid ng magnet.

Ang konsepto ng Halbach array

Ang Halbach Array (Halbach permanent magnet) ay isang uri ng istraktura ng magnet. Noong 1979, natuklasan ng Amerikanong iskolar na si Klaus Halbach ang espesyal na permanenteng istraktura ng magnet na ito sa panahon ng eksperimento sa pagpabilis ng elektron at unti-unting pinabuti ito, at sa wakas ay nabuo ang tinatawag na"Halbach"magnet. Ito ay isang tinatayang perpektong istraktura sa engineering. Gumagamit ito ng isang espesyal na pag-aayos ng mga yunit ng magnet upang mapahusay ang lakas ng field sa direksyon ng yunit. Ang layunin ay gumamit ng pinakamababang halaga ng mga magnet upang makabuo ng pinakamalakas na magnetic field.

Ang ganitong uri ng array ay ganap na binubuo ng mga rare earth permanent magnet na materyales. Sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga permanenteng magnet na may iba't ibang direksyon ng magnetizing ayon sa isang tiyak na panuntunan, ang mga magnetic na linya ng puwersa ay maaaring puro sa isang bahagi ng mga magnet, at ang mga linya ng puwersa ay maaaring humina sa kabilang panig, sa gayon ay nakakakuha ng perpektong unilateral magnetic field. Malaki ang kahalagahan nito sa engineering. Sa napakahusay nitong katangian ng pamamahagi ng magnetic field, malawakang ginagamit ang mga Haierbek array sa mga industriyal na larangan tulad ng nuclear magnetic resonance, magnetic levitation, at permanent magnet special motors.

Sa kaliwa ay isang solong magnet na ang lahat ng north pole ay nakaharap paitaas. Mula sa kulay, makikita na ang lakas ng magnetic field ay matatagpuan sa ibaba at tuktok ng magnet. Sa kanan ay isang Halbach array. Ang magnetic field sa tuktok ng magnet ay medyo mataas, habang ang ibaba ay medyo mahina. (Sa ilalim ng parehong volume, ang intensity ng magnetic field ng malakas na ibabaw ng gilid ng Halbach array magnet ay tungkol sa√2 beses (1.4 beses) kaysa sa tradisyonal na solong magnet, lalo na kapag ang kapal ng magnet ay 4-16mm sa direksyon ng magnetizing)

Ang pinakakaraniwang halimbawa ng Halbach array ay maaaring ang flexible na sticker ng refrigerator. Ang mga manipis at malambot na magnet na ito ay karaniwang naka-print sa refrigerator o sa likod ng kotse. Kahit na ang kanilang magnetism ay napakahina kumpara sa NdFeB (lamang 2%-3% lakas), ang mga ito ay ang mababang presyo at pagiging praktiko ginagawa itong malawakang ginagamit.

Ang anyo at aplikasyon ng Halbach array

Linear array

Ang linear na uri ay ang pinakapangunahing Halbach array composition. Ang array magnet na ito ay maaaring ituring bilang isang kumbinasyon ng isang radial array at isang tangential array, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Ang mga linear Halbach array ay kasalukuyang pangunahing ginagamit sa mga linear na motor. Ang prinsipyo ng levitation ng maglev train ay ang gumagalaw na magnet ay nakikipag-ugnayan sa magnetic field na nabuo ng induced current sa conductor upang makabuo ng levitation force, at sa parehong oras, ito ay sinamahan ng magnetic resistance. Ang pagpapabuti ng buoyancy at drag ratio ay ang susi sa pagpapabuti ng performance ng levitation system, na nangangailangan ng bigat ng on-board magnet Magaan ang timbang, malakas na magnetic field, unipormeng magnetic field at mataas na pagiging maaasahan. Ang Halbach array ay naka-install nang pahalang sa gitna ng katawan ng kotse at nakikipag-ugnayan sa paikot-ikot sa gitna ng track upang makabuo ng propulsive force, na nagpapalaki sa magnetic field na may kaunting magnet, at ang kabilang panig ay may mas kaunting magnetic field, na maaaring maiwasan ang mga pasahero na malantad sa malalakas na magnetic field.

Pabilog na hanay

Ang pabilog na Halbach array ay maaaring ituring bilang isang kumbinasyon ng mga linear Halbach array na dulo hanggang dulo upang bumuo ng isang pabilog na hugis ng singsing.

Sa permanenteng magnet motor, ang permanenteng magnet motor na gumagamit ng Halbach array structure ay may air gap magnetic field na mas malapit sa sinusoidal distribution kaysa sa tradisyunal na permanent magnet na motor. Sa kaso ng parehong dami ng permanenteng magnet na materyal, ang Halbach permanent magnet na motor ay may mas malaking air gap magnetic density. Ang pagkawala ng bakal ay maliit. Bilang karagdagan, ang Halbach ring array ay malawakang ginagamit sa permanenteng magnetic bearings, magnetic refrigeration equipment at magnetic resonance equipment.

Pamamaraan ng paggawa at paggawa ng Halbach array

Paraan 1: Ayon sa topology ng array, gumamit ng magnet glue upang pagsama-samahin ang magnetized magnet segment. Dahil ang mutual repulsion sa pagitan ng mga segment ng magnet ay napakalakas, ang amag ay dapat gamitin para sa clamping sa panahon ng pagdirikit. Ang pamamaraang ito ay may mababang kahusayan sa pagmamanupaktura, ngunit mas madaling ipatupad, at mas angkop para sa paggamit sa yugto ng pananaliksik sa laboratoryo.

Paraan 2: Gamitin muna ang paraan ng pagpuno ng amag o pagpindot ng amag upang makagawa ng kumpletong magnet, at pagkatapos ay mag-magnetize sa isang espesyal na kabit. Ang istraktura ng array na naproseso ng paraang ito ay katulad ng figure sa ibaba. Ang pamamaraang ito ay may mataas na kahusayan sa pagpoproseso at paghahambing Madaling mapagtanto ang mass production. Gayunpaman, kinakailangan na espesyal na magdisenyo ng magnetizing fixture at bumalangkas ng magnetizing process.

Paraan 3: Gumamit ng isang espesyal na hugis na winding array upang mapagtanto ang Halbach-type magnetic field distribution, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Ang proseso at epekto ng self-made Halbach array sa laboratoryo