Halbach Array, Halbach állandó mágnes
A Halbach tömb egy mágneses elrendezésű szerkezet. Mielőtt megértenénk ezt a szerkezetet, vessünk egy pillantást néhány elterjedt állandó mágnes mágneses erővonal-eloszlására.
Ebből a képből nem nehéz megállapítani, hogy a mágnes elhelyezési iránya és elrendezése közvetlenül befolyásolja a mágneses erővonalak eloszlását, azaz befolyásolja a mágnes körüli mágneses téreloszlás formáját.
A Halbach-tömb fogalma
A Halbach Array (Halbach állandó mágnes) egyfajta mágneses szerkezet. Klaus Halbach amerikai tudós 1979-ben elektrongyorsítási kísérlet során fedezte fel ezt a különleges állandó mágneses szerkezetet és fokozatosan továbbfejlesztette, végül megalkotta az ún."Halbach"mágnes. Ez egy megközelítőleg ideális szerkezet a mérnöki területen. A mágnesegységek speciális elrendezését használja a térerősség növelésére az egység irányában. A cél az, hogy a legkevesebb mágnest használjuk a legerősebb mágneses tér létrehozásához.
Ez a fajta tömb teljes egészében ritkaföldfém állandó mágnesekből áll. A különböző mágnesezési irányú állandó mágnesek meghatározott szabály szerinti elrendezésével a mágneses erővonalak a mágnesek egyik oldalán koncentrálhatók, a másik oldalon pedig gyengíthetők, ezáltal ideális egyoldalú mágneses mezőt kaphatunk. Ennek nagy jelentősége van a mérnöki munkában. Kiváló mágneses téreloszlási jellemzőinek köszönhetően a Haierbek tömböket széles körben használják olyan ipari területeken, mint a mágneses magrezonancia, a mágneses levitáció és az állandó mágneses speciális motorok.
A bal oldalon egyetlen mágnes található, amelynek minden északi pólusa felfelé néz. A színből látható, hogy a mágneses tér erőssége a mágnes alján és tetején található. A jobb oldalon egy Halbach-tömb található. A mágnes tetején viszonylag nagy a mágneses tér, míg az alsó részen viszonylag gyenge. (Ugyanolyan térfogat mellett a Halbach tömbmágnes erős oldalfelületének mágneses térintenzitása kb.√2-szerese (1,4-szerese) a hagyományos egymágnesének, különösen, ha a mágnes vastagsága 4-16 mm a mágnesezési irányban)
A Halbach tömb leggyakoribb példája a rugalmas hűtőszekrény matrica lehet. Ezeket a vékony, puha mágneseket általában a hűtőszekrényre vagy az autó hátuljára nyomtatják. Bár a mágnesességük nagyon gyenge az NdFeB-hez képest (mindössze 2%-3%-os erősségű), alacsony árának és praktikusságának köszönhetően széles körben használják.
A Halbach tömb formája és alkalmazása
Lineáris tömb
A lineáris típus a legalapvetőbb Halbach-tömbkompozíció. Ez a tömbmágnes egy radiális tömb és egy tangenciális tömb kombinációjának tekinthető, amint az az alábbi ábrán látható.
A lineáris Halbach-tömböket jelenleg főleg lineáris motorokban használják. A maglev sorozat levitációs elve az, hogy a mozgó mágnes kölcsönhatásba lép a vezetőben indukált áram által keltett mágneses térrel, és ezzel együtt lebegtető erőt hoz létre, és ezzel egyidejűleg mágneses ellenállás is kíséri. A felhajtóerő és a légellenállási arány javítása a kulcsa a levitációs rendszer teljesítményének javításának, amelyhez a fedélzeti mágnes súlyára van szükség Könnyű súly, erős mágneses tér, egyenletes mágneses tér és nagy megbízhatóság. A Halbach tömb vízszintesen van elhelyezve a karosszéria közepén, és a pálya közepén lévő tekercseléssel kölcsönhatásba lépve hajtóerőt generál, ami kis mennyiségű mágnessel maximalizálja a mágneses teret, a másik oldalon pedig kevesebb a mágneses tér, amely megakadályozhatja, hogy az utasok erős mágneses mezőknek legyenek kitéve.
Körkörös tömb
A kör alakú Halbach-tömb lineáris Halbach-tömbök kombinációjának tekinthető, amelyek egy kör alakú gyűrű alakot alkotnak.
Az állandó mágneses motorban a Halbach tömbszerkezetet alkalmazó állandó mágneses motor légrés mágneses tere közelebb van a szinuszos eloszláshoz, mint a hagyományos állandó mágneses motor. Ugyanennyi állandó mágneses anyag esetén a Halbach állandó mágneses motor légrés mágneses sűrűsége nagyobb. A vasveszteség kicsi. Ezenkívül a Halbach gyűrűrendszereket széles körben használják állandó mágneses csapágyakban, mágneses hűtőberendezésekben és mágneses rezonancia berendezésekben.
Halbach tömb gyártási és előállítási módja
1. módszer: A tömb topológiájának megfelelően használjon mágnesragasztót a mágnesezett mágnesszegmensek összekapcsolásához. Mivel a mágnesszegmensek közötti kölcsönös taszítás nagyon erős, a formát a tapadás során történő befogáshoz kell használni. Ennek a módszernek a gyártási hatékonysága alacsony, de könnyebben megvalósítható, és alkalmasabb a laboratóriumi kutatási szakaszban való használatra.
2. módszer: Először használja az öntőforma kitöltésének vagy a présforma módszerét egy komplett mágnes előállításához, majd mágnesezze egy speciális rögzítőelemben. Az ezzel a módszerrel feldolgozott tömbstruktúra hasonló az alábbi ábrához. Ennek a módszernek nagy a feldolgozási hatékonysága és összehasonlítása Könnyen megvalósítható a tömeggyártás. Szükséges azonban speciálisan megtervezni a mágnesező berendezést és meg kell fogalmazni a mágnesezési eljárást.
3. módszer: Használjon speciális alakú tekercstömböt a Halbach-típusú mágneses téreloszlás megvalósításához, az alábbi ábrán látható módon.
A saját készítésű Halbach-tömb folyamata és hatása a laboratóriumban