Matriz de Halbach Imán permanente de Halbach
El arreglo de Halbach es una estructura de arreglo de imanes. Antes de comprender esta estructura, echemos un vistazo a la distribución de líneas de campo magnético de algunos imanes permanentes comunes.
A partir de esta imagen, no es difícil encontrar que la dirección de colocación y la disposición del imán afectarán directamente la distribución de las líneas del campo magnético, es decir, afectará la forma de distribución del campo magnético alrededor del imán.
El concepto de matriz de Halbach
Halbach Array (imán permanente de Halbach) es un tipo de estructura magnética. En 1979, el erudito estadounidense Klaus Halbach descubrió esta estructura de imán permanente especial durante un experimento de aceleración de electrones y la mejoró gradualmente, y finalmente formó el llamado"Halbach"imán. Es una estructura ideal aproximada en ingeniería. Utiliza una disposición especial de unidades magnéticas para mejorar la intensidad del campo en la dirección de la unidad. El objetivo es utilizar la menor cantidad de imanes para generar el campo magnético más fuerte.
Este tipo de matriz está compuesta en su totalidad por materiales de imanes permanentes de tierras raras. Al disponer imanes permanentes con diferentes direcciones de magnetización de acuerdo con una determinada regla, las líneas de fuerza magnéticas se pueden concentrar en un lado de los imanes y las líneas de fuerza se pueden debilitar en el otro lado, obteniendo así un campo magnético unilateral ideal. Esto es de gran importancia en la ingeniería. Con sus excelentes características de distribución del campo magnético, las matrices de Haierbek se utilizan ampliamente en campos industriales como la resonancia magnética nuclear, la levitación magnética y los motores especiales de imanes permanentes.
A la izquierda hay un solo imán con todos los polos norte mirando hacia arriba. Por el color, se puede ver que la fuerza del campo magnético se encuentra en la parte inferior y superior del imán. A la derecha hay una matriz de Halbach. El campo magnético en la parte superior del imán es relativamente alto, mientras que en la parte inferior es relativamente débil. (Bajo el mismo volumen, la intensidad del campo magnético de la superficie lateral fuerte del imán de matriz de Halbach es de aproximadamente√2 veces (1,4 veces) la de un solo imán tradicional, especialmente cuando el grosor del imán es de 4-16 mm en la dirección de magnetización)
El ejemplo más común de la matriz de Halbach puede ser la etiqueta adhesiva flexible del refrigerador. Estos imanes delgados y suaves generalmente se imprimen en el refrigerador o en la parte trasera del automóvil. Aunque su magnetismo es muy débil en comparación con NdFeB (solo 2%-3% de fuerza), son ampliamente utilizados por su bajo precio y practicidad.
La forma y aplicación de la matriz de Halbach.
matriz lineal
El tipo lineal es la composición de matriz de Halbach más básica. Este imán de matriz se puede considerar como una combinación de una matriz radial y una matriz tangencial, como se muestra en la siguiente figura.
Las matrices lineales de Halbach se utilizan actualmente principalmente en motores lineales. El principio de levitación del tren maglev es que el imán en movimiento interactúa con el campo magnético generado por la corriente inducida en el conductor para generar fuerza de levitación y, al mismo tiempo, está acompañado por una resistencia magnética. Mejorar la relación de flotabilidad y arrastre es la clave para mejorar el rendimiento del sistema de levitación, que requiere el peso del imán a bordo Peso ligero, campo magnético fuerte, campo magnético uniforme y alta confiabilidad. La matriz de Halbach se instala horizontalmente en el centro de la carrocería del automóvil e interactúa con el devanado en el centro de la pista para generar fuerza de propulsión, lo que maximiza el campo magnético con una pequeña cantidad de imanes, y el otro lado tiene menos campos magnéticos,
Circular array
The circular Halbach array can be regarded as a combination of linear Halbach arrays end to end to form a circular ring shape.
In the permanent magnet motor, the permanent magnet motor using the Halbach array structure has an air gap magnetic field closer to the sinusoidal distribution than the traditional permanent magnet motor. In the case of the same amount of permanent magnet material, the Halbach permanent magnet motor has a larger air gap magnetic density. The iron loss is small. In addition, Halbach ring arrays are also widely used in permanent magnetic bearings, magnetic refrigeration equipment and magnetic resonance equipment.
Fabrication and production method of Halbach array
Método 1: De acuerdo con la topología de la matriz, use pegamento magnético para unir los segmentos magnéticos magnetizados. Debido a que la repulsión mutua entre los segmentos magnéticos es muy fuerte, el molde debe usarse para sujetar durante la adhesión. Este método tiene baja eficiencia de fabricación, pero es más fácil de implementar y es más adecuado para su uso en la etapa de investigación de laboratorio.
Método 2: primero use el método de llenado de molde o prensado de molde para fabricar un imán completo y luego magnetícelo en un accesorio especial. La estructura de matriz procesada por este método es similar a la figura a continuación. Este método tiene una alta eficiencia de procesamiento y comparación. Es fácil realizar una producción en masa. Sin embargo, es necesario diseñar especialmente el dispositivo de magnetización y formular el proceso de magnetización.
Método 3: use una matriz de bobinado de forma especial para realizar la distribución del campo magnético tipo Halbach, como se muestra en la figura a continuación.
El proceso y el efecto de la matriz de Halbach hecha a sí misma en el laboratorio.