Matriz Halbach, imán permanente Halbach

La matriz Halbach es una estructura de disposición magnética. Antes de comprender esta estructura, echemos un vistazo a la distribución de las líneas del 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, afectarán la forma de la 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 académico estadounidense Klaus Halbach descubrió esta estructura especial de imán permanente durante un experimento de aceleración de electrones y la mejoró gradualmente, hasta formar finalmente 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 enteramente por materiales magnéticos 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 ingeniería. Con sus excelentes características de distribución del campo magnético, los conjuntos 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 único 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 la matriz Halbach es aproximadamente√2 veces (1,4 veces) la de un imán único tradicional, especialmente cuando el espesor del imán es de 4-16 mm en la dirección de magnetización)

El ejemplo más común de la serie Halbach puede ser la pegatina flexible para frigorífico. Estos imanes finos y suaves suelen estar impresos en el frigorífico o en la parte trasera del coche. Aunque su magnetismo es muy débil en comparación con el NdFeB (sólo 2%-3% de fuerza), su bajo precio y su practicidad lo hacen ampliamente utilizado.

La forma y aplicación de la matriz Halbach.

matriz lineal

El tipo lineal es la composición de matriz de Halbach más básica. Este conjunto de imanes se puede considerar como una combinación de un conjunto radial y un conjunto tangencial, como se muestra en la siguiente figura.

Los conjuntos 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, va acompañado de una resistencia magnética. Mejorar la flotabilidad y la relación de resistencia 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 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, que maximiza el campo magnético con una pequeña cantidad de imanes, y el otro lado tiene menos campos magnéticos. lo que puede evitar que los pasajeros queden expuestos a fuertes campos magnéticos.

matriz circular

La matriz circular de Halbach se puede considerar como una combinación de matrices lineales de Halbach de extremo a extremo para formar una forma de anillo circular.

En el motor de imán permanente, el motor de imán permanente que utiliza la estructura de matriz de Halbach tiene un campo magnético de entrehierro más cercano a la distribución sinusoidal que el motor de imán permanente tradicional. En el caso de la misma cantidad de material de imán permanente, el motor de imán permanente Halbach tiene una densidad magnética de entrehierro mayor. La pérdida de hierro es pequeña. Además, las matrices de anillos de Halbach también se utilizan ampliamente en rodamientos magnéticos permanentes, equipos de refrigeración magnéticos y equipos de resonancia magnética.

Método de fabricación y producción de la matriz Halbach.

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 una baja eficiencia de fabricación, pero es más fácil de implementar y más adecuado para su uso en la etapa de investigación de laboratorio.

Método 2: Primero utilice el método de llenar el molde o presionar el molde para fabricar un imán completo y luego magnetizarlo en un dispositivo especial. La estructura de matriz procesada por este método es similar a la siguiente figura. Este método tiene una alta eficiencia de procesamiento y, en comparación, es fácil realizar una producción en masa. Sin embargo, es necesario diseñar especialmente un dispositivo de magnetización y formular el proceso de magnetización.

Método 3: utilice un conjunto de devanados de forma especial para realizar la distribución del campo magnético tipo Halbach, como se muestra en la siguiente figura.

El proceso y el efecto de la matriz Halbach de fabricación propia en el laboratorio.