Halbach Array, Halbachi püsimagnet
Halbachi massiiv on magneti paigutusstruktuur. Enne selle struktuuri mõistmist vaatame mõne levinud püsimagneti magnetvälja joonte jaotust.
Sellelt pildilt ei ole raske leida, et magneti paigutuse suund ja paigutus mõjutab otseselt magnetvälja joonte jaotust, st mõjutab magnetvälja magnetvälja jaotuse vormi magneti ümber.
Halbachi massiivi kontseptsioon
Halbachi massiiv (Halbachi püsimagnet) on omamoodi magnetstruktuur. 1979. aastal avastas Ameerika õpetlane Klaus Halbach elektronkiirenduse katse käigus selle erilise püsimagnetstruktuuri ja täiustas seda järk-järgult ning moodustas lõpuks nn."Halbach"magnet. See on ligikaudne ideaalne struktuur inseneriteaduses. See kasutab magnetüksuste spetsiaalset paigutust, et suurendada väljatugevust ühiku suunas. Eesmärk on kasutada kõige vähem magneteid, et tekitada tugevaim magnetväli.
Seda tüüpi massiiv koosneb täielikult haruldaste muldmetallide püsimagnetmaterjalidest. Erinevate magnetiseerimissuundadega püsimagneteid kindla reegli järgi paigutades saab magnetilisi jõujooni koondada magnetite ühele küljele ja jõujooni teisele poole nõrgendada, saades seeläbi ideaalse ühepoolse magnetvälja. Sellel on inseneriteaduses suur tähtsus. Oma suurepäraste magnetvälja jaotusomadustega kasutatakse Haierbeki massiive laialdaselt sellistes tööstusvaldkondades nagu tuumamagnetresonants, magnetlevitatsioon ja püsimagnetitega spetsiaalsed mootorid.
Vasakul on üks magnet, mille kõik põhjapoolused on ülespoole. Värvilt on näha, et magnetvälja tugevus paikneb magneti all- ja ülaosas. Paremal on Halbachi massiiv. Magneti ülaosas on magnetväli suhteliselt kõrge, alumine aga suhteliselt nõrk. (Sama helitugevuse korral on Halbachi massiivi magneti tugeva külgpinna magnetvälja intensiivsus umbes√2 korda (1,4 korda) tavalisest üksikmagnetist, eriti kui magneti paksus on magnetiseerimissuunas 4-16 mm)
Halbachi massiivi kõige levinum näide võib olla paindlik külmiku kleebis. Need õhukesed pehmed magnetid on tavaliselt trükitud külmikule või auto tagaküljele. Kuigi nende magnetism on võrreldes NdFeB-ga väga nõrk (ainult 2%-3% tugevus), on need selle madala hinna ja praktilisuse tõttu laialdaselt kasutatavad.
Halbachi massiivi vorm ja rakendus
Lineaarne massiiv
Lineaarne tüüp on Halbachi massiivi kõige elementaarsem kompositsioon. Seda massiivimagnetit võib pidada radiaalse massiivi ja tangentsiaalse massiivi kombinatsiooniks, nagu on näidatud alloleval joonisel.
Lineaarseid Halbachi massiive kasutatakse praegu peamiselt lineaarmootorites. Maglev-rongi levitatsioonipõhimõte seisneb selles, et liikuv magnet interakteerub juhis indutseeritud voolu tekitatud magnetväljaga, et tekitada levitatsioonijõudu, ja samal ajal kaasneb sellega magnettakistus. Ujuvuse ja takistuse suhte parandamine on levitatsioonisüsteemi jõudluse parandamise võti, mis nõuab pardamagneti raskust Kerge kaal, tugev magnetväli, ühtlane magnetväli ja kõrge töökindlus. Halbachi massiiv on paigaldatud horisontaalselt auto kere keskele ja interakteerub raja keskel oleva mähisega, tekitades tõukejõudu, mis maksimeerib magnetvälja väikese koguse magnetitega ja teisel poolel on vähem magnetvälju, mis võib takistada reisijate kokkupuudet tugevate magnetväljadega.
Ringikujuline massiiv
Ringikujulist Halbachi massiivi võib vaadelda kui lineaarsete Halbachi massiivide kombinatsiooni otsast lõpuni, et moodustada ringikujuline rõngakuju.
Püsimagnetmootoris on Halbachi massiivi struktuuri kasutaval püsimagnetmootoril õhupilu magnetväli, mis on siinusjaotusele lähemal kui traditsioonilisel püsimagnetmootoril. Sama koguse püsimagnetmaterjali puhul on Halbachi püsimagnetmootoril suurem õhupilu magnettihedus. Raua kadu on väike. Lisaks kasutatakse Halbachi rõngaste massiive laialdaselt ka püsimagnetlaagrites, magnetjahutusseadmetes ja magnetresonantsseadmetes.
Halbachi massiivi valmistamis- ja tootmismeetod
1. meetod: vastavalt massiivi topoloogiale kasutage magnetiseeritud magneti segmentide ühendamiseks magnetliimi. Kuna magnetsegmentide vastastikune tõrjumine on väga tugev, tuleks nakkumise ajal kasutada vormi kinnitamiseks. Sellel meetodil on madal tootmistõhusus, kuid seda on lihtsam rakendada ja see sobib paremini laboriuuringute etapis.
2. meetod: kasutage esmalt vormi täitmise või vormi pressimise meetodit tervikliku magneti valmistamiseks ja seejärel magnetiseerige spetsiaalses kinnitusseadmes. Selle meetodiga töödeldud massiivi struktuur on sarnane allolevale joonisele. Sellel meetodil on kõrge töötlemise efektiivsus ja võrdlus Masstootmist on lihtne realiseerida. Siiski on vaja spetsiaalselt kavandada magnetiseerimisseade ja formuleerida magnetiseerimisprotsess.
3. meetod: kasutage Halbach-tüüpi magnetvälja jaotuse realiseerimiseks spetsiaalse kujuga mähiste massiivi, nagu on näidatud alloleval joonisel.
