Matriz Halbach, ímã permanente Halbach

A matriz Halbach é uma estrutura de arranjo magnético. Antes de entendermos essa estrutura, vamos dar uma olhada na distribuição das linhas do campo magnético de alguns ímãs permanentes comuns.

A partir desta imagem, não é difícil descobrir que a direção de colocação e a disposição do ímã afetarão diretamente a distribuição das linhas do campo magnético, ou seja, afetarão a forma da distribuição do campo magnético ao redor do ímã.

O conceito de matriz Halbach

Halbach Array (ímã permanente Halbach) é um tipo de estrutura magnética. Em 1979, o estudioso americano Klaus Halbach descobriu esta estrutura especial de ímã permanente durante o experimento de aceleração de elétrons e a melhorou gradualmente, e finalmente formou o chamado"Halbach"magnético. É uma estrutura aproximada ideal em engenharia. Ele usa um arranjo especial de unidades magnéticas para aumentar a intensidade do campo na direção da unidade. O objetivo é usar a menor quantidade de ímãs para gerar o campo magnético mais forte.

Este tipo de matriz é inteiramente composto de materiais magnéticos permanentes de terras raras. Ao organizar ímãs permanentes com diferentes direções de magnetização de acordo com uma determinada regra, as linhas de força magnética podem ser concentradas em um lado dos ímãs e as linhas de força podem ser enfraquecidas no outro lado, obtendo assim um campo magnético unilateral ideal. Isso é de grande importância na engenharia. Com suas excelentes características de distribuição de campo magnético, os arranjos Haierbek são amplamente utilizados em campos industriais, como ressonância magnética nuclear, levitação magnética e motores especiais de ímã permanente.

À esquerda está um único ímã com todos os pólos norte voltados para cima. Pela cor, pode-se observar que a força do campo magnético está localizada na parte inferior e superior do ímã. À direita está uma matriz Halbach. O campo magnético na parte superior do ímã é relativamente alto, enquanto a parte inferior é relativamente fraca. (Sob o mesmo volume, a intensidade do campo magnético da superfície lateral forte do ímã da matriz Halbach é de cerca de√2 vezes (1,4 vezes) maior que um único ímã tradicional, especialmente quando a espessura do ímã é de 4 a 16 mm na direção de magnetização)

O exemplo mais comum da matriz Halbach pode ser o adesivo flexível para geladeira. Esses ímãs finos e macios geralmente são impressos na geladeira ou na parte traseira do carro. Embora seu magnetismo seja muito fraco em comparação ao NdFeB (apenas 2%-3% de resistência), seu baixo preço e praticidade o tornam amplamente utilizado.

A forma e aplicação do array Halbach

Matriz linear

O tipo linear é a composição mais básica do array Halbach. Este conjunto magnético pode ser considerado como uma combinação de um conjunto radial e um conjunto tangencial, conforme mostrado na figura abaixo.

Matrizes lineares de Halbach são atualmente usadas principalmente em motores lineares. O princípio de levitação do trem maglev é que o ímã em movimento interage com o campo magnético gerado pela corrente induzida no condutor para gerar força de levitação e, ao mesmo tempo, é acompanhado por resistência magnética. Melhorar a flutuabilidade e a taxa de arrasto é a chave para melhorar o desempenho do sistema de levitação, que requer o peso do ímã integrado. Peso leve, campo magnético forte, campo magnético uniforme e alta confiabilidade. A matriz Halbach é instalada horizontalmente no centro da carroceria do carro e interage com o enrolamento no centro da pista para gerar força propulsiva, que maximiza o campo magnético com uma pequena quantidade de ímãs, e o outro lado tem menos campos magnéticos, o que pode evitar que os passageiros sejam expostos a campos magnéticos fortes.

Matriz circular

A matriz circular Halbach pode ser considerada como uma combinação de matrizes Halbach lineares de ponta a ponta para formar um anel circular.

No motor de ímã permanente, o motor de ímã permanente usando a estrutura de matriz Halbach tem um campo magnético de entreferro mais próximo da distribuição senoidal do que o motor de ímã permanente tradicional. No caso da mesma quantidade de material de ímã permanente, o motor de ímã permanente Halbach tem uma densidade magnética de entreferro maior. A perda de ferro é pequena. Além disso, os conjuntos de anéis Halbach também são amplamente utilizados em rolamentos magnéticos permanentes, equipamentos de refrigeração magnética e equipamentos de ressonância magnética.

Método de fabricação e produção da matriz Halbach

Método 1: De acordo com a topologia da matriz, use cola magnética para unir os segmentos magnéticos magnetizados. Como a repulsão mútua entre os segmentos magnéticos é muito forte, o molde deve ser usado para fixação durante a adesão. Este método apresenta baixa eficiência de fabricação, mas é mais fácil de implementar e mais adequado para uso na fase de pesquisa laboratorial.

Método 2: Primeiro use o método de preenchimento do molde ou molde de prensagem para fabricar um ímã completo e, em seguida, magnetize em um acessório especial. A estrutura do array processada por este método é semelhante à figura abaixo. Este método possui alta eficiência de processamento e comparação. É fácil realizar a produção em massa. No entanto, é necessário projetar especialmente um acessório de magnetização e formular um processo de magnetização.

Método 3: Use um conjunto de enrolamentos de formato especial para realizar a distribuição do campo magnético do tipo Halbach, conforme mostrado na figura abaixo.

O processo e o efeito da matriz Halbach feita por você mesmo no laboratório