Halbach Array nam châm vĩnh cửu Halbach

ông Halbach mảng là một cấu trúc sắp xếp nam châm. Trước khi tìm hiểu cấu tạo này, chúng ta hãy xem xét sự phân bố đường sức từ của một số nam châm vĩnh cửu thông dụng.

Từ hình ảnh này, không khó để nhận thấy rằng hướng đặt và cách sắp xếp của nam châm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố của đường sức từ, tức là nó sẽ ảnh hưởng đến dạng phân bố của từ trường xung quanh nam châm.

Khái niệm về mảng Halbach

Mảng Halbach (nam châm vĩnh cửu Halbach) là một loại cấu trúc nam châm. Năm 1979, học giả người Mỹ Klaus Halbach đã phát hiện ra cấu trúc nam châm vĩnh cửu đặc biệt này trong thí nghiệm gia tốc electron và dần dần cải tiến nó, và cuối cùng hình thành cái gọi là"Halbach"nam châm. Nó là một cấu trúc lý tưởng gần đúng trong kỹ thuật. Nó sử dụng một sự sắp xếp đặc biệt của các đơn vị nam châm để nâng cao cường độ trường theo hướng đơn vị. Mục đích là sử dụng ít nam châm nhất để tạo ra từ trường mạnh nhất.

Loại mảng này được cấu tạo hoàn toàn từ vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Bằng cách sắp xếp các nam châm vĩnh cửu với các hướng từ hóa khác nhau theo một quy luật nhất định, các đường sức từ có thể tập trung về một phía của nam châm, và các đường sức có thể bị suy yếu ở mặt kia, do đó thu được một từ trường đơn phương lý tưởng. Điều này có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật. Với đặc điểm phân bố từ trường tuyệt vời của mình, mảng Haierbek được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp như cộng hưởng từ hạt nhân, từ trường và động cơ đặc biệt nam châm vĩnh cửu.

Bên trái là một nam châm duy nhất có tất cả các cực bắc hướng lên trên. Từ màu sắc có thể thấy cường độ của từ trường nằm ở phía dưới và phía trên của nam châm. Bên phải là dãy Halbach. Từ trường ở phía trên của nam châm tương đối cao, trong khi phía dưới là tương đối yếu. (Trong cùng một thể tích, cường độ từ trường của mặt bên mạnh của nam châm mảng Halbach là khoảng√2 lần (1,4 lần) so với nam châm đơn truyền thống, đặc biệt khi độ dày của nam châm là 4-16mm theo hướng từ hóa)

Ví dụ phổ biến nhất của mảng Halbach có thể là nhãn dán tủ lạnh dẻo. Những nam châm mềm, mỏng này thường được in trên tủ lạnh hoặc trên thùng sau xe hơi. Mặc dù từ tính của chúng rất yếu so với NdFeB (chỉ 2% -3% cường độ), chúng có giá thành rẻ và tính thực tế khiến nó được sử dụng rộng rãi.

Các dạng và ứng dụng của mảng Halbach

Mảng tuyến tính

Kiểu tuyến tính là thành phần mảng Halbach cơ bản nhất. Nam châm mảng này có thể được coi là sự kết hợp của một mảng hướng tâm và một mảng tiếp tuyến, như thể hiện trong hình bên dưới.

Mảng Halbach tuyến tính hiện được sử dụng chủ yếu trong động cơ tuyến tính. Nguyên lý bay của tàu điện từ là nam châm chuyển động tương tác với từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng trong vật dẫn để tạo ra lực bay, đồng thời kèm theo lực cản từ trường. Cải thiện tỷ lệ nổi và lực cản là chìa khóa để cải thiện hiệu suất của hệ thống bay, đòi hỏi trọng lượng của nam châm trên tàu Trọng lượng nhẹ, từ trường mạnh, từ trường đều và độ tin cậy cao. Dãy Halbach được lắp đặt theo chiều ngang ở giữa thân xe và tương tác với cuộn dây ở giữa đường ray để tạo ra lực đẩy, giúp tối đa hóa từ trường với một lượng nhỏ nam châm, và phía bên kia có ít từ trường hơn,

Mảng tròn

Dãy Halbach tròn có thể được coi là sự kết hợp của các mảng Halbach tuyến tính từ đầu đến cuối để tạo thành một dạng vành tròn.

Trong động cơ nam châm vĩnh cửu, động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng cấu trúc mảng Halbach có từ trường khe hở không khí gần với phân bố hình sin hơn so với động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống. Trong trường hợp cùng một lượng vật liệu nam châm vĩnh cửu, động cơ nam châm vĩnh cửu Halbach có mật độ từ khe hở không khí lớn hơn. Sự mất mát sắt là nhỏ. Ngoài ra, mảng vòng Halbach còn được sử dụng rộng rãi trong các ổ trục từ vĩnh cửu, thiết bị lạnh từ và thiết bị cộng hưởng từ.

Chế tạo và phương pháp sản xuất mảng Halbach

Cách 1: Theo cấu tạo của mảng, dùng keo nam châm để liên kết các đoạn nam châm bị nhiễm từ với nhau. Bởi vì lực đẩy lẫn nhau giữa các đoạn nam châm rất mạnh, khuôn nên được sử dụng để kẹp trong quá trình kết dính. Phương pháp này có hiệu suất chế tạo thấp, nhưng dễ thực hiện hơn và thích hợp hơn để sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Phương pháp 2: Đầu tiên sử dụng phương pháp lấp đầy khuôn hoặc ép khuôn để chế tạo một nam châm hoàn chỉnh, sau đó từ hóa trong một vật cố định đặc biệt. Cấu trúc mảng được xử lý bằng phương pháp này tương tự như hình bên dưới. Phương pháp này có hiệu suất xử lý cao và so sánh Sản xuất hàng loạt dễ dàng nhận thấy. Tuy nhiên, cần phải thiết kế đặc biệt bộ cố định từ hóa và xây dựng quy trình từ hóa.

Phương pháp 3: Sử dụng một dãy dây quấn có hình dạng đặc biệt để nhận ra sự phân bố từ trường kiểu Halbach, như thể hiện trong hình bên dưới.

Quá trình và tác dụng của dãy Halbach tự tạo trong phòng thí nghiệm