Масивни магнити на Халбах
Изследване на технологията Halbach Array, която увеличава силата на магнитното поле от едната страна, като същевременно го анулира от противоположната страна за ефективно използване в двигатели, левитация и системи за съхранение на данни. Възползвайте се от повишената ефективност и целенасочения контрол на магнитното поле с тази иновативна конфигурация на магнитите, осигуряваща практически решения за усъвършенствани магнитни приложения.
A Halbach array is a special arrangement of permanent magnets that creates a powerful one-sided magnetic field. This unique configuration focuses the magnetic field to be very strong on one side of the array while cancelling it to near zero on the opposite side. It is a well-known magnetic assembly and our company has extensive experience in producing Halbach Arrays.
Нашите масивни магнити на Халбах
Какво представлява масивът Халбах?
Масивът на Халбах е структура, която подрежда магнити с висока ефективност. Състои се от множество висококачествени магнити, разположени върху плоска повърхност в редуваща се схема. Магнитните полета на всеки магнит са насочени към средата на масива, където се комбинират, за да създадат невероятно мощна магнитна сила.
Преди да се запознаем с тази структура, нека разгледаме разпределението на линиите на магнитното поле на някои често срещани постоянни магнити.
От тези снимки се вижда, че посоката и разположението на магнита влияят пряко върху разпределението на магнитните полеви линии, което определя формата на разпределение на магнитното поле около магнитите.
- На лявата снимка е показан комплект от един магнит, като всички магнити са със северни полюси. Цветът показва, че силата на магнитното поле е по-голяма в горната и долната част на магнита.
- На дясната снимка е показан масив на Халбах, при който магнитното поле е по-силно в горната част на магнита и по-слабо в долната.
В същия обем групата магнити от масива на Халбах има силна магнитна повърхностна сила на магнитното поле, която е около 1,4 пъти по-голяма от тази на традиционния единичен магнит, особено когато дебелината на магнита е между 4 и 16 mm.
Най-разпространеният пример за масив на Халбах е гъвкавият магнит за хладилник. Тези тънки и меки магнити обикновено се поставят на хладилници или автомобили. Въпреки че магнитните им свойства са сравнително слаби (сила само 2%-3%) в сравнение с NdFeB, ниската им цена и практичност ги правят широко използвани.
Структура на масива Халбах
Халбах има много различни структури, но независимо от формата магнитната сила е концентрирана върху една повърхност.
Кръгов масив на Халбах/пръстен на масива на Халбах
Масивът на Халбах е пръстеновидна структура, която съчетава линейни масиви на Халбах един до друг.
Когато се използва в двигател с постоянни магнити, структурата на масива на Халбах създава по-синусоидално магнитно поле на въздушната междина в сравнение с традиционните двигатели с постоянни магнити. Това води до по-голяма магнитна плътност на въздушната междина със същото количество материал за постоянни магнити и по-ниски загуби на желязо.
Пръстеновидните масиви на Халбах се използват често и в постоянни магнитни лагери, хладилно оборудване и оборудване за магнитен резонанс.
Линейни масиви на Халбах
Линейният тип е най-основната форма на масив на Халбах. Тази магнитна решетка може да се разглежда като комбинация от радиални и тангенциални решетки, както е показано по-долу.
Линейните решетки на Халбах се използват главно в линейните двигатели. Принципът на левитация на влака маглев се основава на взаимодействието между движещия се магнит и магнитното поле, създадено от тока, индуциран в проводника, което генерира сила на левитация и магнитно съпротивление.
Подобряването на съотношението между плаваемост и съпротивление е от решаващо значение за повишаване на ефективността на системата за левитация. Това налага създаването на лек бордови магнит със силно, равномерно и надеждно магнитно поле. За да се постигне това, в центъра на каросерията на автомобила хоризонтално се монтира масив на Халбах, който генерира движеща сила с намотката в центъра на пистата.
Магнитното поле е по-силно при по-малък брой магнити, докато отсрещната страна е по-слаба. Това помага да се предпазят пътниците от излагане на силни магнитни полета.
Дъга Халбах
Дъгата на Халбах, наречена на името на физика Клаус Халбах, е магнитна система, която подрежда постоянни магнити така, че да концентрира магнитното поле от едната страна, а от противоположната страна да го отмени. Тази конфигурация е от полза за магнитните роботи-кракери, като подобрява способността им да се захващат и движат здраво по вертикални или обърнати метални повърхности, без да се нуждаят от външен източник на енергия. Една от ключовите характеристики на тези роботи е способността им ефективно да изпълняват задачи по инспекция и поддръжка в трудни условия, като например корпуси на кораби, резервоари за съхранение и големи машини, чрез максимално използване на магнитната сила.
Дизайнерите могат да оптимизират функционалността и гъвкавостта на магнитните гъсенични роботи, като адаптират формата и размера на дъгата Halbach към конкретните приложения. Дъгата на Халбах има ключово значение за развитието на роботизираната технология, като допринася за енергийната ефективност на роботите. Това позволява удължаване на времето за работа в отдалечени или опасни места. Иновативното ѝ използване за концентриране на магнитни полета повишава способността на роботите да имат достъп и да работят в области, които са трудни или опасни за хората. Това показва значителното въздействие на този магнитен възел в роботиката.
Специална форма
Тази структура е уникална и изисква използването на два специфични класа магнити: N52 и N48SH. Тя съчетава N52 за максимално намагнитване и N48SH за термична стабилност. Класът N52 се използва заради високата си сила на магнитното поле в участъци, които не са изложени на висока температура, докато N48SH се използва в части, податливи на по-високи температури, като предпазва от загуба на магнетизъм.
Тази конфигурация осигурява ефективна работа на магнитната структура, като магнитите N52 осигуряват компактна мощност, когато това е безопасно, а магнитите N48SH са устойчиви на високи температури. Резултатът е магнитна система, способна да осигури силна производителност без риск от размагнитване, дори и в променливи температурни среди.
Структурата на масива на Халбах в двигателя с постоянни магнити създава по-синусоидално магнитно поле на въздушната междина в сравнение с традиционните двигатели с постоянни магнити. Това води до по-голяма магнитна плътност на въздушната междина със същото количество материал от постоянни магнити и по-ниски загуби в желязото. Пръстеновидните масиви на Халбах се използват също така в постоянни магнитни лагери, хладилна техника и оборудване за магнитен резонанс.
Хомогенност
Пръстеновидният масив на Халбах може да не е най-подходящият вариант, ако се нуждаете от постоянно еднаква конфигурация. Учените често изискват масив на Халбах с ниво на хомогенност от 300ppm, което е теоретично възможно, но е предизвикателство за постигане на практика поради магнитната деклинация и ограниченията във възможностите на магнитния монтаж. В тези ситуации се препоръчва да се обмисли дизайн с яка конструкция. Тази конструкция често създава равномерно магнитно поле за инструментите за ЯМР (ядрено-магнитен резонанс).
Симулация
Симулация и реалност:
При симулиране на малки по размер масиви на Halbach грешката между резултатите и действителните стойности е приблизително от +5% до -10%. Грешката обаче може да достигне до -25 % или -30 % при по-големи размери.
Въз основа на нашия опит е трудно да се осигурят сходни магнитни полета, дори ако масивите на Халбах се произвеждат едновременно.
Uses and Applications of Halbach Arrays
Електрически двигатели
Orienting the magnets in a Halbach cylinder can concentrate the magnetic field on the interior rotor surface. This allows extremely high-torque motors to be constructed without any ferromagnetic materials, these Halbach array motors offer higher efficiency by eliminating hysteresis and eddy current losses. The pure magnetic field also enables faster acceleration and higher top operating speeds than conventional motors.
Магнитно-резонансни скенери
Using a Halbach cylinder provides a simple way to generate the intense homogeneous magnetic field required. Orienting the magnets provides tight control over the spatial field distribution while avoiding interference. Halbach arrays enable constructing MRI magnet assemblies using cheaper ferrite magnet blocks rather than large superconducting coils.
Magnetic Levitation Transportation
One prominent use of Halbach arrays is in high-speed maglev trains based on an inductrack system. The Inductrack design uses an array of Halbach arrays in the track to produce a magnetic field that induces currents in loops on the train. This contactless electromagnetic effect provides both propulsion and levitation for the train to glide just above the track.
Scientific Research
From particle accelerators to mass spectrometers, the focused magnetic fields produced by Halbach arrays are invaluable in many complex scientific instruments. The intense field enables manipulating beams of charged particles for colliding experiments or imaging applications. The low stray field and high uniformity are also ideal for analytical chemistry techniques and industrial processes.
Why Choose Our Halbach Arrays?
Broad Manufacturing Experience
We possess extensive know-how on designing and manufacturing all types of Halbach arrays to meet an array of complex specifications. Our capabilities span from small lab-scale research magnets to large 20-ton assemblies for industrial usage. You can trust our engineering team to take any Halbach array concept and turn it into reality.
Precision Craftsmanship and Quality Control
Every magnet in our Halbach arrays gets precisely oriented to within 0.1 degrees using specialized techniques. Stringent quality control steps also ensure consistent performance across production runs. We meticulously validate the magnetic field uniformity, strength, and orientation on each Halbach array that we build.
Customizable and Responsive Service
We realize that every Halbach project has unique considerations. Our flexible manufacturing processes can accommodate specialized dimensions, segments, grades of magnets and configurations. Customers can also directly collaborate with our engineering team to tailor the Halbach array to their application.
Конкурентно ценообразуване
Even with our stringent quality standards and engineering support, our Halbach array prices are extremely competitive. By intelligently leveraging magnet suppliers and keeping infrastructure costs low, we can offer very attractive pricing without compromising on quality whatsoever. Contact us for an instant Halbach array quote backed by a price match guarantee.
Bulgarian 
English 
Spanish 
Italian 
French 
German 
Russian 
Czech 
Danish 
Dutch 
Portuguese 
Turkish 
Japanese 
Korean 
Finnish 
Chinese 
Hungarian 
Swedish 
Estonian 
Lithuanian 
Polish