Aimants de réseau Halbach

Découvrez la technologie des réseaux Halbach qui renforce l'intensité du champ magnétique d'un côté tout en l'annulant du côté opposé, pour une utilisation efficace dans les moteurs, la lévitation et les systèmes de stockage de données. Bénéficiez d'une efficacité accrue et d'un contrôle ciblé du champ magnétique grâce à cette configuration magnétique innovante, qui offre des solutions pratiques pour les applications magnétiques avancées.

Le réseau Halbach est un assemblage magnétique bien connu, doté d'une force magnétique importante. Notre société possède une vaste expérience dans la production de réseaux de Halbach.

Nos aimants de réseau Halbach

Matrices plates de Halbach

Matrices de cylindres Halbach

Grands réseaux Halbach

Matrices linéaires de Halbach

Qu'est-ce que le rayon Halbach ?

Le réseau Halbach est une structure qui dispose les aimants de manière très efficace. Il se compose de plusieurs aimants de haute qualité placés sur une surface plane selon un schéma alternatif. Les champs magnétiques de chaque aimant sont dirigés vers le centre du réseau, où ils se combinent pour créer une force magnétique incroyablement puissante.

Avant d'aborder cette structure, examinons la distribution des lignes de champ magnétique de certains aimants permanents courants.

Ces images montrent clairement que la direction et la disposition de l'aimant influencent directement la distribution des lignes de champ magnétique, qui détermine la forme de la distribution du champ magnétique autour des aimants.

L'image de gauche montre un ensemble d'aimants simples, tous les aimants étant des pôles nord. La couleur indique que l'intensité du champ magnétique est plus élevée en haut et en bas de l'aimant.
L'image de droite montre un réseau de Halbach, où le champ magnétique est plus fort en haut de l'aimant et plus faible en bas.

Dans le même volume, le groupe d'aimants en réseau de Halbach présente un champ magnétique latéral puissant, environ 1,4 fois supérieur à celui d'un aimant unique traditionnel, en particulier lorsque l'épaisseur de l'aimant est comprise entre 4 et 16 mm.

L'exemple le plus courant d'un réseau de Halbach est l'aimant flexible de réfrigérateur. Ces aimants minces et souples sont généralement placés sur les réfrigérateurs ou les voitures. Bien que leurs propriétés magnétiques soient relativement faibles (seulement 2%-3% de force) par rapport au NdFeB, leur faible prix et leur praticité les rendent largement utilisés.

Structure du réseau de Halbach

Halbach a de nombreuses structures différentes, mais quelle que soit la forme, la force magnétique est concentrée sur une surface.

Réseau circulaire de Halbach/anneau de Halbach

Le réseau de Halbach est une structure en forme d'anneau qui combine des réseaux de Halbach linéaires bout à bout.

Lorsqu'elle est utilisée dans un moteur à aimants permanents, la structure en réseau de Halbach produit un champ magnétique d'entrefer plus sinusoïdal que les moteurs à aimants permanents traditionnels. Il en résulte une plus grande densité magnétique de l'entrefer avec la même quantité de matériau d'aimant permanent et une perte de fer plus faible.

Les réseaux d'anneaux de Halbach sont également couramment utilisés dans les paliers magnétiques permanents, les équipements de réfrigération et les équipements de résonance magnétique.

Réseaux linéaires de Halbach

Le type linéaire est la forme la plus élémentaire d'un réseau Halbach. Ce réseau magnétique peut être considéré comme une combinaison de réseaux radiaux et tangentiels, comme indiqué ci-dessous.

Les réseaux linéaires de Halbach sont principalement utilisés dans les moteurs linéaires. Le principe de lévitation d'un train maglev repose sur l'interaction entre l'aimant mobile et le champ magnétique généré par le courant induit dans le conducteur, ce qui génère une force de lévitation et une résistance magnétique.

L'amélioration du rapport flottabilité/résistance est cruciale pour améliorer les performances du système de lévitation. Pour ce faire, il faut un aimant embarqué léger doté d'un champ magnétique puissant, uniforme et fiable. Pour ce faire, un réseau Halbach est installé horizontalement au centre de la carrosserie de la voiture, générant une force de propulsion avec l'enroulement au centre de la piste.

Le champ magnétique est plus fort avec moins d'aimants, tandis que le côté opposé a un champ plus faible. Cela permet d'éviter que les passagers soient exposés à des champs magnétiques puissants.

Arc Halbach

L'arc de Halbach, nommé d'après le physicien Klaus Halbach, est un assemblage magnétique qui dispose des aimants permanents de manière à concentrer le champ magnétique d'un côté et à l'annuler de l'autre. Cette configuration profite aux robots à chenilles magnétiques en améliorant leur capacité à s'agripper et à se déplacer fermement sur des surfaces métalliques verticales ou renversées, sans avoir besoin d'une source d'énergie externe. L'une des principales caractéristiques de ces robots est leur capacité à effectuer efficacement des tâches d'inspection et de maintenance dans des environnements difficiles, tels que les coques de navires, les réservoirs de stockage et les grandes machines, en maximisant la force magnétique.

Les concepteurs peuvent optimiser la fonctionnalité et la flexibilité des robots à chenilles magnétiques en adaptant la forme et la taille de l'arc de Halbach à des applications spécifiques. L'arc de Halbach joue un rôle essentiel dans l'avancement de la technologie robotique en contribuant à l'efficacité énergétique des robots. Cela permet de prolonger les durées d'utilisation dans des endroits éloignés ou dangereux. Son utilisation innovante pour concentrer les champs magnétiques améliore la capacité des robots à accéder et à travailler dans des zones difficiles ou dangereuses pour l'homme. Cela montre l'impact significatif de cet assemblage magnétique dans le domaine de la robotique.

Forme spéciale

Cette structure est unique et nécessite l'utilisation de deux qualités d'aimants spécifiques : N52 et N48SH. Elle combine le N52 pour une magnétisation maximale et le N48SH pour la stabilité thermique. La qualité N52 est utilisée pour son champ magnétique élevé dans les sections qui ne sont pas exposées à une chaleur importante, tandis que la qualité N48SH est utilisée dans les pièces exposées à des températures plus élevées, afin de les protéger contre la perte de magnétisme.

Cette configuration garantit un fonctionnement efficace de la structure magnétique, les aimants N52 fournissant une puissance compacte là où c'est sûr et les aimants N48SH offrant une résistance aux températures élevées. Le résultat est un système magnétique capable de fournir des performances élevées sans risque de démagnétisation, même dans des environnements thermiques variables.

La structure en réseau Halbach d'un moteur à aimants permanents produit un champ magnétique d'entrefer plus sinusoïdal que les moteurs à aimants permanents traditionnels. Il en résulte une plus grande densité magnétique de l'entrefer avec la même quantité de matériau d'aimant permanent et une perte de fer plus faible. Les réseaux d'anneaux de Halbach sont également utilisés dans les roulements magnétiques permanents, la réfrigération et les équipements de résonance magnétique.

Homogénéité

Un réseau de Halbach en anneau n'est peut-être pas l'option la plus appropriée si vous avez besoin d'une configuration uniformément homogène. Les scientifiques demandent souvent un réseau de Halbach avec un niveau d'homogénéité de 300 ppm, ce qui est théoriquement plausible mais difficile à réaliser en pratique en raison de la déclinaison magnétique et des limites des capacités d'assemblage magnétique. Dans ces situations, il est recommandé d'envisager une conception en culasse. Cette conception permet souvent de créer un champ magnétique uniforme pour les instruments RMN (résonance magnétique nucléaire).

Simulation

Simulation et réalité :
Lors de la simulation de réseaux Halbach de petite taille, l'erreur entre les résultats et les valeurs réelles est d'environ +5% à -10%. Cependant, l'erreur peut atteindre -25 % ou -30 % pour des tailles plus importantes.

D'après notre expérience, il est difficile de garantir des champs magnétiques similaires même si les réseaux Halbach sont produits simultanément.