Magneti a griglia Halbach

Scoprite la tecnologia Halbach Array che aumenta l'intensità del campo magnetico su un lato e lo annulla sul lato opposto per un uso efficiente nei motori, nella levitazione e nei sistemi di archiviazione dati. Questa innovativa configurazione di magneti offre una maggiore efficienza e un controllo mirato del campo magnetico, fornendo soluzioni pratiche per applicazioni magnetiche avanzate.

L'arco di Halbach è un noto assemblaggio magnetico con una notevole forza magnetica. La nostra azienda ha una vasta esperienza nella produzione di griglie di Halbach.

I nostri magneti di Halbach

Schiera Halbach piatta assemblata

Che cos'è la Schiera di Halbach?

L'array di Halbach è una struttura che dispone i magneti in modo altamente efficiente. È costituita da più magneti di alta qualità collocati su una superficie piana in uno schema alternato. I campi magnetici di ciascun magnete puntano verso il centro dell'array, dove si combinano per creare una forza magnetica incredibilmente potente.

Prima di approfondire questa struttura, esaminiamo la distribuzione delle linee di campo magnetico di alcuni comuni magneti permanenti.

Da queste immagini è evidente che la direzione e la disposizione del magnete influenzano direttamente la distribuzione delle linee di campo magnetico, che determina la forma della distribuzione del campo magnetico intorno ai magneti.

  • L'immagine di sinistra mostra un set di magneti singoli, con tutti i magneti a polo nord. Il colore indica che l'intensità del campo magnetico è maggiore nella parte superiore e inferiore del magnete.
  • L'immagine di destra mostra un array Halbach, in cui il campo magnetico è più forte nella parte superiore del magnete e più debole in quella inferiore.

Nello stesso volume, il gruppo di magneti Halbach array ha un'intensità di campo magnetico laterale di circa 1,4 volte superiore a quella di un magnete singolo tradizionale, soprattutto quando lo spessore del magnete è compreso tra 4 e 16 mm.

L'esempio più comune di una matrice di Halbach è il magnete flessibile del frigorifero. Questi magneti sottili e morbidi sono solitamente collocati sui frigoriferi o sulle automobili. Sebbene le loro proprietà magnetiche siano relativamente deboli (solo 2%-3% di forza) rispetto all'NdFeB, il loro basso prezzo e la loro praticità li rendono ampiamente utilizzati.

Struttura della schiera di Halbach

Halbach ha molte strutture diverse, ma indipendentemente dalla forma, la forza magnetica si concentra su una superficie.

Schiera circolare di Halbach/anello di schiera di Halbach

L'array Halbach è una struttura ad anello che combina array Halbach lineari da un capo all'altro.

Quando viene utilizzata in un motore a magneti permanenti, la struttura dell'array Halbach produce un campo magnetico del traferro più sinusoidale rispetto ai motori a magneti permanenti tradizionali. Ciò si traduce in una maggiore densità magnetica del traferro con la stessa quantità di materiale del magnete permanente e una minore perdita di ferro.

Gli anelli di Halbach sono comunemente utilizzati anche nei cuscinetti magnetici permanenti, nelle apparecchiature di refrigerazione e nelle apparecchiature di risonanza magnetica.

Schiere lineari di Halbach

Il tipo lineare è la forma più elementare di un array di Halbach. Questa matrice di magneti può essere vista come una combinazione di matrici radiali e tangenziali, come mostrato di seguito.

Le matrici lineari di Halbach sono utilizzate principalmente nei motori lineari. Il principio di levitazione di un treno maglev si basa sull'interazione tra il magnete in movimento e il campo magnetico generato dalla corrente indotta nel conduttore, che genera forza di levitazione e resistenza magnetica.

Il miglioramento del rapporto galleggiamento-resistenza è fondamentale per aumentare le prestazioni del sistema di levitazione. Ciò richiede un magnete di bordo leggero con un campo magnetico forte, uniforme e affidabile. Per ottenere questo risultato, un array Halbach è installato orizzontalmente al centro della carrozzeria, generando una forza propulsiva con l'avvolgimento al centro della pista.

Il campo magnetico è più forte con un numero inferiore di magneti, mentre il lato opposto è più debole. In questo modo si evita che i passeggeri siano esposti a forti campi magnetici.

Arco Halbach

L'arco di Halbach, che prende il nome dal fisico Klaus Halbach, è un gruppo magnetico che dispone i magneti permanenti in modo da concentrare il campo magnetico su un lato e annullarlo sul lato opposto. Questa configurazione avvantaggia i robot magnetici cingolati, migliorando la loro capacità di afferrare e muoversi saldamente su superfici metalliche verticali o capovolte senza bisogno di una fonte di energia esterna. Una caratteristica fondamentale di questi robot è la loro capacità di eseguire in modo efficiente attività di ispezione e manutenzione in ambienti difficili, come scafi di navi, serbatoi di stoccaggio e grandi macchinari, massimizzando la forza magnetica.

I progettisti possono ottimizzare la funzionalità e la flessibilità dei robot cingolati magnetici adattando la forma e le dimensioni dell'arco di Halbach a specifiche applicazioni. L'arco di Halbach è fondamentale per il progresso della tecnologia robotica, in quanto contribuisce all'efficienza energetica dei robot. Ciò consente di prolungare i tempi di funzionamento in luoghi remoti o pericolosi. Il suo uso innovativo nella concentrazione dei campi magnetici aumenta la capacità dei robot di accedere e lavorare in aree difficili o pericolose per l'uomo. Ciò dimostra l'impatto significativo di questo assemblaggio magnetico nella robotica.

Simulazione dell'arco di Halbach

Forma speciale

Questa struttura è unica e richiede l'uso di due tipi di magneti specifici: N52 e N48SH. Combina l'N52 per la massima magnetizzazione e l'N48SH per la stabilità termica. Il grado N52 viene utilizzato per la sua elevata forza di campo magnetico nelle sezioni che non devono affrontare un calore elevato, mentre l'N48SH viene utilizzato nelle parti soggette a temperature più elevate, proteggendo dalla perdita di magnetismo.

Questa configurazione garantisce un funzionamento efficiente della struttura magnetica, con i magneti N52 che forniscono potenza compatta dove è sicuro farlo e i magneti N48SH che offrono resistenza alle alte temperature. Il risultato è un sistema magnetico in grado di fornire prestazioni elevate senza il rischio di smagnetizzazione, anche in ambienti termici variabili.

Blocco Halbach forma speciale

La struttura ad array di Halbach in un motore a magneti permanenti produce un campo magnetico del traferro più sinusoidale rispetto ai motori a magneti permanenti tradizionali. Ciò si traduce in una maggiore densità magnetica del traferro a parità di materiale del magnete permanente e in una minore perdita di ferro. Gli array di anelli Halbach sono utilizzati anche nei cuscinetti magnetici permanenti, nella refrigerazione e nelle apparecchiature di risonanza magnetica.

motore a magneti permanenti halbach array

Omogeneità

Un array Halbach ad anello potrebbe non essere l'opzione più adatta se si desidera un'impostazione costantemente uniforme. Gli scienziati spesso richiedono un array Halbach con un livello di omogeneità di 300 ppm, teoricamente plausibile ma difficile da raggiungere nella pratica a causa della declinazione magnetica e delle limitazioni nelle capacità di assemblaggio magnetico. In queste situazioni, si consiglia di prendere in considerazione un design a giogo. Questo design crea spesso un campo magnetico uniforme per gli strumenti NMR (risonanza magnetica nucleare).

Simulazione

Simulazione e realtà:
Quando si simulano array di Halbach di piccole dimensioni, l'errore tra i risultati e i valori reali è di circa +5% - -10%. Tuttavia, l'errore può arrivare a -25 % o -30 % per dimensioni maggiori.

In base alla nostra esperienza, è difficile garantire campi magnetici simili anche se le matrici di Halbach vengono prodotte contemporaneamente.

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