Halbacho masyvas

Kokie yra Halbacho masyvo privalumai?

Halbacho matrica - tai nuolatinių magnetų išdėstymas, sukuriantis stiprų vienpusį magnetinį lauką. Dėl šios unikalios savybės Halbacho matricos idealiai tinka tokiems taikymams kaip bešepetėliniai varikliai, magnetiniai guoliai, Maglev traukiniai ir dalelių greitintuvai.

Šiame pranešime, kaip profesionalus Halbacho masyvo gamintojas, aš jums parodysiu, kaip pagrindiniai Halbacho masyvo naudojimo privalumai palyginti su įprastiniu magnetų išdėstymu. Pabaigoje suprasite, kodėl šie magnetų masyvai tampa vis populiaresni įvairiose pramonės šakose.

Kas yra Halbacho masyvas?

Pirmiausia, kas tiksliai yra Halbacho masyvas?

Paprasčiau tariant, Halbacho matrica - tai specialus magnetų išdėstymas, kai kiekvienas magnetas yra orientuotas 90 laipsnių kampu kito magneto atžvilgiu. Štai kaip tai atrodo vizualiai:

Halbacho masyvo schema

Magnetus galite išdėstyti linija, kaip nurodyta pirmiau, arba sulenkti juos į apskritimą ir sukurti "Halbacho cilindrą". Tačiau visais atvejais pagrindinis dalykas, dėl kurio Halbacho matrica yra unikali, yra besisukanti magnetinė orientacija kiekvieno magneto.

Šis pasukimas yra labai tikslingas - jis daro nepaprastą poveikį, nes nukreipia magnetinį lauką tik į vieną matricos pusę. Ir beveik visiškai panaikina lauką iš kitos pusės.

Leiskite man paaiškinti...

Kokie yra Halbacho masyvo privalumai?

#1 nauda: Stiprus vienpusis magnetinis laukas

Daugumoje nuolatinių magnetų išdėstymo schemų šiaurinis ir pietinis poliai turi vienodą magnetinio lauko kiekį.

Tarkime, turite paprastą dviejų magnetų konfigūraciją, kurioje šiaurė traukia pietus:

Standartinis magnetų derinimas

Magnetinio lauko linijos vienodai teka iš kiekvieno magneto šiaurinio poliaus į pietinį.

Jei iš abiejų šių magnetų pusių pridėtumėte geležies plokštelę, abi plokštelės patirtų vienodai stiprią traukos jėgą, traukiančią jas magnetų link.

Tačiau naudojant Halbacho matricą įvyksta kai kas nepaprasto.

Magnetų sukimasis nukreipia lauką į "darbinę pusę", o "nedarbinėje pusėje" laukas panaikinamas:

Taigi, jei geležinę plokštę priartintumėte prie neveikiančios pusės, ji beveik nepajustų traukos!

Tačiau darbo srityje padėtis labai sustiprėjo. Tai leidžia jam veikti daug kartų didesne jėga, palyginti su įprastu magneto išdėstymu.

Dėl šio vienpusio lauko Halbacho matricos puikiai tinka tokiems taikymams kaip magnetiniai guoliai ir "Maglev" traukinių bėgiai, kai reikia jėgos tik viena kryptimi.

Be to, jis gerokai padidina bešepetėlinių variklių sukimo momentą, palyginti su įprastu magnetiniu rotoriumi. Kadangi beveik visą lauką galima sutelkti sąveikai su variklio apvija.

Tačiau šis intensyvus vienpusis srautas turi dar vieną malonų privalumą...

Privalumas #2: itin lengva konstrukcija

Apsvarstykite standartinį nuolatinių magnetų variklį:

Standartinis PM variklis

Jūsų rotoriaus magnetai sukuria lauką per oro tarpą. Tačiau srautui nukreipti atgal taip pat reikia feromagnetinės plieninės plokštelės (vadinamosios "galinės geležies").

Be šios galinės geležies didžioji magnetų lauko dalis nutekėtų tiesiai į oro tarpą, užuot jį kirtusi. Ir naudingo sukimo momento būtų mažai.

Tačiau naudodami "Halbach" matricos rotorių galite visiškai atsisakyti galinės geležies.

Kadangi beveik 100% rotoriaus lauko jau kerta oro tarpą link statoriaus dėl masyvo sukimosi. Plieninio srauto kreipimo nereikia.

Pašalinus šį nereikalingą plieninį svorį, galima sukurti itin lengvą PM variklį arba generatorių.

Pažvelkite į šį įspūdingą Toronto universiteto mokslininkų prototipą:

Šiame 3 kW variklyje naudojamas "Halbach" matricos rotorius, kuriame nėra jokio galinio lygintuvo. Vis dėlto jis išvysto didelį sukimo momentą savo dydžiui, o jo bendra masė yra tik 1,3 kg!

Toks galios ir svorio santykis yra neįtikėtinas. Ir tai tik "Halbach" matricos dėka, todėl nereikia kreipiamojo plieno.

Šis rotoriaus svorio sumažėjimas taip pat duoda šiek tiek mažesnių privalumų:

  • Mažesnė inercija - lengvesni rotoriai neįtikėtinai greitai įsibėgėja
  • Mažesnės guolių apkrovos - lengvesni rotoriai variklio guolius veikia mažesne jėga.

Tokios lengvos "Halbach" mašinos, kaip ši, gali pasiekti didesnius sūkius, nei standartiniai varikliai.

#3 nauda: Tobula lauko lokalizacija

Kitas puikus Halbacho matricų privalumas - tobula lauko lokalizacija.

Kaip jau minėjau anksčiau, Halbacho matricos magneto arba variklio neveikiančioje pusėje laukas yra beveik lygus nuliui. Vos per kelis milimetrus darbinėje pusėje jis pereina į labai stiprų lauką.

Dėl šios kompaktiškos lokalizacijos "Halbach" matricos puikiai tinka tais atvejais, kai reikia labai koncentruotų didelio lauko sričių.

Keletas gerų pavyzdžių:

Dalelių greitintuvai

Halbacho matricos iš pradžių buvo sukurtos dalelių pluoštams fokusuoti greitintuvų tuneliuose.

Kompaktiškas lauko plotas, kurį sukuria Halbacho "perukai", yra idealus magnetinis smūgis protonams ar elektronams pagreitinti ties siaurais posūkiais. Visa tai padeda išvengti klaidžiojančių laukų trukdžių.

Magnetinio rezonanso tomografai

Moksliniams tyrimams skirtuose magnetinio rezonanso tomografuose dažnai naudojami Halbacho cilindrai vaizdavimo ritėse.

Taip užtikrinamas maksimalus magnetinio lauko poveikis paciento tarpui ir išvengiama atsitiktinių išorinių laukų trikdžių. Skirtingai nuo standartinių elektromagnetų, nuolatinei Halbacho konstrukcijai niekada nereikia nei maitinimo, nei aušinimo.

Maglev traukiniai

Kelios bendrovės kuria Halbacho matricomis pagrįstus Maglev traukiniai greitaeigėms asmeninio tranzito programoms.

Halbacho lauko konstrukcija leidžia sukurti kompaktišką kreipiamąją, kurioje magnetinė trauka lokalizuojama vos kelių centimetrų aukštyje virš bėgių paviršiaus. Dėl to "Maglev" traukiniai gali greitai plaukti savo maršrutu. Tuo pačiu išvengiama magnetinių trukdžių su maršrute esančia infrastruktūra.

Kaip matote, kai jūsų reikmėms reikia labai koncentruotų magnetinių laukų, "Halbach" matricos yra puikus sprendimas.

Intensyvumo ir krypties koncentracijos neįmanoma pasiekti naudojant standartinius magnetų išdėstymus.

Privalumas #4: didesnis efektyvumas ir ilgaamžiškumas

Sukoncentruojant magnetinį srautą į vieną sritį, Halbacho matricos sukuria tam tikro intensyvumo lauką naudojant tik dalį magneto medžiagos.

Dėl to jų magnetinis efektyvumas yra daug didesnis, palyginti su standartinėmis kelių polių rotorių konstrukcijomis.

Mokslininkai išmatavo iki 96% didesnį Halbacho matricos lauką, palyginti su įprastine konstrukcija, kurioje naudojamas toks pat magneto tūris ir medžiaga.

Šis sumažintas magneto naudojimas turi keletą malonių šalutinių poveikių:

Mažesnės išlaidos - Naudokite mažiau visos magneto medžiagos tam pačiam našumui pasiekti

Ilgesnis tarnavimo laikas - Mažesnė kiekvieno magneto segmento apkrova reiškia mažesnį išsimagnetinimą laikui bėgant.

Taigi "Halbach" mašinos ne tik padidina našumą, bet ir tarnauja ilgiau nei įprasti magnetiniai rotoriai ir guolių sistemos. Tai dar labiau padidina jų eksploatacinio laikotarpio vertę.

#5 privalumas: sinusoidinė įtampa ir mažesnis sukimo momentas

Halbacho matricos variklių rotoriuose sukimosi metu sukuria tobulai tolygius sinusinės įtampos modelius statoriuje.

Tai sudaro optimalias sąlygas efektyviam kintamo greičio darbui. Išvengiama aukštesnio dažnio nuostolių, susijusių su nesinusoidinėmis sistemomis.

Kadangi magnetinis laukas nuo poliaus iki poliaus yra labai tolygus, "Halbach" varikliuose praktiškai nėra stabdymo arba "krumpliaračio" sukimo momento.

Sklandžiai ir efektyviai veikia visame sūkių diapazone.

Kada turėtumėte naudoti "Halbach" masyvus?

Dėl unikalių "Halbach" matricų privalumų jos puikiai tinka tokioms programoms kaip:

  • Itin lengvi elektros varikliai
  • Kompaktiškos magnetinio rezonanso tomografo ritės
  • Efektyvi "Maglev" traukinio varomoji jėga
  • Naujos kartos dalelių greitintuvai
  • Tikslūs magnetiniai guoliai

Iš esmės bet kokia programa, kurioje reikia:

  • Stiprūs magnetiniai laukai
  • Puikus lauko valdymas ir vietos nustatymas
  • Didelis galios ir svorio santykis

Kiti atvejai, kai "Halbach" matricos teikia didelę naudą, yra modeliavimo eksperimentai fizikos ir elektros inžinerijos laboratorijose.

Intensyvumas ir krypties tikslumas padeda imituoti sąlygas, kurių neįmanoma pasiekti naudojant standartinius magnetus.

Atsižvelgiant į tai, paprastoms reikmėms, pvz., durų laikymui, standartinės magnetinės juostelės greičiausiai vis dar yra geriausios. Tokiais pagrindiniais naudojimo atvejais nereikia papildomo tikslumo ir intensyvumo Halbacho matricų.

Išvada

Tikiuosi, kad šis vadovas padės suprasti, kokią didžiulę naudą "Halbach" magnetų masyvo sistemos teikia daugelyje pažangiausių sričių. Unikalios jų savybės leidžia pasiekti proveržį greitajame transporte, pažangiausiuose moksliniuose tyrimuose ir revoliucinėse pramonės srityse.

Dėl gerėjančio didelio atsparumo magnetinių medžiagų prieinamumo ir gamybos metodų per ateinantį dešimtmetį Halbacho matricos tikrai sparčiai populiarės įvairiose pramonės šakose.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *

lt_LTLithuanian
Slinkti į viršų

Siųskite užklausą šiandien

Kontaktinės formos demonstracinė versija