Магниты массива Хальбаха
Изучите технологию массива Хальбаха, которая усиливает напряженность магнитного поля с одной стороны и одновременно гасит его с противоположной стороны для эффективного использования в двигателях, левитации и системах хранения данных. Эта инновационная конфигурация магнитов позволяет повысить эффективность и сфокусировать управление магнитным полем, обеспечивая практические решения для передовых магнитных приложений.
Массив Хальбаха - это хорошо известная магнитная сборка со значительной магнитной силой. Наша компания имеет большой опыт в производстве массивов Хальбаха.
Наши магниты для массива Хальбах
Что такое массив Хальбах?
Массив Хальбаха - это структура, в которой магниты расположены с высокой эффективностью. Она состоит из множества высококачественных магнитов, расположенных на плоской поверхности в чередующемся порядке. Магнитные поля каждого магнита направлены к центру массива, где они объединяются, создавая невероятно мощную магнитную силу.
Прежде чем углубиться в эту структуру, давайте рассмотрим распределение силовых линий магнитного поля некоторых распространенных постоянных магнитов.
Из этих рисунков видно, что направление и расположение магнита напрямую влияют на распределение силовых линий магнитного поля, что определяет форму распределения магнитного поля вокруг магнитов.
- На левом рисунке изображен набор из одного магнита, все магниты которого имеют северные полюса. Цвет указывает на то, что напряженность магнитного поля выше в верхней и нижней частях магнита.
- На правом рисунке изображена решетка Хальбаха, где магнитное поле сильнее в верхней части магнита и слабее в нижней.
В том же объеме группа магнитов массива Хальбаха имеет сильную напряженность магнитного поля на боковой поверхности, примерно в 1,4 раза превышающую напряженность магнитного поля традиционного одиночного магнита, особенно при толщине магнита 4-16 мм.
Самый распространенный пример массива Хальбаха - гибкий магнит для холодильника. Эти тонкие и мягкие магниты обычно размещают на холодильниках или автомобилях. Хотя их магнитные свойства относительно слабы (сила всего 2%-3%) по сравнению с NdFeB, низкая цена и практичность делают их широко используемыми.
Структура массива Хальбах
Хальбах имеет множество различных структур, но независимо от формы, магнитная сила сосредоточена на одной поверхности.
Круглый массив Хальбаха/кольцо массива Хальбаха
Массив Хальбаха представляет собой кольцеобразную структуру, в которой линейные массивы Хальбаха соединены между собой.
При использовании в двигателе с постоянными магнитами структура решетки Хальбаха создает более синусоидальное магнитное поле воздушного зазора, чем в традиционных двигателях с постоянными магнитами. Это приводит к увеличению магнитной плотности воздушного зазора при том же количестве материала постоянного магнита и снижению потерь железа.
Кольцевые решетки Хальбаха также широко используются в подшипниках с постоянным магнитом, холодильном оборудовании и магнитно-резонансном оборудовании.
Линейные массивы Хальбаха
Линейный тип является самой простой формой массива Хальбаха. Этот магнитный массив можно рассматривать как комбинацию радиального и тангенциального массивов, как показано ниже.
Линейные массивы Хальбаха в основном используются в линейных двигателях. Принцип левитации поезда маглев основан на взаимодействии движущегося магнита с магнитным полем, создаваемым током, индуцированным в проводнике, что приводит к возникновению силы левитации и магнитного сопротивления.
Улучшение соотношения плавучести и сопротивления имеет решающее значение для повышения эффективности системы левитации. Для этого необходим легкий бортовой магнит с сильным, равномерным и надежным магнитным полем. Для этого массив Хальбаха устанавливается горизонтально в центре кузова автомобиля, создавая движущую силу с обмоткой в центре трека.
С меньшим количеством магнитов магнитное поле сильнее, а с противоположной стороны - слабее. Это помогает предотвратить воздействие сильных магнитных полей на пассажиров.
Арка Хальбах
Дуга Хальбаха, названная в честь физика Клауса Хальбаха, представляет собой магнитную сборку, в которой постоянные магниты расположены так, что магнитное поле концентрируется на одной стороне, а на противоположной - гасится. Такая конфигурация выгодна для магнитных гусеничных роботов, поскольку повышает их способность захватывать и перемещаться по вертикальным или перевернутым металлическим поверхностям, не нуждаясь во внешнем источнике энергии. Одной из ключевых особенностей этих роботов является их способность эффективно выполнять задачи по осмотру и обслуживанию в сложных условиях, таких как корпуса кораблей, резервуары для хранения и крупные машины, за счет максимального использования магнитной силы.
Конструкторы могут оптимизировать функциональность и гибкость магнитных гусеничных роботов, подбирая форму и размер дуги Хальбаха в соответствии с конкретными задачами. Дуга Хальбаха играет ключевую роль в развитии робототехники, поскольку способствует повышению энергоэффективности роботов. Это позволяет продлить время работы в удаленных или опасных местах. Ее инновационное использование для концентрации магнитных полей расширяет возможности роботов по доступу и работе в труднодоступных или опасных для человека местах. Это свидетельствует о значительном влиянии данного магнитного узла на робототехнику.
Особая форма
Эта структура уникальна и требует использования двух особых марок магнитов: N52 и N48SH. В ней сочетаются N52 для максимальной намагниченности и N48SH для термической стабильности. Магнит марки N52 используется благодаря своей высокой силе магнитного поля в секциях, не подвергающихся сильному нагреву, а N48SH применяется в деталях, подверженных воздействию высоких температур, защищая их от потери магнетизма.
Такая конфигурация обеспечивает эффективную работу магнитной структуры: магниты N52 обеспечивают компактную мощность там, где это безопасно, а магниты N48SH - устойчивость к высоким температурам. В результате магнитная система способна обеспечить высокую производительность без риска размагничивания даже в переменных температурных условиях.
Структура решетки Хальбаха в двигателе с постоянными магнитами создает более синусоидальное магнитное поле воздушного зазора, чем в традиционных двигателях с постоянными магнитами. Это приводит к увеличению магнитной плотности воздушного зазора при том же количестве материала постоянного магнита и снижению потерь железа. Кольцевые решетки Хальбаха также используются в подшипниках с постоянными магнитами, холодильных установках и магнитно-резонансном оборудовании.
Однородность
Кольцевой массив Хальбаха может оказаться не самым подходящим вариантом, если вам нужна постоянно однородная установка. Ученые часто запрашивают массив Хальбаха с уровнем однородности 300ppm, что теоретически возможно, но на практике труднодостижимо из-за магнитного склонения и ограничений в возможностях магнитной сборки. В таких ситуациях рекомендуется рассмотреть конструкцию "ярмо". Такая конструкция часто позволяет создать однородное магнитное поле для приборов ЯМР (ядерного магнитного резонанса).
Моделирование
Симуляция и реальность:
При моделировании небольших массивов Хальбаха ошибка между результатами и фактическими значениями составляет примерно от +5% до -10%. Однако при больших размерах погрешность может достигать -25 % или -30 %.
Исходя из нашего опыта, сложно обеспечить одинаковые магнитные поля даже при одновременном изготовлении массивов Хальбаха.
Russian 
English 
Spanish 
Italian 
French 
German 
Czech 
Danish 
Dutch 
Portuguese 
Turkish 
Japanese 
Korean 
Finnish 
Chinese 
Hungarian 
Swedish 
Bulgarian 
Estonian 
Lithuanian 
Polish