آرایه هالباخ، آهنربای دائمی هالباخ

آرایه هالباخ ​​یک ساختار آرایش آهنربایی است. قبل از درک این ساختار، بیایید نگاهی به توزیع خط میدان مغناطیسی برخی از آهنرباهای دائمی رایج بیندازیم.

از این تصویر، دشوار نیست که بفهمیم جهت قرارگیری و آرایش آهنربا مستقیماً بر توزیع خطوط میدان مغناطیسی تأثیر می گذارد، یعنی بر شکل توزیع میدان مغناطیسی اطراف آهنربا تأثیر می گذارد.

مفهوم آرایه هالباخ

آرایه هالباخ ​​(آهنربای دائمی هالباخ) نوعی ساختار آهنربایی است. در سال 1979، محقق آمریکایی کلاوس هالباخ، این ساختار آهنربای دائمی ویژه را در جریان آزمایش شتاب الکترون کشف کرد و به تدریج آن را بهبود بخشید و در نهایت به اصطلاح شکل گرفت."هالباخ"آهن ربا. این یک سازه ایده آل تقریبی در مهندسی است. برای افزایش قدرت میدان در جهت واحد از آرایش خاصی از واحدهای آهنربا استفاده می کند. هدف استفاده از کمترین مقدار آهنربا برای ایجاد قوی ترین میدان مغناطیسی است.

این نوع آرایه کاملاً از مواد مغناطیس دائمی خاکی کمیاب تشکیل شده است. با چیدمان آهنرباهای دائمی با جهات مغناطیسی مختلف طبق یک قانون خاص، می توان خطوط مغناطیسی نیرو را در یک طرف آهنرباها متمرکز کرد و خطوط نیرو را در طرف دیگر ضعیف کرد و در نتیجه میدان مغناطیسی یک طرفه ایده آلی به دست آورد. این در مهندسی اهمیت زیادی دارد. آرایه های هایربیک با ویژگی های توزیع میدان مغناطیسی عالی خود به طور گسترده در زمینه های صنعتی مانند رزونانس مغناطیسی هسته ای، شناور مغناطیسی و موتورهای ویژه آهنربای دائم استفاده می شود.

در سمت چپ یک آهنربای منفرد با تمام قطب های شمال رو به بالا قرار دارد. از رنگ می توان دریافت که قدرت میدان مغناطیسی در پایین و بالای آهنربا قرار دارد. در سمت راست یک آرایه هالباخ است. میدان مغناطیسی در بالای آهنربا نسبتا زیاد است، در حالی که پایین آن نسبتا ضعیف است. (در همین حجم، شدت میدان مغناطیسی سطح جانبی قوی آهنربای آرایه هالباخ ​​حدود√2 برابر (1.4 برابر) آهنربای تک سنتی، به خصوص زمانی که ضخامت آهنربا در جهت مغناطیسی 4-16 میلی متر باشد.

رایج ترین نمونه آرایه هالباخ ممکن است برچسب یخچال انعطاف پذیر باشد. این آهنرباهای نازک و نرم معمولاً روی یخچال یا پشت ماشین چاپ می شوند. اگرچه خاصیت مغناطیسی آنها در مقایسه با NdFeB بسیار ضعیف است (فقط 2٪ -3٪ استحکام)، اما قیمت پایین و کاربردی بودن آن باعث استفاده گسترده آن می شود.

شکل و کاربرد آرایه هالباخ

آرایه خطی

نوع خطی اصلی ترین ترکیب آرایه هالباخ ​​است. این آهنربای آرایه ای را می توان ترکیبی از آرایه شعاعی و آرایه مماسی در نظر گرفت که در شکل زیر نشان داده شده است.

آرایه های هالباخ ​​خطی در حال حاضر عمدتاً در موتورهای خطی استفاده می شوند. اصل حرکت قطار مگلو این است که آهنربای متحرک با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی در هادی برهمکنش می کند و نیروی شناور ایجاد می کند و در عین حال با مقاومت مغناطیسی همراه است. بهبود شناوری و نسبت کشش کلید بهبود عملکرد سیستم شناور است که به وزن آهنربای روی برد وزن سبک، میدان مغناطیسی قوی، میدان مغناطیسی یکنواخت و قابلیت اطمینان بالا نیاز دارد. آرایه هالباخ ​​به صورت افقی در مرکز بدنه خودرو نصب می شود و با سیم پیچی در مرکز مسیر تعامل می کند تا نیروی محرکه تولید کند که میدان مغناطیسی را با مقدار کمی آهنربا به حداکثر می رساند و طرف دیگر میدان مغناطیسی کمتری دارد. که می تواند از قرار گرفتن مسافران در معرض میدان های مغناطیسی قوی جلوگیری کند.

آرایه دایره ای

آرایه حلباخ دایره‌ای را می‌توان ترکیبی از آرایه‌های هالباخ ​​خطی از انتها به انتها در نظر گرفت تا شکل حلقه‌ای دایره‌ای ایجاد کند.

در موتور آهنربای دائم، موتور آهنربای دائم با استفاده از ساختار آرایه هالباخ دارای یک میدان مغناطیسی شکاف هوا نزدیک‌تر از موتور آهنربای دائم سنتی به توزیع سینوسی است. در مورد همان مقدار ماده آهنربای دائم، موتور آهنربای دائم هالباخ دارای چگالی مغناطیسی شکاف هوای بیشتری است. تلفات آهن کم است. علاوه بر این، آرایه های حلقه هالباخ نیز به طور گسترده در یاتاقان های مغناطیسی دائمی، تجهیزات تبرید مغناطیسی و تجهیزات تشدید مغناطیسی استفاده می شود.

روش ساخت و تولید آرایه هالباخ

روش 1: با توجه به توپولوژی آرایه، از چسب آهنربا برای اتصال قطعات آهنربای مغناطیسی به یکدیگر استفاده کنید. از آنجایی که دافعه متقابل بین قطعات آهنربا بسیار قوی است، قالب باید برای بستن در هنگام چسبندگی استفاده شود. این روش راندمان ساخت پایینی دارد، اما اجرای آن راحت‌تر است و برای استفاده در مرحله تحقیقات آزمایشگاهی مناسب‌تر است.

روش 2: ابتدا از روش پر کردن قالب یا پرس قالب برای ساخت آهنربای کامل استفاده کنید و سپس در یک فیکسچر مخصوص آهنربا کنید. ساختار آرایه پردازش شده توسط این روش مشابه شکل زیر است. این روش دارای راندمان پردازش و مقایسه بالایی است که به راحتی می توان به تولید انبوه دست یافت. با این حال، لازم است که به ویژه فیکسچر مغناطیسی طراحی شود و فرآیند مغناطیسی فرموله شود.

روش 3: همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، از یک آرایه سیم پیچی شکل خاص برای تعیین توزیع میدان مغناطیسی نوع هالباخ استفاده کنید.

فرآیند و تأثیر آرایه هالباخ ​​خودساخته در آزمایشگاه