Magnete al neodimio ad arco di Halbach

Utilizzando magneti permanenti organizzati con uno spostamento di orientamento di 90° tra gli elementi magnetici, una matrice di Halbach viene utilizzata più frequentemente nelle applicazioni industriali per creare un campo magnetico che aumenta la forza magnetica applicata. Sia gli array Halbach piatti che quelli circolari generano campi magnetici paragonabili a quelli prodotti da solenoidi alimentati (elettromagneti), ma senza l'ingombro, la spesa e la manutenzione aggiuntivi. Un array Halbach circolare concentra il campo magnetico sull'ID o sull'OD, mentre un array Halbach planare confina il campo magnetico su un bordo dell'array. Sebbene i "magneti di inversione" forniscano un angolo di 45° tra i magneti anziché una versione di 90°, esistono anche altre iterazioni, che possono essere definite array Halbach "non tradizionali".

La geometria di base per le matrici circolari di Halbach è un insieme di magneti a forma di cuneo con diversi orientamenti magnetici centrati attorno a un asse condiviso.

Disposizione dell'esapolo di Halbach
Un cilindro di Halbach srotolato può essere paragonato alle matrici di Halbach planari. Questa variante produce un campo magnetico molto potente su una faccia funzionale, anche se non sempre produce un campo uniforme.

Disposizione planare di Halbach

GAMMA DI APPLICAZIONI HALBACH
Le applicazioni standard per gli array Halbach planari includono:

Tenuta e struttura
Applicazioni per i giunti lineari
Nel ciclo OD, le matrici circolari di Halbach sono impiegate in:

Rotori di motori DC senza spazzole
Rotori ad accoppiamento magnetico
Rotori per la produzione di energia
Nel ciclo ID, gli array Halbach circolari vengono utilizzati per:

limitare il plasma
Accelerare, organizzare e guidare gli ioni carichi in movimento.
introdurre le onde
Cilindro Halbach
RIFLESSIONI SULLA PROGETTAZIONE DELL'ARRAY HALBACHER
Deficit pratico

Per una disposizione planare, tra il pezzo e il campo di magneti
In un numero di cilindri di Halbach
Impostazione di lavoro tra un rotore e uno statore Halbach

Velocità di rotazione e temperatura
fluidi e gas
Regioni di smagnetizzazione esterna

Soprattutto negli array di Halbach utilizzati per i rotori, questo aspetto è significativo.
Costo

Necessario per servire per l'eternità

Quantità di spazio o capacità che può avere l'arrangiamento

La dimensione dell'assieme dell'array

Gli array di Halbach si basano su un insieme di magneti che si attraggono e resistono naturalmente l'uno all'altro. La circonferenza dell'array rende la sua costruzione più impegnativa.

VANTAGGI DELL'HALBACHER ARRAY
Il campo molto potente di un array di tipo Halbach rispetto ad altri array con la stessa quantità di lega magnetica è senza dubbio il suo vantaggio più importante. Il design migliora sostanzialmente l'efficacia del circuito magnetico.

La costruzione prevede una sola superficie funzionale, o "faccia di lavoro". Il campo magnetico si concentra sull'unica faccia funzionale, dove è molto potente, mentre è quasi del tutto assente sull'altra faccia. In effetti, la faccia funzionante riceve il campo magnetico che di solito si trova sulla faccia non funzionante. Sia le matrici di tipo circolare che quelle di tipo planare rientrano in questa descrizione.

VANTAGGI DEGLI ARRAYS DI HALBACH Il principale svantaggio della forma dell'Array di Halbach è che è difficile da posizionare.

rispetto ad altre opzioni possibili, con conseguenti costi di produzione forse più elevati. Ciò è dovuto al fatto che l'intera collezione di componenti del magnete di Halbach resiste l'uno all'altro. Ciò può comportare una serie di problemi legati all'assemblaggio, come la necessità di unire i magneti magnetizzati, la necessità di gestire le pressioni durante l'assemblaggio e la necessità di assicurarsi che l'assemblaggio "tenga insieme" quando viene utilizzato.

Gli array Halbach possono avere problemi anche in situazioni di calore elevato, perché i componenti dell'array applicano un campo smagnetizzante l'uno all'altro. Un magnete è più soggetto a smagnetizzarsi all'aumentare della temperatura di esercizio e la smagnetizzazione dei magneti vicini è aggravata.

CONCLUSIONE
Non tutte le applicazioni sono adatte a un array Halbach. Tuttavia, prima di adottare un array Halbach, è fondamentale tenere conto delle difficoltà di progettazione e produzione. Un progetto Halbach ha molte possibilità di aumentare l'efficienza, ma ciò ha un costo. Per le vostre applicazioni di schieramento Halbach, la collaborazione con una società di ingegneria magnetica esperta è fondamentale per trovare la risposta migliore. Per sapere se un array Halbach può migliorare la vostra applicazione magnetica e per ricevere assistenza nell'applicazione dei magneti per tutti i progetti di array, contattate Dura Magnetics.

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Come funzionano i gruppi Halbach? Perché qualcuno potrebbe usarne uno? In questo articolo ci concentriamo su alcuni metodi affascinanti per fabbricare e applicare queste insolite combinazioni di magneti.

Una matrice di Halbach cos'è?

Nell'immagine a sinistra, il polo nord di un magnete solitario è sempre rivolto verso l'alto. La parte superiore e quella inferiore del magnete hanno entrambe campi altrettanto forti, come mostra lo spettro di colori. L'array di Halbach, invece, ha un campo molto potente in alto e un campo debole in basso.
Una configurazione unica di magneti permanenti, chiamata matrice di Halbach, crea un campo magnetico su un bordo della superficie.

il campo sul lato opposto quasi a zero, rendendo la matrice più forte. Rispetto al campo magnetico creato da un magnete solitario, la differenza è notevole. Un magnete singolo crea un campo magnetico di uguale potenza su entrambi i lati, come si vede nell'illustrazione a destra.

In questo caso, il magnete solitario è rappresentato come una disposizione a 5 cubi, simile all'array di Halbach, ma con i poli nord tutti rivolti verso l'alto. Questo ha le stesse proprietà magnetiche di un magnete lineare solitario.

John C. Mallinson notò per la prima volta l'effetto nel 1973 e inizialmente pensò a queste formazioni di "flusso unilaterale" come a una stranezza (link al documento IEEE). L'array di Halbach è stato sviluppato separatamente dallo scienziato Klaus Halbach negli anni '80 per concentrare fasci di particelle, elettroni e laser.

Perché potreste desiderarne uno? Dove vengono utilizzati nella pratica?
Citando Wikipedia Le distribuzioni di flusso unilaterali hanno un numero notevole di utilizzi, dal magnete del frigorifero a quelli industriali come il motore brushless e l'accoppiamento magnetico, nonostante il loro aspetto astratto. Sono state inizialmente create da Klaus Halbach per essere utilizzate come magneti ondulatori negli acceleratori di particelle e nei laser a elettroni liberi.

Gli array di Halbach sono anche una parte essenziale del sistema di treni maglev Inductrack. In questo sistema, dopo che il treno ha raggiunto la sua velocità massima, gli array di Halbach respingono le bobine di filo che compongono il binario, elevando il treno.

Creare una collezione Halbach diritta come illustrazione.

Qui dimostriamo come costruire un array Halbach lineare utilizzando i magneti delle serie B888-2PA-N52 e B888-2PE-N52. Questi magneti hanno una forma quadrata da 12″.

Un lungo albero filettato può essere inserito attraverso il foro centrale per tenerli insieme. Rispetto a un magnete B888 standard, sono molto più semplici da montare.

L'apertura nei magneti -2PA- è situata parallelamente all'asse di polarizzazione. Sui lati in cui è presente una cavità, si trovano i poli nord e sud. L'apertura nei magneti -2PE- è orientata perpendicolarmente all'asse di magnetizzazione. Sui lati opposti senza fori si trovano i poli nord e sud.

L'assemblaggio di un singolo array di 5 magneti è mostrato nel filmato seguente.

Le matrici di Halbach sono una disposizione precisa di magneti permanenti che indirizza il campo magnetico in una regione e lo annulla quasi a zero nell'altra. Possiamo creare matrici e gruppi halbach su ordinazione, ma teniamo in magazzino i seguenti gruppi.

Le griglie di Halbach sono tipicamente utilizzate nelle applicazioni industriali per generare un campo magnetico disponendo i magneti permanenti con un cambio di orientamento di 90° tra i componenti magnetici, che ingrandisce la forza magnetica erogata. Le griglie di Halbach, sia planari che circolari, forniscono un campo magnetico paragonabile a quello prodotto da un solenoide pilotato (elettromagnete), ma senza le dimensioni, le spese e la manutenzione aggiuntive. Il campo magnetico è contenuto su un lato di un array Halbach planare, mentre il campo magnetico è concentrato sull'ID o OD di un array Halbach circolare. Esistono altre iterazioni e, sebbene i "magneti invertiti" producano un angolo di 45° tra i magneti piuttosto che un'iterazione di 90°, possono essere definiti array Halbach "non tradizionali".

Il progetto di base per gli array circolari di Halbach è un array di magneti a forma di cuneo con orientamenti magnetici diversi attorno a un asse comune.