Íman de neodímio com matriz de Halbach

Utilizando ímanes permanentes organizados numa mudança de orientação de 90° entre elementos magnéticos, uma matriz de Halbach é mais frequentemente utilizada em aplicações industriais para criar um campo magnético que aumenta a força magnética aplicada. Tanto as matrizes planas como as circulares de Halbach geram campos magnéticos comparáveis aos produzidos por solenóides eléctricos (electroímanes), mas sem o volume, as despesas ou a manutenção adicionais. Uma matriz circular de Halbach concentra o campo magnético no ID ou OD, enquanto uma matriz plana de Halbach confina o campo magnético a uma extremidade da matriz. Embora os "bucking magnets" forneçam um ângulo de 45° entre os ímanes em vez de uma versão de 90°, existem também outras iterações, que podem ser designadas por matrizes de Halbach "não tradicionais".

A geometria mais básica para as matrizes circulares de halbach é um conjunto de ímanes em forma de cunha com diferentes orientações magnéticas centradas em torno de um eixo comum.

Arranjo Hexa-Polo de Halbach
Um cilindro de Halbach desenrolado pode ser comparado a matrizes planas de Halbach. Esta variante produz de facto um campo magnético muito potente numa face funcional, embora nem sempre produza um campo uniforme.

Arranjo planar de Halbach

GAMA DE APLICAÇÕES HALBACH
As aplicações padrão para matrizes planas de Halbach incluem:

Holding\sFixturing
Aplicações para acoplamentos lineares
No ciclo OD, as matrizes circulares de Halbach são utilizadas em:

Rotores de motor DC sem escovas
Rotores de acoplamento magnético
Rotores de produção de energia
No ciclo ID, as matrizes circulares de Halbach são utilizadas para:

restringir o plasma
Acelerar, organizar e dirigir iões carregados em movimento.
introduzir ondas
Cilindro Halbach
REFLEXÕES SOBRE A CONCEPÇÃO DA REDE HALBACHER
Défice prático

Para uma disposição plana, entre a peça de trabalho e o conjunto de ímanes
Num cilindro de Halbach Número
Ajuste de trabalho entre um rotor Halbach e um estator

Velocidades de rotação e temperatura
fluidos e gases
Regiões de desmagnetização exterior

Este facto é particularmente significativo nas matrizes de Halbach utilizadas para rotores.
Custo

Necessário para servir para a eternidade

Quantidade de espaço ou capacidade que o arranjo pode ter

O tamanho do conjunto da matriz

As matrizes de Halbach baseiam-se num conjunto de ímanes que se atraem e resistem naturalmente uns aos outros. O tamanho do conjunto torna a sua construção mais difícil.

VANTAGENS DA HALBACHER ARRAY
O campo muito potente de uma matriz do tipo Halbach em comparação com outras matrizes com a mesma quantidade de liga magnética é, sem dúvida, a sua vantagem mais saliente. A conceção melhora basicamente a eficácia do circuito magnético.

A construção do aparelho resulta numa única superfície funcional, ou "face de trabalho". O campo magnético concentra-se na única face funcional, onde é muito potente, e está quase completamente ausente na outra face. De facto, a face funcional recebe o campo magnético que normalmente estaria na face não funcional. Tanto as matrizes circulares como as planas se enquadram nesta descrição.

VANTAGENS DAS MATRIZES DE HALBACH A principal desvantagem da forma da matriz de Halbach é o facto de ser difícil de colocar

em comparação com outras opções possíveis, resultando em custos de fabrico possivelmente mais elevados. Isto é causado pelo facto de toda a coleção de componentes magnéticos do conjunto Halbach Array resistir uns aos outros. Isto pode levar a uma série de problemas relacionados com a montagem, tais como a necessidade de juntar os ímanes magnetizados, lidar com pressões durante a montagem e garantir que o conjunto "se mantém unido" quando está a ser utilizado.

As matrizes Halbach também podem ter problemas em situações de calor elevado porque os componentes da matriz aplicam um campo de desmagnetização uns aos outros. Um íman é mais propenso a desmagnetizar à medida que a temperatura de trabalho aumenta, e a desmagnetização de ímanes próximos é agravada.

CONCLUSÃO
Nem todas as aplicações são adequadas para um conjunto de Halbach. No entanto, antes de adotar uma antena Halbach, é fundamental ter em conta a dificuldade de planeamento e fabrico. A conceção de uma antena Halbach tem muitas hipóteses de aumentar a eficiência, mas isso custará dinheiro. Para as suas aplicações de matriz de Halbach, trabalhar com uma empresa de engenharia magnética experiente é crucial para encontrar a melhor resposta. Para saber se uma matriz de Halbach pode melhorar a sua aplicação magnética e para obter ajuda na aplicação de ímanes para todos os modelos de matrizes, entre em contacto com a Dura Magnetics.

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Como é que os grupos de Halbach funcionam? Porque é que alguém pode utilizar um? Neste artigo, concentramo-nos apenas em alguns métodos fascinantes para fabricar e aplicar estas combinações de ímanes invulgares.

Uma matriz Halbach é o quê?

Na imagem da esquerda, o pólo norte de um íman solitário está sempre a apontar para cima. O topo e a base do íman têm ambos campos igualmente fortes, como mostra o espetro de cores. A matriz de Halbach, por outro lado, tem um campo muito forte no topo e um campo fraco na base.
Uma configuração única de ímanes permanentes, designada por matriz de Halbach, cria um campo magnético numa das extremidades.

o campo do lado oposto a quase zero, tornando a matriz mais forte. Em comparação com o campo magnético criado por um íman solitário, isto é muito distinto. Um íman único cria um campo magnético de igual potência em ambos os lados, como se vê na ilustração à direita.

Aqui, o íman solitário é representado como um arranjo de 5 cubos, semelhante à matriz de Halbach, mas com os pólos norte todos virados para cima. Isto tem as mesmas propriedades magnéticas que um íman linear solitário.

John C. Mallinson notou o efeito pela primeira vez em 1973 e, inicialmente, considerou estas formações de "fluxo unilateral" como uma raridade (link para artigo do IEEE). A matriz de Halbach foi desenvolvida separadamente pelo cientista Klaus Halbach na década de 1980 para concentrar feixes de partículas, electrões e lasers.

Porque é que se pode desejar um? Onde é que eles são utilizados na prática?
Citando a Wikipédia As distribuições de fluxo unilateral têm um número notável de utilizações, desde o íman do frigorífico até às utilizações industriais como o motor sem escovas e o acoplamento magnético, apesar do seu aspeto abstrato. Foram inicialmente criadas por Klaus Halbach para serem utilizadas como ímanes em aceleradores de partículas e lasers de electrões livres.

As matrizes de Halbach são também uma parte essencial do sistema de comboios maglev Inductrack. Neste sistema, depois de o comboio ter atingido a sua velocidade máxima, as matrizes Halbach repelem as bobinas de arame que compõem a via, elevando o comboio.

Crie uma coleção Halbach linear como ilustração.

Aqui, demonstramos como construir uma matriz linear de Halbach utilizando os ímanes das nossas séries B888-2PA-N52 e B888-2PE-N52. Estes ímanes têm uma forma quadrada de 12″.

Um longo eixo roscado pode ser inserido através do orifício no centro para os manter juntos. Em comparação com um íman B888 normal, são muito mais simples de montar.

A abertura nos ímanes -2PA- está situada paralelamente ao eixo de polarização. Nos lados onde existe uma cavidade, encontram-se os pólos norte e sul. A abertura nos ímanes -2PE- está orientada perpendicularmente ao eixo de magnetização. Nos lados opostos sem orifícios, situam-se os pólos norte e sul.

A montagem de uma única matriz de 5 ímanes é demonstrada no filme abaixo.

As matrizes de Halbach são um arranjo preciso de ímanes permanentes que direcionam o campo magnético numa região enquanto o cancelam para perto de zero na outra. Podemos criar matrizes de halbach e conjuntos de halbach por encomenda, mas mantemos os seguintes conjuntos em stock.

Um conjunto de Halbach é normalmente utilizado em aplicações industriais para gerar um campo magnético através da disposição de ímanes permanentes numa mudança de orientação de 90° entre componentes magnéticos, o que aumenta a força magnética fornecida. As matrizes de Halbach, tanto planas como circulares, fornecem um campo magnético comparável ao produzido por um solenoide acionado (eletroíman), mas sem o tamanho, despesas e manutenção adicionais. Um campo magnético está contido num dos lados de uma matriz Halbach plana, enquanto que um campo magnético está concentrado no ID ou OD de uma matriz Halbach circular. Existem outras iterações e, embora os "ímanes de flexão" produzam um ângulo de 45° entre ímanes em vez de uma iteração de 90°, podem ser designados por matrizes de Halbach "não tradicionais".

A conceção mais básica das matrizes circulares de Halbach é uma matriz de ímanes em forma de cunha com orientações magnéticas variáveis em torno de um eixo comum.