0322Halbach Array,Halbach 永磁体

2021-11-18 09:07

0322Halbach阵列是一种磁体排列结构。在了解这种结构之前,我们先来看看一些常见的永磁体的磁力线分布。

Halbach Array 


从这张图不难发现,磁体的放置方向和排列方式会直接影响磁力线的分布,即会影响磁体周围磁场分布的形式。

 

 

 

Halbach数组的概念

Halbach Array(海尔贝克永磁体)是一种磁体结构。1979年,美国学者克劳斯·哈尔巴赫在电子加速实验中发现了这种特殊的永磁体结构并逐步改进,最终形成了所谓的“永磁体”。"哈尔巴赫"磁铁。在工程上是一种近似理想的结构。它使用特殊排列的磁铁单元来增强单元方向的场强。目标是使用最少的磁铁来产生最强的磁场。

这种阵列完全由稀土永磁材料组成。通过按一定规律排列不同磁化方向的永磁体,可以使磁体一侧的磁力线集中,另一侧弱化磁力线,从而获得理想的单向磁场。这在工程中具有重要意义。海尔贝克阵列以其优异的磁场分布特性,广泛应用于核磁共振、磁悬浮、永磁特种电机等工业领域。

Halbach Array

左边是一块磁铁,所有北极都朝上。从颜色可以看出,磁场的强度位于磁铁的底部和顶部。右边是一个 Halbach 阵列。磁铁顶部的磁场相对较高,而底部的磁场相对较弱。(相同体积下,Halbach阵列磁体强侧表面的磁场强度约为是传统单磁体的2倍(1.4倍),特别是磁体厚度在磁化方向4-16mm时)

 

Halbach 阵列最常见的例子可能是灵活的冰箱贴纸。这些薄而软的磁铁通常印在冰箱或汽车后部。虽然它们的磁性与钕铁硼相比非常微弱(强度仅为 2%-3%),但其低廉的价格和实用性使其被广泛使用。

 

Halbach阵列的形式及应用

线性阵列

线性型是最基本的Halbach阵列组成。这种阵列磁铁可以看成是径向阵列和切向阵列的组合,如下图所示。

Halbach Array

线性海尔贝克阵列目前主要用于直线电机。磁悬浮列车的悬浮原理是动磁体与导体中感应电流产生的磁场相互作用产生悬浮力,同时还伴随着磁阻。提高浮力和阻力比是提高悬浮系统性能的关键,这就要求车载磁体重量轻、磁场强、磁场均匀、可靠性高。Halbach阵列水平安装在车体中心,与轨道中心的绕组相互作用产生推进力,用少量的磁铁使磁场最大化,而另一侧磁场较少,

 

圆形阵列

圆形Halbach阵列可以看成是线性Halbach阵列首尾相连形成圆环形状的组合。

 

Halbach Array

Halbach Array 

在永磁电机中,采用海尔贝克阵列结构的永磁电机比传统永磁电机具有更接近正弦分布的气隙磁场。在相同数量的永磁材料的情况下,海尔贝克永磁电机具有更大的气隙磁密度。铁损小。此外,Halbach环阵列还广泛应用于永磁轴承、磁制冷设备和磁共振设备。

 

Halbach阵列的制作及制作方法

方法一:根据阵列的拓扑结构,用磁铁胶将磁化的磁铁段粘合在一起。由于磁铁段之间的相互排斥力很强,所以在粘合时应使用模具进行合模。这种方法制造效率低,但更容易实施,更适合在实验室研究阶段使用。

 

方法二:先用充模或压模的方法制成完整的磁铁,然后在专用夹具中充磁。该方法处理的数组结构类似于下图。该方法加工效率高,比较容易实现大批量生产。但需要专门设计充磁夹具,制定充磁工艺。

 Halbach Array

方法3:使用异形绕组阵列实现Halbach型磁场分布,如下图所示。

Halbach Array


实验室自制Halbach阵列工艺及效果

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