Halbach阵列，Halbach永磁体

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

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

Halbach阵列的概念

Halbach Array（海尔贝克永磁体）是一种磁体结构。 1979年，美国学者Klaus Halbach在电子加速实验中发现了这种特殊的永磁体结构，并逐步加以改进，最终形成了所谓的永磁体结构。"哈尔巴赫"磁铁。是工程上近似理想的结构。它采用特殊的磁体单元排列方式，增强单元方向的磁场强度。目标是使用最少量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。通过将不同磁化方向的永磁体按照一定的规则排列，可以使磁体的一侧磁力线集中，另一侧磁力线减弱，从而获得理想的单边磁场。这在工程上具有重要意义。海尔贝克阵列凭借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。

左边是一块磁铁，所有北极都朝上。从颜色可以看出，磁场强度位于磁铁的底部和顶部。右侧是 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阵列磁体强侧面磁场强度约为√是传统单块磁铁的2倍（1.4倍，特别是当磁铁充磁方向厚度为4-16mm时）

Halbach 阵列最常见的例子可能是柔性冰箱贴纸。这些薄而软的磁铁通常印在冰箱或汽车后面。虽然它们的磁性与钕铁硼相比很弱（只有2%-3%的强度），但其低廉的价格和实用性使其得到广泛的应用。

Halbach阵列的形式及应用

线性阵列

线性型是最基本的Halbach阵列构成。这种阵列磁体可以看作是径向阵列和切向阵列的组合，如下图所示。

线性Halbach阵列目前主要应用于直线电机。磁浮列车的悬浮原理是运动的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央，与轨道中央的绕组相互作用产生推进力，用少量磁铁使磁场最大化，另一侧磁场较少，可以防止乘客暴露在强磁场中。

圆形阵列

圆形Halbach阵列可以看作是线性Halbach阵列首尾相连形成圆环形的组合。

在永磁电机中，采用Halbach阵列结构的永磁电机，其气隙磁场比传统永磁电机更接近正弦分布。在永磁材料用量相同的情况下，Halbach永磁电机具有更大的气隙磁密度。铁损小。此外，Halbach环形阵列还广泛应用于永磁轴承、磁制冷设备和磁共振设备。

Halbach阵列的制作及生产方法

方法一：根据阵列的拓扑结构，使用磁力胶将磁化后的磁体段粘合在一起。由于磁体段之间的相互排斥力很强，所以粘合时应采用模具夹紧。该方法制造效率较低，但较容易实现，更适合实验室研究阶段使用。

方法二：先采用充模或压模的方法制造出完整的磁铁，然后在专用夹具中充磁。该方法处理的数组结构类似下图。该方法加工效率高，比较容易实现批量生产。但需要专门设计充磁夹具并制定充磁工艺。

方法三：采用异形绕组阵列实现Halbach型磁场分布，如下图所示。

实验室自制Halbach阵列的过程及效果