Halbach Arrays

o que são arrays Halbach? Porque queres usar um? Neste artigo, exploramos apenas algumas das formas interessantes de criar e usar essas configurações magnéticas únicas.O que é uma matriz de Halbach?

um único íman é mostrado à esquerda, com o Pólo Norte virado para cima. A força do campo, indicada pela escala de cores, é igualmente forte no topo e no fundo do íman. Em contraste, o array Halbach mostrado à direita tem um campo muito forte no topo, e um campo bastante fraco no fundo.

um array Halbach é um arranjo especial de ímãs permanentes que torna o campo magnético de um lado do array mais forte, enquanto cancela o campo para perto de zero no outro lado. Isto é muito diferente do campo magnético em torno de um único íman. Com um único íman, você tem um campo magnético de força igual em cada lado do íman, como mostrado à direita.

o único íman é mostrado aqui como 5 cubos como o array Halbach, mas com todos os pólos norte apontando para cima. Magneticamente, isto é o mesmo que um único íman comprido.

o efeito foi inicialmente descoberto por John C. Mallinson em 1973, e estas estruturas de “fluxo unilateral” foram inicialmente descritas por ele como uma curiosidade (IEEE paper link). Na década de 1980, o físico Klaus Halbach independentemente inventou o array Halbach para focar feixes de partículas, elétrons e lasers.Para que queres um? Onde é que eles são realmente usados?

Da Wikipédia: Embora distribuições de fluxo unilaterais possam parecer um pouco abstratas, eles têm um número surpreendente de aplicações que vão desde o íman geladeira a aplicações industriais, tais como o motor sem escovas e acoplamento magnético. Klaus Halbach originalmente inventou – os para usar como ímãs wiggler usados em aceleradores de partículas e lasers de elétrons livres.

Halbach arrays são também um componente chave do sistema de trem de Maglev Indutrack em que os Halbach arrays repelem loops de fio que formam a pista após o trem ter sido acelerado para a velocidade, levantando o trem.

Criar um exemplo – em linha reta Halbach matriz

Aqui vamos mostrar a construção de uma reta Halbach matriz usando o nosso B888-2PA-N52 e B888-2PE-N52 ímãs. Estes ímãs são cubos ½ ” com um buraco através do meio para permitir que uma haste longa rosca para mantê-los juntos. Isto torna – os muito mais fáceis de montar do que um íman B888.

os ímanes-2PA têm o buraco paralelo à direção de magnetização. Os pólos norte e sul estão em faces onde há um buraco. Os ímãs-2PE têm o buraco perpendicular à direção de magnetização. Os pólos norte e sul estão localizados em faces opostas que não têm buraco.

o vídeo abaixo mostra como montar um conjunto de 5 ímãs.

como mostrado no vídeo abaixo, você pode ver claramente que um lado deste conjunto de ímãs é muito mais forte do que o outro.Como é o campo magnético?

à direita, mostramos o campo magnético em torno do recém-criado array Halbach usando tanto uma simulação de análise de elementos finitos (a imagem de cor), e usando o nosso filme de visualização MV43. O filme mostra uma linha de cores claras onde a polaridade transita entre uma direção e outra.Vejam só um íman comum de frigoríficos!

talvez o exemplo mais comumente visto de um array Halbach é o íman de geladeira flexível. Estes ímãs finos e flexíveis são muitas vezes impressos para uso como ímãs de geladeira ou nas costas dos carros. Eles são muito, muito mais fracos do que um ímã de neodímio (apenas 2-3% da força), mas são baratos e úteis nesta aplicação.Enquanto K &J Magnetics não vende esses tipos de ímãs, pensamos que um olhar rápido vale a pena em um artigo sobre matrizes Halbach! Afinal de contas, eles são provavelmente o exemplo mais comum de uma matriz Halbach em nossas vidas diárias. Na imagem abaixo, o nosso filme verde MV43 mostra os campos magnéticos alternados.

flexível, ímã de geladeira com MV43 ver filme mostrando o listrado matriz de magnetização

No vídeo abaixo, vamos dar uma rápida demonstração de como esta magnéticos flexíveis paus bem, por um lado, mas não pelo outro.Talvez às vezes você não queira um array Halbach

perguntam-nos muitas vezes sobre os ímanes de Halbach porque, bem, eles são simplesmente limpos. É interessante como os campos magnéticos interagem, e algumas pessoas acham que eles têm que ter a configuração mais forte possível.

se você está mais interessado na força de atração de um íman, no entanto, um array Halbach pode não ser a melhor solução. Se você quiser a força mais puxada para uma superfície de aço, há escolhas mais fortes. Lembrem – se, estas matrizes foram originalmente concebidas para fazer um campo magnético muito forte e alternado de um lado para guiar um feixe de electrões, não para encontrar uma forma mais forte de se colar a uma superfície de aço!

Em termos de Força de tração e de Intensidade de Campo, vamos comparar:

Halbach matriz de cinco ½ “cubos (utilizar o mesmo B888-2PA-N52 e B888-2PE-N52 ímãs)
Array de cinco ½” de cubos, com o norte para cima (isso funciona como um grande ímã)
Array de cinco ½ ” cubos, polaridade alternada (primeiro ímã tem norte, virada para cima, segundo ímã tem virado a sul, até, terceiro ímã tem norte, virada para cima, etc.)
um íman De Montagem de tamanho semelhante, com um único íman e uma taça de aço / canal em torno dele para redireccionar o campo magnético do lado de trás do íman (um MMR-a-Y8 é mais semelhante à matriz que estamos examinando)

no gráfico à direita, mostramos os resultados deste teste experimental. Usámos cada uma destas quatro fixações magnéticas na nossa força de tracção, Caso 1, onde medimos a força de tracção do(s) íman (s) preso (s) a uma grande, espessa, superfície plana de aço.

a matriz de Halbach puxou (no lado forte) com cerca de 72 lb de força. Embora forte, um conjunto de 5 ímãs dispostos com todos os seus pólos norte voltados para cima é um pouco mais forte, com 77 lb.Ao estabelecer as direções de magnetização em um padrão Alternante (norte-sul-norte-sul-sul), encontramos ainda mais força medindo em 88 lb.

se Colares a uma superfície de aço é o teu objectivo, há uma opção ainda melhor: o íman De Montagem. Ímãs de montagem usam um canal de aço ou copo para redirecionar o campo magnético da parte de trás de um único íman, que duplica aproximadamente a força de atração que você pode esperar do íman sozinho. O nosso íman MMR-a-Y8 mediu 84 lb. Como o íman é mais fino, esta é a solução de menor custo. Ele fornece uma força semelhante usando um íman muito menor.

Halbach Cilindros e Anéis

Alguns cenários possíveis de Halbach matrizes em anel imãs, encontrado na Wikipédia Halbach matriz página

Halbach matrizes também pode ser configurado em outras formas. Um íman de anéis com magnetização Multi-pole, ou um anel composto de segmentos de arco menores pode ser usado desta forma. Diferentes configurações de ímã produzirão diferentes direções e forças do campo magnético dentro do buraco, como mostrado nesta imagem da Wikipédia à direita.Magnéticos oferecem ímanes de segmentos de arco em 4 direcções possíveis:

http://www.kjmagnetics.com/magdir.asp#arcs

com os nossos ímanes personalizados ou stock, poderá construir uma configuração como a que aparece em k=1 ou k=4. Desculpe, mas nós não oferecemos segmentos de arco com uma direção de magnetização que irá suportar a construção sugerida por k=2 ou k=3.

em qualquer caso, ímanes nestas orientações podem não se atrair facilmente um ao outro. Na verdade, eles podem repelir-se uns aos outros com uma força forte, fazendo da montagem um desafio que requer fixação, adesivos e uma boa dose de paciência e cuidado.