Halbach-Arrays
Wat zijn Halbach-arrays? Waarom zou je er een willen gebruiken? In dit artikel verkennen we slechts een paar van de interessante manieren om deze unieke magneetconfiguraties te maken en te gebruiken.
Wat is een Halbach-Array?
links ziet men een enkele magneet, met de Noordpool naar boven gericht. De veldsterkte, die door de kleurschaal wordt aangegeven, is aan de boven-en onderkant van de magneet even sterk. Daarentegen heeft de Halbach-array rechts een zeer sterk veld aan de bovenkant en een vrij zwak veld aan de onderkant.
een Halbach-array is een speciale opstelling van permanente magneten die het magnetische veld aan de ene kant van de array sterker maakt, terwijl het veld aan de andere kant tot bijna nul wordt gereduceerd. Dit is heel anders dan het magnetische veld rond een enkele magneet. Met één enkele magneet heeft u aan weerszijden van de magneet een even sterk magnetisch veld, zoals rechts afgebeeld.
de enkele magneet wordt hier weergegeven als 5 kubussen zoals de Halbach array, maar met alle noordpolen naar boven gericht. Magnetisch gezien is dit hetzelfde als een enkele lange magneet.Het effect werd aanvankelijk ontdekt door John C. Mallinson in 1973, en deze “eenzijdige flux” structuren werden aanvankelijk door hem beschreven als een nieuwsgierigheid (IEEE paper link). In de jaren 80 vond de natuurkundige Klaus Halbach zelfstandig de Halbach-array uit om deeltjesbundels, elektronen en lasers te concentreren.
waarom zou u er een willen? Waar worden ze eigenlijk gebruikt?
Van Wikipedia: Hoewel eenzijdige fluxdistributies enigszins abstract lijken, hebben ze een verrassend aantal toepassingen, variërend van de koelkastmagneet tot industriële toepassingen zoals de borstelloze motor en magnetische koppeling. Klaus Halbach vond ze oorspronkelijk uit om te gebruiken als wiggler magneten gebruikt in deeltjesversnellers en vrije elektronenlasers.Halbach-arrays zijn ook een belangrijk onderdeel van het Inductrack maglev-treinsysteem, waarbij de Halbach-arrays lussen van draad die het spoor vormen afstoten nadat de trein op snelheid is versneld en de trein optilt.
Bouw een voorbeeld-straight Halbach array
hier tonen we de constructie van een rechte Halbach array met behulp van onze b888-2PA-N52 en b888-2PE-N52 Magneten. Deze magneten zijn ½ ” kubussen met een gat in het midden zodat een lange draadstang ze bij elkaar kan houden. Dit maakt ze veel gemakkelijker te monteren dan een gewone b888 magneet.
de – 2PA-magneten hebben het gat evenwijdig aan de magnetisatierichting. De Noord-en Zuidpool liggen op gezichten waar een gat is. De-2PE-magneten hebben het gat loodrecht op de magnetisatierichting. De Noord-en zuidpolen bevinden zich op tegenoverliggende zijden die geen gat hebben.
onderstaande video laat zien hoe een array van 5 magneten kan worden samengesteld.
zoals u in de onderstaande video kunt zien, is de ene zijde van deze reeks magneten veel sterker dan de andere.
hoe ziet het magnetisch veld eruit?
rechts tonen we het magnetisch veld rond de nieuw gemaakte Halbach array met behulp van zowel een eindige element analyse simulatie (de kleurenfoto), als met behulp van onze mv43 kijkfilm. De film toont een lichtgekleurde lijn waar de polariteit overgaat tussen de ene richting en de andere.
Bekijk een gemeenschappelijke koelkastmagneet!
misschien wel het meest voorkomende voorbeeld van een Halbach-array is de flexibele koelkastmagneet. Deze dunne, flexibele magneten worden vaak bedrukt voor gebruik als koelkastmagneet of op de achterkant van auto ‘ s. Ze zijn veel, veel zwakker dan een neodymium magneet (slechts 2-3% van de sterkte), maar zijn goedkoop en nuttig in deze toepassing.
terwijl K&J Magnetics dit soort magneten niet verkoopt, vonden we een snelle blik de moeite waard in een artikel over Halbach arrays! Immers, ze zijn waarschijnlijk het meest voorkomende voorbeeld van een Halbach array in ons dagelijks leven. In de foto hieronder toont onze mv43 green film de wisselende magnetische velden.
een flexibele koelkastmagneet met mv43-kijkfilm met de gestreepte reeks magnetisatie
in de video hieronder geven we een snelle demonstratie van hoe deze flexibele magneet goed aan de ene kant kleeft, maar helemaal niet aan de andere kant.
misschien wilt u soms geen Halbach-array
we worden vaak gevraagd naar Halbachmagneten omdat ze gewoon netjes zijn. Het is interessant hoe de magnetische velden interageren, en sommige mensen denken dat ze de sterkst mogelijke configuratie moeten hebben.
als u echter het meest geïnteresseerd bent in de trekkracht van een magneet, is een Halbach-array misschien niet de beste oplossing. Als u de meeste trekkracht op een stalen oppervlak wilt, zijn er sterkere keuzes. Vergeet niet, deze arrays werden oorspronkelijk ontworpen om een heel sterk, afwisselend magnetisch veld te maken aan één kant om een bundel elektronen te sturen, niet om een sterkere manier te vinden om vast te houden aan een stalen oppervlak!
In termen van Trek-en drukkracht en veldsterkte, vergelijk:
- Halbach matrix van vijf ½ “blokjes met dezelfde B888-2PA-N52 en B888-2PE-N52 magneten)
- Array van vijf ½” kubussen, alle met noord-up (dit werkt net als een grote magneet)
- Array van vijf ½ ” kubussen, afwisselende polariteit (eerste magneet heeft een noord naar boven, tweede magneet zuid-zijde naar boven en de derde magneet heeft een noord naar boven, enz.)
- een Montagemagneet van gelijke grootte, met een enkele magneet en een stalen kop/kanaal eromheen om het magneetveld van de achterkant van de magneet om te leiden (een MMR-a-Y8 lijkt het meest op de array die we hebben onderzocht)
in de grafiek rechts laten we de resultaten zien van deze experimentele test. We gebruikten elk van deze vier magneetopstellingen op onze trekkracht, Case 1 testopstelling, waar we de trekkracht meten van de magneet (en) die aan een groot, dik, vlak stalen oppervlak vastzit.
de Halbach array trok (aan de sterke kant) met ongeveer 72 pond kracht. Hoewel sterk, een set van 5 magneten gerangschikt met al hun Noordpool naar boven is iets sterker, met 77 Pond.
door het instellen van de magnetiseringsrichtingen in een afwisselend (noord-zuid-noord-zuid) patroon, vonden we nog meer kracht gemeten bij 88 lb.
als het vasthouden aan een stalen oppervlak uw doel is, is er nog een betere optie: de Montagemagneet. Montagemagneten gebruiken een stalen kanaal of Beker om het magneetveld van de achterkant van een enkele magneet af te leiden, waardoor de trekkracht die u van de magneet alleen mag verwachten ongeveer verdubbelt. Onze MMR-a-Y8 magneet heeft 84 lb gemeten. Omdat de magneet dunner is, blijkt dit de goedkoopste oplossing te zijn. Het biedt vergelijkbare sterkte met behulp van een veel kleinere magneet.
Halbach-cilinders en-ringen
enkele mogelijke scenario ‘ s van Halbach-arrays in ringmagneten, gevonden op de Wikipedia Halbach-arrays pagina
Halbach-arrays kunnen ook in andere vormen worden geconfigureerd. Een Ringmagneet met meerpolige magnetisatie of een ring bestaande uit kleinere boogsegmenten kan op deze manier worden gebruikt. Verschillende magneetconfiguraties zullen verschillende richtingen en sterktes van het magnetische veld in het gat opleveren, zoals te zien is in deze foto van Wikipedia rechts.
K&J Magnetics biedt Boogsegmentmagneten in 4 mogelijke richtingen:
http://www.kjmagnetics.com/magdir.asp#arcs
met onze voorraadmagneten of op maat gemaakte magneten kunt u een configuratie construeren zoals in k=1 of k=4. Sorry, maar we bieden geen boogsegmenten aan met een magnetisatierichting die de constructie ondersteunt die wordt voorgesteld door k = 2 of k = 3.
in ieder geval kunnen magneten in deze oriëntaties niet gemakkelijk tot elkaar worden aangetrokken. In feite kunnen ze elkaar afstoten met een sterke kracht, waardoor assemblage een uitdaging is die fixering, kleefstoffen en een goede dosis geduld en zorg vereist.
