Tablice Halbach
czym są tablice Halbach? Dlaczego chcesz go użyć? W tym artykule zbadamy tylko kilka ciekawych sposobów tworzenia i używania tych unikalnych konfiguracji magnesów.
co to jest tablica Halbacha?
pojedynczy magnes jest pokazany po lewej stronie, z biegunem północnym skierowanym do góry. Siła pola, wskazywana przez skalę kolorów, jest równie silna na górze i na dole magnesu. W przeciwieństwie do tego, tablica Halbacha pokazana po prawej stronie ma bardzo silne pole na górze, a dość słabe pole na dole.
tablica Halbacha to specjalny układ magnesów trwałych, który powoduje, że pole magnetyczne po jednej stronie tablicy jest silniejsze, podczas gdy po drugiej stronie pole jest zbliżone do zera. Jest to bardzo różne od pola magnetycznego wokół pojedynczego magnesu. Z pojedynczego magnesu, masz równe pole magnetyczne siły po obu stronach magnesu, jak pokazano po prawej stronie.
pojedynczy magnes jest tutaj pokazany jako 5 sześcianów podobnych do tablicy Halbacha, ale ze wszystkimi biegunami północnymi skierowanymi w górę. Magnetycznie jest to to samo, co pojedynczy długi magnes.
efekt został początkowo odkryty przez Johna C. Mallinsona w 1973 roku, a te „jednostronne struktury strumienia” zostały początkowo opisane przez niego jako ciekawostka (tzw. paper link). W latach osiemdziesiątych XX wieku fizyk Klaus Halbach niezależnie wynalazł układ Halbacha do skupiania wiązek cząstek, elektronów i laserów.
po co ci taki? Gdzie są one właściwie używane?
Z Wikipedii: Chociaż jednostronne rozkłady strumienia mogą wydawać się nieco abstrakcyjne, mają zaskakującą liczbę zastosowań, od magnesu na Lodówkę po zastosowania przemysłowe, takie jak silnik bezszczotkowy i sprzęgło magnetyczne. Klaus Halbach pierwotnie wynalazł je jako magnesy wigglera stosowane w akceleratorach cząstek i laserach na wolnych elektronach.
tablice Halbacha są również kluczowym elementem systemu Inductrack maglev Train, w którym tablice Halbacha odpychają pętle drutu, które tworzą Tor po przyspieszeniu pociągu do prędkości, podnosząc pociąg.
Zbuduj przykład-prosta tablica Halbacha
tutaj pokazujemy budowę prostej tablicy Halbacha za pomocą naszych magnesów B888-2PA-N52 i b888-2PE-N52. Magnesy te są ½ ” kostki z otworem przez środek, aby umożliwić długi gwintowany pręt trzymać je razem. Dzięki temu są znacznie łatwiejsze w montażu niż zwykły magnes B888.
magnesy-2PA mają otwór równoległy do kierunku namagnesowania. Biegun Północny i południowy znajdują się na ścianach, gdzie znajduje się dziura. Magnesy-2PE mają otwór prostopadły do kierunku namagnesowania. Bieguny Północne i południowe znajdują się po przeciwnych stronach, które nie mają otworu.
poniższy film pokazuje jak złożyć jedną tablicę 5 magnesów.
jak pokazano na poniższym filmie, wyraźnie widać, że jedna strona tej tablicy magnesów jest znacznie silniejsza niż druga.
jak wygląda pole magnetyczne?
po prawej stronie pokazujemy pole magnetyczne wokół nowo wykonanej tablicy Halbacha zarówno za pomocą symulacji analizy elementów skończonych (kolorowy obraz), jak i za pomocą naszego filmu przeglądającego MV43. Film pokazuje jasną linię, w której polaryzacja przechodzi między jednym kierunkiem a drugim.
Sprawdź wspólny magnes na Lodówkę!
być może najczęściej spotykanym przykładem tablicy Halbacha jest elastyczny magnes na Lodówkę. Te cienkie, elastyczne magnesy są często drukowane do użytku jako magnesy na Lodówkę lub na plecach samochodów. Są one znacznie, znacznie słabsze niż magnes neodymowy (tylko 2-3% wytrzymałości), ale są niedrogie i przydatne w tej aplikacji.
podczas gdy K&J Magnetics nie sprzedaje tego typu magnesów, pomyśleliśmy, że warto rzucić okiem na artykuł o tablicach Halbacha! W końcu są one prawdopodobnie najczęstszym przykładem tablicy Halbacha w naszym codziennym życiu. Na poniższym zdjęciu nasz zielony film MV43 pokazuje naprzemienne pola magnetyczne.
elastyczny magnes na Lodówkę z filmem do oglądania MV43 pokazującym pasiasty układ namagnesowania
w poniższym filmie przedstawiamy szybką demonstrację tego, jak ten elastyczny magnes dobrze trzyma się z jednej strony, ale wcale z drugiej.
może czasem nie chcesz tablicy Halbacha
często jesteśmy pytani o magnesy Halbacha, ponieważ są po prostu schludne. To ciekawe, jak oddziałują pola magnetyczne, a niektórzy ludzie uważają, że muszą mieć najsilniejszą możliwą konfigurację.
Jeśli najbardziej interesuje Cię Siła przyciągania magnesu, tablica Halbacha może nie być najlepszym rozwiązaniem. Jeśli chcesz uzyskać największą siłę przyciągania do stalowej powierzchni, istnieje silniejszy wybór. Pamiętajcie, że te tablice zostały pierwotnie zaprojektowane tak, aby wytwarzać naprawdę silne, naprzemienne pole magnetyczne z jednej strony, aby sterować wiązką elektronów, a nie znaleźć mocniejszego sposobu przyklejania się do stalowej powierzchni!
pod względem siły przyciągania i siły pola, porównajmy:
- Halbach tablica pięciu ½ „sześcianów (przy użyciu tych samych magnesów b888-2PA-N52 i b888-2PE-N52)
- tablica pięciu ½” sześcianów, wszystkie z północy w górę (działa to jak jeden duży magnes)
- tablica pięciu ½ ” sześcianów, zmienna polaryzacja (pierwszy magnes ma północ zwróconą w górę, drugi magnes ma południe zwrócone w górę, trzeci magnes ma północ zwróconą w górę, itd.)
- magnes montażowy o podobnej wielkości, z pojedynczym magnesem i stalowym kubkiem/kanałem wokół niego, aby ponownie skierować pole magnetyczne z tylnej strony magnesu (MMR-a-Y8 jest najbardziej podobny do tablicy, którą badaliśmy)
na wykresie po prawej stronie pokazujemy wyniki tego eksperymentu. Użyliśmy każdego z tych czterech zestawów magnesów na naszym Pull Force, Case 1 test rig, gdzie mierzymy siłę przyciągania magnesów przyklejonych do dużej, grubej, płaskiej powierzchni stalowej.
układ Halbacha ciągnął (po mocnej stronie) z około 72 funtami siły. Podczas gdy silny, zestaw 5 magnesów ułożonych ze wszystkimi biegunami północnymi skierowanymi do góry jest nieco silniejszy, przy wadze 77 funtów.
ustalając Kierunki namagnesowania na przemian (północ-południe-północ-południe), odkryliśmy jeszcze więcej siły mierzącej 88 Funtów.
jeśli twoim celem jest przyklejenie do stalowej powierzchni, istnieje jeszcze lepsza opcja: magnes montażowy. Magnesy montażowe wykorzystują stalowy kanał lub kubek, aby przekierować pole magnetyczne z tyłu pojedynczego magnesu, co z grubsza podwaja siłę przyciągania, jakiej można oczekiwać od samego magnesu. Nasz magnes MMR-a-Y8 mierzył 84 funty. Ponieważ magnes jest cieńszy, okazuje się to najtańszym rozwiązaniem. Zapewnia podobną wytrzymałość przy użyciu znacznie mniejszego magnesu.
cylindry i pierścienie Halbach
niektóre możliwe scenariusze tablic Halbacha w magnesach pierścieniowych, znalezione na stronie Wikipedia Halbach array
tablice Halbacha można również skonfigurować w innych kształtach. W ten sposób można zastosować magnes pierścieniowy z magnesowaniem wielobiegunowym lub pierścień złożony z mniejszych segmentów łukowych. Różne konfiguracje magnesów dają różne kierunki i siły pola magnetycznego w otworze, jak pokazano na tym zdjęciu z Wikipedii po prawej stronie.
K&J Magnetics oferuje Magnesy segmentowe łukowe w 4 możliwych kierunkach:
http://www.kjmagnetics.com/magdir.asp#arcs
z naszych zapasów lub niestandardowych magnesów, można skonstruować konfigurację jak pokazano w k=1 lub k = 4. Przepraszamy, ale nie oferujemy segmentów łukowych o kierunku namagnesowania, które będą wspierać konstrukcję sugerowaną przez k = 2 lub k=3.
w każdym razie magnesy w tych orientacjach mogą nie łatwo przyciągać się do siebie nawzajem. W rzeczywistości mogą one odpychać się nawzajem z dużą siłą, co sprawia, że montaż jest wyzwaniem, które wymaga mocowania, klejenia i sporej dawki cierpliwości i staranności.
