matrice Halbach
ce sunt matrice Halbach? De ce ai vrea să folosești una? În acest articol, explorăm doar câteva dintre modalitățile interesante de a crea și utiliza aceste configurații unice de magnet.
ce este o matrice Halbach?
un singur magnet este prezentat la stânga, cu polul nord orientat în sus. Intensitatea câmpului, indicată de scala de culori, este la fel de puternică pe partea superioară și inferioară a magnetului. În schimb, matricea Halbach prezentată în dreapta are un câmp foarte puternic în partea de sus și un câmp destul de slab în partea de jos.
o matrice Halbach este un aranjament special de magneți permanenți care face câmpul magnetic pe o parte a matricei mai puternic, în timp ce anulează câmpul aproape de zero pe cealaltă parte. Acest lucru este foarte diferit de câmpul magnetic din jurul unui singur magnet. Cu un singur magnet, aveți un câmp magnetic de rezistență egal pe ambele părți ale magnetului, așa cum se arată în dreapta.
magnetul unic este prezentat aici ca 5 cuburi precum matricea Halbach, dar cu toți polii nordici orientați în sus. Magnetic, acest lucru este la fel ca un singur magnet lung.
efectul a fost descoperit inițial de John C. Mallinson în 1973, iar aceste structuri „flux unilateral” au fost descrise inițial de el ca o curiozitate (IEEE paper link). În anii 1980, fizicianul Klaus Halbach a inventat independent matricea Halbach pentru a focaliza fascicule de particule, electroni și lasere.
de ce ai vrea unul? Unde sunt folosite de fapt?
De La Wikipedia: Deși distribuțiile de flux unilateral pot părea oarecum abstracte, acestea au un număr surprinzător de aplicații, de la magnetul frigiderului la aplicații industriale, cum ar fi motorul fără perii și cuplajul magnetic. Klaus Halbach le-a inventat inițial pentru a le folosi ca magneți wiggler folosiți în acceleratoare de particule și lasere cu electroni liberi.
matricele Halbach sunt, de asemenea, o componentă cheie a sistemului de tren Inducttrack maglev în care matricele Halbach resping buclele de sârmă care formează pista după ce trenul a fost accelerat la viteză, ridicând trenul.
construiți un exemplu-drept Halbach array
aici arătăm construcția unei matrice drepte Halbach folosind magneții noștri b888-2PA-N52 și b888-2PE-N52. Acești magneți sunt” cuburi ” cu o gaură prin mijloc pentru a permite unei tije filetate lungi să le țină împreună. Acest lucru le face mult mai ușor de asamblat decât un magnet b888 simplu.
magneții-2PA au gaura paralelă cu direcția de magnetizare. Polii nord și Sud sunt pe fețe unde există o gaură. Magneții-2PE au gaura perpendiculară pe direcția de magnetizare. Polii nord și Sud sunt situați pe fețe opuse care nu au nicio gaură.
videoclipul de mai jos arată cum să asamblați o matrice de 5 magneți.
după cum se arată în videoclipul de mai jos, puteți vedea clar că o parte a acestei matrice de magneți este mult mai puternică decât cealaltă.
cum arată câmpul magnetic?
în dreapta, arătăm câmpul magnetic din jurul noii matrice Halbach folosind atât o simulare de analiză a elementelor finite (imaginea color), cât și folosind filmul nostru de vizionare MV43. Filmul prezintă o linie de culoare deschisă în care polaritatea trece între o direcție și alta.
verificați un magnet de frigider comun!
poate cel mai frecvent văzut exemplu de matrice Halbach este magnetul frigider Flexibil. Acești magneți subțiri și flexibili sunt adesea tipăriți pentru a fi utilizați ca magneți de frigider sau pe spatele mașinilor. Ele sunt mult, mult mai slabe decât un magnet de neodim (doar 2-3% din rezistență), dar sunt ieftine și utile în această aplicație.
în timp ce K&J Magnetics nu vinde aceste tipuri de magneți, ne-am gândit că o privire rapidă merită într-un articol despre matricele Halbach! La urma urmei, ele sunt probabil cel mai frecvent exemplu de matrice Halbach în viața noastră de zi cu zi. În imaginea de mai jos, filmul nostru verde mv43 prezintă câmpurile magnetice alternante.
un magnet frigider Flexibil cu mv43 vizionarea filmului care arată matrice dungi de magnetizare
în video de mai jos, vom da o demonstrație rapidă a modului în care acest magnet flexibil se lipeste bine pe de o parte, dar nu la toate pe de altă parte.
poate uneori nu vrei o matrice Halbach
suntem adesea întrebați despre magneții Halbach pentru că, ei bine, sunt pur și simplu îngrijite. Este interesant modul în care interacționează câmpurile magnetice, iar unii oameni își dau seama că trebuie să aibă cea mai puternică configurație posibilă.
dacă sunteți cel mai interesat de forța de tracțiune a unui magnet, totuși, o matrice Halbach ar putea să nu fie cea mai bună soluție. Dacă doriți cea mai mare forță de tracțiune pe o suprafață de oțel, există alegeri mai puternice. Amintiți-vă, aceste matrice au fost concepute inițial pentru a face un câmp magnetic foarte puternic, alternativ, pe o parte, pentru a conduce un fascicul de electroni, nu pentru a găsi o modalitate mai puternică de a rămâne pe o suprafață de oțel!
în ceea ce privește forța de tracțiune și Intensitatea câmpului, să comparăm:
- Halbach array de cinci cuburi de „la sută” (folosind aceiași magneți b888-2PA-N52 și b888-2PE-N52)
- Array de cinci cuburi de” la sută”, toate cu nord în sus (acest lucru acționează la fel ca un magnet mare)
- Array de cinci cuburi de „la sută”, polaritate alternativă (primul magnet are Nord orientat în sus, al doilea magnet are Sud orientat în sus, al treilea magnet are Nord orientat în sus, etc.)
- un Magnet de montare de dimensiuni similare, cu un singur magnet și o cupă/canal de oțel în jurul acestuia pentru a redirecționa câmpul magnetic din partea din spate a magnetului (un MMR-a-Y8 este cel mai asemănător cu matricea pe care am examinat-o)
în graficul din dreapta, prezentăm rezultatele acestei testări experimentale. Am folosit fiecare dintre aceste patru setări de magnet pe forța noastră de tragere, platforma de testare Case 1, unde măsurăm forța de tracțiune a magnetului(magneților) lipiți de o suprafață mare, groasă și plană din oțel.
matricea Halbach a tras (pe partea puternică) cu aproximativ 72 lb de forță. În timp ce este puternic, un set de 5 magneți aranjați cu toți polii nordici orientați în sus este puțin mai puternic, la 77 lb.
prin configurarea direcțiilor de magnetizare într-un model alternativ (nord-sud-nord-sud), am găsit și mai multă forță măsurând la 88 lb.
dacă lipirea pe o suprafață de oțel este obiectivul dvs., există o opțiune și mai bună: magnetul de montare. Magneții de montare folosesc un canal sau o ceașcă de oțel pentru a redirecționa câmpul magnetic din partea din spate a unui singur magnet, ceea ce dublează aproximativ puterea de tragere la care te-ai putea aștepta doar de la magnet. Magnetul nostru MMR-a-Y8 a măsurat 84 lb. Deoarece magnetul este mai subțire, aceasta se dovedește a fi soluția cu cel mai mic cost. Oferă o rezistență similară folosind un magnet mult mai mic.
cilindri și inele Halbach
unele scenarii posibile ale matricelor Halbach în magneți inelari, găsite pe pagina Wikipedia Halbach array
matricele Halbach pot fi configurate și în alte forme. Un magnet inelar cu magnetizare multi-pol sau un inel format din segmente de arc mai mici poate fi utilizat în acest fel. Configurații diferite magnet va produce direcții diferite și punctele forte ale câmpului magnetic în interiorul găurii, așa cum se arată în această imagine de la Wikipedia la dreapta.
K&J Magnetics oferă magneți cu Segment de Arc în 4 direcții posibile:
http://www.kjmagnetics.com/magdir.asp#arcs
cu stocul nostru sau magneți personalizate, ai putea construi o configurație ca cea prezentată în K=1 sau k=4. Ne pare rău, dar nu oferim segmente de arc cu o direcție de magnetizare care să susțină construcția sugerată de k=2 sau k=3.
în orice caz, magneții din aceste orientări s-ar putea să nu se atragă pur și simplu unul către celălalt cu ușurință. De fapt, se pot respinge reciproc cu o forță puternică, făcând asamblarea o provocare care necesită fixare, adezivi și o doză bună de răbdare și îngrijire.
