Magnet-Halbach-Array

Ein Halbach-Array ist eine einzigartige Konfiguration von Permanentmagneten mit wechselnder Polarität, die das Magnetfeld auf einer Seite deutlich stärker machen als das Feld auf der anderen Seite.

Beispiel: Das Feld darunter ist niedriger als das Feld darüber.

1. Große Leistungsdichte

Mit Halbach-Magneten konstruierte Motoren minimieren effizient die Motorgröße und verbessern gleichzeitig die Motorleistungsdichte im Vergleich zu herkömmlichen Permanentmagnet-Motorstrukturen. Dies liegt daran, dass sich bei der Demontage des Halbach-Magnetrings das parallele Magnetfeld und das radiale Magnetfeld überlappten, wodurch sich die Stärke des Magnetfelds auf der gegenüberliegenden Seite erheblich erhöhte.

2. Der Halbach-Array-Magnetrotor benötigt keine Rutsche.

Aufgrund der unvermeidlichen Existenz von Luftspalt-Magnetfeldoberschwingungen nimmt die feste Rotorstruktur des herkömmlichen Permanentmagnetmotors häufig die Rutsche ein, um deren Auswirkungen zu reduzieren. Aufgrund der Sinusverteilung des Magnetfelds im Luftspalt und des geringen Oberwellengehalts des Halbach-Motors fehlt dem Stator eine Rutsche.

3. Zur Herstellung dieses Rotors kann ein Nicht-Kernmaterial verwendet werden.

Da es nicht mehr erforderlich ist, dass der Rotor einen Weg für das magnetische Material bereitstellt, ermöglicht die einseitige Magnetfeldverteilung, die durch den Selbstabschirmungseffekt des Halbach-Magneten entsteht, dem System ein geringeres Trägheitsmoment und eine gute angeschlossene Leistung.

4. Der Einsatz von Permanentmagneten ist hoch.

Es verbessert die Verwendung von Permanentmagneten, da der Halbach-Magnet in magnetisierte Ergebnisse unterteilt ist, was dazu führt, dass sein Permanentmagnetbetrieb höher ist als normalerweise mehr als 0.9.

1. Zylinder-Halbach-Array

Das traditionelle Halbach-Array ist ein Zylinder/Ring mit einem Dipolmuster (2 Pole) im zentralen Luftspalt. Im Ring ist das Magnetfeld über das gesamte zentrale Loch stark und homogen (parallele Feldlinien).

Der NdFeB-Halbach-Array-Ring besteht aus 8 Magneten (jeder mit einer unterschiedlichen Magnetisierungsrichtung und in 45-Grad-Bogensegmenten angeordnet). Jedes Segment des Lichtbogens ist so magnetisiert, dass das Magnetfeld durch den zentralen Luftspalt wandert, bevor es durch und um das Magnetmaterial „gelenkt“ wird.

Wir bieten ein zweipoliges NdFeB-Halbach-Array mit 110 mm Durchmesser und einem zentralen Loch mit 30- mm Durchmesser. Seine axiale Länge beträgt 40 mm. Es verwendet herkömmliches NdFeB (Neodym-Eisen-Bor) mit einer empfohlenen Arbeitstemperatur von plus 80 Grad. Bei Raumtemperatur beträgt das Feld in der Mitte des Luftspalts mindestens 10,000 Gauss/ein Tesla. Die schützende Außenhülse besteht aus Messing.

Wir können auch SmCo-Typen anbieten. 16 Magnete (22,5-Grad-Bogensegmente, jedes mit einer einzigartigen Magnetisierungsausrichtung) bilden den SmCo-Halbach-Array-Ring. Jedes Segment des Lichtbogens ist so magnetisiert, dass das Magnetfeld durch den zentralen Luftspalt wandert, bevor es durch und um das Magnetmaterial herumgeführt wird. Dieses spezielle Array ist einzigartig, da es vollständig umschlossen ist und kryogenen Klebstoff verwendet, um den Betrieb von flüssigem Helium bei -269 Grad Celsius zu ermöglichen.

2. Block-Halbach-Array

Oberhalb der Ebene der Verbundstruktur richten sich die Magnetfelder aus, wenn Streifen abwechselnd magnetisierter ferromagnetischer Materialien (dauerhaft magnetisierbare Materialien) gemischt werden, während die Magnetfelder unterhalb der Struktur in entgegengesetzte Richtungen verlaufen und sich aufheben. Die abwechselnden Magnetisierungskomponenten sind tatsächlich um 90 Grad oder p/2 phasenverschoben.

Die ideale Situation würde, wie oben angegeben, zu keinem Feld unterhalb der Ebene und einem Feld oberhalb der Ebene führen, das doppelt so groß wäre, als wenn die Struktur gleichmäßig magnetisiert wäre. In der Praxis wird jedoch nur ein sehr bescheidenes Feld an der Unterseite erzeugt und der Idealzustand wird nie eingehalten. Durch die fortlaufende Fortsetzung dieses Musters können große Arrays erstellt werden.

John C. Mallinson machte die erste Entdeckung dieser „einseitigen Fluss“-Formationen im Jahr 1973 und beschrieb sie als „Kuriositäten“ mit dem Potenzial, die Magnetbandaufzeichnungstechnologie voranzutreiben. Doch erst in den 1980er Jahren, als der Berkley-Physiker Klaus Halbach dieses magnetische Phänomen unabhängig entdeckte und Halbach-Arrays für den Einsatz in Teilchenbeschleunigern entwickelte, wurde ihr wahres Potenzial deutlich. Um starke Magnetfelder zur Fokussierung und Führung der Teilchenbeschleunigerstrahlen zu erzeugen, Halbach erstellte die Arrays unter Verwendung des ferromagnetischen Elements Kobalt.

Halbach-Arrays werden derzeit in einer Vielzahl von Systemen mit unterschiedlichem Komplexitätsgrad eingesetzt und haben zahlreiche Anwendungen. In Kühlschrankmagneten werden Halbach-Arrays auf eine der grundlegendsten Arten verwendet. In diesem Fall wird die Haltekraft des Magneten durch die Nutzung der einseitigen Flusseigenschaften erhöht. Einfache Schließsysteme lassen sich auch durch die Kombination variabler Anordnungen von Magnetstäben realisieren. Die Flussbegrenzung kann durch Drehen jedes Stabes um 90 Grad umgekehrt werden, wenn die Magnetisierung der Stäbe so eingestellt wird, dass das Feld oberhalb der Ebene maximiert und unterhalb minimiert wird.

Eine Maglev-Bahnstrecke, auch Inductrack genannt, die Magnetschwebebahn zur Unterstützung des Wagens nutzt, ist ein anspruchsvolleres Beispiel für einen Halbach-Array im Betrieb. Der Zug wird durch die Magnetanordnungen, die bis zum 50-fachen des Magnetgewichts tragen können, ein kurzes Stück über die Gleise angehoben. Das Verfahren basiert auf dem Induktionsprinzip; Wenn das Array über die Spulen einer Metallschiene bewegt wird, führen Änderungen im Magnetfeld dazu, dass in der Schiene eine Spannung induziert wird. Wenn das vom Gleis erzeugte Magnetfeld mit dem vom Halbach-Array erzeugten Feld übereinstimmt, führt die Abstoßung dazu, dass der Zug schwebt, ähnlich wie wenn man versucht, die beiden gleichen Pole von Stabmagneten zusammenzudrücken. Magnetschwebebahnen sind in der Lage, Hochgeschwindigkeitstransporte zu ermöglichen, da sie nicht durch viele der Reibungskräfte beeinträchtigt werden, die herkömmliche Radzüge verlangsamen. Tatsächlich hält das japanische SCMaglev-Zugsystem derzeit den Guinness-Weltrekord für den schnellsten Schienenverkehr, nachdem es im Jahr 2003 361 Meilen pro Stunde erreichte.

Halbach-Arrays, auch Halbach-Wiggler genannt, werden in hochmodernen wissenschaftlichen Untersuchungen in Synchrotrons und Freie-Elektronen-Lasern (FELs) eingesetzt. FELs werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, von der Medizin bis zum Militär, und verfügen über einen sehr breiten und gut abstimmbaren Frequenzbereich. Einer der grundlegenden Bestandteile eines FEL ist ein Halbach-Wiggler, der das Magnetfeld des Arrays nutzt, um einen Strahl geladener Teilchen (typischerweise Elektronen) periodisch zu „wackeln“. Durch die Änderung der Partikelrichtung durch den Wackeleffekt ändert sich die Beschleunigung der Partikel. In Verbindung mit einer externen Laserquelle führt dies zur Emission hochintensiver Synchrotronstrahlung (Photonen).

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