Un réseau de Halbach est un agencement magnétique particulier. Avant d’explorer cette structure, examinons d’abord la distribution des lignes de champ magnétique dans plusieurs types courants d’aimants permanents.
Cette image montre clairement que l’orientation et la disposition des aimants influent directement sur la distribution des lignes de champ magnétique, c’est-à-dire sur la configuration du champ magnétique autour des aimants.
Le concept du réseau de Halbach
Un réseau de Halbach est une structure magnétique particulière. En 1979, le physicien américain Klaus Halbach a découvert et progressivement perfectionné cet agencement unique d’aimants permanents. Le résultat final est ce que nous appelons aujourd’hui un réseau de Halbach. réseau HalbachCette configuration, considérée comme quasi idéale en ingénierie, utilise un agencement spécifique de blocs magnétisés pour renforcer le champ magnétique d’un côté tout en l’affaiblissant de l’autre, dans le but de produire le champ magnétique le plus puissant possible avec le moins d’aimants possible.
Ce réseau est composé d’aimants permanents en terres rares. En disposant ces aimants selon différentes directions d’aimantation et un motif défini, les lignes de champ magnétique sont concentrées d’un côté du réseau et atténuées de l’autre, créant ainsi un dispositif très efficace. champ magnétique unilatéral.
Cette propriété est extrêmement précieuse en ingénierie. Grâce à ses excellentes caractéristiques de distribution du champ magnétique, le réseau de Halbach est largement utilisé dans diverses applications industrielles, notamment la résonance magnétique nucléaire (RMN), les systèmes de lévitation magnétique et les moteurs à aimants permanents spécialisés.
À gauche, un aimant unique dont le pôle nord est orienté vers le haut. La répartition des couleurs indique que le champ magnétique est concentré à la fois en haut et en bas de l’aimant. À droite, un réseau de Halbach produit un champ magnétique intense sur sa face supérieure et un champ beaucoup plus faible sur sa face inférieure.
À volume magnétique total égal, l’intensité du champ magnétique du côté fort d’un réseau de Halbach est d’environ √2 (environ 1,4 fois) Plus puissant qu’un aimant unique traditionnel. Cette amélioration est particulièrement perceptible lorsque l’épaisseur de l’aimant dans la direction de magnétisation est comprise entre 4–16 mm.
L’exemple le plus connu de réseau de Halbach est peut-être le aimant de réfrigérateur flexible. Ces feuilles magnétiques fines et souples, souvent imprimées de motifs et collées sur les réfrigérateurs ou les carrosseries de voitures, utilisent un agencement de Halbach simple pour améliorer l’adhérence. Bien que leur force magnétique soit très faible (seulement 2 à 3 % de celle des aimants NdFeB), elles sont largement utilisées car elles sont peu coûteuses, flexibles et pratiques.
Formes et applications du réseau de Halbach
Réseau linéaire
Le type linéaire est la forme la plus fondamentale d’un réseau de Halbach. Il peut être considéré comme une combinaison d’agencements d’aimantation radiale et tangentielle, comme illustré dans la figure ci-dessous.
Réseau linéaire de Halbach
Le réseau linéaire de Halbach est principalement utilisé dans moteurs linéaires.
Le principe de la sustentation magnétique d’un train à sustentation magnétique repose sur l’interaction des aimants mobiles avec le champ magnétique généré par les courants induits dans les conducteurs, produisant à la fois une portance (force de sustentation) et une traînée magnétique. L’amélioration des performances du système de suspension passe par l’optimisation du rapport portance/traînée. Ceci requiert des aimants embarqués légers, un champ magnétique puissant et uniforme, et une grande fiabilité.
Dans les véhicules à sustentation magnétique, le réseau de Halbach est installé horizontalement au centre de la carrosserie du véhicule. Il génère la propulsion en interagissant avec les bobines disposées le long des rails. Ce dispositif maximise le champ magnétique du côté des rails tout en le minimisant du côté opposé, réduisant ainsi l’exposition magnétique des passagers et permettant d’utiliser moins d’aimants pour obtenir des performances optimales.
Réseau annulaire de Halbach
Le réseau de Halbach en anneau peut être considéré comme un configuration circulaire formé en reliant les extrémités d’un réseau linéaire de Halbach, produisant un champ magnétique circonférentiel continu.
Réseau de Halbach dans les moteurs à aimants permanents
Dans les moteurs à aimants permanents, champ magnétique d’entrefer La distribution du courant d’un moteur à réseau de Halbach est plus proche d’une sinusoïde que celle d’un moteur à aimant permanent classique. À quantité égale d’aimant permanent, un moteur à réseau de Halbach atteint : densité de flux magnétique d’entrefer plus élevée et pertes de fer réduites.
En outre, réseaux d’anneaux de Halbach sont largement utilisés dans les paliers à aimants permanents, les systèmes de réfrigération magnétique et les équipements de résonance magnétique en raison de leur distribution de champ efficace et de leurs propriétés magnétiques unilatérales.
Fabrication et production de réseaux de Halbach
Méthode 1 : Assemblage par segments
Conformément à la structure topologique du réseau, les segments d’aimants pré-magnétisés sont collés ensemble. En raison de la forte forces répulsives Entre les segments, un moule ou un dispositif de fixation doit être utilisé pour les maintenir en place pendant l’assemblage. Bien que cette méthode ait faible efficacité de fabrication, il est simple et facile à mettre en œuvre, ce qui le rend adapté à recherche en laboratoire et prototypage.
Méthode 2 : Aimant intégral avec post-magnétisation
Un aimant complet est d’abord formé par remplissage ou pressage dans un moulepuis magnétisées dans un dispositif spécialement conçu. La structure du réseau obtenu est similaire à l’illustration ci-dessous. Cette méthode offre efficacité de production accrue et convient parfaitement à production de masse. Cependant, cela nécessite une conception soignée du dispositif de magnétisation et un processus de magnétisation bien défini.
Méthode 3 : La distribution du champ magnétique de type Halbach est réalisée à l’aide d’un réseau d’enroulements de forme spécifique, comme illustré ci-dessous.
