Halbach dizisi özel bir mıknatıs düzenlemesidir. Bu yapıyı incelemeden önce, öncelikle çeşitli yaygın kalıcı mıknatıs türlerinde manyetik alan çizgilerinin nasıl dağıldığına bakalım.
Bu resimden, mıknatısların yöneliminin ve düzeninin manyetik alan çizgilerinin dağılımını, yani mıknatısların etrafındaki manyetik alan desenini doğrudan etkilediğini görmek zor değildir.
Halbach Dizisinin Kavramı
Halbach dizisi, özel bir manyetik yapıdır. 1979’da Amerikalı fizikçi Klaus Halbach, bu eşsiz kalıcı mıknatıs dizisini keşfetti ve kademeli olarak geliştirdi. Nihai sonuç, bugün Halbach dizisi olarak adlandırdığımız yapıdır. Halbach dizisiBu, mühendislikte neredeyse ideal bir konfigürasyon olarak kabul edilir. Manyetik alanın bir tarafında güçlendirilmesi, diğer tarafında ise zayıflatılması amacıyla, en az sayıda mıknatıs kullanarak mümkün olan en güçlü manyetik alanı üretmeyi hedefleyen, mıknatıslanmış blokların belirli bir düzenlemesini kullanır.
Bu dizi, nadir toprak elementlerinden yapılmış kalıcı mıknatıslardan oluşmaktadır. Bu mıknatısları farklı manyetizasyon yönlerine sahip olacak şekilde tanımlanmış bir düzene göre düzenleyerek, manyetik alan çizgileri dizinin bir tarafında yoğunlaştırılır ve karşı tarafta bastırılır, böylece son derece verimli bir yapı oluşturulur. tek taraflı manyetik alan.
Bu özellik mühendislikte son derece değerlidir. Mükemmel manyetik alan dağıtım özellikleri nedeniyle Halbach dizisi, nükleer manyetik rezonans (NMR), manyetik kaldırma sistemleri ve özel kalıcı mıknatıslı motorlar da dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Solda, kuzey kutbu yukarıya bakan tek bir mıknatıs bulunmaktadır. Renk dağılımından, manyetik alanın mıknatısın hem üst hem de alt kısmında yoğunlaştığını görebiliriz. Sağda ise, üst tarafında güçlü, alt tarafında ise çok daha zayıf bir manyetik alan üreten bir Halbach dizisi yer almaktadır.
Aynı toplam mıknatıs hacmi altında, Halbach dizisinin güçlü tarafındaki manyetik alan şiddeti yaklaşık olarak şöyledir: √2 (yaklaşık 1,4 katı) Geleneksel tek bir mıknatıstan daha güçlüdür. Bu gelişme, özellikle mıknatıs kalınlığının mıknatıslanma yönünde belirli bir değer ile belirli bir değer arasında olduğu durumlarda daha belirgindir. 4–16 mm.
Halbach dizisinin belki de en bilindik örneği şudur: esnek buzdolabı mıknatısı. Genellikle desenlerle basılan ve buzdolaplarına veya araba yüzeylerine yapıştırılan bu ince ve yumuşak manyetik levhalar, yapışmayı iyileştirmek için basit bir Halbach düzenlemesi kullanır. Çok zayıf olmalarına rağmen (NdFeB mıknatıslarının gücünün sadece yaklaşık %2-3’ü kadar), ucuz, esnek ve pratik oldukları için yaygın olarak kullanılırlar.
Halbach Dizisinin Biçimleri ve Uygulamaları
Doğrusal Dizi
Doğrusal tip, Halbach dizisinin en temel biçimidir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, radyal ve teğetsel manyetizasyon düzenlemelerinin bir kombinasyonu olarak düşünülebilir.
Doğrusal Halbach Dizisi
Doğrusal Halbach dizisi esas olarak şu alanlarda kullanılır: doğrusal motorlar.
Manyetik levitasyonlu trenin çalışma prensibi, hareket eden mıknatısların iletkenlerdeki indüklenen akımların oluşturduğu manyetik alanla etkileşime girmesi ve hem kaldırma kuvveti (levitasyon kuvveti) hem de manyetik sürüklenme üretmesidir. Süspansiyon sisteminin performansını iyileştirmenin anahtarı, kaldırma-sürüklenme oranını en üst düzeye çıkarmaktır. Bu, tren üzerindeki mıknatısların hafif, güçlü ve homojen bir manyetik alana sahip olmasını ve yüksek güvenilirlik sağlamasını gerektirir.
Manyetik levitasyonlu araçlarda Halbach dizisi kurulur. araç gövdesinin merkezinde yatay olarak. Ray boyunca yerleştirilmiş bobinlerle etkileşime girerek itme gücü üretir. Bu düzenleme, ray tarafındaki manyetik alanı en üst düzeye çıkarırken karşı taraftaki manyetik alanı en aza indirir; böylece yolcuların manyetik maruziyetini azaltır ve güçlü performans elde etmek için daha az mıknatıs kullanır.
Halka (Halka Şeklinde) Halbach Dizisi
Halka tipi Halbach dizisi şu şekilde düşünülebilir: dairesel yapılandırma Doğrusal bir Halbach dizisinin uçlarının birleştirilmesiyle oluşturulan ve sürekli bir çevresel manyetik alan üreten yapı.
Kalıcı Mıknatıslı Motorlarda Halbach Dizisi
Kalıcı mıknatıslı motorlarda, hava boşluğu manyetik alanı Halbach dizili motorunun dağılımı, geleneksel kalıcı mıknatıslı motora kıyasla sinüzoidal dağılıma daha yakındır. Aynı miktarda kalıcı mıknatıs malzemesiyle, Halbach dizili motoru daha yüksek bir verimlilik elde eder. daha yüksek hava boşluğu manyetik akı yoğunluğu Ve daha düşük demir kayıpları.
Ek olarak, Halbach halka dizileri Verimli alan dağılımları ve tek taraflı manyetik özellikleri nedeniyle kalıcı mıknatıslı yataklarda, manyetik soğutma sistemlerinde ve manyetik rezonans ekipmanlarında yaygın olarak kullanılırlar.
Halbach Dizilerinin Üretimi ve İmalatı
Yöntem 1: Parça Montajı
Dizinin topolojik yapısına göre, önceden mıknatıslanmış mıknatıs segmentleri birbirine yapıştırılmıştır. Güçlü yapışma özelliği nedeniyle itici güçler Parçalar arasında, montaj sırasında onları yerinde tutmak için bir kalıp veya fikstür kullanılmalıdır. Bu yöntem, düşük üretim verimliliğiBasit ve uygulaması kolay olduğu için uygundur. laboratuvar araştırması ve prototipleme.
Yöntem 2: Sonradan Manyetizasyonlu Entegre Mıknatıs
Tam bir mıknatıs ilk olarak şu şekilde oluşturulur: bir kalıba doldurma veya bastırmave daha sonra özel olarak tasarlanmış bir düzenekte mıknatıslanır. Ortaya çıkan dizi yapısı aşağıdaki resme benzer. Bu yöntem şunları sunar: daha yüksek üretim verimliliği ve oldukça uygundur seri üretim. Ancak bu, mıknatıslama düzeneğinin dikkatli bir şekilde tasarlanmasını ve iyi tanımlanmış bir mıknatıslama sürecini gerektirir.
Yöntem 3: Halbach tipi manyetik alan dağılımı, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, belirli bir şekle sahip sargı dizisi kullanılarak gerçekleştirilir.
