مصفوفة هالباخ المغناطيس الدائم
مجموعة Halbach عبارة عن هيكل ترتيب مغناطيسي. قبل أن نفهم هذه البنية ، دعنا نلقي نظرة على توزيع خط المجال المغناطيسي لبعض المغناطيس الدائم المشترك.
من هذه الصورة ، ليس من الصعب العثور على أن اتجاه موضع المغناطيس وترتيبه سيؤثران بشكل مباشر على توزيع خطوط المجال المغناطيسي ، أي أنه سيؤثر على شكل توزيع المجال المغناطيسي حول المغناطيس.
مفهوم مصفوفة هالباخ
مصفوفة هالباخ (مغناطيس هالباخ الدائم) هي نوع من الهياكل المغناطيسية. في عام 1979 ، اكتشف العالم الأمريكي كلاوس هالباخ هذا الهيكل الخاص بالمغناطيس الدائم أثناء تجربة تسريع الإلكترون وقام بتحسينه تدريجيًا ، وفي النهاية قام بتشكيل ما يسمى"هالباخ"مغناطيس. إنه هيكل تقريبي مثالي في الهندسة. يستخدم ترتيبًا خاصًا لوحدات المغناطيس لتعزيز شدة المجال في اتجاه الوحدة. الهدف هو استخدام أقل كمية من المغناطيس لتوليد أقوى مجال مغناطيسي.
يتكون هذا النوع من المصفوفات بالكامل من مواد مغناطيسية أرضية نادرة. من خلال ترتيب مغناطيس دائم باتجاهات مغناطيسية مختلفة وفقًا لقاعدة معينة ، يمكن تركيز خطوط القوة المغناطيسية على جانب واحد من المغناطيس ، ويمكن إضعاف خطوط القوة على الجانب الآخر ، وبالتالي الحصول على مجال مغناطيسي أحادي مثالي. هذا له أهمية كبيرة في الهندسة. بفضل خصائص توزيع المجال المغناطيسي الممتازة ، تُستخدم صفائف Haierbek على نطاق واسع في المجالات الصناعية مثل الرنين المغناطيسي النووي ، والرفع المغناطيسي ، والمحركات الخاصة بالمغناطيس الدائم.
على اليسار يوجد مغناطيس واحد مع كل الأقطاب الشمالية متجهة لأعلى. من اللون ، يمكن ملاحظة أن قوة المجال المغناطيسي تقع في أسفل وأعلى المغناطيس. على اليمين توجد مجموعة هالباخ. المجال المغناطيسي في الجزء العلوي من المغناطيس مرتفع نسبيًا ، بينما يكون الجزء السفلي ضعيفًا نسبيًا. (تحت نفس الحجم ، تكون شدة المجال المغناطيسي للسطح الجانبي القوي لمغناطيس صفيف هالباخ تقريبًا√مرتين (1.4 مرة) من المغناطيس الفردي التقليدي ، خاصة عندما يكون سمك المغناطيس 4-16 مم في اتجاه المغنطة)
قد يكون المثال الأكثر شيوعًا لمصفوفة Halbach هو ملصق الثلاجة المرن. تُطبع هذه المغناطيسات الرقيقة والناعمة عادةً على الثلاجة أو على ظهر السيارة. على الرغم من أن جاذبيتها ضعيفة جدًا مقارنةً بـ NdFeB (قوة 2٪ -3٪ فقط) ، إلا أن سعرها المنخفض وعمليتها تجعلها مستخدمة على نطاق واسع.
شكل وتطبيق مصفوفة هالباخ
مجموعة خطية
النوع الخطي هو أبسط تركيبة مصفوفة هالباخ. يمكن اعتبار مغناطيس الصفيف هذا مزيجًا من مصفوفة شعاعية ومصفوفة عرضية ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
تُستخدم صفائف Halbach الخطية حاليًا بشكل أساسي في المحركات الخطية. مبدأ الرفع لقطار maglev هو أن المغناطيس المتحرك يتفاعل مع المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث في الموصل لتوليد قوة الرفع ، وفي نفس الوقت ، يكون مصحوبًا بمقاومة مغناطيسية. يعد تحسين نسبة الطفو والسحب هو المفتاح لتحسين أداء نظام التحليق ، والذي يتطلب وزن المغناطيس الموجود على متن الطائرة ، وخفيف الوزن ، ومجال مغناطيسي قوي ، ومجال مغناطيسي موحد ، وموثوقية عالية. يتم تثبيت مصفوفة Halbach أفقيًا في وسط جسم السيارة وتتفاعل مع الملف الموجود في وسط المسار لتوليد قوة دفع ، مما يزيد المجال المغناطيسي إلى الحد الأقصى بكمية صغيرة من المغناطيسات ، والجانب الآخر به مجالات مغناطيسية أقل ،
مجموعة دائرية
يمكن اعتبار مصفوفة هالباخ الدائرية مزيجًا من مصفوفات هالباخ الخطية من طرف إلى طرف لتشكيل شكل حلقة دائرية.
في محرك المغناطيس الدائم ، يحتوي محرك المغناطيس الدائم الذي يستخدم هيكل مصفوفة Halbach على مجال مغناطيسي فجوة هوائية أقرب إلى التوزيع الجيبي من محرك المغناطيس الدائم التقليدي. في حالة نفس الكمية من مادة المغناطيس الدائم ، فإن محرك المغناطيس الدائم Halbach له كثافة مغناطيسية أكبر للفجوة الهوائية. فقدان الحديد صغير. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم مصفوفات حلقة Halbach أيضًا على نطاق واسع في المحامل المغناطيسية الدائمة ، ومعدات التبريد المغناطيسي ، ومعدات الرنين المغناطيسي.
طريقة تصنيع وإنتاج صفيف هالباخ
الطريقة 1: وفقًا لطوبولوجيا المصفوفة ، استخدم غراء المغناطيس لربط مقاطع المغناطيس الممغنطة معًا. نظرًا لأن التنافر المتبادل بين مقاطع المغناطيس قوي جدًا ، يجب استخدام القالب للقط أثناء الالتصاق. تتميز هذه الطريقة بكفاءة تصنيع منخفضة ، ولكنها أسهل في التنفيذ ، وهي أكثر ملاءمة للاستخدام في مرحلة البحث المخبري.
الطريقة 2: استخدم أولاً طريقة ملء القالب أو ضغط القالب لتصنيع مغناطيس كامل ، ثم قم بالمغنطة في تركيبات خاصة. تشبه بنية المصفوفة التي تتم معالجتها بهذه الطريقة الشكل أدناه. تتميز هذه الطريقة بكفاءة معالجة عالية ومقارنة ومن السهل تحقيق الإنتاج الضخم. ومع ذلك ، فمن الضروري تصميم تركيبات ممغنطة بشكل خاص وصياغة عملية التمغنط.
الطريقة الثالثة: استخدم مصفوفة لف ذات شكل خاص لتحقيق توزيع المجال المغناطيسي من نوع هالباخ ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
عملية وتأثير مجموعة Halbach ذاتية الصنع في المختبر