Array Halbach, magnet permanen Halbach

Array Halbach adalah struktur susunan magnet. Sebelum kita memahami struktur ini, mari kita lihat distribusi garis medan magnet dari beberapa magnet permanen yang umum.

Dari gambaran tersebut tidak sulit diketahui bahwa arah penempatan dan susunan magnet akan berpengaruh langsung terhadap sebaran garis-garis medan magnet, yaitu akan mempengaruhi bentuk sebaran medan magnet di sekitar magnet.

Konsep susunan Halbach

Halbach Array (Magnet permanen Halbach) adalah sejenis struktur magnet. Pada tahun 1979, sarjana Amerika Klaus Halbach menemukan struktur magnet permanen khusus ini selama percobaan percepatan elektron dan secara bertahap memperbaikinya, dan akhirnya membentuk apa yang disebut"Halbach"magnet. Ini adalah perkiraan struktur ideal dalam bidang teknik. Ia menggunakan susunan khusus unit magnet untuk meningkatkan kekuatan medan pada arah satuan. Tujuannya adalah menggunakan magnet paling sedikit untuk menghasilkan medan magnet terkuat.

Susunan semacam ini seluruhnya terdiri dari bahan magnet permanen tanah jarang. Dengan menyusun magnet permanen yang arah magnetnya berbeda-beda menurut aturan tertentu, garis-garis gaya magnet dapat terkonsentrasi pada satu sisi magnet, dan garis-garis gaya tersebut dapat dilemahkan pada sisi yang lain, sehingga diperoleh medan magnet unilateral yang ideal. Ini sangat penting dalam bidang teknik. Dengan karakteristik distribusi medan magnetnya yang sangat baik, susunan Haierbek banyak digunakan di bidang industri seperti resonansi magnetik nuklir, levitasi magnetik, dan motor khusus magnet permanen.

Di sebelah kiri adalah magnet tunggal dengan semua kutub utara menghadap ke atas. Dari warnanya terlihat bahwa kuat medan magnet terletak pada bagian bawah dan atas magnet. Di sebelah kanan adalah susunan Halbach. Medan magnet pada bagian atas magnet relatif tinggi, sedangkan bagian bawah magnet relatif lemah. (Pada volume yang sama, intensitas medan magnet permukaan sisi kuat magnet susunan Halbach adalah sekitar√2 kali (1,4 kali) dari magnet tunggal tradisional, terutama bila ketebalan magnet 4-16mm pada arah magnetisasi)

Contoh paling umum dari rangkaian Halbach adalah stiker kulkas fleksibel. Magnet tipis dan lembut ini biasanya tercetak di lemari es atau di bagian belakang mobil. Meskipun daya magnetnya sangat lemah dibandingkan NdFeB (kekuatannya hanya 2%-3%), harganya yang murah dan kepraktisannya membuatnya banyak digunakan.

Bentuk dan penerapan susunan Halbach

Susunan linier

Tipe linier adalah komposisi array Halbach yang paling dasar. Magnet susunan ini dapat dikatakan sebagai gabungan susunan radial dan susunan tangensial, seperti terlihat pada gambar di bawah.

Array Linear Halbach saat ini terutama digunakan pada motor linier. Prinsip levitasi kereta maglev adalah magnet yang bergerak berinteraksi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi pada penghantar untuk menghasilkan gaya levitasi, dan pada saat yang sama disertai dengan hambatan magnet. Meningkatkan rasio daya apung dan tarikan adalah kunci untuk meningkatkan kinerja sistem levitasi, yang memerlukan bobot magnet terpasang yang ringan, medan magnet yang kuat, medan magnet yang seragam, dan keandalan yang tinggi. Susunan Halbach dipasang secara horizontal di tengah bodi mobil dan berinteraksi dengan belitan di tengah lintasan untuk menghasilkan gaya pendorong, yang memaksimalkan medan magnet dengan jumlah magnet yang sedikit, dan sisi lain memiliki medan magnet yang lebih sedikit, yang dapat mencegah penumpang terkena medan magnet yang kuat.

Susunan melingkar

Susunan Halbach melingkar dapat dikatakan sebagai gabungan susunan Halbach linier ujung ke ujung sehingga membentuk bentuk cincin melingkar.

Pada motor magnet permanen, motor magnet permanen yang menggunakan struktur susunan Halbach memiliki medan magnet celah udara yang lebih dekat dengan distribusi sinusoidal dibandingkan motor magnet permanen tradisional. Dalam hal jumlah bahan magnet permanen yang sama, motor magnet permanen Halbach memiliki kerapatan magnet celah udara yang lebih besar. Kehilangan zat besi kecil. Selain itu, susunan cincin Halbach juga banyak digunakan pada bantalan magnet permanen, peralatan pendingin magnet, dan peralatan resonansi magnetik.

Metode fabrikasi dan produksi susunan Halbach

Metode 1: Menurut topologi susunan, gunakan lem magnet untuk merekatkan segmen magnet yang termagnetisasi menjadi satu. Karena gaya tolak-menolak antar segmen magnet sangat kuat, cetakan harus digunakan untuk menjepit selama adhesi. Metode ini memiliki efisiensi produksi yang rendah, namun lebih mudah diterapkan, dan lebih cocok digunakan pada tahap penelitian laboratorium.

Metode 2: Pertama-tama gunakan metode pengisian cetakan atau pengepresan cetakan untuk membuat magnet lengkap, dan kemudian lakukan magnetisasi dalam perlengkapan khusus. Struktur array yang diproses dengan metode ini mirip dengan gambar di bawah ini. Metode ini memiliki efisiensi pemrosesan yang tinggi dan perbandingannya mudah untuk mewujudkan produksi massal. Namun, perlu merancang perlengkapan magnetisasi secara khusus dan memformulasikan proses magnetisasi.

Metode 3: Gunakan susunan belitan berbentuk khusus untuk mewujudkan distribusi medan magnet tipe Halbach, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Proses dan efek susunan Halbach buatan sendiri di laboratorium