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海尔贝克磁铁阵列磁铁知识全掌握!

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文章附图

HalbachArray是一种超强磁铁结构,是一种经过设计的近乎理想的磁体结构,目的是用最少的磁铁产生最强的磁场。 1979年,当美国科学家克劳斯·哈尔巴赫KlausHalbach)在实验电子加速实验时,他制造出了这种特殊的永磁铁结构并逐渐完善,最终形成了海尔贝克磁铁阵列。

halbacharray是一种磁体组装结构,是一种近似理想结构的工程磁场。永磁体永磁体不同磁化方向上的排列方式,使阵列一侧的磁场显著增强,而另一侧的磁场显著减弱。 目的是用最少的磁场在工作区域产生最强的磁场。

海尔贝克阵列磁铁磁极分布

左边是一个单一的磁体,北极全在上面,磁场的强度可以从磁铁底部和顶部的颜色中看出。右边是海尔贝克阵列,顶部磁场较高,底部磁场较弱。(在相同体积的情况下,特别是磁铁充磁方向方向为4-16mm厚的情况下,黑贝克阵列磁体的强侧表面磁场强度约为普通单磁体的2倍(或1.4倍))。

主要应用于粒子加速器、自由电子激光装置、同步辐射装置等高能物理领域领域。由于其优良的磁场分布特性,应用领域已逐步扩展到核磁共振、磁悬浮、永磁特种电机等工业领域。

目前市场上的海尔贝克磁体主要有两种形式。直线型阵列及环形阵列:

一,直线型海尔贝克阵列;

直线型海尔贝克阵列

二,环形海尔贝克阵列磁铁;

环形海尔贝克阵列

把磁铁径向式排列和平行式排列结合起来,如果忽略端部效应,把周围导磁材料的导磁率看作无穷大,则上述永磁体结构最终形成单边磁场(one-sided field),这是Halbach一的显着特点。 这一特点表明Halbach磁铁在线性电机中具有良好的应用价值。 与传统电机相比, Halbach电机具有以下几个方面的优点。

1.功率密度

与传统永磁电机架构相比,Halbach磁环分解后的平行磁场和径向磁场的叠加,使得另一边的磁场强度大大增加,有效地减少了电机的体积,提高了电机的功率密度。

2.定转子不再需要斜槽

在传统永磁电机中,由于气隙磁场中不可避免的谐波,在定转子架构中通常采用斜槽来减小其影响。Halbach电机中,由于气隙磁场正弦分布大,谐波含量低,定转子没有斜槽。

3.转子可以采用非铁心材料;

由于Halbach磁铁的自屏蔽效应,单边磁场分布不再要求转子采用磁性材料为其提供路径,这不仅为转子的选择提供了更多的材料,而且使系统具有更低的转动惯量和更快的粘附性。

4.**磁铁利用率高;

由于Halbach磁铁的分区,其**磁铁工作点较高,一般超过0.9,从而提高了**磁铁的利用率。

5.可采用集中绕制;

传统永磁电机中常用分布式绕组来降低谐波磁动势。Halbach电机中,由于其高的磁场正弦分布和低的谐波磁场影响,可以采用集中式绕组。

6.使用Halbach电机磁铁排列可以减少电动机的转矩涟波,因此电动机轴承的需求大大减少。


实际操作中,可根据不同的磁场需要,组合不同形式的海尔贝克磁铁。

海尔贝克阵列磁组件装配自动化.png

现有的磁体组件是通过处理具有特定尺寸和磁化方向的磁体,然后按特定的磁化方向充电,然后将它们组装在海尔贝克阵列中,将每个磁体粘合在一起,形成具有特定磁场分布的磁组件。由于每磁体都有一个特定的磁化方向,所以当磁体排列磁体不同的方向时,它们之间会有很大的斥力和转动力矩。目前,磁体的装配主要依靠人工装配,由于强磁大,装配难度大。磁铁组装自动化-海尔贝克阵列磁组件装配自动化方案已成功落地,有需要可以联系获取案例报价。