Imán Matriz de Halbach

Una matriz de Halbach es una configuración única de imanes permanentes de polaridad alterna creados para hacer que el campo magnético de un lado sea significativamente más fuerte que el campo del otro.

Por ejemplo: El campo de abajo es más bajo que el campo de arriba.

1. Gran densidad de potencia

Los motores de diseño de imanes Halbach minimizan eficientemente el tamaño del motor al tiempo que mejoran la densidad de potencia del motor en comparación con las estructuras de motor de imanes permanentes convencionales. Esto se debe al hecho de que cuando se desmontó el anillo magnético de Halbach, el campo magnético paralelo y el campo magnético radial se superpusieron, aumentando considerablemente la fuerza del campo magnético en el lado opuesto.

2. El rotor magnético de matriz halbach no necesita un conducto.

Debido a la existencia ineludible de armónicos de campo magnético de entrehierro, la estructura de rotor fijo del motor de imán permanente convencional a menudo toma el conducto para reducir su impacto. Debido a la alta distribución sinusoidal del campo magnético del entrehierro y al bajo contenido de armónicos del motor Halbach, el estator carece de rampa.

3. Se puede usar un material sin núcleo para fabricar este rotor.

Dado que ya no es necesario que el rotor proporcione un camino para el material magnético, la distribución unilateral del campo magnético creada por el efecto de autoprotección del imán de Halbach permite que el sistema tenga un momento de inercia más bajo y un buen rendimiento adjunto.

4. La utilización de imanes permanentes es alta.

Mejora el uso de imanes permanentes ya que el imán de Halbach se divide en productos magnetizados, lo que hace que su funcionamiento de imán permanente sea mayor que normalmente más de 0.9.

1. Conjunto de cilindros Halbach

La matriz tradicional de Halbach es un cilindro/anillo con un patrón de dipolo (2 polos) en el espacio de aire central. En el anillo, el campo magnético es fuerte y homogéneo (líneas de campo paralelas) en todo el agujero central.

El anillo NdFeB Halbach Array está construido con 8 imanes (cada uno con una dirección de magnetización distinta y dispuestos en segmentos de arco de 45 grados). Cada segmento del arco está magnetizado de tal manera que el campo magnético viaja a través del entrehierro central antes de ser 'dirigido' a través y alrededor del material del imán.

Proporcionamos una matriz NdFeB Halbach de dos polos y 110 mm de diámetro con un orificio central de 30- mm de diámetro. Su longitud axial es de 40 mm. Emplea NdFeB convencional (Neodymium Iron Boron) con una temperatura de trabajo recomendada de más de 80 grados. A temperatura ambiente, el campo en el medio del entrehierro es de al menos 10,000 Gauss/un Tesla. La funda exterior protectora está hecha de latón.

También podemos proporcionar el tipo SmCo. 16 imanes (segmentos de arco de 22,5 grados, cada uno con una orientación de magnetización única) componen el anillo SmCo Halbach Array. Cada segmento del arco está magnetizado de tal manera que el campo magnético viaja a través del entrehierro central antes de ser guiado a través y alrededor del material magnético. Esta matriz específica es única ya que está completamente cerrada y emplea adhesivo criogénico para permitir el funcionamiento a -269 grados Celsius para helio líquido.

2. Conjunto de bloques de Halbach

Los campos magnéticos se alinean sobre el plano de la estructura compuesta cuando se mezclan tiras de materiales ferromagnéticos alternadamente magnetizados (materiales que pueden magnetizarse permanentemente), mientras que los campos magnéticos debajo de la estructura están en direcciones opuestas y se cancelan. Los componentes de magnetización alterna en realidad están desfasados ​​90 grados, o p/2.

La situación ideal, como se indicó anteriormente, no daría como resultado ningún campo debajo del plano y un campo arriba del plano que es el doble de grande que si la estructura estuviera magnetizada uniformemente. Sin embargo, en la práctica, solo se genera un campo muy modesto en la parte inferior y nunca se observa la condición ideal. Se pueden crear arreglos grandes continuando este patrón para siempre.

John C. Mallinson hizo el descubrimiento inicial de estas formaciones de "flujo unilateral" en 1973, y las describió como "curiosidades" con el potencial de hacer avanzar la tecnología de grabación de cinta magnética. Pero no fue hasta la década de 1980, cuando el físico de Berkley, Klaus Halbach, descubrió de forma independiente este fenómeno magnético y desarrolló matrices de Halbach para su uso en aceleradores de partículas, que se hizo evidente su verdadero potencial. Con el fin de crear potentes campos magnéticos para enfocar y guiar los haces de los aceleradores de partículas, Halbach creó las matrices utilizando el elemento ferromagnético cobalto.

Las matrices de Halbach se emplean actualmente en una variedad de sistemas con diversos grados de complejidad y tienen numerosas aplicaciones. En los imanes de nevera, las matrices de Halbach se utilizan en una de las formas más básicas. En este caso, el poder de retención del imán aumenta al utilizar las características de flujo unilateral. También se pueden hacer sistemas de bloqueo simples combinando matrices variables de varillas magnéticas. El confinamiento del flujo se puede invertir girando cada varilla 90 grados si las magnetizaciones de las varillas se ajustan de modo que el campo se maximice por encima del plano y se minimice por debajo.

Una vía de tren Maglev, también conocida como Inductrack, que utiliza la levitación magnética para sostener el vagón, es un ejemplo más sofisticado de una matriz de Halbach en funcionamiento. El tren se eleva una corta distancia por encima de la vía gracias a los conjuntos magnéticos, que pueden soportar pesos hasta 50 veces mayores que los del imán. El proceso se basa en el principio de inducción; a medida que la matriz se mueve sobre las bobinas de una pista metálica, los cambios en el campo magnético hacen que se induzca un voltaje en la pista. Cuando el campo magnético producido por la vía se alinea con el campo producido por la matriz de Halbach, la repulsión hace que el tren levite, como cuando intentas juntar los dos polos iguales de una barra magnética. Los trenes Maglev son capaces de proporcionar transporte de alta velocidad porque no se ven obstaculizados por muchas de las fuerzas de fricción que ralentizan los trenes de ruedas convencionales. De hecho, el sistema de trenes japonés SCMaglev actualmente posee el récord mundial Guinness por el tránsito ferroviario más rápido después de alcanzar las 361 mph en 2003.

Los conjuntos de Halbach, también conocidos como "wigglers" de Halbach, se emplean en investigaciones científicas de vanguardia realizadas en sincrotrones y láseres de electrones libres (FEL). Los FEL se emplean en una amplia variedad de campos, desde el médico hasta el militar, y tienen un rango de frecuencia muy amplio y altamente sintonizable. Una de las partes fundamentales de un FEL es un vibrador de Halbach, que utiliza el campo magnético de la matriz para "menear" periódicamente un haz de partículas cargadas (típicamente electrones). La aceleración de las partículas cambia como resultado de la alteración del efecto de movimiento en la dirección de las partículas. Cuando se combina con una fuente de láser externa, provoca la emisión de radiación de sincrotrón de alta intensidad (fotones).

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