L'array Halbach prende il nome dal suo creatore Klaus Halbach, un fisico del dipartimento di ingegneria dei Berkley Labs. Lo scopo originale dell'array era quello di aiutare nel processo di focalizzazione del raggio negli acceleratori di particelle. Un array halbach è una disposizione di magneti progettata per migliorare il flusso magnetico in un determinato dominio.
Ad eccezione delle sue due estremità, un array lineare di magneti permanenti ha lo scopo di produrre un campo di flusso da un lato e quasi annullarlo dall'altro. Il modello di magnetizzazione è indicato dalle frecce e dal campo di flusso.
Una disposizione tipica nell'array Halbach è che i magneti sono orientati per aumentare il campo sulla parte superiore del disco e annullarlo sotto il disco, in modo da fornire un campo di flusso assiale netto.
Di seguito è riportata la vista in sezione trasversale di un dipolo costruito da un array di Halbach. Mostra anche le direzioni di magnetizzazione dei magneti permanenti che compongono l'array. Il design produce un campo uniforme netto orientato verticalmente all'interno dell'array e una cancellazione quasi completa del campo all'esterno dell'array. I motori elettrici con prestazioni ed efficienza eccellenti sono stati rapidamente creati utilizzando gli array Halbach per una varietà di applicazioni. Gallo ha realizzato un tipico motore DC brushless a campo assiale con disco a magneti permanenti. Thompson ha stabilito formule analitiche per le soluzioni del campo di flusso per una matrice Halbach assiale di magneti permanenti.
Le prestazioni elettromagnetiche di una macchina brushless con una matrice Halbach di magneti permanenti devono essere previste e ottimizzate utilizzando un modello analitico diretto e preciso, insieme a una comprensione fisica della relazione tra parametri e prestazioni. Per prevedere in modo affidabile la coppia di uscita media per una varietà di correnti di ingresso, è necessario creare un modello analitico per le distribuzioni di campo generate da un array Halbach di magneti permanenti. A seguito dell'interazione di correnti elettriche e campi magnetici, tutti i motori producono una coppia. La "forza di Lorentz" si riferisce alla forza che agisce su una particella carica in un campo elettromagnetico.
L'introduzione di un campo magnetico in un conduttore percorso da corrente di lunghezza limitata produce una forza netta perché il flusso di corrente in un conduttore è causato dal movimento continuo della carica elettrica. Una coppia netta viene prodotta disponendo due conduttori in modo che le loro rispettive forze siano dirette in direzioni opposte ma siano distanziate. L'armatura ruota a causa della coppia. La legge di Lenz, secondo la quale il moto dell'indotto è costantemente contrastato dalla FEM indotta, è un'altra legge cruciale per quanto riguarda i motori elettrici. Di conseguenza, il campo elettromagnetico e la rotazione dell'armatura sono le fonti di back-EMF. Di conseguenza, la forza e la variabilità del campo magnetico sono fattori cruciali nel determinare quanto bene funzionerà un motore.
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