Un array Halbach è una configurazione unica di magneti permanenti a polarità alternata creata per rendere il campo magnetico su un lato significativamente più forte del campo sull'altro.
Ad esempio: Il campo sottostante è più basso del campo sopra.
Caratteristiche
1. Grande densità di potenza
I motori di progettazione dei magneti Halbach riducono al minimo le dimensioni del motore migliorando al contempo la densità di potenza del motore rispetto alle tradizionali strutture del motore a magneti permanenti. Ciò è dovuto al fatto che quando l'anello magnetico Halbach è stato smontato, il campo magnetico parallelo e il campo magnetico radiale si sono sovrapposti, aumentando notevolmente la forza del campo magnetico sul lato opposto.
2. Il rotore del magnete dell'array halbach non ha bisogno di uno scivolo.
A causa dell'inevitabile esistenza di armoniche del campo magnetico del traferro, la struttura a rotore fisso del motore a magneti permanenti convenzionale spesso richiede lo scivolo per ridurne l'impatto. A causa dell'elevata distribuzione sinusoidale del campo magnetico del traferro e del basso contenuto armonico del motore Halbach, lo statore è privo di scivolo.
3. Per realizzare questo rotore è possibile utilizzare un materiale senza nucleo.
Poiché non è più necessario che il rotore fornisca un percorso per il materiale magnetico, la distribuzione unilaterale del campo magnetico creata dall'effetto di auto-schermatura del magnete di Halbach consente al sistema di avere un momento di inerzia inferiore e buone prestazioni di collegamento.
4. L'utilizzo di magneti permanenti è elevato.
Migliora l'uso dei magneti permanenti poiché il magnete Halbach è diviso in risultati magnetizzati, con il risultato che il suo funzionamento del magnete permanente è superiore a quello normalmente superiore a 0.9.
Tipi comuni
1. Array cilindro Halbach
Il tradizionale Halbach Array è un cilindro/anello con un modello a dipolo (2 poli) nel traferro centrale. Nell'anello, il campo magnetico è forte e omogeneo (linee di campo parallele) su tutto il foro centrale.
L'anello NdFeB Halbach Array è costituito da 8 magneti (ciascuno con una direzione di magnetizzazione distinta e disposti in segmenti di arco di 45 gradi). Ogni segmento dell'arco è magnetizzato in modo tale che il campo magnetico viaggi attraverso il traferro centrale prima di essere "diretto" attraverso e intorno al materiale del magnete.
Forniamo un array NdFeB Halbach a due poli con un diametro di 110 mm e un foro centrale di 30- mm di diametro. La sua lunghezza assiale è di 40 mm. Impiega NdFeB convenzionale (neodimio ferro boro) con una temperatura di lavoro consigliata di più 80 gradi. A temperatura ambiente, il campo al centro del traferro è di almeno 10,000 Gauss/un Tesla. Il manicotto esterno protettivo è in ottone.
Possiamo anche fornire il tipo SmCo. 16 magneti (segmenti d'arco di 22,5 gradi, ciascuno con un unico orientamento di magnetizzazione) compongono l'anello SmCo Halbach Array. Ogni segmento dell'arco è magnetizzato in modo tale che il campo magnetico viaggi attraverso il traferro centrale prima di essere guidato attraverso e intorno al materiale del magnete. Questo array specifico è unico poiché è completamente chiuso e utilizza un adesivo criogenico per consentire il funzionamento a -269 gradi Celsius per l'elio liquido.
2. Array Halbach a blocchi
I campi magnetici si allineano sopra il piano della struttura composita quando si mescolano strisce di materiali ferromagnetici alternativamente magnetizzati (materiali che possono essere permanentemente magnetizzati), mentre i campi magnetici sotto la struttura sono in direzioni opposte e si annullano. I componenti di magnetizzazione alternati sono in realtà sfasati di 90 gradi, o p/2.
La situazione ideale, come indicato sopra, risulterebbe in nessun campo sotto il piano e un campo sopra il piano che è due volte più grande di quanto sarebbe se la struttura fosse uniformemente magnetizzata. Tuttavia, in pratica, nella parte inferiore viene generato solo un campo molto modesto e non si osserva mai la condizione ideale. È possibile creare array di grandi dimensioni continuando questo modello per sempre.
John C. Mallinson fece la scoperta iniziale di queste formazioni di "flusso unilaterale" nel 1973, descrivendole come "curiosità" con il potenziale per far avanzare la tecnologia di registrazione su nastro magnetico. Ma fu solo negli anni '80, quando il fisico di Berkley Klaus Halbach scoprì in modo indipendente questo fenomeno magnetico e sviluppò gli array Halbach da utilizzare negli acceleratori di particelle che il loro vero potenziale divenne evidente. Per creare potenti campi magnetici per focalizzare e guidare i raggi dell'acceleratore di particelle, Halbach ha creato gli array utilizzando l'elemento ferromagnetico cobalto.
Applicazioni
Gli array Halbach sono attualmente impiegati in una varietà di sistemi con vari gradi di complessità e hanno numerose applicazioni. Nei magneti da frigorifero, gli array Halbach sono utilizzati in uno dei modi più basilari. In questo caso, il potere di tenuta del magnete viene aumentato sfruttando le caratteristiche di flusso unilaterale. Semplici sistemi di chiusura possono anche essere realizzati combinando matrici variabili di aste magnetiche. Il confinamento del flusso può essere invertito ruotando ciascuna asta di 90 gradi se le magnetizzazioni delle aste sono regolate in modo che il campo sia massimizzato sopra il piano e minimizzato sotto di esso.
Un binario del treno Maglev, noto anche come Inductrack, che utilizza la levitazione magnetica per sostenere il vagone, è un esempio più sofisticato di un array Halbach in funzione. Il treno viene sollevato a breve distanza sopra il binario dalle matrici magnetiche, che possono sostenere pesi fino a 50 volte quello del magnete. Il processo si basa sul principio dell'induzione; quando l'array viene spostato sulle bobine di un binario metallico, i cambiamenti nel campo magnetico provocano l'induzione di una tensione nel binario. Quando il campo magnetico prodotto dal binario si allinea con il campo prodotto dall'array Halbach, la repulsione fa levitare il treno, proprio come quando si tenta di spingere insieme i due poli simili delle barre magnetiche. I treni Maglev sono in grado di fornire trasporti ad alta velocità perché non sono ostacolati da molte delle forze di attrito che rallentano i treni a ruote convenzionali. In effetti, il sistema ferroviario giapponese SCMaglev detiene attualmente il Guinness World Record per il transito ferroviario più veloce dopo aver raggiunto 361 mph nel 2003.
Gli array di Halbach, noti anche come "wiggler" di Halbach, sono impiegati in indagini scientifiche all'avanguardia condotte su sincrotroni e laser a elettroni liberi (FEL). I FEL sono impiegati in un'ampia varietà di campi, dal medico al militare, e hanno una gamma di frequenze molto ampia e altamente sintonizzabile. Una delle parti fondamentali di un FEL è un wiggler Halbach, che utilizza il campo magnetico dell'array per "muovere" periodicamente un raggio di particelle cariche (tipicamente elettroni). L'accelerazione delle particelle cambia a causa dell'alterazione dell'effetto di oscillazione nella direzione delle particelle. Quando accoppiato con una sorgente laser esterna, questo provoca l'emissione di radiazione di sincrotrone ad alta intensità (fotoni).
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