Co to jest układ Halbacha i jak koncentruje pola magnetyczne?
Układ Halbacha stopniowo obraca kierunek magnesowania każdego segmentu magnesu. W przypadku układu liniowego typowa sekwencja: magnes 1 jest namagnesowany w górę (skierowany na północ do szczeliny roboczej), magnes 2 jest namagnesowany do przodu (wzdłuż długości układu), magnes 3 jest namagnesowany w dół (skierowany na południe do szczeliny roboczej), magnes 4 jest namagnesowany do tyłu. Ten 4-segmentowy wzór się powtarza. Rezultat: strumień magnetyczny po stronie aktywnej (szczelina) zostaje wzmocniony, podczas gdy strumień po przeciwnej stronie (żelazo z tyłu) prawie się zatrzymuje. Stosunek strumienia szczelinowego do strumienia zwrotnego może osiągnąć 20:1, eliminując potrzebę stosowania ciężkich i kosztownych żelaznych jarzm.
W przypadku silników liniowych (np. stopień precyzyjnego pozycjonowania) układ Halbacha na poruszaczu (suwaku) wytwarza silne pole magnetyczne, które oddziałuje z cewkami stojana. Bez tylnego elementu poruszającego się masa poruszająca się jest zmniejszona o 30-50%. Silniki liniowe wyposażone w Halbacha osiągają gęstość ciągu 1,5 razy większą niż w przypadku konwencjonalnych silników liniowych z magnesami trwałymi.
Liniowe i kołowe tablice Halbacha w inżynierii samochodowej
Liniowe układy Halbacha są stosowane w płaskich silnikach liniowych, torach lewitacji magnetycznej i magnetycznych uszczelnieniach płynowych. Długość tablicy jest ograniczona jedynie liczbą segmentów. Do zastosowań wymagających długich przesuwów (np. systemy przenośników o skoku 10 m) produkujemy układy Halbach w modułowych sekcjach o średnicy 200–500 mm każdy, z precyzyjnymi kołkami ustalającymi pomiędzy sekcjami.
Okrągłe układy Halbacha (zwane także wirnikami Halbacha) są stosowane w bezszczotkowych silnikach prądu stałego, kołach reakcyjnych i magazynach energii w kole zamachowym. W okrągłym układzie Halbacha namagnesowanie obraca się w sposób ciągły wokół obwodu. Pole wewnętrzne może być bardzo jednolite, odpowiednie dla cewek gradientowych MRI lub żyroskopów-o wysokiej precyzji. Jednakże wytworzenie okrągłego układu Halbacha wymaga segmentowanych magnesów łukowych, każdy o określonym kącie namagnesowania.
Dane porównawcze:
| Konfiguracja | Szczytowa gęstość strumienia szczelinowego (Tesla) | Powrót Żelazo wymagane? | Typowe zastosowania | Złożoność produkcji |
|---|---|---|---|---|
| Konwencjonalne bieguny przemienne | 0.9-1.1 | Tak (grubość 10-20 mm) | Ogólne silniki liniowe, przenośniki taśmowe | Niski |
| Liniowy układ Halbacha | 1,3-1,5 (szczelina powietrzna 5 mm) | Nie (lub<3mm shielding) | Wysokie-etapy przyspieszania, wybieranie-i-umieszczanie robotów | Średni |
| Okrągły układ Halbacha | Wewnętrzne: 1,2-1,4 | Nie (samoosłona-) | Wewnętrzny-wirnik BLDC, koła reakcyjne, MRI | Wysoki |
| Tablica hybrydowa (z żelaznymi słupami) | 1.6-1.8 | Minimalne (1-2 mm) | Bardzo-wysoka gęstość siły, ograniczony skok | Wysoki |
Wyzwania produkcyjne: montaż, klejenie i protokoły bezpieczeństwa
Montaż układu Halbacha z magnesami neodymowymi (N42SH lub wyższy) jest z natury niebezpieczny ze względu na silne i złożone siły pomiędzy sąsiednimi magnesami. Jeden źle umieszczony magnes może zatrzasnąć się przy prędkości przekraczającej 5 m/s, powodując zmiażdżenie palców lub pęknięcie magnesu.
Nasz protokół produkcyjny:
Użyj aluminiowego lub-drukowanego w 3D,-niemagnetycznego uchwytu montażowego.
Magnesy są instalowane jeden-po-po kolei, każdy zabezpieczony tymczasowymi plastikowymi podkładkami.
Pomiędzy magnesy nakłada się-dwuskładnikową żywicę epoksydową (LOCTITE Hysol 9460, wytrzymałość na ścinanie 25 MPa).
Cały zestaw jest prasowany pod ciśnieniem 0,5-1,0 MPa podczas utwardzania żywicą epoksydową (24 godziny w temperaturze 25 stopni).
For large arrays (>50 magnesów), zastosuj montaż etapowy: zbuduj 5-10 podzespołów magnesów, a następnie połącz je.
Oferujemy również macierze Halbacha zamknięte w obudowie aluminiowej lub rurze ze stali nierdzewnej. Hermetyzacja chroni magnesy przed korozją i zapobiega przypadkowemu kontaktowi z silnym polem rozproszonym układu.
Producenci silników liniowych poszukujący-zespołów Halbacha o dużej sile i precyzyjnych kątach magnesowania (tolerancja ± 1 stopień) mogą odwiedzić naszą stronę kategorii Zespoły silników magnetycznych w naszej witrynie internetowej.
Aby poprosić o symulację FEA układu Halbacha dla silnika liniowego – obejmującą profil strumienia w szczelinie powietrznej, ciąg na amper i optymalizację żelaza tylnego – skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów zajmujących się magnesami.
Często zadawane pytania
P: Czy mogę użyć-dostępnych-magnesów blokowych do zbudowania własnej macierzy Halbach-w domu?
Odp.: Niezalecane. Standardowe bloki mają stały kierunek magnesowania na całej grubości. DIY Halbach wymaga niestandardowych magnesów z namagnesowaniem pod określonymi kątami (np. 0 stopni, 45 stopni, 90 stopni, 135 stopni). Dostarczamy precyzyjnie zorientowane magnesy.
P: Jaka jest maksymalna długość pojedynczego układu Halbach, jaki można wyprodukować?
Odp.: Długość ciągła 500 mm w jednej obudowie. W przypadku dłuższych układów dostarczamy sekcje modułowe z kołkami wyrównującymi i sprzęgłem magnetycznym, aby zapewnić ciągłość strumienia. Szczelina złącza sekcji < 0,2 mm.
P: Czy tablice Halbach wymagają specjalnej powłoki zabezpieczającej przed korozją?
Odp.: Ponieważ tablice Halbacha są często odsłonięte (bez tylnej części żelaza i obudowy), zalecamy powłokę Ni-Cu-Ni (20–25 μm) plus epoksydową powłokę nawierzchniową zapewniającą odporność na wilgoć. W obudowanych tablicach zastosowano żywicę epoksydową do zalewania (grubość 1-2 mm).
