자석 할바흐 어레이

할바흐 배열은 한쪽의 자기장을 다른 쪽의 자기장보다 훨씬 더 강하게 만들기 위해 만들어진 교류 극성 영구 자석의 독특한 구성입니다.

예: 아래 필드는 위 필드보다 낮습니다.

1. 큰 전력 밀도

Halbach 자석 설계 모터는 기존의 영구 자석 모터 구조와 비교할 때 모터 전력 밀도를 향상시키면서 모터 크기를 효율적으로 최소화합니다. 이는 할바흐 자기 링을 분해했을 때 평행 자기장과 방사형 자기장이 중첩되어 반대쪽 자기장의 세기가 상당히 강화되었기 때문이다.

2. 할바흐 어레이 마그네트 로터는 슈트가 필요하지 않습니다.

에어 갭 자기장 고조파의 불가피한 존재로 인해 기존 영구 자석 모터의 고정 회전자 구조는 종종 슈트를 사용하여 충격을 줄입니다. 높은 공극 자기장 사인 분포와 Halbach 모터의 낮은 고조파 함량으로 인해 고정자에는 슈트가 없습니다.

3. 코어가 아닌 재료를 사용하여 이 로터를 만들 수 있습니다.

더 이상 로터가 자성체에 대한 경로를 제공할 필요가 없기 때문에 Halbach 자석의 자체 차폐 효과에 의해 생성된 일방적인 자기장 분포로 인해 시스템이 더 낮은 관성 모멘트와 우수한 부착 성능을 가질 수 있습니다.

4. 영구자석의 활용도가 높다.

할바흐자석을 자화한 결과물로 분할하여 영구자석의 활용도를 향상시켜 영구자석의 동작이 평소보다 0.9 이상 높아진다.

1. 실린더 할바흐 어레이

전통적인 Halbach Array는 중앙 에어 갭에 쌍극자(2극) 패턴이 있는 실린더/링입니다. 링에서 자기장은 중앙 구멍 전체에 걸쳐 강하고 균일합니다(평행한 필드 라인).

NdFeB Halbach Array 링은 8개의 자석으로 구성됩니다(각각 고유한 자화 방향이 있고 45도 아크 세그먼트로 배열됨). 아크의 각 세그먼트는 자기장이 자석 재료를 통해 그리고 그 주위로 '지시'되기 전에 중앙 에어 갭을 통해 이동하는 방식으로 자화됩니다.

우리는 30-mm 직경 중앙 구멍이 있는 2극, 110mm 직경 NdFeB Halbach 어레이를 제공합니다. 축 길이는 40mm입니다. 권장 작동 온도가 플러스 80도인 기존의 NdFeB(네오디뮴 철 붕소)를 사용합니다. 실온에서 에어 갭 중간의 필드는 최소 10,000 Gauss/1 Tesla입니다. 보호 외부 슬리브는 황동으로 만들어집니다.

우리는 또한 SmCo 유형을 제공할 수 있습니다. 16개의 자석(각각 고유한 자화 방향이 있는 22.5도 아크 세그먼트)이 SmCo Halbach Array 링을 구성합니다. 아크의 각 세그먼트는 자기장이 자석 재료를 통과하여 안내되기 전에 중앙 에어 갭을 통해 이동하는 방식으로 자화됩니다. 이 특정 어레이는 완전히 밀폐되어 있으며 극저온 접착제를 사용하여 액체 헬륨의 경우 섭씨 -269도에서 작동할 수 있기 때문에 독특합니다.

2. 블록 할바흐 어레이

교대로 자화된 강자성 재료(영구적으로 자화될 수 있는 재료)의 스트립이 혼합될 때 복합 구조의 평면 위에 자기장이 정렬되는 반면, 구조 아래의 자기장은 반대 방향으로 상쇄됩니다. 교류 자화 구성 요소는 실제로 90도 위상차 또는 p/2입니다.

위에 표시된 대로 이상적인 상황에서는 평면 아래에 필드가 없고 구조가 균일하게 자화되는 경우보다 두 배 큰 평면 위의 필드가 발생합니다. 그러나 실제로는 밑면에 매우 완만 한 필드만 생성되며 이상적인 상태는 관찰되지 않습니다. 이 패턴을 영원히 계속하면 큰 배열을 만들 수 있습니다.

존 C. 말린슨(John C. Mallinson)은 1973년에 이러한 "단면 플럭스" 형성을 최초로 발견했으며, 자기 테이프 기록 기술을 발전시킬 수 있는 잠재력을 가진 "호기심"이라고 설명했습니다. 그러나 1980년대가 되어서야 Berkley 물리학자 Klaus Halbach가 독립적으로 이 자기 현상을 발견하고 입자 가속기에 사용할 Halbach 어레이를 개발하여 진정한 잠재력이 분명해졌습니다. Halbach는 강자성 요소 코발트를 사용하여 어레이를 만들었습니다.

Halbach 어레이는 현재 다양한 수준의 복잡성을 가진 다양한 시스템에 사용되고 있으며 수많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 냉장고 자석에서 Halbach 어레이는 가장 기본적인 방법 중 하나로 사용됩니다. 이 경우 편측 플럭스 특성을 이용하여 자석의 유지력을 높인다. 간단한 잠금 시스템은 자기 막대의 가변 배열을 결합하여 만들 수도 있습니다. 자기장이 평면 위에서 최대화되고 평면 아래에서 최소화되도록 막대의 자화가 조정되면 각 막대를 90도 회전하여 자속 제한을 역전시킬 수 있습니다.

객차를 지지하기 위해 자기 부상을 사용하는 인덕트랙(Inductrack)으로도 알려진 자기 부상 열차 트랙은 작동 중인 Halbach 어레이의 보다 정교한 예입니다. 기차는 자석의 최대 50배의 무게를 지탱할 수 있는 자기 배열에 의해 트랙 위로 짧은 거리까지 올라갑니다. 이 프로세스는 유도 원리를 기반으로 합니다. 어레이가 금속 트랙의 코일 위로 이동할 때 자기장의 변화로 인해 트랙에 전압이 유도됩니다. 트랙에서 생성된 자기장이 Halbach 어레이에서 생성된 자기장과 정렬되면 반발력으로 인해 막대 자석의 두 극을 함께 밀려고 할 때와 마찬가지로 기차가 공중에 떠 있게 됩니다. 자기 부상 열차는 기존 바퀴 달린 열차의 속도를 늦추는 많은 마찰력에 의해 방해받지 않기 때문에 고속 운송을 제공할 수 있습니다. 실제로 일본의 SCMaglev 열차 시스템은 2003년에 시속 361마일에 도달한 후 현재 가장 빠른 철도 운송으로 기네스 세계 기록을 보유하고 있습니다.

Halbach "wigglers"라고도 하는 Halbach 어레이는 싱크로트론 및 자유 전자 레이저(FEL)에서 수행되는 최첨단 과학 조사에 사용됩니다. FEL은 의료에서 ​​군사에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되며 매우 광범위하고 조정 가능한 주파수 범위를 가지고 있습니다. FEL의 기본 부품 중 하나는 하전 입자(일반적으로 전자) 빔을 주기적으로 '흔들기' 위해 어레이의 자기장을 사용하는 Halbach 흔들기입니다. 흔들기 효과의 입자 방향 변경 결과로 입자의 가속도가 변경됩니다. 외부 레이저 소스와 결합하면 고강도 싱크로트론 방사(광자)가 방출됩니다.

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