Tableau Halbach, aimant permanent Halbach
Le réseau Halbach est une structure d’arrangement magnétique. Avant de comprendre cette structure, examinons la distribution des lignes de champ magnétique de certains aimants permanents courants.
À partir de cette image, il n’est pas difficile de constater que la direction de placement et la disposition de l’aimant affecteront directement la distribution des lignes de champ magnétique, c’est-à-dire qu’elles affecteront la forme de la distribution du champ magnétique autour de l’aimant.
Le concept du réseau Halbach
Halbach Array (aimant permanent Halbach) est une sorte de structure magnétique. En 1979, l'érudit américain Klaus Halbach a découvert cette structure spéciale d'aimant permanent lors d'une expérience d'accélération électronique et l'a progressivement améliorée, pour finalement former ce qu'on appelle"Halbach"aimant. Il s’agit d’une structure idéale approximative en ingénierie. Il utilise une disposition spéciale d'unités magnétiques pour améliorer l'intensité du champ dans la direction de l'unité. L’objectif est d’utiliser le moins d’aimants pour générer le champ magnétique le plus puissant.
Ce type de réseau est entièrement composé de matériaux à aimants permanents de terres rares. En disposant des aimants permanents avec différentes directions de magnétisation selon une certaine règle, les lignes de force magnétiques peuvent être concentrées d'un côté des aimants et les lignes de force peuvent être affaiblies de l'autre côté, obtenant ainsi un champ magnétique unilatéral idéal. Ceci est d’une grande importance en ingénierie. Grâce à leurs excellentes caractéristiques de distribution de champ magnétique, les réseaux Haierbek sont largement utilisés dans des domaines industriels tels que la résonance magnétique nucléaire, la lévitation magnétique et les moteurs spéciaux à aimant permanent.
Sur la gauche se trouve un seul aimant dont tous les pôles nord sont tournés vers le haut. D'après la couleur, on peut voir que la force du champ magnétique est située en bas et en haut de l'aimant. À droite se trouve un tableau Halbach. Le champ magnétique au sommet de l’aimant est relativement élevé, tandis que celui du bas est relativement faible. (Sous le même volume, l'intensité du champ magnétique de la surface latérale forte de l'aimant du réseau Halbach est d'environ√2 fois (1,4 fois) celle d'un aimant unique traditionnel, surtout lorsque l'épaisseur de l'aimant est de 4 à 16 mm dans le sens de magnétisation)
L’exemple le plus courant de la gamme Halbach est peut-être l’autocollant flexible du réfrigérateur. Ces aimants fins et doux sont généralement imprimés sur le réfrigérateur ou à l’arrière de la voiture. Bien que leur magnétisme soit très faible par rapport au NdFeB (seulement 2 à 3 % de force), leur faible prix et leur praticité les rendent largement utilisés.
La forme et l'application du tableau Halbach
Réseau linéaire
Le type linéaire est la composition de tableau Halbach la plus basique. Cet aimant matriciel peut être considéré comme une combinaison d'un réseau radial et d'un réseau tangentiel, comme le montre la figure ci-dessous.
Les réseaux linéaires de Halbach sont actuellement principalement utilisés dans les moteurs linéaires. Le principe de lévitation du train maglev est que l'aimant mobile interagit avec le champ magnétique généré par le courant induit dans le conducteur pour générer une force de lévitation, et en même temps, il s'accompagne d'une résistance magnétique. L'amélioration de la flottabilité et du rapport de traînée est la clé pour améliorer les performances du système de lévitation, ce qui nécessite le poids de l'aimant embarqué. Léger, champ magnétique puissant, champ magnétique uniforme et haute fiabilité. Le réseau Halbach est installé horizontalement au centre de la carrosserie et interagit avec l'enroulement au centre de la piste pour générer une force de propulsion, qui maximise le champ magnétique avec une petite quantité d'aimants, et l'autre côté a moins de champs magnétiques, ce qui peut empêcher les passagers d'être exposés à de forts champs magnétiques.
Tableau circulaire
Le réseau circulaire de Halbach peut être considéré comme une combinaison de réseaux linéaires de Halbach mis bout à bout pour former une forme d'anneau circulaire.
Dans le moteur à aimant permanent, le moteur à aimant permanent utilisant la structure en réseau Halbach a un champ magnétique entrefer plus proche de la distribution sinusoïdale que le moteur à aimant permanent traditionnel. Dans le cas de la même quantité de matériau à aimant permanent, le moteur à aimant permanent Halbach a une densité magnétique d'entrefer plus grande. La perte de fer est faible. En outre, les réseaux d'anneaux Halbach sont également largement utilisés dans les roulements magnétiques permanents, les équipements de réfrigération magnétique et les équipements de résonance magnétique.
Méthode de fabrication et de production du réseau Halbach
Méthode 1 : Selon la topologie du réseau, utilisez de la colle magnétique pour coller les segments magnétiques magnétisés ensemble. La répulsion mutuelle entre les segments magnétiques étant très forte, le moule doit être utilisé pour le serrage lors de l'adhésion. Cette méthode a une faible efficacité de fabrication, mais est plus facile à mettre en œuvre et convient mieux à une utilisation au stade de la recherche en laboratoire.
Méthode 2 : utilisez d’abord la méthode de remplissage du moule ou de pressage du moule pour fabriquer un aimant complet, puis magnétisez-le dans un appareil spécial. La structure du tableau traitée par cette méthode est similaire à la figure ci-dessous. Cette méthode a une efficacité de traitement et une comparaison élevées. Il est facile de réaliser une production de masse. Cependant, il est nécessaire de concevoir spécialement un dispositif de magnétisation et de formuler un processus de magnétisation.
Méthode 3 : utilisez un réseau d'enroulements de forme spéciale pour réaliser la distribution du champ magnétique de type Halbach, comme le montre la figure ci-dessous.
Le processus et l'effet du réseau Halbach fabriqué par nos soins en laboratoire