ฮัลบาค อาร์เรย์ แม่เหล็กถาวร ฮัลบาค

อาร์เรย์ ฮัลบาค เป็นโครงสร้างการจัดเรียงแม่เหล็ก ก่อนที่เราจะเข้าใจโครงสร้างนี้ เรามาดูการกระจายตัวของเส้นสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรทั่วไปกันก่อน

จากภาพนี้พบว่าทิศทางการวางตำแหน่งและการจัดเรียงของแม่เหล็กจะส่งผลโดยตรงต่อการกระจายตัวของเส้นสนามแม่เหล็กได้ไม่ยาก กล่าวคือ จะส่งผลต่อรูปแบบการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กรอบแม่เหล็ก

แนวคิดของอาร์เรย์ ฮัลบาค

ฮัลบาค อาร์เรย์ (แม่เหล็กถาวร ฮัลบาค) เป็นโครงสร้างแม่เหล็กชนิดหนึ่ง ในปี 1979 นักวิชาการชาวอเมริกัน เคลาส์ ฮัลบาค ค้นพบโครงสร้างแม่เหล็กถาวรพิเศษนี้ในระหว่างการทดลองเร่งความเร็วของอิเล็กตรอน และค่อยๆ ปรับปรุงโครงสร้างดังกล่าว และในที่สุดก็ได้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า"ฮัลบาค"แม่เหล็ก. เป็นโครงสร้างในอุดมคติโดยประมาณในทางวิศวกรรม ใช้การจัดเรียงหน่วยแม่เหล็กแบบพิเศษเพื่อเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กในทิศทางของยูนิต เป้าหมายคือการใช้แม่เหล็กจำนวนน้อยที่สุดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงที่สุด

อาร์เรย์ประเภทนี้ประกอบด้วยวัสดุแม่เหล็กถาวรที่หายากของโลกทั้งหมด ด้วยการจัดเรียงแม่เหล็กถาวรที่มีทิศทางแม่เหล็กต่างกันตามกฎเกณฑ์ที่กำหนด เส้นแรงแม่เหล็กสามารถมุ่งความสนใจไปที่ด้านหนึ่งของแม่เหล็ก และเส้นแรงสามารถอ่อนลงที่อีกด้านหนึ่งได้ ดังนั้นจึงได้รับสนามแม่เหล็กฝ่ายเดียวในอุดมคติ นี่เป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งในด้านวิศวกรรม ด้วยคุณลักษณะการกระจายสนามแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม อาร์เรย์ของ ไฮเออร์เบค จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอุตสาหกรรม เช่น เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ การลอยของแม่เหล็ก และมอเตอร์พิเศษแม่เหล็กถาวร

ด้านซ้ายเป็นแม่เหล็กชิ้นเดียวโดยหงายขั้วเหนือทั้งหมดขึ้น จากสีจะเห็นได้ว่าความแรงของสนามแม่เหล็กอยู่ที่ด้านล่างและด้านบนของแม่เหล็ก ทางด้านขวาคืออาร์เรย์ ฮัลบาค สนามแม่เหล็กที่ด้านบนของแม่เหล็กค่อนข้างสูง ในขณะที่ด้านล่างค่อนข้างอ่อน (ภายใต้ปริมาตรเดียวกัน ความเข้มของสนามแม่เหล็กของพื้นผิวด้านที่แข็งแกร่งของแม่เหล็กอาเรย์ ฮัลบาค มีค่าประมาณ√2 เท่า (1.4 เท่า) ของแม่เหล็กเดี่ยวแบบเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความหนาของแม่เหล็กอยู่ที่ 4-16 มม. ในทิศทางแม่เหล็ก)

ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของอาร์เรย์ ฮัลบาค อาจเป็นสติ๊กเกอร์ติดตู้เย็นแบบยืดหยุ่น แม่เหล็กแบบอ่อนบางๆ เหล่านี้มักพิมพ์ไว้ที่ตู้เย็นหรือด้านหลังรถ แม้ว่าพลังแม่เหล็กจะอ่อนมากเมื่อเทียบกับ NdFeB (ความแรงเพียง 2%-3%) แต่ก็มีราคาที่ต่ำและใช้งานได้จริงทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

รูปแบบและการประยุกต์อาร์เรย์ ฮัลบาค

อาร์เรย์เชิงเส้น

ประเภทเชิงเส้นคือองค์ประกอบอาเรย์ ฮัลบาค ขั้นพื้นฐานที่สุด แม่เหล็กอาเรย์นี้สามารถถือเป็นการรวมกันของอาเรย์แนวรัศมีและอาเรย์แทนเจนต์ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ปัจจุบันอาร์เรย์ ฮัลบาค เชิงเส้นส่วนใหญ่จะใช้ในมอเตอร์เชิงเส้นตรง หลักการลอยตัวของรถไฟแม็กเลฟก็คือ แม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่จะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสเหนี่ยวนำในตัวนำเพื่อสร้างแรงลอย และในขณะเดียวกัน แม่เหล็กก็มาพร้อมกับความต้านทานแม่เหล็กด้วย การปรับปรุงอัตราการลอยตัวและแรงต้านเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบลอยตัว ซึ่งต้องใช้น้ำหนักของแม่เหล็กในตัว น้ำหนักเบา สนามแม่เหล็กแรง สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ และความน่าเชื่อถือสูง แผง ฮัลบาค ได้รับการติดตั้งในแนวนอนที่กึ่งกลางตัวรถและโต้ตอบกับขดลวดที่อยู่ตรงกลางสนามแข่งเพื่อสร้างแรงผลักดัน ซึ่งจะเพิ่มสนามแม่เหล็กให้สูงสุดด้วยแม่เหล็กจำนวนเล็กน้อย และอีกด้านหนึ่งมีสนามแม่เหล็กน้อยกว่า ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้ผู้โดยสารสัมผัสกับสนามแม่เหล็กแรงสูง

อาร์เรย์แบบวงกลม

อาร์เรย์ ฮัลบาค แบบวงกลมถือได้ว่าเป็นการรวมกันของอาร์เรย์ ฮัลบาค เชิงเส้นจากต้นจนจบเพื่อสร้างรูปร่างวงแหวนวงกลม

ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่ใช้โครงสร้างอาเรย์ ฮัลบาค มีสนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศใกล้กับการกระจายตัวแบบไซน์ซอยด์มากกว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบเดิม ในกรณีที่วัสดุแม่เหล็กถาวรมีจำนวนเท่ากัน มอเตอร์แม่เหล็กถาวร ฮัลบาค จะมีความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กของช่องว่างอากาศที่ใหญ่กว่า การสูญเสียธาตุเหล็กมีน้อย นอกจากนี้ ริงอาเรย์ของ ฮัลบาค ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในตลับลูกปืนแม่เหล็กถาวร อุปกรณ์ทำความเย็นแบบแม่เหล็ก และอุปกรณ์เรโซแนนซ์แม่เหล็ก

วิธีการผลิตและการผลิตอาเรย์ฮาลบาค

วิธีที่ 1: ตามโทโพโลยีของอาเรย์ ให้ใช้กาวแม่เหล็กเพื่อเชื่อมส่วนแม่เหล็กที่ถูกแม่เหล็กเข้าด้วยกัน เนื่องจากแรงผลักกันระหว่างส่วนแม่เหล็กมีความแข็งแรงมาก จึงควรใช้แม่พิมพ์เพื่อจับยึดระหว่างการยึดเกาะ วิธีนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตต่ำ แต่นำไปใช้ได้ง่ายกว่า และเหมาะสำหรับใช้ในขั้นตอนการวิจัยในห้องปฏิบัติการมากกว่า

วิธีที่ 2: ขั้นแรกให้ใช้วิธีการเติมแม่พิมพ์หรือการกดแม่พิมพ์เพื่อผลิตแม่เหล็กที่สมบูรณ์ จากนั้นจึงทำให้เป็นแม่เหล็กในฟิกซ์เจอร์พิเศษ โครงสร้างอาร์เรย์ที่ประมวลผลโดยวิธีนี้จะคล้ายกับภาพด้านล่าง วิธีนี้มีประสิทธิภาพในการประมวลผลสูงและการเปรียบเทียบ ง่ายต่อการรับรู้ถึงการผลิตจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องออกแบบฟิกซ์เจอร์สำหรับสร้างสนามแม่เหล็กเป็นพิเศษและกำหนดกระบวนการสร้างสนามแม่เหล็ก

วิธีที่ 3: ใช้อาร์เรย์ขดลวดที่มีรูปทรงพิเศษเพื่อให้ทราบถึงการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กชนิด ฮัลบาค ดังแสดงในรูปด้านล่าง

กระบวนการและผลของอาร์เรย์ ฮัลบาค ที่สร้างขึ้นเองในห้องปฏิบัติการ