Uma matriz de Halbach é uma configuração única de ímãs permanentes de polaridade alternada criados para tornar o campo magnético de um lado significativamente mais forte do que o campo do outro.
Por exemplo: O campo abaixo é inferior ao campo acima.
Características
1. Grande densidade de potência
Os motores de design de ímãs Halbach minimizam com eficiência o tamanho do motor enquanto melhoram a densidade de potência do motor quando comparados às estruturas convencionais de motores de ímã permanente. Isso se deve ao fato de que, quando o anel magnético de Halbach foi desmontado, o campo magnético paralelo e o campo magnético radial se sobrepuseram, aumentando consideravelmente a força do campo magnético no lado oposto.
2. O rotor magnético da matriz halbach não precisa de um chute.
Devido à existência inescapável de harmônicos do campo magnético do entreferro, a estrutura do rotor fixo do motor de imã permanente convencional geralmente leva o chute para reduzir seu impacto. Devido à alta distribuição senoidal do campo magnético do entreferro e ao baixo conteúdo harmônico do motor Halbach, o estator não possui um chute.
3. Um material sem núcleo pode ser usado para fazer este rotor.
Como não há mais a necessidade de o rotor fornecer um caminho para o material magnético, a distribuição unilateral do campo magnético criada pelo efeito de autoproteção do ímã Halbach permite que o sistema tenha um momento de inércia menor e um bom desempenho acoplado.
4. A utilização de ímãs permanentes é alta.
Melhora o uso de ímãs permanentes, pois o ímã Halbach é dividido em resultados magnetizados, resultando em sua operação de ímã permanente maior que normalmente mais de 0.9.
Tipos comuns
1. Matriz de Halbach do Cilindro
O Tradicional Halbach Array é um cilindro/anel com um padrão dipolo (2 polos) no entreferro central. No anel, o campo magnético é forte e homogêneo (linhas de campo paralelas) em todo o orifício central.
O anel NdFeB Halbach Array é construído com 8 ímãs (cada um com uma direção de magnetização distinta e dispostos em segmentos de arco de 45 graus). Cada segmento do arco é magnetizado de tal forma que o campo magnético viaja através do entreferro central antes de ser 'direcionado' através e ao redor do material magnético.
Fornecemos uma matriz NdFeB Halbach de dois pólos e 110 mm de diâmetro com um orifício central de 30- mm de diâmetro. Seu comprimento axial é de 40 mm. Emprega NdFeB convencional (Neodymium Iron Boro) com uma temperatura de trabalho recomendada de mais 80 graus. À temperatura ambiente, o campo no meio do entreferro é de pelo menos 10,000 Gauss/um Tesla. A manga externa protetora é feita de latão.
Também podemos fornecer o tipo SmCo. 16 ímãs (segmentos de arco de 22,5 graus, cada um com uma orientação de magnetização exclusiva) compõem o anel SmCo Halbach Array. Cada segmento do arco é magnetizado de tal forma que o campo magnético viaja através do entreferro central antes de ser guiado através e ao redor do material magnético. Esta matriz específica é única, pois é completamente fechada e emprega adesivo criogênico para permitir a operação a -269 graus Celsius para hélio líquido.
2. Bloco Halbach Array
Os campos magnéticos se alinham acima do plano da estrutura composta quando tiras de materiais ferromagnéticos magnetizados alternadamente (materiais que podem ser permanentemente magnetizados) são misturados, enquanto os campos magnéticos abaixo da estrutura estão em direções opostas e se anulam. Os componentes alternados de magnetização estão, na verdade, 90 graus fora de fase, ou p/2.
A situação ideal, conforme indicado acima, resultaria em nenhum campo abaixo do plano e um campo acima do plano que é duas vezes maior do que seria se a estrutura fosse uniformemente magnetizada. No entanto, na prática, apenas um campo muito modesto é gerado na parte inferior e a condição ideal nunca é observada. Arrays grandes podem ser criados continuando esse padrão para sempre.
John C. Mallinson fez a descoberta inicial dessas formações de "fluxo unilateral" em 1973, descrevendo-as como "curiosidades" com potencial para avançar a tecnologia de gravação em fita magnética. Mas não foi até a década de 1980, quando o físico de Berkley, Klaus Halbach, descobriu independentemente esse fenômeno magnético e desenvolveu matrizes de Halbach para uso em aceleradores de partículas que seu verdadeiro potencial se tornou aparente. Halbach criou as matrizes usando o elemento ferromagnético cobalto.
Formulários
As matrizes de Halbach são atualmente empregadas em uma variedade de sistemas com graus variados de complexidade e têm inúmeras aplicações. Em ímãs de geladeira, as matrizes de Halbach são usadas de uma das maneiras mais básicas. Nesse caso, o poder de retenção do ímã é aumentado usando os recursos de fluxo unilateral. Sistemas de bloqueio simples também podem ser feitos combinando matrizes variáveis de hastes magnéticas. O confinamento de fluxo pode ser revertido girando cada haste 90 graus se as magnetizações das hastes forem ajustadas de modo que o campo seja maximizado acima do plano e minimizado abaixo dele.
Um trilho de trem Maglev, também conhecido como Inductrack, que usa levitação magnética para suportar o vagão, é um exemplo mais sofisticado de uma matriz Halbach em operação. O trem é elevado a uma curta distância acima dos trilhos pelas matrizes magnéticas, que podem suportar pesos até 50 vezes maiores do que o ímã. O processo é baseado no princípio de indução; à medida que a matriz é movida sobre as bobinas de um trilho metálico, as mudanças no campo magnético fazem com que uma tensão seja induzida no trilho. Quando o campo magnético produzido pelos trilhos se alinha com o campo produzido pela matriz de Halbach, a repulsão faz com que o trem levite, da mesma forma que quando você tenta empurrar os dois pólos iguais de ímãs de barra juntos. Os trens Maglev são capazes de fornecer transporte de alta velocidade porque não são prejudicados por muitas das forças de atrito que desaceleram os trens convencionais sobre rodas. Na verdade, o sistema ferroviário japonês SCMaglev detém atualmente o Recorde Mundial do Guinness para o transporte ferroviário mais rápido depois de atingir 361 mph em 2003.
As matrizes de Halbach, também conhecidas como "wigglers" de Halbach, são empregadas em investigações científicas de ponta realizadas em síncrotrons e lasers de elétrons livres (FELs). Os FELs são empregados em uma ampla variedade de campos, desde o médico até o militar, e possuem uma faixa de frequência muito ampla e altamente sintonizável. Uma das partes fundamentais de um FEL é um wiggler de Halbach, que usa o campo magnético da matriz para 'agitar' periodicamente um feixe de partículas carregadas (normalmente elétrons). A aceleração das partículas muda como resultado da alteração do efeito de oscilação na direção das partículas. Quando acoplado a uma fonte externa de laser, causa a emissão de radiação síncrotron (fótons) de alta intensidade.
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