Guides magnétiques à réseau Halbach

Le réseau Halbach présente les avantages suivants :

Intensité de champ magnétique élevée

L'intensité du champ magnétique peut être considérablement améliorée dans une direction spécifique, ce qui permet de générer le champ magnétique le plus puissant avec le plus petit nombre d'aimants. Par exemple, dans les applications de moteur, la densité magnétique de l'entrefer peut être augmentée pour améliorer les performances du moteur, comme la densité de puissance, avec la même quantité de matériau d'aimant permanent.

Bonne uniformité des caractéristiques de distribution du champ magnétique

La distribution du champ magnétique dans un trajet circulaire ou une région spécifique est plus uniforme et le changement de l'intensité du champ magnétique est relativement faible, ce qui est propice à l'amélioration de la stabilité du champ magnétique, ce qui est très important pour certaines applications nécessitant une grande uniformité du champ magnétique (par exemple, équipement d'imagerie par résonance magnétique).

Caractéristiques du champ magnétique unilatéral (structure partielle)

Dans certaines structures de réseau Halbach spécifiques (par exemple, le réseau Halbach linéaire courant), un champ magnétique unilatéral se forme lorsque les effets d'extrémité sont négligés et que la perméabilité du matériau perméable environnant est considérée comme infinie. C'est-à-dire que le champ magnétique est principalement concentré d'un côté, et le champ magnétique de l'autre côté est très faible, voire presque nul. Cette caractéristique en fait un avantage unique dans certaines occasions où la direction et la distribution du champ magnétique ont des exigences spécifiques, comme dans la technologie de lévitation magnétique, qui peut réaliser la lévitation unilatérale d'objets.

Champs magnétiques multipolaires

Des champs magnétiques multipolaires peuvent être générés, permettant des configurations de champs magnétiques plus complexes dans des scénarios d'application spécifiques, offrant une plus grande flexibilité et maniabilité pour les expériences et les applications ayant des besoins particuliers.

Utilisation efficace de l'espace

Cette structure matricielle permet de concentrer et d'utiliser plus efficacement le champ magnétique dans un espace donné, réduisant ainsi la diffusion du champ magnétique dans des directions indésirables et économisant ainsi de l'espace. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les scénarios d'application où l'espace est limité, comme dans les équipements électroniques miniaturisés ou les instruments de précision.

Efficacité énergétique et respect de l'environnement

Ses matériaux de conception sont généralement utilisés avec une efficacité de conversion d'énergie élevée, et le gaspillage d'énergie peut également être réduit grâce à une conception rationnelle et à l'optimisation de la structure du circuit magnétique.

Large application

En raison de ses caractéristiques de champ magnétique uniques, il est largement utilisé dans les moteurs électriques, les générateurs, la lévitation magnétique, l'imagerie par résonance magnétique, les pédales d'accélérateur à particules, les roulements magnétiques permanents, les équipements de réfrigération magnétique et d'autres domaines.

Inconvénients du réseau Halbach

Complexe à fabriquer et à assembler

L'agencement des aimants nécessite une conception et un usinage précis pour garantir que la direction de magnétisation et la position des aimants individuels sont exactes. Cela ajoute à la difficulté et au coût de fabrication, en particulier pour les formes complexes ou les réseaux Halbach à grande échelle. Par exemple, lors de l'épissure d'aimants adjacents avec des directions de magnétisation différentes, des moules spéciaux ou des processus d'assemblage spéciaux peuvent être nécessaires pour assurer l'installation correcte des aimants, et il peut y avoir une force de répulsion importante entre les aimants pendant le processus d'assemblage, ce qui augmente la difficulté de l'opération.

La magnétisation est difficile

L'état idéal de la structure de l'aimant permanent à réseau Halbach est que la direction de magnétisation de l'aimant permanent toroïdal dans son ensemble change continuellement le long de la direction circonférentielle, ce qui est difficile à réaliser dans la fabrication réelle. En général, il est nécessaire de diviser l'aimant permanent toroïdal en blocs magnétiques discrets en forme de secteur avec une géométrie cohérente, et de les assembler en un tore à travers la direction de magnétisation différente de chaque bloc, ce qui impose des exigences élevées en matière de technologie et d'équipement de magnétisation.

Le coût est élevé

D'une part, la complexité de la fabrication et de l'assemblage entraîne des coûts de main-d'œuvre et d'équipement plus élevés ; d'autre part, pour obtenir des réseaux Halbach de haute performance, il peut être nécessaire d'utiliser des matériaux magnétiques permanents de haute qualité, qui sont eux-mêmes plus coûteux. De plus, si la quantité d'aimants permanents est augmentée afin d'améliorer certaines performances, cela augmentera encore le coût du matériau et pourra également réduire le rapport prix/performance du produit, ce qui affectera la commercialisation et l'application.

Le réglage du champ magnétique n'est pas pratique

Une fois qu'un réseau Halbach est fabriqué, ses caractéristiques de champ magnétique sont relativement fixes, ce qui rend difficile le réglage et la modification pratiques de l'intensité, de la direction ou de la distribution du champ magnétique en temps réel pendant l'utilisation, ce qui peut constituer une limitation dans certaines applications nécessitant un réglage dynamique du champ magnétique.

La conception du cylindre Halbach

1. Le cylindre Halbach est une structure magnétique spéciale qui dispose des aimants le long de la circonférence pour former un anneau de champ magnétique fermé. La conception du cylindre Halbach est une méthode permettant de réaliser un champ magnétique élevé en utilisant un agencement d'aimants permanents, qui peut être appliqué à un certain nombre de champs

2. Grâce à des études de simulation tridimensionnelle, il a été constaté que la densité de flux magnétique moyenne maximale du cylindre de Halbach peut être obtenue en augmentant simultanément la longueur et le rayon.

3. L'ajout de blocs magnétiques permanents supplémentaires à l'extrémité du cylindre Halbach peut augmenter considérablement la densité de flux magnétique, mais peut affecter les performances de refroidissement magnétique.

4. Un cylindre Halbach long et fin présente les meilleures performances de refroidissement magnétique en raison de ses faibles pertes de flux d'extrémité, mais cette conception peut ne pas répondre à l'exigence de densité de flux minimale.

5. La division du cylindre en plusieurs segments réduit sa densité de flux magnétique, mais 95% de la densité de flux du cylindre idéal peut être obtenue en utilisant 16 segments.