Массив Халбаха

Линейная магнитная сборка Халбаха, состоящая из пяти сегментов

Магнитная сборка Халбаха (англ. Halbach-Array) — особая конфигурация постоянных магнитов характеризующаяся тем, что магнитное поле с одной стороны практически полностью отсутствует, благодаря особому расположению элементов сборки.

Повторение последовательности элементов (на передней поверхности вектор намагничивания: влево, вверх, вправо, вниз, влево) воспроизводит описываемый эффект.

Эффект был открыт Маллинсоном (англ. Mallinson ) в 1973 году и был названы им удивительным, что, тем не менее, не помешало ему распознать в нём способ потенциального улучшения свойств и качеств записи на магнитную ленту. ^[1]

В 1980-ых годах Клаус Халбах (англ. Klaus Halbach), в то время физик Национальной лаборатории Лоренца в Ливерморе (англ. Lawrence Livermore National Laboratory) разработал магнитную сборку, впоследствии названную его именем и предназначенную для фокусировки пучка элементарных частиц в ускорителе.^[2]

Одномерные сборки Халбаха

Намагничивание

Распределение магнитного поля может быть представлена при помощи чертежей Маллинсона. Чертежи показывают магнитное поле, вызванное полоской ферромагнитного материала с переменным вектором намагничивания по координате y (верхний левый чертёж) и по координате x (верхний правый чертёж). Обратите внимание на то, что поле в верхней полуплоскости обоих чертежей имеет одинаковую направленность, в то время как в нижней полуплоскости — противоположную. В результате суперпозиции магнитных полей двух структур получается структура, магнитное поле которой изображённо на нижнем чертеже:

Поле вокруг отдельных элементов сборки

Основной смысл сборки заключается в том, что компенсация магнитного потока снизу сборки приводит к его усилению сверху. В принципе, любая сборка, в которой компоненты магнетизированы с поворотом фазы π / 2 приводит к усилению магнитного потока с одной стороны сборки. Математические преобразования, в которых сдвиг фазы всех компонентов относительно друг друга составляет π / 2 называется преобразованием Гильберта. Таким образом, вектор намагниченности компонентов должен составлять пары в преобразовании Гильберта (простейший случай — функции sin(x)cos(y), как это показано на рисунке выше).

Можно выделить два основных преимущества в одностороннем магнитном потоке:

• Наверху сборки магнитный поток в два раза интенсивнее (в идеальном случае);
• Внизу магнитной сборки магнитный поток отсутствует (опять же в идеальном случае, при условии сборки бесконечной длины), а это серьёзно упрощает разработку систем.

Магнитная сборка Халбаха может быть легко «развёрнута» в цилиндр Халбаха.

Поле сверху бесконечно длинной сборки может быть быть записано функцией вида:^[3]

F(x,y) = F₀e^iλxe ^{− λy},

где

F(x,y) — функция поля, вида F_x + F_yi

F₀ — амплитуда поля на поверхности сборки

λ — пространственная частота

Применение

Цилиндр Халбаха

Однородные поля

Переменные поля

Сфера Халбаха

Примечания

1. ↑ J.C. Mallinson, «One-Sided Fluxes — A Magnetic Curiosity?», IEEE Transactions on Magnetics, 9, 678—682, 1973
2. ↑ «Magnetically levitated train takes flight»
3. ↑ [1]

Ссылки

• [2]

Литература

• Z. Q. Zhu, D. Howe «Halbach permanent magnet machines and applications: a review», 2001, ISBN 1350-2352

См. также

• Магнит
• Магнитное поле