Магнитная сборка 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-х годах Клаус Халбах (нем. Klaus Halbach), в то время физик Национальной лаборатории им. Лоуренса (LBNL) разработал магнитную сборку, впоследствии названную его именем и предназначенную для мощного излучения пучком 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 поверхностью 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 $\pi/2$ приводит к усилению магнитного потока с одной стороны сборки. Математические преобразования, в которых сдвиг фазы всех компонентов относительно друг друга составляет $\pi/2$ 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 записано функцией вида:^[3]

$F(x,y) = F_0 e^{i\lambda x} e^{-\lambda y}$,

где

$F(x,y)$ — функция поля, вида $F_x + F_y i$

$F_0$ — амплитуда поля на поверхности сборки

$\lambda$ — пространственная частота

Цилиндр Халбаха

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. ↑ http://www.uta.edu/physics/main/resources/ug_seminars/papers/HalbachArrays.doc

Ссылки

• [1]

Литература

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

См. также

• Магнит
• Магнитное поле

Связать^?

На эту статью не ссылаются другие статьи Википедии. Пожалуйста, воспользуйтесь подсказкой и установите ссылки в соответствии с принятыми рекомендациями.