Магнитная сборка Халбаха

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
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.[1]

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.[2]

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.[3]

Одномерные сборки Халбаха[править | править вики-текст]

Намагничивание[править | править вики-текст]

Распределение магнитного поля может быть представлено 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:

Компенсация магнитного поля с одной стороны приводит одновременно к его усилению с другой стороны
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:[4]

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[править | править вики-текст]

Сфера Халбаха[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. K. Halbach (1980). «Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt material». Nuclear Instruments and Methods 169: 1–10. DOI:10.1016/0029-554X(80)90094-4. ISSN 0029-554X. Bibcode1980NucIM.169....1H.
  2. J.C. Mallinson, «One-Sided Fluxes — A Magnetic Curiosity?», IEEE Transactions on Magnetics, 9, 678—682, 1973
  3. «Magnetically levitated train takes flight»
  4. http://www.uta.edu/physics/main/resources/ug_seminars/papers/HalbachArrays.doc

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

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

См. также[править | править вики-текст]