مصفوفة هالباخ، مغناطيس هالباخ الدائم
مصفوفة هالباخ عبارة عن هيكل ترتيب مغناطيسي. قبل أن نفهم هذا الهيكل، دعونا نلقي نظرة على توزيع خط المجال المغناطيسي لبعض المغناطيس الدائم المشترك.
من هذه الصورة، ليس من الصعب أن نجد أن اتجاه وضع المغناطيس وترتيبه سيؤثر بشكل مباشر على توزيع خطوط المجال المغناطيسي، أي أنه سيؤثر على شكل توزيع المجال المغناطيسي حول المغناطيس.
مفهوم مصفوفة هالباخ
مصفوفة هالباخ (مغناطيس هالباخ الدائم) هي نوع من البنية المغناطيسية. في عام 1979، اكتشف العالم الأمريكي كلاوس هالباخ هذا الهيكل الخاص للمغناطيس الدائم أثناء تجربة تسريع الإلكترون وقام بتحسينه تدريجيًا، وشكل أخيرًا ما يسمى"هالباخ"مغناطيس. إنه هيكل مثالي تقريبي في الهندسة. ويستخدم ترتيبًا خاصًا من وحدات المغناطيس لتعزيز شدة المجال في اتجاه الوحدة. الهدف هو استخدام أقل قدر من المغناطيس لتوليد أقوى مجال مغناطيسي.
يتكون هذا النوع من المصفوفة بالكامل من مواد مغناطيسية دائمة أرضية نادرة. ومن خلال ترتيب المغناطيس الدائم باتجاهات مغنطة مختلفة وفق قاعدة معينة، يمكن أن تتركز خطوط القوة المغناطيسية على أحد جانبي المغناطيس، ويمكن إضعاف خطوط القوة على الجانب الآخر، وبالتالي الحصول على مجال مغناطيسي مثالي أحادي الجانب. وهذا له أهمية كبيرة في الهندسة. بفضل خصائص توزيع المجال المغناطيسي الممتازة، تُستخدم مصفوفات هايربيك على نطاق واسع في المجالات الصناعية مثل الرنين المغناطيسي النووي، والرفع المغناطيسي، والمحركات الخاصة ذات المغناطيس الدائم.
يوجد على اليسار مغناطيس واحد حيث تواجه جميع الأقطاب الشمالية لأعلى. ومن اللون يمكن ملاحظة أن قوة المجال المغناطيسي تقع في أسفل وأعلى المغناطيس. على اليمين توجد مصفوفة هالباخ. المجال المغناطيسي في الجزء العلوي من المغناطيس مرتفع نسبيا، في حين أن الجزء السفلي منه ضعيف نسبيا. (تحت نفس الحجم، تبلغ شدة المجال المغناطيسي للسطح الجانبي القوي لمغناطيس مصفوفة هالباخ حوالي√2 مرات (1.4 مرة) من المغناطيس الفردي التقليدي، خاصة عندما يكون سمك المغناطيس 4-16 مم في اتجاه المغنطة)
قد يكون المثال الأكثر شيوعًا لمصفوفة هالباخ هو ملصق الثلاجة المرن. عادةً ما تتم طباعة هذه المغناطيسات الرقيقة والناعمة على الثلاجة أو على الجزء الخلفي من السيارة. على الرغم من أن مغناطيسيتها ضعيفة جدًا مقارنة بـ ندفيب (قوة 2%-3% فقط)، إلا أن سعرها المنخفض وعمليتها تجعلها مستخدمة على نطاق واسع.
شكل وتطبيق مجموعة هالباخ
المصفوفة الخطية
النوع الخطي هو التركيب الأساسي لمجموعة هالباخ. يمكن اعتبار مغناطيس المصفوفة هذا مزيجًا من مصفوفة شعاعية ومصفوفة عرضية، كما هو موضح في الشكل أدناه.
تُستخدم مصفوفات هالباخ الخطية حاليًا بشكل أساسي في المحركات الخطية. مبدأ الإرتفاع في قطار ماجليف هو أن المغناطيس المتحرك يتفاعل مع المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث في الموصل لتوليد قوة الإرتفاع، وفي الوقت نفسه تكون مصحوبة بمقاومة مغناطيسية. يعد تحسين نسبة الطفو والسحب هو المفتاح لتحسين أداء نظام الرفع، الأمر الذي يتطلب وزن المغناطيس الموجود على متن الطائرة، خفيف الوزن، ومجال مغناطيسي قوي، ومجال مغناطيسي موحد وموثوقية عالية. يتم تركيب مصفوفة هالباخ بشكل أفقي في وسط جسم السيارة وتتفاعل مع اللف الموجود في وسط المسار لتوليد قوة دافعة، مما يؤدي إلى تعظيم المجال المغناطيسي بكمية قليلة من المغناطيس، والجانب الآخر به مجالات مغناطيسية أقل، والتي يمكن أن تمنع الركاب من التعرض للمجالات المغناطيسية القوية.
مصفوفة دائرية
يمكن اعتبار مصفوفة هالباخ الدائرية بمثابة مزيج من مصفوفات هالباخ الخطية من النهاية إلى النهاية لتكوين شكل دائري.
في محرك المغناطيس الدائم، يحتوي محرك المغناطيس الدائم الذي يستخدم هيكل مصفوفة هالباخ على مجال مغناطيسي بفجوة هوائية أقرب إلى التوزيع الجيبي من محرك المغناطيس الدائم التقليدي. في حالة وجود نفس الكمية من مادة المغناطيس الدائم، فإن محرك المغناطيس الدائم هالباخ لديه كثافة مغناطيسية أكبر لفجوة الهواء. فقدان الحديد صغير. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مصفوفات حلقات هالباخ أيضًا على نطاق واسع في المحامل المغناطيسية الدائمة ومعدات التبريد المغناطيسية ومعدات الرنين المغناطيسي.
طريقة تصنيع وإنتاج مجموعة هالباخ
الطريقة الأولى: وفقًا لطوبولوجيا المصفوفة، استخدم الغراء المغناطيسي لربط أجزاء المغناطيس الممغنطة معًا. نظرًا لأن التنافر المتبادل بين قطع المغناطيس قوي جدًا، فيجب استخدام القالب للتثبيت أثناء الالتصاق. تتمتع هذه الطريقة بكفاءة تصنيع منخفضة، ولكنها أسهل في التنفيذ، وأكثر ملاءمة للاستخدام في مرحلة الأبحاث المختبرية.
الطريقة الثانية: استخدم أولاً طريقة ملء القالب أو قالب الضغط لتصنيع مغناطيس كامل، ثم مغنطته في أداة خاصة. تشبه بنية المصفوفة التي تتم معالجتها بهذه الطريقة الشكل أدناه. تتميز هذه الطريقة بكفاءة معالجة عالية ومقارنة، ومن السهل تحقيق الإنتاج الضخم. ومع ذلك، فمن الضروري تصميم تجهيزات مغنطة خصيصًا وصياغة عملية مغنطة.
الطريقة الثالثة: استخدم مصفوفة لف ذات شكل خاص لتحقيق توزيع المجال المغناطيسي من نوع هالباخ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
