آرایه هالباخ (آرایه هالباخ) مجموعه های آهنربایی: راهنمای طراحی، تحمل و منبع یابی

آرایه هالباخ مجموعه ای از آهنرباهای دائمی است که در آن هر آهنربا تقریباً 90 درجه نسبت به همسایه خود می چرخد و شار را در یک وجه متمرکز می کند و آن را از طرف دیگر خنثی می کند. هیچ ماده خاصی مورد نیاز نیست - بخش های استاندارد متخلخل NdFeB این کار را انجام می دهند. اگر "آرایه هالباخ" را جستجو کرده اید، به همان هندسه نگاه می کنید. فقط املا فرق میکنه

پاسخ عملی از قبل: برای همان حجم آهنربا، یک آرایه Halbach خوب ساخته شده، شار قابل استفاده بیشتری را نسبت به یک بلوک مغناطیسی موازی معمولی وارد شکاف هوا می‌کند و به آهن پشتی کمی یا بدون نیاز به آهن پشتی نیاز دارد. هزینه در بخش شمارش، تحمل جهت گیری و کار مونتاژ پرداخت می شود. یک روتور ساخته شده از چهار بلوک در یک طرح معمولی ممکن است به 32 بخش مجزا برای پر کردن همان پاکت در نسخه Halbach نیاز داشته باشد.

آنچه در ادامه می آید قانون چرخش، پارامترهایی است که عملکرد را تعیین می کند، برنامه هایی که هزینه اضافی توجیه می شود، و بررسی هایی که مانع از شکست یک نمونه اولیه در میز مونتاژ می شود.

آرایه هالباخ چگونه کار می کند

آرایه هالباخ کار می کند زیرا چرخش هر بخش به میزان 90 درجه باعث می شود که بردارهای شار در وجه کار تقویت شده و در قسمت پشتی خنثی شوند.

چهار بخش را پشت سر هم در نظر بگیرید که در 0 درجه، 90 درجه، 180 درجه و 270 درجه در عرض آرایه مغناطیسی شده اند. در بالای صفحه، مولفه عمودی هر بخش به یک شکل اشاره می کند، بنابراین چهار سهم با هم جمع می شوند. در قسمت پایینی، همان اجزا از سطح دور می شوند در حالی که اجزای افقی به جای فرار، حلقه های خود را از طریق بخش های همسایه می بندند. شار بسیار کمی از پشت خارج می شود.

قانون چرخش در عمل

آرایه های واقعی به ندرت در چهار بخش در هر قطب متوقف می شوند. بخش‌های بیشتر میدان سینوسی صاف‌تر و بیشتر می‌دهند، اما هر کدام یک اتصال چسب، یک مرحله مدیریت و فرصت دیگری برای خطای جهت‌گیری اضافه می‌کنند.

• چهار بخش در هر قطب: ساده ترین ساخت، هارمونیک قوی، مناسب برای کوپلینگ و سنسورهای ساده.
• هشت بخش در هر قطب: مصالحه معمول برای موتورهای بدون جاروبک و کوپلینگ های مغناطیسی.
• دوازده یا بیشتر در هر قطب: صاف ترین میدان، در جایی که گشتاور گیره باید کم بماند یا مسیر حسگر باید دقیق باشد استفاده می شود.

معنی آن برای طراحی روتور

از آنجایی که قسمت پشتی تقریباً بدون میدان است، روتور هالباخ اغلب می تواند از یک آستین نازک غیر مغناطیسی یا یک حلقه نگهدارنده سبک به جای یک یوغ فولادی ضخیم استفاده کند. که جرم و قطر را از مجموعه دوار حذف می‌کند و کشش مغناطیسی را که در غیر این صورت یک یوغ فولادی ایجاد می‌کرد، حذف می‌کند، که انتخاب بلبرینگ را در طرح‌های درایو مستقیم ساده می‌کند.

قطعات آهنربایی آرایه Halbach سفارشی برای موتورها و سنسورها مجموعه های آهنربایی Halbach سفارشی شار را در یک طرف متمرکز می کنند و نشت سمت عقب را کاهش می دهند، ایده آل برای موتورهای فشرده، سنسورها و سیستم های مغناطیسی دقیق. مشاهده محصول →

آرایه هالباخ در مقابل آرایه آهنربایی معمولی

هنگامی که شار در واحد جرم در یک وجه بیشتر از هزینه هر کیلوگرم اهمیت دارد، آرایه هالباخ را انتخاب کنید. زمانی که تعداد قطعات، زمان مونتاژ و هزینه واحد تعیین کننده پروژه باشد، یک آرایه موازی معمولی را انتخاب کنید. مقایسه زیر همان درجه و همان پوشش کلی را فرض می‌کند که تنها راه منصفانه برای قضاوت در مورد مبادله است.

پارامترهای طراحی که عملکرد را تعیین می کنند

پنج پارامتر تعیین می‌کنند که آیا یک آرایه Halbach مطابق با هدف عمل می‌کند یا خیر: بخش‌ها در هر قطب، تحمل زاویه مغناطیسی، کلاس درجه و دما، حفظ مکانیکی و حفاظت از سطح.

• بخش ها در هر قطب شمارش را با برنامه کاربردی مطابقت دهید نه با آنچه که یک تامین کننده می تواند تولید کند. هشت در هر قطب پیش فرض صدا برای موتورها است. چهار اغلب برای یک جفت کافی است.
• تحمل زاویه خطاها میانگین نمی گیرند. در الگوی هالباخ ​​تا حدی آرماتورهایی که چیدمان به آن وابسته است را خنثی می‌کنند، بنابراین یک پشته با زوایای درهم می‌تواند ضعیف‌تر از یک آرایه بلوک ساده با همان جرم باشد.
• کلاس درجه و درجه حرارت. N42 و N45 نقاط شروع مشترک هستند، با درجه های H، SH یا UH با افزایش دمای عملیاتی. شار را در داغترین نقطه ای که آهنربا می بیند، ارزیابی کنید، نه در دمای اتاق. را منحنی های مغناطیس زدایی منتشر شده مرجع صحیح هستند
• حفظ. NdFeB زینتر شده شکننده است و آرایه مجموعه ای از قطعات جداگانه است، بنابراین برای زنده ماندن از شوک و چرخه حرارتی به جیب، اپوکسی، آستین نگهدارنده یا ترکیبی نیاز است.
• حفاظت از سطح. پوشش‌های نیکل-مس-نیکل، روی، اپوکسی و فسفات در اسپری نمک و در اتصالات متصل رفتار متفاوتی دارند، جزئیاتی که وقتی چندین صفحه آهنربا در معرض ساختار اطراف قرار می‌گیرند، بیش از حد معمول اهمیت دارد.

جایی که از آرایه های Halbach استفاده می شود

آرایه های هالباخ در جایی انتخاب می شوند که شار یک طرفه، جرم روتور کم یا میدان صاف ارزش هزینه مونتاژ اضافه را داشته باشد - اغلب در موتورها، کوپلینگ ها، یاتاقان ها و سنسورها.

• موتورهای بدون برس و بدون شکاف. شار یک طرفه اجازه می دهد تا یک دیوار روتور نازک تر و یک شکاف هوای موثر بزرگتر داشته باشد که باعث کاهش گیره و بهبود کارایی می شود. مواد مانند سایر موارد است کاربرد آهنربای موتور NdFeB ; فقط جهت تغییر می کند
• کوپلینگ و چرخ دنده مغناطیسی. دو حلقه هالباخ ​​رو به رو گشتاور را از طریق یک مانع بدون مهر و موم شفت منتقل می کنند.
• بلبرینگ مغناطیسی و شناور. صفحه عقب لغو شده، شار سرگردان را از ساختار و حسگرهای مجاور دور نگه می دارد.
• سنسورهای موقعیت و ابزار دقیق یک الگوی مغناطیسی سینوسی یک سیگنال تمیز و قابل تکرار برای رمزگذارها و حل کننده ها می دهد.
• محرک های پزشکی و هوافضا. در جایی که جرم و پاکت به شدت محدود می شوند، وزنی که با رها کردن آهن کاهش می یابد می تواند هزینه مونتاژ را توجیه کند.

آهنرباهای موتور NdFeB برای کاربردهای موتور سنکرون رده آهنرباهای NdFeB متخلخل سفارشی برای موتورهای سنکرون که دارای قدرت مغناطیسی بالا، اجبار و پایداری برای کاربردهای کششی، صنعتی و تجدیدپذیر هستند. مشاهده محصول →

تحمل ها، مونتاژ و ریسک های تدارکات

شکستی که اکثر خریداران را برای اولین بار جلب می کند، درجه آهنربا نیست. این خطای زاویه ای، تغییر خط چسب و آسیب حمل است که همه آنها تنها پس از چسباندن و اندازه گیری مجموعه ظاهر می شوند.

• خطای زاویه انباشته می شود. یک خطای دو درجه در هر یک از هشت بخش در هر قطب می تواند الگوی میدان را به اندازه کافی تغییر دهد تا شار اوج در وجه کار را کاهش دهد.
• خطوط چسب فضا را مصرف می کنند. بخش‌های متصل حجم آهنربای فعال را کاهش می‌دهند، بنابراین عملکرد محاسبه‌شده باید ضخامت چسب را فراهم کند.
• جابجایی یک خطر واقعی است. یک آرایه نیمه مونتاژ شده به شدت به هر سطح فولادی جذب می‌شود و می‌تواند انگشتان را نیشگون بگیرد یا بخش‌هایی را خرد کند.
• بعد از چسباندن بررسی کنید. خوانش گاوس روی صفحه کار سریعترین بررسی است که جهت گیری از مونتاژ باقی مانده است، و بررسی ابعادی در شعاع بیرونی تأیید می کند که مجموعه همچنان با آستین خود مطابقت دارد.

آهنرباهای دائمی قوسی سفارشی برای روتورهای موتور آهنرباهای قوس منحنی با هندسه روتور مطابقت دارند تا شار را به طور یکنواخت توزیع کنند، امواج گشتاور را کاهش دهند و از موتورهای درایو سنکرون، BLDC، سروو و EV پشتیبانی کنند. مشاهده محصول →

نحوه تعیین یک مجمع هالباخ

برای تعیین مجموعه هالباخ، زمینه مورد نیاز و محیطی که در آن زندگی خواهد کرد را توصیف کنید، سپس به تامین کننده اجازه دهید هندسه، درجه و تعداد قطعه را پیشنهاد دهد.

1. شار صفحه کاری یا هدف میدان هوا با نقطه اندازه گیری مشخص شده است.
2. شکاف هوا و ساختار اطراف: فولاد، آلومینیوم یا کامپوزیت.
3. حداکثر قطر بیرونی، طول محوری و حد جرم روتور.
4. محدوده دمای عملیاتی، از جمله بدترین شرایط استال.
5. قرار گرفتن در معرض رطوبت، نمک، روغن، خنک کننده یا خلاء.
6. حجم مورد انتظار سالانه و روش مونتاژ ترجیحی.

یک سازنده با جهت گیری داخلی و قابلیت مغناطیسی معمولاً می تواند با تعداد بخش و توصیه درجه در یک دور پاسخ دهد که هزینه آن بسیار کمتر از کشف پاسخ در نمونه اولیه رد شده است.

سوالات متداول

آیا آرایه هالباخ قوی تر از یک آهنربای معمولی است؟

در یک صورت قوی تر و از طرف دیگر تقریباً خنثی است. در برابر همان حجم مواد مغناطیسی معمولی، وجه کار شار بیشتری را حمل می کند - اما تنها در صورتی که هر بخش به طور دقیق جهت گیری شود.

آرایه هالباخ ​​به چند آهنربا نیاز دارد؟

چهار بخش در هر قطب حداقل الگوی مفید است. هشت در هر قطب انتخاب رایج برای موتورها است و دوازده یا بیشتر در مواردی که میدان سینوسی صاف مورد نیاز است. برای تعداد کل قطعات در تعداد قطب ها ضرب کنید.

آیا می توان آن را از بلوک های استاندارد NdFeB ساخت؟

بله. قطعات مستطیلی و قوسی استاندارد به طور معمول استفاده می شوند. آرایه با جهت مغناطیسی تعریف می شود، نه با شکل. بخش های قوس اتصالات چسب را در روتور استوانه ای کاهش می دهند، در حالی که بلوک ها ارزان تر و راحت تر تهیه می شوند.

آیا آرایه هالباخ ​​به آهن پشتی نیاز دارد؟

معمولا نه، یا فقط یک آستین نگهدارنده نازک است. از آنجایی که قسمت پشتی تقریباً از بین رفته است، جریان کمی برای بازگشت از طریق یوغ وجود دارد، و این همان جایی است که بیشترین کاهش وزن از آنجا حاصل می شود.

چرا مونتاژ Halbach هزینه بیشتری دارد؟

قطعات بیشتر، تحمل‌های زاویه‌ای محکم‌تر، وسایل مغناطیسی اختصاصی و کار مونتاژ بیشتر. هزینه مواد ممکن است مشابه باشد. هزینه پردازش نیست.

آرایه هالباخ ​​از هندسه برای انجام کارهایی استفاده می کند که در غیر این صورت یک آهنربای ضخیم تر یا یک یوغ سنگین تر باید انجام دهد. تعداد قطعه، تحمل زاویه و کلاس دما را به درستی دریافت کنید، و نتیجه یک مدار مغناطیسی سبک تر و کارآمدتر است. آنها را اشتباه بگیرید، و مونتاژ درست به نظر می رسد در حالی که بی سر و صدا ضعیف عمل می کند.