Магнитная сборка Халбаха

Магнитная сборка Хальбаха — особая конфигурация постоянных магнитов, характеризующаяся тем, что магнитное поле с одной из её сторон практически полностью отсутствует благодаря особому расположению элементов сборки.[1]

Линейная магнитная сборка Халбаха, состоящая из пяти сегментов

Описываемый эффект воспроизводится повторением последовательности магнитных элементов вектором намагничивания (на передней поверхности) влево, вверх, вправо, вниз, влево.

Эффект был открыт Маллинсоном в 1973 году и был назван 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 Хальбах (Klaus Halbach), в то время физик Национальной лаборатории им. Лоуренса, разработал магнитную сборку, впоследствии названную его именем и предназначенную для мощного излучения пучком электронов в ускорителе.[3]

Одномерные сборки ХальбахаПравить

НамагничиваниеПравить

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 изображено 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   приводит к усилению магнитного потока с одной стороны сборки. Математические преобразования, в которых сдвиг фазы всех компонентов относительно друг друга составляет   называется преобразованием Гильберта. Таким образом, вектор намагниченности компонентов должен составлять пары в преобразовании Гильберта (простейший случай — функции  , 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]

 ,

где

  — функция поля, вида  
  — амплитуда поля на поверхности сборки
  — пространственная частота


Цилиндр ХальбахаПравить

Сфера ХальбахаПравить

ПримечанияПравить

  1. Halbach, 1980.
  2. Mallinson, 1973.
  3. «Magnetically levitated train takes flight»
  4. アーカイブされたコピー. Дата обращения: 31 августа 2008. Архивировано 4 июня 2011 года.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить