Магнитная сборка Халбаха

Линейная магнитная сборка Халбаха, состоящая из пяти сегментов

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.Шаблон:Sfn

Описываемый эффект воспроизводится повторением последовательности магнитных элементов вектором намагниченности (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.Шаблон:Sfn

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.

Одномерные сборки Хальбаха

Намагничивание

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:

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 намагничены 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:

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

где

$F(x,y)$ — функция поля, вида $F_x+F_{y}i$

$F_0$ — амплитуда поля на поверхности сборки

$\lambda$ — пространственная частота

Литература

• Шаблон:Source
• Шаблон:Source
• Шаблон:Source

Ссылки

• A New Approach for Magnetically Levitating Trains--and Rockets