ハルバッハ配列 ハルバッハ永久磁石
ハルバッハ配列は磁石配列構造です。この構造を理解する前に、いくつかの一般的な永久磁石の磁力線分布を見てみましょう。
この写真から、磁石の配置方向と配置が磁力線の分布に直接影響すること、つまり磁石の周囲の磁場分布の形に影響を与えることは容易にわかります。
ハルバッハ配列の概念
Halbach Array（ハルバッハ永久磁石）は磁石構造の一種です。1979 年、アメリカの学者クラウス・ハルバッハは、電子加速実験中にこの特別な永久磁石構造を発見し、徐々に改良し、最終的にいわゆる"ハルバッハ"磁石。工学的にはおおよその理想構造です。磁石ユニットの特別な配置を使用して、ユニット方向の磁場強度を高めます。目標は、最小量の磁石を使用して最強の磁場を生成することです。
この種の配列は、完全に希土類永久磁石材料で構成されています。磁化方向の異なる永久磁石を一定の法則に従って配置することで、磁力線を磁石の片側に集中させ、反対側では磁力線を弱め、理想的な片側磁場を得ることができます。これはエンジニアリングにおいて非常に重要です。その優れた磁場分布特性により、核磁気共鳴、磁気浮上、永久磁石特殊モーターなどの産業分野で広く使用されています。
左側は、すべての N 極が上向きの単一の磁石です。色から、磁場の強さが磁石の上下にあることがわかります。右側はハルバッハ配列です。磁石の上部の磁場は比較的高く、下部は比較的弱いです。（同じ体積の下で、ハルバッハ配列磁石の強い側面の磁場強度は約√従来のシングルマグネットの2倍（1.4倍）、特にマグネットの厚みが着磁方向4～16mmの場合）
ハルバッハ配列の最も一般的な例は、柔軟な冷蔵庫のステッカーかもしれません。これらの薄く柔らかい磁石は通常、冷蔵庫や車の後部に印刷されています。NdFeB に比べると磁性は非常に弱いですが (強度は 2% ～ 3%)、その低価格と実用性から広く使用されています。
ハルバッハ配列の形式と応用
線形配列
線形型は最も基本的なハルバッハ配列構成です。この配列磁石は、下図に示すように、放射状配列と接線配列の組み合わせと見なすことができます。
リニア ハルバッハ アレイは現在、主にリニア モーターで使用されています。リニアモーターカーの浮上原理は、移動する磁石が導体の誘導電流によって発生する磁場と相互作用して浮上力を発生させると同時に、磁気抵抗を伴うことです。浮力と抗力比の向上が浮揚システムの性能向上の鍵であり、搭載磁石の軽量化、強磁場、均一磁場、高い信頼性が求められます。ハルバッハ配列は、車体中央に水平に設置され、線路中央の巻線と相互作用して推進力を発生させることで、少量の磁石で磁場を最大化し、反対側は磁場が少なく、
円形配列
円形ハルバッハ配列は、線形ハルバッハ配列を端から端まで組み合わせて円形のリング形状を形成していると見なすことができます。
永久磁石モータにおいて、ハルバッハ配列構造を用いた永久磁石モータは、従来の永久磁石モータよりも正弦波分布に近いエアギャップ磁場を有する。同じ量の永久磁石材料の場合、ハルバッハ永久磁石モータの方がエアギャップ磁気密度が大きくなります。鉄損が小さい。さらに、ハルバッハ リング アレイは、永久磁気軸受、磁気冷凍装置、磁気共鳴装置にも広く使用されています。
ハルバッハ配列の作製と作製方法
方法 1: アレイのトポロジーに従って、磁石接着剤を使用して磁化された磁石セグメントを結合します。マグネットセグメント同士の反発力が非常に強いため、接着時のクランプには金型を使用してください。この方法は、製造効率は低くなりますが、実装が容易であり、実験室での研究段階での使用により適しています。
方法 2: 最初に充填金型またはプレス金型の方法を使用して完全な磁石を製造し、次に特殊な治具で着磁します。このメソッドで処理される配列構造は、次の図のようになります。この方法は加工効率が高く、比較して大量生産が容易に実現できます。ただし、着磁治具の設計や着磁工程の工夫が必要です。
方法 3: 下図に示すように、特殊な形状の巻線アレイを使用して、ハルバッハ型の磁場分布を実現します。
