Matriz de Halbach

Una matriz de Halbach es una disposición especial de imanes permanentes que aumenta el campo magnético en un lado de la matriz mientras cancela el campo a casi cero en el otro lado. ^{[1] [2]} Esto se logra al tener un patrón de magnetización que gira espacialmente.

El patrón giratorio de los imanes permanentes (en la cara frontal; a la izquierda, arriba, derecha, abajo) puede continuar indefinidamente y tener el mismo efecto. El efecto de esta disposición es más o menos similar a muchos imanes de herradura colocados uno al lado del otro, con polos similares tocándose.

El principio fue inventado por primera vez por James (Jim) M. Winey de Magnepan en 1970, para el caso ideal de magnetización de rotación continua, inducida por una bobina en forma de banda de un solo lado. ^[3]

El efecto también fue descubierto por John C. Mallinson en 1973, y estas estructuras de "flujo unilateral" fueron inicialmente descritas por él como una "curiosidad", aunque en ese momento reconoció a partir de este descubrimiento el potencial de mejoras significativas en la cinta magnética. tecnología. ^[4]

El físico Klaus Halbach , mientras estaba en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley durante la década de 1980, inventó de forma independiente la matriz Halbach para enfocar los haces del acelerador de partículas. ^[5]

Aunque esta distribución de flujo magnético parece algo contraintuitivo para aquellos familiarizados con imanes de barra simples o solenoides , la razón de esta distribución de flujo se puede visualizar intuitivamente usando el diagrama original de Mallinson (tenga en cuenta que usa el componente y negativo , a diferencia del diagrama en el artículo de Mallinson ). El diagrama muestra el campo de una tira de material ferromagnético con magnetización alterna en la dirección y (arriba a la izquierda) y en la dirección x (arriba a la derecha). Tenga en cuenta que el campo sobre el plano está en la misma dirección para ambas estructuras, pero el campo debajo del plano está en el lado opuesto.direcciones. El efecto de superponer ambas estructuras se muestra en la figura.

El diagrama de flujo de una matriz de Halbach

Una matriz de Halbach, que muestra la orientación del campo magnético de cada pieza. Esta matriz daría un campo fuerte debajo, mientras que el campo de arriba se cancelaría.

Orientación del lado fuerte y débil en una matriz de Halbach lineal (lado fuerte hacia arriba)

Orientación del lado fuerte y débil en una matriz de Halbach lineal (lado débil hacia arriba)

Cancelación de componentes magnéticos que resulta en un flujo unilateral

El campo magnético alrededor de una matriz Halbach infinita de imanes de cubo. El campo no se cancela perfectamente debido a los imanes discretos utilizados.

Distribución de flujo para un imán de refrigerador

Diagrama esquemático de un láser de electrones libres

Esquema de una matriz de Halbach que consta de una serie de varillas magnetizadas.

Disposición de engranajes iguales para una matriz de Halbach variable

Un cilindro ferromagnético que muestra varios patrones de magnetización y campo magnético.

Magnetización de cilindros

Campo uniforme dentro del cilindro de Halbach

Tres diseños (A) (B) (C) que producen campos magnéticos uniformes dentro de su espacio de aire central

Levitación magnética utilizando una matriz de Halbach plana y devanados de estructura concéntrica