1 T ハルバッハ配列: 設計、材料、製造、およびアプリケーションガイド

1 T ハルバッハ配列は、磁束の方向を変えて片側に約 1 テスラの磁場を作成し、もう一方の側ではそれを打ち消す永久磁石の配置です。その結果、同じサイズの従来の磁石アレイよりも強力で集中した磁場が得られ、これは焼結 NdFeB 磁石で実現可能です。

モーターローター、リニアステージ、または磁気アセンブリに 1 T の磁場が必要な場合、最初の問題は、どの磁石を購入するかではなく、どのアレイ形状を使用するかです。このガイドでは、設計の選択、材料要件、予想される実際的な制限について説明します。

1T ハルバッハ配列とは何ですか?

ハルバッハ配列は、磁化方向が 1 つの磁石から次の磁石へと一定の増分で回転する永久磁石のパターンです。 1 T ハルバッハ アレイでは、この回転パターンは、内部磁場または動作側磁場が約 1 テスラに達する一方で、戻り側の外部磁場がゼロ近くまで低下するように設計されています。

N 極と S 極を単純に交互に配置するのとは異なり、ハルバッハ アレイでは、各磁石の磁束の重ね合わせを使用して、一方を増強し、もう一方を打ち消します。この自己シールド効果によりヨークの必要性が減り、アセンブリがより軽量かつコンパクトになります。

なぜ 1 T なのか、そしてそれはどれくらい強いのか?

1 テスラは、実用的なサイズの永久磁石アセンブリにとって高磁場です。比較のために、強力な N52 NdFeB 磁石の材料内部の残留磁束密度は約 1.45 T ですが、単一の磁石からの野外磁場は通常 1 T をはるかに下回ります。ハルバッハ配列は、超電導コイルを使用せずに自由空間で 1 T に近づく数少ない方法の 1 つです。

磁気カップリング、コンパクトローター、磁気クランプシステムなどの多くのデバイスは特定の動作磁束密度を必要とするため、しきい値は重要です。 1 T アレイにより、モーターのトルク密度が向上し、センサー アプリケーションで磁気勾配が強化されます。

NdFeB 磁石とハルバッハ効果

焼結 NdFeB は、1 T ハルバッハ アレイ用の唯一の実用的な磁石材料です。フェライトとアルニコでは、必要なエネルギー製品を提供できません。 NdFeB の高い残留磁気と保磁力により、必要な磁束濃度を維持しながら使用する磁石の数を減らすことができます。

高磁場用途向けのハルバッハ配列 NdFeB 磁石アセンブリ このハルバッハ コンポーネントの磁石は、片側の磁束集中を強化し、反対側の磁束集中を軽減し、フィールド利用率を向上させ、モーターとリニアモーターカー システムのエネルギー損失を削減します。 製品を見る→

アレイを適切に設計するには、NdFeB グレードの選択が重要です。 N45 や N52 などの残留磁束密度が高いグレードは、作業範囲を広げますが、高温での減磁のリスクも高めます。磁石の形状とコーティングも指定する必要があります。の 製品パラメータテーブル 当社のサイトには、利用可能なグレードとその物理的特性がリストされています。

1T アレイの設計上の考慮事項

形状によって、達成可能なフィールドと組み立ての容易さが決まります。線形アレイは平面に沿って均一な場を生成しますが、円筒形アレイはボア内に強い場を生成します。セグメントの数が主な変数です。

実際には、N52 ブロックで作られた 16 セグメントの円筒形ハルバッハ アレイは 1 T に近いボア フィールドに到達できますが、磁石は正確に保持されなければなりません。寸法公差と方向の精度は、最終的なフィールド値に直接影響します。線形アレイの場合も同じ原理が適用されます。つまり、セグメントが増えると生成される正弦波フィールドが増加し、高調波が少なくなります。

温度も設計上の制約です。 NdFeB は温度が上昇すると磁束を失うため、磁石のグレードとアレイの形状がその動作点に合わせて最適化されていない限り、80°C 用に設計された 1 T アレイは 120°C で 0.9 T しか供給できない可能性があります。

信頼性の高い結果を得るには、磁場の方向、特定のエアギャップでのターゲット磁場、磁石のグレード、コーティング、および寸法公差を指定する必要があります。

製造と組立の現実

1 T ハルバッハ アレイは、標準的な既製製品ではありません。カスタムの磁石形状、正確な磁化、特殊な組み立てが必要です。隣接する磁石間の引力は非常に強いため、たとえ小さなアレイであっても固定具なしで取り扱うのは危険です。

正確な組み立てのためのカスタム形状の焼結 NdFeB 磁石 カスタム形状の焼結 NdFeB 磁石は特定のハウジングやステーターに適合し、ニッケル、亜鉛、またはエポキシ コーティングにより、要求の厳しいハルバッハ アレイ設計の腐食保護を保証します。 製品を見る→

ほとんどのメーカーは 2 段階のアプローチを採用しています。磁石は個別に製造および磁化され、組み立て中にマンドレルまたは治具上で位置合わせされます。コーティングも重要です。ニッケル、亜鉛、またはエポキシコーティングは、NdFeB を腐食から保護します。多くの場合、カスタム形状がアレイを特定のハウジングまたはステーターに適合させる唯一の方法です。

産業用の堅牢な 1 T アレイが必要な場合は、角度磁化、平坦性、およびギャップの均一性の許容誤差についてサプライヤーに問い合わせてください。 1 つのセグメントに小さな角度誤差があると、作業領域が 10% 以上減少する可能性があります。

1T ハルバッハアレイの恩恵を受けるアプリケーション

1 T ハルバッハ アレイに対する最も強い需要は、高性能モーターと発電機から来ています。ハルバッハ ローターは、同じ磁石質量を持つ従来のローターよりも大きなエアギャップ磁束を生成し、トルク密度を向上させ、慣性を低減します。

高性能同期モーター用ネオジム焼結磁石 これらの同期モーター用焼結 NdFeB 磁石は、高い残留磁気、保磁力、熱安定性を備え、高度なモーター設計におけるトルク密度の向上と慣性の低減を可能にします。 製品を見る→

他の用途には、磁気浮上システム、ベアリングレス モーター、核磁気共鳴 (NMR) デバイス、磁気カップリングなどがあります。たとえば、リニア ハルバッハ アレイは磁気浮上搬送や精密位置決めステージで使用されます。の ネオジム鉄モーター産業 回転設計と直線設計の両方でこれらのアレイの利点が得られます。

医療機器では、ハルバッハ シリンダーを使用してボア内に 1 T の場を生成することができ、卓上 MRI または分光装置用の大型の超電導磁石に代わるコンパクトな代替手段となります。

1 T ハルバッハ配列を指定する方法

まずは現場の要件と作業ギャップから始めます。 1 T 配列は、そのフィールドが存在する必要がある場所を指定しないと意味がありません。アクティブボリュームの寸法、磁場の方向、および許容されるリップルはすべて、磁石の配置に影響します。

• 定義されたエアギャップまたはボアにおけるターゲット電界強度 (テスラ単位)。
• アレイの形状: 線形、円筒形、または平面。
• 磁石のグレードと使用温度。
• 磁石の向きの公差と位置の公差。
• 腐食や環境に配慮した表面コーティング。
• 組み立て方法と最大許容磁気漏れ。

コミッショニング中は、フィールド マップを示すプロトタイプまたはシミュレーション レポートが期待されるはずです。責任あるサプライヤーは、出荷前にガウスメーターまたはフラックスマッピングシステムを使用して実際のフィールドを検証します。

よくある質問

ハルバッハ配列は本当に 1 T に達することができるのでしょうか?

はい、高品質の NdFeB 磁石と十分なセグメントが使用されています。磁石が十分に大きく、形状が最適化されている場合、円筒形アレイはボア内で 1 T を超える電流を生成できます。線形アレイは、作業領域が開いているため、通常、より低いフィールドを生成します。

4 セグメント アレイと 16 セグメント アレイの違いは何ですか?

セグメントが多いほど、より強力で均一なフィールドが得られますが、アセンブリはより複雑になります。 4 セグメント アレイは構築が簡単ですが、フィールド ゲインが低く、高調波が多くなります。 16 セグメントのアレイは、理想的なハルバッハ磁場分布に近づきます。

温度は 1 T ハルバッハ アレイに影響しますか?

はい。 NdFeB は温度が上昇すると磁力を失います。アレイが 80°C 以上で動作する場合は、より高い温度グレード (N45H または N35SH など) が必要となり、1 T を維持するように設計を調整する必要がある場合があります。

ハルバッハ配列はどれくらい持続しますか?

適切なコーティングと制御された動作温度により、磁場は数十年間安定します。主なリスクは磁気崩壊ではなく腐食です。

1 T ハルバッハ アレイは、NdFeB 材料、形状、組み立て精度の適切な組み合わせに依存する、強力でコンパクトな磁石ソリューションです。モーター ローター、磁気ステージ、研究装置のいずれを構築する場合でも、成功への道は、フィールドを指定し、正しいセグメント数を選択し、永久磁石アレイの現実を理解しているメーカーと協力することです。