海爾貝克陣列

海爾貝克陣列（Halbach Array）是一種磁體結構，是工程上的近似理想結構，目標是用最少量的磁體產生最強的磁場。1979 年，美國學者Klaus Halbach做電子加速實驗時，發現了這種特殊的永磁鐵結構，並逐步完善這種結構，最終形成了所謂的“Halbach”磁鐵。

基本介紹

• 中文名：海爾貝克陣列
• 外文名：Halbach Array
• 目標：用最少量的磁體產生最強的磁場

Halbach Array

Halbach磁體結構是工程上理想結構的近似，目標是用最少量的磁體產生最強的磁場。

利用特殊的磁體單元的排列，增強單位方向上的場強。對於工程上有極為重要意義。

當然具體運用極為複雜，在此不做涉及

Halbach磁體結構

Halbach 磁環

在 1973 年，美國學者Mallianson 在對永久磁鐵結構進行拼裝實驗時發現了一種奇特的永磁鐵結構，並把它稱為〝Magnetic Curiosity〞。他當時並沒有察覺到這種結構的套用價值。1979 年，美國學者Klaus Halbach在利用各種永磁鐵結構產生的磁場做電子加速實驗時，發現了這種特殊的永磁鐵結構，並逐步完善這種結構，最終形成了所謂的“Halbach”磁鐵。Halbach磁環是將磁鐵徑向式與平行式排列結合在一起，如果忽略端部效應，並把周圍的導磁材料的導磁率看作無窮大，那么上述永磁體結構最終形成單邊磁場（one-sided field），這就是Halbach一個顯著的特點。這一特點表示Halbach磁鐵在線性電機中有很好的套用價值。相對於傳統電機，Halbach電機有下列幾種優越性[8-11]：

Magnetic Curiosity

功率密度大

相對於傳統永磁電機架構，由於Halbach磁環分解後的平行磁場與徑向磁場的相互迭加使得另一側的磁場強度大幅度提升，這樣可有效地減小電機的體積，提升電機的功率密度。

定轉子不再需要斜槽

在傳統永磁電機中，由於氣隙磁場不可避免的存在諧波，一般在定轉子架構上採取斜槽削弱其影響。在Halbach電機中，由於氣隙磁場正弦分布程度較高，諧波含量小，故定轉子無需斜槽。

轉子可採用非鐵心材料

由於Halbach磁鐵自禁止效應產生的單邊磁場分布不再需要轉子採用磁性材料為其提供通路，這樣不僅為轉子選材料提供了較大的選擇空間，而且可以使系統有較低的轉動慣量和較好的快速附應性能。

永久磁鐵利用率高

由於Halbach磁鐵分向磁化的結果，導致其永久磁鐵工作點較高，一般均超過0.9，提升了永久磁鐵的利用率。

可使用集中式繞組

傳統永磁電機中往往採用分散式繞組來削弱諧波磁動勢的影響。在Halbach電機中由於其磁場正弦分布程度較高，諧波磁場影響較小，故可採用集中式繞組。

採用Halbach電機磁鐵排列，可以降低電動機之轉矩漣波，因而對於電動機的軸承要求大大的減小。

（a）徑向式磁鐵排列磁場分布

（b）平行式磁鐵排列磁場分布

（c）Halbach排列磁場分布

Halbach電機磁鐵排列