DE102018002179A1

DE102018002179A1 - Stabilisiertes Halbach Array

Info

Publication number: DE102018002179A1
Application number: DE102018002179.4A
Authority: DE
Inventors: Felix Christian Sewing; Alex Korocencev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-18
Filing date: 2018-03-18
Publication date: 2019-09-19

Abstract

In den derzeit bekannten Halbach Arrays befinden sich die Magnete in instabiler Lage, welches Druck auf den Rahmen erzeugt. Die neue räumliche Lage vermeidet oder verringert die inneren Spannungen.Durch alternierenden Versatz in der Seiten- oder Höhenlage werden die Magnete in eine stabile Lage gebracht, welches günstigere und dünnere Konstruktionen erlaubt.Anwendungsgebiet ist das Erzeugen starker Magnetfelder in geringem Abstand zur Wirkfläche bei Verwendung dünner oder nicht besonders stabiler Materialien.

Description

Es ist bekannt, dass durch Anordnung von Magneten in Halbach-Array Orientierung das Magnetfeld einseitig ausgerichtet wird und es sich somit auf dieser Seite signifikant verstärkt, während auf der gegenüberliegenden Seite das Magnetfeld signifikant abgeschwächt ist.
Ferner ist bekannt, dass es viele Variationen dieser Anordnung gibt, bei denen die Magnete linear hintereinander oder in kreisförmiger Anordnung oder auch in 2-dimensionaler Anordnung innerhalb einer Ebene positioniert sind, je nachdem wie man die Ausrichtung des verstärkten Magnetfelds benötigt.
Alle diese Anordnungen haben die Gemeinsamkeit, dass die darin befindlichen Magnete eine in sich instabile Lage einnehmen, nur unter Druck in diese Lage gebracht werden können und daher dauerhaft Druck auf den fixierenden Rahmen ausüben. Der formstabilisierende Rahmen muss daher entsprechend dick oder stabil sein, was mit entsprechenden Materialanforderungen, Kosten, Platzbedarf und/oder auch zusätzlichem Abstand der Magneten zum Wirkobjekt einhergeht. Letzteres, der etwaige zusätzliche Abstand durch Verstärkung der Wanddicke des Halterahmens, bewirkt zudem eine Verschlechterung des nutzbaren Magnetfelds.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale behoben oder vermindert, d.h. nicht-planare (nicht in gleicher Ebene liegende) oder seitenversetzte Anordnungen von Magneten, bei denen die Magnete wiederholt um im Wesentlichen 90° in deren magnetischer Ausrichtung gedreht sind. Die Drehung um im Wesentlichen 90° bezieht sich auf die Wirkungsachse und kann auch den Bereich von 45° - 135° abdecken.
Die neue räumliche Lage durch alternierenden Seiten- oder Höhenversatz der Magneten vermeidet oder verringert die inneren Spannungen, die Magnete werden in eine stabilere oder stabile Lage gebracht, und erlauben somit günstigere und dünnere Konstruktionen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den Versatz jedes zweiten Magneten, bei würfelartiger Form um circa die Hälfte seiner Kantenlänge, ein Zustand von Spannungsfreiheit erreicht werden kann, und jeder Magnet in Position bleibt, ohne Druck auf den Rahmen auszuüben. Dieses ermöglicht z.B. Halterungen aus dünnem Plastik, z.B. aus dem 3D-Drucker, ohne teure diamagnetische Metallhalterungen mit Schraubfixierung der Magneten fräsen zu müssen.
Gerade bei sehr starken Permanentmagneten, wie z.B. Typ N52, ist der Aufwand, die Magnete in Position zu bringen und nachfolgend in dieser Position zu halten, bei der bisher angewandten Halbach-Array Anordnung sehr groß und der perpetuiert ausgeübte Druck erzeugt ein großes Gefahrenpotential. Alle diese negativen Eigenschaften werden durch diese Erfindung vermieden. Sie ermöglicht eine Erzeugung starker Magnetfelder in geringem Abstand zur Wirkfläche bei Verwendung dünner oder nicht besonders stabiler Materialien.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen

1: ein lineares, stabilisiertes Halbach Array mit orthogonaler Magnetfeldausrichtung zur primären Anordnungsebene der Magnete (Seitenansicht) und gleichermaßen aus anderem Blickwinkel ein lineares, stabilisiertes Halbach Array mit paralleler Magnetfeldausrichtung entlang der Anordnungsebene der Magnete (Aufsicht).
2: eine Gegenüberstellung der klassischen, linearen Halbach-Array Anordnung (A) gegenüber der stabilisierten Halbach-Array Anordnung (B).
3: eine Gegenüberstellung der klassischen, linearen Halbach-Array Anordnung, eingebaut in ein stabilisierendes Gehäuse, (A) gegenüber der stabilisierten Halbach Array Anordnung, eingebaut in ein dünnes Gehäuse, welches keiner Stabilisierung bedarf (B).
4: ein kreisförmiges, stabilisiertes Halbach Array mit orthogonaler Magnetfeldausrichtung zur primären Anordnungsebene der Magnete in der Aufsicht (A) und Seitenansicht (B). Bei dieser Anordnung wirkt das Magnetfeld nach oben, d.h. oberhalb der Scheibe. Die Magnete nehmen innerhalb der Scheibe verschiedene Höhenlagen ein.
5: eine Gegenüberstellung des klassischen Halbach-Arrays (A) in kreisförmiger Anordnung mit nach außen wirkendem Magnetfeld, parallel zur Scheibe, bei dem alle Magnete die gleiche Höhenlage haben, gegenüber dem stabilisierten Halbach-Array (B) in kreisförmiger Anordnung mit nach außen wirkendem Magnetfeld, parallel zur Scheibe, bei dem jeder zweite Magnet von der Kreisbahn nach innen versetzt ist, aber alle die gleiche Höhenlage haben.

Claims

Stabilisiertes Halbach Array mit orthogonaler Magnetfeldausrichtung zur primären Anordnungsebene der Magnete dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Magnetfeld orthogonal zur primären Anordnungsebene der Magnete wirkt, - nicht-planare (nicht in gleicher Ebene liegende) Anordnungen von Magneten verwendet werden, in denen die Magnete höhenversetzt positioniert sind und - die Magnete wiederholt um im Wesentlichen 90° in deren magnetischer Ausrichtung gedreht sind,
Stabilisiertes Halbach Array mit paralleler Magnetfeldausrichtung entlang der primären Anordnungsebene der Magnete dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Magnetfeld parallel zur Anordnungsebene der Magnete wirkt, - nicht-zirkulare bzw. bzw. nicht-gekrümmte bzw. nicht lineare Anordnungen von Magneten verwendet werden, in denen die Magnete alternierend seitenversetzt entlang der Wirkungsachse positioniert sind und - die Magnete wiederholt um im Wesentlichen 90° in deren magnetischer Ausrichtung gedreht sind.