dipoli
I dipoli sono costituiti da una coppia di magneti attraverso uno spazio vuoto. Sono disponibili in molte forme/dimensioni e i magneti sono generalmente montati su un telaio in acciaio (chiamato anche giogo) per l'efficienza magnetica, la schermatura magnetica e/o la resistenza meccanica. I dipoli vengono utilizzati quando un'applicazione richiede una specifica intensità e uniformità del campo magnetico su un volume specifico. Le espansioni polari vengono talvolta utilizzate per migliorare l'uniformità all'interno dello spazio vuoto.
In Dexter abbiamo costruito centinaia di diversi tipi di dipoli, ciascuno ottimizzato per una particolare applicazione. Le intensità di campo sono arrivate fino a 3.0 Tesla (30,000 Gauss). Generalmente, i campi più alti sono associati a piccoli traferri. Una maggiore uniformità è generalmente associata a grandi traferri.
I dipoli sono usati per:
- Calibrare/inizializzare i sensori magnetici
- Cancella le unità disco rigido del computer
- Orienta strati sottili di materiale magnetico mentre vengono depositati come pellicole sottili
- Deviare o focalizzare i raggi delle particelle eccitate
Abbiamo utilizzato il principio del dipolo in questi progetti:
AIUTO ALLA PROGETTAZIONE
Quando lavori con il nostro gruppo di ingegneri, ti potrebbe essere chiesto:
- Qual è l'intensità minima del campo magnetico richiesta?
- Quanto è grande un volume?
- Quanto può essere grande il dipolo, deve adattarsi ad altri dispositivi?
- Il dipolo sarà esposto a temperature elevate o criogeniche?
- Il dipolo sarà esposto al vuoto o a gas/fluidi corrosivi?
- Hai bisogno della polarità contrassegnata?
MATERIALI
Neodimio Ferro Boro e Samario Cobalto spesso vengono utilizzati quando sono richiesti grandi campi magnetici. La ferrite dura viene utilizzata se il costo è più importante dei grandi campi magnetici. Alnico viene generalmente utilizzato se il dipolo deve essere utilizzato in ambienti ad alta temperatura (>300°C).
FAQS
Qual è il campo magnetico più forte che Dexter può creare? Ad oggi, il campo magnetico più forte che abbiamo creato è di 3 Tesla (30,000 gauss) attraverso un traferro di 5 mm.
Quanto può essere grande il magnete? Il nostro più grande magnete fino ad oggi è a forma di cubo, circa 2 metri per lato.
È possibile che un dipolo funzioni in un forno? I materiali Alnico vengono generalmente utilizzati per applicazioni ad alta temperatura. Se il materiale Alnico non è abbastanza resistente, il dipolo dovrebbe essere progettato attorno all'esterno del forno.
PROTOTIPI
Richiesto studio di fattibilità: non.
Tempo di progettazione tipico: giorni 1-2
Tipico tempo di acquisizione e costruzione del materiale: Due settimane, se il materiale è disponibile. Da sei a otto settimane, se il materiale non è disponibile.
Array Halbach/Stelter
I dipoli Halbach/Stelter sono dipoli specializzati in grado di produrre campi magnetici ampi e/o uniformi su vaste aree. L'intensità del campo magnetico può superare la rimanenza (magnetismo residuo) del materiale magnetico. Abbiamo prodotto dipoli che producevano campi fino a 3.0 Tesla (30,000 Gauss).
I dipoli array Halbach e Stelter vengono utilizzati dove sono richiesti campi magnetici molto elevati. Gli Halbach vengono utilizzati quando le prestazioni/uniformità sono requisiti chiave. I dipoli Stelter sono convenienti, ma non producono campi uniformi.
Klaus Halbach, professore presso i Lawrence Berkeley Labs dell'Università della California, è stato un innovatore nell'applicazione dei magneti permanenti ai progetti di luce di sincrotrone e acceleratore in tutto il mondo. Il principio alla base del suo lavoro innovativo è la sovrapposizione. Il teorema di sovrapposizione afferma che le componenti della forza in un punto nello spazio fornite da diversi oggetti indipendenti si sommano algebricamente.
L'applicazione del teorema ai magneti permanenti è possibile solo quando si utilizzano materiali con coercitività quasi uguale all'induzione residua. Sebbene i magneti in ferrite abbiano questa caratteristica, non era pratico utilizzare il materiale in questo modo perché i semplici magneti in Alnico fornivano campi più intensi a un costo inferiore. L'avvento di magneti in terre rare ad alta induzione residua come Sm-Co e Nd-Fe-B ha reso l'uso della sovrapposizione pratico ed economico. Questi materiali consentono di sviluppare intensi campi magnetici in piccoli volumi senza il fabbisogno energetico degli elettromagneti. Lo svantaggio per gli elettromagneti è lo spazio occupato dagli avvolgimenti elettrici, e la necessità di dissipare il calore generato dalle bobine.
Mentre il Dr. Halbach perseguiva applicazioni "di alto livello" della sovrapposizione, Dick Stelter di Dexter usava il teorema in applicazioni commerciali. Halbach ha insegnato l'uso di dipoli ad "anello magico" per sviluppare campi intensi in un'apertura circolare. In questo dispositivo i magneti trapezoidali sono assemblati per formare un anello. L'orientamento di ciascun magnete trapezoidale è tale che vi sia una rotazione continua del vettore magnetico in ciascuna metà dell'anello e, per un anello infinitamente lungo, l'intensità del campo nell'apertura è proporzionale al logaritmo naturale del rapporto tra OD e ID .
Gli array Stelter utilizzano il numero minimo di forme magnetiche rettangolari per raggiungere i risultati desiderati in un'apertura rettangolare. Per un array stelter, le relazioni sono simili e il campo interno è proporzionale al logaritmo naturale del rapporto tra periferia esterna e periferia interna. L'utilizzo di forme rettangolari consente inoltre di "imbottigliare il flusso" per modellare il campo interno. Campi magnetici altamente uniformi di oltre 2-3T possono essere generati regolarmente in una gamma di traferri e le applicazioni Dexter basate sullo Stelter Array brevettato includono dipoli per NMR/MRI, NMR "aperto", spettrometri di massa, magnetron sputtering, cancellatori di dischi rigidi , attuatori rotanti in miniatura, strumenti di cancellazione di massa e molti altri.
TIPI
I dipoli array Halbach e Stelter vengono utilizzati dove sono richiesti campi magnetici molto elevati. Gli Halbach vengono utilizzati quando le prestazioni/uniformità sono requisiti chiave. I dipoli Stelter sono convenienti, ma non producono campi uniformi come altri dipoli.
MATERIALI
Neodimio Ferro Boro e Samario Cobalto sono tipicamente usati. Ferrite dura possono essere utilizzati anche materiali, ma l'uscita del campo magnetico è ridotta. A causa dei grandi campi di smagnetizzazione interni, Alnico è usato raramente per i dipoli Halbach/Stelter.
L'alluminio viene utilizzato per i dipoli Halbach rotondi. L'acciaio è usato per i dipoli quadrati.