Dipolen
Dipolen bestaan uit een paar magneten over een opening. Ze zijn er in vele vormen/maten en de magneten zijn meestal gemonteerd op een stalen frame (ook wel juk genoemd) voor magnetische efficiëntie, magnetische afscherming en/of mechanische sterkte. Dipolen worden gebruikt wanneer een toepassing een specifieke magnetische veldsterkte en uniformiteit over een bepaald volume vereist. Poolstukken worden soms gebruikt om de uniformiteit binnen de opening te verbeteren.
Bij Dexter hebben we honderden verschillende soorten dipolen gebouwd, elk geoptimaliseerd voor een bepaalde toepassing. De veldsterktes liepen op tot wel 3.0 Tesla (30,000 Gauss). Over het algemeen worden hogere velden geassocieerd met kleine luchtspleten. Hogere uniformiteit wordt over het algemeen geassocieerd met grote luchtspleten.
Dipolen worden gebruikt om:
- Kalibreer/initialiseer magnetische sensoren
- Wis de harde schijven van de computer
- Oriënteer dunne lagen magnetisch materiaal terwijl ze worden afgezet als dunne films
- Richt bundels van geactiveerde deeltjes af of focus ze
We hebben het dipoolprincipe gebruikt in deze ontwerpen:
ONTWERP HULP
Wanneer u met onze engineeringgroep werkt, wordt u mogelijk gevraagd:
- Wat is de minimale vereiste magnetische veldsterkte?
- Hoe groot een volume?
- Hoe groot mag de dipool zijn, moet hij in andere apparaten passen?
- Wordt de dipool blootgesteld aan verhoogde of cryogene temperaturen?
- Wordt de dipool blootgesteld aan vacuüm of corrosieve gassen/vloeistoffen?
- Heeft u de gemarkeerde polariteit nodig?
MATERIAAL
Neodymium-ijzerboor en Samarium Kobalt worden vaak gebruikt wanneer grote magnetische velden vereist zijn. Hard ferriet wordt gebruikt als kosten belangrijker zijn dan grote magnetische velden. Alnico wordt over het algemeen gebruikt als dipool moet worden gebruikt in een omgeving met hoge temperaturen (>300°C).
FAQ
Wat is het sterkste magnetische veld dat Dexter kan creëren? Tot op heden is het sterkste magnetische veld dat we hebben gecreëerd 3 Tesla (30,000 Gauss) over een luchtspleet van 5 mm.
Hoe groot mag de magneet zijn? Onze grootste magneet tot nu toe is kubusvormig, ongeveer 2 meter per kant.
Kan een dipool in een oven werken? Alnico-materialen worden meestal gebruikt voor toepassingen bij hoge temperaturen. Als Alnico-materiaal niet sterk genoeg is, moet de dipool rond de buitenkant van de oven worden ontworpen.
PROTOTYPEN
Haalbaarheidsstudie vereist: Niet doen.
Typische ontwerptijd: 1-2 dagen
Typische materiaalverwerving & bouwtijd: Twee weken, indien materiaal beschikbaar. Zes tot acht weken, als materiaal niet beschikbaar is.
Halbach/Stelter-arrays
Halbach/Stelter-dipolen zijn gespecialiseerde dipolen die grote en/of uniforme magnetische velden kunnen produceren over grote gebieden. De magnetische veldsterkte kan de remanentie (restmagnetisme) van het magnetische materiaal overschrijden. We hebben dipolen gemaakt die velden produceerden die zo groot waren als 3.0 Tesla (30,000 Gauss).
Halbach- en Stelter-array-dipolen worden gebruikt waar zeer hoge magnetische velden vereist zijn. Halbachs worden gebruikt wanneer prestaties/uniformiteit belangrijke vereisten zijn. Stelter-dipolen zijn kosteneffectief, maar produceren niet als uniforme velden.
Klaus Halbach, een professor aan de Lawrence Berkeley Labs van de University of California, was een innovator in de toepassing van permanente magneten op versneller- en synchrotronlichtprojecten over de hele wereld. Het principe achter zijn vernieuwende werk is superpositie. De superpositiestelling stelt dat de componenten van kracht op een punt in de ruimte, bijgedragen door verschillende onafhankelijke objecten, algebraïsch zullen optellen.
Het toepassen van de stelling op permanente magneten is alleen mogelijk bij gebruik van materialen met een coërciviteit die bijna gelijk is aan de residuele inductie. Hoewel ferrietmagneten deze eigenschap hebben, was het niet praktisch om het materiaal op deze manier te gebruiken, omdat eenvoudige Alnico-magneten voor meer intense velden zorgden tegen lagere kosten. De komst van zeldzame-aardemagneten met een hoge restinductie, zoals Sm-Co en Nd-Fe-B, maakte het gebruik van superpositie praktisch en betaalbaar. Deze materialen maken het mogelijk om in kleine volumes intense magnetische velden te ontwikkelen zonder de energiebehoefte van elektromagneten. Het nadeel van elektromagneten is de ruimte die wordt ingenomen door elektrische wikkelingen en de noodzaak om de door de spoelen gegenereerde warmte af te voeren.
Terwijl Dr. Halbach 'hoogwaardige' toepassingen van superpositie nastreefde, gebruikte Dick Stelter van Dexter de stelling in commerciële toepassingen. Halbach leerde het gebruik van "magische ring" dipolen om intense velden in een cirkelvormige opening te ontwikkelen. In dit apparaat zijn trapeziumvormige magneten samengevoegd tot een ring. De oriëntatie van elke trapeziummagneet is zodanig dat er een continue rotatie is van de magnetische vector in elke helft van de ring, en voor een oneindig lange ring is de veldsterkte in de opening evenredig met de natuurlijke logaritme van de verhouding van OD tot ID .
Stelter-arrays gebruiken het minimale aantal rechthoekige magneetvormen om de gewenste resultaten te bereiken in een rechthoekige opening. Voor een stelter-array zijn de relaties vergelijkbaar en is het interne veld evenredig met de natuurlijke logaritme van de verhouding tussen buitenomtrek en binnenomtrek. Het gebruik van rechthoekige vormen maakt ook "flux-bottelen" mogelijk om het interne veld vorm te geven. Zeer uniforme magnetische velden van meer dan 2-3T kunnen routinematig worden gegenereerd in een reeks luchtspleten, en Dexter-toepassingen op basis van de gepatenteerde Stelter Array omvatten dipolen voor NMR/MRI, "open" NMR, massaspectrometers, sputtermagnetrons, hardeschijfwissers , miniatuur roterende actuatoren, tools voor bulk wissen en nog veel meer.
SOORTEN
Halbach- en Stelter-array-dipolen worden gebruikt waar zeer hoge magnetische velden vereist zijn. Halbachs worden gebruikt wanneer prestaties/uniformiteit belangrijke vereisten zijn. Stelter-dipolen zijn kosteneffectief, maar produceren niet zo uniforme velden als andere dipolen.
MATERIAAL
Neodymium-ijzerboor en Samarium Kobalt worden meestal gebruikt. Hard ferriet materialen kunnen ook worden gebruikt, maar de output van het magnetische veld wordt verminderd. Vanwege de grote interne demagnetisatievelden, Alnico wordt zelden gebruikt voor Halbach/Stelter-dipolen.
Aluminium wordt gebruikt voor ronde Halbach-dipolen. Staal wordt gebruikt voor vierkante dipolen.