Dipoles

Dipole bestehen aus einem Paar Magnete mit einem Zwischenraum. Sie sind in vielen Formen/Größen erhältlich und die Magnete werden normalerweise auf einem Stahlrahmen (auch Joch genannt) montiert, um die magnetische Effizienz, die magnetische Abschirmung und/oder die mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Dipole werden verwendet, wenn eine Anwendung eine bestimmte Magnetfeldstärke und Gleichmäßigkeit über ein bestimmtes Volumen erfordert. Polstücke werden manchmal verwendet, um die Gleichmäßigkeit innerhalb des Zwischenraums zu erhöhen.

Bei Dexter haben wir hunderte verschiedene Arten von Dipolen gebaut, die jeweils für eine bestimmte Anwendung optimiert sind.  Die Feldstärken lagen bei bis zu 3,0 Tesla (30.000 Gauß). Im Allgemeinen haben höhere Felder einen kleineren Zwischenraum. Eine höhere Gleichmäßigkeit hat einen größeren Zwischenraum zur Folge.

Dipole werden verwendet für:

• Kalibrieren/Initialisieren von Magnetsensoren
• Das Löschen von Computer-Festplattenlaufwerken
• Ausrichten von dünnen Schichten aus magnetischem Material, während sie als dünne Filmeschicht aufgebracht werden.
• Umlenken oder Fokussieren von Strahlen energetisierter Partikel

Wir haben bei diesen Designs das Dipolprinzip verwendet:

• EraseTrack™ Massenlöscher
• SpeedSep™ Massen-Trennstation

Prototypen

Machbarkeitsstudie erforderlich: nein.

Typische Konstruktionszeit: 1-2 Tage

Typische Materialbeschaffung & Bauzeit: Zwei Wochen, wenn Material verfügbar ist. Sechs bis acht Wochen, wenn kein Material verfügbar ist.

Halbach/Stelter Arrays

Halbach/Stelter-Dipole sind spezielle Dipole, die große und/oder gleichmäßige Magnetfelder über große Flächen erzeugen können. Die Magnetfeldstärke kann die Remanenz (Restmagnetismus) des Magnetmaterials überschreiten.  Wir haben Dipole hergestellt, die Felder von bis zu 3,0 Tesla (30.000 Gauß) erzeugen.

Halbach- und Stelter-Array-Dipole werden dort eingesetzt, wo sehr hohe Magnetfelder erforderlich sind. Halbachs werden eingesetzt, wenn Performance/Gleichmäßigkeit die Schlüsselanforderungen sind. Stelter-Dipole sind kostengünstig, produzieren aber nicht so einheitliche Felder.

Klaus Halbach, Professor an den Lawrence Berkeley Labs der Universität von Kalifornien, war ein Innovator bei der Anwendung von Permanentmagneten auf Beschleuniger- und Synchrotronlichtprojekten auf der ganzen Welt. Das Prinzip hinter seiner innovativen Arbeit ist die Überlagerung. Der Überlagerungssatz besagt, dass sich die Kraftkomponenten an einem Punkt im Raum, die von mehreren unabhängigen Objekten beigesteuert werden, algebraisch addieren.

Die Anwendung des Lehrsatzes auf Permanentmagnete ist nur möglich, wenn Materialien mit einer Koerzitivfeldstärke verwendet werden, die nahezu der Restinduktion entspricht. Während Ferritmagnete diese Eigenschaft haben, war es nicht praktikabel, das Material so zu verwenden, da einfache AlNiCo-Magnete intensivere Felder zu niedrigeren Kosten lieferten. Das Aufkommen von Seltenerdmagneten mit hoher Restinduktion wie Sm-Co und Nd-Fe-B machte die Verwendung der Überlagerung praktisch und erschwinglich. Diese Materialien ermöglichen die Entwicklung intensiver Magnetfelder in kleinen Volumina ohne den Energiebedarf von Elektromagneten. Der Nachteil von Elektromagneten ist der Platzbedarf für elektrische Wicklungen und die Notwendigkeit, die von den Spulen erzeugte Wärme abzuführen.

Während Dr. Halbach “High-End”-Anwendungen der Überlagerung nachging, verwendete Dick Stelter von Dexter das Prinzip in kommerziellen Anwendungen. Halbach lehrte den Einsatz von “Magic Ring”-Dipolen, um intensive Felder in einer kreisförmigen Öffnung zu entwickeln. In dieser Vorrichtung werden Trapezmagnete zu einem Ring zusammengefügt. Die Ausrichtung jedes trapezförmigen Magneten ist so, dass es eine kontinuierliche Drehung des magnetischen Vektors in jeder Ringhälfte gibt, und für einen unendlich langen Ring ist die Feldstärke in der Öffnung proportional zum natürlichen Verlauf des Verhältnisses von Außendurchmesser (OD) zu Innendurchmesser (ID)

Stelter-Arrays verwenden die minimale Anzahl von rechteckigen Magneten, um die gewünschten Ergebnisse in einer rechteckigen Öffnung zu erzielen. Für eine Stelter- Anordnung sind die Beziehungen ähnlich, und das innere Feld ist proportional zum natürlichen Log des äußeren Umfangs zum inneren Umfangsverhältnis. Die Verwendung rechteckiger Formen ermöglicht auch die “Flussabfüllung” zur Gestaltung des Innenfeldes. Hochuniforme Magnetfelder von über 2-3T können routinemäßig in einer Reihe von Luftspalten erzeugt werden, und Dexter-Anwendungen, die auf dem patentierten Stelter Array basieren, umfassen Dipole für NMR/MRI, “offene” NMR, Massenspektrometer, Sputtermagnetrone, Festplattenlöscher, Miniaturdrehvorrichtungen, Bulk-Löschwerkzeuge und vieles mehr.

Typen

Halbach- und Stelter-Array-Dipole werden dort eingesetzt, wo sehr hohe Magnetfelder erforderlich sind.  Halbachs werden eingesetzt, wenn Performance/Gleichmäßigkeit die Schlüsselanforderungen sind. Stelter-Dipole sind kostengünstig, erzeugen aber nicht so gleichmäßige Felder wie andere Dipole.

Hilfe beim Design

Materialien

Typischerweise werden Neodym-Eisen-Bor und Samarium-Kobalt verwendet.  Hartferritmaterialien können ebenfalls verwendet werden, jedoch wird die Magnetfeldleistung reduziert.  Aufgrund der großen internen Entmagnetisierungsfelder wird AlNiCo selten für Halbach/Stelter-Dipole eingesetzt.

Aluminium wird für runde Hallbach-Dipole verwendet. Stahl wird für quadratische Dipole verwendet.

Häufig gestellte Fragen

Welches ist das stärkste Magnetfeld, das Sie erzeugen können? Das bisher stärkste Magnetfeld, das wir erzeugt haben, ist 3 Tesla (30.000 Gauß) über einen 5mm Zwischenraum.

Wie groß kann der Magnet sein? Unser bisher größter Magnet ist würfelförmig, ca. 2 Meter pro Seite.

Ist es möglich, dass ein Dipol in einem Ofen arbeitet? AlNiCo-Materialien werden typischerweise für Hochtemperaturanwendungen verwendet. Wenn das AlNiCo-Material nicht stark genug ist, sollte der Dipol an der Außenseite des Ofens angebracht werden.

Ist es möglich, dass ein Dipol im Vakuum eingesetzt wird? Ja, obwohl die Baugruppe abgedichtet werden sollte, um ein Ausgasen des Klebstoffs zu verhindern. Abhängig von den Vakuumstufen gibt es einige Kleber mit geringer Ausgasung, die funktionieren können.

Prototypen

Aufgrund der großen Anzahl von Variablen haben wir kein Standard-Dipol-Design von Halbach/Stelter.  Jedes einzelne wird individuell für ein bestimmtes Leistungsniveau entwickelt.  Der Entwurfsprozess kann innerhalb von 1-2 Wochen abgeschlossen werden.  Im Allgemeinen werden keine Prototypen benötigt, so dass die Bearbeitungszeit in der Regel 8 bis 10 Wochen beträgt.