二维 Halbach 圆柱的磁场、力与转矩分析

Halbach 圆柱是一种永磁体结构，用于核磁共振装置、加速器磁体和磁冷却设备等应用。本文推导了二维 Halbach 圆柱的磁矢势、磁通密度和磁场的解析表达式。Halbach 磁体的剩余磁通密度由整数 $p$ 表征。对于许多应用，两个同心 Halbach 圆柱之间的力和转矩至关重要。计算了这些量，结果表明，除了内磁体的 $p$ 等于外磁体的 $p$ 减一的情况外，力均为零。此外，力永远无法平衡。除非内磁体的 $p$ 等于外磁体 $p$ 的相反数，否则转矩为零。因此，同一系统中不可能同时存在力和转矩。