Halbach 圆柱体设计的优化与改进

本文描述了对三维 16 段 Halbach 圆柱体的参数调查结果，其中变化了内半径 $r_{\mathrm{\scriptsize{in}}}$、外半径 $r_{\mathrm{\scriptsize{ex}}}$ 和长度 $L$ 等参数。对于给定圆柱孔内平均磁通密度的 Halbach 圆柱体，找到了使磁体体积最小的 $r_{\mathrm{\scriptsize{ex}}}$ 和 $L$ 最优值。在固定平均磁通密度的情况下，仅略微增加磁体体积即可显著增加圆柱孔的体积。在 Halbach 圆柱体的端面上放置额外的磁体块也提高了圆柱孔内的平均磁通密度，对于具有较大 $r_{\mathrm{\scriptsize{ex}}}$ 的短 Halbach 圆柱体尤为如此。此外，还考虑了 Halbach 圆柱体在磁制冷方面的应用。引入了磁制冷品质参数 $\Lambda_{\mathrm{cool}}$，结果表明该参数对于具有较小 $r_{\mathrm{\scriptsize{ex}}}$ 的长 Halbach 圆柱体是最优的。使用前述额外的磁体块可将该参数提高多达 15%，同时改善圆柱孔内磁场的均匀性。