Halbach 배열은 일련의 영구 자석의 특정 배열입니다. 어레이는 공간적으로 회전하는 자기 패턴을 갖고 있어 한쪽에서는 자기장을 상쇄하지만 다른 쪽에서는 자기장을 증폭시킵니다. Halbach 어레이의 주요 장점은 한쪽에는 강한 자기장을 생성하고 반대쪽에는 매우 작은 표유 자기장을 생성할 수 있다는 것입니다. 이 효과는 자속 분포를 관찰함으로써 가장 잘 이해됩니다.
교대 자화를 갖는 강자성 물질(영구적으로 자화될 수 있는 물질) 스트립은 자기장이 복합 구조의 평면 위에 정렬되는 반면 구조 아래에 자기장이 반대 방향에 있고 상쇄되도록 결합됩니다. 보다 정확하게, 자화의 교대 구성 요소는 p/2 또는 90입니다.o위상이 다릅니다.
위에 표시된 이상적인 경우, 이 중첩은 구조가 균일하게 자화되어 있고 평면 아래에는 필드가 없는 경우보다 두 배 더 큰 평면 위에 필드를 생성합니다. 그러나 실제로 이상적인 경우는 절대 관찰되지 않고, 그 밑면에 아주 작은 자기장이 생성된다. 이 배열은 무한정 계속되어 큰 배열을 생성할 수 있습니다.
이러한 "일측 플럭스" 구조는 1973년 John C. Mallinson에 의해 처음 발견되었으며, 그는 이를 자기 테이프 기록 기술을 개선할 가능성이 있는 "호기심"이라고 설명했습니다. 그러나 그들의 진정한 잠재력은 버클리 물리학자 Klaus Halbach가 독립적으로 이 자기 현상을 재발견하고 입자 가속기에 사용하기 위한 Halbach 어레이를 만든 1980년대까지 실현되지 않았습니다. 입자 가속기 빔을 조종합니다.
Halbach 어레이는 이제 많은 응용 분야를 가지고 있으며 다양한 복잡성의 시스템 범위에서 사용됩니다. Halbach 어레이의 가장 간단한 응용 프로그램 중 하나는 냉장고 자석입니다. 이 경우 자석의 유지력을 높이기 위해 단면 자속 특성이 이용됩니다. 다양한 자기 막대 배열을 결합하여 간단한 잠금 시스템을 만들 수도 있습니다. 막대의 자화가 평면 위로 최대화되고 평면 아래에서 최소화되도록 막대의 자화가 배열되면 각 막대(90)를 회전하여 자속 구속을 뒤집을 수 있습니다.o.
작동 중인 Halbach 어레이의 고급 예는 자기 부상이 캐리지를 지지하는 데 사용되는 Maglev 기차 트랙 또는 Inductrack에 있습니다. 마그네틱 어레이는 열차를 트랙 위로 약간 들어 올려 자석 무게의 최대 50배까지 지탱할 수 있습니다. 작업은 유도 원리를 기반으로 합니다. 어레이가 금속 트랙 코일을 통과할 때 자기장의 변화가 트랙에 전압을 유도합니다. 그런 다음 트랙은 자체 자기장을 생성하고 막대 자석의 두 개의 유사한 극을 함께 밀려고 할 때와 유사하게 이 자기장이 Halbach 어레이에 의해 생성된 자기장과 정렬될 때 반발력으로 인해 기차가 공중에 떠 있게 됩니다. 자기 부상 열차는 전통적인 바퀴 달린 열차의 속도를 늦추고 고속 운송을 제공할 수 있는 많은 마찰력을 겪지 않습니다. 실제로 2003년에 361mph에 도달한 일본 SCMaglev 열차 시스템은 현재 가장 빠른 철도 운송에 대한 기네스 세계 기록을 보유하고 있습니다.
Halbach 어레이는 또한 Halbach '위글러'로 알려진 싱크로트론 및 자유 전자 레이저(FEL)와 같은 고급 과학 실험에 사용됩니다. FEL은 매우 광범위하고 조정 가능한 주파수 범위를 가지며 의료에서 군사에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. Halbach wiggler는 FEL의 핵심 구성 요소 중 하나이며 어레이의 자기장이 하전 입자(보통 전자) 빔을 주기적으로 '흔들기' 위해 사용됩니다. 흔들기 효과는 방향을 변경하고 따라서 입자의 가속도를 변경합니다. 이것은 차례로 외부 레이저 소스와 결합될 때 고강도 싱크로트론 방사선(광자)의 방출로 이어집니다.
자석의 배열에 따라 자기장이 링 또는 실린더 내부에서 강하지만 외부에서는 무시할 수 있는 Halbach 실린더 및 링을 만드는 것도 가능합니다. 또는 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 구조는 일반적으로 브러시리스 AC 모터에 사용되며, 여기서 전통적으로 표유 필드는 토크와 효율성을 감소시킬 수 있습니다. 그러나 Halbach 실린더는 구조에 의해 본질적으로 차폐되어 있고 거의 모든 자속이 중앙에 포함되어 있기 때문에 이러한 문제를 방지하고 더 높은 토크를 생성할 수 있습니다.