Magnet digunakan dalam pelbagai teknologi moden. Mereka menggerakkan motor elektrik, peranti perubatan, dan peralatan saintifik berteknologi tinggi. Di antara semua jenis magnet yang berbeza, array Halbach adalah unik kerana ia mengoptimumkan kekuatan medan magnet dan arahannya. Array Halbach pertama kali dicadangkan oleh ahli fizik Klaus Halbach pada tahun 1980-an. Ia adalah susunan magnet kekal yang memaksimumkan kecekapan magnet dengan menumpukan medan di satu sisi dan meminimumkannya di sisi yang lain. Dalam artikel ini, kita akan melihat prinsip di sebalik array Halbach, konfigurasi berbeza mereka, dan bagaimana ia digunakan dalam industri.

Array Halbach adalah susunan khusus magnet kekal yang menghasilkan medan magnet yang kuat dan bersifat unidirectional. Prinsip asasnya adalah anda mahu menguatkan medan magnet di satu sisi array sementara hampir membatalkannya di sisi yang lain. Anda mencipta pengagihan medan yang tidak simetri. Cara melakukannya adalah dengan menyelaraskan momen magnet magnet supaya mereka memperkuat fluks magnet di satu sisi dan mengurangkannya di sisi yang lain.

• Susunan geometri: Berbeza dengan array tradisional, di mana momen magnet semuanya disusun dalam satu arah, magnet dalam array Halbach disusun dalam pola berputar secara spatial. Susunan ini menumpukan medan magnet di satu sisi array.
• Penyelarasan momen magnet: Magnet disusun sedemikian rupa sehingga momen magnet mereka menguatkan satu sama lain di satu sisi array dan membatalkan satu sama lain di sisi yang lain.
• Fluks satu sisi: Penumpuan medan ini bermakna array Halbach boleh menghasilkan medan magnet yang lebih kuat berbanding array konvensional. Ini menjadikannya sangat cekap untuk aplikasi yang memerlukan medan yang kuat dan tertumpu.

John C. Mallinson mengamati susunan ini pada tahun 1973. Beliau menganggapnya menarik tetapi tidak mempunyai idea tentang cara menggunakannya. Kemudian, pada tahun 1980-an, Klaus Halbach secara bebas menemui semula konfigurasi ini dan mengaplikasikannya kepada pemecut zarah. Ia secara signifikan meningkatkan fokus dan pemanduan sinar.

Array Halbach datang dalam konfigurasi berbeza untuk memenuhi keperluan aplikasi dan kriteria prestasi tertentu.

Array Linear: Satu garis lurus magnet. Anda akan melihat ini dalam motor linear dan penjana.

Array Bulat: Magnet disusun dalam pola bulat. Anda mendapat medan magnet radial, yang sesuai untuk peranti berputar.

Array Silinder: Magnet disusun mengelilingi silinder. Medan magnet sama ada tertumpu di dalam atau di luar silinder, bergantung kepada orientasi magnet. Jenis ini sering digunakan dalam motor AC tanpa berus untuk meningkatkan tork dan kecekapan.

Array Sfera: Satu susunan Halbach tiga dimensi. Medan magnet adalah seragam di dalam sfera. Ini berguna untuk eksperimen saintifik yang memerlukan medan magnet isotropik.

Susunan Dataran: Susunan Halbach dua dimensi yang rata. Ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan medan magnet yang fokus, seperti sensor atau aktuator.

Susunan Bersegmen: Susunan ini boleh disesuaikan kerana ia dibahagikan kepada segmen. Anda boleh mengawal kekuatan dan arah medan magnet dengan konfigurasi ini.

Ini adalah jenis-jenis susunan Halbach yang tersedia untuk membantu memenuhi keperluan khusus anda.

Kekuatan susunan Halbach bergantung kepada jenis magnet yang digunakan, bagaimana ia disusun, dan apa yang anda perlukan daripada mereka. Susunan Halbach terkenal dengan keupayaannya menumpukan kekuatan medan magnet pada satu sisi. Ini bermakna ia boleh mempunyai ketumpatan fluks magnet yang jauh lebih tinggi berbanding susunan magnet tradisional.

Dari segi kekuatan yang boleh diukur, susunan Halbach boleh mempunyai ketumpatan fluks yang lebih tinggi, diukur dalam unit Tesla (T) atau Gauss (G). Kerana susunan Halbach boleh menumpukan medan magnet pada satu sisi, ia adalah penyelesaian yang hebat untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan medan magnet yang tinggi seperti sistem levitasi magnetik atau pemecut zarah.

.

Susunan Halbach digunakan dalam pelbagai industri kerana mereka boleh menumpukan dan mengawal medan magnet dengan sangat tepat.

1. Motor Elektrik dan Penjana: Susunan Halbach digunakan untuk menjadikan motor elektrik dan penjana lebih berkuasa. Mereka menumpukan medan magnet di tempat yang diperlukan, yang menjadikan motor atau penjana lebih cekap dan berkuasa. Motor AC tanpa berus mendapat manfaat daripada susunan silinder kerana ia membantu mengurangkan medan magnet stray, yang meningkatkan tork.
2. Pengangkutan Maglev: Kereta maglev menggunakan susunan Halbach untuk mencapai perjalanan berkelajuan tinggi tanpa geseran. Fluks satu sisi dari susunan Halbach menghasilkan medan magnet yang kuat yang mengangkat kereta dari landasan dan mendorongnya ke hadapan. Teknologi ini mengurangkan keausan pada kereta dan landasan, menjadikan pengangkutan lebih lancar dan pantas. Kereta maglev di Malaysia, yang memegang rekod dunia untuk pengangkutan rel terpantas pada 361 mph, menggunakan susunan Halbach.
3. Mesin MRI: Dalam bidang perubatan, susunan Halbach digunakan untuk meningkatkan prestasi mesin MRI. Susunan ini menghasilkan medan magnet yang kuat dan terlokalisasi, yang meningkatkan kualiti imej dan mengurangkan masa yang diambil untuk melakukan imbasan. Ini menjadikan proses lebih cekap.
4. Turbina Angin: Susunan Halbach semakin digunakan dalam penjana turbin angin untuk meningkatkan kecekapan penukaran tenaga angin kepada tenaga elektrik. Dengan menumpukan medan magnet, anda boleh mendapatkan lebih banyak tenaga daripada angin, menjadikan tenaga angin sumber tenaga boleh diperbaharui yang lebih berdaya maju.
5. Instrumen Saintifik: Susunan Halbach digunakan dalam instrumen saintifik canggih seperti laser elektron bebas (FEL) dan synchrotron. Dalam FEL, medan magnet dari susunan Halbach menyebabkan aliran elektron 'bergoyang,' yang menghasilkan radiasi synchrotron yang sangat intensif. Radiasi ini digunakan dalam pelbagai aplikasi penyelidikan saintifik dan perubatan.

Susunan Halbach mempunyai beberapa kelebihan berbanding susunan magnet tradisional:

• Kekuatan Magnet yang Meningkat: Kerana medan magnet tertumpu pada satu sisi susunan, anda boleh mendapatkan kepekatan medan magnet yang jauh lebih tinggi. Ini menjadikan sistem seperti motor, mesin MRI, dan kereta maglev berprestasi lebih baik.
• Pengawalan Arah: Susunan Halbach memberikan kawalan yang tepat ke atas arah medan magnet. Ini penting apabila anda memerlukan medan magnet yang fokus untuk aplikasi anda.
• Kecekapan: Susunan Halbach adalah padat dan ringan. Ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kecekapan dan ruang yang terhad.
• Pengurangan Medan Lintang: Keupayaan untuk menindas medan magnet di satu sisi array membolehkan anda meminimumkan medan lintang. Ini meningkatkan kecekapan dan keselamatan banyak aplikasi seperti motor dan galas magnet.

Array Halbach adalah konfigurasi magnet yang unik dan berkuasa yang digunakan dalam pelbagai industri. Ia digunakan dalam motor elektrik, kereta maglev, mesin MRI, dan penyelidikan saintifik. Keupayaan untuk menumpukan dan mengawal medan magnet dengan tahap ketepatan yang tinggi menjadikan array Halbach alat penting dalam teknologi moden. Semakin ramai penyelidik dan jurutera terus mencari cara baru untuk menggunakan konfigurasi ini dan memperbaikinya, kita akan melihat peranan array Halbach terus berkembang dan memacu inovasi serta kecekapan dalam sistem magnet.