Halbach-Arrays

Ein Halbach-Array ist eine spezifische Anordnung einer Reihe von Permanentmagneten. Das Array verfügt über ein räumlich rotierendes Magnetismusmuster, das das Feld auf einer Seite aufhebt, es aber auf der anderen Seite verstärkt. Die Hauptvorteile von Halbach-Arrays bestehen darin, dass sie auf einer Seite starke Magnetfelder erzeugen können, während sie auf der gegenüberliegenden Seite ein sehr kleines Streufeld erzeugen. Dieser Effekt lässt sich am besten durch Beobachtung der magnetischen Flussverteilung verstehen.

⢠Einseitiges Flussmittel ist in vielen Anwendungen nützlich – Datensicherheit – Transportwesen – Motordesign
⢠Halbach-Arrays sind von Natur aus gewichtseffizient.
⢠Arrays bieten höhere Flüsse als monolithische Magnete gleicher Größe.

Halbach-Arrays haben mittlerweile viele Anwendungen und werden in einer Reihe von Systemen unterschiedlicher Komplexität eingesetzt. Eine der einfachsten Anwendungen von Halbach-Arrays sind Kühlschrankmagnete. Dabei werden die einseitigen Flusseigenschaften ausgenutzt, um die Haltekraft des Magneten zu erhöhen. Variable Anordnungen von Stabmagneten können auch zu einfachen Schließsystemen kombiniert werden. Wenn die Magnetisierungen der Stäbe so angeordnet sind, dass das Feld über der Ebene maximiert und darunter minimiert wird, kann die Flussbegrenzung umgedreht werden, indem jeder Stabmagnet um 90° gedreht wird.

Ein fortgeschritteneres Beispiel für ein Halbach-Array in Aktion ist ein Magnetschwebebahngleis oder Inductrack, bei dem Magnetschwebebahn zur Unterstützung des Wagens eingesetzt wird. Die Magnetanordnungen heben den Zug ein kleines Stück über das Gleis und können ein bis zu 50-faches Gewicht des Magneten tragen. Der Betrieb basiert auf dem Prinzip der Induktion; Wenn das Array über die metallischen Spurspulen geführt wird, induzieren die Schwankungen des Magnetfelds eine Spannung in der Spur. Das Gleis erzeugt dann ein eigenes Magnetfeld, und ähnlich wie beim Versuch, die beiden gleichen Pole von Neodym-Stabmagneten zusammenzudrücken, wenn dieses Feld mit dem vom Halbach-Array erzeugten Feld übereinstimmt, führt die Abstoßung dazu, dass der Zug schwebt.

Halbach-Arrays werden auch in fortgeschrittenen wissenschaftlichen Experimenten wie Synchrotrons und Freie-Elektronen-Lasern verwendet, wo sie als Halbach-„Wiggler“ bekannt sind. FELs verfügen über einen sehr breiten und gut abstimmbaren Frequenzbereich und werden in vielen Anwendungen von der Medizin bis zum Militär eingesetzt.