永久磁石--ハルバッハ配列

ハルバッハ配列は、一連の永久磁石の特定の配置です。 アレイには空間的に回転する磁気のパターンがあり、一方の側で磁場を打ち消しますが、もう一方の側では磁場を増強します。 ハルバッハ配列の主な利点は、片側に強い磁場を生成し、反対側に非常に小さな漂遊磁場を生成できることです。 この効果は、磁束分布を観察することで最もよく理解できます。

交互に磁化される強磁性材料（永久的に磁化できる材料）のストリップは、磁場が複合構造の平面の上に整列し、構造の下では磁場が反対方向になり、相殺されるように組み合わされます。 より正確には、磁化の交互成分はp/2または90です。o位相がずれています。

上に示した理想的なケースでは、この重ね合わせにより、構造が均一に磁化されている場合の2倍の大きさの磁場が平面上に生成され、平面の下には磁場が生成されません。 ただし、実際には理想的なケースは観察されず、下側に非常に小さなフィールドが生成されます。 この配置を無期限に継続して、大きなアレイを作成できます。

これらの「片側フラックス」構造は、1973年にジョンC.マリンソンによって最初に発見されました。彼は、磁気テープ記録技術を改善する可能性のある「好奇心」としてそれらを説明しました。 しかし、バークレーの物理学者クラウス・ハルバッハが独自にこの磁気現象を再発見し、粒子加速器で使用するハルバッハ配列を作成した1980年代まで、それらの真の可能性は実現されませんでした。粒子加速器ビームの操縦。

ハルバッハ配列には現在多くの用途があり、さまざまな複雑さのさまざまなシステムで使用されています。 ハルバッハ配列の最も単純な用途の1つは、冷蔵庫用マグネットです。 この場合、磁石の保持力を高めるために片側磁束特性が利用されます。 磁気ロッドの可変アレイを組み合わせて、単純なロックシステムを作成することもできます。 磁場が平面の上で最大になり、平面の下で最小になるようにロッドの磁化が配置されている場合、各ロッドを回転させることによって磁束の閉じ込めを反転させることができます90o.

動作中のハルバッハ配列のより高度な例は、磁気浮上を使用してキャリッジを支持する磁気浮上式鉄道線路またはインダクトラックです。 磁気アレイは列車を線路から少し上に持ち上げ、磁石の最大50倍の重量を支えることができます。 操作は帰納の原理に基づいています。 アレイが金属製のトラックコイルを通過すると、磁場の変化によってトラックに電圧が誘導されます。 次に、トラックは独自の磁場を生成し、棒磁石の2つの同様の極を一緒に押し込もうとした場合と同様に、この磁場がハルバッハ配列によって生成された磁場と一致すると、反発によって列車が浮上します。 リニアモーターカーは、従来の車輪付き列車の速度を低下させ、高速輸送を提供できる摩擦力の多くに悩まされることはありません。 実際、2003年に361 mphに達した日本のSCMaglev列車システムは、現在、最速の鉄道輸送でギネス世界記録を保持しています。

ハルバッハ配列は、シンクロトロンや自由電子レーザー（FEL）などの高度な科学実験でも使用されており、ハルバッハ「ウィグラー」として知られています。 FELは非常に広く、高度に調整可能な周波数範囲を持ち、医療から軍隊に至るまで多くのアプリケーションで使用されています。 ハルバッハウィグラーは、FELのコアコンポーネントの1つであり、アレイの磁場を使用して、荷電粒子（通常は電子）のビームを定期的に「ウィグル」します。 ウィグリング効果により、方向が変化し、粒子の加速度が変化します。 これにより、外部のレーザー光源と組み合わせると、高強度のシンクロトロン放射（光子）が放出されます。

磁石の配置によっては、リングまたはシリンダーの内側では磁場が強いが外側では無視できる、ハルバッハのシリンダーおよびリングを作成することもできます。 これらの構造は通常、ブラシレスACモーターに使用されます。このモーターでは、従来の漂遊磁界によってトルクと効率が低下する可能性があります。 ただし、ハルバッハシリンダーは本質的にその構造によってシールドされており、ほとんどすべてのフラックスが中心に含まれているため、この問題を回避し、より高いトルクを生成することができます。