我们知道，在磁场存在的情况下，移动的带电粒子会感受到施加在其上的力，因此磁场可用于操纵移动的带电粒子。例如，地球磁场通过“推动”太阳发射的高能离子（太阳风），使它们绕过地球上的生命，到达地球两极来保护我们。磁场的形状和强度对于各种实验非常重要。适当开发磁场可以约束等离子体，引导、分类和加速移动的带电粒子，甚至制造粒子振荡。电磁体可以产生磁场，但它们体积很大，并且需要复杂的电源和冷却。永磁体更受欢迎，但在高矫顽力和高剩磁永磁体商业化之前，设计人员必须使用大型铝镍钴磁体。铝镍钴磁体比电磁体更容易集成，但它们不能用于阵列，因为它们会消磁，从而限制了它们的使用。当新型高矫顽力磁体商业化时，设计者可将它们排列成阵列，其中各个元素会“排斥”，从而增强磁场强度和形状。这些新型高矫顽力合金由稀土元素制成，第一种是钐钴（SmCo），第二种是钕铁硼（NdFeB）。海尔巴赫（Halbach）阵列实际上是一系列永磁体的特定排列。该阵列具有空间旋转的磁性模式，可以消除一侧的磁场，但增强另一侧的磁场。 海尔巴赫线性阵列和圆形阵列。海尔巴赫阵列起源于克劳斯·海尔巴赫（Klaus Halbach）。克劳斯是一位物理学家，他于20世纪80年代在劳伦斯伯克利国家实验室工作时，发明并使用这些磁体组件来聚焦粒子加速器束。其实，约翰·C·马林森 (John C. Mallinson) 早在几年前就发现了这种效应，但海尔巴赫对它们的使用让他的名字得以保留。海尔巴赫阵列的主要优点是它们可以在一侧产生强磁场，同时在另一侧产生非常小的杂散场。通过观察磁通量分布可以最好地理解这种效应。由12块磁铁构成的圆形海尔巴赫阵列，有如下常见的4种不同角度配置，可以产生不同的净磁场方向。 海尔巴赫阵列，K=1 海尔巴赫阵列，K=2 海尔巴赫阵列，K=3 海尔巴赫阵列，K=4K=1，2，3，4，表示绕一圈时磁化方向“转动”多少次。可以想象你绕着磁铁形成的圆圈行走，每个磁铁的旋转方向也会旋转一定的量。当k=1时，磁铁旋转360°的时间与你绕一圈的时间相同。当k=2时，磁铁旋转得更快。当你绕一圈时，磁铁会旋转两圈。也就是说，当你绕圆圈30°到达下一个磁铁时，你会发现磁化方向旋转了60°。同样，在k=3中，当你绕一圈时，磁铁会旋转三圈。最后，k=4经过，磁化方向变化四轮。将圆形阵列展开就得到线性海尔巴赫阵列。平面阵列将磁场包含在阵列的一侧，而圆形阵列将磁场集中在 圆内部或外部上。 28磁体，k=2圆形阵列海尔巴赫阵列。海尔巴赫阵列最明显的好处是，与具有相同数量磁体的其他阵列相比，产生的磁场非常强。该布置本质上提高了磁路的效率。海尔巴赫阵主要缺点是很难组装在一起，这是因为在组装过程中需要抵抗力以及确保组件在使用过程中“保持在一起”， 因为海尔巴阵列中的所有磁铁元件都相互排斥。这导致制造成本可能比其他潜在解决方案更高。另一个缺点是该阵列在高热应用中可能会出现问题，因为阵列元件彼此施加退磁场。随着工作温度的升高，磁体更容易退磁，并且相邻磁体的退磁也会加剧。这些薄而柔韧的磁铁用来吸引冰箱门，以保持冰箱内部较低的温度。这种磁铁比钕磁铁弱得多（仅有其2-3%的强度），但在该应用中价格低廉且有效。海尔巴赫阵列一个更高级的应用是磁悬浮列车，其中磁悬浮用于支撑车厢。磁性阵列将列车提升到轨道上方一小段距离，并且可以支撑高达磁铁50倍的重量。其工作基于感应原理，当阵列经过金属轨道线圈时，磁场的变化会在轨道中感应出电压。然后，轨道会产生自己的磁场，类似于当你尝试将两个相似的钕磁铁推到一起时，斥力会导致火车悬浮。在工业应用中，最常使用K=4阵列，从而放大所施加的磁力。海尔巴赫阵列产生的磁场类似于线圈产生的磁场，但尺寸小、成本低和免维护。之前聊过的直线电机，也可以用海尔巴赫阵列产生高磁场，在有限空间内减小电机设计尺寸，增加电机出力。海尔巴赫阵列还用于先进的科学实验，例如同步加速器和自由电子激光器，它们被称为海尔巴赫“摆动器”。
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