Dokumen tersebut membahas beberapa penerapan magnet permanen dalam berbagai sistem dan aplikasi, di antaranya motor listrik, aktuator seperti speaker dan sensor ABS, sistem magnetomekanik seperti bantalan magnetik dan kopling magnetik, serta sumber medan magnet untuk MRI dan synchrotron. Bahan magnet permanen seperti ferrit, AINiCo, dan terutama NdFeB digunakan karena kemampuannya menghasilkan medan magnet yang kuat dan homogen.

1. Bahan Magnet n
Superkonduktor
1

2. Bahan Magnet n
Superkonduktor
2
MOTORMOTOR
Struktur klasik motor DC bipolar
Mesin sinkronous
Permanen magnet dengan
magnet orthoradial (6
poles)
Klasik motor DC: Fluks di stator dihasilkan oleh dua magnet. Type ini biasanya digunakan
beberapa aksesori kendaraan (seperti kipas motor, windscreen wipers, dll.) terbuat dari
sintered ferrite magnets. Bahan ditempelkan menetap pada stator.
Permanent magnets pada Synchronous machines diletakkan/ditempelkan di rotor, atau
dimasukkan ke dalam posisi ortho-radial. Dalam struktur ini fluks magnet terkonsentrasi
pada pole pieces rotor, dan induksi yang tinggi di airgap. Dengan mengontrol suply arus
motor menghasilkan variasi total fluks mesin, dan variasi kecepatan. Biasanya dipakai
pada kendaraan tenaga penggerak listrik. Rentang daya yang digunakan (30 kW) mampu
dicapai dengan efisiensi 90 sampai 95% (motor + undulator), sedangkan motor DC
dengan kondisi yang sama hanya mampu menghasilkan efisiensi 75 sampai 80%.

3. Bahan Magnet n
Superkonduktor
3
THE EVOLUTION OF MOTORS
Classic structure of a Bipolar DC
motor
Permannet magnet synchronous
machine with orthoradial magnet (6
poles)
Small brushless dc motor

4. Bahan Magnet n
Superkonduktor
4
Loudspeaker adalah aktuator yang paling terkenal. Magnet berfungsi untuk
menghasilkan medan magnetik dalam kolom udara (airgap) yang berbentuk silinder.
Sebuah lilitan/koil ditempatkan melekat pada membran dari loudspeaker yang berada
pada kolom udara. Ketika sebuah arus melewati koil, maka koil tersebut akan
mengalami “gaya” (gaya Laplace) yang menggerakkan membran loudspeaker.
Bahan yang sering digunakan untuk aplikasi ini adalah magnet ferrite.
Interaksi perubahan medan magnetik koil dengan magnetik permanen menyebabkan
koil bergerak maju/mundur sehingga dihasilkan input signal.
ACTUATOR:
LOUDSPEAKER

5. Bahan Magnet n
Superkonduktor
5
ACTUATOR:
LOUDSPEAKER
Interaksi perubahan medan
magnetik koil dengan
magnetik permanen
menyebabkan koil bergerak
maju/mundur sehingga
dihasilkan input signal.
Koil
loudspeaker
dikenal
sebagai
voice coil

6. Bahan Magnet n
Superkonduktor
6
READ HEAD ACTUATOR FOR HARD DISK
ACTUATOR:
Prinsip yang sama juga digunakan pada aktuator yang digunakan untuk mengerakkan
read/write heads dalam sistim perekam disk magnetik (magnetic disk recording systems.)
Gerakan tersebut terjadi akibat perubahan medan magnetik antara magnet dan koil pada
kolom udara.
Hal penting dalam sistim ini adalah waktu akses (access time) yang sangat singkat. Untuk
menghasilkan waktu akses yang paling singkat, aktuator yang dibuat harus memiliki gaya
yang paling maksimal, yang diperoleh dari bahan NdFeB.

7. Bahan Magnet n
Superkonduktor
7
Prinsip operasi: gaya antar magnet permanen dengan karakteristik:
1. Polarisasi tinggi: bahan magnet unsur tanah jarang
2. Gaya magnet yang dihasilkan sebanding dengan kuadrat dari
polarisasi magnet
3. Operasi magnet: gaya tolak menolak, oleh karena itu kualitas magnet
dengan coercivities cukup tinggi sangat diperlukan,
4. Sistem utama magnetomechanical adalah bantalan magnetik
(bearings) dan magnetik kopling.
Magnetomechanical
systems:

8. Bahan Magnet n
Superkonduktor
8
1. Magnetic bearing: digunakan untuk sistem yang berputar berkecepatan tinggi:
flywheels, turbine
Dua jenis magnetic bearing (tolak-
menolak) dengan kekuatan gaya yang
sama: magnetisasi (a) axial, dan (b) radial
Magnetomechanical
systems:
Sistim radial lebih stabil dibandingkan dengan sistim aksial, namun pembuatan dan
magnetisasi sistim aksial (ring with axial anisotropy) lebih mudah dibandingkan dengan
sistim radial.
Ketidakstabilan aksial harus dikompensasi oleh kontrol mekanik. Kedua konfigurasi
memiliki kekuatan yang sama persis.
Magnet harus memiliki magnetisasi yang sangat homogen, untuk membatasi arus
induksi pada sisi ring dan harus mampu menahan medan magnet besar. Magnet unsur
tanah jarang digunakan karena memiliki induksi remanen, dan coercivities yang sangat
tinggi.

9. Bahan Magnet n
Superkonduktor
9
Magnetomechanical
systems:
2. Magnetic coupling: digunakan untuk mentransmisikan torsi dan gerakan melewati
penghalang, misalnya (e.g. Dinding reaktor vakumm, tangki penyimpan) ketika kontak
langsung tidak memungkinkan. Dalam industri digunakan pada Oven pengering. Magnetic
couplings juga digunakan untuk membatasi torsi dan meredam getaran selama transmisi
terjadi.
Dua tipe magnetic coupling:
(a) Coaxial, dengan dinding
pemisah flat,
(b) frontal coupling/face-to-
face (FF), dengan dinding
pemisah berbentuk
silinder.
Dalam sistim FF torsi maksimum diatur melalui spasi antara dua bagian pasangan, dan
sistim koaksial digunakan torsi yang besar. Sistim magnetic bearings, dan magnetic
coupling dibuat dari rare earth magnets. Pada suhu rendah digunakan NdFeB; atau paling
cocok dengan SmCo.

10. Bahan Magnet n
Superkonduktor
10
Meteran Air
Transmisi magnetik dalam meteran
air
Contoh lain dari penerapan kopling magnetik adalah dalam sistim transmisi
meteran air.
Poros eksternal dipasangkan secara magnetik dengan turbin yang berputar
sebagaimana air melewati meter.
Transmisi magnetik beroperasi dengan transmisi torsi relatif rendah.
Magnetomechanical
systems:

11. Bahan Magnet n
Superkonduktor
11
Ada beberapa aplikasi yang menggunakan magnet sebagai sumber medan magnetik,
diantaranya adalah sensor: yaitu sistim yang menggunakan magnet untuk bias rangkaian
magnetik, dan untuk menghasilkan medan permanen magnet.
Sumber Medan
Catatan:
bias: menentukan medan magnetik dari rangkaian magnetik pada berbagai titik sehingga titik operasi tertentu dapat ditetapkan
secara pasti). Titik operasi disebut juga dengan titik bias, quiescent point, or simply Q-point.
ABS Sensors
Position sensor
1.1. SensorsSensors
Sensor ABS dipasang pada kendaraan tertentu. Roda gigi berputar dengan roda
kendaraan. Pada saat melewati setiap roda gigi maka fluks dalam “pole piece “ akan
bervariasi dengan demikian tegangan akan diinduksikan dalam koil. Dalam hal ini fluks
permanen dihasilkan dari bahan magnet AINiCo.
Roda gigi/roda kendaraan

perubahan fluks

Tegangan

putaran

12. Bahan Magnet n
Superkonduktor
12
Dalam sistim sensor ABS sensor, suhu sangat berpengaruh oleh karena itu bahan AINiCo
memenuhi kriteria tersebut. Sensor pada gambar berikut beroperasi pada moda yang
berbeda: Jumlah kedua induksi magnetik B1 dan B2 adalah konstan. Pada setiap “airgap”,
induksi magnetik diukur melalui “Hall probe”, dan pengukuran bervariasi secara linear
dengan posisi angular magnet.
Posisi sensor Magnetik angular
Keluaran sinyal dirumuskan sebagai: S = (B1 -B2)/(B1 + B2). Perbedaan operasi akan
mengimbangi perbedaan akibat efek tidak langsung seperti perubahan suhu.
Pertimbangan bahan magnet yang perlu diperhatikan untuk aplikasi ini adalah
penggunaan magnet yang memiliki magnetisasi yang sangat homogen, meskipun nilai
aktual dari magnetisasi itu sendiri tidak penting.
Penggunaan sensor permanen magnet dalam sistim kontrol secara elektrik:industri
kendaraan. Keunggulan sensor: kuat, handal, tahan aus, dan murah. Kegiunaan lain
sensor: di lift, mengukur kecepatan tinggi, Misalnya kereta api (TGV).

13. Bahan Magnet n
Superkonduktor
13
ABS Sensor Diagnostics, Troubleshooting and
Repair
How To Replace An ABS Wheel Speed Sensor

14. Bahan Magnet n
Superkonduktor
14
Sistim ArusSistim Arus EddyEddy
Aplikasi kurang dikenal dari penggunaan medan magnet adalah dalam sistim
pengereman (braking) dan sistem redaman mekanis. (mechanical damping systems) .
Dalam sistim arus Eddy, magnet digunakan pada counter listrik.
Prinsipnya adalah: disk yang berputar akan mengalami gaya pengereman saat
berdekatan dengan sistem magnet permanen.
Gambar di atas adalah skema prinsip kerja counter listrik. Peralatan ini memiliki motor
asinkron yang linear dengan redaman yang kuat.
Torsi motor :
1. sebanding dengan arus I yang diukur,
2. seimbang oleh rem arus eddy yang sebanding dengan kecepatan sudut
3. Akibatnya konsumsi arus dapat diukur secara temporal.
electric counter
Electronic counter-countermeasures (ECCM)
Electronic Countermeasures (ECM)
Electronic Protective Measures (EPM) (Europe)

15. Bahan Magnet n
Superkonduktor
15
Needle Drive In The Speedometer Of An AutomobileNeedle Drive In The Speedometer Of An Automobile (Eddy Current Speedometer)(Eddy Current Speedometer)
Aplikasi yang lain adalah jarum speedometer kendaraan.
Prinsip kerjanya adalah:
Sebuah kabel yang berputar (berada di bagian roda depan) akan memutar magnet di dalam
sebuah tabung aluminium yang menempel pada jarum. Torsi jarum sebanding dengan
kecepatan sudut roda. Sebuah pegas ditambahkan untuk mengembalikan torsi yang
sebanding dengan deviasi sudut. Jarum penghitung akan bergerak sebanding dengan
kecepatan sudut roda.
Bahan yang paling cocok adalah magnet AINiCo (sensitif terhadap perubahan suhu).
Fungsi peredam lain oleh arus Eddy adalah
1. Peredam kejutan dalam sistem suspensi magnetik (shock absorption in magnetic
suspension systems),
2. peredam getaran (vibration damping)
speedometer
Skematik
prinsip kerja
spedometer

16. Bahan Magnet n
Superkonduktor
16
More about speedometer:
http://www.madehow.com/Volume-7/Speedometer.html

17. Bahan Magnet n
Superkonduktor
17
Field sourceField source
Sebuah magnet merupakan sumber medan konstan yang ideal, tidak memerlukan catu
daya eksternal. Namun sumber medan dari magnet kini bersaing dengan kumparan
superkonduktor untuk pembuatan mesin Magnetic Resonance Imaging (MRI). Untuk
mengimbangi kumparan superkonduktor dalam satu sistim MRI dibutuhkan 1 ton
NdFeB.
Untuk memperoleh hasil MRI yang baik maka diperlukan medan konstan dan homogen
meliputi seluruh volume. Ada dua struktur yang sering digunakan; yaitu:
1. Menggunakan magnet berbentuk potongan-potongan pole (sehingga dihasilkan
medan magnet konstan) dan kuk/pasangan ferromagnet (FM yoke) (gambar kiri).
2. Menggunakan magnet berbentuk “Halbach cylinder” or “magic cylinder”. Arah
magnetisasi berubah secara kontinu sepanjang keliling silinder sedemikian sehingga
medan magnet dalam silinder konstan (gambar kanan).

18. Bahan Magnet n
Superkonduktor
18
Induksi magnetik dalam silinder dirumuskan sebagai: B = Jr ln(r2/r1).
Jika perbandingan (r2/r1) cukup besar maka induksi magnetik yang dihasilkan jauh lebih
besar daripada Jr. Batas atas induksi magnetik ditentukan oleh koersivitas bahan magnet
yang digunakan.
Bahan yang digunakan dengan induksi magnetik yang besar dan mampu menghasilkan
medan > 4T dalam sistim MRI adalah magnet NdFeB.
Struktur ini terdiri dari susunan bola magnet NdFeB, yang berisi inti besi-kobalt (FeCo),
dengan diameter luar 100 mm.
Kualitas dan nilai medan magnet NdFeB dipilih sedemikian sehingga medan demagnetisasi
masing-masing blok terjadi secara lokal. Prototipe ini mampu menghasilkan kerapatan fluks
4,6 T dalam volume 6 mm (diameter) x 0,5 mm (tinggi). Airgap dapat divariasikan dari 0,5
mm sampai 6 mm, namun medan magnetiknya akan berkurang menjadi 3 T.
Aplikasi terkini dari penggunaan magnet ini
adalah dalam eksperimen berkas magneto-
optik pada Synchrotron : ESRF (European
Synchrotron Radiation Facility).

19. Bahan Magnet n
Superkonduktor
19
Magnet juga dapat digunakan untuk menghasilkan medan berbentuk seperti belokan-
belokan cacing kecil (wigglers). Struktur ini dijumpai pada Synchrotron Grenoble
(ESRF).
Magnet NdFeB akan menghasilkan medan vertikal bolak-balik yang menjalar pada
kurva jalur partikel yang berputar dalam cincin.
Inilah gerakan yang dimana partikel mengemisikan radiasi synchrotron.
Diagram skematik prinsip terbentuknya
gelombang medan magnetik bolak-balik

20. Bahan Magnet n
Superkonduktor
20
BAGAN MESIN MRI
(1.5 – 4 T)
MAGNET: to align the hydrogen nuclei of the tissue to be imaged.
RF COIL : to change the energy state of the hydrogen nuclei and
to record the RF output of these perturbations
Tubuh manusia: Lemak dan Air. Zat ini memiliki banyak atom-atom hydrogen (~ 63%
hydrogen). Inti hydrogen memiliki sebuah sinyal NMR berkaitan dengan spin partikel inti
tsb. Partikel dengan spin yang berlawanan akan membentuk pasangan untuk
mengeliminasi keberadaan spin yang diobservasi (mis.,. helium).
Jadi MRI pada prinsipnya adalah ketidak berpasangan spin nuklir proton hydrogen. Ketika
proton ditempatkan dalam medan magnetik, proton tsb. akan berperilaku seperti sebuah
magnet (mis., proton akan memiliki kutub utara dan selatan) dan arahnya akan
bersesuaian dengan medan eksternal.

21. • Konduktor sempurna: resistivitas  = 0 (tanpa disipasi)
• Diamagnetik sempurna, menolak medan magnetik. B=0 di dalam
superkonduktor), =-1.
Bahan Magnet n
Superkonduktor
21
Meissner Effect

22. Bahan Magnet n
Superkonduktor
22
Efek ini hanya dapat diobservasi untuk medan magnetik lemah.
Kedua karakterisrik ( = 0 dan  = -1) menggambarkan karateristik superkonduktor.
Namun, keduanya tidak dapat dideduksi satu sama lain.
Konduktivitas tak berhingga tidak menggambarkan diamagnetik sempurna: suatu
keadaan yang menurut persamaan Maxwell, induksi magnetik tidak lagi bergantung
waktu (diluar jangkauan eddy current).
Jika suatu bahan hanya dikarakterisasi melalui konduktivitas tak berhingga, maka
seharusnya medan magnet akan terperangkap ketika bahan tersebut didinginkan di
bawah pengaruh medan.
Fakta yang sebenarnya adalah menolak induksi magnetik, suatu perbedaan karakteristik
yang sangat mendasar. Konsekuensi penting dari karakteristik kedua adalah bahwa
keadaan superkonduktor merupakan keadaan termodinamik.

23. Bahan Magnet n
Superkonduktor
23
1. Kawat/kumparan superkonduktor: mampu membawa rapat arus 10.000 Acm-2,
dengan medan magnet 20 T, dan 23 T
2. Tanpa disipasi (superkonduktor Tc tinggi non-resistif) jika dibandingkan dengan koil
dari tembaga (terjadi disipasi pada daya  20 MW),
3. Kesehatan (MRI) medan magnet yang bisa divariasikan, homogen dan stabil pada
seluruh volume,
4. Penelitian tentang fusi nuklir atau sinar partikel (penelitian pada fisika partikel, CERN),
5. Mesin (motor atau generator)
6. Transportasi seperti levitasi (bantalan magnetik dan superkonduktor untuk suspensi
poros mesin berputar),
7. Pembatas arus dalam power suply, mesin daya tinggi,
8. Informasi pembacaan dan penyimpanan
9. Deteksi, efek Josephson: mengukur sinyal yang sangat kecil (magnet atau listrik).
Medis: untuk mendeteksi anomali aktivitas otak melalui pemetaan medan magnet
(magnetoencephalography) untuk melokalisasi secara tepat wilayah yang rusak untuk
memudahkan tindakan medis seperti operasi. Pemetaan medan magnet yang terkait
dengan aktivitas jantung (magnetocardiography) memungkinkan untuk mendeteksi
anomali tertentu dalam sirkulasi darah atau fungsi otot jantung
10. Deteksi anomali medan magnet bumi untuk mengeksplorasi sumber daya alam, mata
air panas bumi, kesalahan sismic, dll

24. Bahan Magnet n
Superkonduktor
24
Kereta Levitasi Magnetik (maglev)
menggunakan magnetik untuk
mengangkat kereta di atas lintasan
beberapa inci menghilangkan efek
gesekan.
Japan Set to 2025
Kereta Levitasi Magnetik, dengan kecepatan
435 km/jam (270 mph) sedang dibangun di
Jerman
SUPERCONDUCTING COILS vs MAGNETIC