Làm thế nào để tăng lực hút của nam châm?
Đối với ứng dụng của lực hút từ, mọi người rất chú trọng đến lực hút của nam châm. Lực hút của nam châm có thể được tính toán (máy tính lực kéo) và có thể sử dụng công thức sau để tham khảo, nhưng cần lưu ý rằng các điều kiện mặc định của công thức là rất lý tưởng, nghĩa là phân bố từ trường rất đồng đều và độ thấm từ của vật bị thu hút rất cao (không áp dụng được vật liệu từ tính yếu như thép không gỉ dòng 300 và một số hợp kim sắt khác), độ dày và diện tích hấp phụ đủ (lực hút sẽ không được cải thiện nếu độ dày và diện tích tăng lên, nghĩa là không xem xét rò rỉ từ thông), tuy nhiên, giá trị tính toán chỉ có thể được sử dụng để tham khảo chứ không phải để tính toán chính xác.
F(N)=2*S(m²)*B(T)²/μ0
Trong số đó, S đại diện cho vùng hấp phụ, B đại diện cho mật độ từ thông khe hở không khí và μ0 là độ thấm chân không (hằng số, μ0=4π*10-7).
Từ công thức, ta thấy lực hút của nam châm tỉ lệ thuận với diện tích hấp phụ và mật độ từ thông khe hở không khí. Có thể thấy, tăng diện tích hấp phụ và tăng mật độ từ thông khe hở không khí là hai cách để tăng lực hút của nam châm.
1. Tăng diện tích hấp phụ
Vật bị hút ít nhất phải có khả năng bao phủ bề mặt hấp phụ nam châm và độ dày của vật bị hút có thể tăng lên nếu điều kiện cho phép.
Khi nam châm hút tấm sắt:
Diện tích hấp phụ giữa tấm sắt và nam châm càng lớn thì lực hút giữa nam châm và tấm sắt càng lớn. Khi diện tích hấp phụ bằng diện tích nam châm thì xu hướng lực hút trở nên lớn hơn sẽ chậm lại dần. Khi tấm sắt đủ lớn thì tăng lực hút. Diện tích của tấm sắt có thể không cải thiện được lực hút;
Khi diện tích của tấm sắt như nhau, khi độ dày của tấm sắt mỏng hơn, việc tăng độ dày của tấm sắt có thể làm tăng lực hút; khi tấm sắt dày hơn, việc tăng độ dày của tấm sắt sẽ tăng dần lực hút cho đến khi không còn tăng nữa.
2. Tăng mật độ thông lượng khe hở không khí
Khi diện tích hấp phụ S không đổi, việc tìm cách tăng mật độ từ thông khe hở không khí và giảm rò rỉ từ thông sẽ là cách hiệu quả hơn để tăng lực hút và có thể giảm rò rỉ từ thông một cách hiệu quả bằng từ hóa đa cực.
Từ sơ đồ mô phỏng từ trường, chúng ta có thể thấy rằng sau khi nam châm được chuyển sang từ hóa lưỡng cực, độ rò rỉ từ thông giảm đi đáng kể và một phần lớn các đường sức từ tạo thành một vòng khép kín mạch từ bên trong tấm sắt bị hấp phụ.
Nếu số cực được tăng thêm và một tấm dẫn điện từ được thêm vào đáy nam châm thì độ rò rỉ từ thông sẽ giảm hơn nữa và lực hút sẽ được cải thiện hơn nữa.
Xu hướng thiết kế hiện nay của các bộ phận từ tính là tăng cường sử dụng từ trường càng nhiều càng tốt. Thông qua việc thiết kế mạch từ nhiều cực hoặc mạch từ Halbeck hoặc thông qua sự dẫn hướng của một số vật liệu có tính thấm từ cao, từ trường có thể đi qua càng nhiều càng tốt. Vật hút tạo thành một mạch từ khép kín. Các ứng dụng điển hình là:
Tấm từ cao su được thiết kế để từ hóa đa cấp, một số là đa cực hai mặt và một số là đa cực một mặt. Hiệu suất nam châm của nam châm cao su rất thấp, nhưng sau khi thiết kế mạch từ đa cực, từ trường được phân bố dày đặc trên bề mặt. Rò rỉ từ thông trong quá trình hấp phụ là rất nhỏ, dẫn đến hiệu quả hấp phụ tốt hơn;
Thiết bị từ tính của cửa hút, thông qua sự hướng dẫn của tấm dẫn hướng từ tính, làm cho mạch từ gần như tạo thành một mạch từ vật thể bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ, do đó tốc độ sử dụng từ trường rất cao và trải nghiệm trực quan là lực hút nam châm nhỏ, lực hút rất lớn khi tiếp xúc trực tiếp.
Thiết kế lực hút từ không thể tách rời việc xem xét khoảng cách hấp phụ. Sự hấp phụ nêu trên dựa trên sự tiếp xúc trực tiếp. Nếu khoảng cách thay đổi thì lực hút thường thay đổi rất nhiều. Hình dưới đây cho thấy một số nam châm nam châm đơn điển hình. Các thiết bị và linh kiện từ tính đa cực cũng có quy luật tương tự. Số cực càng nhiều thì lực hút càng lớn khi khoảng cách là 0, nhưng lực hút sẽ yếu hơn khi khoảng cách tăng.
