Mảng Halbach là một cấu trúc bố trí nam châm vĩnh cửu đặc biệt. Bằng cách sắp xếp các nam châm vĩnh cửu ở các góc và hướng cụ thể, có thể đạt được một số đặc tính từ trường độc đáo. Một trong những tính năng đáng chú ý nhất của nó là khả năng tăng cường đáng kể cường độ từ trường theo một hướng cụ thể đồng thời làm suy yếu đáng kể từ trường ở phía bên kia, gần như tạo thành hiệu ứng từ trường đơn phương. Đặc tính phân bố từ trường này cho phép tăng mật độ công suất một cách hiệu quả trong các ứng dụng động cơ, vì từ trường tăng cường cho phép động cơ tạo ra mô-men xoắn lớn hơn trong một thể tích nhỏ hơn. Trong một số thiết bị chính xác như tai nghe và các thiết bị âm thanh khác, mảng Halbach cũng có thể cải thiện hiệu suất của bộ âm thanh bằng cách tối ưu hóa từ trường, mang đến cho người dùng trải nghiệm âm thanh tốt hơn, chẳng hạn như tăng cường hiệu ứng âm trầm và cải thiện độ trung thực và phân lớp của âm thanh. âm thanh. Chờ đợi.
Công ty TNHH Công nghệ Điện Nam châm Hàng Châu xem xét cả việc tối ưu hóa hiệu suất và tính khả thi trong sản xuất trong việc ứng dụng công nghệ mảng Halbach, kết hợp đổi mới công nghệ với các ứng dụng thực tế. Tiếp theo, hãy cùng khám phá sức hấp dẫn độc đáo của mảng Halbach.
1. Lĩnh vực ứng dụng và ưu điểm của mảng Halbach chính xác
1.1 Kịch bản và chức năng ứng dụng
Động cơ truyền động trực tiếp: Để giải quyết các vấn đề về kích thước lớn hơn và chi phí cao hơn do sự gia tăng số lượng cặp cực mà động cơ truyền động trực tiếp phải đối mặt trong các ứng dụng trên thị trường, công nghệ từ hóa mảng Halbeck mang đến một ý tưởng mới. Sau khi áp dụng công nghệ này, mật độ từ thông ở phía khe hở không khí tăng lên rất nhiều và từ thông trên ách rôto giảm xuống, giúp giảm trọng lượng và quán tính của rôto một cách hiệu quả và cải thiện phản ứng nhanh của hệ thống. Đồng thời, mật độ từ thông khe hở không khí gần với sóng hình sin hơn, làm giảm hàm lượng sóng hài vô ích, giảm mô-men xoắn và gợn sóng mô-men xoắn, đồng thời cải thiện hiệu suất động cơ.
Động cơ AC không chổi than: Mảng vòng Halbeck trong động cơ AC không chổi than có thể tăng cường lực từ theo một hướng và đạt được sự phân bổ lực từ hình sin gần như hoàn hảo. Ngoài ra, do sự phân bố lực từ một chiều, vật liệu phi sắt từ có thể được sử dụng làm trục trung tâm, giúp giảm đáng kể trọng lượng tổng thể và nâng cao hiệu quả.
Thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI): Nam châm Halbeck hình vòng có thể tạo ra từ trường ổn định trong thiết bị chụp ảnh y tế, được sử dụng để định vị và kích thích hạt nhân nguyên tử trong các vật thể được phát hiện để thu được thông tin hình ảnh có độ phân giải cao.
Máy gia tốc hạt: Nam châm Halbeck hình vòng hướng dẫn và điều khiển đường chuyển động của các hạt năng lượng cao trong máy gia tốc hạt, tạo ra từ trường mạnh để thay đổi quỹ đạo và tốc độ của các hạt, đồng thời đạt được gia tốc và sự tập trung của hạt.
Động cơ vòng: Nam châm Halbach hình vòng tạo ra các từ trường khác nhau bằng cách thay đổi hướng và cường độ dòng điện để điều khiển động cơ quay.
Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm vật lý để tạo ra từ trường ổn định và đồng đều phục vụ nghiên cứu về từ tính, khoa học vật liệu, v.v.
1.2Ưu điểm
Từ trường mạnh: Nam châm Halbeck chính xác hình vòng áp dụng thiết kế nam châm vòng, cho phép tập trung và tập trung từ trường trong toàn bộ cấu trúc vòng. So với nam châm thông thường, nó có thể tạo ra từ trường cường độ cao hơn.
Tiết kiệm không gian: Cấu trúc vòng cho phép từ trường vòng theo đường vòng khép kín, giảm không gian bị nam châm chiếm giữ, giúp thuận tiện hơn khi lắp đặt và sử dụng trong một số trường hợp.
Phân bố từ trường đồng đều: Do cấu trúc thiết kế đặc biệt, sự phân bố từ trường theo đường tròn tương đối đồng đều và sự thay đổi cường độ từ trường tương đối nhỏ, có lợi cho việc cải thiện tính ổn định của từ trường.
Từ trường đa cực: Thiết kế có thể tạo ra từ trường đa cực và có thể đạt được cấu hình từ trường phức tạp hơn trong các tình huống ứng dụng cụ thể, mang lại tính linh hoạt và khả năng hoạt động cao hơn cho các thí nghiệm và ứng dụng có nhu cầu đặc biệt.
Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường: Vật liệu thiết kế thường sử dụng vật liệu có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Đồng thời, thông qua thiết kế hợp lý và tối ưu hóa cấu trúc mạch từ, lãng phí năng lượng sẽ giảm và đạt được mục đích tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
Tỷ lệ sử dụng nam châm vĩnh cửu cao: Do từ hóa định hướng của nam châm Halbach, điểm hoạt động của nam châm vĩnh cửu cao hơn, thường vượt quá 0,9, giúp cải thiện tỷ lệ sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Hiệu suất từ tính mạnh: Halbach kết hợp sự sắp xếp hướng tâm và song song của nam châm, xử lý tính thấm từ của các vật liệu thấm từ xung quanh là vô hạn để tạo thành từ trường đơn phương.
Mật độ năng lượng cao: Từ trường song song và từ trường hướng tâm sau khi vòng từ Halbach bị phân hủy chồng lên nhau, làm tăng đáng kể cường độ từ trường ở phía bên kia, có thể làm giảm kích thước của động cơ một cách hiệu quả và tăng mật độ năng lượng của động cơ. Đồng thời, động cơ làm bằng nam châm mảng Halbach có hiệu suất cao mà động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thông thường không thể đạt được và có thể cung cấp mật độ năng lượng từ cực cao.
2. Khó khăn kỹ thuật của mảng Halbach chính xác
Mặc dù mảng Halbach có nhiều ưu điểm nhưng việc triển khai kỹ thuật của nó cũng gặp nhiều khó khăn.
Đầu tiên, trong quá trình sản xuất, cấu trúc nam châm vĩnh cửu mảng Halbach lý tưởng là hướng từ hóa của toàn bộ nam châm vĩnh cửu hình khuyên thay đổi liên tục dọc theo hướng chu vi, nhưng điều này khó đạt được trong sản xuất thực tế. Để cân bằng sự mâu thuẫn giữa hiệu suất và quy trình sản xuất, các công ty cần áp dụng các giải pháp lắp ráp đặc biệt. Ví dụ, nam châm vĩnh cửu hình khuyên được chia thành các khối nam châm rời rạc hình quạt có hình dạng hình học giống nhau và các hướng từ hóa khác nhau của mỗi khối nam châm được ghép thành một vòng, và cuối cùng là sơ đồ lắp ráp của stato và rôto là hình thành. Cách tiếp cận này tính đến cả việc tối ưu hóa hiệu suất và tính khả thi trong sản xuất, nhưng nó cũng làm tăng độ phức tạp trong sản xuất.
Thứ hai, độ chính xác lắp ráp của mảng Halbach phải cao. Lấy tổ hợp mảng Halbach chính xác được sử dụng cho các bàn chuyển động bay lên từ làm ví dụ, việc lắp ráp rất khó khăn do sự tương tác giữa các nam châm. Quá trình lắp ráp truyền thống rất cồng kềnh và dễ gây ra các vấn đề như độ phẳng thấp và khe hở lớn trong mảng nam châm. Để giải quyết những vấn đề này, phương pháp lắp ráp mới sử dụng cườm làm công cụ phụ trợ. Nam châm chính có hướng lực hướng lên của nam châm chính trước tiên được hấp phụ trên hạt rồi đặt ở tấm dưới cùng, giúp cải thiện hiệu quả lắp ráp và độ kín của mảng nam châm. và độ chính xác về vị trí của nam châm cũng như độ tuyến tính và độ phẳng của mảng nam châm.
Ngoài ra, công nghệ từ hóa của mảng Halbach cũng gặp nhiều khó khăn. Theo công nghệ truyền thống, các loại mảng Halbach khác nhau hầu hết đều được từ hóa trước và sau đó được lắp ráp khi sử dụng. Tuy nhiên, do có thể thay đổi hướng lực giữa các nam châm vĩnh cửu của mảng nam châm vĩnh cửu Halbach và độ chính xác lắp ráp cao nên các nam châm vĩnh cửu sau khi từ hóa trước là Nam châm thường cần có khuôn đặc biệt trong quá trình lắp ráp. Mặc dù công nghệ từ hóa tổng thể có ưu điểm là cải thiện hiệu suất từ hóa, giảm chi phí năng lượng và giảm rủi ro lắp ráp nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn thăm dò do khó khăn về mặt kỹ thuật. Dòng chính của thị trường vẫn được sản xuất theo phương pháp tiền từ hóa rồi lắp ráp.
3. Ưu điểm của mảng Halbach chính xác của Công nghệ Từ tính Hàng Châu
3.1. Mật độ năng lượng cao
Mảng Halbach chính xác của Công nghệ năng lượng nam châm Hàng Châu có lợi thế đáng kể về mật độ năng lượng. Nó chồng lên từ trường song song và từ trường hướng tâm, làm tăng đáng kể cường độ từ trường ở phía bên kia. Tính năng này có thể làm giảm kích thước của động cơ một cách hiệu quả và tăng mật độ năng lượng. So với cấu trúc động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống, Công nghệ Nam châm Hàng Châu sử dụng công nghệ mảng Halbach chính xác để thu nhỏ động cơ ở cùng công suất đầu ra, tiết kiệm không gian cho các tình huống ứng dụng khác nhau và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng.
3.2. Stator và rôto không cần máng trượt
Trong động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống, do sự hiện diện không thể tránh khỏi của sóng hài trong từ trường khe hở không khí, nên thường phải áp dụng các đường dốc trên cấu trúc stato và rôto để làm suy yếu ảnh hưởng của chúng. Từ trường khe hở không khí mảng Halbach chính xác của Công nghệ năng lượng nam châm Hàng Châu có mức độ phân bố từ trường hình sin cao và hàm lượng sóng hài nhỏ. Điều này giúp loại bỏ sự lệch trong stato và rôto, điều này không chỉ đơn giản hóa cấu trúc động cơ, giảm khó khăn và chi phí sản xuất mà còn cải thiện độ ổn định vận hành và độ tin cậy của động cơ.
3.3. Rôto có thể được làm bằng vật liệu không lõi
Hiệu ứng tự bảo vệ của mảng Halbach chính xác tạo ra từ trường một phía, mang lại không gian lớn hơn cho việc lựa chọn vật liệu rôto. Công nghệ Nam châm Hàng Châu tận dụng tối đa lợi thế này và có thể chọn vật liệu không lõi làm vật liệu rôto, giúp giảm mô men quán tính và cải thiện hiệu suất phản ứng nhanh của động cơ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các tình huống ứng dụng yêu cầu khởi động và dừng thường xuyên cũng như điều chỉnh tốc độ nhanh, chẳng hạn như dây chuyền sản xuất tự động, robot và các lĩnh vực khác.
3.4. Tỷ lệ sử dụng nam châm vĩnh cửu cao
Mảng Halbach chính xác của Công nghệ năng lượng nam châm Hàng Châu sử dụng từ hóa định hướng để đạt được điểm vận hành cao hơn, thường vượt quá 0,9, giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ sử dụng nam châm vĩnh cửu. Điều này có nghĩa là với cùng một lượng nam châm, từ trường mạnh hơn có thể được tạo ra và hiệu suất đầu ra của động cơ có thể được cải thiện. Đồng thời, còn giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên quý hiếm, giảm chi phí, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững.
3.5. Có thể sử dụng cuộn dây tập trung
Do sự phân bố hình sin cao của từ trường của mảng Halbeck chính xác và ảnh hưởng nhỏ của từ trường hài, Công nghệ năng lượng nam châm Hàng Châu có thể sử dụng cuộn dây tập trung. Cuộn dây tập trung có hiệu suất cao hơn và tổn thất thấp hơn so với cuộn dây phân tán được sử dụng trong động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống. Ngoài ra, cuộn dây tập trung cũng có thể làm giảm kích thước và trọng lượng của động cơ, tăng mật độ công suất và mang lại nhiều khả năng thu nhỏ và làm nhẹ động cơ hơn.
4. Đội ngũ R&D
Công nghệ năng lượng nam châm Hàng Châu có đội ngũ R&D chuyên nghiệp và hiệu quả, hỗ trợ mạnh mẽ cho công ty trong việc ứng dụng và đổi mới công nghệ mảng Halbach chính xác.
Các thành viên trong nhóm đến từ các lĩnh vực chuyên môn khác nhau và có nền tảng và kinh nghiệm kỹ thuật phong phú. Một số người trong số họ có bằng tiến sĩ và thạc sĩ về kỹ thuật điện, từ tính, khoa học vật liệu và các chuyên ngành liên quan khác, đồng thời có hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành về nghiên cứu và phát triển động cơ, thiết kế nam châm, quy trình sản xuất và các lĩnh vực khác. Nhiều năm kinh nghiệm giúp họ nhanh chóng hiểu và giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp. Trong tương lai, nhóm sẽ tiếp tục khám phá các lĩnh vực ứng dụng khác nhau và hướng phát triển mới của công nghệ mảng Halbach chính xác.
Thời gian đăng: 26/11/2024
