Mảng Halbach là gì?

Mảng Halbach là sự sắp xếp của các nam châm vĩnh cửu tạo ra một trường mạnh hơn ở một bên trong khi giảm trường ở phía bên kia về gần bằng không. Điều này được thực hiện bằng cách lắp các nam châm sao cho các cực của chúng lệch pha nhau, thường là 90 độ.

Sự sắp xếp này về cơ bản làm chuyển hướng từ trường bên dưới cấu trúc (bề mặt “không hoạt động”) đến mặt phẳng phía trên cấu trúc (bề mặt “làm việc”), tăng cường từ trường của bề mặt làm việc và giảm từ trường ở mặt không làm việc về gần bằng không.

Động cơ được 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.

Trong một nam châm bình thường (bên trái) cường độ trường ở mặt trên và mặt dưới của nam châm bằng nhau. Trong mảng Halbach (bên phải), cường độ trường tập trung ở phía trên, với trường rất yếu ở phía dưới.

Việc quay nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường mạnh ở một bên và từ trường gần như bằng không ở bên kia hay được gọi là “từ thông một phía” được John Mallinson phát hiện vào những năm 1970.

Nhưng vào những năm 1980, Klaus Halbach của Berkeley Labs đã phát hiện lại hiện tượng này và tạo ra cái mà ngày nay được gọi là mảng Halbach, sử dụng chúng để tập trung và điều hướng các chùm tia trong máy gia tốc hạt.

Ngoài cấu tạo dạng thanh mảng Halbach cũng có thể được cấu tạo sắp xếp theo hình tròn hoặc hình trụ, với từ trường tập trung ở đường kính ngoài hoặc đường kính trong.

Một động cơ điện có thể được chế tạo bằng cách sử dụng mảng Halbach hình trụ, với từ trường hướng vào bên trong hình trụ và các cuộn dây.

Mảng Halbach có thể đứng yên và với các cuộn dây quay hoặc mảng Halbach có thể đóng vai trò là phần tử quay, với các cuộn dây đứng yên. Trong cấu hình thứ hai, các cuộn dây stato sẽ được chuyển đổi điện và động cơ có thể hoạt động như một động cơ DC không chổi than hoặc động cơ AC không chổi than.

Một xi lanh Halbach có thể được sử dụng trong động cơ điện, với từ trường tập trung ở đường kính trong và mảng Halbach quay xung quanh các cuộn dây.

Mặc dù chưa phổ biến, nhưng động cơ điện dựa trên mảng Halbach mang lại nhiều ưu điểm hơn các động cơ điện thông thường như công suất cao và hiệu suất cao. Một trong những yếu tố làm nên những ưu điểm này là động cơ mảng Halbach không có các lớp sắt cán mỏng.

Điều này làm giảm đáng kể tổn thất dòng điện xoáy và tổn thất do trễ - thường được gọi là “tổn thất sắt” hoặc “tổn thất cốt lõi”. Tuy nhiên, dòng điện xoáy và tổn thất dòng điện xoáy vẫn còn trong các cuộn dây, do chuyển động tương đối giữa các cuộn dây và từ trường.

Chúng có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng một loại dây, được gọi là “dây Litz”. Việc loại bỏ lớp sắt cán mỏng phía sau cũng làm giảm trọng lượng và quán tính, cho phép động cơ khởi động và dừng nhanh hơn và đạt tốc độ tối đa cao hơn (10.000 vòng / phút trở lên).

Dây Litz là một loại dây hoặc cáp nhiều sợi cụ thể được sử dụng trong điện tử để mang dòng điện xoay chiều (AC) ở tần số vô tuyến.

Các dây được sử dụng để làm giảm hiệu ứng bề mặt cho các tần số từ vài kHz tới khoảng 1 MHz Nó bao gồm nhiều sợi dây mỏng, được cách điện riêng lẻ và xoắn hoặc đan lại với nhau, theo một trong số các mẫu được quy định cẩn thận vì thế từ trường tổng thể sẽ tác động lên các dây dẫn này tương đương nhau và kết quả là dòng điện tổng cộng sẽ được phân bổ giống nhau giữa chúng.

Dây Litz thông thường được sử dụng trong các dây quấn của các máy biến thế tần số cao, để tăng hiệu quả của chúng.

Nhược điểm chính của động cơ mảng Halbach là chi phí cao cụ thể là chi phí cao từ sản xuất mảng Halbach . Bởi vì các nam châm được bố trí với nhau sao cho từ trường được theo ý muốn, các quy trình lắp ráp các nam châm và phương pháp cố định nam châm là tương đối tốn công sức.

>>> Mời anh em xem thêm:

• Cảm biến tiệm cận điện dung là gì?
• Cảm biến tiệm cận là gì?
• Làm thế nào để chọn tỷ số truyền cho hộp giảm tốc?