แรงดึงดูดของแม่เหล็กและอุปกรณ์แม่เหล็ก

ในปัจจุบัน การใช้งานแม่เหล็กหลายอย่างมีพื้นฐานอยู่บนหลักการที่ว่า ขั้วเหมือนจะผลักกันและขั้วตรงข้ามจะดึงดูดและดูดซับสารเฟอร์โรแมกเนติก เช่น อุปกรณ์แม่เหล็กต่างๆ โครงสร้างการเชื่อมต่อแม่เหล็ก อุปกรณ์แยกแม่เหล็ก อุปกรณ์ส่งผ่านแม่เหล็ก เป็นต้น

สำหรับการใช้งานเกี่ยวกับแม่เหล็ก ทุกคนให้ความสำคัญกับแรงดึงดูดของแม่เหล็กเป็นอย่างมาก สามารถคำนวณแรงดึงดูดของแม่เหล็กได้ สามารถใช้สูตรต่อไปนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงได้ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเงื่อนไขเริ่มต้นของสูตรนั้นเหมาะสมที่สุด กล่าวคือ การกระจายของสนามแม่เหล็กมีความสม่ำเสมอมาก และการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัตถุที่ดึงดูดนั้นสูงมาก (วัสดุแม่เหล็กอ่อน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมซีรีส์ 300 และวัสดุอื่น ๆ บางชนิด ไม่สามารถใช้โลหะผสมเหล็กได้) ความหนาและพื้นที่การดูดซับก็เพียงพอ (การเพิ่มความหนาและพื้นที่แรงดูดจะไม่เพิ่มขึ้นนั่นคือโดยไม่คำนึงถึงการรั่วไหลของแม่เหล็ก) แม้ว่าค่าที่คำนวณได้จะสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเท่านั้นและไม่สามารถ ใช้เป็นการคำนวณที่แม่นยำ

F(N)=2*S(m²)*B(T)²/μ0

ในบรรดาสิ่งเหล่านั้น S แสดงถึงพื้นที่การดูดซับ B แสดงถึงความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กของช่องว่างอากาศ และ μ0 คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กอากาศเชิงบวก (ซึ่งเป็นค่าคงที่ μ0=4π*10-7 ).

จะปรับปรุงแรงดึงดูดของแม่เหล็กได้อย่างไร?

จากสูตรเราจะเห็นว่าแรงดึงดูดของแม่เหล็กนั้นแปรผันตามพื้นที่ดูดซับและความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศ จะเห็นได้ว่าการเพิ่มพื้นที่การดูดซับและการเพิ่มความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป็นสองวิธีหลักในการปรับปรุงแรงดึงดูดของแม่เหล็ก

1. เพิ่มพื้นที่ดูดซับ

วัตถุที่จะดึงดูดอย่างน้อยควรครอบคลุมพื้นผิวการดูดซับของแม่เหล็ก และความหนาของวัตถุที่จะดึงดูดสามารถเพิ่มขึ้นได้หากเงื่อนไขเอื้ออำนวย

เมื่อแม่เหล็กดึงดูดแผ่นเหล็ก:

ยิ่งพื้นที่แผ่นเหล็กมีขนาดใหญ่เท่าใด แรงดูดระหว่างแม่เหล็กกับแผ่นเหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อพื้นที่ดูดซับเท่ากับพื้นที่แม่เหล็ก แนวโน้มแรงดูดที่เพิ่มขึ้นจะค่อยๆช้าลง เมื่อแผ่นเหล็กมีขนาดใหญ่พอที่จะสามารถเพิ่มพื้นที่ของแผ่นเหล็กได้ พลังดูดจะไม่ได้รับการปรับปรุง

เมื่อพื้นที่ของแผ่นเหล็กเท่ากัน เมื่อความหนาของแผ่นเหล็กบาง การเพิ่มความหนาของแผ่นเหล็กก็สามารถเพิ่มแรงดูดได้ เมื่อแผ่นเหล็กหนาขึ้น แรงดูดที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากการเพิ่มความหนาของแผ่นเหล็กจะค่อยๆ ลดลงจนไม่มีการปรับปรุง

2. เพิ่มความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กของช่องว่างอากาศ

เมื่อพื้นที่การดูดซับ S ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง จะเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการเพิ่มแรงดูดโดยการเพิ่มความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กของช่องว่างอากาศ และลดการรั่วไหลของแม่เหล็ก การทำให้เป็นแม่เหล็กหลายขั้วสามารถลดการรั่วไหลของแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ

จากแผนภาพการจำลองสนามแม่เหล็ก เราจะเห็นว่าหลังจากที่แม่เหล็กถูกเปลี่ยนเป็นสนามแม่เหล็กแบบสองขั้วแล้ว การรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลงอย่างมาก และเส้นสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นวงวงจรแม่เหล็กแบบปิดภายในชิ้นเหล็กที่ถูกดูดซับ

หากจำนวนขั้วเพิ่มขึ้นอีกและเพิ่มแผ่นแม่เหล็กนำไฟฟ้าที่ด้านล่างของแม่เหล็ก การรั่วของฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลงอีก และแรงดูดจะดีขึ้นอีก

แนวโน้มการออกแบบชิ้นส่วนแม่เหล็กในปัจจุบันคือการใช้สนามแม่เหล็กให้เกิดประโยชน์สูงสุด ด้วยการออกแบบวงจรแม่เหล็กหลายขั้วหรือวงจรแม่เหล็ก Halbach หรือด้วยการนำทางของวัสดุบางชนิดที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง สนามแม่เหล็กสามารถผ่านวัตถุได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การดึงดูดวัตถุจะเกิดเป็นวงปิดของวงจรแม่เหล็ก การใช้งานทั่วไป ได้แก่:

แม่เหล็กยางได้รับการออกแบบสำหรับการดึงดูดหลายระดับ บางชนิดเป็นแบบหลายขั้วสองด้าน และบางชนิดเป็นแบบหลายขั้วด้านเดียว ประสิทธิภาพของแม่เหล็กของแม่เหล็กยางนั้นต่ำมาก แต่หลังจากการออกแบบวงจรแม่เหล็กแบบหลายขั้ว สนามแม่เหล็กจะกระจายอย่างหนาแน่นบนพื้นผิว การรั่วไหลของแม่เหล็กมีขนาดเล็กมากในระหว่างการดูดซับส่งผลให้ผลการดูดซับดีขึ้น

อุปกรณ์แม่เหล็ก เช่น อุปกรณ์ดูดประตู ถูกนำทางโดยแผ่นแม่เหล็กที่ซึมผ่านได้ เมื่อดูดซับ วงจรแม่เหล็กจะเกือบเกิดขึ้นจากวัตถุที่จะดูดซับ ด้วยวิธีนี้อัตราการใช้สนามแม่เหล็กจึงสูงมาก ประสบการณ์ที่ใช้งานง่ายคือการใช้อุปกรณ์ดูดแม่เหล็กขนาดเล็ก (บางชนิดยังคงใช้เฟอร์ไรต์) และแรงดูดจะมีมากเมื่อสัมผัสโดยตรง

การออกแบบชิ้นส่วนแม่เหล็กแยกจากการพิจารณาระยะการดูดซับไม่ได้ การดูดซับดังกล่าวข้างต้นขึ้นอยู่กับการสัมผัสโดยตรง หากระยะห่างเปลี่ยนแปลง แรงดูดมักจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก รูปต่อไปนี้แสดงแรงดึงดูดแม่เหล็กแบบแม่เหล็กเดี่ยวทั่วไปหลายแบบ อุปกรณ์และส่วนประกอบแม่เหล็กหลายขั้วมีกฎที่คล้ายกัน ยิ่งมีขั้วมาก แรงดูดก็จะยิ่งมากขึ้นที่ระยะห่าง 0 แต่การลดทอนจะชัดเจนมากขึ้นเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น