CN105381876B - 一种产生梯度弱磁场的线圈磁系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生梯度弱磁场的线圈磁系，包括中空管道和绕设于所述中空管道上的若干组线圈组，若干组线圈组沿中空管道的轴向依次间隔布置，各线圈组在中空管道的径向方向上均绕设有多层，且沿中空管道一端到另一端的方向线圈组的匝数和层数均逐组增多。该线圈磁系在施加励磁电流后，在中空管道的空心腔和线圈组周围会产生一个倒立陀螺型背景磁场，在中空管道的空心腔轴向产生的磁场梯度变化小，磁场强度分布均匀，并且径向磁场梯度大小先增大后减小为零，最后反向急剧增大到最大值，再急剧减小，反复多次，形成“波澜起伏”状态。该特征的磁场能够提高微细粒磁性矿物的回收率，减少磁性颗粒与脉石颗粒因磁夹杂导致磁性颗粒的损失。

Description

一种产生梯度弱磁场的线圈磁系
技术领域
本发明涉及线圈磁系技术领域，具体涉及一种产生梯度弱磁场的线圈磁系。
背景技术
现有选矿设备或者其他领域中很少直接运用线圈作为磁系，而是在线圈中心添加聚磁介质作为磁极式磁系，利用的是磁系外部，例如电磁铁，这种磁极式磁系产生的磁场强，但是不能产生所需范围大，径向分布均匀的弱磁场。而单组通电线圈在线圈中心产生的磁场，分布范围广，有选择作为所需磁系的前提条件。
现有的理论分析电磁场，采用了有限元法来设计线圈磁系，通过该方法研究表明单组线圈磁系存在如下三个方面问题：
第一，利用单组线圈产生的磁场过于微弱；同时单组线圈在空心部位产生的磁场梯度变化过于单一，径向磁场强度大小不均匀，制约了设备大型化和在该领域的应用。
第二，随着磁系载体部分(即耐磨中空管道)尺寸变大，设计所需管道内的磁场强度越大，单组线圈为了产生足够的磁场强度以满足条件所需，需要大量的线圈围绕中心材料绕组，组成匝数密集的线圈，这导致了磁系径向所占空间过大，并且不易散热。
第三，绕组数量的增加在管道壁面形成了强磁场，容易导致磁性颗粒在壁面聚集，影响磁性颗粒与非磁性的分离。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种产生梯度弱磁场的线圈磁系。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种产生梯度弱磁场的线圈磁系，包括中空管道和绕设于所述中空管道上的若干组线圈组，若干组线圈组沿中空管道的轴向依次间隔布置，各线圈组在中空管道的径向方向上均绕设有多层，且沿中空管道一端到另一端的方向线圈组的匝数和层数均逐组增多。
上述的线圈磁系，优选的，所述线圈磁系施加励磁电流后在中空管道内产生的磁场强度小于等于30KA/m。
上述的线圈磁系，优选的，任意相邻线圈组的匝数比例相同，且所述的匝数比例范围为0.1～1。
上述的线圈磁系，优选的，相邻线圈组之间的间距为0.01～1m；各线圈组在中空管道轴向方向上的宽度为0.01～1m。
上述的线圈磁系，优选的，所述中空管道为由导电材料制成的耐磨管道，所述耐磨管道的表面浸涂形成有均匀的绝缘漆层。
上述的线圈磁系，优选的，相邻线圈组之间采用非导磁材料固定；各线圈组采用自粘性漆包线绕成。
上述的线圈磁系，优选的，所有线圈组与电源相连且电流方向一致。
上述的线圈磁系，优选的，所有线圈组与电源相连，且任意相邻线圈组的电流方向相反。
上述的线圈磁系，优选的，所有线圈组沿中空管道的轴向依次分为两个以上子磁系；至少一个子磁系包含有两组以上线圈组，且该子磁系中的两组以上线圈组与电源相连，任意相邻线圈组的电流方向相反。
上述的线圈磁系，优选的，所有线圈组依次串联连接至同一电源，或者所有线圈组分为若干个子磁系，每个子磁系包含有一组以上线圈组，各子磁系的线圈组分别连接一个独立的电源；所有线圈组均按同一方向绕中空管道旋绕，且线圈组旋绕的起始端位于靠近中空管道外壁的底层，线圈组旋绕的终止端位于远离中空管道外壁的顶层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明产生梯度弱磁场的线圈磁系产生的磁场具有以下磁场特性：
(1)沿分选腔轴向上的磁场强度，上弱下强，并在磁系周围形成倒立陀螺型形状磁场氛围；
(2)径向上磁场强度分布均匀；
(3)磁场梯度与所受磁场力规律类似，轴向上先增大后减小为零，最后反向急剧增大到最大值，再急剧减小，反复多次，形成“波澜起伏”的分选氛围；
(4)径向上磁场梯度变化不明显。
总体而言，本发明产生梯度弱磁场的线圈磁系组装简单、能够获得相对高强度的梯度弱磁场，并解决了绕线多造成的一系列问题。
附图说明
图1为本发明实施例中线圈磁系的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中线圈磁系的局部剖视结构示意图。
图3为本发明实施例中线圈磁系轴向上实测和仿真的磁场强度和磁场力分布的折线图。
图例说明：
1、中空管道；2、线圈组。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的产生梯度弱磁场的线圈磁系，包括中空管道1和紧密绕设于中空管道1上的若干组线圈组2，若干组线圈组2沿中空管道1的轴向依次间隔布置，各线圈组2在中空管道1的径向方向上均绕设有多层，且沿中空管道1一端到另一端的方向线圈组2的匝数和层数均逐组增多。该线圈磁系在施加励磁电流后可形成如下几个特征的磁场：一、在中空管道1的空心腔和线圈组2周围会产生一个倒立陀螺型背景磁场；二、在中空管道1的空心腔径向产生的磁场梯度变化小，磁场强度分布均匀；三、轴向磁场梯度大小先增大后减小为零，最后反向急剧增大到最大值，再急剧减小，反复多次，形成“波澜起伏”状态。
当磁性颗粒与非磁性颗粒通过中空管道2时，该种特征的磁场使磁性颗粒逐渐向线圈匝数递增方向富集，其利用选择性性磁团聚，提高了微细粒磁性矿物的回收率；同时又利用颗粒在轴向所受磁场力急剧变化，减少了磁性颗粒与脉石颗粒因磁夹杂导致磁性颗粒的损失。
本实施例中，线圈磁系施加励磁电流后在中空管道1内部产生的磁场强度小于等于30KA/m。
本实施例中，任意相邻线圈组2的匝数比例相同，且的匝数比例范围为0.1～1。相邻线圈组2之间的间距为0.01～1m；各线圈组2在中空管道1轴向方向上的宽度为0.01～1m。
本实施例中，中空管道1为由导电材料制成的耐磨管道，耐磨管道的表面浸涂形成有均匀的绝缘漆层。相邻线圈组2之间采用非导磁材料固定；各线圈组2采用自粘性漆包线绕成。
本实施例中，各线圈组2可以采用以下三种方式通入电流：
1、所有线圈组2与电源相连且电流方向一致。
2、所有线圈组2与电源相连，且任意相邻线圈组2的电流方向相反。
3、所有线圈组2沿中空管道1的轴向依次分为两个以上子磁系；至少一个子磁系包含有两组以上线圈组2，且该子磁系中的两组以上线圈组2与电源相连，任意相邻线圈组2的电流方向相反。
本实施例中，所有线圈组依次串联连接至同一电源。所有线圈组2均按同一方向绕中空管道1旋绕，且线圈组2旋绕的起始端位于靠近中空管道1外壁的底层，线圈组2旋绕的终止端位于远离中空管道1外壁的顶层。在其他实施例中，也可将所有线圈组2分为若干个子磁系，每个子磁系包含有一组以上线圈组2，各子磁系的线圈组2分别连接一个独立的电源。
产生梯度弱磁场的线圈磁系设计、组合基本原则如下：根据毕奥-萨伐尔定律，载流线圈组2在轴线(通过圆心并与线圈组2平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为：
式中，μ0为真空磁导率；R为线圈平均半径；x为轴上某点到圆心的距离；N为线圈匝数；I为线圈载电电流。以公式(1)确定单组线圈组2中心磁场强度和磁场梯度范围。
以中空管道2的直径为10cm设计、组合、绕制和连线而成的一种产生梯度弱磁场的线圈磁系为例。
运用有限元法分析时用到的线圈电流密度公式为：
S＝hb (3)
S＝Nd2 (4)
线圈宽度为：
将(2)代入(1)中可知：
式中，J为电流密度，N为线圈匝数，S为线圈截面积，h为线圈绕制在管道上的高度，b为线圈厚度，I为线圈载电电流，d为线圈直径。
在其他条件不变的情况下，在运用有限元法分析时线圈组2电流密度只跟激磁电流和线圈组2尺寸有关。鉴于线圈磁系所需条件，本实例选择1.2mm的漆包线作为线圈材料，最高载流9A。根据耐磨管道尺寸，通过上述基本原则，经磁参数测量发现如下绕制线圈能够满足条件。
如图1和图2所示，本实例采用三组线圈组2，由上至下依次分为线圈A、线圈B和线圈C，其中，线圈A共计250匝9层，线圈B共计500匝17层，线圈C共计1000匝34层，线圈组2之间间隙均为18mm。
连线方式采用所有线圈组2依次串联连接电源的方法，且所有线圈组2的电流方向相同，外连1.5A激磁电流，在中空管道2内在轴向上产生了如图3所示的磁场分布，图3中，线1表示分选腔(中空管道1的内腔)轴中心线仿真磁场力；线2表示分选腔轴中心线实测磁场强度；线3表示分选腔轴中心线仿真磁场强度；线4表示分选腔轴中心线实测磁场力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种产生梯度弱磁场的线圈磁系，其特征在于：包括中空管道（1）和绕设于所述中空管道（1）上的若干组线圈组（2），若干组线圈组（2）沿中空管道（1）的轴向依次间隔布置，各线圈组（2）在中空管道（1）的径向方向上均绕设有多层，且沿中空管道（1）一端到另一端的方向线圈组（2）的匝数和层数均逐组增多；所述线圈磁系在中空管道（1）的空心腔径向产生的磁场强度分布均匀，轴向磁场梯度大小先增大后减小为零，最后反向急剧增大到最大值，再急剧减小，反复多次。
2.根据权利要求1所述的线圈磁系，其特征在于：所述线圈磁系施加励磁电流后在中空管道（1）内产生的磁场强度小于等于30KA/m。
3.根据权利要求1所述的线圈磁系，其特征在于：任意相邻线圈组（2）的匝数比例相同，且所述的匝数比例范围为0.1~1。
4.根据权利要求1所述的线圈磁系，其特征在于：相邻线圈组（2）之间的间距为0.01~1m；各线圈组（2）在中空管道（1）轴向方向上的宽度为0.01~1m。
5.根据权利要求1所述的线圈磁系，其特征在于：所述中空管道（1）为由导电材料制成的耐磨管道，所述耐磨管道的表面浸涂形成有均匀的绝缘漆层。
6.根据权利要求1所述的线圈磁系，其特征在于：相邻线圈组（2）之间采用非导磁材料固定；各线圈组（2）采用自粘性漆包线绕成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈磁系，其特征在于：所有线圈组（2）与电源相连且电流方向一致。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈磁系，其特征在于：所有线圈组（2）与电源相连，且任意相邻线圈组（2）的电流方向相反。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈磁系，其特征在于：所有线圈组（2）沿中空管道（1）的轴向依次分为两个以上子磁系；至少一个子磁系包含有两组以上线圈组（2），且该子磁系中的两组以上线圈组（2）与电源相连，任意相邻线圈组（2）的电流方向相反。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈磁系，其特征在于：所有线圈组（2）依次串联连接至同一电源，或者所有线圈组（2）分为若干个子磁系，每个子磁系包含有一组以上线圈组（2），各子磁系的线圈组（2）分别连接一个独立的电源；所有线圈组（2）均按同一方向绕中空管道（1）旋绕，且线圈组（2）旋绕的起始端位于靠近中空管道（1）外壁的底层，线圈组（2）旋绕的终止端位于远离中空管道（1）外壁的顶层。
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