本發(fā)明涉及從固體物料或流體中分離固體物料的磁分離，特別是涉及高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

1、對(duì)磁性粒子特別是直徑為微米和納米尺寸的磁性微粒，可以通過(guò)外加磁場(chǎng)控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)其操作，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)不同特性磁性微粒進(jìn)行分離。磁性微粒所受的磁場(chǎng)力跟外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度直接相關(guān)，磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度越大，磁性微粒受到的磁場(chǎng)力就越大。對(duì)沿直線移動(dòng)的線性循環(huán)磁場(chǎng)，直線型鐵心中嵌入u相、v相和w相三相繞組，鐵心中的三相繞組接通三相正弦交流電流后，會(huì)在鐵心和嵌入三相繞組一側(cè)的鐵心表面附近產(chǎn)生磁場(chǎng)。三相正弦交流電流的各相瞬時(shí)值按照正弦函數(shù)規(guī)律變化，各個(gè)時(shí)刻的大小都發(fā)生變化，這就使磁場(chǎng)中各個(gè)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)刻變化，磁場(chǎng)具有磁場(chǎng)梯度，嵌入三相繞組一側(cè)的鐵心表面附近產(chǎn)生沿直線移動(dòng)的磁場(chǎng)。因?yàn)檎液瘮?shù)是周期性變化的函數(shù)，所以鐵心表面的移動(dòng)磁場(chǎng)是周期性循環(huán)的。線性可調(diào)的循環(huán)磁場(chǎng)能夠調(diào)節(jié)磁場(chǎng)移動(dòng)的頻率和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用變頻器調(diào)節(jié)線性循環(huán)磁場(chǎng)的頻率，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)加到鐵心三相繞組上的三相電壓，改變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。

2、目前的線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，三相繞組嵌入直線型鐵心下線槽中，所有下線槽中的繞組匝數(shù)都相同，三相繞組對(duì)稱(chēng)，即各相繞組的阻抗相等。這種下線結(jié)構(gòu)的三相繞組所產(chǎn)生的線性循環(huán)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)梯度較小。在平行于鐵心表面的平面上，磁場(chǎng)中各個(gè)位置的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度基本相等。當(dāng)循環(huán)磁場(chǎng)移動(dòng)經(jīng)過(guò)位于嵌入三相繞組一側(cè)的直線型鐵心表面操作平臺(tái)上的磁性微粒時(shí)，磁場(chǎng)在微粒左邊時(shí)對(duì)微粒施加的磁場(chǎng)力，跟磁場(chǎng)在微粒右邊時(shí)施加的磁場(chǎng)力大小基本相等，方向相反，微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變較小，不利于控制微粒的運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，解決三相繞組在鐵心下線槽中的匝數(shù)相同，磁場(chǎng)移動(dòng)經(jīng)過(guò)磁性微粒一邊和經(jīng)過(guò)另一邊時(shí)，微粒所受磁場(chǎng)力大小基本相等，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變的問(wèn)題。

2、為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括：三相或單相交流電源、變頻器、調(diào)壓器、直線型鐵心和三相繞組；

4、所述三相或單相交流電源與所述變頻器連接；所述變頻器與所述調(diào)壓器連接；所述調(diào)壓器與所述三相繞組連接；

5、所述直線型鐵心上設(shè)置有多個(gè)用于放置所述三相繞組的下線槽；

6、各個(gè)下線槽通過(guò)中間硅鋼擋板分成上槽和下槽，各上槽中的繞組匝數(shù)沿所述直線型鐵心從左至右不相等，各下槽中的繞組匝數(shù)沿所述直線型鐵心從左至右也不相等；上槽繞組匝數(shù)和下槽繞組匝數(shù)之和為一個(gè)下線槽的繞組匝數(shù)，每個(gè)下線槽的繞組匝數(shù)相等，三相繞組各相所占的下線槽數(shù)相等。

7、進(jìn)一步地，上槽和下槽的截面積根據(jù)其繞組匝數(shù)來(lái)確定，繞組匝數(shù)多的上槽或下槽，截面積大；繞組匝數(shù)少的上槽或下槽，截面積小。

8、進(jìn)一步地，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右依次減少，各上槽截面積沿直線型鐵心從左到右逐漸減?。桓飨虏鄣睦@組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右依次增加，各下槽截面積沿直線型鐵心從左至右逐漸增大。

9、進(jìn)一步地，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右按照第一預(yù)設(shè)百分比遞減，各下槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右遞增，與對(duì)應(yīng)上槽匝數(shù)之和為固定值。

10、進(jìn)一步地，多個(gè)下線槽均分為兩組；

11、第一組下線槽中，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右逐漸減小，各上槽的截面積沿直線型鐵心從左到右逐漸減小；各下槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右逐漸增加，各下槽的截面積沿直線型鐵心從左至右逐漸增大；

12、第二組下線槽中各下線槽的繞組匝數(shù)分別跟第一組中各下線槽相同。

13、進(jìn)一步地，第一組下線槽中，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右按照第二預(yù)設(shè)百分比遞減，各下槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右遞增，與對(duì)應(yīng)上槽匝數(shù)之和為固定值。

14、又一方面，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁微操作方法，包括：

15、把磁性微粒放置于所述直線型鐵心的下線槽一側(cè)的操作平臺(tái)上；

16、給所述直線型鐵心的三相繞組通入三相正弦交流電流，在操作平臺(tái)上產(chǎn)生高梯度的線性循環(huán)磁場(chǎng)，磁性微粒會(huì)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；

17、用變頻器調(diào)節(jié)線性循環(huán)磁場(chǎng)的頻率，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，改變磁性微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)微粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。

18、又一方面，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁泳分離方法，包括：

19、把分離通道置于所述直線型鐵心下線槽一側(cè)的操作平臺(tái)上；分離通道中有載液；分離通道中的載液在恒流泵作用下，將需要分離的磁性微粒送入分離通道；

20、給所述直線型鐵心的三相繞組通入三相正弦交流電流，在操作平臺(tái)上產(chǎn)生高梯度的線性循環(huán)磁場(chǎng)，不同特性磁性微粒在不同分離通道軸向磁場(chǎng)分力的作用下，產(chǎn)生速度差，以不同的時(shí)間，先后流出分離通道出口，實(shí)現(xiàn)分離；

21、用變頻器調(diào)節(jié)線性循環(huán)磁場(chǎng)的頻率，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，改變磁性微粒的運(yùn)動(dòng)速度，優(yōu)化磁性微粒的分離效果。

22、上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

23、本發(fā)明中的高梯度線性循環(huán)磁場(chǎng)裝置中鐵心所有下線槽采用上槽和下槽的構(gòu)造，下槽中繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)在鐵心中形成閉合磁路，對(duì)鐵心表面附近的磁性微粒不產(chǎn)生磁場(chǎng)力的作用。上槽中不對(duì)稱(chēng)的三相繞組給磁性微粒提供了線性移動(dòng)的循環(huán)磁場(chǎng)。雖然直線型鐵心中各下線槽的上槽的繞組匝數(shù)不相等，但是每個(gè)下線槽的上槽和下槽繞組匝數(shù)之和相等，三相繞組仍然是對(duì)稱(chēng)的，各相繞組的阻抗亦然相等。這樣，上槽繞組既給磁性微粒提供了高的梯度磁場(chǎng)，又因?yàn)槠淅@組匝數(shù)與對(duì)應(yīng)下槽匝數(shù)之和是常數(shù)，保證了總的三相繞組對(duì)稱(chēng)，各相阻抗相等。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)，給磁性微粒提供磁場(chǎng)力的上槽三相繞組匝數(shù)不對(duì)稱(chēng)，提高了磁場(chǎng)的磁場(chǎng)梯度，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿直線型鐵心從左至右的變化量減小，磁場(chǎng)移動(dòng)到微粒左邊所受的磁場(chǎng)力，跟在微粒右邊時(shí)微粒受到的磁場(chǎng)力大小不相等，方向相反，便于改變微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于控制微粒運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)應(yīng)用于磁微操作，可以提高對(duì)磁性微粒的操作精度；應(yīng)用于磁泳分離，能夠改善磁性微粒的分離效果。

技術(shù)特征：

1.一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，包括：三相或單相交流電源、變頻器、調(diào)壓器、直線型鐵心和三相繞組；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，上槽和下槽的截面積根據(jù)其繞組匝數(shù)來(lái)確定，繞組匝數(shù)多的上槽或下槽，截面積大；繞組匝數(shù)少的上槽或下槽，截面積小。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右依次較少，各上槽截面積沿直線型鐵心從左到右逐漸減?。桓飨虏鄣睦@組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右依次增加，各下槽截面積沿直線型鐵心從左至右逐漸增大。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右按照第一預(yù)設(shè)百分比遞減，各下槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右遞增，與對(duì)應(yīng)上槽匝數(shù)之和為固定值。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，多個(gè)下線槽均分為兩組；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，第一組下線槽中，各上槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左到右按照第二預(yù)設(shè)百分比遞減，各下槽的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右遞增，與對(duì)應(yīng)上槽匝數(shù)之和為固定值。

7.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁微操作方法，其特征在于，包括：

8.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁泳分離方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了高梯度線性可調(diào)循環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，涉及從固體物料或流體中分離固體物料的磁分離技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括：三相或單相交流電源、變頻器、調(diào)壓器、直線型鐵心和三相繞組；三相或單相交流電源與變頻器連接；變頻器與調(diào)壓器連接；調(diào)壓器與三相繞組連接；直線型鐵芯上設(shè)置有多個(gè)用于放置三相繞組的下線槽；各個(gè)下線槽通過(guò)中間硅鋼擋板分成上槽和下槽，各上槽中的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右不相等，各下槽中的繞組匝數(shù)沿直線型鐵心從左至右也不相等；上槽繞組匝數(shù)和下槽繞組匝數(shù)之和為一個(gè)下線槽的繞組匝數(shù)，每個(gè)下線槽的繞組匝數(shù)相等，三相繞組各相所占的下線槽數(shù)相等。解決了微粒所受磁場(chǎng)力大小基本相等，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：邵力耕,馮志華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15