Separation efficiency of alumina particles in Al melt under high frequency magnetic field

The effects of separation time and magnetic induction intensity on the separation efficiency of alumina particles with diameters varying from 30 to 200 μm in aluminum melt were investigated. The experimental results show that the particle-accumulated layer is formed in the periphery of the solidified specimen when the diameter of the separated molten metal, the magnetic induction intensity and the separation time are 10 mm, 0.04 T and 1 s, respectively. When the separation time is 2 s, the particle-accumulated layer can be observed obviously and the separation efficiency is about 80%. There are few alumina particles in the inner of the solidified specimen when the separation time is 3 s. The separation efficiency higher than 85% can be achieved when the separation time is longer than 3 s. When the magnetic induction intensity is 0.06 T, the visible particle-accumulated layer can be formed in 1 s and the separation efficiency is higher than 95%. The experimental results were compared with the calculated results at last.

Rotor Strength Analysis of High-speed Permanent Magnet Synchronous Motors

为了对转子进行有效的冷却，在满足电机电磁性能的前提下，可通过减小保护套的厚度来尽可能增大定转子之间的气隙，因而必须对保护套和永磁体进行强度校核。将转子受力状况简化为平面应变问题，在此基础上推导出了两层过盈配合、三层过盈配合转子的应力场、应变场、位移场的解析公式，并利用有限元方法验证了解析公式的正确性。归纳了高速情况下热套式永磁转子强度设计准则，为转子的优化设计提供了理论依据。以一台额定转速120kr／min、10kW的高速永磁同步电机为例，给出了两种常用过盈配合高速电机转子的强度设计方法。

Magnetic field characteristics analysis of a single assembled magnetic medium using ANSYS software

The section shape of an assembled magnetic medium is the most important structural parameter of a high gradient magnetic separator, which directly affects the induction distribution and magnetic field gradient of the magnetic separator. In this study, equilateral triangle, square, hexagonal, octagon, dodecagon, and round shape sections of the assembled magnetic medium are chosen to study their influence on magnetic field distribution characteristics using the ANSYS analysis. This paper utilizes a single assembled magnetic medium to understand the relationship between the geometry of the assembled magnetic medium and its magnetic field distribution characteristics. The results show that high magnetic field,regional field, magnetic field gradient, and magnetic force formed by the different sections of the assembled magnetic medium in the same background magnetic field reduce in turn based on the triangle,square, hexagonal, octagon, dodecagon, and round. Based on the magnetic field characteristics analytic results, the magnetic separation tests of the ilmenite are carried out. The results indicate that the section shape of the toothed plate compared with the section shape of cylinder can improve the recovery of ilmenite up to 45% in the same magnetizing current condition of 2A, which is consistent with magnetic field characteristics analysis of different assembled magnetic medium section shapes.

Removing Iron by Magnetic Separation from a Potash Feldspar Ore

A new permanent magnetic separator was introduced to treat the ores with the characteristics of weak magnetic iron minerals and in a fine size range. The new machine was applied to the iron removal from potash feldspar. The effects of the magnetic field intensity, pulp density and grinding fineness on the iron removal were investigated. The optimized operation parameters were achieved and listed as follows： the -0.074 mm content is 85%, the pulp density is 45% and the magnetic field strength is 2T. A close test of middles regrinding was also carried out to improve concentrate yield. The data show that the grade of TFe（total iron） in potash feldspar product decreased from 1.31% to 0.21% and the concentrate yield reached 85.32%. All the results indicated that the traditonal high-intensity electromagnetic separators can be betterly substituted by the new permanent magnetic separator. This study may provide the theoretical evidence for iron removal from potash feldspar.

1.1 MW高速内置式永磁同步电机新型转子拓扑设计与强度优化

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采用永磁体分段设计,并增设加强筋,分担转子隔磁桥处的应力,使护套厚度得到有效降低。同时,将转子外部隔磁桥处替换为非导磁填充块,阻断漏磁路径,提升永磁体利用率。最后,有限元分析结果表明,相较于初始模型,新型结构电机在等效气隙增大1.5 mm的情况下,输出转矩达到600.44 N·m,增加了16.86 N·m,并且新型转子铁心最大应力降低了496.82 MPa,转子结构的机械强度得到显著提高,可为大功率高速永磁电机转子拓扑设计提供参考。

兆瓦级高速永磁电机新型转子冷却结构研究

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/min的高速永磁电机为例,建立该电机的三维全域流固耦合求解模型,基于计算流体力学和有限元法对电机流体场与温度场进行分析,揭示电机在额定工况下的流体与温度分布规律。将新冷却结构与传统冷却结构的散热性能及温升变化进行对比,验证新型冷却结构在提升电机散热性能方面的有效性。最后,分析入口风速对电机最高温度的影响,得到适合该冷却结构的入口风速范围,为外部风压设备的选择提供理论支撑。

强磁场下Cu−Co难混溶合金凝固过程中晶体取向和性能的调控

对Cu50Co50合金在不同磁场强度下进行非平衡凝固实验,研究富钴相的取向、显微组织演化和磁性能。结果表明,凝固后相分离的棒状富钴相可以实现排列形态,在5 T强磁场下富钴相的晶体取向为111平行磁场方向。然而,发生二次液−液相分离的富铜相的取向没有受到HMF的显著影响。在0 T磁场下凝固的合金表现出近磁各向同性行为,而在5 T磁场下凝固的合金则表现出磁各向异性行为。合金的饱和磁化强度略有增加,矫顽力相应降低,这与富钴晶体的取向演化行为密切相关。

高梯度磁选理论与技术进展

在高梯度磁选分离过程中存在机械夹带、磁性夹带、竞争捕获等现象,最终导致选择性差、分选腔堵塞、分选效率低等一系列问题。目前科研工作者针对高梯度磁选的理论研究主要集中于对颗粒受力分析并力的大小计算、颗粒轨迹模型和颗粒堆积模型的构建、聚磁介质的研发与优化。以颗粒受力为基础,通过颗粒的堆积模型和轨迹模型分析造成选择性差以及效率低的原因,综述聚磁介质的研发与优化,旨在为高梯度磁选技术在工业应用中的优化与理论研究提供参考,并对高梯度磁选技术理论研究的未来趋势进行展望。

磁控式真空装置中永磁体的磁场分析

针对现有真空吸取装置高能耗问题提出一种磁控式扩容真空发生-吸取集成的解决方案。通过COMSOL进行磁场仿真分析,研究不同磁块形状、分布半径和轴向距离对轴向永磁体之间磁力的影响。仿真结果显示:在选定的4种磁块排布方式中,圆柱体磁块排布方式的轴向磁力最大,且磁块之间需要分离排布才能实现最大的轴向磁力,但分布半径进一步增加,磁力F_(τ)变化量较小,可以忽略不计。采用N38钕铁硼磁块、厚度10 mm、直径φ20 mm的圆柱体磁块进行试验,测量磁块不同轴向距离和分布半径下磁力的大小。试验结果验证了仿真结果,同时表明:磁块间的磁力绝对值与轴向距离成负相关;轴向距离为5 mm、分布半径为17 mm时产生的最大磁吸力为109.7 N,最大磁斥力为88.71 N,可以满足磁控式扩容真空装置的工作需求。

高速高功率密度无轴承永磁薄片电机设计与优化

传统无轴承电机在高速和高功率密度之间难以取得平衡,为此围绕高速高功率密度无轴承永磁薄片电机,对其拓扑结构、绕组形式、主要尺寸等方面进行优化设计,在保证转速和功率密度的基础上有效地提升悬浮性能。通过对运行工况的分析,得出电机拓扑结构需具备的基本特点,提出一种采用环形集成绕组的表贴式无轴承永磁薄片电机。在兼顾转矩和悬浮力输出性能、机械防护可靠性的基础上,对电机的电磁气隙长度和永磁体参数等主要尺寸进行优化设计。针对电机饱和、绕组端部伸出等不利因素,分别采取了超前角弱磁、定子略长的性能提升策略,有效地避免了悬浮力的大幅度跌落。搭建20 000 r/min的无轴承永磁薄片电机有限元仿真模型并制造实物样机。通过对电磁转矩和主、被动悬浮力的分析,证明了本文设计的无轴承永磁薄片电机兼具良好的转矩与悬浮力输出性能,单位幅值电流产生的电磁转矩、主动悬浮力分别为0.166 N·m、4.4 N,电机输出功率10 kW、功率密度5.2 kW/kg。

Spoke永磁同步电机多物理场设计研究

本文建立了Spoke永磁同步电机电磁-机械-温度场多物理场有限元模型,完成了方案设计和性能分析。首先采用等效方式考虑横向边端效应建立了快速的二维电磁模型,设计了转子铁心一体式结构并进行了优化,仿真得到电磁性能和额定工况损耗;然后建立三维转子机械强度分析模型,在加大负荷条件下仿真计算了转子应力和形变;其次研究了绕组及绝缘的等效处理方法,建立Fluent温度场模型,以电磁模型中的损耗作为热源,仿真模拟了电机额定工况下的动态温升;最后制作了样机并进行了电磁性能和温升试验,验证了多物理场有限元模型与设计方案的准确性。

超导超高压同步调相机多工况下定子电磁力计算及强度分析

超导调相机采用电缆绕组非磁性齿的高压定子新结构(简称超导超高压调相机),可实现调相机与电网的直连。针对超导超高压调相机定子采用非磁性齿结构,导致齿部磁阻增加,槽漏磁增大,出现定子齿壁两侧受力不均以及绕组切向洛伦兹力增大的问题,构建了超导超高压调相机无升压变压器与电网直连的场-路耦合数学模型,结合麦克斯韦应力法和洛伦兹力原理,计算了进相与迟相运行,短时深度进相与迟相运行4种运行工况下定子齿壁所受电磁力,并给出齿壁两侧电磁力随时间以及空间的变化规律。将计算得到的电磁力作为载荷,对不同运行工况下定子齿的强度进行计算,得到了定子齿形变大小和应力分布规律。结果表明超导超高压同步调相机在多种工况下运行时,非磁性定子齿不会发生疲劳断裂现象。该研究为超导调相机采用非磁性定子齿及超高压绕组结构提供理论依据。

基于FPGA的永磁同步电机速度控制

针对永磁同步电机(PMSM)速度控制器中采用传统PI控制存在响应速度慢、超调量大以及容易出现积分饱和等问题,设计了采取Anti-Windup策略的速度控制器,并在现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)中实现对PMSM的控制。首先采用高层次综合技术(HLS)对PMSM伺服控制关键模块完成建模,其次封装成IP核导入到工程中,最后下载到FPGA芯片上完成对PMSM的控制。经过与传统PI控制器实验比较,使用该速度控制方法超调量减小到4.3%,在负载处转速下降了14r/min,调节时间为0.01s,具有良好的动态性能和抗干扰性能,满足永磁同步电机伺服控制系统的应用需求。

变频驱动下电机高频径向电磁力波研究

采用场路耦合法对永磁同步电机高频径向电磁力特征频率产生原因和主要组成成分进行研究。通过解析法分析谐波电流的产生机理及谐波特性,并利用数值仿真对其进行验证;结合磁动势−磁导法和麦克斯韦张量法分析出高频径向电磁力特征频率的分布;对有限元计算得到的气隙磁场进行时空分解,采用麦克斯韦张量法计算磁场相互作用产生的高频径向电磁力。结果表明,变频驱动下永磁同步电机的高频径向电磁力主要是由变频器谐波电流引入的谐波磁场和定子基波磁场的相互作用产生,这对永磁同步电机的研究提供了一定的指导意义。

基于多维可视化的表贴式高速永磁电机转子护套设计

护套厚度和过盈量是影响表贴式高速永磁电机转子强度的主要因素。通过分析永磁转子的受力情况,把三维永磁电机转子的强度模型简化为平面应力问题,在极坐标下推导出考虑护套厚度、过盈量及转速影响的碳纤维护套永磁转子应力解析解。将永磁体和转子铁心接触面间的接触压强及碳纤维护套的最大环向应力作为优化目标,以永磁体和护套的应力极限强度为约束条件,选择碳纤维护套厚度以及永磁体与碳纤维护套之间的静态过盈量作为设计变量,通过多维可视化算法计算求解找到满足条件要求的护套厚度及静态过盈量的优解范围。通过有限元法和解析法的计算结果对比来验证转子的应力分布情况。仿真结果表明,所设计的转子护套能够满足高速下永磁体的强度保护要求,能够实现为高速永磁电机转子表面安装碳纤维护套的优化设计。

现场总线电动执行机构在高强电磁场环境的研究和应用

铝电解厂烟气脱硫生产过程处于高强电磁场环境中,生产控制需要使用的电动执行机构数量多且相对位置分散。根据造价和现场总线电动执行机构的优势以及特点,采用防磁设计技术后首次采用现场总线方式接入PLC控制系统。实施后,相较电动执行机构硬接线方式接入控制系统具有控制简便,控制信息精确,造价成本低,施工比例,安装材料节省,维护便捷等优点,具体较大的推广价值。

梅山降磷弱磁选工艺优化试验

梅山矿业为了提高弱磁工序的选别精度,达到提质降硅的目的,针对原矿品质下降的问题,进行了弱磁给矿浓度、磁场强度等优化试验,并对产品粒度进行了筛析。试验结果表明:将弱磁工序给矿浓度降至30%以下,弱磁精矿杂质SiO_(2)含量小于3.97%,在合理区间内;粗选磁场强度优化为36 kA/m,扫选磁场强度优化为160 kA/m,有利于弱磁选提质降杂;优化后获得了产率为45.16%、TFe品位为66.37%、SiO_(2)含量为2.06%的弱磁粗选精矿,以及产率为4.37%、TFe品位为53.04%、SiO_(2)含量为9.84%、TFe回收率为4.96%、SiO_(2)回收率为3.37%的弱磁扫选精矿;弱磁粗选精矿和扫选精矿中+0.25 mm粒级含脉石矿物多,需对+0.25 mm粗粒精矿进行再磨再选,降低铁精矿SiO_(2)含量,以达到提质降硅的目的。

RGC型永磁辊式磁选机磁场分布优化及应用

为了研究RGC型永磁辊式磁选机在分选过程中的分选性能,采用有限元法,以磁辊结构参数磁铁比作为研究变量,通过COMSOL软件研究了磁场分布特性。研究结果表明:当磁铁比为2.2时,磁场强度及磁场作用深度更有利于分选。通过单因素试验,对非金属矿工业生产中RGC型永磁辊式磁选机磁辊转速对分选效果的影响进行了研究,揭示了品位与分选磁辊辊速之间的关系,当辊一、辊二辊速分别为0.61m/s和0.54m/s时,精矿含铁量最低。实际工业应用表明,该磁场参数及结构配置具有一定的推广应用价值。

磁选设备磁系中钕铁硼磁极及磁场仿真研究

为了更有效地优化磁选设备的磁系设计,提升磁场利用效率,以三极开放磁系为对象,通过逐步增加钕铁硼磁块块数,对多层钕铁硼块形成的磁系进行了仿真模拟研究,并进一步探索了在不同磁极距条件下,磁系的磁场分布特性及磁感应强度的变化规律。通过仿真研究得出:磁感应强度与钕铁硼块数成正比,与磁材利用效率及作用深度成反比;磁极极距的增加,会减缓磁感应强度随作用深度的增加而降低的趋势,在作用深度为50 mm时,出现大磁极距磁系磁感应强度反超小磁极距磁系磁感应强度的情况。因此,不同磁块数量与磁极距在不同作用深度上,有一个最佳的组合值,能最大限度地发挥磁材性能。

7 T MRI在膝关节临床诊疗中的应用进展

7 T MRI可以显著提高膝关节成像的信噪比及空间分辨率,能够进行超高分辨率成像和功能代谢成像。其通过测定骨、关节软骨、半月板及韧带内的不同成分,可以很好地评估骨质疏松的程度,更早地发现关节软骨和半月板的损伤以及评估损伤修复后的表现,为骨质疏松、骨性关节炎以及半月板损伤的早期诊断与治疗提供有力的依据。就7 T MRI在膝关节病变中的研究进展进行综述。