由图1及前述工作原理可知，本机的关键部件及设计重点均

系部分，特别是鞍形线圈部分。在本文以前，高梯度磁选的

设计还没有突破传统的磁路设计范畴。在设计磁系的核心部

——鞍形线圈时，常常用下式确定其磁势，即所需安匝数。

IN=σHδ/0.4π （1）

H———设计要求的场强；

δ———分选空间高度；

σ———漏磁系数。

理论分析可知，σ不仅涉及到漏磁，也与铁铠消耗的磁势有

因而是较广义的漏磁系数，有时也称为放大系数。漏磁系数

确定是很困难的，以前的设计者只能凭经验来选择。然而，σ

系设计中非常关键的一个参数，σ 过小，磁系达不到设计场

σ过大，则会导致制造成本和能耗的增加。

σ之所以难确定，归根到底是由于在给定磁势的条件下，难

计算铠装鞍形线圈的气隙场强，本文作者在场论研究的基础

，率先采用有限元数值方法计算铠装鞍形线圈分选空间的场

，并获得了满意的结果。

在满足工程设计精度要求的条件下，从分选空间中部取一横

面进行研究，并且忽略边缘效应的影响，把所研究的场域简化

二维平面场，又由于场强分布的对称性，可以只取中部横截面

一半进行研究。

图2表示所论平面闭合场域，ABCD为场域边界，AFED内为

磁线圈，BC为中部横截面的中心线，AB、CD及 DA为气隙和

磁线圈与铁铠的分界线。由场论理论可知，场域内各点均应满

泊松方程。

目前所用螺线管磁系的磁选机，螺线管外都用铁壳加以铠

，以降低磁路磁阻增加螺线管内部的场强并降低功率。根据

Bitter在“水冷磁体”

［1］

一文中的数据，螺线管铠装后功率可以

降低一半。根据功率与场强的平方成正比的关系，螺线管铠装后

如保持原功率不变，则场强可以增加槡2倍。

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对于直流螺线管磁系，当场强较高时，往往需要很大的功

，电能消耗增加，线圈的冷却也复杂了，因此，在所要求的场

下，设计适宜几何尺寸的线圈以减少功率，降低能量消耗是很

要的。

对于图5的线圈，若在线圈的整个体积 V内，导体的电流密

j及电阻率ρ都认为是常数，则线圈的功率为