电磁铁的设计计算
1原始数据
YDF-42 电磁铁为直流电磁铁工作制式为长期根据产品技术条件已知电磁铁的工作参数
额定工作电压UH=24V
额定工作电压时的工作电流IH ≤1A 2 测试数据
测试参数工作行程δ=1mm 吸力F=7.5kg 电阻R=3.5Ω
4 设计程序
根据已测绘出的基本尺寸通过理论计算确定线圈的主要参数并验算校核所设计出的电磁铁性能
4.1 确定衔铁直径dc
电磁铁衔铁的工作行程比较小因此电磁吸力计算时只需考虑表面力的作用已知工作行程δ=1mm 时的吸合力F=7.5kg 则电磁铁的结构因数
K =
F／δ7.5／0.1=27 (1)
电磁铁的结构形式应为平面柱挡板中心管式
根据结构因数查参考资料，可得磁感应强度BP=10000 高斯
当线圈长度比衔铁行程大的多时,可以不考虑螺管力的作用,认为全部吸力都由表面力产生由吸力公式
F= （Bp/5000）2×Π／4×dc2 (2) 式中Bp磁感应强度(高斯) dc 活动铁心直径(毫米)
可以求得衔铁直径为
dc=
5800×F
Bp
=
5800×7.510000
=1.59cm=15.9mm
取dc=16 mm
4.2 确定外壳内径D2
在螺管式电磁铁产品中它的内径D2与铁心直径dc之比值n 约为2~ 3 ,选取n=2.7 D2=n ×dc=2.76×16=28.16 毫米(3) 式中D2 外壳内径毫米 4.3 确定线圈厚度
bk=
D2−dc
2
−Δ(4)
式中bk -----线圈厚度毫米
Δ------线圈骨架及绝缘厚度毫米今取Δ=1.7 毫米
bk=
28.16−16
2
−1.7 =4.38毫米
今取bk=5 毫米 4.4 确定线圈长度
线圈的高度lk与厚度bk比值为β,则线圈高度
lk=β×bk (5) lk------线圈长度毫米
β值根据参考资料选取经验数据为β=3.4 则线圈高度lk=β×bk=3.4×5=17毫米 4.5 确定导线直径
导线直径d=
4×ρ×Dcp×IW
U
(6)
式中平均直径Dcp=dc+bk=0.016+0.005=0.021( 米) IW-----线圈磁势(安匝)
IW= (IW)z + (IW) cm+ (IW)k
式中(IW)z ------消耗在气隙中的磁势
(IW)z=Bp×δ
μ0
×10−8
(IW) cm和(IW)k 消耗在铁心中和非工作气隙中磁势的安匝数约为总磁势的15~30% ，即
(IW) cm+ (IW)k=α×(IW)
式中α=0.15 ~0.3
由此可得线圈的磁势为
(IW)=
Bp×δμ0×(1−α)
×10−8 (安匝) (7)
式中Bp单位为高斯，δ单位为厘米空气导磁系数μ0=1.25 ×10−8亨/厘米
电磁铁在实际应用时电压可能降低至85%UH 为了保证在电压降低后电磁铁仍然能够可靠地工作上式计算所得安匝数应该是指电压降低至0.85UH时的磁势用(IW)1表示
(IW)1=
10000×0.11.25×10−8×(1−0.3)
×10−8
=1143安匝
显然，电源电压为额定值时的磁势为
IW=
(IW)1
0.85
=1344 安匝
电磁铁容许最高工作温度240℃，由参考资料选取电阻系数ρ=0.03208 欧. 毫米2
米
d= 4ρ∗Dcp∗IWU= 4×0.03208×0.021×134424
=0.388 毫米
查线规表其最邻近的直径为d=0.41 毫米带绝缘后的直径
d =0.45 毫米
4.6 确定线圈匝数W
W=
1.28(IW)jd2
(8)
式中j ---容许电流密度(安毫米2
) ，
j=Iq
=
4UπRd2
=
4×24π×3.5×0.412
=51安毫米2
(9)
W=1.28(IW)jd2=1.28×134451×0.41
2=200 匝 4.7 确定电阻
线圈平均匝长lcp
=
π(DH+D1)
2
(10)
DH=D1+2bk (11) D 1=dc+2Δ(12)
式中DH ---线圈外直径D1 ---线圈内直径
D1=dc+2Δ=16+2×1.7=19.4毫米DH=D1+2bk=19.4+2×4.38=27.4 毫米
lcp=
π(DH+D1)
2
=
π(27.4+13.4)
2
=64 毫米=0.064 米
线圈电阻
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R=ρ40∗
lcp∗w
π
4
∗d2=0.01991×
0.064×1093
π
4
×0.252=28 欧(13)
现在已初步确定了电磁铁的结构尺寸绘制电磁铁结构草图如图 2
5 特性验算
虽然根据设计要求已完成了初步设计但是由于在初步设计中作了不少简化有
些参数的选择和估计是极其近似的因此为了电磁铁的工作可靠起见还需要根据初步设计的结构尺寸和数据做进一步详细的验算 5.1 吸力计算F=(
Φ5000
)2∗
1
S(1+αδ)
(14)
忽略铁磁阻和漏磁通这样气隙中的磁通ΦZ=IW∗GZ∗10−8 (15) 式中磁导GZ =μ0∗
πdC24δ
(16)
式中空气导磁系数μ0=1.25 ×10−8亨/厘米
GZ =μ0∗
πdC24δ
=1.25 ×10−8
×
π×1.024×0.065
=15×10−8亨
ΦZ=IW∗GZ∗10−8=961×15×10−8×108=14415 麦
式中α
-----修正系数取α=4
S -------铁心截面积
S=
πdC24
=
π×1.02
4
=0.785 厘米2
(17) F=(
Φ5000
)2∗
1
S(1+αδ)
=(
144155000
)2
∗
1
0.785×(1+4×0.065)
=8.4 公斤
可见吸力是满足设计要求的 5.2 线圈温升计算
线圈容许温升θ=110℃，查参考资料可得散热系数为
μm=12.89×10−4瓦厘米2
金属骨架线圈其传导能力较强ηm≈1.7 线圈的散热表面
S= πDH+ ηmD1 lk=(2.74+1.7×1.34 )×2.38=37.5 厘米 2
线圈温升
θ=
PμmS
=
4
12.89×10−4×37.5
=82.7℃(18)
温升小于110℃可见是合格的。

6 结论
到目前为止虽然设计电磁铁的方法有许多种但是都还没有一套既严谨准确又使计算简便的方法很大部分还只能依靠经验数据来选择经过某些理论计算最后试制样品加以验证证实所设计的结构参数是否合理必要时作适当修改本产品试验数据如下电压V 工作行程mm 吸合力kg 电阻电流 A 27 0.65 6.7 29.73 0.91 经试验证明该电磁铁的设计满足使用要求。