一、引言电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。
电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。
合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。
电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。
确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。
电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算.电磁铁有许多优点：电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制；磁性的大小可以用电流的强弱或线圈的匝数来控制；也可改变电阻控制电流大小来控制磁性大小；临朐昌盛磁电它的磁极可以由改变电流的方向来控制，等等。
即：磁性的强弱可以改变、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以改变,磁性可因电流的消失而消失。
电磁铁是电流磁效应（电生磁）的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。
电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。
如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：（1）牵引电磁铁──主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。
（2）起重电磁铁──用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。
（3）制动电磁铁──主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。
（4）自动电器的电磁系统──如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。
（5）其他用途的电磁铁──如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。
二、基本公式和一般概念1、均匀磁场B=SΦ（T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ）3、磁场强度H=LNI（A/m ），建立了电流和磁场的关系。
该公式适用于粗细均匀的磁路4、磁导率μ=HB建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。
μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr =μμ 5、磁通Φ=MR NI 磁阻R M =slμ这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。
6、磁感应强度的定义式B=qvF，磁感应强度与力的关系。
7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。
对于长螺线管，端面处的B=21μ0nI 。
8、磁效率图1-1 电磁铁工作循环图当电磁铁接上电源，磁力还不足克服反力，按0～2的直线进行磁化，达到期初始工作点2。
当磁力克服反力使气隙减小直至为零时，工作点由2～3。
断电后工作点由3～0。
面积Ⅰ为断电后剩留的能量，面积Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。
我们的目的是使Ⅰ和Ⅱ的面积最小，Ⅲ的面积最大。
面积Ⅰ表示电磁铁作完功后的剩磁，（1）减小面积Ⅰ可用矫顽力小的电铁。
（2）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。
面积Ⅱ表示作功前所储存的能量，在衔铁位置一定时，取决于漏磁通，漏磁通大，面积Ⅱ就大。
9、机械效率AK1=AA：输出的有效功A0：电磁铁可能完成的最大功。
10、重量经济性系数GK2=AG=电磁铁重量。
A0：电磁铁可能完成的最大功。
K2不仅取决于磁效率和机械效率，而且还取决于磁性材料的正确利用，电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系。
11、结构系数Kφ每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。
按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻。
一般来说，长行程的电磁铁比短行积的电磁铁长，吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大。
这个判据。
为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数KJQKφ=Q-初始吸力（kg）δ-气隙长度（cm）Q正比于电磁铁的横截面；δ正比于电磁铁的轴向长度。
结构系数可以从设计的原始数据求得。
12、电磁铁工作的过渡过程图1-2 电磁铁吸合动态曲线接通电源后，电磁铁从网络吸收能量，这个能量部分变成线圈的发热消耗，另一部分用来建立磁场，当电流达到稳定值后，磁场的能量不再增加，电磁铁从电源吸收的能量全部消耗于线圈子的发热上，磁场的能量用来产生吸力和作功。
13、工作制（1）热平衡公式图1-3 均匀体的发热曲线热平衡公式：Pdt=CGdτ+μsτdt式中：Pdt供给以热体的功率和时间CGdτ-提高电磁铁本身温度的热量。
C-发热体比热G-发热体质量 dτ-在dt时间内电磁铁较以前升高的温度。
μsτdt-发散到周围介质中的热量。
μ-散热系数。
S-散热面积。
τ-电磁铁超过周围介质的温度。
当输入功率=发散的功率时Pdt=0+μsτdt=μsτdt，即本身温度为再升高，电磁铁本身温度不再升高。
这时就可计算产品的温升值τw 。
当τw小于容许温升，产品运行是可靠的。
当τw大于容许温升，产品是不可靠的。
（2）发热时间常数发热时间常τy =发热体从τ=0 发热到温升0.632τy时所需时间。
4τ达到稳定温升。
冷却时间常数和发热时间常数基本相同。
（3）工作制分为：长期工作制、短期工作制和重复短期工作制。
长期工作制:电器工作时间很长,一般不小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达到或接近温升τy（产品温度不再升高）。
工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。
长期工作制散热是主要的。
长期工作制电流密度可按2～4A/mm2。
短期工作制：电器工作时间很短,一般小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达不到温升τy。
工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。
短期工作制CGdτ（产品本身热容）是主要的方面。
短期工作制电流密度按13～30A/mm2。
重复短期工作制：产品工作和停止交替进行，工作时产品温度达不到温升τy，停止时产品降不到周围介质温度。
重复短量工作制电流密度按5～12A/mm214、漆包线等的耐温等级Y：90℃ A；105℃ QE：120℃ QQ QA QHB：130℃ QZ 云母石棉F：155℃ QZYH：180℃C：＞180℃ QY QXY辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜C级聚四氟乙烯薄膜三、交、直流电磁铁比较1、直流的NI是不变的，是恒磁动势，吸力F与间隙δ的平方成反比。
2、交流磁链ψ（磁通φ与线圈的一些匝数相交链ψ=Nφ）近似常数，是恒磁链磁路，吸力F与间隙δ关系不大。
只是漏磁随间隙δ的增加而增加，故间隙δ增大F减小。
3、直流螺管式电磁铁中可获得边平坦的吸力特性。
4、导磁材料：直流整块软钢或工程纯铁，交流用硅钢片冲制叠铆而成。
5、铁心形状：直流为圆柱形，交流为矩形或圆形。
6、铁心分磁环：直流无，交流有。
7、线圈外形：直流细而高，交流短而粗。
8、振动情况：直流工作平稳无振动，交流有振动和噪音。
9、交流电磁铁比较重，而且它的吸力特性不如直流电磁铁。
四、一个简单电磁铁产品的结构图图3-1 电磁铁结构图五、电磁铁的结构形式图4-1 拍合式电磁铁图4-2 盘式电磁铁图4-3 E型电磁铁图4-4 转动式电磁铁图4-5 螺管式电磁铁电磁铁的最优设计，在于合理选择电磁铁的型式。
不同型式的电磁铁有不同的吸力特性，盘式吸力大，适用于起重电磁铁、电磁吸盘和电磁离合器；拍合式特性比较陡，广泛用于接触器和继电器；螺管式，吸力特性比较平坦，用于长行程牵引和和制动电磁铁；机床电器如接触器、中间继电器电器基本上都是E型。
不同型式的电磁铁适用于不同的场合，它们有不同的吸力特性。
电磁铁的线圈叫激磁线圈，按联接方式分为串联和并联。
串联线圈称为电流线圈，匝数少电流大(也叫电流继电器)。
并联线圈称为电压线圈，匝数多，电阻大、电流小，匝间电压高(也叫电压继电器)。
六、直流电磁铁的要求1、航空电磁铁应在下列条件下正常工作（1）周围的的温度从-60℃～+50℃，而耐热的结构应达到+125℃。
（2）大气压的变化由790～150mmHg 。
（3）相对湿度达98%。
（4）飞机起飞、滑跑和着陆时的冲击。
（5）2500Hz 以上的振动。
（6）线加速达8g 以上。
还有电网压降，工作持续时间，绕组温升，最低作动电压、作动时间、释放电压和使用期限等。
此外还要求重量轻、尺寸小，并有良好的工艺性，用材少以及最少资金等要求。
2、要保证电磁铁可靠动作，在整个工作行程内，吸力均大于反力。
一般电磁铁均选择衔铁释放位置为设计点,在该点应保证吸力可以克服反力而使衔铁动作。
有时需根据电磁铁的动作时间来确定电磁铁的类型，对于快速执行要求可达到3～4ms ，如极化继电器。
对于慢速要求的可达300～500ms 。
为了获得慢速要求，可采用带短路环的拍合式和吸入式。
3、直流电磁铁的吸力（1）Ｆ＝2μδB Ｓ（N ） 式中：Ｓ－磁极总面积（ｍ２） Ｂδ－气隙磁感应强度（T ）（2）F=21（IN ）220δμS×10-6（N ）式中：S和δ的单位为cm 和 cm2（3）吸力和气隙的关系图5-2 F=f(δ)曲线IN1>IN2>IN3七、结论通过本次直流电磁铁的设计，我明白了电磁铁的能量转换，它输入的是电能，输出的是机械能。
电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。
通过对电磁铁所产生的磁场的分析和磁通的计算，电磁铁的工作过程便简单易懂了。
通过对电磁铁结构特性的分析，我学会了绘制电磁铁的吸力和反力特性曲线，并进一步理解了电磁铁的工作原理。
通过对直流和交流电磁铁的比较，以及一些电磁铁实例，我对电磁铁的认识越发深刻。
参考文献[1] 张冠生．电器理论基础．北京：机械工程出版社，1990．[2] 方鸿发．低压电器．北京：机械工程出版社，1988．[3] 王季梅．真空开关理论和应用．西安：西安交通大学出版社，1985．[4] 方鸿发．低压电器及其测试技术．西安：西安交通大学出版社，1990．[5] 夏天伟，丁明道．电器学．北京：机械工业出版社，1999．[6] 常用电工材料手册．上海市电子电器协会．[7] 王宝龄．电磁电器设计手册．北京：国防工业出版社，1989．。