目录引言 (1)1 概述 (2)1.1 基本公式及概念 (2)1.2 一个简单电磁铁产品的结构图 (6)1.3 电磁铁的结构形式 (7)2直流电磁铁的设计要求 (9)3 直流电磁铁的设计与计算 (10)3.1 电磁铁设计点的选择 (10)3.2选择电磁铁的结构形式 (11)3.2.1用结构因数选择电磁铁的结构形式 (11)3.3 直流电磁铁的初步设计 (12)3.3.1 决定铁心半径和极靴半径 (12)3.3.2 计算线圈磁通势 (13)3.3.3 计算线圈高度及厚度 (14)3.3.4计算线圈导线直径及匝数 (16)3.4 计算极靴、衔铁和铁轭的尺寸 (16)3.5 电磁铁草图 (18)4 电磁铁性能验算 (19)5结论 (22)心得体会 (23)参考文献 (24)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.电磁铁是通电产生电磁的一种装置。

在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁。

我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。

另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。

这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

1 概述1.1 基本公式及概念电磁铁是通电产生电磁的一种装置。

在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。

我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。

另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。

这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

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 =sl μ 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ψ电磁铁工作循环图ψ0ψ44ⅠIⅢⅡ231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 K 1=A 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K 2=A G G=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K φ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。

为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数K φ这个判据。

K φ=QQ-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BA iCDt吸合时间电磁铁吸合动态曲线开始吸合完成吸合图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）热平衡公式均匀体的发热曲线τt图1-3均匀体的发热曲线热平衡公式：Pdt=CGd τ+μs τdt式中：Pdt 供给以热体的功率和时间CGd τ-提高电磁铁本身温度的热量。

C-发热体比热 G-发热体质量 d τ-在dt 时间内电磁铁较以前升高的温度。

μs τdt-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+μs τdt=μs τdt ，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/mm 2。

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CGd τ（产品本身热容）是主要的方面。

短期工作制电流密度按13～30A/mm 2。

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/mm 2 14、漆包线等的耐温等级Y：90℃A；105℃QE：120℃QQ QA QH B：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1.2 一个简单电磁铁产品的结构图图1-4电磁铁产品结构图1.3 电磁铁的结构形式图1-5电磁铁的结构形式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。

2直流电磁铁的设计要求1、电网压降小，工作持续时间长，绕组温升，最低作动电压、作动时间、释放电压和使用期限等。

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。

F吸力特性曲线反力特性曲线δ图2-1电磁铁反力特性曲线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 直流电磁铁的设计与计算3.1 电磁铁设计点的选择如图所示。

对于一般的电磁铁，选择衔铁在释放位置的 a 点作为设计点；对于接触器中使用的电磁铁，由于主触头刚接触处反力特性有一突跳点， 该点上的电磁铁工作最为繁重，因此必须取 b 点作为设计点。

图3-1 按电磁铁的反力特性选择设计点设计点上对应的吸力称为初始吸力，用F 0 来表示，其大小可以由已知反力 特性上对应δ0 的反力F f 0 来确定。

为了使电磁铁工作可靠，往往引入一个安全系 数k 0 ，则初始吸力F 0 为：F 0 = k 0 F f 0 （3-1）因为N F f 200=所以N F 28204.10=⨯=安全系数k 0 为考虑计算和制造中产生的误差所加的安全裕度。

k 0 的值在不 同情况下变化很大，它应根据具体情况而定，例如对某些继电器和接触器，当制 造工艺稳定时k 0 =1.35 ，而当制造工艺不稳定时k 0 = 2.4 。

以下推荐一些数据作为设计中参考：对快速电磁铁，k 0 = 3 ~ 4 ；对小功率继电器，k 0 = 2 ~ 3；对控制继 电器和电磁阀，k0 =1.5 ~ 2 ；对接触器和磁力启动器，k0 =1.2 ~ 1.5 ；对牵引电磁铁和制动电磁铁，k0 =1.1 ~ 1.2 。

当电器的制造工艺稳定时，k0 取较小值，反之，应取较大值。

此次设计取4.10=k3.2选择电磁铁的结构形式3.2.1用结构因数选择电磁铁的结构形式按电磁铁的特性配合初选电磁铁的结构形式之后，再计算结构因数K Φ ，来检查所选结构形式是否恰当，K Φ 按下式计算：δF K =Φ （3-2）所以23.13104283=⨯=-ΦK 所以可知选择单U 形拍合式 式中 K Φ －－电磁铁的结构因数(N 0.5/cm )；F 0 ――电磁铁设计点的吸力(N )； δ0 ――磁铁设计点的工作气隙值(cm )。

K Φ 所以称为结构因数，是因为O F 正比于铁心直径，δ0 正比于磁通势，铁心长度也正比于磁通势，故δ0 正比于铁心长度，K Φ 越大铁心越短粗，K Φ 越小铁心越细长，即K Φ 可以表示电磁铁的结构特点。

从大量电磁铁设计资料中得知，各种不同形式的电磁铁，都有一个最适宜的K Φ 值，如表 3-1 所示，在此范围内，可以使电磁铁做单位机械功所需材料重量最小；按所计算出的K Φ 值可以从表中找出最适宜的电磁铁结构形式，再根据电磁铁的工作任务最后确定其结构形式。

表3-1 各种直流电磁铁最适宜的 K Φ 值序号 电磁铁形式 K Φ（cm N /5.0） 序号 电磁铁形式 K Φ（cm N /5.0） 1 单U 形拍合式 8.4~84 4 装甲螺管式 12.5~50(铁芯锥顶2α=90˚)2 单E 形直动势 >280 5 装甲螺管式 5.5~12.5(铁芯锥顶2α=60˚)3 装甲螺管式 50~280 6 装甲螺管式 ＜0.633.3 直流电磁铁的初步设计电磁铁的结构形式虽然很多，但它们的核心部分都是铁心和线圈，确定了铁心和线圈的尺寸和参数，其他尺寸就容易求得，故在直流电磁铁设计中把铁心半径 r c 、线圈高度 h 、线圈匝数 N 及线圈导线直径 d ，这四个参数作为关键参数，根据已知条件求出它们，再按比例关系求出其他尺寸。