摘 要
电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。本课程设计主要讨论了直流
盘式起重电磁铁机构的计算方法，特性以及它们的简单设计方法。以电磁感应理论为核心
根据直流电磁铁的起重特点，通过经验设计确定线圈的磁感应强度等参数，然后通过经验
参数计算出电磁铁线圈的内径并确定线圈的高度，从而使吸力达到设计符合的要求。电磁
铁的线径以及线圈的高度参数是计算的重点并加以进一步讨论。
关键字：电磁铁 起重 直流
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目录
1 概述 3
1.1 直流盘式起重电磁铁 4
1.2 直流盘式起重电磁铁的特点 4
2起重电磁铁原理 4
2.1 电磁感应原理 4
2.2 磁化曲线 4
2.3 电磁铁材料 4
2.4 电磁铁的吸合 5
3 直流盘式起重电磁铁图 6
4 起重电磁铁的设计 7
4.1 电磁铁的设计参数 8
4.2 起重电磁铁的计算 8
6 结论 10
7参考文献 12
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一. 概述
1.1直流盘式起重电磁铁
起重电磁铁，顾名思义，就是在工业领域应用的，作为用于冶金、矿山、机械、交通
运输等行业吊运钢铁等导磁性材料或用作电磁机械手，夹持钢铁等导磁性材料。电源通过
控制部分给电磁铁输入直流电,电磁铁产生强大磁场并对铁磁性物质产生吸力,把电能转
换为机械能,从而达到搬运各种铁磁性物料的目的。

1.2直流盘式起重电磁铁的特点
1、采用全密封结构，防潮性能好。
2、经计算机优化设计，结构合理、自重轻、吸力大、能耗低。
3、励磁线圈经特殊工艺处理，提高了线圈的电器和机械性能，绝缘材料热等级达到C
级，使用寿命长。
4、普通型电磁铁的额定通电持续率由过去的50%提高到60%，提高了电磁铁的使用效率。
5、超高温型电磁铁采用独特隔热方式，其中被吸物温度有过去的600℃提高700℃，扩
大了电磁铁的适用范围。
6、安装、运行、维护简便。
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二. 起重电磁铁原理
2.1电磁感应原理
当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变
成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁
铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，
另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁
性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保
持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去起重电磁铁应有
的优点。

2.2磁化曲线

磁导体的磁导率不是常数，而是H值的非线性函数，BH,故磁导体的磁化曲线时
非线性的，函数图如下图所示：

图2-1 磁化曲线
2.3电磁铁材料
内部带有铁芯的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置叫做电磁铁。
通常制成条形或蹄形。铁芯要用容易磁化，又容易消失磁性的软铁或硅钢来制做。这样的
电磁铁在通电时有磁性，断电后就随之消失。
软磁材料：软磁材料矫顽力小，磁导率高，剩磁也不大，所以磁滞现象不明显，常用的有：
电工纯铁，硅钢，高磁导率合金，高频软磁材料和非晶态软磁合金等
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2.4电磁铁的吸合
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

δ
吸力特性曲线

反力特性曲线

图2-2吸力反力特性曲线
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。
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三. 直流盘式起重电磁铁图
3.1直流盘式起重电磁铁装置图

图3-1直流盘式起重电磁铁装置图
3.2磁路图

图3-2 磁路图
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四. 起重电磁铁的设计
．

4.1起重电磁铁的设计参数
用途：专供起重生铁锭和中等尺寸废钢之用
型式：园盘式
被吸物温度：常温
通电持续率：50％
环境温度： To= -5℃ ~ +40℃
线圈额定电压：Ue =220V（直流）
最大额定电压： Umax =1.05Ue
允许温升：（H级绝缘）T = 160℃
起重能力和某些限定数据：
电磁铁外半径 R：0.65m
自重：≤3000kg
功率参考值：11.1KW
起重能力：生磁体或废钢 1100kg
铸铁铁屑 600kg
计算用等效衔铁厚度 0.08m

4.2起重电磁铁的计算
（一）、电磁铁的原始数据
1、初始吸力QH =1100（公斤）
3、容许温升160（℃）
4、工作制：长期工作制τ=1；短时工作制τ＜1；重复短时工作制τ＜1。重复短时
工作制还应给出接通时间或循环时间。采取长期工作制。
5、电磁铁的工作电压。

（二）、初算
根据磁通最优密度曲线查表，磁感应强度B=3000

根据电磁吸力公式QH=π22125000RB（公斤） （1）

由（1）式得R1=225000BQH=55（cm）
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（三）、初算线圈的总磁动势方程
表5-1内外磁极中心距与工作气隙的关系
内外磁极中心距 (cm) 等值工作气息(cm)
铸铁块或中等尺寸废钢 小块碎铁或铁屑
70~100 20~25 25~40
50~70 15~20 25~35
50以下 10~15 15~25

δ取
0.35

F∑=4.0Bkct =2857
kct=1.2～1.55
试验表明，导磁体内磁动势占电磁铁总磁动势的10～25%，非工作气隙中的磁动势
占总磁动势的5～10%，则材料选择最经济。
取磁导体中的磁势降为气隙磁势的18%,非工作气隙中的磁势降为气隙中磁势的10%,则

式中KCT=78.01=1.28
0.78=1-(10%+18%)

（三）、确定线圈长度和高度
LK=3422105YKKfF=8.2cm
式中：漆包线的电阻率ρθ=2.4×10-2Ωcm2/m 漆包线90℃时电阻率
散热系数 K=1.16×10-3W/cm2℃
fK-填充系数取0.48
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表4-1 fK填充系数
漆包线直径（mm） 手动绕线 自动绕线

0.1 0.44 0.38
0.15 0.495
0.2 0.535 0.48
0.3 0.54
0.4 0.57

对于比值12RRL=hL=0.82（线圈子的长高比，也叫窗口尺寸），如果吸力增大或行程减小，
可减小此值。
线圈高度H=R2-R1=65-55=10(cm)
确定漆包线的直径

d=UFhR)12(=24270065.4104.22=0.42(mm)
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结论
本课程设计通过运用直流盘式起重电磁铁的概念及特点，通过电磁感应原理，将铁芯材料
磁化将电磁能转化为机械能。根据实际设计参数设计线圈的内径，高度和线径以达到实际
需要。通过改变线圈的长高比可以适应行程的变化。
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参考文献
[1] 夏天伟，丁明道．电器学．北京：机械工程出版社，1999．
[2] 杨儒贵．电磁场与电磁波．北京：高等教育出版社，2003．
[3] 王宝龄．电磁电器设计手册．北京：国防工业出版社，1989．
[4] 张冠生．电器理论基础．北京：机械工业出版社，2002．
[5] 方大千．高低压电器速查速算手册．北京：中国水利水电出版社，2004．
[6] 张节容．高压断路器原理和应用．北京：清华大学出版社，2002．
[7] 熊泰昌．真空开关电器．北京：中国水利水电出版社，2002．