电器学电磁铁设计.

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=
S
Φ
（T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ） 3、磁场强度H=
L
NI
（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=
H
B
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=
M
R NI 磁阻R M =
s
l 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=
qv
F
，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=2
1
μ0nI 。

8、磁效率
ψ
电磁铁工作循环图
ψ0
ψ4
4Ⅰ
I
Ⅲ
Ⅱ
2
3
1
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 A
A ：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=
Q
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
B
A i
C
D
t
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
τ
t
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℃Q
E：120℃QQ QA QH B：130℃QZ 云母石棉F：155℃QZY
H：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=k
3.2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：
δ
F K =
Φ （3-2）
所以23.1310
428
3
=⨯=-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 ＜0.63
3.3 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。

3.3.1 决定铁心半径和极靴半径
在初步设计时，可以用麦克斯韦公式计算电磁铁的吸力，即
2
2μδS
B F x =
（3-3）
式中
F x －－电磁铁吸力(N )；
B δ――在线圈电压为下限值(85%额定电压)时的工作气隙磁通密度(T)； S ――磁极面积(m 2)；
µ0－－真空磁导率，µ0=4πх10-7
H/m 。

(1)、不带极靴的电磁铁 磁极面积 S 按下式计算：
S =πr c 2 （3-4）
式中
r c －－铁心半径(m )。

设计点吸力为 F0,即
Fx = F 0 （3-5） 将式(3-5)及式(3-4)代入式(3-3)，则
δπμ20
02B F r c =
（3-6）
查表取28.0=δB
m B F r c 4
2
720010*86.228.0*28*10*4*22--===πππμδ (2)、带极靴的电磁铁
磁极面积 S 等于极靴面积，可按下式计算：
S =πr p 2 （3-7） 式中 r p ――极靴半径(m )
设 p 为电磁铁极靴的比值系数，
c p
r r p =
， 则
r p = pr c （4-8） 选择小尺寸电磁铁，取p=1.4,所以
r p =1.4*2.86*m 4
410*004.410--=
将式(4-5)、式(4-7)和式(4-8)代入式(4-3)，得
m p B F r c 012.04.1*28.0*28*10*4*222
272200===-πππμδ
3.3.2 计算线圈磁通势
电磁铁的线圈磁通势应等于磁路各部分磁压降之和，可列出下式：
f m U U IN ∑+∑+ΛΦ=δ
δ
（3-9） 式中， IN ――线圈磁通势(A )； Φδ/Λδ――工作气隙中磁压降(A )；
ΣU m ――导磁体各部分磁压降之和(A )； ΣU f ――非工作气隙磁压降之和(A )。

在初步设计时，电磁铁的结构尺寸尚未确定，所以 ΣU m 及 ΣU f 无法确定，因此设
f m U U ∑+∑ δ
δ
ΛΦ=i K （3-10）
将式代入式，得
δ
δ
ΛΦ+=)
1(i K IN （3-11） K i ――根据经验统计，设计点在衔铁打开位置时，K i =0.2~0.55；设计点在主触头刚接触位置时 K i =0.55~1。

若将式(3-11)中的工作气隙磁通值 Φδ 用 B δS 代替，而 B δ 值是线圈电压为下限值时的工作气隙磁通密度，则磁通势亦为线圈电压下限值时的线圈磁通势，用1)(IN 表示，即 δ
δΛ+=S
B K IN i )
1()(1 （3-12） 而 0
0δμδS
=
Λ 将式代入式，得取4.0=i k A B K IN i 4.124810
410428.0)4.01()
1()(7
3
1=⨯⨯⨯+=+=--πμδδ 若要求在线圈额定电压下的线圈磁通势(IN)2，可按下式计算： A IN U U IN N 7.14684.12485
.93110)()(112=⨯==
V U U N 5.93%851==
式中 U N －－线圈额定电压(V )；
(IN)2－－线圈额定电压下的线圈磁势(A )； 1U ――线圈电压下限值(V )，一般 U 1=85%U N ；
(IN)1――线圈电压下限值时的线圈磁通势(A )。

3.3.3 计算线圈高度及厚度
在反复短期工作制时，电磁铁的线圈温升C w ︒=60τ 式中 )]/([2K m W K T 数线圈外表面综合散热系--
）下的温升（线圈在反复短时工作制K W --τ
短时工作制线圈高度的计算公式，即
W
C T ic p nr K n K k K IN n h τρβ)21(2))(1(222
+++=
（3-13）
125
.08
.01
%1t )()(211222===+=----TD t t K K A IN P P 功率过载系数。

反复短时工作制线圈的；定电压下的磁动势反复短时工作制线圈额
式中 --1t ）时间（一个工作周期中的通电s
--2t 一个工作周期中的通电时间（s ） TD(%)---通电持续率。

--βk 线圈内表面综合散热系数2T K 与线圈外表面综合散热系数1T K 之比值。

βK 可按以下
经验数据选取：对于用导热性不好的绝缘材料做骨架的线圈，0=βK ；无骨架线圈，其内表面散热能力与外表面散热能力比较接近时，05.1~75.0=βK ；绕在金属套上的线圈，内表面散热效果好，75.1~564.1=βK ；直接绕在铁心上的线圈，因为线圈和铁心紧密接触，大部分的热量从内表面传到散出，45.2~1.2=βK 。

本设计中取6.1=βK
T K 按照表选取为11.8
n --线圈比值系数，选择小尺寸电磁铁，8.0~5.0=n ，本文中选择0.6 所以 m h 05726.060
012.06.0)6.16.021(8.115.028
.07.14686.1103.228=⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
-
在铁心半径c r 已经确定的情况下，线圈厚度Δ为
m nr c 0144.0012.06.022=⨯⨯==∆ 环境温度
C ︒=400θ，ρ可按照表选取，发热温度0θτθ+=w
查表可知)/(8.112
K m W K T =
3.3.4计算线圈导线直径及匝数
直流电压线圈，线圈的电路方程 ()IN d
r d
N l I
IR U c pj 22244∆+===ρπρ （3-14） 将上式移项得
()m IN U
r d c 481017.24.12485
.93)
0144.0024.0(103.2424--⨯=+⨯⨯⨯=
∆+=
ρ 式中 U――线圈的电压(V )；
IN――线圈的磁通势(A )，与线圈电压相对应的磁通势，若 U =U 1，则
IN =(IN )1。

线圈导线直径求出后，可利用线圈填充系数的公式，推导出计算线圈匝数的公式，即
∆
=
h d ic N
k 2
4
π
（3-15）
上式移项得 匝11153)1017.2(0144.005726.05.0442
42=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=
-ππd h k N ic 3.4 计算极靴、衔铁和铁轭的尺寸
(1）、极靴尺寸
极靴半径可以由选定的极靴半径比值系数 p 。

极靴高度 h p 的大小与 r c 及 r p 有关，在极靴内部，取半径为 r c 的圆柱面，设通过这一圆柱面的磁通密度不超过铁心的磁通密度，可得极靴高度 h p 的计算 ])1
(1[22p
r h c p ->= （3-16） (2）、衔铁尺寸
通常取衔铁的宽度 b x 和铁轭的宽度 b e 相等，并等于或大于线圈外径 D c2，b x 可按下式计算：
b x = b e = D
c 2 + 2∆c 2 = 2 (r c +∆+ 2∆c 1 )+ 2∆c 2 (3-17) 式中
∆c1――线圈内圆与铁心间间隙(m ) ∆c2――为保护线圈而增加的尺寸(m ) 一般取 ∆c1=(0.5~1)×10-3m ，∆c2=(0~5)×10-3m 。

本文中取m 103107.03-231⨯=∆⨯=∆-c c m ，
衔铁的截面积可以取得比铁心截面积小，因为拍合式电磁铁的漏磁通不经过衔铁，因此衔铁面积 S x 可按下式计算；
()241071.28.0~5.02m r S c X -⨯==π （3-18） 则衔铁厚度可按下式计算：
()m b r b S a X c X X X 44
2
10*07.400602
.010
*71.28.0~5.0--====π
（3-19）
衔铁的长度 lx 应按照在衔铁打开位置，能使工作气隙的边缘磁通进入衔铁所需的长度来确定。

（3） 铁轭尺寸
铁轭的截面积一般大于铁心截面积，以使铁轭的磁通密度低于铁心，达到减 小线圈磁通势的目的，故铁轭截面积 Se 可按下式计算： ()24
2
10
78.62~2.1m r S c e -⨯==π （3-20）
则铁轭厚度可按下式计算：
m b S a e e e 44
1062.1120602
.01078.6--⨯=⨯== （3-21） m c 33105-⨯≥∆
(4）、铁心长度
铁心长度主要决定于线圈高度 h.,可按下式计算：
m h l f c c 05901.01025.010
205726.0233
14=⨯-⨯+=-∆+=--δ （3-22）
式中 ∆c4――绝缘垫圈厚度(m)，一般取 ∆c4=(0~3)×10-3 m ，本文取为m 3101-⨯由线圈绝缘及固定方式决定；
δf1――极靴与铁心间非磁性垫片厚度(m)，δf1=(0.2~0.3)×10-3 m ，本文取m 31025.0-⨯
3.5 电磁铁草图
图3-2 电磁铁草图
4 电磁铁性能验算
通过上述初步设计计算，大体确定了磁系统的尺寸和线圈数据，绘制工作气隙值为 δ0时的电磁铁结构草图以后，即可进行详细的验算。

验算的主要项目有：吸力特性计算；线圈温升计算；经济指标（质量，价格）的计算等。

（1）计算线圈电阻 R θ
()()()
Ω
=*⨯++⨯⨯⨯=
∆+=
∆+=
--2.8671017.211153
]0144.0)0007.0012.0(2[103.2444
2
482
121d N
D d N D R C C θθρππρθ （4-1）
式中 R θ――在给定温升下的热电阻(Ω)； ρθ――在给定温升下的导线电阻率(Ω·m)； Dc1――线圈内经(m)，Dc1=2(r c +∆c 1)； ∆――线圈厚度(m)； N ――线圈匝数； d ――导线直径(m)。

（2）验算线圈温升τw
用牛顿公式验算，线圈结构尺寸已经确定，故线圈散热面积 S 可按下式计算：
2
31210*04.1705726.0)0007.0012.0(26.105726.0)0007.00144.0012.0(2m h
D K h D S C C -⨯=⨯+⨯+⨯++⨯=+=ππππβ （4-2） 线圈发热功率 Φ 可按下式计算：
W R U N 95.132
.867110'2
2
===Φθ ， W k p 16.11'2=Φ=Φ （4-3）
线圈外表面散热系数 KT ，则反复短时工作制的线圈稳定温升τw 可按下式计算：
C S K T w ︒=⨯⨯=Φ=
-5.551004.178.1116
.113
τ （4-4）
验算得出的线圈温升应低于线圈绝缘材料耐热等级的极限允许温升，并留有适当的温升裕度，则线圈温升合格；否则即为线圈温升不合格，应修改电磁铁结构尺寸及线圈参数，然后再进行验算，直到温升合格，再进行下一步验算。

验算线圈磁通势在线圈电
压下为下限值 U1 时的线圈磁通势(IN)1 按下式计算：
()A R N U IN 5.12022
.867111535.9311=⨯==θ （4-5） 在线圈电压为额定电压 U N 时的线圈磁通势(IN)2 可按下式计算： ()A R N U IN N 7.14142.86711153*1102===
θ （4-6） 按导磁体尺寸计算工作气隙磁导、非工作气隙磁导及漏磁导，再按已知线圈 磁通势求工作气隙磁通值的方法进行磁路计算，求出设计点在磁通势(IN)1 及磁通势(IN)2 两种情况下的工作气隙磁通值，再按同样方法求出衔铁其他位置的工作气隙磁通值。

衔铁，铁芯，铁轭均选择铁镍合金，其相对磁导率为2000
衔铁磁阻
()()Ω⨯=⨯⨯⨯⨯++=⨯+∆+==
---474321008.111071.2200010401126.001.00542.01071.224
πμe C C X X X X a D S l R （4-7） 铁轭磁阻 ()()Ω----⨯=⨯⨯⨯⨯+++++=⨯⨯⨯⨯∆++++==
41008.810420001078.601.00542.001126.005901.000294.010*********.62R 747
432e ππμc c e c p e e e D a l h S l （4-8） 铁心磁阻
Ω⨯=⨯⨯⨯⨯==-47102.5104200005901.02c
r S l R c c c C ππμ （4-9） 漏磁阻
Ω⨯=*⨯⨯⨯==---643
000107.61041075.41047πμδδS R （4-10）
总磁阻 Ω⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=664441096.6107.6102.51008.81008.11总R
（3）吸力验算 利用能量平衡法的吸力计算公式，计算在 U 1 及 U N 下设计点和衔铁其他位置的吸力，并画出吸力特性曲线；以检查吸力特性与反力特性的配合是否恰当，如果配合恰当，则所设计电磁铁合格，否则，应再修改电磁铁的结构尺寸和线圈参数，重新进行性能验算直到合格为止。

()Ω⨯=⨯==Φ5-611032.1710
96.65.1202总R IN δ （4-11）
()N N S F X 204.26012.010421032.1722
725
02>=⨯⨯⨯⨯=Φ=--ππμδ （4-12） （4）计算电磁铁的重量及经济重量，电磁铁所需材料重量是电磁铁的经济指标，是评判电磁铁设计优劣的重要指标，在电磁铁性能验算合格后，还应计算电磁铁重量。

铜的重量按下式计算：
()()m r l c av 1206.00144.0012.022=+⨯=∆+=ππ （4-13） kg d Nl G av cu Cu 4425.0)1017.2(41206.011153109.8424
32=⨯⨯⨯⨯⨯==-ππρ
（4-14） 式中 Gcu ――线圈导线铜的重量(kg)； ρCu ――铜的密度(kg/m3)3/9.8m Kg = N ――线圈匝数；
lav ――线圈平均匝长(m)；
d ――导线直径(m)。

导磁体铁的重量可按下式计算：
kg V G Fe Fe Fe 103.110403.11086.743=⨯⨯⨯==-ρ
（4-15） 式中 GFe ――导磁体铁的质量(kg)；
ρFe ――铁的密度(kg/m3)=33/1086.7m kg ⨯
V Fe ――导磁体的体积(m3)。

电磁铁的总质量可按下式计算：
()kg G G G Fe Cu 717.19.01
=+=
（4-16） 式中 G ――电磁铁总质量(kg)。

电磁铁的经济质量
为了便于比较，将电磁铁总质量除以它所做的机械功称为经济重量，即电磁
铁做单位机械功所用的材料重量：
kg F G
G 2.160==δ
（
4-17） 式中 G0――电磁铁的经济重量(kg/J)；
F ――电磁铁的电磁吸力(N)；
δ――电磁铁的工作气隙值(m)。

经济重量 G 0 的大小随工作气隙值变化，并有一个最小值。

5结论
本次课程设计运用了所学的知识以及查阅的资料进行了拍合式直流电磁铁的设计，首先说明了直流电磁铁的结构和工作原理，列举了电磁铁的分类和基本公式的概念。

然后在给定的条件下，对拍合式直流电磁铁进行设计计算，使之满足设计要求。

大体设计过程分为初算、复算和验算三个阶段。

是在给定参数下，按照对它的各项要求，确定铁心和线圈的各项尺寸参数。

课程设计是培养学生综合运用所学知识和实践能力,使课堂理论知识与实际运用相结合的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

很感激学校给了我们这次动手实践的机会，让我没学会运用所学的知识，这次课程设计是对我平时学习的知识的一个综合，受益匪浅。

心得体会
首先感谢老师能给我一次这样自我学习和自我锻炼的机会，通过这次课程设计让我对平时所学的知识有一个总的概括和复习，把所学的知识运用到实际生活中来，活学活用，融会贯通。

从刚开始的毫无头绪到最后的设计完成，让我明白了我的理论知识还很欠缺，所以设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。

在设计过程中，对电磁铁结构的研究，也增强了我们的思考能力；；在绘制反力的过程中，学到了很多实用的技巧；在对课题研究和资料查阅时，也开阔了我们的视野，了解了不少电器学相关的知识。

从开始设计到最后的完成过程中，我们更深入地了解了电器学中的电磁铁设计，学到了课堂上学习不到的知识。

这次课程设计让我对电磁铁的知识有了更深入的了解，也培养了自我学习的能力，和团队合作的能力，是我人生中不可多得的财富。

在这里感谢老师的悉心指导，今后我会更加努力，更加完善自己。

参考文献
【1】张冠生《电器理论基础》机械工程出版社1990 【2】方鸿发《低压电器》机械工程出版社1988
【3】夏天伟、丁明道《电器学》机械工业出版社1999 【4】贺湘琰《电器学》第 2 版机械工业出版社2005 【5】郭凤仪李靖《电器学》机械工业出版社 2013。