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 =1mm 吸力 F=7.5kg 电阻 R=3.5 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 =1mm 时的吸合力 F=7.5kg 则 电磁铁的结构因数K =F=7.50.1=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）24 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=5800FBp=58007.510000=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-dc2- (4) 式中 bk -线圈厚度 毫米 -线圈骨架及绝缘厚度 毫米 今取=1.7 毫米 bk=28.16-162-1.7 =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,则线圈高度 lk=bk (5) lk-线圈长度 毫米 值根据参考资料选取经验数据为 =3.4 则线圈高度 lk=bk=3.4 5=17毫米 4.5 确定导线直径 导线直径 d=4DcpIWU (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=Bp010-8(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 1530% ，即 (IW) cm+ (IW)k=(IW)式中=0.15 0.3 由此可得线圈的磁势为 (IW)=Bp0(1-)10-8 (安匝) (7) 式中 Bp单位为高斯，单位为厘米 空气导磁系数 0=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=100000.11.2510-8(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)10.85=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 =0.03208 欧. 毫米2米 d=4*Dcp*IWU=40.032080.021134424=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=4URd2=4243.50.412=51安毫米2 (9)W=1.28(IW)jd2=1.281344510.412=200 匝4.7 确定电阻 线圈平均匝长 lcp=(DH+D1)2 (10) DH=D1+2bk (11) D1=dc+2 (12) 式中 DH -线圈外直径 D1 -线圈内直径 D1=dc+2=16+21.7=19.4毫米 DH=D1+2bk=19.4+24.38=27.4 毫米 lcp=(DH+D1)2=(27.4+13.4)2=64 毫米=0.064 米 线圈电阻 R=40*lcp*w4*d2=0.019910.064109340.252=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=(5000)2*1S(1+) (14) 忽略铁磁阻和漏磁通 这样气隙中的磁通 Z=IW*GZ*10-8 (15) 式中 磁导 GZ =0*dC24 (16)式中 空气导磁系数0=1.25 10-8亨/厘米 GZ =0*dC24=1.25 10-81.0240.065=1510-8亨 Z=IW*GZ*10-8=9611510-8108=14415 麦式中 -修正系数 取=4 S -铁心截面积 S=dC24=1.024=0.785 厘米 2 (17)F=(5000)2*1S(1+)=(144155000)2*10.785(1+40.065)=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 =110 ，查参考资料可得散热系数为 m=12.8910-4瓦 厘米2 金属骨架线圈其传导能力较强 m1.7 线圈的散热表面 S= DH+ mD1lk=(2.74+1.71.34 )2.38=37.5 厘米 2 线圈温升 =PmS=412.8910-437.5=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