如何制造小电磁铁

大多数业余爱好者试图做的第一件电工活就是制作某种电磁铁。这种磁铁几乎是所有电气用具的基础，并且它自身也非常有意思。

尽管绕在任何铁芯上的绕组就构成一种电磁铁，但正确地选择参数能得到好得多的结果。本文给出小尺寸电磁铁在低电压下的参数。这些电磁铁也能用在平常的照明电路上。为这种高压绕制小型电磁铁是一件很麻烦的事。

为了用于直流照明电路，将磁铁与比正常电流强度稍大的灯泡串联。例如，1/4安培的电磁铁将能与40瓦灯泡串联在110伏直流电路上很好地工作，如图1的上半部分；而在220伏电路上，要与一对40瓦灯泡如图1下面所示那样连接。类似地，对于1/2安培的电磁铁，在110伏电路上串联两个40瓦灯泡或三个25瓦灯泡。所有灯泡应具有正常电压。

所有电磁铁的总体结构几乎都是类似的。最主要的部件是由绝缘铜线线包围绕的软铁铁芯。图2中绘制的棒形磁铁是最简单的一种。图中还显示了涡轮发电机转子，它也是棒形磁铁类。为了增大功率，常常把磁铁芯弯成“U”形或马蹄形，使得有两个极引至负载。图3是此类电磁铁的几种形式，并指出了绕线方法。环形就是马蹄形的变种，常常用于起重磁铁。图4、图5、图6是三种适用于小型磁铁的铁芯形式。图6这种尽管比其他的制作困难，但对线包有完整的保护，是非常适合实际使用的磁铁。

图1、图2、图3说明电磁铁线包的电流方向和成形方式。

图4、5、6显示了用电池工作的小型电磁铁的实际构建方法。

在设计合理的电磁铁中，小电流能支持大重量。但是，它不能将磁力施加到离磁极面有一段距离的地方。一台能搬动10吨重箱子的大型起重磁铁，却不能扰动3米外口袋中的小刀——可是它也许会严重地影响手表。甚至粗笨箱子上的秤都可能干扰搬动它的电磁铁的起重能力，因此这些不得不在设计中加以考虑。一个电磁铁对较小的物件施加的力也不能与对大物件施加的同样大小。例如，能提起重达9000公斤“粉碎”大铁球（它在废铁块上约6米处掉下来能将其粉碎）的磁铁却不能抓住450公斤重的废铁。因此尽管能为特定用途精确设计一个电磁铁，但不可能给出用于通用负载的准确数据。因此，表Ⅰ和Ⅱ中给出的数据能当作参考数据，而不是严格不变的。这些数据可以用于制作在适当条件下工作的电磁铁，即用于起吊平展、光滑的铁件，铁件的截面至少等于铁芯的截面。在这些条件下，才能得到额定的抓力。要注意，尺寸小的没有尺寸大的节电，主要因为磁极间的气隙阻抗和负载对各种尺寸来说大致相同。

理论上，吸住不动的磁铁不做功，完全不应该消耗能量。实际上电磁铁中能量全都损失在克服线包阻抗中。因此，要采用尺寸恰当的足够导线，可以使电流非常小。实际中，要考虑种种实际因素达到一种平衡。为了避免线包过重，电流值可以合理地取高一些；不过，电流不要高于能从电池中经济地取出的电流值。

若要采用任意尺寸的不同线包及电流，只要导线匝数与电流的乘积与表Ⅰ中给出的安匝数相同。例如，10磅电磁铁可用表Ⅱ中两个方法中的任一个绕制。两个方法均能得到300安匝：一个是1/4安培乘1200匝，另一个是1/3安培乘900匝。用1安培和300匝、或0.1安培和3000匝也能获得相同的拉力。所以，可以根据线包、给定的导线和绕制难度等方面选择适合自己的方式。无论怎样绕制，铁芯是给定的尺寸。

绕组最好用纱包电磁线制造。实际上，这可能是唯一的选择，因为大多数地方会有这种小尺寸导线。与其把导线直接绕在铁芯上，还不如在仿制的木芯或纸芯上制作绕组，用绝缘胶布缠绕后再将其放到铁芯上。绕组可以设计成由两个线圈组成。

铁芯截面可以是任意形状，不过，线圈放置的地方应是圆形或接近圆形，否则就会造成导线浪费。无论如何，其各处的面积要等于或大于表中列出的圆铁芯面积。其他尺寸也要适合绕组。

若电压足够高，这些电磁铁在交流电上能勉强运行。不过，它们会由于铁损而发热。用纸或清漆绝缘的铁丝或一叠铁片条做一个铁芯（图5）能大大减少发热。为了得到足够的电压，必须通过灯泡将其连接到照明电路上。不可能不过热而又得到与用直流电一样大的吸力。

与电磁铁这一议题紧密相关的是带铁芯使用的螺线管电磁铁，其铁芯被拉入线圈而使一些机械装置运动。这种铁芯必须具有大的气隙；也就是说，没有如马蹄磁铁中那样近于完整的铁芯磁路。因此，几乎不可能对某个绕组预计的拉力给出十分明确的数据。表中给出的是这种螺线管绕组的建议值，而拉力当然要比给电磁铁的小得多。一般说来，拉力取决于铁芯截面积和线圈安匝数，所以，加大任一因子都能得到更大的拉力。但是，应在两者之间保持合理的比例才能得到最佳的工作状态。采用螺线管和插棒式铁芯时，很容易得到25毫米或更多的运动行程，拉力当然也相应减少。

需注意的是，拉力是对面积等于铁芯面积的由铸铁制成的衔铁计算的；假定0.13毫米气隙为最小值。其他铁芯尺寸的确定应适合绕组的形式和大小，使铁芯短得方便实用。