某產(chǎn)品用永久磁鐵磁性影響因素研究

梁龍云 韓蘭英（山西汾西重工有限責(zé)任公司，太原 030027）

某產(chǎn)品用永久磁鐵磁性影響因素研究

梁龍云 韓蘭英（山西汾西重工有限責(zé)任公司，太原 030027）

某產(chǎn)品的校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置利用永久磁鐵與計數(shù)傳感器電纜中干簧管的相互作用進(jìn)行收放計數(shù)，實現(xiàn)GPS信標(biāo)的精確定位。但在某產(chǎn)品使用過程中，永久磁鐵磁場強(qiáng)度和干簧管的靈敏度出現(xiàn)了不匹配現(xiàn)象，造成了計數(shù)干擾。首先分析了影響永久磁鐵磁場強(qiáng)度變化的因素，針對某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置應(yīng)用重新選取了合適的磁場強(qiáng)度，優(yōu)化了充磁工藝，經(jīng)過在某產(chǎn)品主載體上進(jìn)行收放計數(shù)測試，可滿足性能要求，并消除了計數(shù)干擾。

GPS信標(biāo)，收放計數(shù)，永久磁鐵，磁場強(qiáng)度控制

1 引 言

磁性材料種類眾多，一般可分為永磁材料和軟磁材料兩大類。釹鐵硼材料屬于鐵氧體永磁材料，主要組成材料為Fe、Сo、Ni等物質(zhì)，在常溫下磁化后可以獲得很高的磁性，而且當(dāng)外磁場移去后，仍能夠保留極強(qiáng)的磁性。由于燒結(jié)釹鐵硼具有負(fù)溫度系數(shù)，所以，使用環(huán)境的瞬間最高溫度和持續(xù)最高溫度均會對磁體本身產(chǎn)生不同程度的退磁作用，由于釹鐵硼材料本身是易腐蝕和易氧化的，因此，一般需進(jìn)行表面處理以保護(hù)永磁體。在產(chǎn)品設(shè)計中選用釹鐵硼材料磁體時，首先要考慮影響磁場強(qiáng)度變化的因素，根據(jù)磁場強(qiáng)度的變化量選用合適的磁場強(qiáng)度。

2 某產(chǎn)品永久磁鐵磁場強(qiáng)度研究

某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置采用3個永久磁鐵與計數(shù)傳感器電纜相互協(xié)同進(jìn)行收放計數(shù)，實現(xiàn)GPS信標(biāo)的精確定位。其中，計數(shù)傳感器電纜利用干簧管接收磁場信號實現(xiàn)計數(shù)，磁場強(qiáng)度太大會干擾干簧管接收信號，所以，設(shè)計時永久磁鐵的磁場強(qiáng)度必須與干簧管的АT（安培匝）值相匹配。

在某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置海試過程中，GPS信標(biāo)計數(shù)出現(xiàn)了受干擾的現(xiàn)象，如圖1所示。為配合某產(chǎn)品計數(shù)傳感器電纜的故障排查，收集永久磁鐵磁場強(qiáng)度在不同尺寸、不同溫度、不同充磁方向的數(shù)據(jù)，分析了影響永久磁鐵磁場強(qiáng)度的因素及規(guī)律，并重新選取了合適的磁場強(qiáng)度，消除了與干簧管之間的磁場信號接收干擾，實現(xiàn)了精確定位。

2.1 不同充磁方向的磁場強(qiáng)度分析

圖1 某產(chǎn)品2014年校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置GPS信標(biāo)釋放時的脈沖波形圖

某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置采用牌號為N38的釹鐵硼材料作為永久磁鐵。加工4種厚度的永久磁鐵試件，其磁場強(qiáng)度理論值根據(jù)圓環(huán)類磁體表面場的計算公式見式（1），理論磁場強(qiáng)度與實測值（高斯計測量值）見表1。

從表1可以看出，不同尺寸的釹鐵硼材料永久磁鐵試驗件充磁后的磁場強(qiáng)度理論值及磁場強(qiáng)度值之間存在一定的差別，充磁后正反兩個表面的磁場強(qiáng)度不同，即充磁后方向不同，磁場強(qiáng)度不同。

2.2 溫度對磁場強(qiáng)度影響分析

對4種厚度的釹鐵硼材料永久磁鐵按照裝配方向、裝配到校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置上，并按照技術(shù)要求在80℃環(huán)境下烘烤4h進(jìn)行表面處理（即用環(huán)氧樹脂粘接），表面處理前后磁場強(qiáng)度的對比如表2所示。

表1 不同厚度充磁后的理論磁場強(qiáng)度及實測磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù) （單位：Gs）

表2 涂環(huán)氧膠進(jìn)行表面處理前后磁場強(qiáng)度 （單位Gs）

從表2可以看出，在80℃溫度下進(jìn)行表面處理后，4種厚度的釹鐵硼材料永久磁鐵的磁場強(qiáng)度減弱約400Gs～500Gs。

2.3 不同尺寸釹鐵硼材料永久磁鐵在不同溫度下的磁場強(qiáng)度變化分析

為了研究不同溫度對不同尺寸釹鐵硼材料永久磁鐵磁場強(qiáng)度的影響，制作不同厚度的釹鐵硼材料永久磁鐵試樣，放入烘箱中進(jìn)行烘烤，溫度間隔10℃，對永久磁鐵試樣的磁場強(qiáng)度進(jìn)行測量，測量結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，溫度越高，磁場強(qiáng)度減弱的程度越大；厚度越小，磁場強(qiáng)度隨溫度減弱的程度越小。

2.4 確定永久磁鐵的磁場強(qiáng)度

某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置采用牌號為N38的釹鐵硼作用永久磁鐵材料，厚度為5mm，理論磁場強(qiáng)度值為2400Gs～2600Gs，經(jīng)過80℃涂覆環(huán)氧樹脂的表面處理后，磁場強(qiáng)度為2100Gs左右。由于該永久磁鐵的磁場強(qiáng)度與干簧管的АT值不匹配，導(dǎo)致信號收發(fā)收到干擾。經(jīng)過分析以后，重新確定永久磁鐵的磁場強(qiáng)度數(shù)值為1100Gs～1500Gs，要求磁場強(qiáng)度涂膠后的數(shù)值為1000Gs±300Gs。

表3 不同溫度下磁場強(qiáng)度 （單位：Gs）

圖2 第一套某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置GPS信標(biāo)釋放時獲得的波形圖

為了不改變永久磁鐵的尺寸、裝配方向、裝配位置，以及覆環(huán)氧膠的要求，通過改變充磁工藝，將原磁鐵充磁采用的技術(shù)飽和狀態(tài)磁場改為技術(shù)不飽和狀態(tài)磁場[1]，充磁方式仍采用直流充磁，直流充磁由直流電源與充磁軛鐵組成，改變充磁電壓至1kV附近進(jìn)行微調(diào)整，生產(chǎn)出72件永久磁鐵。測試結(jié)果表明，充磁后的磁場強(qiáng)度，以及覆環(huán)氧膠后的磁場強(qiáng)度均滿足上述數(shù)值要求。

抽取兩套某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置與計數(shù)傳感器電纜進(jìn)行組裝，安裝到主載體上，進(jìn)行校準(zhǔn)源信標(biāo)收放，并進(jìn)行計數(shù)測試，用示波器監(jiān)測計數(shù)電纜脈沖輸出端是否有干擾。測試結(jié)果表明，修改工藝后的計數(shù)結(jié)果均滿足技術(shù)條件要求，且監(jiān)測到的脈沖波形無干擾毛刺，如圖2、圖3所示。

圖3 第二套某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置GPS信標(biāo)回收時獲得的波形圖

3 結(jié) 論

某產(chǎn)品校準(zhǔn)源信標(biāo)收放裝置在海上試驗時出現(xiàn)了GPS信標(biāo)無法準(zhǔn)確定位的現(xiàn)象，根據(jù)GPS信標(biāo)工作原理進(jìn)行故障排查，原因可能為永久磁鐵的磁場強(qiáng)度與干簧管的АT值不匹配，導(dǎo)致信號收發(fā)受到干擾。本文主要研究了影響永久磁鐵磁場強(qiáng)度的因素，并對永久磁鐵磁場強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)整，優(yōu)化了充磁工藝。大量的數(shù)據(jù)分析及試驗結(jié)果表明，該優(yōu)化方案滿足產(chǎn)品的性能要求。

1 周壽增, 董清飛, 高學(xué)緒. 燒結(jié)釹鐵硼稀土永磁材料與技術(shù)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2011: 328～331

1009-8119（2017）05（1）-0060-03