電磁銷解鎖信號(hào)輸出異常故障分析

李姝 陳永紅 韋澤波

【摘 要】為某型號(hào)電動(dòng)舵機(jī)配套的某型號(hào)直流電磁銷在裝入電動(dòng)舵機(jī)后進(jìn)行高低溫試驗(yàn)、振動(dòng)前測(cè)試時(shí)相繼出現(xiàn)直流電磁銷解鎖信號(hào)異常的現(xiàn)象。論文對(duì)解鎖信號(hào)輸出異常的故障現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)，針對(duì)此問(wèn)題，從磁鋼組件的磁場(chǎng)強(qiáng)度、霍爾電路開關(guān)的工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，找到了解鎖信號(hào)輸出異常的原因，并提出了改進(jìn)措施。

【Abstract】A certain type of DC electromagnetic pin for a certain type of electric steering gear is tested at high and low temperature and before vibration test after it is installed in the electric steering gear. The phenomenon of abnormal unlocking signal of DC electromagnetic pin was observed . In this paper， the fault phenomenon of unlocking signal output anomaly was tested. In view of this problem， the magnetic field intensity of magnetic steel assembly was analyzed. The working point and release point of Hall circuit switch are compared and analyzed， the reason of abnormal output of unlocked signal is found， and the improvement measures are put forward.

【關(guān)鍵詞】直流電磁銷； 解鎖信號(hào)； 磁場(chǎng)強(qiáng)度； 霍爾工作點(diǎn)； 釋放點(diǎn)

【Keywords】 DC electromagnetic pin； unlocking signal； magnetic field intensity； Hall operating point； release point

【中圖分類號(hào)】TN81 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0173-02

1 引言

在某型號(hào)電動(dòng)舵機(jī)的通電測(cè)試中，出現(xiàn)解鎖信號(hào)異常的直流電磁銷其銜鐵組件工作時(shí)運(yùn)動(dòng)正常。安裝舵面后，手動(dòng)正反轉(zhuǎn)動(dòng)舵面，舵機(jī)有制鎖限位功能，說(shuō)明電磁銷已經(jīng)落鎖，但是霍爾反饋電壓的高低不能與銷軸所處狀態(tài)對(duì)應(yīng)，即不能正常反饋直流電磁銷的解鎖狀態(tài)。

2 工作原理

2.1 電磁銷組成和工作原理

直流電磁銷主要由殼體、導(dǎo)磁蓋、銜鐵組件、線圈組件和解鎖信號(hào)輸出裝置等組成。該結(jié)構(gòu)內(nèi)部為活動(dòng)銜鐵組件，當(dāng)電磁鐵接通電源時(shí)，線圈磁化銜鐵，被磁化的銜鐵和導(dǎo)磁蓋產(chǎn)生較大電磁吸合力帶動(dòng)銜鐵組件運(yùn)動(dòng)，既為解鎖。

2.2 解鎖檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

解鎖檢測(cè)裝置的傳感器器件選用HK643A 軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路。該霍爾開關(guān)型集成電路是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏集成電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)。

根據(jù)霍爾開關(guān)型集成電路磁電轉(zhuǎn)換特性，設(shè)計(jì)電磁銷解鎖檢測(cè)電路，在電源供電為5V時(shí)，電磁銷解鎖輸出信號(hào)為高電平（5V），電磁銷未解鎖輸出信號(hào)為低電平（0～0.4V）。

2.3 霍爾開關(guān)電路與磁鋼組件位置關(guān)系

單極性霍爾開關(guān)電路規(guī)定為，當(dāng)磁場(chǎng)南極（S極）磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，即南極（S極）覆蓋霍爾電路外殼有標(biāo)志面時(shí)，霍爾輸出為低電壓。當(dāng)外加磁場(chǎng)減小甚至除去時(shí)，霍爾輸出為高電壓。根據(jù)霍爾磁特性，并結(jié)合直流電磁銷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作磁體與霍爾器件間采用測(cè)移運(yùn)動(dòng)方式。銜鐵組件帶動(dòng)磁鋼組件移動(dòng)，使磁鋼組件覆蓋或脫離霍爾器件，如圖1所示。

本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)用霍爾輸出電壓的高低判斷電磁銷解鎖制鎖狀態(tài)。當(dāng)電磁銷繞組未通電，磁鋼與霍爾相對(duì)位置見圖1（a），磁鋼組件（2）產(chǎn)生的磁場(chǎng)覆蓋霍爾開關(guān)電路（1），垂直于霍爾開關(guān)集成電路外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于閾值，霍爾開關(guān)集成電路輸出低電壓；當(dāng)電磁銷繞組通電吸合時(shí)，磁鋼與霍爾相對(duì)位置見圖1（b），磁鋼組件（2）離開霍爾開關(guān)電路（1），其外加磁感應(yīng)強(qiáng)度小于閾值，霍爾開關(guān)輸出為高電壓。

3 故障分析

3.1 直流電磁銷銷軸反饋中心位移檢查

對(duì)C14009#直流電磁銷銷軸位移霍爾工作點(diǎn)或釋放點(diǎn)的中心位移檢查。測(cè)量C14009#直流電磁銷銷軸位移為1.7mm，霍爾釋放點(diǎn)為1mm，霍爾工作點(diǎn)位1.45mm，工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的位置關(guān)系見圖2。

從圖2可知，直流電磁銷霍爾工作的中心點(diǎn)不在銷軸位移的中心位置，靠近伸出（落鎖）方向，電磁銷在落鎖狀態(tài)，霍爾工作點(diǎn)的裕度較小。

3.2 直流電磁銷分解檢查

將出現(xiàn)解鎖反饋異常的兩只直流電磁銷（編號(hào)為：C14009、C14044）進(jìn)行分解。分解后測(cè)量霍爾離磁鋼組件表面垂直距離為3.0mm及2.5mm。對(duì)直流電磁銷分解下來(lái)的磁鋼組件及霍爾進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁敏感度工作點(diǎn)檢查。

3.2.1 磁鋼組件磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試

首先對(duì)磁鋼組件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)磁鋼組件環(huán)形空間均布取a、b、c、d、e、f 點(diǎn)共6個(gè)，測(cè)量磁鋼組件6點(diǎn)二維空間間距1mm、2mm、3mm的磁場(chǎng)強(qiáng)度，及空間點(diǎn)不變情況下，磁鋼組件向上位移1.5mm后，各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值。測(cè)量C14009#和C14044#電磁銷其磁鋼組件在二維空間各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值及在空間點(diǎn)不變情況下，磁鋼組件向上位移1.5mm后，各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

在磁鋼組件不動(dòng)條件下，霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為（16～17）mT和19～20）mT，磁鋼組件位移1.5mm之后，霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大約為（5～7）mT和（4～6）mT。

3.2.2 霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)測(cè)試

在常溫條件下，C14009#直流電磁銷霍爾的工作點(diǎn)為（16.5～17.5）mT，釋放點(diǎn)為（14.5～15.5）mT。C14044#直流電磁銷霍爾的工作點(diǎn)為（17.5～19.0）mT，釋放點(diǎn)為（15.5～16.5）mT。通過(guò)廠家給的參數(shù)進(jìn)行估算，高低溫條件下霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)變化在（1～2）mT。

3.3 故障定位

根據(jù)上述分析，MZ-1直流電磁銷在高溫條件下解鎖異常，是由于磁鋼組件覆蓋霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與霍爾的參數(shù)值處于極限，磁鋼組件未有效覆蓋霍爾的工作點(diǎn)。在高溫條件下，霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度還會(huì)增加1 mT。磁鋼組件相對(duì)于霍爾敏感點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度裕量較小，根據(jù)霍爾工作原理，覆蓋磁場(chǎng)強(qiáng)度不夠或磁場(chǎng)接近極限時(shí)，反饋電壓的高低有可能出現(xiàn)隨機(jī)性，使反饋電壓異常[1]。

4 改進(jìn)措施

4.1 霍爾改進(jìn)

由于磁鋼組件覆蓋霍爾磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，將軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路HK643A換用軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路HK643。HK643工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍（5～18）mT，范圍優(yōu)于HK643A（3～25）mT，有利于電磁銷解鎖和落鎖的檢測(cè)。

4.2 霍爾與磁鋼距離配合改進(jìn)

電磁銷霍爾與磁鋼組件距離為（2.5～3）mm，從之前的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，磁場(chǎng)強(qiáng)度未有效覆蓋霍爾的工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)，存在電磁銷解鎖誤反饋檢測(cè)；采取措施將霍爾離磁鋼表面距離減小至1mm左右，霍爾工作點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為（22～30）mT，霍爾釋放點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度小于3mT，滿足霍爾切換的使用要求。

4.3 調(diào)試過(guò)程改進(jìn)

C14009#直流電磁銷測(cè)試霍爾切換中心點(diǎn)不在電磁銷銷軸位移的中心位置，對(duì)直流電磁銷落狀態(tài)檢測(cè)的裕量較小，可能產(chǎn)生誤檢測(cè)。制作調(diào)試工裝對(duì)霍爾切換中心點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)試，在調(diào)試時(shí)先對(duì)電磁銷的吸合行程進(jìn)行測(cè)量，然后用該工裝將電磁銷固定在其一半行程時(shí)，霍爾反饋應(yīng)有低電平轉(zhuǎn)換為高電平，即保證霍爾切換點(diǎn)與電磁銷銷軸中心點(diǎn)重合。

4.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

改進(jìn)后的產(chǎn)品進(jìn)行了“低溫→高溫→低溫”、“高溫→低溫→高溫”和常溫等共8次試驗(yàn)測(cè)試，每次通斷電次數(shù)大于50次。每臺(tái)產(chǎn)品各種溫度環(huán)境測(cè)試總次數(shù)大于400次，在測(cè)試過(guò)程中，用數(shù)字多用表監(jiān)測(cè)霍爾開關(guān)電路電壓輸出參數(shù)。產(chǎn)品霍爾電路信號(hào)反饋準(zhǔn)確，未出現(xiàn)一次反饋異常的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

經(jīng)上述分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，在出現(xiàn)問(wèn)題的直流電磁銷磁鋼組件磁場(chǎng)強(qiáng)度覆蓋霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)裕量較小，磁場(chǎng)強(qiáng)度接近極限，使霍爾開關(guān)反饋電壓出現(xiàn)隨機(jī)性。對(duì)此采取了措施：更換霍爾開關(guān)電路，減小霍爾開關(guān)電路工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍；減小磁鋼組件表面與霍爾開關(guān)電路間距，提高工作點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度；對(duì)調(diào)試過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，保證霍爾切換點(diǎn)與電磁銷銷軸中心點(diǎn)重合，解鎖信號(hào)輸出異?？傻靡越鉀Q。

【參考文獻(xiàn)】

【1】婁路亮，王海洲.電磁閥設(shè)計(jì)中電磁力的工程計(jì)算方法[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2007（01）：87-88.