梁龍云 韓蘭英（山西汾西重工有限責任公司，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任公司，太原 030027）

某產(chǎn)品的校準源信標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行收放計數(shù)，實現(xiàn)GPS信標的精確定位。但在某產(chǎn)品使用過程中，永久磁鐵磁場強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度變化的因素，針對某產(chǎn)品校準源信標收放裝置應用重新選取了合適的磁場強度，優(yōu)化了充磁工藝，經(jīng)過在某產(chǎn)品主載體上進行收放計數(shù)測試，可滿足性能要求，并消除了計數(shù)干擾。

GPS信標，收放計數(shù)，永久磁鐵，磁場強度控制

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，在常溫下磁化后可以獲得很高的磁性，而且當外磁場移去后，仍能夠保留極強的磁性。由于燒結釹鐵硼具有負溫度系數(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，一般需進行表面處理以保護永磁體。在產(chǎn)品設計中選用釹鐵硼材料磁體時，首先要考慮影響磁場強度變化的因素，根據(jù)磁場強度的變化量選用合適的磁場強度。

2 某產(chǎn)品永久磁鐵磁場強度研究

某產(chǎn)品校準源信標收放裝置采用3個永久磁鐵與計數(shù)傳感器電纜相互協(xié)同進行收放計數(shù)，實現(xiàn)GPS信標的精確定位。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)，磁場強度太大會干擾干簧管接收信號，所以，設計時永久磁鐵的磁場強度必須與干簧管的АT（安培匝）值相匹配。

在某產(chǎn)品校準源信標收放裝置海試過程中，GPS信標計數(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度的因素及規(guī)律，并重新選取了合適的磁場強度，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度分析

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

某產(chǎn)品校準源信標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度理論值及磁場強度值之間存在一定的差別，充磁后正反兩個表面的磁場強度不同，即充磁后方向不同，磁場強度不同。

2.2 溫度對磁場強度影響分析

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

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

表2 涂環(huán)氧膠進行表面處理前后磁場強度 （單位Gs）

從表2可以看出，在80℃溫度下進行表面處理后，4種厚度的釹鐵硼材料永久磁鐵的磁場強度減弱約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，放入烘箱中進行烘烤，溫度間隔10℃，對永久磁鐵試樣的磁場強度進行測量，測量結果如表3所示。

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

2.4 確定永久磁鐵的磁場強度

某產(chǎn)品校準源信標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，磁場強度為2100Gs左右。由于該永久磁鐵的磁場強度與干簧管的АT值不匹配，導致信號收發(fā)收到干擾。經(jīng)過分析以后，重新確定永久磁鐵的磁場強度數(shù)值為1100Gs～1500Gs，要求磁場強度涂膠后的數(shù)值為1000Gs±300Gs。

表3 不同溫度下磁場強度 （單位：Gs）

圖2 第一套某產(chǎn)品校準源信標收放裝置GPS信標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飽和狀態(tài)磁場改為技術不飽和狀態(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附近進行微調整，生產(chǎn)出72件永久磁鐵。測試結果表明，充磁后的磁場強度，以及覆環(huán)氧膠后的磁場強度均滿足上述數(shù)值要求。

抽取兩套某產(chǎn)品校準源信標收放裝置與計數(shù)傳感器電纜進行組裝，安裝到主載體上，進行校準源信標收放，并進行計數(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。測試結果表明，修改工藝后的計數(shù)結果均滿足技術條件要求，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)品校準源信標收放裝置GPS信標回收時獲得的波形圖

3 結 論

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

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

1009-8119（2017）05（1）-0060-03