某產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）

某產品的校準源信標收放裝置利用永久磁鐵與計數傳感器電纜中干簧管的相互作用進行收放計數，實現GPS信標的精確定位。但在某產品使用過程中，永久磁鐵磁場強度和干簧管的靈敏度出現了不匹配現象，造成了計數干擾。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，優化了充磁工藝，經過在某產品主載體上進行收放計數測試，可滿足性能要求，并消除了計數干擾。

GPS信標，收放計數，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，所以，使用環境的瞬間最高溫度和持續最高溫度均會對磁體本身產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，根據磁場強度的變化量選用合適的磁場強度。

2 某產品永久磁鐵磁場強度研究

某產品校準源信標收放裝置采用3個永久磁鐵與計數傳感器電纜相互協同進行收放計數，實現GPS信標的精確定位。其中，計數傳感器電纜利用干簧管接收磁場信號實現計數，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。

在某產品校準源信標收放裝置海試過程中，GPS信標計數出現了受干擾的現象，如圖1所示。為配合某產品計數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、不同充磁方向的數據，分析了影響永久磁鐵磁場強度的因素及規律，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，實現了精確定位。

2.1 不同充磁方向的磁場強度分析

圖1 某產品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圓環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℃環境下烘烤4h進行表面處理（即用環氧樹脂粘接），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據 （單位：Gs）

表2 涂環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，經過80℃涂覆環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，導致信號收發收到干擾。經過分析以后，重新確定永久磁鐵的磁場強度數值為1100Gs～1500Gs，要求磁場強度涂膠后的數值為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磁場改為技術不飽和狀態磁場[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，以及覆環氧膠后的磁場強度均滿足上述數值要求。

抽取兩套某產品校準源信標收放裝置與計數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，并進行計數測試，用示波器監測計數電纜脈沖輸出端是否有干擾。測試結果表明，修改工藝后的計數結果均滿足技術條件要求，且監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

某產品校準源信標收放裝置在海上試驗時出現了GPS信標無法準確定位的現象，根據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，優化了充磁工藝。大量的數據分析及試驗結果表明，該優化方案滿足產品的性能要求。

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: 冶金工業出版社, 2011: 328～331

1009-8119（2017）05（1）-0060-03