關(guān)于軛鐵組件充磁工藝的形成

賈海東

【摘 要】通過理論分析并大量試驗，探尋加速度計軛鐵組件最合適的充磁形式，摸索磁的穩(wěn)定性措施，最后形成了一套完整的軛鐵組件充磁工藝。

【關(guān)鍵詞】軛鐵組件；充磁；測磁；磁性能；穩(wěn)定性

一、引言

軛鐵組件是由磁導(dǎo)體、永磁體、磁導(dǎo)冒、磁分流環(huán)組成的閉合磁路系統(tǒng)，為力矩器提供磁場，是力矩器的重要組成部分。軛鐵組件的磁場性能、磁穩(wěn)定性直接影響力矩器的穩(wěn)定性、線性度、對稱性，影響加速度計的測量精度。軛鐵組件的磁場性能、穩(wěn)定性跟磁路結(jié)構(gòu)、永磁體材料的選擇等多種因素有關(guān)。某型號石英撓性加速度計永磁體選擇了鑄造鋁鎳鈷合金——LNGT80，該合金穩(wěn)定性好，綜合性能好。鋁鎳鈷合金在我廠屬首次使用，那么采用什么樣的充磁工藝來保證加速度計對軛鐵組件氣隙磁場的要求，在充磁過程中，采用什么樣的手段使磁性能在時間和溫度穩(wěn)定性更好呢？

二、充磁

永磁體在外磁場中磁化稱為充磁。充磁有軸向充磁、徑向充磁、輻向充磁等多種形式。

（一）軸向充磁

軛鐵組件中的永磁體采用了LNGT80，各向異性，形狀為圓柱體，磁化方向與軸向方向一致，所以適合于軸向充磁。

（二）閉合充磁

LNGT80是高Br，低Hc的永磁材料，其磁導(dǎo)率在3以上[1]，而且軛鐵組件中的永磁體長與直徑之比為41/94，退磁場作用非常顯著。

如圖一所示，退磁場使此永磁體工作點降到A點，裝入磁路系統(tǒng)后，將沿著回復(fù)線上升到B，若對其整體飽和充磁，則該永磁體的工作點就上升到C點。故對于LNGT80永磁體構(gòu)成的磁路系統(tǒng)必須整體充磁（閉合充磁），才能充分發(fā)揮永磁體的作用。這說明了為什么對LNGT80開路充磁后，表面磁感應(yīng)強度不足100mT未達到規(guī)定要求的原因；也說明了在拆卸之后，再重新組裝時，必須再次整體充磁的原因。試驗數(shù)據(jù)也表明先組裝再整體充磁后的軛鐵組件的氣隙磁場比先對磁鋼充磁再組裝后的軛鐵組件的氣隙磁場大得多。

（三）充磁及測試工裝

為確保上下軛鐵組件充磁狀態(tài)一致，在對軛鐵組件充磁時需成對沿磁化方向放置在充磁線圈中，并且軛鐵組件磁導(dǎo)體用的是4J36，其材質(zhì)軟，因此為防止損壞零件和多余物進入，需結(jié)合軸向閉合成對充磁特點制作充磁工裝。

由于軛鐵組件的氣隙非常小，測試時只能用0.5mm的超薄探頭，因此需制作測磁工裝裝夾軛鐵組件及探頭，探頭還需左右、上下移動，以確保測試的準確性及一致性。

三、磁的穩(wěn)定性處理

永久磁體的穩(wěn)定性是表征永磁體經(jīng)充磁后，在使用過程中因外界環(huán)境因素和內(nèi)部因素的影響，磁性能隨時間而變化的程度。磁的不穩(wěn)定性的原因在于物質(zhì)磁（疇）結(jié)構(gòu)的變化力圖在時間上（磁時效）或在外部條件改變時建立穩(wěn)定的熱力學(xué)平衡。磁的不穩(wěn)定具有可逆和不可逆特征。磁穩(wěn)定性處理是將不可逆變化盡可能減少至消除，讓它在允許的范圍內(nèi)進行可逆變化[2]。在加速度計生產(chǎn)過程中導(dǎo)致磁性能不可逆變化的因素有：磁后效、振動、沖擊、溫度變化等，而加速度計的力矩系數(shù)在很大程度上由永磁體磁性能的穩(wěn)定性來決定，那么，在充磁過程中，采用什么樣的手段使永磁體的磁性能在時間和溫度穩(wěn)定性更好呢？

（一）成對交變循環(huán)充磁至飽和

交變循環(huán)充磁飽和是由于組織的調(diào)整，使所有磁疇沿易磁化方向整齊排列。成對是讓上下軛鐵組件充磁狀態(tài)一致，保證上下軛鐵組件在外界磁場作用下變化量的一致性。研究表明，引起磁的不穩(wěn)定性的不可逆變化可用將材料交變循環(huán)充磁至飽和的方法減少。那么交變循環(huán)需要幾次，在什么條件下才能充飽和呢？

飽和磁化場一般與內(nèi)稟矯頑力Hcj有關(guān)，是Hcj的3～5倍[1]，LNGT80的Hcj在（120～140）KA/m之間，通過計算其最低飽和磁化場約為0.7T。相關(guān)標準也規(guī)定當磁化場強度由某一值增加50%時，永磁體的磁性能增加不超過1%，就認為該永磁體被充磁到飽和。試驗數(shù)據(jù)表明當軛鐵組件磁化場從0.7T提高到1.1T時，軛鐵組件間隙磁場基本不變。在0.7T磁化場下，當交變循環(huán)至第五次時，軛鐵組件間隙磁場基本上沒有變化。因此交變循環(huán)至飽和在磁化場為0.7T時，交變循環(huán)五次比較合適。

（二）人工退磁

在外界磁場作用下，將會改變永磁體的工作點，改變力矩系數(shù)進而改變加速度計的標度因素，因此需要進行人工部分退磁。部分退磁方法的思想在于，使已磁化的永磁體經(jīng)受振幅減小到零的磁場作用。

研究表明[2]，部分退磁不僅減少了外磁場影響造成的磁感應(yīng)可逆變化，而且也減少了溫度、回路、磁阻變化、沖擊、震動、振動作用造成的磁感應(yīng)不可逆變化以及改善了組織穩(wěn)定性。同時也表明，退磁率大于10%時，LNGT80的磁性能基本趨于穩(wěn)定。當結(jié)構(gòu)、材料一定時，也只有通過人工退磁，才能滿足加速度計對軛鐵組件氣隙磁場參數(shù)的要求。

通過閉合軸向充磁，再按要求部分退磁，很容易滿足軛鐵組件氣隙磁場要求，那么如何滿足上下軛鐵組件對應(yīng)四點差值在一定范圍內(nèi)呢？也就是說在退磁場±ΔH作用下軛鐵組件氣隙磁場（用B表示）的變化程度與哪些因素有關(guān)呢？剛開始一致認為B的變化程度與B的大小有關(guān)。通過大量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，在材料、結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件一定的情況下，只有先知道退磁曲線的形狀，才能精確控制退磁場±ΔH，進而滿足上下軛鐵組件對應(yīng)四點的差值在一定范圍內(nèi)。

軛鐵組件中采用了熱磁補償環(huán)，再采用交變循環(huán)充磁至飽和與人工退磁兩種退磁處理，經(jīng)過溫度循環(huán)、振動、沖擊后軛鐵組件氣隙磁場基本無變化，變化量完全滿足技術(shù)指標要求。

通過以上分析及試驗，一套完整的軛鐵組件充磁工藝形成了，其流程圖為：成對交變循環(huán)飽和充磁5次→測試（00、900、1800、2700）四點氣隙磁密→人工退磁→測試（00、900、1800、2700）四點氣隙磁密→根據(jù)參數(shù)要求判斷。若不合格則重頭再來。

四、結(jié)論

通過對100對軛鐵組件試驗，采用閉合軸向充磁滿足了軛鐵組件氣隙磁密的要求；采用交變循環(huán)充磁至飽和與人工退磁方法的磁穩(wěn)定性處理，再經(jīng)溫度循環(huán)、振動、沖擊，即組織時效和磁時效后，軛鐵組件氣隙磁場基本穩(wěn)定，滿足了力矩系數(shù)的穩(wěn)定性、對稱性以及力矩器的線性度的需要，也滿足了加速度計的標度因數(shù)和偏值的穩(wěn)定性和重復(fù)性，說明軛鐵組件的充磁工藝有效、合理；同時，LNGT80是AlNiCo類永磁體的一種，上述試驗對所有AlNiCo類永磁體具有實用價值。

【參考文獻】

[1]大森豊明等著.《磁性材料手冊》.【M】機械工業(yè)出版社.