某产品用永久磁铁磁性影响因素研究

梁龙云 韩兰英（山西汾西重工有限责任公司，太原 030027）

某产品用永久磁铁磁性影响因素研究

梁龙云 韩兰英（山西汾西重工有限责任公司，太原 030027）

某产品的校准源信标收放装置利用永久磁铁与计数传感器电缆中干簧管的相互作用进行收放计数，实现GPS信标的精确定位。但在某产品使用过程中，永久磁铁磁场强度和干簧管的灵敏度出现了不匹配现象，造成了计数干扰。首先分析了影响永久磁铁磁场强度变化的因素，针对某产品校准源信标收放装置应用重新选取了合适的磁场强度，优化了充磁工艺，经过在某产品主载体上进行收放计数测试，可满足性能要求，并消除了计数干扰。

GPS信标，收放计数，永久磁铁，磁场强度控制

1 引 言

磁性材料种类众多，一般可分为永磁材料和软磁材料两大类。钕铁硼材料属于铁氧体永磁材料，主要组成材料为Fe、Сo、Ni等物质，在常温下磁化后可以获得很高的磁性，而且当外磁场移去后，仍能够保留极强的磁性。由于烧结钕铁硼具有负温度系数，所以，使用环境的瞬间最高温度和持续最高温度均会对磁体本身产生不同程度的退磁作用，由于钕铁硼材料本身是易腐蚀和易氧化的，因此，一般需进行表面处理以保护永磁体。在产品设计中选用钕铁硼材料磁体时，首先要考虑影响磁场强度变化的因素，根据磁场强度的变化量选用合适的磁场强度。

2 某产品永久磁铁磁场强度研究

某产品校准源信标收放装置采用3个永久磁铁与计数传感器电缆相互协同进行收放计数，实现GPS信标的精确定位。其中，计数传感器电缆利用干簧管接收磁场信号实现计数，磁场强度太大会干扰干簧管接收信号，所以，设计时永久磁铁的磁场强度必须与干簧管的АT（安培匝）值相匹配。

在某产品校准源信标收放装置海试过程中，GPS信标计数出现了受干扰的现象，如图1所示。为配合某产品计数传感器电缆的故障排查，收集永久磁铁磁场强度在不同尺寸、不同温度、不同充磁方向的数据，分析了影响永久磁铁磁场强度的因素及规律，并重新选取了合适的磁场强度，消除了与干簧管之间的磁场信号接收干扰，实现了精确定位。

2.1 不同充磁方向的磁场强度分析

图1 某产品2014年校准源信标收放装置GPS信标释放时的脉冲波形图

某产品校准源信标收放装置采用牌号为N38的钕铁硼材料作为永久磁铁。加工4种厚度的永久磁铁试件，其磁场强度理论值根据圆环类磁体表面场的计算公式见式（1），理论磁场强度与实测值（高斯计测量值）见表1。

从表1可以看出，不同尺寸的钕铁硼材料永久磁铁试验件充磁后的磁场强度理论值及磁场强度值之间存在一定的差别，充磁后正反两个表面的磁场强度不同，即充磁后方向不同，磁场强度不同。

2.2 温度对磁场强度影响分析

对4种厚度的钕铁硼材料永久磁铁按照装配方向、装配到校准源信标收放装置上，并按照技术要求在80℃环境下烘烤4h进行表面处理（即用环氧树脂粘接），表面处理前后磁场强度的对比如表2所示。

表1 不同厚度充磁后的理论磁场强度及实测磁场强度数据 （单位：Gs）

表2 涂环氧胶进行表面处理前后磁场强度 （单位Gs）

从表2可以看出，在80℃温度下进行表面处理后，4种厚度的钕铁硼材料永久磁铁的磁场强度减弱约400Gs～500Gs。

2.3 不同尺寸钕铁硼材料永久磁铁在不同温度下的磁场强度变化分析

为了研究不同温度对不同尺寸钕铁硼材料永久磁铁磁场强度的影响，制作不同厚度的钕铁硼材料永久磁铁试样，放入烘箱中进行烘烤，温度间隔10℃，对永久磁铁试样的磁场强度进行测量，测量结果如表3所示。

由表3可以看出，温度越高，磁场强度减弱的程度越大；厚度越小，磁场强度随温度减弱的程度越小。

2.4 确定永久磁铁的磁场强度

某产品校准源信标收放装置采用牌号为N38的钕铁硼作用永久磁铁材料，厚度为5mm，理论磁场强度值为2400Gs～2600Gs，经过80℃涂覆环氧树脂的表面处理后，磁场强度为2100Gs左右。由于该永久磁铁的磁场强度与干簧管的АT值不匹配，导致信号收发收到干扰。经过分析以后，重新确定永久磁铁的磁场强度数值为1100Gs～1500Gs，要求磁场强度涂胶后的数值为1000Gs±300Gs。

表3 不同温度下磁场强度 （单位：Gs）

图2 第一套某产品校准源信标收放装置GPS信标释放时获得的波形图

为了不改变永久磁铁的尺寸、装配方向、装配位置，以及覆环氧胶的要求，通过改变充磁工艺，将原磁铁充磁采用的技术饱和状态磁场改为技术不饱和状态磁场[1]，充磁方式仍采用直流充磁，直流充磁由直流电源与充磁轭铁组成，改变充磁电压至1kV附近进行微调整，生产出72件永久磁铁。测试结果表明，充磁后的磁场强度，以及覆环氧胶后的磁场强度均满足上述数值要求。

抽取两套某产品校准源信标收放装置与计数传感器电缆进行组装，安装到主载体上，进行校准源信标收放，并进行计数测试，用示波器监测计数电缆脉冲输出端是否有干扰。测试结果表明，修改工艺后的计数结果均满足技术条件要求，且监测到的脉冲波形无干扰毛刺，如图2、图3所示。

图3 第二套某产品校准源信标收放装置GPS信标回收时获得的波形图

3 结 论

某产品校准源信标收放装置在海上试验时出现了GPS信标无法准确定位的现象，根据GPS信标工作原理进行故障排查，原因可能为永久磁铁的磁场强度与干簧管的АT值不匹配，导致信号收发受到干扰。本文主要研究了影响永久磁铁磁场强度的因素，并对永久磁铁磁场强度进行了调整，优化了充磁工艺。大量的数据分析及试验结果表明，该优化方案满足产品的性能要求。

1 周寿增, 董清飞, 高学绪. 烧结钕铁硼稀土永磁材料与技术[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2011: 328～331

1009-8119（2017）05（1）-0060-03