关于轭铁组件充磁工艺的形成

贾海东

【摘 要】通过理论分析并大量试验，探寻加速度计轭铁组件最合适的充磁形式，摸索磁的稳定性措施，最后形成了一套完整的轭铁组件充磁工艺。

【关键词】轭铁组件；充磁；测磁；磁性能；稳定性

一、引言

轭铁组件是由磁导体、永磁体、磁导冒、磁分流环组成的闭合磁路系统，为力矩器提供磁场，是力矩器的重要组成部分。轭铁组件的磁场性能、磁稳定性直接影响力矩器的稳定性、线性度、对称性，影响加速度计的测量精度。轭铁组件的磁场性能、稳定性跟磁路结构、永磁體材料的选择等多种因素有关。某型号石英挠性加速度计永磁体选择了铸造铝镍钴合金——LNGT80，该合金稳定性好，综合性能好。铝镍钴合金在我厂属首次使用，那么采用什么样的充磁工艺来保证加速度计对轭铁组件气隙磁场的要求，在充磁过程中，采用什么样的手段使磁性能在时间和温度稳定性更好呢？

二、充磁

永磁体在外磁场中磁化称为充磁。充磁有轴向充磁、径向充磁、辐向充磁等多种形式。

（一）轴向充磁

轭铁组件中的永磁体采用了LNGT80，各向异性，形状为圆柱体，磁化方向与轴向方向一致，所以适合于轴向充磁。

（二）闭合充磁

LNGT80是高Br，低Hc的永磁材料，其磁导率在3以上[1]，而且轭铁组件中的永磁体长与直径之比为41/94，退磁场作用非常显著。

如图一所示，退磁场使此永磁体工作点降到A点，装入磁路系统后，将沿着回复线上升到B，若对其整体饱和充磁，则该永磁体的工作点就上升到C点。故对于LNGT80永磁体构成的磁路系统必须整体充磁（闭合充磁），才能充分发挥永磁体的作用。这说明了为什么对LNGT80开路充磁后，表面磁感应强度不足100mT未达到规定要求的原因；也说明了在拆卸之后，再重新组装时，必须再次整体充磁的原因。试验数据也表明先组装再整体充磁后的轭铁组件的气隙磁场比先对磁钢充磁再组装后的轭铁组件的气隙磁场大得多。

（三）充磁及测试工装

为确保上下轭铁组件充磁状态一致，在对轭铁组件充磁时需成对沿磁化方向放置在充磁线圈中，并且轭铁组件磁导体用的是4J36，其材质软，因此为防止损坏零件和多余物进入，需结合轴向闭合成对充磁特点制作充磁工装。

由于轭铁组件的气隙非常小，测试时只能用0.5mm的超薄探头，因此需制作测磁工装装夹轭铁组件及探头，探头还需左右、上下移动，以确保测试的准确性及一致性。

三、磁的稳定性处理

永久磁体的稳定性是表征永磁体经充磁后，在使用过程中因外界环境因素和内部因素的影响，磁性能随时间而变化的程度。磁的不稳定性的原因在于物质磁（畴）结构的变化力图在时间上（磁时效）或在外部条件改变时建立稳定的热力学平衡。磁的不稳定具有可逆和不可逆特征。磁稳定性处理是将不可逆变化尽可能减少至消除，让它在允许的范围内进行可逆变化[2]。在加速度计生产过程中导致磁性能不可逆变化的因素有：磁后效、振动、冲击、温度变化等，而加速度计的力矩系数在很大程度上由永磁体磁性能的稳定性来决定，那么，在充磁过程中，采用什么样的手段使永磁体的磁性能在时间和温度稳定性更好呢？

（一）成对交变循环充磁至饱和

交变循环充磁饱和是由于组织的调整，使所有磁畴沿易磁化方向整齐排列。成对是让上下轭铁组件充磁状态一致，保证上下轭铁组件在外界磁场作用下变化量的一致性。研究表明，引起磁的不稳定性的不可逆变化可用将材料交变循环充磁至饱和的方法减少。那么交变循环需要几次，在什么条件下才能充饱和呢？

饱和磁化场一般与内禀矫顽力Hcj有关，是Hcj的3～5倍[1]，LNGT80的Hcj在（120～140）KA/m之间，通过计算其最低饱和磁化场约为0.7T。相关标准也规定当磁化场强度由某一值增加50%时，永磁体的磁性能增加不超过1%，就认为该永磁体被充磁到饱和。试验数据表明当轭铁组件磁化场从0.7T提高到1.1T时，轭铁组件间隙磁场基本不变。在0.7T磁化场下，当交变循环至第五次时，轭铁组件间隙磁场基本上没有变化。因此交变循环至饱和在磁化场为0.7T时，交变循环五次比较合适。

（二）人工退磁

在外界磁场作用下，将会改变永磁体的工作点，改变力矩系数进而改变加速度计的标度因素，因此需要进行人工部分退磁。部分退磁方法的思想在于，使已磁化的永磁体经受振幅减小到零的磁场作用。

研究表明[2]，部分退磁不仅减少了外磁场影响造成的磁感应可逆变化，而且也减少了温度、回路、磁阻变化、冲击、震动、振动作用造成的磁感应不可逆变化以及改善了组织稳定性。同时也表明，退磁率大于10%时，LNGT80的磁性能基本趋于稳定。当结构、材料一定时，也只有通过人工退磁，才能满足加速度计对轭铁组件气隙磁场参数的要求。

通过闭合轴向充磁，再按要求部分退磁，很容易满足轭铁组件气隙磁场要求，那么如何满足上下轭铁组件对应四点差值在一定范围内呢？也就是说在退磁场±ΔH作用下轭铁组件气隙磁场（用B表示）的变化程度与哪些因素有关呢？刚开始一致认为B的变化程度与B的大小有关。通过大量试验数据统计分析表明，在材料、结构、环境条件一定的情况下，只有先知道退磁曲线的形状，才能精确控制退磁场±ΔH，进而满足上下轭铁组件对应四点的差值在一定范围内。

轭铁组件中采用了热磁补偿环，再采用交变循环充磁至饱和与人工退磁两种退磁处理，经过温度循环、振动、冲击后轭铁组件气隙磁场基本无变化，变化量完全满足技术指标要求。

通过以上分析及试验，一套完整的轭铁组件充磁工艺形成了，其流程图为：成对交变循环饱和充磁5次→测试（00、900、1800、2700）四点气隙磁密→人工退磁→测试（00、900、1800、2700）四点气隙磁密→根据参数要求判断。若不合格则重头再来。

四、结论

通过对100对轭铁组件试验，采用闭合轴向充磁满足了轭铁组件气隙磁密的要求；采用交变循环充磁至饱和与人工退磁方法的磁稳定性处理，再经温度循环、振动、冲击，即组织时效和磁时效后，轭铁组件气隙磁场基本稳定，满足了力矩系数的稳定性、对称性以及力矩器的线性度的需要，也满足了加速度计的标度因数和偏值的稳定性和重复性，说明轭铁组件的充磁工艺有效、合理；同时，LNGT80是AlNiCo类永磁体的一种，上述试验对所有AlNiCo类永磁体具有实用价值。

【参考文献】

[1]大森豊明等著.《磁性材料手册》.【M】机械工业出版社.