關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，摸索磁的穩定性措施，最后形成了一套完整的軛鐵組件充磁工藝。

【關鍵詞】軛鐵組件；充磁；測磁；磁性能；穩定性

一、引言

軛鐵組件是由磁導體、永磁體、磁導冒、磁分流環組成的閉合磁路系統，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、磁穩定性直接影響力矩器的穩定性、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、穩定性跟磁路結構、永磁體材料的選擇等多種因素有關。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，裝入磁路系統后，將沿著回復線上升到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永磁體構成的磁路系統必須整體充磁（閉合充磁），才能充分發揮永磁體的作用。這說明了為什么對LNGT80開路充磁后，表面磁感應強度不足100mT未達到規定要求的原因；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。試驗數據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，并且軛鐵組件磁導體用的是4J36，其材質軟，因此為防止損壞零件和多余物進入，需結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、磁的穩定性處理

永久磁體的穩定性是表征永磁體經充磁后，在使用過程中因外界環境因素和內部因素的影響，磁性能隨時間而變化的程度。磁的不穩定性的原因在于物質磁（疇）結構的變化力圖在時間上（磁時效）或在外部條件改變時建立穩定的熱力學平衡。磁的不穩定具有可逆和不可逆特征。磁穩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進行可逆變化[2]。在加速度計生產過程中導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在很大程度上由永磁體磁性能的穩定性來決定，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定性更好呢？

（一）成對交變循環充磁至飽和

交變循環充磁飽和是由于組織的調整，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，引起磁的不穩定性的不可逆變化可用將材料交變循環充磁至飽和的方法減少。那么交變循環需要幾次，在什么條件下才能充飽和呢？

飽和磁化場一般與內稟矯頑力Hcj有關，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。相關標準也規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。試驗數據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。因此交變循環至飽和在磁化場為0.7T時，交變循環五次比較合適。

（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不可逆變化以及改善了組織穩定性。同時也表明，退磁率大于10%時，LNGT80的磁性能基本趨于穩定。當結構、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四點差值在一定范圍內呢？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呢？剛開始一致認為B的變化程度與B的大小有關。通過大量試驗數據統計分析表明，在材料、結構、環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四點的差值在一定范圍內。

軛鐵組件中采用了熱磁補償環，再采用交變循環充磁至飽和與人工退磁兩種退磁處理，經過溫度循環、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→根據參數要求判斷。若不合格則重頭再來。

四、結論

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；采用交變循環充磁至飽和與人工退磁方法的磁穩定性處理，再經溫度循環、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定，滿足了力矩系數的穩定性、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和偏值的穩定性和重復性，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】機械工業出版社.