1 引言
永磁材料的應用增長十分迅速，但是經(jīng)常聽到用戶反映由于永磁材料的質(zhì)量不合格而造成經(jīng)濟損失。例如：電動自行車經(jīng)過幾次上坡和頂風行駛后，車速就會明顯下降；磁力傳動器使用一段時間后傳動力矩下降；手機話筒使用一段時間后靈敏度下降；安裝于汽車上的揚聲器在使用一段時間后同樣出現(xiàn)輸出下降的現(xiàn)象。這些產(chǎn)品價值較高，由此所帶來的損失也遠大于永磁材料本身的價值。永磁材料應用單位希望提高永磁產(chǎn)品磁性能合格率，避免因磁性能不合格使永磁應用產(chǎn)品成為廢品。永磁材料生產(chǎn)廠希望提高交貨產(chǎn)品的合格率，避免用戶退貨。
本文將分析永磁電機和手機話筒等典型永磁應用產(chǎn)品的使用過程中氣隙磁通密度出現(xiàn)不可逆下降的原因。介紹通過永磁材料磁性能檢驗的方法，避免出現(xiàn)不合格產(chǎn)品而造成經(jīng)濟損失。
2 永磁產(chǎn)品使用過程中磁通密度不可逆下降現(xiàn)象及原因
2.1 永磁電機、磁力傳動器等
2.1.1 過載
圖1是磁性能合格的稀土永磁材料的內(nèi)稟退磁曲線，可分為兩部分。第一部分為與H軸接近平行的平行段，第二部分為下降段，平行段與下降段相交處稱為拐點。當作用于磁體的最大退磁場與內(nèi)稟（退磁）曲線交點在拐點右方時，最大退磁場消失后，磁體的磁通密度不會下降。但是當交點在下降段（拐點之左）時，最大退磁場消失后，磁體的磁通密度會產(chǎn)生不可逆下降。
圖1中Bm1為電機正常工作時磁體的磁通密度，Hm2為電機過載時作用于磁體的退磁場。電機過載時磁體磁通密度由Bm1下降到Bm2，電機正常工作后磁體磁通密度仍恢復到Bm1。
圖2是一不合格稀土永磁體的內(nèi)稟曲線（出現(xiàn)塌肩），它的Br與圖1中的Br相同。此磁體安裝于電機后，正常工作時磁體的磁通密度Bm1與圖1上的Bm1相同。但是當電機出現(xiàn)過載時，作用于磁體的退磁場Hm2與內(nèi)稟曲線相交于下降段，造成磁體不可逆退磁。過載結(jié)束后，內(nèi)稟曲線不能恢復原狀，將形成回復線與B軸相交于（此回復線平行于內(nèi)稟曲線平行段）。此時磁體的磁通密度將下降至B'm1（<），即出現(xiàn)不可逆下降現(xiàn)象。
某些電動自行車電機經(jīng)過上坡和頂風行駛后，性能變差，某些磁力傳動器經(jīng)過過載滑脫后傳動力矩下降，原因也是采用了如圖2所示的永磁材料。
2.1.2 溫升
圖3是一釹鐵硼樣品在30°C和100°C實測的內(nèi)稟曲線。電機工作在30°C時磁體磁通密度為Bm1，100°C時磁通密度為。假設(shè)磁體在100°C時能夠正常工作，如果電機過載時退磁場達到Hm2，過載消失后，磁體的磁通密度將產(chǎn)生不可逆下降（成為），氣隙磁通密度也會產(chǎn)生不可逆下降。圖3說明磁體溫升后抗過載能力變差，磁體工作于較高溫度時應增長其取向方向長度，以減小過載時的退磁場或者采用較高Hcj的永磁材料。
2.2 手機話筒、揚聲器等
假設(shè)手機話筒采用圖1所示性能的磁體，正常工作時作用于磁體的退磁場為Hm1，磁體的磁通密度為Bm1。如果手機在一個強磁場環(huán)境內(nèi)（例如大功率電機或變壓器旁），作用于磁體的退磁場由Hm1增大到Hm2。手機離開強磁場環(huán)境后，退磁場恢復到Hm1，磁體的磁通密度仍為Bm1，氣隙磁通密度不下降。
但是假如手機話筒采用的是圖2所示不合格（內(nèi)稟曲線出現(xiàn)塌肩）的磁體，較低的外磁場就會使磁體磁通密度產(chǎn)生不可逆下降。圖1和圖2說明，如果要加強手機話筒抵抗退磁的能力，必須提高磁體的內(nèi)稟矯頑力和內(nèi)稟曲線方形度，或者通過增長磁體取向方向長度來降低磁體的退磁場。
圖3說明環(huán)境溫度的升高使磁體抗退磁的能力降低。當外界強磁場的作用使磁體退磁場達到Hm2時，磁體磁通密度將下降到，氣隙磁通密度就會產(chǎn)生不可逆下降。
3 通過磁體磁性能檢驗防止使用中氣隙磁通密度的不可逆下降
3.1 測量儀的選擇
高斯計采用霍爾探頭，測量的數(shù)值為永磁體表面某一點的磁通密度值。由于永磁體表面的磁通密度分布是非均勻的，霍爾探頭與永磁體的相對位置（包括距離、探頭平面與磁力線所成的角度）的變化會影響測量結(jié)果，達到測量值重復是十分困難的。不同的測量人員，測量同一塊磁體的結(jié)果往往不完全相同；即使是同一個測量人員，多次測量同一塊磁體的同一端面，測量值也不完全相同。因此大部分永磁體不宜采用高斯計檢驗其磁性能。
磁通表采用亥姆霍茲測量線圈，測量的數(shù)值為永磁體表面的磁通。當一塊永磁體的形狀、尺寸和磁性能確定以后，其磁通分布是唯一的。通過改進測量線圈的設(shè)計和測量方法，可以將測量值的重復率提高至0.5％之內(nèi)，因此已充磁產(chǎn)品磁性能適宜采用磁通表測量。
3.2 不充磁交貨NdFeB的性能檢測
目前對于不充磁產(chǎn)品，在交貨前，各廠家一般采取抽樣檢驗的方法。從一批產(chǎn)品中抽取30～50片樣品充磁后測開路磁通，如有一片不合格，則認為這批產(chǎn)品不合格。釹鐵硼產(chǎn)品一般經(jīng)過切片、線切割、電鍍等后加工過程，抽檢不合格的產(chǎn)品，其后加工的費用和時間全浪費了?？赡苤皇且驗楹苌僖徊糠之a(chǎn)品的不合格，而認為整批產(chǎn)品不合格，導致其中大部分的合格產(chǎn)品也只能被作為廢品處理了。并且即使樣品檢測合格，也不能保證整批產(chǎn)品都合格。
采用抽樣檢驗的原因是因為不充磁交貨產(chǎn)品是裝配好磁路再充磁的（如手機話筒、揚聲器、傳感器等），充磁后的產(chǎn)品很難裝配，且充磁后又退磁的產(chǎn)品再充磁時需要提高充磁磁場，用戶原有的充磁機不一定能達到飽和充磁。目前的情況是，充磁檢驗過的產(chǎn)品不再裝配應用，而裝配的產(chǎn)品未經(jīng)過充磁檢驗。
建議對后加工前的毛坯磁體進行磁性能檢驗，有利于減少工作量，節(jié)約后加工費用，還能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生廢品的原因（如氧化、成型磁場偏低、燒結(jié)爐溫度不均勻等），及時在生產(chǎn)過程中進行改進，避免大批廢品的產(chǎn)生。
在我們還沒有辦法保證生產(chǎn)過程中不出現(xiàn)廢品的情況下，只有對全部后加工前的毛坯磁體進行磁性能的檢驗，才能確保向用戶提供100％合格的產(chǎn)品。
圖4是三塊永磁體的內(nèi)稟曲線。第一個為合格產(chǎn)品，第二個為內(nèi)稟曲線出現(xiàn)塌肩的不合格產(chǎn)品，第三個為Hcj較低的不合格產(chǎn)品。為了在一批產(chǎn)品中篩選出塌肩和低Hcj的產(chǎn)品，可采用DZ-7GADC充磁、測量、退磁設(shè)備，將一批磁體的一端涂上顏色，放入DZ-7GA電磁鐵工作空間，利用DZ-7程控充退磁電源的充磁功能先充磁一次，再用電源Hk測量功能提供一個幅值恒定的退磁場（退磁場為圖4所示Hk）。測量結(jié)果顯示，合格產(chǎn)品的Br僅下降10％，塌肩產(chǎn)品的Br下降90％（為），低Hcj產(chǎn)品被反向充磁（為）。將經(jīng)過充磁和退磁處理的磁體取出，用SF-6數(shù)字磁通表配合亥姆霍茲線圈逐一測量磁體的開路磁通（開路磁通與磁體磁通密度Bm2成正比），將測量值與一個標準試樣的開路磁通測量值進行比較，達到或超過標準試樣的為合格品。在圓柱的一端涂上顏色是為了分選圖4所示的低矯頑力產(chǎn)品。標準試樣的尺寸與待測產(chǎn)品的尺寸相同，通過測量內(nèi)稟曲線確定其是否達到合格指標。標準試樣也經(jīng)過與待測產(chǎn)品相同的充磁、退磁處理。檢驗合格的毛坯磁體應經(jīng)過熱退磁后再去后加工（切片、線切割、電鍍）。
要得到準確的檢驗結(jié)果，退磁場必須穩(wěn)定不變（從圖4可以看出退磁場對Bm2的影響）。因此工作氣隙必須固定，退磁時磁體不能移動（磁體移動會使作用于磁體上的退磁場值產(chǎn)生變化）。每次檢驗時退磁電流也應保持恒定。測量毛坯圓柱的開路磁通時，每次圓柱都應放在同一亥姆霍茲線圈同一位置。
以上方法的優(yōu)點，一次充磁和退磁可以處理數(shù)十個毛坯磁體，平均每個毛坯的檢驗時間僅幾秒鐘。每件毛坯可切割多件產(chǎn)品，平均到每個產(chǎn)品的檢驗時間不到1秒鐘。測量結(jié)果反映了影響產(chǎn)品應用的三項關(guān)鍵指標，Br、(BH)max、內(nèi)稟曲線方形度Hk。
我們曾用此種方法檢驗了Φ12.5×3.5mm圓柱20余萬根。通過檢驗圓柱磁體磁性能發(fā)現(xiàn)，由于燒結(jié)爐爐溫變化或原材料氧化造成內(nèi)稟曲線出現(xiàn)凹臺、塌肩、矯頑力低等不合格磁體及取向磁場過低造成(BH)max不合格的磁體。測量結(jié)果及時反映到生產(chǎn)廠，避免造成出現(xiàn)大規(guī)模廢品，節(jié)約了大量后加工費用。檢驗合格后的圓柱磁體，加工成Φ12.5×3mm磁片200萬片，用于電視機高音揚聲器。成品磁性能100％合格。
3.3 充磁交貨NdFeB的性能檢測
3.3.1 瓦形、條形磁體
目前許多電機廠采用以下方法挑選磁體，先將一批磁體編號，用SF-6磁通表配合亥姆霍茲線圈測量開路磁通。記錄每一塊磁體熱處理前的開路磁通，然后將這批磁體送入烘箱（溫度分布必須均勻，需有恒溫控制）內(nèi)保溫30分鐘，保溫溫度可根據(jù)電機的工作溫度選擇；然后測量每一塊磁體熱處理后的開路磁通，不下降或下降較小的產(chǎn)品為合格品。如熱處理后開路磁通下降較多，此產(chǎn)品為不合格品。如果要確定合格指標，可取一塊性能合格的產(chǎn)品作為標準樣品。此樣品經(jīng)溫度處理后的開路磁通下降量作為檢驗依據(jù)，可用內(nèi)稟曲線測量的方法確定性能合格的樣品（瓦形產(chǎn)品的Br無法測量，Hcj和Hk可以測量）。
這種方法的檢驗原理可參考圖3，磁體溫度的升高使Br和Hcj下降。室溫時不會退磁的產(chǎn)品在溫度較高時容易退磁。Hcj和Hk決定了磁體溫升后抗退磁能力，我們可以通過測量經(jīng)過溫升后的磁體是否退磁（開路磁通是否下降）來確定磁體Hcj和Hk的范圍。
這種檢驗方法在電機廠應用后效果很好，其它工作于較高溫度的磁體(例如磁力傳動器、石油防蠟器)也采用此種方法檢驗，同樣取得了很好的效果。
3.3.2 徑向磁化圓管、圓柱磁體
手機振動電機采用徑向磁化圓管，尺寸又很小，為了使數(shù)字磁通表顯示值較大，應增加測量線圈匝數(shù)。測量時應采取措施使圓管可以自動轉(zhuǎn)至磁化方向，以與測量線圈軸線重合。還應安裝定位裝置，使每次測量時磁體與測量線圈的相對位置不變。采取以上措施后，Φ2.5/1.2×5.5mm徑向磁化圓管的測量顯示值在1400（置于0.2MWb檔為0.28MWb）左右，多次測量的重復性優(yōu)于0.5％。
3.3.3 薄圓片（環(huán)）磁體
手機話筒和揚聲器所用的磁體尺寸在逐步縮小，為了滿足小尺寸磁體的開路磁通測量要求，必須提高測量線圈的靈敏度，同時采用定位裝置，Φ5×1mm磁片的測量顯示值在1700（置于0.2MWb檔為0.34MWb）左右，多次測量的重復性優(yōu)于0.5％。
4 小結(jié)
以上分析證明，如果永磁應用產(chǎn)品磁路設(shè)計合理，除了釹鐵硼磁體因含氧量高和防護不善造成產(chǎn)品氧化，引起磁性能下降以外，永磁產(chǎn)品的Hcj和Hk是決定永磁應用產(chǎn)品在使用過程中氣隙磁通密度不出現(xiàn)不可逆下降的關(guān)鍵指標。永磁材料生產(chǎn)廠可通過磁體的磁性能檢驗及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生廢品的原因，及時剔除廢品，避免將不合格產(chǎn)品交付用戶。永磁材料使用單位進行磁性能檢驗，可避免不合格磁體產(chǎn)品安裝到磁路中，造成磁路報廢。為了減少檢驗工作量，減少浪費后加工費和時間，提倡永磁材料生產(chǎn)廠進行毛坯磁性能檢驗。在永磁材料生產(chǎn)、使用過程中，燒結(jié)爐燒結(jié)以后的產(chǎn)品具備了進行磁性能檢驗的條件，在此時進行檢驗，可達到事半功倍的效果。如果檢驗加工后的成品，效果將是事倍功半。本文介紹的幾種永磁產(chǎn)品磁性能檢驗方法與測永磁樣品的內(nèi)稟曲線相比更易操作，測量所需時間僅為內(nèi)稟曲線測量的幾十分之一。適宜用來對永磁產(chǎn)品磁性能進行全檢，這些方法已在生產(chǎn)中使用多年，取得了很好的效果。
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