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稀土永磁材料磁偏角测量设备的发展历程

2019/12/21 15:47
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【摘要】:
湖南省永逸科技有限公司从2010年开始进行磁矩、磁偏角测试设备的研发,2011年曾经与德国matesyGmbH公司合作,将“M-axisStandard磁偏角测量设备”引入中国,M-axisStandard磁偏角测量设备是一款创新型的磁偏角测量设备,其原理是采用磁阻矩阵测试永磁磁体的空间磁场分布,采用数学计算获得磁体的磁矩和磁偏角,区别于传统的线圈法测量。
  随着永磁传感器和高端磁场设计的发展,需要对所使用的永磁材料器件的磁矩和磁偏角进行准确的测量和评估,今年国家和企业联合相继开展了:永磁铁氧体国家标准TC68新增标准提案(新增永磁铁氧体磁通量和磁矩测试方法)、永磁磁矩标准样品制备、磁场线圈校准规范、磁场磁偏角测试标准(团标)、磁矩测试标准(拟定团标)等一系列与永磁器件磁矩、磁偏角相关多项工作讨论。
  永磁材料的磁矩、磁偏角测量已经成为市场上一款大型测试设备,并开始引起行业的重视。稀土永磁器件磁偏角测量最早的产品可溯源到上世纪80年代美国LDJ生产的三维亥姆霍兹线圈法设备的制造,可能由于当时需求少的制约限制了该产品的发展。湖南省永逸科技有限公司从2010年开始进行磁矩、磁偏角测试设备的研发,2011年曾经与德国matesy GmbH公司合作,将“M-axis Standard磁偏角测量设备”引入中国,M-axis Standard磁偏角测量设备是一款创新型的磁偏角测量设备,其原理是采用磁阻矩阵测试永磁磁体的空间磁场分布,采用数学计算获得磁体的磁矩和磁偏角,区别于传统的线圈法测量。下面就两种测试方法进行相关介绍:
 
一、线圈法型磁偏角设备与新型M-axis测试设备的原理差异:
1、亥姆霍兹线圈法测量:采用单轴或三轴亥姆霍兹线圈,分别测试三个磁矩分量Mx、My和Mz,通过简单的数学计算即可获得总磁矩M和磁偏角θz。
2、M-axis磁矩标量法:采用矩阵分布的磁场传感器测试永磁器件的空间磁场分布B1、B2...、Bn,通过较复杂的数学计算获得总磁矩M和磁偏角θz。
 
二、可派生的参数:
  两种方法都是间接推算剩磁Br 的,因为都可通过磁矩计算出来。具体为:Bdi=m/(v×108)(Gs),Br=Bdi×(urec+PC)/(PC+1)。其中将烧结NdFeB材料的回复磁导率μrec近似等效为1.05,磁导系数PC值只考虑和磁体的几何形状长径比有关,可通过磁体形状进行计算获得,目前对于圆柱、圆环和方块比较好计算,准确度大约2%。
 
三、测试精度:
  一个测量系统不应仅仅是测量到值,也应保证其精度。即使任何测量系统都无法避免存在误差,但还是可以通过一些方法降低其范围。通常情况下,有两类主要的误差需要考虑,即均值偏差和不确定度。下面将从这两个方面比较一下两种不同的测量方式。
 
1、亥姆霍兹线圈法主要偏差来源是亥姆霍兹常数标定的准确度和磁通计准确度。需要注意事项有:
  1-1、线圈结构的设计:如测试样品主轴方向磁矩信号强可作为三轴最外层线圈,减小加工的难度,非主轴方向感应弱,尽可能增加线圈的匝数提高分辨力,该结构我们使用后目前已经为其他企业所模仿。
  1-2、线圈常数的准确标定:可通过高精度恒流电源和高斯计进行标定。
  1-3、线圈的均匀区的检验:可采用高斯计进行多点检验。
  1-4、线圈正交度的检验:采用三维高斯计进行检验,采用方形磁钢旋转测量进行对平台面微调。
  1-5、磁通计可采用伏秒发生器或高等级的磁通计进行校准。
2、M-axis磁矩标量法主要偏差来源是传感器的线性度和安装定位精度,线性度可以通过在标准磁场中进行校准,定位精度可以通过标准样品进行修正,Matesy GmbH 保存着由德国PTB传递标准样品。
 
四、不确定度
  亥姆霍兹线圈法和M-axis磁矩标量法相应的信噪消减方法不太相同。尽管偏差源都来源于环境磁信号和电信号噪声,以及由操作者造成的无法预料的操作误差。但亥姆霍兹线圈法主要来源于漂移及外磁场波动,所以需要在环境磁场比较干净的区域使用,一般要求磁场波动小于10n到100nT,具体可根据测试线圈的展开面积来确定;M-axis磁矩标量法只与随机分布结果关联,也可通过滤波器消除无关频域没有漂移,但使用环境需要无永磁磁场的影响,Matesy GmbH这方面的工作已经做得很好。湖南省永逸科技有限公司于2019年11月研制完成剔除外场干扰磁矩磁偏角测试设备,设备将可使用到车间环境中,并为实现自动化测量奠定了基础。
五、磁偏角测试设备的检验
  目前尚没有磁矩和磁偏角相关的检验标准,根据我们近10年来生产设备的经验,可采用以下方法可进行对磁偏角测试设备的整体评估:
1、采用磁钢任意姿态放入测试线圈中,检验总磁矩M一致性;
2、采用给磁钢添加固定角度的锲块,检验磁偏角的准确性。
 
  湖南省永逸科技有限公司目前是国内磁偏角测试设备的主要供应商之一(距离我QQ日志开篇作“自动测量磁偏角装置的设计”整整10年),曾将德国Matesy GmbH生产的多台M-axis磁矩磁偏角测试设备引入中国企业,但M-axis因其区别于传统的创新测试方法反而成为大家认同的障碍,这是一个遗憾!公司于2013年不再代理M-axis,同年Matesy GmbHz总经理Hendryk Richert访问永逸科技,就称赞FE-2100AM磁矩磁偏角测量设备,是他所考察的采用线圈法测试磁偏角的最优秀的设备!自2013年后,湖南永逸科技有限公司已经为国内外用户提供FE-2100AM磁偏角测试设备45套。
 
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