永磁體磁偏角指磁體磁化方向（極性軸）與其幾何基準方向（如特定表面或軸線）之間的角度偏差。磁偏角差的產(chǎn)品, 對應的磁力線在目標工作位置也會有偏差，有些在工作面的法向磁場會減弱（Bz），在工作面內(nèi)磁場會增強（Bx，By），當磁偏角>5°時，可能會影響精密磁應用的判定結(jié)果，因此需要對磁偏角的誤差進行檢測和評估，并通過改進制造工藝嚴格控制偏轉(zhuǎn)角度與波動誤差。
磁偏角成為影響精密磁性器件性能的重要影響因素。對于作為傳感器核心部件的稀土永磁體而言，精確控制其磁矩（Magnet Moment）與磁偏角（θz），對提供穩(wěn)定磁場源具有重要意義。常規(guī)工藝方法制作的成品磁偏角在0°-7°之間，不同產(chǎn)品的磁偏角要求也不同，在實際生產(chǎn)過程中，磁偏角通常在5°以內(nèi)。
實驗室目前測試磁偏角的設(shè)備主要有MagCheck， 亥姆霍茲線圈Helmholtz Coil，磁場相機MagCam，請見下表優(yōu)勢對比，具體原理信息請見文末備注。
| 設(shè)備 | 磁偏角測試-MagCheck | 磁場相機-MagCam | 亥姆霍茲線圈-HH coil |
原理 |
空間磁場擬合→磁矩矢量 |
表面磁場反演→局部磁化方向 |
磁矩在空間三軸的分量→磁矩方向 |
測試位置 |
整體平均磁偏角 |
表面磁偏角分布 |
整體平均磁偏角 |
測試重復性-GR&R |
6% |
3% |
3% |
測試時長 |
6s |
20s |
5s |
| 被測產(chǎn)品最大尺寸 | 方塊磁鐵：最大不超過80mm | 12.7x12.7?mm | 由線圈直徑?jīng)Q定，尺寸不超過30mm |
考慮到設(shè)備的可普及性，本實驗采用3軸亥姆霍茲線圈作為實驗設(shè)備，方便同行業(yè)復制和落地改善。
通過對永磁釹鐵硼材料制造過程的分析，明確以下過程中存在造成磁偏角偏差的影響：
◇?成型過程中的取向度：在壓制成型的過程中，施加1.8T磁場使得燒結(jié)釹鐵硼磁粉顆粒沿著易磁化方向排列，是控制磁偏角的核心工藝環(huán)節(jié)。
◇?等靜壓和上下料過程中的取向度干擾：等靜壓過程中毛坯的密度會上升，磁粉相對位置變化，上下料過程中也會導致毛坯塊形變。
◇?燒結(jié)過程中尺寸收縮導致的毛坯形變：由于取向方向有 20%左右收縮率，非取向方向有 5%左右收縮率，這種非均勻的形變也會影響物理軸的變化。
◇?機加工過程中基準面和加工設(shè)備的垂直度影響：產(chǎn)品燒結(jié)后六個外表面都會形變，在長寬高加工過程中定位基準，切割設(shè)備的垂直度也會影響磁偏角數(shù)據(jù)。
我們對常規(guī)燒結(jié)毛坯的磁偏角進行分析，選取?34x50.7x43.7mm毛坯：
◇?50.7mm是非壓制非取向方向，磨掉0.6mm后，選取前中后3個位置切片1.73mm，空間坐標X1、X2、X3；
◇?43.7mm是毛坯壓制方向，磨掉0.6mm后，選取前中后3個位置切片6.845mm，空間坐標Y1、Y2、Y3，其中?Y3為壓制底面；
◇?34mm是取向方向，磨掉0.6mm后切片1.3mm，總計20層，空間坐標Z1~Z20。
總計180?個取樣位置，通過磁偏角檢測獲取各點數(shù)據(jù)，進而分析磁偏角空間分布特征。
數(shù)據(jù)可視化和推論
50.7mm非壓制非取向方向，無明顯趨勢 |
43.7mm是毛坯壓制方向，Y3-壓制底面磁偏角明顯大于Y1壓制上頂面 |
34mm是取向方向，中間位置Z10的磁偏角明顯優(yōu)于兩端(Z1/Z20)附近的數(shù)據(jù) |
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二維等高線圖也呈現(xiàn)類似趨勢
XZ?平面 |
YZ?平面 |
XY?平面 |
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通過以上數(shù)據(jù)趨勢，我們計劃做以下改善：
1.使用各向同性磁材評估壓制模具內(nèi)取向磁場的垂直度依據(jù)；
2.壓制方向Y尺寸縮小，降低磁粉自重對于壓制底面取向效果的影響；
3.增加非取向非壓制方向X的尺寸，減少形變梯度；
4.取消等靜壓工序，減少運轉(zhuǎn)過程中對磁偏角的影響。
備注: 三種磁偏角設(shè)備的測試原理
方法 |
原理 |
主要參數(shù) |
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磁偏角測試-MagCheck
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MagCheck采用基于分析永磁標記物產(chǎn)生的準靜態(tài)磁場的逆向磁檢測方法。這種分析涉及一個具有六個自由度（DOF）的逆問題。所需傳感器的最小數(shù)量取決于未確定的自由度數(shù)量。精度要求、傳感器靈敏度、干擾場以及測量范圍的大小都會增加所需的傳感器數(shù)量，因此在實際應用中，系統(tǒng)通常使用的傳感器數(shù)量多于最低需要的數(shù)量。作為磁場分析的一項優(yōu)勢，MagCheck 可以確定磁場的矢量方向。因此，通過相應排列的傳感器可以完整地記錄磁場的三個空間方向。采用迭代優(yōu)化方法來解決非線性最小化問題，可獲得最佳結(jié)果。在迭代過程中，通過誤差評估函數(shù)將假定的磁參數(shù)（位置、方向和強度）的虛擬測量值與實際測量值進行比較并使之一致。 |
GR&R:6% 測試時間：6s 最大產(chǎn)品尺寸：不超過80mm |
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磁場相機-MagCam
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MagCam核心是一個高密度高精度的二維霍爾傳感器陣列，當磁鐵放置在傳感器陣列上與Z軸間距呈微小距離時，陣列能夠同時測量磁體表面上方整個平面上每個點的磁體矢量Bx、By、Bz。MagCam從表面磁場反演磁化強度矢量，核心算法在于利用測量得到的整個平面上的計算分量Bz分布，利用電磁理論和專有算法反演出磁體表面的等效磁化強度矢量分布，進而直接計算出每個點的磁化方向相對于理想軸向（通常是Z軸）的偏差角度即磁偏角。 |
GR&R:3% 測試時間：20s 最大產(chǎn)品尺寸：12.7*12.7 mm |
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亥姆霍茲線圈-Helmholtz Coil 
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當一個帶有磁矩的永磁體在亥姆霍茲線圈內(nèi)移動時，其磁場穿過線圈產(chǎn)生磁通量變化。依據(jù)法拉第電磁感應定律，線圈中產(chǎn)生感應電壓。感應電壓的幅值與磁體的磁矩大小成正比。通過預先標定線圈常數(shù)，即可根據(jù)測得的感應電壓反推出永磁體的磁矩值。采用三軸亥姆霍茲線圈系統(tǒng)，可同時測量磁矩在三個互相垂直方向的磁矩分量，進而可以計算出磁矩方向與幾何軸之間的夾角，即磁偏角。 |
GR&R: 3%? 測試時間: 5s? 最大產(chǎn)品尺寸：由線圈直徑?jīng)Q定，尺寸不超過30mm |
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