李姝，陳永紅，韋澤波

（貴州航天控制技術(shù)有限公司，貴陽550009）

1 引言

在某型號(hào)電動(dòng)舵機(jī)的通電測(cè)試中，出現(xiàn)解鎖信號(hào)異常的直流電磁銷其銜鐵組件工作時(shí)運(yùn)動(dòng)正常。安裝舵面后，手動(dòng)正反轉(zhuǎn)動(dòng)舵面，舵機(jī)有制鎖限位功能，說明電磁銷已經(jīng)落鎖，但是霍爾反饋電壓的高低不能與銷軸所處狀態(tài)對(duì)應(yīng)，即不能正常反饋直流電磁銷的解鎖狀態(tài)。

2 工作原理

2.1 電磁銷組成和工作原理

直流電磁銷主要由殼體、導(dǎo)磁蓋、銜鐵組件、線圈組件和解鎖信號(hào)輸出裝置等組成。該結(jié)構(gòu)內(nèi)部為活動(dòng)銜鐵組件，當(dāng)電磁鐵接通電源時(shí)，線圈磁化銜鐵，被磁化的銜鐵和導(dǎo)磁蓋產(chǎn)生較大電磁吸合力帶動(dòng)銜鐵組件運(yùn)動(dòng)，既為解鎖。

2.2 解鎖檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

解鎖檢測(cè)裝置的傳感器器件選用HK643A軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路。該霍爾開關(guān)型集成電路是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏集成電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)。

根據(jù)霍爾開關(guān)型集成電路磁電轉(zhuǎn)換特性，設(shè)計(jì)電磁銷解鎖檢測(cè)電路，在電源供電為5V時(shí)，電磁銷解鎖輸出信號(hào)為高電平（5V），電磁銷未解鎖輸出信號(hào)為低電平（0～0.4V）。

2.3 霍爾開關(guān)電路與磁鋼組件位置關(guān)系

圖1 磁鋼與霍爾電路軸切面示意圖

單極性霍爾開關(guān)電路規(guī)定為，當(dāng)磁場(chǎng)南極（S極）磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，即南極（S極）覆蓋霍爾電路外殼有標(biāo)志面時(shí)，霍爾輸出為低電壓。當(dāng)外加磁場(chǎng)減小甚至除去時(shí)，霍爾輸出為高電壓。根據(jù)霍爾磁特性，并結(jié)合直流電磁銷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作磁體與霍爾器件間采用測(cè)移運(yùn)動(dòng)方式。銜鐵組件帶動(dòng)磁鋼組件移動(dòng)，使磁鋼組件覆蓋或脫離霍爾器件，如圖1所示。

本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)用霍爾輸出電壓的高低判斷電磁銷解鎖制鎖狀態(tài)。當(dāng)電磁銷繞組未通電，磁鋼與霍爾相對(duì)位置見圖1(a)，磁鋼組件（2）產(chǎn)生的磁場(chǎng)覆蓋霍爾開關(guān)電路（1），垂直于霍爾開關(guān)集成電路外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于閾值，霍爾開關(guān)集成電路輸出低電壓；當(dāng)電磁銷繞組通電吸合時(shí)，磁鋼與霍爾相對(duì)位置見圖1(b)，磁鋼組件（2）離開霍爾開關(guān)電路（1），其外加磁感應(yīng)強(qiáng)度小于閾值，霍爾開關(guān)輸出為高電壓。

3 故障分析

3.1 直流電磁銷銷軸反饋中心位移檢查

對(duì)C14009#直流電磁銷銷軸位移霍爾工作點(diǎn)或釋放點(diǎn)的中心位移檢查。測(cè)量C14009#直流電磁銷銷軸位移為1.7mm，霍爾釋放點(diǎn)為1mm，霍爾工作點(diǎn)位1.45mm，工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的位置關(guān)系見圖2。

從圖2可知，直流電磁銷霍爾工作的中心點(diǎn)不在銷軸位移的中心位置，靠近伸出（落鎖）方向，電磁銷在落鎖狀態(tài)，霍爾工作點(diǎn)的裕度較小。

圖2 霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的位置關(guān)系

3.2 直流電磁銷分解檢查

將出現(xiàn)解鎖反饋異常的兩只直流電磁銷（編號(hào)為：C14009、C14044）進(jìn)行分解。分解后測(cè)量霍爾離磁鋼組件表面垂直距離為3.0mm及2.5mm。對(duì)直流電磁銷分解下來的磁鋼組件及霍爾進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁敏感度工作點(diǎn)檢查。

3.2.1 磁鋼組件磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試

首先對(duì)磁鋼組件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)磁鋼組件環(huán)形空間均布取 a、b、c、d、e、f點(diǎn)共 6 個(gè)，測(cè)量磁鋼組件 6 點(diǎn)二維空間間距1mm、2mm、3mm的磁場(chǎng)強(qiáng)度，及空間點(diǎn)不變情況下，磁鋼組件向上位移1.5mm后，各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值。測(cè)量C14009#和C14044#電磁銷其磁鋼組件在二維空間各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值及在空間點(diǎn)不變情況下，磁鋼組件向上位移1.5mm后，各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

在磁鋼組件不動(dòng)條件下，霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為（16～17）mT 和 19～20）mT，磁鋼組件位移 1.5mm 之后，霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大約為（5～7）mT和（4～6）mT。

3.2.2 霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)測(cè)試

在常溫條件下，C14009#直流電磁銷霍爾的工作點(diǎn)為（16.5～17.5）mT，釋放點(diǎn)為（14.5～15.5）mT。C14044# 直流電磁銷霍爾的工作點(diǎn)為（17.5～19.0）mT，釋放點(diǎn)為（15.5～16.5）mT。通過廠家給的參數(shù)進(jìn)行估算，高低溫條件下霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)變化在（1～2）mT。

3.3 故障定位

根據(jù)上述分析，MZ-1直流電磁銷在高溫條件下解鎖異常，是由于磁鋼組件覆蓋霍爾敏感點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與霍爾的參數(shù)值處于極限，磁鋼組件未有效覆蓋霍爾的工作點(diǎn)。在高溫條件下，霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度還會(huì)增加1 mT。磁鋼組件相對(duì)于霍爾敏感點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度裕量較小，根據(jù)霍爾工作原理，覆蓋磁場(chǎng)強(qiáng)度不夠或磁場(chǎng)接近極限時(shí)，反饋電壓的高低有可能出現(xiàn)隨機(jī)性，使反饋電壓異常[1]。

4 改進(jìn)措施

4.1 霍爾改進(jìn)

由于磁鋼組件覆蓋霍爾磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，將軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路HK643A換用軍用霍爾高溫小型開關(guān)型集成電路HK643。HK643工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍（5～18）mT，范圍優(yōu)于 HK643A（3～25）mT，有利于電磁銷解鎖和落鎖的檢測(cè)。

4.2 霍爾與磁鋼距離配合改進(jìn)

電磁銷霍爾與磁鋼組件距離為（2.5～3）mm，從之前的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，磁場(chǎng)強(qiáng)度未有效覆蓋霍爾的工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)，存在電磁銷解鎖誤反饋檢測(cè)；采取措施將霍爾離磁鋼表面距離減小至1mm左右，霍爾工作點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為（22～30）mT，霍爾釋放點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度小于3mT，滿足霍爾切換的使用要求。

4.3 調(diào)試過程改進(jìn)

C14009#直流電磁銷測(cè)試霍爾切換中心點(diǎn)不在電磁銷銷軸位移的中心位置，對(duì)直流電磁銷落狀態(tài)檢測(cè)的裕量較小，可能產(chǎn)生誤檢測(cè)。制作調(diào)試工裝對(duì)霍爾切換中心點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)試，在調(diào)試時(shí)先對(duì)電磁銷的吸合行程進(jìn)行測(cè)量，然后用該工裝將電磁銷固定在其一半行程時(shí)，霍爾反饋應(yīng)有低電平轉(zhuǎn)換為高電平，即保證霍爾切換點(diǎn)與電磁銷銷軸中心點(diǎn)重合。

4.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

改進(jìn)后的產(chǎn)品進(jìn)行了“低溫→高溫→低溫”、“高溫→低溫→高溫”和常溫等共8次試驗(yàn)測(cè)試，每次通斷電次數(shù)大于50次。每臺(tái)產(chǎn)品各種溫度環(huán)境測(cè)試總次數(shù)大于400次，在測(cè)試過程中，用數(shù)字多用表監(jiān)測(cè)霍爾開關(guān)電路電壓輸出參數(shù)。產(chǎn)品霍爾電路信號(hào)反饋準(zhǔn)確，未出現(xiàn)一次反饋異常的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

經(jīng)上述分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，在出現(xiàn)問題的直流電磁銷磁鋼組件磁場(chǎng)強(qiáng)度覆蓋霍爾工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)裕量較小，磁場(chǎng)強(qiáng)度接近極限，使霍爾開關(guān)反饋電壓出現(xiàn)隨機(jī)性。對(duì)此采取了措施：更換霍爾開關(guān)電路，減小霍爾開關(guān)電路工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍；減小磁鋼組件表面與霍爾開關(guān)電路間距，提高工作點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度；對(duì)調(diào)試過程進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，保證霍爾切換點(diǎn)與電磁銷銷軸中心點(diǎn)重合，解鎖信號(hào)輸出異常可得以解決。