DD282832A7 - MEASURING ARRANGEMENT FOR MEASURING THE KOERZITIV FIELD STAERKE OF FERROMAGNETIC TESTING BODIES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Meszanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstaerke von ferromagnetischen Pruefkoerpern, insbesondere von Sinterhartmetallkoerpern, wobei die in einem magnetischen Gleichfeld bis zur magnetischen Saettigung magnetisierten Pruefkoerper einem entgegengesetzt gerichteten Gleichfeld mit kontinuierlich zunehmender Feldstaerke ausgesetzt werden, bis ein Magnetfeldsensor die Aufhebung der remanenten magnetischen Induktion anzeigt und die dafuer erforderliche Koerzitivfeldstaerke erfaszt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten Meszprinzip eine Meszanordnung zu entwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz innerhalb einer Magnetfeldspule 5 senkrecht zu deren Feldlinien im Bereich der aus dem Pruefkoerper 16 austretenden magnetischen Feldlinien ein magneto-resistiver Magnetfeldsensor 3 justierbar angeordnet ist, der eingangsseitig an einem Mittelfrequenz-Wechselstromgenerator 1 induktiv angekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer elektronischen Meszsteuerung 10 in Verbindung steht. Fig. 1{Meszanordnung; Koerzitivfeldstaerke; Pruefkoerper; ferromagnetisch; Sinterhartmetallkoerper; Magnetfeldsensor, magnetoresistiver; Magnetfeldspule; Mittelfrequenz-Wechselstromgenerator; Gleichfeld, magnetisch; Induktion, remanent magnetisch}The invention relates to a Meszanordnung for measuring the Koerzitivfeldstaerke of ferromagnetic Pruefkoerpern, in particular Sinterhartmetallkoerpern, wherein the magnetized in a magnetic field to Magnets Saettigung Pruefkoerper be exposed to a oppositely directed dc field with continuously increasing field strength until a magnetic field sensor indicates the abolition of remanent magnetic induction and the required coercive field strength is detected. The invention has for its object to develop a Meszanordnung starting from the known Meszprinzip. This object is achieved according to the invention by magneto-resistive magnetic field sensor 3, which is inductively coupled inside a magnetic field coil 5 perpendicular to its field lines in the region of the magnetic field lines exiting from the test body 16, which is inductively coupled on the input side to a medium frequency ac generator 1 and on the output side an electronic Meszsteuerung 10 is in communication. Fig. 1 {Meszanordnung; coercive field strength; specimen; ferromagnetic; Sinterhartmetallkoerper; Magnetic field sensor, magnetoresistive; Magnetic coil; Medium-frequency alternator; DC field, magnetic; Induction, remanent magnetic}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Prüfkörpern, insbesondere von Sintethartmetallkörpern, wobei die in einem magnetischen Gleichfeld bis zur magnetischen Sättigung magnetisierten Prüfkörper einem entgegengesetzt gerichteten Gleichfeld mit kontinuierlich zunehmender Feldstärke ausgesetzt werden, bis ein Magnetfeldsensor die Aufhebung der remanenten magnetischen Induktion im Prüfkörper anzeigt und die dafür erforderliche Koerzitivfeldstärke entsprechend der Feldstärke des entgegengesetzt gerichteten Gleichfeldes erfaßt wird.The invention relates to a measuring arrangement for measuring the coercive force of ferromagnetic test specimens, in particular sintered metal bodies, wherein the magnetized in a direct magnetic field to the magnetic saturation test specimens are exposed to an oppositely directed dc field with continuously increasing field strength until a magnetic field sensor repealing the remanent magnetic induction in Indicates test specimens and the required coercive force is detected according to the field strength of the oppositely directed dc field.
Nach dem Fachbuch „Hartmetalle" von Kiefer/Lenesovsky sind magnetische Untersuchungen zur Prüfung der Qualität von Sinterhartmetallen bekannt, bei denen die Bestimmung der Koerzitivfeldstärke zur Beurteilung der Gefügestruktur herangezogen wird. Für die praktische Bestimmung der Koerzitivfeldsturke werden Koerzimeter eingesetzt. Der aufmagnetisierte Hartmetallkörper wird bei dem bekannten Pendelkoerzimeter in eine definierte Lage auf ein stark gedämpftes Pendel gebracht und durch ein der magnetischen Remanenz er.'.gegengesetzt gerichtetes magnetisches Gleichfeld entmagnetisiert, was aus der neutralen Pendellage abgelesen werden kann. Das als Meßgerät dienende Pendelkoerzimeter erfordert eine rnanue1'« Bedienung und ist für automatisch ablaufende Meßvorgänge nicht geeignet.According to Kiefer / Lenesovsky, "Hard Metals", magnetic investigations are known to test the quality of sintered hard metals by using the coercive field strength to evaluate the microstructure known pendulum decoupler in a defined position on a strongly damped pendulum and demagnetized by a magnetic remanence he 'directed opposite directed magnetic DC field, which can be read from the neutral pendulum position The measuring device serving as Pendelkoerzimeter requires a rnanue 1 ' «operation and is not suitable for automatic measuring processes.
In der DE-PS 970544 wurde ein Verfahren zur Messung der magnetischen Koerzitivkraft an ferromagnetischen Prüflingen vorgeschlagen, nach dem o'er aufmagnetisierte Prüfling mit einer remanenten Punktmagnetisierung beaufschlagt wird und Feldstärkemessungen parallel zur Prüflingsoberfläche von 0 bis 3t:0' eriolgen. Die Messungen der Horizontalfeldstärken werden mit einem Taster vorgenommen, in dem sich ein federnder Dauermagnet und Meßsonden befinden. Das ist meßtechnisch sehr aufwendig und nur für größere Prüfkörper geeignet.In DE-PS 970544 a method for measuring the magnetic coercive force on ferromagnetic test specimens has been proposed, after the o'er magnetized specimen is subjected to a remanent point magnetization and field strength measurements parallel to the specimen surface of 0 to 3t: 0 'eriolge. The measurements of the horizontal field strengths are made with a stylus in which a resilient permanent magnet and probes are located. This is technically very expensive and suitable only for larger specimens.
Die durch das vorstehende Verfahren bekanntgewordenen Meßsonden sind in dem Fachbuch „Magnetische und magnetinduktive Werkstoffprüfung" von Heptner/Stroppe (VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig; 1965) auf den Seiten 45 bis 49 und 51 bis 53 näher beschrieben. Das Prinzip einer solchen Magnet-Meßsonde beruht auf der induktiven Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes auf Wechselstromspulen, die sich in dem magnetischen Gleichfeld befinden. Die Magnetmeßsonde besteht aus zwei hochpermeablen Kernen, die je eine Primär- und eine Sekundärwicklung tragen. Zur Absolutmessung sind die Primärwicklungen gegeneinander und die Sekundärwicklungen hintereinander geschaltet, während es bei der Differenzmessung umgekehrt ist. Zur Me.< 3ung der Koerzitivfeldstärke wird die Meßsonde bei größeren Prüfkörpern außerhalb und bei kleineren innerhalb der Magnetisierungsspule angeordnet, in der sich der Prüfkörper befindet. Durch die Primärspulen fließt ein Wechselstrom, der in den beiden Kernen ein magnetisches Wechselfeld und in den Sekundärspulen eine Wechselspannung induziert. Das Magnetfeld des Prüfkörpers erhöht die Induktion in den beiden Kernen, so daß die Entmagnetisierung des Prüfkörpers durch den Wegfall des Magnetfeldes des Prüfkörpers erfaßt werden kann. Die dafür erforderliche Feldstärke des magnetischen Gleichfeldes der Magnetisierungsspule entspricht der Koerzitivfeldstärke des Prüfkörpers.The measuring probes known from the above method are described in more detail in the textbook "Magnetische und magnetinduktive Werkstoffprüfung" by Heptner / Stroppe (VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1965) on pages 45 to 49 and 51 to 53. The principle of such a magnetic field The probe is based on the inductive action of a DC magnetic field on alternating current coils located in the DC magnetic field The magnetic measuring probe consists of two highly permeable cores, each carrying a primary and a secondary winding For absolute measurement, the primary windings are connected in series and the secondary windings in series In order to measure the coercive field strength, the measuring probe is arranged outside and at smaller within the magnetization coil in which the test body is located, with larger test bodies which induces an alternating magnetic field in the two cores and an alternating voltage in the secondary coils. The magnetic field of the specimen increases the induction in the two cores, so that the demagnetization of the specimen can be detected by the elimination of the magnetic field of the specimen. The required field strength of the magnetic DC field of the magnetization coil corresponds to the coercive force of the test specimen.
Nachteilig an dieser Meßeinrichtung sind die Induktionsspulen mit Weicheisenkernen der Magnet-Meßsonde. Diese ermöglichen zwar eine hinreichend genaue Messung, sind aber teuer in der Herstellung und haben verhältnismäßig große Abmessungen, die eine Unterbringung in kleinen Magnetisierungsspulen erschweren.A disadvantage of this measuring device are the induction coils with soft iron cores of the magnetic measuring probe. Although these allow a sufficiently accurate measurement, but are expensive to manufacture and have relatively large dimensions that make it difficult to accommodate in small magnetization coils.
In einer Veröffentlichung der Friedrich-Schiller-Universität Jena vom 24.8.1981 wurde auf den Seiten 363 bis 367 unter dem Titel „Ein Magnetfeldsensor auf der Grundlage des magnetoresistiven Effektes in Permalloyschichten" eine weitere Möglichkeit zur Messung magnetischer Felder beschrieben, Es wurde ein Magnetometer zur Messung kleiner magnetischer Felder untersucht. Der Magnetfeldsensor enthält zwei Ni-Fe-Dünnschicht-Magnetwiderstände, die in einer abgeglichenen wheatstoneschen Brücke angeordnet sind. Nachteilig an dieser Meßanordnung ist, daß damit eine automatische Messung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Prüfkörpern nicht möglich ist.In a publication of the Friedrich Schiller University Jena of 24.8.1981 on pages 363 to 367 under the title "A magnetic field sensor on the basis of the magnetoresistive effect in Permalloyschichten" another possibility for the measurement of magnetic fields described, It became a magnetometer for The magnetic field sensor contains two Ni-Fe thin-film magnetoresistors arranged in a balanced Wheatstone bridge, which is disadvantageous in that it does not allow automatic measurement of the coercive force of ferromagnetic test pieces.
Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile der bekannten Meßeinrichtungen bzw. Meßanordnungen zu vermeiden und eine Meßanordnung zu entwickeln, die eine automatische Messung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Prüfkörpern mit einem einfachen, kostengünstigeren Magnetfeldsensor ermöglicht.It is the object of the invention to avoid the disadvantages of the known measuring devices or measuring arrangements and to develop a measuring arrangement which enables an automatic measurement of the coercive force of ferromagnetic test specimens with a simple, less expensive magnetic field sensor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten Meßprinzip der Messung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Prüfkörpern durch Erfassung der Feldstärke eines entgegen der remanenten magnetischen Induktion des Prüfkörpers gerichteten Gleichfeldes einer Magnetfeldspule zum Zeitpunkt der von einem Magnetfeldsensor angezeigten Aufhebung der remanenten magnetischen Induktion, eine Meßanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke zu entwickeln, bei der meßtechnisch vorteilhaftere Magnetfeldsensoren in automatisch ablaufender Meßfunktion anwendbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb der Magnetfeldspule mit seiner empfindlichen Richtung senkrecht zu deren Feldlinien im Bereich der aus dem Prüfkörper austretenden magnetischen Feldlinien ein magneto-resistiver Magnetfeldsensor justierbar angeordnet ist, der eingangsseitig induktiv an einen Mittelfrequenz-Wechselstromgenerator angekoppelt ist und ausgangssi.tig mit einer elektronischen Meßsteuerung in Verbindung steht.The invention is based on the object, starting from the known measuring principle of measuring the coercive force of ferromagnetic test specimens by detecting the field strength of a counter to the remanent magnetic induction of the specimen directed DC field of a magnetic field coil at the time indicated by a magnetic field sensor repeal of the remanent magnetic induction, a measuring device To develop the coercive field strength, in the measurement technically advantageous magnetic field sensors are applicable in automatically running measurement function. This object is achieved in that within the magnetic field coil with its sensitive direction perpendicular to the field lines in the area exiting from the test specimen magnetic field lines a magneto-resistive magnetic field sensor is arranged adjustable, the input side is inductively coupled to a medium frequency alternator and output. tig is in communication with an electronic measuring control.
Es ist zweckmäßig, daß als magneto-resistiver Magnetfeldsensor Ni-Fe-Dünnschicht-Macnetwiderstände eingesetzt sind. Eine besonders empfindliche Meßanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke wird dadurch erreicht, daß der magnetoresistive Magnetfeldsensor als eine Brückenschaltung von vier gleichartigen Magnetwiderständen ausgebildet ist. Zur genauen Lagebestimmung des magneto-resistiven Magnetfeldsensors senkrecht zum Gleichfeld der Magnetisierungsspule ist es vorteilhaft, daß der magneto-resistive Magnetfeldsensor unter der Spannkraft einer Feder an drei einstei.oaren Anlagen justierbar anliegt.It is expedient that are used as magneto-resistive magnetic field sensor Ni-Fe thin-film Macnetwiderstände. A particularly sensitive measuring arrangement for measuring the coercive force is achieved in that the magnetoresistive magnetic field sensor is designed as a bridge circuit of four similar magnetoresistors. For accurate orientation of the magneto-resistive magnetic field sensor perpendicular to the DC field of the magnetizing coil, it is advantageous that the magneto-resistive magnetic field sensor under the clamping force of a spring on three einstei.oaren plants adjustable.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Meßanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke ist folgende: In einer langgestreckten zylindrischen Magnetfeldspule ist ein magneto-resistiver Magnetfeldsensor justierbar in seiner empfindlichen Richtung senkrecht zu den magnetischen Feldlinien der Magnetfeldspule angeordnet. Der bis zur magnetischen Sättigung magnetisierte ferromagnetische Prüfkörper hat nach Abschaltung des magnetischen Gleichfeldes entsprechend seiner ferromagnetischen Eigenschaften eine magnetische Remanenz, deren Polarisation das Austreten von magnetischen Feldlinien bewirkt. Diese Feldlinien durchdringen den magneto-resistiven Magnetfeldsensor in einer solchen Richtung, daß dieser eine Ausgangsspannung abgibt. Mit dieser wird durch einen Regelkreis der Spulenstrom der Magnetfeldspule im Sinne der Erhöhung der Feldstärke des entgegen der Polarisation des Prüfkörpers gerichteten Gleichfeldes geregelt, bis die magnetische Induktion des Prüfkörpers 0 ist. An dieser Stelle ist die Spulenfeldstärke gleich der Koerzitivfeldstärke des Prüfkörpers.The function of the measuring arrangement according to the invention for measuring the coercive field strength is the following: In an elongated cylindrical magnetic field coil, a magneto-resistive magnetic field sensor is arranged adjustable in its sensitive direction perpendicular to the magnetic field lines of the magnetic field coil. The ferromagnetic test piece, which has been magnetized to magnetic saturation, has a magnetic remanence, the polarization of which causes the emergence of magnetic field lines, after switching off the DC magnetic field in accordance with its ferromagnetic properties. These field lines penetrate the magneto-resistive magnetic field sensor in such a direction that it outputs an output voltage. This is controlled by a control loop of the coil current of the magnetic field coil in the sense of increasing the field strength of the counter to the polarization of the specimen directed DC field until the magnetic induction of the specimen is zero. At this point, the coil field strength is equal to the coercive force of the specimen.
Der Meßvorgang läuft durch Einsatz eines Mittelfrequenz-Wechselstromgenerators für die Stromversorgung des Magnetfeldsensors bei Vermeidung des Einflusses von Thermospannungen mit hoher Genauigkeit und durch eine elektronische Meßsteuerung automatisch ab.The measuring process is carried out automatically by using a medium frequency AC generator for the power supply of the magnetic field sensor while avoiding the influence of thermal voltages with high accuracy and by an electronic measuring control.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke sind in der störungsfreien Funktion des magneto-resistiven Magnetfeldsensors, in dessen kostengünstiger Ausführung und in dem weitgehend automatisierbaren Funktionsablauf zu sehen.The advantages of the arrangement according to the invention for measuring the coercive force can be seen in the trouble-free operation of the magneto-resistive magnetic field sensor, in its cost-effective design and in the largely automatable functional sequence.
AusführungsboispielAusführungsboispiel
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:
Fig. 1: ein Prinzipschaltbild einer erfindiingsgemäßen Meßanordnung zur Messung der Koerzitivfeldstärke von1 is a block diagram of a erfindiingsgemäßen measuring arrangement for measuring the coercive force of
ferromagnetischen Prüfkörpern Fig. 2: eine schematische Darstellung der Justierung des magneto-resistiven Magnetfeldsensors.ferromagnetic test specimens Fig. 2: a schematic representation of the adjustment of the magneto-resistive magnetic field sensor.
Der Mittelfrequenz-Wechselstromgenerator 1 erzeugt eine Spannung von 4 V/1 kHz, die durch einen Übertrager 2 induktiv an den magneto-resistiven Magnetfeldsensor 3 angekoppelt ist. Der magneto-resistive Magnetfeldsensor besteht aus einer Brückenschaltung von vier gleichartigen Magnetwiderständen 4, die sich unter Einwirkung des Magnetfeldes der Magnetfeldspule 5 paarweise gegenläufig derart ändern, daß in der Brückendiagonale eine dem magnetischen Gleichfeld proportionale Spannung ausgangsseitig auftritt. Diese Spannung am Magnetfeldsensor 3 gelangt auf einen Vorverstärker 6. An einem parallel zum Übertrager liegenden Potentiometer 7 wird eine eins'ellbare Spannung abgegriffen, die über einen Widerstand 8 auf den Eingang des Vorverstärkers 6 gegeben wird und zur Kompensation der Restspannung des Magnetfeldsensors 3 dient.The medium frequency alternator 1 generates a voltage of 4 V / 1 kHz, which is inductively coupled by a transformer 2 to the magneto-resistive magnetic field sensor 3. The magneto-resistive magnetic field sensor consists of a bridge circuit of four similar magnetoresistors 4 which change in pairs in opposite directions under the influence of the magnetic field of the magnetic field coil 5 such that a voltage proportional to the magnetic DC field occurs on the output side in the bridge diagonal. At a parallel to the transformer lying potentiometer 7 a ein'ellbare voltage is tapped, which is given via a resistor 8 to the input of the preamplifier 6 and serves to compensate for the residual voltage of the magnetic field sensor 3.
Die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 6 liegt an der elektronischen Baugruppe 9 an, die einen selektiven Verstärker, einen phasenempfindlichen Zweiweggleichrichter und eine Ausgangsstufe enthält.The output voltage of the preamplifier 6 is applied to the electronic module 9, which includes a selective amplifier, a phase-sensitive full-wave rectifier and an output stage.
Die Ausgangsgleichspannung der elektronischen Baugruppe 9 gelangt auf die Meßsteuerung 10 und wahlweise auf die Digitalanzeige 11, wo sie zur Kontrolle des Nullpunktes der Meßeinrichtung ohne Prüfkörper 16 dient. Die Meßsteuerung enthält einen Integrator, der bei richtig in die Magnetfeldspule 5 eingelegtem Prüfkörper 16 die Ausgangsspannung der Meßsteuerung 10 erhöht, was über sine Konstantstromquelle 12 und einen Darlingtontransistor 13 eine proportionale Änderung der Stromstärke in der Magnetfeidspule 5 bewirkt. Der Anstieg der Stromstärke der Magnetfeldspule 5 wird langsamer, wenn die Spannung des magneto-resistiven Magnetfeldsensors 3 nach „Null" geht. Kurz vor Erreichen des Nullwertes schaltet ein Komparator der elektronischen Baugruppe 9 ab. Dadurch wird ein monostabiler Multivibrator mit einer Haltezeit von 0,5s gekippt, der nach weiterer Annäherung an „0" einen zweiten Multivibrator mit der gleichen Haltezeit anstößt, der die Digitalanzeige 11 auslöst. Von der Digitalanzeige 11 wird die Spannung über den. Meßwiderstand RM gemessen, die dem Strom der Magnetfeldspule 5 proportional ist. Unter Berücksichtigung der Spulenkonstanten wird die Koerzitivfeldstärke des Prüfkörpers 16 entsprechend der magnetischen Feldstärke im Zentrum der Magnetfeldspule 5 angezeigt. Der magneto-resistive Magnetfeldsensor 3 ist gemäß Fig. 2 mit seiner empfindlichen Richtung senkrecht zu den Feldlinien der Magnetfeldspule 5 in dieser angeordnet und liegt in dieser Lage justierbar unter der Spannkraft einer Feder 14 an drei Anlagestiften 15 an. Der Prüfkörper 16 befindet sich in der Magnetfeldspule 5 in einem definierten Abstand zum Magnetfeldsensor 5.The DC output voltage of the electronic module 9 reaches the measuring controller 10 and optionally the digital display 11, where it serves to control the zero point of the measuring device without test piece 16. The measuring controller includes an integrator, which increases the output voltage of the measuring controller 10 when properly inserted into the magnetic field coil 5 test body 16, which causes a sine constant current source 12 and a Darlington transistor 13, a proportional change in the current in the Magnetfeidspule. The increase in the current intensity of the magnetic field coil 5 slows down when the voltage of the magneto-resistive magnetic field sensor 3 goes to "zero." Shortly before reaching the zero value, a comparator of the electronic module 9 switches off, thereby producing a monostable multivibrator with a holding time of 0, 5s tilted, which, after further approaching "0" a second multivibrator abuts with the same hold time that triggers the digital display 11. From the digital display 11, the voltage across the. Measuring resistor R M measured, which is the current of the magnetic field coil 5 proportional. Taking into account the coil constants, the coercive force of the test piece 16 is displayed in the center of the magnetic field coil 5 according to the magnetic field strength. The magneto-resistive magnetic field sensor 3 is arranged in accordance with FIG. 2 with its sensitive direction perpendicular to the field lines of the magnetic field coil 5 in this position and is adjustable in this position under the clamping force of a spring 14 to three abutment pins 15. The test body 16 is located in the magnetic field coil 5 at a defined distance from the magnetic field sensor 5.
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DD31508688A DD282832A7 (en) | 1988-04-26 | 1988-04-26 | MEASURING ARRANGEMENT FOR MEASURING THE KOERZITIV FIELD STAERKE OF FERROMAGNETIC TESTING BODIES |
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US8547086B2 (en) | 2010-08-11 | 2013-10-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Coercivity performance determination device for coercivity distribution magnet |
-
1988
- 1988-04-26 DD DD31508688A patent/DD282832A7/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8547086B2 (en) | 2010-08-11 | 2013-10-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Coercivity performance determination device for coercivity distribution magnet |
DE112010005803B4 (en) * | 2010-08-11 | 2015-08-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Coercivity Determination Device for Distributed Coercivity Magnets |
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