-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Magnetisieren eines Permanentmagneten,
insbesondere eines ring- oder scheibenförmigen Permanentmagneten, wie
er beispielsweise in Elektromotoren verwendet wird.
-
Stand der Technik
-
Permanentmagnete,
wie sie beispielsweise in Elektromotoren verwendet werden, sind
hohlzylindrisch ringförmig
oder scheibenförmig
ausgebildet und umfassen abwechselnd und kontinuierlich nebeneinander
angeordnete Nord- und
Südpole.
Es können
hierbei beispielsweise vier oder acht Magnetpole jeweils abwechselnd
in Sektorzonen unterteilt vorhanden sein, wobei jeder Sektor einen
Winkel von 360°/2n
auf dem Umfang des Magneten ausbildet, wobei n die Anzahl der Polpaare
ist. 5 zeigt ein typisches Beispiel einer Magnetisierungsvorrichtung um
einen ringförmigen
Permanentmagneten mit einer bestimmten Anzahl von Polen zu magnetisieren. Die
Magnetisierungsvorrichtung 10 besteht aus einem topfförmigen Gehäuse 12,
an dem entlang einer Achse 32 ein Metallkern 14,
beispielsweise bestehend aus einem Blechpaket, angeordnet ist. Der Kern 14 umfasst, ähnlich einem
Läufer
eines Elektromotors, eine Anzahl von Polen 16 (siehe 1),
die der Anzahl der zu magnetisierenden Pole entspricht. Jeder Pol 16 umfasst
eine Wicklung bestehend aus einem oder mehreren Winklungsdrähten 18.
Die Wicklungsdrähte 18 sind
nach unten aus dem Gehäuse 12 hinausgeführt und
werden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Bei Anlegen einer Spannung
wird dann ein elektromagnetisches Feld erzeugt, dass den Kern 14 umgibt.
Der Kern 14 ist von einem Mantel 30 umgeben, beispielsweise
einem Edelstahlmantel. Die freien Hohlräume im Mantel 30 und
im Gehäuse 12 sind
durch eine Vergussmasse 20 ausgefüllt. Über einen zentral angeordneten
Kühltrichter 22 kann
die entstehende Verlustwärme
abgeführt
werden. Ein elektrischer Anschlussbolzen 24 dient zum Kontaktieren
der Wicklungsdrähte 18.
Es kann ferner ein Temperatursensor 28 vorgesehen sein,
der über
einen entsprechenden Anschluss herausgeführt wird. Am Gehäuse 12 ist
ein Abstandshalter 26 angeordnet, der den Kern 14 im
unteren Bereich umgibt. Das zu magnetisierende Magnetmaterial 36 wird
nun auf den Kern 14 aufgesteckt und durch den Abstandshalter 26 in
Position gehalten. Es können
auch mehrere Ringe aus Magnetmaterial 36, 36' gleichzeitig
magnetisiert werden. Diese werden dann übereinander auf den Kern 14 aufgesteckt.
Danach wird auf die Wicklungen ein Stromimpuls gegeben, wobei das
Magnetmaterial 36, 36' entsprechend den Polen 16 mit
einer Anzahl von Nord- und Südpolen magnetisiert
wird.
-
1 zeigt
den Kern mit den einzelnen Magnetenpolen, hier insgesamt acht Magnetpole,
die von den Wicklungsdrähten
umgeben sind. Während des
Magnetisierungsvorgangs wird das Magnetmaterial 36 mit
einer entsprechenden Anzahl von Nordpolen 38 und Südpolen 40 in
abwechselnder Folge magnetisiert. Im Beispiel gemäß 1 sind
vier Nordpole und vier Südpole
vorhanden, wobei jeder Pol einen Sektor von 360°/8 = 45° einnimmt.
-
Da
die 100-prozentige Polgleichheit schwer zu erreichen ist, weil beispielsweise
die Führung
der Wicklungsdrähte 18 im
Gehäuse 12 und
um den Kern 14 herum für
jeden Draht etwas unterschiedlich ist, insbesondere die radiale
Verteilung der Wicklungsdrähte 18 und
auch die Biegung der Wicklungsdrähte 18 in
Richtung der Achse 32 ergeben sich beim Magnetisierungsvorgang
magnetische Flüsse,
welche zu Ungleichmäßigkeiten
des elektromagnetischen Feldes sowohl in radialer als auch in axialer
Richtung führen.
Diese Ungleichmäßigkeiten
des elektromagnetischen Feldes werden auf das Magnetmaterial 36 übertragen,
so dass sowohl die Stärke
als auch die Richtung der Magnetisierung der Magnetpole von Pol zu
Pol unterschiedlich ausfallen kann. Diese Unterschiede sind zwar
sehr gering, machen sich aber in der Praxis beim Einsatz des Permanentmagneten
in einem Elektromotor bemerkbar. Insbesondere bei sehr schnelldrehenden
Elektromotoren führen
die unterschiedlichen Magnetisierungen der Pole zu zusätzlichen
Kräften,
welche unerwünschte
Vibrationen im Motor erzeugen. Diese Vibrationen sind unerwünscht, da
sie die Motoreigenschaften verschlechtern und zusätzliche
Geräusche
erzeugen, die das Betriebsgeräusch
des Motors erhöhen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Magnetisieren
eines Permanentmagneten anzugeben, mit dem eine möglichst
gleichmäßige Magnetisierung
des Permanentmagneten durchgeführt
werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
Bevorzugte
Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierung in mindestens
zwei Magnetisierungsvorgängen
durchgeführt
wird, wobei die Lage des Magnetmaterials relativ zur Magnetisierungsvorrichtung
bei jedem Magnetisierungsvorgang geändert wird.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Magnetmaterial
in der Magnetisierungsvorrichtung angeordnet und ein erster Magnetisierungsvorgang
durchgeführt.
Dann wird das Magnetmaterial um seine Mittelachse in einem Winkel von
360° geteilt
durch die Anzahl der Polpaare gedreht. Nun wird der Magnetisierungsvorgang
erneut durchgeführt.
Es werden also genauso viele Magnetisierungsvorgänge durchgeführt, wie
es Anzahl von Polpaaren gibt, wobei das Magnetmaterial bei jedem Magnetisierungsvorgang
in einem Winkel gedreht wird, welcher dem Sektorwinkel von jeweils
zwei Polen entspricht.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird erreicht, dass die Ungleichmäßigkeiten im Magnetfeld der
Magnetisierungsvorrichtung gemittelt werden. Dadurch werden die
Unterschiede im Magnetfeld der Magnetisierungsvorrichtung vergleichmäßigt und
gleichmäßig auf
die Pole des Permanentmagneten übertragen.
Insgesamt führt
dies zu sehr gleichmäßigen Permanentmagneten,
sowohl was die Magnetisierungsstärke
als auch die Magnetisierungszonen betreffen. Durch das Drehen um
einen entsprechenden Winkel lassen sich radiale und tangentiale Unsymmetrien
der Magnetisierungsvorrichtung vergleichmäßigen.
-
Axiale
Unsymmetrien lassen sich in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch
reduzieren, dass das Magnetmaterial umgedreht wird, also die Unterseite
nach oben und die Oberseite nach unten angeordnet wird und die entsprechenden
Magnetisierungsschritte wiederholt werden.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus
den Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
einen Querschnitt und die gegenseitige Lage der Magnetisierungsvorrichtung
und des Magnetmaterials während
eines ersten Magnetisierungsschrittes.
-
2 zeigt
einen Querschnitt und die gegenseitige Lage der Magnetisierungsvorrichtung
und des Magnetmaterials während
eines zweiten Magnetisierungsschrittes.
-
3 zeigt
einen Querschnitt und die gegenseitige Lage der Magnetisierungsvorrichtung
und des Magnetmaterials während
eines dritten Magnetisierungsschrittes.
-
4 zeigt
einen Querschnitt und die gegenseitige Lage der Magnetisierungsvorrichtung
und des Magnetmaterials während
eines vierten Magnetisierungsschrittes.
-
5 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine Magnetisierungsvorrichtung wie sie erfindungsgemäß Verwendung
finden kann.
-
Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung
-
5 zeigt
eine Magnetisierungsvorrichtung im Schnitt, wie sie zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden kann. Die Magnetisierungsvorrichtung 10 wurde
bereits im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert. Das
Magnetmaterial 36 bzw. 36' wird auf den Kern 14 der
Magnetisierungsvorrichtung 10 aufgeschoben und der Magnetisierungsvorgang
kann beginnen.
-
1 zeigt
die Lage des Materialsmaterials 36 relativ zum Kern 14 und
den Polen 16 der Magnetisierungsvorrichtung während eines
ersten Magnetisierungsvorgangs. Die Wicklungen werden unter Strom
gesetzt, so dass sich durch die Pole 16 der Magnetisierungsvorrichtung 10 ein
Magnetfeld ausbreitet, wodurch eine entsprechende Anzahl von Nordpolen 38 und
Südpolen 40 dem
Magnetmaterial 36 einprägt
wird. Im gezeigten Fall umfasst der Kern 14 acht Pole 16,
so dass das Magnetmaterial 36 ebenfalls acht Pole, davon
vier Südpole
und vier Nordpole, aufweist.
-
In
einem zweiten Schritt wird das Magnetmaterial auf der Magnetisierungsvorrichtung
um die Achse 32 um 90° gedreht,
so dass beispielsweise der Südpol
S1 auf der Position zu liegen kommt, wo vorher der Südpol S2
war. In dieser Position wird der Magnetisierungsvorgang, wie es
oben beschrieben ist, wiederholt durchgeführt.
-
Gemäß 3 wird
in einem dritten Schritt das Magnetmaterial 36 wiederum
um 90° im
Uhrzeigersinn gedreht, so dass der Südpol S1 auf einer Position
zu liegen kommt, wo zu Beginn der Südpol S3 war. In dieser Position
wird der Magnetisierungsvorgang ein drittes Mal durchgeführt.
-
In
einem vierten Schritt gemäß 4 wird nun
das Magnetmaterial 36 wiederum in einem Winkel von 90° um die Achse 32 gedreht,
so dass der Südpol
S1 an einer Position zu liegen kommt, wobei bei der zu Beginn der
Südpol
S4 lag. Nun wird ein letztes Mal magnetisiert und der Magnetisierungsvorgang
abgeschlossen. Erfindungsgemäß wird also
jeder Pol des Magnetmaterials viermal in verschiedenen Positionen
magnetisiert, so dass Toleranzen, hervorgerufen durch Ungleichmäßigkeiten
der Magnetisierungsvorrichtung gemittelt werden.
-
Eine
weitere Vergleichmäßigung der
Magnetisierung kann erreicht werden, insbesondere in axialer Richtung,
wenn nach dem oben beschriebenen Magnetisierungsvorgang das Magnetmaterial 36 umgekehrt
auf den Kern 14 geschoben wird und die oben beschriebenen
Magnetisierungsvorgänge
wiederholt durchgeführt
werden.
-
- 10
- Magnetisierungsvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Kern
- 16
- Pole
- 18
- Wicklungsdrähte
- 20
- Vergussmasse
- 22
- Kühltrichter
- 24
- elektrischer
Anschlussbolzen
- 26
- Abstandhalter
- 28
- Temperatursensor
- 30
- Mantel
- 32
- Achse
- 36,
36'
- Magnetmaterial
- 38
- Nordpole
(N1, N2, N3, N4)
- 40
- Südpole (S1,
S2, S3, S4)