DE102021112883A1

DE102021112883A1 - Magnetizing apparatus for magnetizing a magnetic body, method for manufacturing a permanent magnet having helical magnetization, and permanent magnet manufactured by the method

Info

Publication number: DE102021112883A1
Application number: DE102021112883.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Grönefeld; Jacek Krzywinski; Iulian Constantin Teliban
Original assignee: WINDHORST BETEILIGUNGSGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: WINDHORST BETEILIGUNGSGESELLSCHAFT MBH
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung mit einer vorgegebenen Soll-Ganghöhe h0, umfassend eine den Magnetkörper aufnehmende Luftspulenanordnung mit zumindest einem Paar einander zugeordneten Leitern, wobei ein erster Leiter des Paars als hinlaufend bestromter Leiter und ein zweiter Leiter des Paars als rücklaufend bestromter Leiter und beide Leiter mit gleicher Ganghöhe h1 und gleichem Radius r1 schraubenförmig, koaxial und diametral zueinander angeordnet sind, ferner umfassend eine Stromquelleneinrichtung zur Erzeugung eines jeweiligen Stromflusses in den beiden Leitern des zumindest einen Paares von Leitern sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromquelleneinrichtung. Die erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Paar von schraubenförmig angeordneten Leitern der Luftspulenanordnung eingerichtet und ausgebildet ist zur Aufnahme des Magnetkörpers innerhalb eines durch die beiden Leitern festgelegten InnenvolumensThe invention relates to a magnetizing device for magnetizing a rod-shaped magnetic body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization with a predetermined target pitch h0, comprising an air coil arrangement accommodating the magnetic body and having at least one pair of conductors assigned to one another, with a first conductor of the pair acting as a current-carrying conductor and a second conductor of the pair as reverse current-carrying conductor and both conductors with the same pitch h1 and the same radius r1 are arranged helically, coaxially and diametrically to one another, further comprising a current source device for generating a respective current flow in the two conductors of the at least one pair of conductors and a control device for controlling the power source device. The magnetization device according to the invention is characterized in that the at least one pair of helically arranged conductors of the air-core coil arrangement is set up and designed to accommodate the magnet body within an inner volume defined by the two conductors

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung mit vorgegebener Soll-Ganghöhe, umfassend eine den Magnetkörper aufnehmende Luftspulenanordnung mit zumindest einem Paar voneinander zugeordneten Leitern, wobei ein erster Leiter des Paars als hinlaufender bestromter Leiter und ein zweiter Leiter des Paars als rücklaufend bestromter Leiter und beide Leiter mit gleicher Ganghöhe und gleichem Radius schraubenförmig und diametral zueinander angeordnet sind, ferner umfassend eine Stromquelleneinrichtung zur Erzeugung eines jeweiligen Stromflusses in den beiden Leitern des zumindest einen Paares von Leitern sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromquelleneinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dauermagneten sowie ein derartiger Dauermagnet.The invention relates to a magnetizing device for magnetizing a rod-shaped magnetic body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization with a predetermined target pitch, comprising an air coil arrangement accommodating the magnetic body with at least one pair of conductors assigned to one another, with a first conductor of the pair serving as the outgoing current-carrying conductor and a second Conductor of the pair as reverse current-carrying conductor and both conductors with the same pitch and the same radius are arranged helically and diametrically to one another, further comprising a current source device for generating a respective current flow in the two conductors of the at least one pair of conductors and a control device for controlling the current source device. The invention also relates to a method for producing such a permanent magnet and such a permanent magnet.

Insbesondere bei Messverfahren zur berührungslosen Erfassung linearer Relativbewegung zwischen zueinander bewegten Bauteilen werden häufig Dauermagnete eingesetzt, beispielsweise im Bereich von Werkzeugmaschinen, Automatisierungstechnik sowie im Automobilbereich. Zur Erfassung der jeweiligen magnetischen Felder werden beispielsweise Hall-Sensoren, magnetoresistive Elemente oder Reed Relais eingesetzt. Zwischenzeitlich haben sich insbesondere Messverfahren zur berührungslosen magnetischen Erfassung linearer Relativbewegungen zwischen Dauermagneten und elektronischen Sensoren als vorteilhaft herausgestellt, bei welchen zur Erfassung dieser linearen Relativbewegung zwei zueinander senkrecht stehenden magnetische Feldkomponenten gemessen werden und deren Quotient zur Lageerkennung ausgewertet wird. Bei diesem Verfahren kann insbesondere ein oder mehrere diametral schraubenförmig magnetisierten Dauermagneten eingesetzt werden.Permanent magnets are often used, particularly in measuring methods for non-contact detection of linear relative movement between moving components, for example in the field of machine tools, automation technology and in the automotive sector. Hall sensors, magnetoresistive elements or reed relays, for example, are used to detect the respective magnetic fields. In the meantime, measuring methods for non-contact magnetic detection of linear relative movements between permanent magnets and electronic sensors have proven particularly advantageous, in which two magnetic field components that are perpendicular to one another are measured to detect this linear relative movement and whose quotient is evaluated for position detection. In this method, in particular, one or more diametrically helically magnetized permanent magnets can be used.

Die Herstellung von schraubenförmig diametral magnetisierten Dauermagneten, bei welchen die Magnetisierung den gewünschten Verlauf aufweist, hat sich als schwieriger erwiesen als zunächst vermutet. Eine entsprechende Magnetisierungsvorrichtung zur Herstellung eines Profilmagneten aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff, welcher in seinen magnetischen Eigenschaften im Wesentlichen zwei beabstandeten Dauermagneten mit diametral schraubenlinienförmig magnetisierten Dauermagneten entspricht, ist in der gattungsbildenden Patentanmeldung EP 09 79 988 A1 beschrieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein vordergründiger Ansatz, den Radius der Luftspule zu verringern, um ein höheres Magnetfeld und damit eine verbesserte Magnetisierung im zu magnetisierenden Magnetkörper zu erzeugen, nicht zum gewünschten Ergebnis führt bzw. die mit verringertem Radius verursachten Kräfte bei der Magnetisierung zu mechanischen Instabilitäten der gesamten Anordnung führen kann.The production of helically diametrically magnetized permanent magnets, in which the magnetization has the desired profile, has proven to be more difficult than initially assumed. A corresponding magnetizing device for producing a profile magnet from a plastic-bonded magnetic material, which essentially corresponds in its magnetic properties to two spaced-apart permanent magnets with diametrically helically magnetized permanent magnets, is disclosed in the generic patent application EP 09 79 988 A1 described. However, it has been found that a superficial approach of reducing the radius of the air coil in order to generate a higher magnetic field and thus improved magnetization in the magnetic body to be magnetized does not lead to the desired result or the forces caused by the reduced radius during magnetization can lead to mechanical instabilities of the entire arrangement.

Insofern liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Magnetisierungsvorrichtung so weiterzubilden, dass bei der Magnetisierung eines Magnetkörpers ein Dauermagnet mit im Wesentlichen idealer bzw. verbesserter diametral schraubenlinienförmig verlaufender Magnetisierung hergestellt werden kann, mit welchem die an sich bekannten Messverfahren zur berührungslosen magnetischen Erfassung linearer Relativbewegung zwischen Dauermagneten und elektronischen Sensoren optimiert durchführbar sind.In this respect, the present invention is based on the object of further developing the known magnetizing device in such a way that, when magnetizing a magnetic body, a permanent magnet can be produced with an essentially ideal or improved diametrically helical magnetization, with which the known measuring methods for contactless magnetic detection of linear Relative movement between permanent magnets and electronic sensors are optimized feasible.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung schon mit einer Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung mit einer vorgegebenen Soll-Ganghöhe h0, umfassend eine den Magnetkörper aufnehmende Luftspulenanordnung mit zumindest einem Paar von einander zugeordneten Leitern, wobei ein erster Leiter des Paars als hinlaufend bestromter Leiter und ein zweiter Leiter des Paars als rücklaufend bestromter Leiter und beide Leiter mit gleicher Ganghöhe h1 und gleichem Radius R1 schraubenförmig, koaxial und diametral zueinander angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Paar von schraubenförmig angeordneten Leitern der Luftspulenanordnung eingerichtet und ausgebildet ist zur Aufnahme des Magnetkörpers innerhalb eines durch die beiden Leitern festgelegten Innenvolumens und dass das jeweilige Verhältnis von Radius R1 zur Ganghöhe h1 für den ersten und den zweiten Leiter des zumindest einen Paars von Leitern der Spulenanordnung in einem Bereich zwischen 1 zu 2 und 1 zu 10 liegt.The present invention already solves this problem with a magnetizing device for magnetizing a rod-shaped magnetic body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization with a predetermined target pitch h0, comprising an air-core coil arrangement accommodating the magnetic body with at least one pair of conductors assigned to one another, with a first conductor of the pairs as a forward current-carrying conductor and a second conductor of the pair as a return current-carrying conductor and both conductors with the same pitch h1 and the same radius R1 are arranged helically, coaxially and diametrically to one another. The magnetizing device according to the invention is characterized in that the at least one pair of helically arranged conductors of the air-core coil arrangement is set up and designed to accommodate the magnetic body within an inner volume defined by the two conductors and that the respective ratio of radius R1 to pitch h1 for the first and the second conductor of the at least one pair of conductors of the coil assembly is in a range between 1 to 2 and 1 to 10.

Der Erfindung liegt die grundlegende Idee zugrunde, bei der Gestaltung einer Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung den Fokus nicht auf die Erzeugung möglichst hoher Magnetisierung im Dauermagneten zu richten, sondern einen Kompromiss zu finden zwischen einer möglichst hohen Magnetisierung des Dauermagneten und einen möglichst idealen diametral schraubenlinienförmigen Verlauf der Magnetisierung des Stabmagneten. Die mit der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung erzeugten Dauermagnete ermöglichen eine Genauigkeit bei der Verwendung dieser Dauermagnete in Messverfahren zur berührungslosen magnetischen Erfassung linearer Relativbewegungen zwischen Dauermagneten und Sensoren, die bislang nicht zu erreichen waren.The invention is based on the basic idea, when designing a magnetization device for magnetizing a rod-shaped magnet body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization, not to focus on generating the highest possible magnetization in the permanent magnet, but to find a compromise between the highest possible magnetization of the Permanent magnets and a diametrically helical course of the magnetization of the bar magnet that is as ideal as possible. The permanent magnets produced with the magnetization device according to the invention enable accuracy when using these permanent magnets in measuring methods for contactless magnetic detection of linear relays tive movements between permanent magnets and sensors that could not be achieved before.

Dabei kann die Angabe, dass der erste Leiter des Paars als hinlaufend bestromter Leiter und der zweite Leiter des zumindest einen Paars von Leitern als rücklaufend bestromter Leiter eingerichtet sind meinen, dass der Stromfluss in beiden Leitern in entgegen gesetzter Richtung verläuft. Es kann vorgesehen sein, dass die Ströme durch beide Leiter des zumindest einen Paars von Leitern betragsmäßig im Wesentlichen gleich, insbesondere identisch einstellbar sind zur Erzielung der gewünschten Magnetisierung des Magnetkörpers.The statement that the first conductor of the pair is set up as a current-carrying conductor and the second conductor of the at least one pair of conductors is set up as a reverse-current conductor means that the current flow in both conductors runs in opposite directions. Provision can be made for the currents through both conductors of the at least one pair of conductors to be set essentially the same in terms of magnitude, in particular identically, in order to achieve the desired magnetization of the magnet body.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale sowie vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung, den Figuren, der Figurenbeschreibung sowie den Unteransprüchen und den nebengeordneten Patentansprüchen angegeben.Further features according to the invention and advantageous developments of the invention are specified in the following general description, the figures, the description of the figures, as well as the dependent claims and the independent patent claims.

Zur Erhöhung der Magnetisierung und damit des magnetischen Feldes des mittels der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung hergestellten Dauermagneten kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Magnetisierungsvorrichtung eine Mehrzahl von Paaren von jeweils einander zugeordneten Leitern aufweist, bei welchen jeweils ein erster Leiter des Paares als hinlaufend bestromter Leiter und ein zweiten Leiter als rücklaufend bestromter Leiter und alle Leiter der Mehrzahl von Leiterpaaren mit gleicher Ganghöhe h1 und gleichem Radius R1 schraubenförmig und paarweise zugeordnete Leitern diametral und koaxial zueinander angeordnet sind. Insofern kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass alle Leiter aller Paare koaxial zueinander angeordnet sind.In order to increase the magnetization and thus the magnetic field of the permanent magnet produced by means of the magnetization device according to the invention, it can expediently be provided that the magnetization device has a plurality of pairs of conductors assigned to one another, in which a first conductor of the pair acts as a current-carrying conductor and a second conductor Conductor as reverse-energized conductor and all conductors of the plurality of pairs of conductors with the same pitch h1 and the same radius R1 helically and pairs associated conductors are arranged diametrically and coaxially to each other. In this respect, it can be provided in this embodiment that all conductors of all pairs are arranged coaxially to one another.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform kann zur Optimierung der Magneteigenschaften des herzustellenden Dauermagneten vorgesehen sein, dass das Verhältnis R1 zur Ganghöhe h1 des ersten und des zweiten Leiters des zumindest eines Paares bzw. aller Paare von Leitern der Spulenanordnung in einem Bereich zwischen 1 zu 4 und 1 zu 7, insbesondere bei etwa 1 zu 5,5 liegt.In a particularly expedient embodiment, in order to optimize the magnetic properties of the permanent magnet to be produced, it can be provided that the ratio R1 to the pitch h1 of the first and the second conductor of at least one pair or all pairs of conductors of the coil arrangement is in a range between 1 to 4 and 1 to 7, particularly about 1 to 5.5.

Grundsätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung die Ganghöhe h1 der schraubenförmigen Anordnung des zumindest einen Paars von Leitern so eingestellt, dass diese Ganghöhe h1 zumindest in etwa gleich dem Sollwert der Ganghöhe h0 des schraubenlinienförmigen Verlaufs der Diamagnetisierung des erzeugten Dauermagneten ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass zur Optimierung der Magneteigenschaften des hergestellten Dauermagneten es bei der Gestaltung der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung zweckmäßigerweise vorgesehen sein kann, die Ganghöhe h1 der schraubenlinienförmig angeordneten ersten und zweiten Leiter des zumindest einen Paares bzw. aller Paare von Leitern der Spulenanordnung größer einzustellen als die Soll-Ganghöhe h0 der schraubenlinienförmigen Diamagnetisierung des herzustellenden Dauermagneten. Insbesondere hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Ganghöhe h1 der schraubenlinienförmig angeordneten Leiter um etwa 2 % - 10% größer zu gestalten bzw. einzustellen als die vorgegebene Soll-Ganghöhe h0 der schraubenlinienförmigen Diamagnetisierung des herzustellenden Dauermagnets.In principle, the pitch h1 of the helical arrangement of the at least one pair of conductors is set in the magnetization device according to the invention in such a way that this pitch h1 is at least approximately equal to the target value of the pitch h0 of the helical course of the diamagnetization of the permanent magnet produced. Surprisingly, it turned out that in order to optimize the magnetic properties of the permanent magnet produced, when designing the magnetizing device according to the invention, it can expediently be provided that the pitch h1 of the helically arranged first and second conductors of the at least one pair or of all pairs of conductors of the coil arrangement is set to be larger as the target pitch h0 of helical diamagnetization of the permanent magnet to be manufactured. In particular, it has been found to be expedient to make or adjust the pitch h1 of the helically arranged conductors by about 2%-10% greater than the specified target pitch h0 of the helical diamagnetization of the permanent magnet to be produced.

Die geometrische Anordnung des ersten und des zweiten Leiters des zumindest einen Paars von Leitern schraubenförmig, koaxial und diametral zueinander kann in der idealmathematischen Weise einer Helix erfolgen, insbesondere in einer solchen Art, dass die X-Komponente des Leiters sich in einem kartesischen Koordinatensystem beschreiben lässt mit X = r × cos(2×π×t), Y = r × sin(2×π×t) und die Z-Achse entsprechend der Achse der Spulenanordnung mit Z = h × t + c, wobei t ∈ ℝ die Anzahl der vom Ort (0/0/0) aus durchlaufenden Windungen als reelle Zahl, h die Ganghöhe, also diejenige Strecke, um die sich die Schraube bei einer vollen Umdrehung wendet, r der Radius und c die Verschiebung der Schraube in Z-Richtung angibt. In einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die jeweilige schraubenförmige Anordnung der beiden einander zugeordneten Leiter des zumindest einen Paars von Leitern eine jeweilige Aneinanderreihung von linearen Leiterabschnitten zur Linearisierung des jeweiligen schraubenförmigen Verlaufs der beiden Leiter umfasst, was in bestimmten Ausführungsformen die Gestaltung der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung erleichtern kann.The geometric arrangement of the first and the second conductor of the at least one pair of conductors helically, coaxially and diametrically to each other can be done in the ideal mathematical way of a helix, in particular in such a way that the X component of the conductor can be described in a Cartesian coordinate system with X = r × cos(2×π×t), Y = r × sin(2×π×t) and the Z axis corresponding to the axis of the coil assembly with Z = h × t + c, where t ∈ ℝ the Number of turns as a real number from location (0/0/0), h the pitch, i.e. the distance by which the screw turns in one full revolution, r the radius and c the displacement of the screw in the Z direction indicates. In another embodiment, it can also be provided that the respective helical arrangement of the two mutually associated conductors of the at least one pair of conductors comprises a respective line-up of linear conductor sections for linearizing the respective helical course of the two conductors, which in certain embodiments improves the design of the conductors according to the invention Magnetizing device can facilitate.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines zylinderförmigen Magnetkörpers ausgebildet ist, der insbesondere bei einer wie obenstehend angegebenen mathematischen Helix-Anordnung der beiden Leiter des zumindest einen Leiterpaares in einen Dauermagneten magnetisierbar ist mit einer wie obenstehend angegebenem mathematischen Helix-Verlauf einer diamagnetischen Magnetisierung. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung auch ausgebildet und optimiert sein zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers mit nicht zylindrisch geformter Mantelfläche, beispielsweise mit einem eckigen Querschnitt, insbesondere einem rechteckförmigen, z.B. einem quadratischen Querschnitt.In an expedient embodiment, it can be provided that the magnetizing device according to the invention is designed for magnetizing a cylindrical magnetic body, which can be magnetized into a permanent magnet, in particular with a mathematical helix arrangement as specified above of the two conductors of the at least one pair of conductors, with a mathematical helix as specified above -Course of a diamagnetic magnetization. In other embodiments, however, the magnetizing device according to the invention can also be designed and optimized for magnetizing a rod-shaped magnet body with a non-cylindrical lateral surface, for example with an angular cross-section, in particular a rectangular, e.g. square cross-section.

Neben der beschriebenen Magnetisierungsvorrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung mit einer vorgegebenen Soll-Ganghöhe h0 unter Verwendung einer obenstehend beschriebenen Magnetisierungsvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Dauermagneten, umfassend einen Magnetkörper aus einem magnetisch isotropen Werkstoff, wobei der Dauermagnet eine schraubenförmige Diamagnetisierung mit einer vorgegebenen Soll-Ganghöhe h0 aufweist, der nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.In addition to the magnetizing device described, the present invention also relates to a method for producing a permanent magnet with helical diamagnetization having a predetermined target pitch h0 using a magnetizing device described above. In addition, the present invention also relates to a permanent magnet, comprising a magnet body made of a magnetically isotropic material, the permanent magnet having a helical diamagnetization with a predetermined target pitch h0, which is produced by such a method.

Vorzugsweise kann wie angegeben vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Dauermagnet einen stabförmigen Magnetkörper aus einem isotropen Magnetmaterial, wie beispielsweise einem kunststoffgebundenen und isotropen Seltenerdwerkstoff wie beispielsweise einem Neodym-Magnetmaterial (NdFeB), d.h. einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor, hergestellt ist bzw. ein solches Material umfasst. In einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das Magnetmaterial des Magnetkörpers ein anisotropes Magnetmaterial umfasst.Preferably, as stated, it can be provided that the permanent magnet according to the invention is a rod-shaped magnet body made of an isotropic magnet material, such as a plastic-bonded and isotropic rare-earth material, such as a neodymium magnet material (NdFeB), i.e. an alloy of neodymium, iron and boron. includes such material. In another embodiment it can also be provided that the magnetic material of the magnetic body comprises an anisotropic magnetic material.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform nebst Abwandlungen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei

1 in einer Prinzipskizze die Anordnung der beiden Leiter eines Paares von Leitern zur Gestaltung einer Luftspulenanordnung einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung, und
2 die in 1 angegebene Leiteranordnung mit eingesetztem und magnetisiertem Magnetkörper unter Angabe des Verlaufs der Magnetisierung an dessen Oberfläche

zeigt.The invention is explained below by describing an embodiment together with modifications with reference to the accompanying figures, wherein

1 in a schematic diagram, the arrangement of the two conductors of a pair of conductors for designing an air-core coil arrangement of a magnetization device according to the invention, and
2 in the 1 Specified conductor arrangement with inserted and magnetized magnet body, stating the course of the magnetization on its surface

indicates.

1 zeigt in einer Prinzipskizze den Aufbau einer Luftspulenanordnung 1 für eine erfindungsgemäß gestaltete Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines stabförmigen Magnetkörpers zur Herstellung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung. Die Luftspulenanordnung 1 umfasst in der angegebenen Ausführungsform zumindest ein Paar von einander zugeordneten Leitern, wobei ein erster Leiter 20 des Paares von Leitern als hinlaufend bestromter Leiter und ein zweiter Leiter 20 als rücklaufend bestromter Leiter angeordnet ist, d.h. die Stromflüsse in beiden Leitern verlaufen in entgegengesetzter Richtung. In der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung sind beide Leiter mit gleicher Ganghöhe h1 und gleichem Radius R1 schraubenförmig, koaxial und diametral zueinander angeordnet. In der Darstellung der 1 ist die Stromquelleneinrichtung zur Bestromung der beiden Leiter sowie eine diesbezügliche Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromquelleneinrichtung, insbesondere zur Erzeugung vorgegebener Strompulse zur Durchführung der Magnetisierung nicht dargestellt. Die angegebene Luftspulenanordnung 1, umfassend das zumindest eine Paar von schraubenförmig angeordneten Leitern 10, 20 stellt über die Länge der Luftspulenanordnung L ein Innenvolumen 5 bereit zur Aufnahme des stabförmigen Magnetkörpers. Dieser Magnetkörper, der in der beschriebenen Ausführungsform einen magnetisch isotropen NdFeB-Magnetwerkstoff umfasst, wird bei der Bestromung der beiden Leiter entsprechend der beschriebenen Anordnung des zumindest einen Paars von Leitern diametral magnetisiert, wobei diese diametrale Magnetisierung im Verlauf der Längsachse schraubenförmig gedreht ist. 1 shows a schematic diagram of the construction of an air-core coil arrangement 1 for a magnetization device designed according to the invention for magnetizing a rod-shaped magnet body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization. In the specified embodiment, the air-core coil arrangement 1 comprises at least one pair of conductors assigned to one another, with a first conductor 20 of the pair of conductors being arranged as a conductor with incoming current and a second conductor 20 as a conductor with reverse current, i.e. the current flows in the two conductors run in opposite directions Direction. In the magnetizing device according to the invention, both conductors with the same pitch h1 and the same radius R1 are arranged helically, coaxially and diametrically with respect to one another. In the representation of 1 the current source device for energizing the two conductors and a related control device for controlling the current source device, in particular for generating predetermined current pulses for carrying out the magnetization, are not shown. The specified air-core coil arrangement 1, comprising at least one pair of helically arranged conductors 10, 20, provides an internal volume 5 over the length of the air-core coil arrangement L for accommodating the rod-shaped magnet body. This magnetic body, which in the described embodiment comprises a magnetically isotropic NdFeB magnetic material, is diametrically magnetized when the two conductors are energized in accordance with the described arrangement of the at least one pair of conductors, with this diametrical magnetization being rotated helically along the longitudinal axis.

Zur Erzielung eines möglichst idealen Verlaufs der schraubenförmigen Diamagnetisierung ist in der beschriebenen Ausführungsform das Verhältnis des Radius r1 der Leiter zur Längsachse A zur Ganghöhe h1 der Leiterschraube in einem vorgegebenen Bereich zwischen 1 zu 2 und 1 zu 10 eingestellt. Eine besonders exakte Magnetisierung der gewünschten schraubenförmigen Diamagnetisierung des Magnetkörpers kann bei einem Verhältnis des Radius r1 zur Ganghöhe h1 des ersten und des zweiten Leiters des zumindest einen Paars von Leitern der Spulenanordnung in einem Bereich zwischen 1 zu 4 und 1 zu 7 erreicht werden, insbesondere wenn dieses Verhältnis etwa 1 zu 5,5 beträgt. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass die Ganghöhe h1 der beiden schraubenförmig angeordneten Leitern des zumindest einen Paares von Leitern etwa 2% - 10% größer eingestellt werden sollte, um eine vorgegebene Soll-Ganghöhe h0 der schraubenförmigen Diamagnetisierung des in der beschriebenen erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung hergestellten Dauermagneten zu realisieren.In order to achieve the most ideal course of the helical diamagnetization, the ratio of the radius r1 of the conductor to the longitudinal axis A to the pitch h1 of the conductor screw is set in a predetermined range between 1:2 and 1:10 in the described embodiment. A particularly precise magnetization of the desired helical diamagnetization of the magnetic body can be achieved with a ratio of the radius r1 to the pitch h1 of the first and second conductors of the at least one pair of conductors of the coil arrangement in a range between 1 to 4 and 1 to 7, especially if this ratio is about 1 to 5.5. In addition, it has been found that the pitch h1 of the two helically arranged conductors of the at least one pair of conductors should be set about 2% - 10% larger by a predetermined target pitch h0 of the helical diamagnetization of the permanent magnet produced in the described magnetizing device according to the invention to realize.

2 zeigt die Spulenanordnung 1 der 1 mit dargestellten Leitern 10, 20 und einem in das durch die Luftspulenanordnung definierte Innenvolumen eingesetzten stabförmigen Magnetkörper 2 nach dessen Magnetisierung zur Gestaltung eines Dauermagneten mit schraubenförmiger Diamagnetisierung. Zur Darstellung der Diamagnetisierung ist in 2 die Magnetisierung an der Zylinderoberfläche des Magnetkörpers 2 mittels Pfeilen dargestellt, wobei im Wesentlichen drei sich abwechselnde und wiederkehrende Bereiche M1, M2 und M3 erkennbar sind. Dabei gibt M1 den Bereich an, bei welchem an der Oberfläche die Magnetisierung radial nach innen verläuft Entsprechend ist mit M3 der Bereich gekennzeichnet, in welchem die Magnetisierung an der Oberfläche des Magnetkörpers 2 radial nach außen verläuft, demgegenüber verläuft die Magnetisierung an der Oberfläche des Magnetkörpers 2 im Bereich M2 parallel bzw. tangential zur Oberfläche. 2 shows the coil arrangement 1 of FIG 1 with conductors 10, 20 shown and a rod-shaped magnetic body 2 inserted into the inner volume defined by the air coil arrangement after its magnetization to form a permanent magnet with helical diamagnetization. To show the diamagnetization, see in 2 the magnetization on the cylinder surface of the magnet body 2 is represented by arrows, essentially three alternating and recurring areas M1, M2 and M3 being recognizable. M1 indicates the area in which the magnetization runs radially inwards on the surface. Correspondingly, M3 indicates the area in which the magnetization runs radially outwards on the surface of the magnet body 2, in contrast the magnetization runs on the surface of the magnetic body 2 in the area M2 parallel or tangential to the surface.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, die Leiter des zumindest einen Leiterpaares zur Gestaltung des Schraubenlinienverlaufs nicht mit einer mathematisch idealen Helix-Krümmung auszubilden, sondern stattdessen die jeweilige schraubenförmige Anordnung der Leiter durch eine jeweilige Aneinanderreihung von linearen Leiterabschnitten zur Linearisierung des schraubenförmigen Verlaufs der beiden Leiter anzupassen.In an embodiment that is not shown, it can also be provided that the conductors of the at least one pair of conductors are not designed with a mathematically ideal helix curvature to form the helical course, but instead the respective helical arrangement of the conductors is formed by a respective series of linear conductor sections to linearize the helical course adjust the two conductors.

Bezugszeichenlistereference list

11: Luftspulenanordnungair coil assembly
22: Magnetkörpermagnetic body
55: Spulenvolumencoil volume
1010: Erster LeiterFirst Leader
2020: Zweiter Leitersecond leader
I1I1: Strom im ersten Leitercurrent in the first conductor
I2I2: Strom im zweiten Leitercurrent in the second conductor
LL: Luftspulenlängeair coil length
R1R1: Spulenradiuscoil radius
h1h1: Ganghöhe der schraubenförmigen LeiterPitch of the helical ladder
h0h0: Ganghöhe der schraubenförmigen Diamagnetisierung im MagnetkörperPitch of the helical diamagnetization in the magnet body
M1, M2, M3M1, M2, M3: Magnetisierungsabschnittmagnetization section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 0979988 A1 [0003]

Claims

Magnetizing device for magnetizing a rod-shaped magnetic body for producing a permanent magnet with helical diamagnetization with a predetermined desired pitch (h0), comprising an air coil arrangement (1) accommodating the magnetic body (2) and having at least one pair of conductors (10, 20) associated with one another, with a first conductor (10) of the pair as a forward current conductor and a second conductor (20) of the pair as a return current conductor and both conductors (10, 20) with the same pitch (h1) and the same radius (r1) helically, coaxially and diametrically to each other are arranged, further comprising a current source device for generating a respective current flow in the two conductors of the at least one pair of conductors and a control device for controlling the current source device, characterized in that the at least one pair of helically arranged conductors (10, 20) of the air coil arrangement ( 1) furnished and excl is designed to accommodate the magnetic body (2) within an inner volume defined by the two conductors and that the respective ratio of radius (r1) to pitch (h1) for the first and the second conductor of the at least one pair of conductors (10, 20) of the coil arrangement (1) is in a range between 1 to 2 and 1 to 10.

magnetization device claim 1 , characterized in that the device has a plurality of pairs of mutually associated conductors (10, 20), in which a first conductor of the pair as a forward current conductor and a second conductor as a return current conductor and all conductors of the plurality of conductor pairs with the same pitch (h1) and the same radius (r1) helically and paired conductors (10, 20) are arranged coaxially and diametrically to each other.

magnetization device claim 1 or 2 , characterized in that the ratio of radius (r1) to pitch (h1) of the first and the second conductor of the at least one pair of conductors of the coil arrangement (1) is in a range between 1 to 4 and 1 to 7, in particular at about 1 to 5.5.

magnetization device claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the pitch (h1) of the first and second conductors of the at least one pair of conductors (10, 20) of the coil arrangement (1) is set larger than the target pitch (h0) of the permanent magnet to be produced.

magnetization device claim 4 , characterized in that the pitch (h1) is set about 2% to 10% greater than the target pitch (h0) of the permanent magnet to be produced.

Magnetizing device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the respective helical arrangement of the two mutually associated conductors of the at least one pair of conductors (10, 20) comprises a respective line-up of linear conductor sections for linearizing the respective helical course of the two conductors.

Magnetizing device according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the magnetizing device is designed for magnetizing a cylindrical magnet body (2).

A method of manufacturing a helical diamagnetization permanent magnet having a predetermined target pitch (h0) using a magnetization apparatus according to any one of Claims 1 until 7 .

Permanent magnet comprising a magnet body (2) made of a magnetically isotropic material, wherein the permanent magnet has a helical diamagnetization with a predetermined target pitch (h0), produced by a method according to claim 8 .