DE10331789B4

DE10331789B4 - magnetizing device

Info

Publication number: DE10331789B4
Application number: DE10331789.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Leins Robert; Dipl.-Phys. Dr. Heinrich Ralf
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: DE10331789A1; EP1644942A1; WO2005008693A1

Abstract

Magnetisierungsvorrichtung, umfassend wenigstens einen Träger (2) aus einem Isolierstoff, welcher gegenüber der Oberfläche eines zu magnetisierenden Körpers angeordnet wird und auf der dem zu magnetisierenden Körper zugewandten Seite (3, 5) wenigstens einen Stromleiter (4) aufweist, dessen geometrische Anordnung auf der Trägeroberfläche (3, 5) der gewünschten Polzahl und -anordnung des zu magnetisierenden Körpers entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff mit ein magnetisches Material enthaltenden Partikeln befüllt ist, wobei die Partikel in dem Isolierstoff eingebettet sind, wobei der Anteil des magnetischen Materials zwischen 5 und 70 Vol.-% liegt, wobei das magnetische Material ein weichmagnetisches Material umfasst, das Eisen, Kobalt und/oder Nickel umfasst.Magnetizing device, comprising at least one carrier (2) made of an insulating material, which is arranged opposite the surface of a body to be magnetized and on which the magnetizing body facing side (3, 5) at least one conductor (4) whose geometric arrangement on the Support surface (3, 5) corresponds to the desired number and arrangement of the magnetizable body, characterized in that the insulating material is filled with a magnetic material-containing particles, wherein the particles are embedded in the insulating material, wherein the proportion of the magnetic material between 5 and 70% by volume, wherein the magnetic material comprises a soft magnetic material comprising iron, cobalt and / or nickel.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Magnetisierungsvorrichtung, umfassend wenigstens einen Träger aus einem Isolierstoff, welcher gegenüber der Oberfläche eines zu magnetisierenden Körpers angeordnet wird und welcher auf der dem zu magnetisierenden Körper zugewandten Seite wenigstens einen Stromleiter aufweist, dessen geometrische Anordnung auf der Trägeroberfläche der gewünschten Polzahl und -anordnung des zu magnetisierenden Körpers entspricht.The invention relates to a magnetization device, comprising at least one support made of an insulating material, which is arranged opposite the surface of a body to be magnetized and which has on the side facing the magnetizing body at least one conductor whose geometrical arrangement on the support surface of the desired number of poles and - arrangement of the body to be magnetized corresponds.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, zur Magnetisierung von Dauermagneten Stromleiter einzusetzen, die entsprechend der gewünschten Polzahl und -anordnung gegenüber der Oberfläche des zu magnetisierenden Körpers angeordnet werden und zur Erzeugung der magnetisierenden Magnetfelder mit Stromimpulsen von hoher Intensität beaufschlagbar sind. Die Stromleiter sind dabei in der Regel in die Oberfläche eines Trägers eingelassen, wobei die Geometrie dieser Oberfläche an die geometrische Gestalt des zu magnetisierenden Körpers angepaßt ist. So werden die Stromleiter beispielsweise zur Magnetisierung eines plattenförmigen Dauermagneten auf einer ebenen Oberfläche angeordnet, zur Magnetisierung ringförmiger Dauermagnete dagegen auf der Innen- und/oder Aussenfläche eines zylinder- oder ringförmigen Trägerkörpers. Weiterhin sind Doppel-Vorrichtungen bekannt, die zur beidseitigen Magnetisierung den zu magnetisierenden Körper nach Art eines Waffeleisens zwischen zwei mit Stromleitern belegten Oberflächen aufnehmen.It is known to use for the magnetization of permanent magnets conductors, which are arranged according to the desired number and arrangement of poles relative to the surface of the body to be magnetized and to generate the magnetizing magnetic fields with current pulses of high intensity can be acted upon. The current conductors are usually embedded in the surface of a carrier, wherein the geometry of this surface is adapted to the geometric shape of the body to be magnetized. Thus, the current conductors are arranged, for example, for magnetizing a plate-shaped permanent magnet on a flat surface, for the magnetization of annular permanent magnets, however, on the inner and / or outer surface of a cylindrical or annular support body. Furthermore, double devices are known which receive the magnetizable body to be magnetized in the manner of a waffle iron between two coated with conductors for double-sided magnetization.

Zur Magnetisierung mehrpoliger Dauermagnete, z. B. von Dauermagneten mit streifenförmiger Magnetisierung mit abwechselnder Polung, werden in der Regel Magnetisierungsvorrichtungen eingesetzt, bei welchen die Stromleiter entsprechend der gewünschten Polteilung schlaufen- und/oder mäanderförmig auf der Oberfläche des Trägers angeordnet werden. Eine bekannte Anwendung solcher mehrpoliger Dauermagnete besteht beispielsweise in dem Einsatz als sogenannte Encoder-Ringe im Automobilbereich. Encoder-Ringe bestehen im wesentlichen aus einem ring- oder zylinderförmigen Träger, der auf seiner äußeren Oberfläche mit einem magnetisierbaren Elastomer belegt ist. In dem Elastomer wird entlang des Ringumfangs eine in axialer oder radialer Richtung streifenförmige Magnetisierung mit abwechselnder Polung erzeugt. In Kombination mit einem entsprechenden Sensor erlauben Encoder-Ringe die Bestimmung von Winkelgeschwindigkeiten. Sie werden daher üblicherweise in ABS-Systemen zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit der Radachse oder zur Ermittlung der Motordrehzahl im Getriebe oder auf der Kurbelwelle eingesetzt.To magnetize multipolar permanent magnets, z. B. of permanent magnets with strip-shaped magnetization with alternating polarity, magnetizing devices are usually used, in which the current conductors according to the desired pole pitch looped and / or meandering be arranged on the surface of the carrier. A known application of such multi-pole permanent magnets consists, for example, in the use as so-called encoder rings in the automotive sector. Encoder rings consist essentially of a ring or cylindrical carrier, which is covered on its outer surface with a magnetizable elastomer. In the elastomer along the ring circumference a strip-shaped magnetization with alternating polarity is generated in the axial or radial direction. In combination with a corresponding sensor, encoder rings allow the determination of angular velocities. They are therefore usually used in ABS systems for determining the angular velocity of the wheel axle or for determining the engine speed in the transmission or on the crankshaft.

Es ist bekannt, Trägerkörper aus einem weichmagnetischen Material zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass der durch den mit einem Stromimpuls beaufschlagte Stromleiter erzeugte magnetische Fluß durch das weichmagnetische Material verstärkt wird, wodurch geringere Stromstärken benötigt werden. Die Herstellung solcher Magnetisierungsvorrichtungen ist jedoch aufwendig, da die Stromleiter gegenüber dem Trägermaterial sorgfältig isoliert werden müssen. Die Isolierung hat den weiteren Nachteil, dass sie insbesondere bei enger Polteilung einen bedeutenden Raumanteil der die Stromleiter aufnehmenden Nuten beansprucht, wodurch die Genauigkeit und Feinheit der Polteilung beschränkt wird.It is known to use carrier body made of a soft magnetic material. This has the advantage that the magnetic flux generated by the current conductor acted upon by a current pulse is amplified by the soft magnetic material, whereby lower currents are required. However, the production of such magnetization devices is complicated because the current conductors must be carefully insulated from the carrier material. The insulation has the further disadvantage that, in particular in the case of a narrow pole pitch, it occupies a significant proportion of the space of the slots receiving the current conductors, which limits the accuracy and fineness of the pole pitch.

Bei einer gattungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung besteht der Träger aus einem Isolierstoff. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Stromleiter gegenüber dem Trägermaterial zu isolieren. Die mit einer Isolierung verbundenen weiteren Nachteile, wie hoher Herstellungsaufwand, Begrenzung der Genauigkeit und Feinheit der Polteilung, werden bei einer solchen Magnetisierungsvorrichtung überwunden. Nachteilig ist jedoch, dass aufgrund der fehlenden Verstärkungswirkung des Trägermaterials sehr hohe Ströme zur Erzeugung der erforderlichen Magnetfeldstärke benötigt werden.In a generic magnetizing device, the carrier consists of an insulating material. This eliminates the need to isolate the current conductors from the substrate. The other disadvantages associated with insulation, such as high production costs, limitation of accuracy and fineness of the pole pitch, are overcome in such a magnetization device. The disadvantage, however, is that due to the lack of reinforcing effect of the carrier material very high currents are required to generate the required magnetic field strength.

Die DE 33 37 761 A1 offenbart eine Magnetisierungsvorrichung für anisotrope Dauermagnete mit einem Dipole erzeugenden Hochstromleiter, der entsprechend der zu erzeugenden Polanordnung in einen Körper aus Isolierstoff eingelassen ist, der ganz oder teilweise aus einem dauermagnetischen Werkstoff besteht, wobei als dauermagnetischer Werkstoff insbesondere Barium-Ferrit eingesetzt wird.The DE 33 37 761 A1 discloses a Magnetisierungsvorrichung for anisotropic permanent magnets with a dipole-generating high current conductor, which is embedded according to the pole assembly to be generated in a body of insulating material which consists wholly or partly of a permanent magnetic material, being used as a permanent magnetic material in particular barium ferrite.

Die DE 39 01 303 A1 betrifft eine Magnetisiervorrichtung für Dauermagnete mit einem Hochstromleiter und einem Wickelkörper, wobei der Wickelkörper ganz oder teilweise aus einem Verbundwerkstoff aus einem wärmeleitfähigen oder ferromagnetischen Pulver und einem elektrisch isolierenden Bindemittel gebildet wird, wobei der Volumenanteil des Bindemittels kleiner als 20% ist.The DE 39 01 303 A1 relates to a magnetizing device for permanent magnets with a high-current conductor and a winding body, wherein the winding body is wholly or partly formed of a composite material of a thermally conductive or ferromagnetic powder and an electrically insulating binder, wherein the volume fraction of the binder is less than 20%.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist, eine Magnetisierungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ohne Beeinträchtigung der Magnetisierungswirkung eine Reduzierung der Stromstärke möglich ist.The object of the invention is to develop a magnetization device of the generic type so that a reduction of the current is possible without affecting the magnetization effect.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Magnetisierungsvorrichtung mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved with a magnetizing device having all the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Magnetisierungsvorrichtung, die wenigstens einen Träger aus einem Isolierstoff umfasst, welcher gegenüber der Oberfläche eines zu magnetisierenden Körpers angeordnet wird und auf der dem zu magnetisierenden Körper zugewandten Seite wenigstens einen Stromleiter aufweist, dessen geometrische Anordnung auf der Trägeroberfläche der gewünschten Polzahl- und -anordnung des zu magnetisierenden Körpers entspricht, der Isolierstoff mit magnetisches Material enthaltenden Partikeln befüllt ist. According to the invention, in the case of a magnetization device which comprises at least one carrier made of an insulating material which is arranged opposite the surface of a body to be magnetized and on which the side to be magnetized faces at least one current conductor whose geometrical arrangement on the carrier surface is the desired one Polzahl- and arrangement of the body to be magnetized, the insulating material is filled with particles containing magnetic material.

Die vorliegende Erfindung macht sich den aus dem Stand der Technik bekannten Effekt, dass durch Einbetten des Stromleiters in ein magnetisches Material eine Magnetflussverstärkung und damit eine Verringerung der Stromstärke erzielbar ist, zunutze, vermeidet dabei jedoch die Nachteile der bekannten Lösung. Dadurch, dass die das magnetisches Material enthaltenden Partikel in dem Isolierstoff eingebettet sind, ist es nicht erforderlich, den Stromleiter gegenüber dem Trägermaterial elektrisch zu isolieren. Zwar ist die maximal erzielbare Magnetflusserhöhung bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht so hoch wie bei Verwendung eines Vollkörpers aus weichmagnetischem Material, dafür lassen sich aber wie im Falle des reinen Isolierstoffs weiterhin enge Polteilungen mit hoher Genauigkeit realisieren.The present invention takes advantage of the known from the prior art effect that by embedding the conductor in a magnetic material, a magnetic flux amplification and thus a reduction in the current is achieved, while avoiding the disadvantages of the known solution. Characterized in that the particles containing the magnetic material are embedded in the insulating material, it is not necessary to electrically isolate the current conductor relative to the carrier material. Although the maximum achievable magnetic flux increase in the inventive solution is not as high as when using a solid body made of soft magnetic material, but as in the case of pure insulating further narrow pole pitches can be realized with high accuracy.

Als Isolierstoffe sind erfindungsgemäß alle elektrisch nicht leitenden Materialien geeignet. Vorzugsweise kommen Kunststoffe und keramische Materialien als Isolierstoffe zum Einsatz.As insulating materials according to the invention all electrically non-conductive materials are suitable. Preferably, plastics and ceramic materials are used as insulating materials.

Die magnetischen Partikel können sowohl vollständig aus einem magnetischen Material bestehen, sie können aber auch eine nicht magnetische Matrix umfassen, in die magnetisches Material eingebettet ist. Die geometrische Gestalt der Partikel ist nicht festgelegt. Die Partikelgröße liegt vorzugsweise zwischen 50 nm und 500 μm.The magnetic particles may consist entirely of a magnetic material, but may also comprise a non-magnetic matrix in which magnetic material is embedded. The geometric shape of the particles is not fixed. The particle size is preferably between 50 nm and 500 μm.

Es werden weichmagnetische Materialien, umfassend Eisen, Nickel und/oder Kobalt zur Befüllung des Isolierstoffs verwendet. Der Anteil des magnetischen Materials liegt zwischen 5 und 70 Vol.-%, besonders bevorzugt etwa 50 Vol.-%. Liegt der Anteil niedriger als 5 Vol.-%, ist die Magnetfeldverstärkung zu gering, um zu einer nennenswerten Verringerung der Stromstärke zu führen. Beträgt der Anteil mehr als 99 Vol.-%, ist die elektrische Leitfähigkeit des Composites zu hoch.Soft magnetic materials including iron, nickel and / or cobalt are used to fill the insulating material. The proportion of the magnetic material is between 5 and 70 vol .-%, more preferably about 50 vol .-%. If the content is less than 5% by volume, the magnetic field gain is too small to result in a significant reduction in the current. If the proportion is more than 99% by volume, the electrical conductivity of the composite is too high.

Die Herstellung von mit magnetischen Partikeln befüllten Isolationsmaterialien an sich ist bekannt und in der Literatur vielfach beschrieben.The production of insulating materials filled with magnetic particles per se is known and widely described in the literature.

Die Stromleiter können aus beliebigen elektrisch leitenden Materialien bestehen. Vorzugsweise werden Stromleiter aus Kupfer verwendet.The current conductors may consist of any electrically conductive materials. Preferably, copper conductors are used.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, werden die Stromleiter vorzugsweise in nutförmige Vertiefungen in der Oberfläche des Trägers eingelegt. Dies verleiht der Anordnung die nötige mechanische Stabilität und bringt die Strom führenden Leiter zur Verstärkung ihres Magnetfeldes in eine enge Wirkverbindung mit dem magnetischen Material im Träger.As is known from the prior art, the current conductors are preferably inserted into groove-shaped recesses in the surface of the carrier. This gives the assembly the necessary mechanical stability and brings the current-carrying conductors to amplify their magnetic field in close operative connection with the magnetic material in the carrier.

Wie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, können die Träger an die Geometrie der zu magnetisierenden Dauermagneten angepaßt werden. Hier sind beispielsweise flächige, zylindrische und/oder ringförmige Anordnungen denkbar. Ebenfalls denkbar sind walzenförmige Anordnungen, die beispielsweise zur Magnetisierung flächiger Dauermagneten, wie z. B. Magnetfolien, eingesetzt werden können.As also known from the prior art, the carriers can be adapted to the geometry of the permanent magnet to be magnetized. Here, for example, planar, cylindrical and / or annular arrangements are conceivable. Also conceivable are roller-shaped arrangements, for example, to magnetize flat permanent magnet, such. B. magnetic films can be used.

Zur Herstellung mehrpoliger Dauermagnete mit abwechselnder Polung können die Stromleiter, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise schlaufen- und/oder mäanderförmig auf der Oberfläche des Trägers geführt werden.To produce multi-pole permanent magnets with alternating polarity, the current conductors, as known from the prior art, for example, loop and / or meandering be performed on the surface of the carrier.

Vorzugsweise wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Encoder-Ringen eingesetzt.Preferably, a device according to the invention is used for the production of encoder rings.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to FIGS.

Es zeigen:Show it:

1 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Magnetisierung eines ringförmigen Magneten (axial magnetisiert), 1 in a schematic representation in plan view of an inventive device for magnetizing an annular magnet (axially magnetized),

2 in schematischer Darstellung in perspektivischer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Magnetisierung eines zylinderförmigen Encoders mit innenliegendender Magnetisierung (radial innen magnetisiert) 2 in a schematic representation in perspective side view of an inventive device for magnetizing a cylindrical encoder with internal magnetization (radially inwardly magnetized)

3 in schematischer Darstellung in perspektivischer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Magnetisierung eines zylinderförmigen Encoders mit außenliegendender Magnetisierung (radial außen magnetisiert) 3 a schematic representation in perspective side view of an inventive device for magnetizing a cylindrical encoder with external magnetization (radially outwardly magnetized)

4 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines linearen Dauermagneten. 4 in a schematic representation in plan view of a magnetizing device according to the invention for magnetizing a linear permanent magnet.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

Man erkennt in 1 eine erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung 1 zur Magnetisierung eines Encoder-Ringes. Die Magnetisierungsvorrichtung 1 umfaßt einen ring- oder zylinderförmigen Trägerkörper 2, der auf seiner Stirnfläche 3 zur Herstellung einer axialen Ringmagnetisierung mit einem mäanderförmig umlaufenden Stromleiter 4 versehen ist. Der Stromleiter 4 ist in eine entsprechende, hier nicht dargestellte Nut in der Trägeroberfläche 3 eingelegt. Der Trägerkörper 2 besteht erfindungsgemäß aus einem Isolationsstoff, der zur Verstärkung des Magnetflusses mit Partikeln aus einem magnetischen Material befüllt ist.One recognizes in 1 a magnetizing device according to the invention 1 for magnetizing an encoder ring. The magnetization device 1 comprises a ring-shaped or cylindrical carrier body 2 on his forehead 3 for producing an axial ring magnetization with a meandering circulating conductor 4 is provided. The conductor 4 is in a corresponding, not shown here groove in the support surface 3 inserted. The carrier body 2 According to the invention consists of an insulating material which is filled with particles of a magnetic material to enhance the magnetic flux.

2 zeigt analog zu 1 beispielhaft eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Magnetisierung eines Encoder-Ringes auf dessen Innenumfangsfläche. Der Stromleiter 4 ist hierzu auf der Aussenumfangsfläche 5 des ring- oder zylinderförmigen Trägerkörpers 2 geführt. 2 shows analogously to 1 By way of example, another embodiment of the invention for magnetizing an encoder ring on the inner peripheral surface. The conductor 4 is this on the outer peripheral surface 5 of the annular or cylindrical carrier body 2 guided.

3 zeigt die Ausführung einer Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung eines Encoder-Ringes auf dessen Außenumfangsfläche. Der Stromleiter wird hierzu auf der Innenumfangsfläche 6 des ringförmigen Trägerkörpers 2 geführt 3 shows the embodiment of a magnetizing device for magnetizing an encoder ring on its outer peripheral surface. The current conductor is this on the inner peripheral surface 6 of the annular carrier body 2 guided

In 4 ist beispielhaft eine Magnetisierungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung zur Herstellung einer linear verlaufenden Streifenmagnetisierung dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform besteht der Trägerkörper 2 aus einem Isolationsstoff, der mit Partikeln aus einem magnetischen Material befüllt ist.In 4 is an example of a magnetization device 1 represented according to the invention for producing a linearly extending strip magnetization. Also in this embodiment, the carrier body 2 of an insulating material filled with particles of a magnetic material.

Claims

Magnetizing device comprising at least one carrier ( 2 ) of an insulating material, which is arranged opposite to the surface of a body to be magnetized and on the side to be magnetized body side ( 3 . 5 ) at least one conductor ( 4 ) whose geometric arrangement on the carrier surface ( 3 . 5 ) corresponds to the desired pole number and arrangement of the body to be magnetized, characterized in that the insulating material is filled with particles containing magnetic material, wherein the particles are embedded in the insulating material, wherein the proportion of the magnetic material between 5 and 70 vol. %, wherein the magnetic material comprises a soft magnetic material comprising iron, cobalt and / or nickel.

Magnetization device according to claim 1, characterized in that the insulating material consists of plastic or ceramic.

Magnetizing device according to claim 1 or 2, characterized in that the current conductor ( 4 ) in a groove-shaped depression in the carrier surface ( 3 . 5 ) is admitted.

Magnetizing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the current conductor ( 4 ) is not electrically isolated from the substrate.

Magnetization device according to one of claims 1 to 4 for the magnetization of encoder rings, characterized in that the current conductor ( 4 ) is guided in a loop and / or meander shape on the surface of the carrier.