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Verfahren zur Prüfung von Permanentmagnetsegmenten
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und Prüfgerät hierfür Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Prüfung von Permanentmagnetsegmenten der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung.
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Mit einem solchen Verfahren werden üblicherweise Permanentmagnetsegmente
aus der Serienfertigung vor Einbau in die Motoren zerstörungsfrei auf ausreichende
Magnetisierbarkeit und ausreichende Beständigkeit gegen Querfeldbelastung geprüft.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird das Magnetsegment in
einer Magnetisiervorrichtung zunächst aufmagnetisiert und dann über das gesamte
Magnetsegment mit einem Gegenfeld beaufschlagt. Aus dem jeweils gemessenen Fluß
nach Aufmagnetisierung bzw. nach Abschalten des Gegenfeldes kann Aufschluß über
das Maß der Magnetisierbarkeit und über die Beständigkeit des
Permanentmagnetsegments
erhalten werden. Eine Aussage über die Fluß verteilung in Umfangsrichtung des Permanentmagnetsegments
erlauben die Meßwerte von über den Umfang des Permanentmagnetsegments gleichmäßig
verteilt angeordnete Feldstärkemeßsonden. Die Prüfzeit pro Magnetsegment beträgt
bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens etwa 8 - 10 s.
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Diese lange Prüfzeit steht dem wirtschaftlichen Einsatz des bekannten
Verfahrens für die Serienprüfung von Permanentmagnetsegmenten entgegen. Außerdem
sind die Prüfwerte stark spannungs- und erwärmungsabhängig.
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Um Spannungsschwankungen und Erwärmungserscheinungen bei diesem bekannten
Prüfverfahren möglichst auszuschalten, wird der Aufmagnetisierungsvorgang durch
das Hauptfeld und die anschließende Entmagnetisierung durch das Gegenfeld mit pulsierendem
Gleichstrom durchgeführt und das Gegenfeld strom- oder spannungsabhängig abgeschaltet.
Dadurch kann man eine weitgehende Dosierung des Gegenfeldes, unabhängig von Wicklungstemperatur
und Spannungsschwankungen, erzielen. Diese Prüfung führt jedoch auch häufig zu Unstimmigkeiten
und geringer Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse, weil das Magnetsegment durch
toleranzbedingte zusätzliche Luftspalte in der Magnetisiervorrichtung unterschiedlich
beansprucht wird. Ebenso wirkt sich das Gegenfeld bei unterschiedlicher Permeabilität
des Magnetmaterials unterschiedlich auf den das Gegenfeld induzierenden Belastungsstrom
bzw. dessen Spannung aus.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil,
daß nicht
eine von der Magnetisierfeldstärke beeinflußte Größe, wie Strom oder Spannung,den
Abbau der magnetisierenden Felder bestimmt, sondern die für das Entmagnetisierungsverhalten
des Magnetsegments maßgebliche primäre physikalische Größe selbst, nämlich die Feldstärke.
Dadurch kann das Hauptfeld sehr schnell und präzise bis auf einen wählbaren Feldstärkewert
abgebaut werden. Das Magnetsegment wird in entmagnetisierte Richtung nur bis zu
der vorgegebenen Grenzfeldstärke beansprucht. Einflüsse der Magnetisiervorrichtung,
wie Luftspaltbildung durch Toleranzen etc., sind eliminiert. Damit fällt zugleich
eine wesentlich geringere Justierarbeit bei dem Prüfgerät an.
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Durch die feldstärkeabhängige Festlegung der Messung des Restflusses
vor oder nach Abschaltung des Gegenfeldes gemäß Anspruch 2 oder 3 ergibt sich eine
wesentlich bessere Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse als bei dem bekannten Verfahren.
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Die Prüfung von Fluß und Beständigkeit eines Permanentmagnetsegments
kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in 1, 2 bis 1,5 s durchgeführt werden.
Das Verfahren erfüllt damit die Voraussetzungen für seine Verwendung in der Serienprüfung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt
sich aus Anspruch 4. Nach Prüfung der Permanentmagnetsegmente ist es erforderlich,
diese wieder vollständig zu entmagnetisieren, da sonst die vorhandene Magnetkraft
den Einbau der Magnetsegmente in das Polgehäuse des Motors erschwert. Mit den in
Anspruch 4 vorgeschlagenen Maßnahmen wird ohne zusätz-
lichen Arbeitsgang
eine vollständige Entmagnetisierung des Magnetsegments bis in den Ursprung der Magnetisierungskurve
erzielt.
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Ein vorteilhaftes, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes
Prüfgerät ergibt sich aus Anspruch 5 mit vorteilhaften Ausführungsformen gemäß den
Ansprüchen 6 - 11.
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Zeichnung Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles eines Prüfgeräts in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung Fig. 1 ein Blockschaltbild
eines Prüfgeräts, Fig. 2 einen Querschnitt einer Magnetisiervorrichtung des Prüfgeräts
in Fig. 1 mit eingesetztem Permanentmagnetsegment, ausschnittweise, Fig. 3 eine
Seitenansicht der Magnetisiervorrichtung in Fig. 2, Fig. 4 die Magnetisierungskurve
eines Permanentmagnetsegments zur Erläuterung des Prüfverfahrens.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Das in Fig. 1 im Blockschaltbild
und in Fig. 2 ausschnittweise in seiner konstruktiven Gestaltung zu sehende Prüfgerät
weist eine an sich bekannte Magnetisiervorrichtung 10 auf. Eine solche Magnetisiervorrichtung
ist in der DE-PS 25 42 774 (dort Fig. 3) ausführlich beschrieben, so daß hier nur
kurz die wesentlichen Merkmale angegeben werden.
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Die Magnetisiervorrichtung 10 weist eine zweiteilige Prüfform 11 mit
zwei Prüfformteilen 12, 13 und ein die beiden Prüfformteile 12, 13 miteinander verbindendes
Magnetisierjoch 14 auf. Die Prüfformteile 12, 13 sind jeweils an den Polen des Magnetisierjochs
14 angeordnet, das zum Erzeugen eines Magnetisier- oder Hauptfeldes eine auf zwei
Spulen aufgeteilte Magnetisierwicklung 15 trägt. Die Prüfformteile 12, 13 liegen
sich unter Bildung eines auf den Querschnitt eines zwischen die Prüfformteile einzuschiebenden
Permanentmagnetsegments 16 abgestimmten Prüfluftspaltsl7 einander gegenüber. Eine
Gegenfeldspule 18 ist so angeordnet, daß das von ihr erzeugte Entmagnetisierungsfeld
das eingesetzte Magnetsegment 16 vollständig durchsetzt. Zur Messung des Flusses
ist eine schematisch eingezeichnete Meßspule 19 vorgesehen, die an einem Flußmesser
20(Fig.l) angeschlossen ist. Gegenfeldspule 18 und Meßspule 19 können wie in der
DE-PS 25 42 774 (dort Fig. 1 oder 2) angeordnet und ausgebildet sein.
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In der Symmetrieachse 21 der Prüfform 11 sind im Einsetzbereich des
Magnetsegments 16 zwei am Prüfluftspalt 17 sich gegenüberliegende Feldstärkemeßsonden
22, 23 oder Feldplatten angeordnet. Die Feldstärkemeßsonden 22, 23, die z.B. als
Hallsonden ausgebildet sein können,
liegen jeweils in der Oberfläche
eines der beiden Prüfformteile 12 bzw. 13 formschlüssig ein, so daß das Einsetzen
des Magnetsegments 16 in den Prüfluftspalt 17 durch diese Feldstärkemeßsonden 22,
23 nicht behindert wird. Eine dritte Feldstärkemeßsonde 24 ist ebenfalls am Prüfluftspalt
17 angeordnet, aber außerhalb des Einsetzbereichs des Magnetsegments 16, so daß
diese Feldstärkemeßsonde 24 die Feldstärke in Luft mißt. Diese Feldstärkemeßsonde
24 ist ebenfalls in der Oberfläche des oberen Prüfformteils 12, das auch die Feldstärkemeßsonde
23 trägt, formschlüssig eingelegt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich sind die beiden Prüffeldmeßsonden 23 und
24 in einer Wheatston'schen Brückenschaltung 25 angeordnet, in deren Abgleichzweig
ein Nullstrom- bzw. Nullspannung-Detektor 26 eingeschaltet ist. Der Detektor 25
gibt ein Signal ab, sobald die Brücke 25 abgeglichen ist, deren Abgleichzweig also
stromlos ist. Am Ausgang der Feldstärkemeßsonde 22 ist ein erster Schwellwertkomparator
27 und ein zweiter Schwellwertkomparator 28 angeschlossen.
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Der erste Schwellwertkomparator 27 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn
die von der Feldstärkemeßsonde 22 gemessene (negative) Feldstärke identisch ist
mit einer vorgegebenen Grenzfeldstärke. Der Schwellwertkomparator 28 gibt ein Ausgangssignal
ab, wenn die von der Feldstärkemeßsonde 22 gemessene (positive) Feldstärke eine
vorgegebene Magnetisierungsfeldstärke erreicht hat.
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Die Magnetisierwicklung 15 wird von einem ersten Erregerstromgenerator
29 versorgt, der einen zeitabhängigen Wechselimpuls i1 = f (t) erzeugt. Der Zeitverlauf
des Aufmagnetisierungsimpulses ist in Fig. 4
im vierten Quadranten
des Diagramms dargestellt. Der Erregerstromgenerator 29 wird mittels einer Starttaste
31 zum Einleiten des automatisch ablaufenden Prüfvorgangs gestartet. Das Ausgangssignal
des zweiten Schwellwertkomparators 28 liegt als Stoppimpuls an dem Erregerstromgenerator
29 und setzt diesen wieder still.
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Die Gegenfeldspule 18 wird von einem zweiten Erregerstromgenerator
30 beaufschlagt, der einen zeitabhängigen Gegenimpuls i2 = f (t) erzeugt, dessen
zeitabhängiger Verlauf in Fig. 4 im vierten und dritten Quadranten des Diagramms
dargestellt ist.
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An dem zweiten Erregerstromgenerator 30 liegt das Ausgangssignal des
zweiten Schwellwertkomparators 28 als Startsignal und das Ausgangssignal des Nullstrom-Detektors
26 als Stoppsignal. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, entspricht die Ausgangsamplitude
des Gegenimpulses beim Start des zweiten Erregerstromgenerators 30 der Amplitude
des Aufmagnetisierungsimpulses beim Abschalten des ersten Erregerstromgenerators
29.
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Mit dem Flußmesser 20 ist eine Abtast-Haltevorrichtung 32 gekoppelt,
die auf ein von einem Triggergenerator 33 kommendes Triggersignal hin den momentanen
Meßwert des Flußmessers 20 erfaßt oder abtastet und zur Auswertung festhält. Der
Triggergenerator 33 wird von dem Ausgangssignal der Schwellwertkomparatoren 27,
28 gestartet und gibt dann jeweils einen Triggerimpuls an die Abtast-Haltevorrichtung
32.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Prüfgerät wird die Prüfung eines
in den Prüfluftspalt 17 der Magnetisier-
vorrichtung 10 eingesetzten
Parmanentmagnetsegments 16 wie folgt durchgeführt. Das Verfahren ist dabei an Hand
von Fig. 4 am einfachsten zu erläutern: Das unmagnetisierte Magnetsegment wird zunächst
in der Magnetisiervorrichtung 10 aufmagnetisiert. Hierzu wird die Starttaste 31
betätigt, wodurch der erste Erregerstromgenerator 29 eingeschaltet wird, der an
die Magnetisierwicklung 15 den zeitabhängigen Wechselimpuls zum Aufmagnetisieren
anlegt, dessen Verlauf in Fig. 4 mit i1 = f (t) gekennzeichnet ist. Mit Auslösen
des Aufmagnetisiervorganges wird auch die Flußmessung durch den Flußmesser 20 gestartet.
Sobald die Feldstärkemeßsonde 22 die Aufmagnetisierungsfeldstärke H1 mißt, gibt
der zweite Schwellwertkomparator 28 ein Stoppsignal an den ersten Erregerstromgenerator
29 und gleichzeitig ein Startsignal an den zweiten Erregerstromgenerator 30. Weiterhin
wird ein Startsignal an den Triggergenerator 33 gegeben, so daß die Abtast-Haltevorrichtung
32 den vom Flußmesser 20 bis zum Abschaltzeitpunkt der Magnetisierwicklung 15 gemessenen
Flußwert ausgibt, der ein Maß für die Magnetisierbarkeit des Magnetsegments 16 ist.
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Durch den nunmehr einsetzenden Gegenimpuls wird ein zeitabhängig sich
vergrößerndes Gegenfeld aufgebaut, das das Magnetsegment 16 entmagnetisiert. Sobald
die Feldstärkemeßsonde 22 die Grenzfeldstärke H2 mißt, legt der erste Schwellwertkomparator
27 einen Startimpuls an den Triggergenerator 33. Damit wird die Abtast-Haltevorrichtung
32 wiederum getriggert und der Flußmeßvorgang gestoppt. Der vom Flußmesser 20 bis
dahin gemessene Fluß entspricht dem Restfluß des Magnetsegments 1o und ist ein für
für dessen Beständigkeit gegen Belastung.
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Durch das sich weiter vergrößernde Gegenfeld wird die Entmagnetisierungsfeldstärke
weiter vergrößert. Detek-
tiert der Nullstrom-Detektor 26 den Abgleich
der Brücke 25, so ist die Koerzitivfeldstärke der Polarisation JHC erreicht. Da
das Magnetsegment 16 in diesem Punkt sich wie Luft verhält, messen die beiden Feldstärkemeßsonden
23, 24 den gleichen Feldstärkewert. Der vom Nullstrom-Detektor 26 bei abgeglichener
Brücke 25 abgegebene Stoppimpuls schaltet den zweiten Erregerstromgenerator 30 ab.
Der Arbeitspunkt des Magnetsegments 16 wandert nunmehr nach Abschalten des Gegenfeldes
auf der Entmagnetisierungskennlinie für Luft, in Fig. 4 mit B-,uo Hbezeichnet, in
den Ursprung der Magnetisierungskurve des Magnetsegments 16, so daß dieses vollkommen
entmagnetisiert ist. Das hinsichtlich seiner Magnetisierbarkeit und seiner Beständigkeit
gegen Querfeldbelastung geprüfte und wieder entmagnetisierte Magnetsegment 16 kann
der Magnetisiervorrichtung des Prüfgeräts entnommen werden. Für den gesamten Prüfvorgang
werden 1,2 -1,5 s benötigt.
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Das Prüfgerät kann vereinfacht und modifiziert werden.
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Wird auf die abschließende Entmagnetisierung des Magnetsegments 16
bis in den Ursprung der Magnetisierungskurven verzichtet, so kann zumindest auf
die Feldstärkemeßsonde 24 im Prüfluftspalt 17 verzichtet werden. In diesem Fall
ist der zweite Erregerstromgenerator 30 für die Gegenfeldspule 18 mit dem Ausgangssignal
des ersten Schwellwertkomparators 27 stillzusetzen. Das Gegenfeld wird dann mit
Erreichen der Grenzfeldstärke H2 abgeschaltet und der nach Abschaltung verbleibende,
vom Feldmesser 20 erfaßte Restfluß ist das Maß für die Beständigkeit des Magnetsegments
16 gegen Querfeldbelastung. Die Ansteuerung des Triggerimpulsgenerators 33 von dem
Schwellwertgenerator 27 aus entfällt dabei.
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Grundsätzlich ist für die vorstehend beschriebene Modifikation des
Prüfverfahrens nur die Feldstärkemeßsonde 22 erforderlich. Da jedoch davon ausgegangen
werden kann, daß das Magnetsegment 16 im Mittel von den Feldstärkewerten an der
Innen- und Außenseite des Magnetsegments 16 beansprucht wird, ist es zweckmäßig,
die von den Feldstärkemeßsonden 22 und 23 ausgegebenen Meßwerte zu mitteln und den
Mittelwert als Eingangssignal an die Schwellwertkomparatoren 27 und 28 zu führen.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. So muß der Aufmagnetisierungsimpuls und der Gegenimpuls nicht in getrennten
Erregerstromgeneratoren erzeugt werden.
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Vielmehr sind diese .Erregerstromgeneratoren nur synonym für eine
entsprechende Steuerschaltung verwendet, mit welcher für eine Zeitspanne t0 - t1
ein Aufmagnetisierungsimpuls i1=f(t) und anschließend für eine Zeitspanne t1 - t3
ein Gegenimpuls i2=f(t) erzeugt wird, wobei im Zeitpunkt t1 die beiden Impulse gleich
sind (vergl. Fig. 4).
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Des weiteren kann die Gegenfeldspule 18 entfallen und deren Aufgabe
von der Magnetisierwicklung 15 übernommen werden. In diesem Fall muß zum Erzeugen
des Gegenfeldes bei der Aufmagnetisiarungsfeldstärke H1 die Anschlußspannung der
Maganetisierwicklung 15 umgepolt werden.
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Die Zusammenfassung von Magnetisierwicklung 15 und Gegenfeldspule
18 erfolgt zweckmäßigerweise in VerbIndung mit der Verwendung In einzigen Erregsrstromgenera
tors.