WO2017108566A1 - Aufmagnetisieranordnung, magnetisiervorrichtung und verfahren zur aufmagnetisierung eines eingebauten werkstuecks aus hartmagnetischem material - Google Patents

Aufmagnetisieranordnung, magnetisiervorrichtung und verfahren zur aufmagnetisierung eines eingebauten werkstuecks aus hartmagnetischem material Download PDF

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WO2017108566A1
WO2017108566A1 PCT/EP2016/081153 EP2016081153W WO2017108566A1 WO 2017108566 A1 WO2017108566 A1 WO 2017108566A1 EP 2016081153 W EP2016081153 W EP 2016081153W WO 2017108566 A1 WO2017108566 A1 WO 2017108566A1
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WO
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permanent magnet
magnetizing
magnetic field
component
magnetization
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Application number
PCT/EP2016/081153
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastain WÄLTRING
Christian Dinca
David SCHWARZER
Original Assignee
M-Pulse Gmbh & Co Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by M-Pulse Gmbh & Co Kg filed Critical M-Pulse Gmbh & Co Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Definitions

  • the invention relates to a magnetizing arrangement with a magnetizing coil for magnetizing at least one workpiece made of hard magnetic material by means of a
  • Magnetizing pulse and at least two
  • Permanent magnet is therefore a workpiece which consists of a hard magnetic material, is magnetized and thus became a permanent magnet. Without magnetization is a workpiece made of hard magnetic
  • the invention also relates to a method of magnetizing at least one workpiece
  • Magnetizing coil while the workpiece is arranged in another component, and the immediate verification of the permanent magnet.
  • Permanent magnets have a wide variety of applications
  • Permanent magnet user e.g. the manufacturer of
  • Electric motors or generators are forced laborious and only possible in random quality controls
  • Plastic containing environment built-in permanent magnets to check their quality. Besides, it is too
  • Object of the invention to present a method which the magnetization of a permanent magnet in the same step, the quality inspection of
  • the inventor has recognized that it is possible, based on a Magnetisierimpulses, which consists of at least three
  • Half-oscillations with decaying amplitudes in the form of a decaying oscillation consists of carrying out the magnetization as well as of the following ones
  • the basic idea is therefore that a decaying current oscillation is generated via a RLC resonant circuit with freewheeling in which the resistor can be freely selected.
  • the current amplitude for the magnetization is set via the charging voltage and the resistance in the
  • Hall sensors can be used or integrated into the system
  • Measuring coils If the enveloping surface of the measuring coil is known, can be achieved by a temporal integration over the
  • the principle of magnetic field measurement with the aid of measuring coils is more suitable here, since a larger area can thus be detected.
  • Hard magnetic material referred to.
  • the inventor proposes a magnetizing arrangement for magnetizing at least one workpiece made of hard magnetic material, wherein the workpiece is preferably installed in a first component consisting at least partly of metal and / or plastic, and by means of a magnetizing pulse
  • Permanent magnet is magnetized, and for immediately following verification of the magnetization of the at least one permanent magnet in the installed state, comprising:
  • At least one magnetizing coil for generating a magnetizing field, wherein in the magnetizing the first component and a second, at least partially made of metal and / or plastic, component are arranged and the two components are at least in two parallel
  • Cut levels are similar, and where the of the
  • Installation location of the at least one permanent magnet and at the equivalent location in the second component is the same, at least one first magnetic field sensor, which in the homogeneous field region of at least one, built in the first component,
  • Permanent magnet is arranged, and at least one second magnetic field sensor, which is arranged the same relative to the second component, as the first magnetic field sensor relative to the first component.
  • the first component is the rotor of an electric motor or a generator.
  • the second component may be a component that is identical in section perpendicular to the axis of rotation to the rotor.
  • Magnetizing field is arranged and at the same time the second component is also arranged in the magnetizing field.
  • the arrangement should be designed so that both components are as equivalent as possible
  • the components are designed as laminated components, wherein the sheet metal planes during the
  • Magnetization preferably be arranged parallel to the direction of the magnetization field.
  • the magnetic field sensors should be in their
  • Magnetizing field are arranged offset. This makes it possible with a designed as a pole coil
  • Magnetizing coil the first component in the form of a rotor and the second component in the form of a in the direction of
  • Rotary axis shorter rotor which is, however, in section perpendicular to the axis of rotation equal to the first component, offset in rotational axis direction to be arranged in the magnetizing field so that the components do not influence each other with respect to the magnetic flux and so optimal
  • the sensors should be similar to
  • Magnetic sensors are surrounded by a ferromagnetic material. This will be improved if necessary
  • Magnetic properties of the magnetizing coil achieved additional stability and improved thermal coupling of the system with a thermal sink.
  • At least one non-ferromagnetic gap is arranged in the region of the magnetization coil, which directs the flow of the magnetic field in the magnetization coil.
  • the influence of the magnets can be reduced with each other.
  • the magnetizing coil is connected to a variably adjustable pulse-current generator, the pulse-current generator preferably being designed to be programmable, and a memory for storing at least one of them
  • Computer program which is executed in operation and is designed such that it is a method for
  • Invention is when the current pulse is not continuous, but in partial waves, preferably in three individual
  • the computer program is designed such that
  • the at least one permanent magnet by emitting a current pulse with freely adjustable positive and negative current amplitudes on a magnetizing coil in a
  • Permanent magnet counter-opposing magnetic field is generated with predetermined strength
  • the at least one computer program can be configured such that at the time of the second
  • ⁇ ⁇ Mag magnetic magnetic field measured by the first magnetic field sensor
  • the at least one computer program can be designed such that when a detected Magnetic field strength of the at least one permanent magnet below a predetermined value, the respective permanent magnet as faulty, at least with respect to its magnetization
  • Conductivity of the at least one permanent magnet is determined.
  • the respective permanent magnet At a period of oscillation, which is outside a predetermined time range, the respective permanent magnet as faulty, at least with respect to its electrical
  • the determination of the electrical conductivity k mag of the at least one permanent magnet can also be achieved by two time-shifted measurements of the magnetic flux density
  • Permanent magnets take place, wherein the two measurements in a single positive half-wave, preferably the third
  • the two measurements are each on passing through a predetermined current on the one hand with positive and on the other hand with negative
  • Conductivity is known, used.
  • this may consist of copper, which has the advantage that it has no magnetic polarization.
  • it is also possible to replace the copper with other electrically conductive materials without magnetic polarization properties.
  • the values of all fields, as well as their derivatives, which are mentioned in the formula, are available and the geometry factor c can be calculated.
  • the magnetization M mag of the permanent magnets can be determined from these measurements with:
  • Permanent magnet as a product of negative electrical conductivity k mag , the derivative of the field ß Mag after the
  • Magnetization not only measured individual characteristic values, but a total of part of the hysteresis curve or the entire hysteresis curve are recorded by the first magnetic field sensor and corrected by the measurements on the second magnetic field sensor. Likewise it belongs also to the scope of the invention, when at least part of the corrected hysteresis curve is logged. Instead of comparing individual measured values, it is also possible to check whether the corrected at least partial hysteresis curve runs within a previously created envelope curve.
  • the inventor also proposes a method for magnetizing at least one built-in in a first metallic component
  • the method according to the invention for magnetizing and directly checking at least one permanent magnet arranged in a component is preferably configured in such a way that the following method steps are carried out:
  • Resonant circuit with at least three alternating
  • Permanent magnet generated magnetic field in a second zero crossing ( transition between the second and third half-wave) of the decaying vibration by a first magnetic field sensor on the at least one
  • Magnetic field of the magnetizing coil which is arranged further spaced from the at least one permanent magnet than the first magnetic field sensor, for determining the quality of the magnetization of the at least one permanent magnet.
  • the at least three alternating half-waves with decreasing amplitude can, for example, in one
  • evanescent vibration can be generated with at least three vibrations or in the form of discrete alternating
  • Half-waves are generated with decaying amplitude.
  • Permanent magnet is determined, which is preferably concluded from a statistically relevant time difference compared to a previous series of experiments on a faulty permanent magnet.
  • the resonant circuit After reaching the minimum number of half oscillations, the resonant circuit can be opened or the oscillation can be terminated.
  • the inventive method in particular for magnetizing permanent magnets in a rotor an electric motor or a generator or in one
  • Housing of a speaker can be used.
  • Bl first component
  • B2 second component
  • B app Magnetic field generated by the magnetization coil
  • Permanent magnets B likes : from the permanent magnet itself
  • MSI first measuring coil
  • MS2 second measuring coil
  • P pulse current generator
  • PM pulse current generator
  • 1 shows a section through a PFM (pulsed field magnetometer) along the main direction of the homogeneous magnetic field of the magnetizing coil; 2 shows a section through an inventive
  • Magnetizing arrangement along the main direction of the homogeneous magnetic field of the magnetizing coil
  • FIG. 6 shows a block diagram of a pulse field generator with RLC resonant circuit of the magnetizing coil
  • FIG. 9 shows a measurement at the first magnetic sensor running parallel to the decaying oscillation from FIG. 8, corrected by a parallel measurement at the second magnetic sensor.
  • FIG. 1 schematically shows a known PFM (pulsed field magnetometer) in which the
  • Magnetizing coil S generates the magnetic field ß.
  • Magnet magnetizes and generates a field in its vicinity ß. This can be measured in the pickup coil MSI and separated by the remote arrangement of the pickup coil MS2 from the applied field ß. Is the
  • Magnet PM in a steel environment Bl and this magnet is to be examined quality technology it can be compensated according to the invention, the influence of the steel environment Bl with a structure shown in Figure 2.
  • a copy B2 of the steel environment Bl becomes equivalent in the magnetic field of the
  • Magnetizing coil S is arranged, however, the
  • the same technique can also be transferred to a cylindrical body Bl with embedded magnets PM.
  • the body can be enclosed by a steel environment C, as can be seen in the cross section of the arrangement in FIG. 3.
  • the magnetizing coils S are arranged inside and outside of the cylindrical body B1. During the magnetization, the magnets PM are magnetized and the generated fields are measured with the coil MSI.
  • Figure 4 is the
  • Influence of steel environment Bl are separated by the steel environment B2 is introduced.
  • the field ⁇ is measured by the measuring coils MSI and by the
  • FIG. 9 shows the field strength profile of the field H - ju 0 ⁇ as a function of time.
  • J mag ⁇ 0 ⁇ mag in
  • the magnets PM are magnetized. The full saturation is achieved in point 1.
  • Half-wave 3 is generated. With the help of points 4.1 and 4.2 the conductivity can be determined. Such a field profile H can be generated, for example, with the circuit in FIG. At this time, the capacitor C is charged to a charging end voltage. After reaching the voltage of the switch SW l is closed. The generated electricity
  • the diode D 1 together with the adjustable resistor R free the freewheeling circuit.
  • the current generated by the circuit, which results in the field ti, is shown in FIG.
  • the positive maximum amplitude can be determined by the charging end voltage at the capacitor, the negative minimum amplitude by adjusting the
  • FIG. 7 shows a further possibility with which such a current profile can be generated.
  • the advantage of this circuit is that the half-cycles HS1 to HS4 can be generated individually and a break can also take place between them, for example to allow the coils to cool down.
  • the capacitor C is charged to charging end voltage. This can be given positively by igniting the thyristors ⁇ and 4 on the capacitor. After this
  • Half-wave can be generated, modeled on the second
  • Amplitudes of current half cycles can be determined by the
  • Magnetizing arrangement for magnetizing at least one workpiece made of hard magnetic material, wherein the workpiece in a first, at least partially made of metal or
  • Plastic existing, component is installed and is formed by means of a magnetizing pulse to a permanent magnet.
  • the application also discloses a method for magnetizing at least one hard magnetic workpiece mounted in a first component by a magnetizing pulse in an electrical
  • Magnetizing coil located resonant circuit, wherein the magnetizing pulse a decaying vibration over at least three half-waves or three alternating half-waves are generated with decaying amplitude, the magnetization in the first half-wave, the second half-wave generates a counter-magnetic field, the amplitude of which is set to a predetermined value is measured, and at the zero crossing to the third half-oscillation, the remanence of the permanent magnet is measured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufmagnetisieranordnung zur Magnetisierung mindestens eines Werkstücks aus hartmagnetischem Material, wobei das Werkstück in einem ersten, zumindest teilweise aus Metall oder Kunststoff bestehenden, Bauteil (B1) eingebaut ist und mittels eines Magnetisierungsimpulses zu einem Permanentmagneten (PM) formiert wird, und ein Verfahren zur Aufmagnetisierung mindestens eines in einem ersten Bauteil (B1) eingebauten hartmagnetischen Werkstücks durch einen Magnetisierpuls einer in einem elektrischen Schwingkreis befindlichen Magnetisierungsspule (S), wobei mit dem Magnetisierpuls eine abklingende Schwingung über mindestens drei Halbschwingungen oder drei alternierende Halbwellen mit abklingender Amplitude erzeugt werden, die Magnetisierung in der ersten Halbschwingung erfolgt, die zweite Halbschwingung ein Gegen-Magnetfeld erzeugt, wobei deren Amplitude auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, und beim Nulldurchgang zur dritten Halbschwingung die Remanenz des Permanentmagneten gemessen wird.

Description

Beschreibung
Aufmagnetisieranordnung, Magnetisiervorrichtung und Verfahren zur Aufmagnetisierung eines eingebauten Werkstücks aus hartmagnetischem Material
Die Erfindung betrifft eine Aufmagnetisieranordnung mit einer Magnetisierungsspule zur Aufmagnetisierung mindestens eines Werkstücks aus hartmagnetischem Material mittels eines
Magnetisierungsimpulses, und mit mindestens zwei
Magnetfeldsensoren zur unmittelbar folgenden Überprüfung der Magnetisierung des mindestens einen erzeugten
Permanentmagneten im eingebauten Zustand. Wobei im Rahmen dieser Schrift davon ausgegangen wird, dass ein Magnet nur dann vorliegt, wenn er auch ein Magnetfeld erzeugt. Ein
Permanentmagnet ist demnach ein Werkstück, das aus einem hartmagnetischen Material besteht, aufmagnetisiert ist und damit zum Permanentmagneten wurde. Ohne Aufmagnetisierung handelt es sich um ein Werkstück aus hartmagnetischem
Material .
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren der Aufmagnetisierung mindestens eines Werkstücks aus
hartmagnetischem Material zum Permanentmagneten mit Hilfe eines Magnetisierungsimpulses durch eine
Magnetisierungsspule, während das Werkstück in einem anderen Bauteil angeordnet ist, und der unmittelbaren Überprüfung des Permanentmagneten .
Ähnliche Vorrichtungen und Verfahren sind allgemein bekannt Beispielsweise wird in der Druckschrift WO 2007/141147 AI eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufmagnetisierung einer Vielzahl, in einem Rotor eines Elektromotors
eingebauter Dauermagnete offenbart. Eine unmittelbare
Überprüfung der Qualität der aufmagnetisierten Dauermagnete wird nicht angesprochen. Aus der Druckschrift DE 10 2014 005 806 AI ist ein Verfahren zur Überwachung, genauer zur Überprüfung, der Magnetisierung von in einem Rotor eingebauten Permanentmagneten bekannt. Die Druckschrift beschreibt dabei allerdings einen Messvorgang mit einer nicht näher definierten Spule, der unabhängig vom Magnetisierungsvorgang stattfindet .
Permanentmagnete haben vielfältigste Einsatzgebiete,
beispielsweise werden sie im Bereich der Elektromotoren und Generatoren, der Lautsprecher oder auch für
Datenaufzeichnungsgeräte, Verschlüsse oder Haftsysteme eingesetzt .
Heutige moderne Permanentmagnete bestehen im Wesentlichen aus Eisenmetallen und Seltenerdmetallen. Die Förderung der zur Funktion essenziellen Seltenerdmetalle findet fast
ausschließlich in China statt, wo auch das Material zum
Großteil zu Magneten weiterverarbeitet wird. Aufgrund des Preiskampfes auf diesem nicht regulierten Markt kommt es zu starken Schwankungen der Qualität dieser Magnete. Dies hat zur Folge, dass es später zu aufwendigen und teuren
Rückrufaktionen kommen kann oder auch sicherheitsrelevante Anordnungen unter Umständen nicht mehr wie gewollt
funktionieren oder gar versagen.
Permanentmagnetanwender, wie z.B. die Hersteller von
Elektromotoren oder Generatoren, sind gezwungen aufwendige und nur in Stichproben mögliche Qualitätskontrollen
durchzuführen, 100%ige Prüfungen sind jedoch nicht möglich. Die dafür nötigen Messgeräte (Hysteresegraphen) sind sehr teuer nur wenige Anwender können sich diese leisten.
Einzeln geprüfte Magnete sind bereits magnetisiert worden und lassen sich daher aufgrund der auftretenden magnetischen Kräfte nicht einfach oder gar nicht in Metall oder aufgrund der hohen auftretenden Temperaturen in Kunststoff verbauen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Aufmagnetisierungs¬ vorrichtung zu finden, welche es erlaubt, im Arbeitsschritt der Aufmagnetisierung von bereits in Metall und/oder
Kunststoff enthaltender Umgebung eingebauten Permanentmagneten deren Qualität zu prüfen. Außerdem ist es auch
Aufgabe der Erfindung ein Verfahren vorzustellen, welches die Aufmagnetisierung eines Permanentmagneten bei im gleichen Arbeitsschritt erfolgender Qualitätsüberprüfung des
Permanentmagneten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, anhand eines Magnetisierimpulses , welcher aus mindestens drei
Halbschwingungen mit abklingenden Amplituden in Form einer abklingende Schwingung besteht, sowohl die Aufmagnetisierung auszuführen als auch anhand der nachfolgenden
Halbschwingungen den Permanentmagneten in einer gewünschten Weise über ein Gegenfeld zu stressen und beim dritten
Nulldurchgang der Schwingung die Remanenz des
Permanentmagneten zu messen, wobei der Einfluss des
metallischen Bauteils, in den der Permanentmagnet eingebaut ist, durch eine Messung an einem äquivalenten metallischen Bauteil ohne eingebauten Permanentmagneten an äquivalenter Position in der verwendeten Magnetisierungsspule kompensiert wird .
Der Grundgedanke besteht also darin, dass über einen RLC- Schwingkreis mit Freilauf in dem der Widerstand frei gewählt werden kann, eine abklingende Stromschwingung erzeugt wird. Dabei wird über die Ladespannung die Stromamplitude für die Magnetisierung eingestellt und über den Widerstand im
Freilaufkreis eine definierte negative Amplitude zur
Gegenfelderzeugung generiert. Das gleiche Verhalten lässt sich auch durch definiertes Umladen des Kondensators
erreichen. Durch das Messen der magnetischen Flussdichte zu ausgewählten Zeitpunkten ist es möglich, eine qualitative Aussage über die Magnetisierung und der Magnetqualität zu erhalten .
Um die magnetische Flussdichte zu messen, können Hall- Sensoren verwendet werden oder im System integrierte
Messspulen. Ist die einhüllende Fläche der Messspule bekannt, lässt sich durch eine zeitliche Integration über die
induzierte Spannung auf die durch die Spule fließenden magnetischen Größen schließen. Beide Prinzipien sind
allgemein bekannt und sollen hier nicht weiter erklärt werden .
Das Prinzip der Magnetfeldmessung mit Hilfe von Messspulen ist hier besser geeignet, da sich somit ein größerer Bereich erfassen lässt.
Da bei solchen Aufmagnetisierungen von bereits eingebauten Permanentmagneten Randeffekte sehr stark auftreten, welche eine eindeutige Messung der magnetischen Größen stark
erschweren beziehungsweise verhindern, und diese Messung trotzdem zur Qualitätssicherung verwendet werden sollen, sollten die einzelnen Magnetfeldanteile möglichst separat erfasst und verrechnet werden. Um diese Anteile zu erfassen, ist neben den mehreren zu erzeugenden Halbschwingungen, eine Anordnung von Magnetfeldsensoren nötig, die einerseits das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld erfassen,
andererseits jedoch auch die Auswirkung des metallischen Bauteils - ohne Permanentmagnet - unter sonst identischen Bedingungen des von außen angelegten Magnetisierungsfeldes erfassen. Mit Hilfe einer solchen Anordnung lassen sich die im Magneten beziehungsweise vom Magneten generierten
Feldanteile erfassen.
Um auch den Einfluss des Demagnetisierungsfaktors Nd so gering wie möglich zu halten, wird zur Bestimmung der
Gegenfeldfestigkeit des Magneten nicht die
Aufmagnetisierungskurve betrachtet, sondern mit der
negativen, zweiten Halbwelle der abklingenden Schwingung gearbeitet. Hierdurch lässt sich ein Arbeitspunkt im Magneten anfahren, der in der späteren Anwendung als Worst-Case (z.B.
Kurzschlussfall bei Elektromotoren) definiert ist. Da dieser
Punkt im zweiten Quadranten der Hysteresekurve des Magneten liegt, hat auch die Suszeptibilität kaum noch Einfluss auf den Demagnetisierungsfaktor Nd und er stellt somit eine reine geometrische Größe dar.
Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff „Permanentmagnet" nur für das bereits aufmagnetisierte Werkstück verwendet wird. Unmagnetisiert wird dieses Werkstück lediglich als Werkstück aus
hartmagnetischem Material bezeichnet.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlägt der Erfinder eine Aufmagnetisieranordnung zur Aufmagnetisierung mindestens eines Werkstücks aus hartmagnetischem Material, wobei das Werkstück vorzugsweise in einem ersten, zumindest teilweise aus Metall und/oder Kunststoff bestehenden, Bauteil eingebaut ist, und mittels eines Magnetisierungsimpulses zu einem
Permanentmagneten aufmagnetisiert wird, und zur unmittelbar folgenden Überprüfung der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten im eingebauten Zustand, aufweisend:
mindestens eine Magnetisierungsspule zur Erzeugung eines Magnetisierungsfeldes, wobei im Magnetisierungsfeld das erste Bauteil und ein zweites, zumindest teilweise aus Metall und/oder Kunststoff bestehendes, Bauteil angeordnet sind und die beiden Bauteile sich zumindest in zwei parallelen
Schnittebenen gleichen, und wobei das von der
Magnetisierungsspule erzeugte Magnetisierungsfeld am
Einbauort des mindestens einen Permanentmagneten und am äquivalenten Ort im zweiten Bauteil gleich ist, mindestens ein erster Magnetfeldsensor, welcher im homogenen Feldbereich des mindestens einen, im ersten Bauteil eingebauten,
Permanentmagneten angeordnet ist, und mindestens ein zweiter Magnetfeldsensor, welcher relativ zum zweiten Bauteil gleich angeordnet ist, wie der erste Magnetfeldsensor relativ zum ersten Bauteil. Mit dieser vorgeschlagenen Aufmagnetisierungsvorrichtung ist es nun möglich mit einem einzigen Arbeitsgang ein in
metallischer Umgebung eingebautes hartmagnetisches Werkstück mit einem Magnetisierungspuls zu einem Permanentmagneten aufzumagnetisieren, innerhalb der durch den
Magnetisierungspuls erzeugten abklingenden elektrischen Schwingung den erzeugten Permanentmagneten mit einer
vorgegebenen Stärke eines Gegen-Magnetfelds zu stressen und ebenfalls innerhalb dieser abklingenden Schwingung zumindest die Remanenz im Permanentmagneten zu bestimmen. Dadurch ist es nun möglich, im Rahmen einer Serienproduktion von in metallischer Umgebung eingebauter Permanentmagneten, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Rotoren für
Elektromotoren oder Generatoren der Fall ist, die
Aufmagnetisierung durchgehend zu überprüfen und
gegebenenfalls auch vollständig zu protokollieren.
Entsprechend schlägt der Erfinder auch vor, dass das erste Bauteil der Rotor eines Elektromotors oder eines Generators ist. Dabei kann das zweite Bauteil ein im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse zum Rotor identisches Bauteil sein.
Vorteilhaft ist es, wenn das erste Bauteil mit eingebautem mindestens einen Permanentmagneten im Bereich des
Magnetisierungsfeldes angeordnet ist und gleichzeitig das zweite Bauteil ebenfalls im Magnetisierungsfeld angeordnet ist. Hierbei sollte die Anordnung so ausgestaltet sein, dass beide Bauteile sich in einem möglichst äquivalenten
Magnetisierungsfeld befinden und sich auch in ihrer
Orientierung relativ zum Magnetisierungsfeld gleichen, damit der Magnetfluss in beiden Bauteilen möglichst ähnlich, vorzugsweise gleich, verläuft.
Vorzugsweise werden die Bauteile als geblechte Bauteile ausgeführt, wobei deren Blechebenen während der
Aufmagnetisierung vorzugsweise parallel zur Richtung des Magnetisierungsfeldes angeordnet werden. ^
Weiterhin sollten die Magnetfeldsensoren in ihrer
Messrichtung normal zur Richtung des Magnetisierungsfeldes am Ort der Messung des Magnetfeldsensors ausgerichtet angeordnet sein.
Außerdem ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Magnetfeldsensoren senkrecht zur Richtung des
Magnetisierungsfeldes versetzt angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich mit einer als Polspule ausgebildeten
Magnetisierungsspule das erste Bauteil in Form eines Rotors und das zweite Bauteil in Form eines in Richtung der
Rotationsachse kürzeren Rotors, der allerdings im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse gleich zum ersten Bauteil ist, in Rotationsachsenrichtung versetzt im Magnetisierungsfeld so anzuordnen, dass die Bauteile sich gegenseitig bezüglich des Magnetflusses nicht beeinflussen und so eine optimale
Kompensationsmessung durch den zweiten Magnetfeldsensor möglich ist.
Vorteilhaft ist es entsprechend, wenn die erste Schnittebene derart angeordnet ist, dass zumindest der Einbauort des mindestens einen Permanentmagneten im ersten Bauteil
schneidet und die zweite Schnittebene den geometrisch
äquivalenten Ort im zweiten Bauteil schneidet.
Zur optimalen Bestimmung des Magnetflusses am
Permanentmagneten sollte der erste Magnetfeldsensor
unmittelbar an oder um den mindestens einen Permanentmagneten angeordnet sein.
Bezüglich der Ausbildung des Magnetfeldsensors wird
vorgeschlagen, dass mindestens einer der Magnetfeldsensoren als Messspule oder als Hall-Sensor oder AMR-Sensor (AMR = anisotropic magneto resistance) ausgebildet ist. Vorzugsweise sollten jedoch die Sensoren gleichartig sein, um
vergleichbare Messergebnisse zu erhalten. In einer weiteren Ausführung der Aufmagnetisieranordnung können die Magnetisierungsspule und/oder die
Magnetfeldsensoren von einem ferromagnetischen Material umgeben sein. Hierdurch wird neben ggf. verbesserten
magnetischen Eigenschaften der Magnetisierungsspule eine zusätzliche Stabilität und verbesserte thermische Kopplung des Systems mit einer thermischen Senke erreicht.
Falls die Magnetisierungsspule und/oder die
Magnetfeldsensoren von ferromagnetischem Material umgeben sind können zur Entmagnetisierung des ferromagnetischen
Materials zusätzliche Entmagnetisierungsspulen angeordnet sein .
Vorteilhaft kann es außerdem sein, wenn mindestens ein nicht- ferromagnetischer Spalt im Bereich der Magnetisierungsspule angeordnet ist, welcher den Fluss des Magnetfeldes in der Magnetisierungsspule lenkt. Somit kann die Beeinflussung der Magneten untereinander verringert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der
erfindungsgemäßen Aufmagnetisieranordnung wird vorgeschlagen, dass die Magnetisierungsspule an einen variabel einstellbaren Pulsstromgenerator angeschlossen ist, wobei in bevorzugter Weise der Pulsstromgenerator programmierbar ausgeführt ist und einen Speicher zur Speicherung mindestens eines
Computerprogramms aufweist, das im Betrieb ausgeführt wird und derart ausgestaltet ist, dass es ein Verfahren zur
Aufmagnetisierung und Überprüfung der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten in einem Arbeitsgang ausführt .
Es wird darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der
Erfindung liegt, wenn der Stromimpuls nicht stetig verläuft, sondern in Teilwellen, vorzugsweise in drei einzelne
Halbwellen, unterteilt verläuft. In einer Ausgestaltung ist das Computerprogramm so ausgebildet, dass
a) der mindestens eine Permanentmagnet durch Abgabe eines Stromimpulses mit frei einstellbaren positiven und negativen Stromamplituden an einer Magnetisierspule in einem
elektrischen Schwingkreis aufmagnetisiert wird, wobei eine Schwingung mit mindestens drei abklingenden Halbschwingungen (=Halbperioden) erzeugt wird,
b) in der ersten Halbschwingung der mindestens eine
Permanentmagnet aufmagnetisiert wird,
- die negative Halbschwingung derart eingestellt wird, dass ein dem Magnetfeld des frisch aufmagnetisierten
Permanentmagneten entgegen gerichtetes Gegen-Magnetfeld mit vorgegebener Stärke erzeugt wird,
c) und im zweiten Nulldurchgang (= Übergang zwischen der zweiten und dritten Halbschwingung) die von dem mindestens einen Permanentmagneten erzeugte remanente Magnetfeldstärke (=Remanenzflussdichte) bestimmt wird.
Weiterhin kann das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet sein, dass die zum Zeitpunkt des zweiten
Nulldurchgangs bestimmte remanente Magnetfeldstärke des mindestens einen Permanentmagneten durch Messung der
Magnetfeldstärke am ersten Magnetfeldsensor und Korrektur mit der am zweiten Magnetfeldsensor gemessenen Magnetfeldstärke jj jj
gemäß der Formel M,,nn— Mag — bestimmt wird wobei gilt:
Mas μ{)(\-Νά)
- Bapp = vom zweiten Magnetfeldsensor gemessene magnetische
Flussdichte am zweiten Bauteil ohne Permanentmagnet;
~ ^Mag = vom ersten Magnetfeldsensor gemessene magnetische
Flussdichte am ersten Bauteil am Permanentmagnet;
~ MMag = durch den Permanentmagneten erzeugte
Magnetisierung;
- Nd = Demagnetisierungsfaktor ;
- j0 = magnetische Permeabilität des Vakuum.
Weiterhin kann das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet sein, dass bei einer festgestellten Magnetfeldstärke des mindestens einen Permanentmagneten unter einem vorgegebenen Wert, der jeweilige Permanentmagnet als fehlerhaft, zumindest bezüglich seiner Magnetisierung
angesehen wird. Selbstverständlich kann eine solche
Feststellung im Produktionsprozess eine entsprechende
Protokollierung und/oder eine besondere Kennzeichnung des ersten Bauteils oder ein Ausscheiden des Bauteils triggern.
Weiterhin kann das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet sein, dass eine Schwingung mit mindestens vier abklingenden Halbschwingungen (=Halbwellen =Halbperioden = π) im Schwingkreis erzeugt wird, wobei durch Messung der
Zeitdauer der vierten Halbschwingung (= Dauer zwischen dem dritten und vierten Nulldurchgang) die elektrische
Leitfähigkeit des mindestens einen Permanentmagneten bestimmt wird .
Bei einer Schwingungsdauer, die außerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches liegt, kann der jeweilige Permanentmagnet als fehlerhaft, zumindest bezüglich seiner elektrischen
Leitfähigkeit, angesehen werden.
Alternativ kann die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit kmag des mindestens einen Permanentmagneten auch durch zwei zeitlich versetzte Messungen der magnetischen Flussdichte
B an dem zweiten Bauteil ohne Permanentmagneten und der magnetischen Flussdichte B am ersten Bauteil mit dem
Permanentmagneten erfolgen, wobei die zwei Messungen in einer einzigen positiven Halbschwingung, vorzugsweise der dritten
Halbschwingung, erfolgen, die sich der ersten ganzen
Schwingung anschließt. Hierbei werden die zwei Messungen jeweils beim Durchlaufen einer vorgegebenen Stromstärke einerseits mit positiver und andererseits mit negativer
Steigung ausgeführt. Die Berechnung kann gemäß der Formel
[Bmag (tx ) - Bapp (tx )] - [Bmag (t2) - Bapp (t2 )]
mag erfolgen, mit:
dB mag (Vt) dBapp{t)
dt t=t2 dt - tj und t2 den zwei Zeitpunkten gleicher Stromstärke (=Load Current) mit t1 dem Zeitpunkt bei positivem Gradienten der Stromstärke und t2 dem Zeitpunkt bei negativem Gradienten der Stromstärke ;
- μ0 der magnetischen Permeabilität des Vakuums; und
- c einem Geometriefaktor.
Zur Ermittlung des Geometriefaktors c kann die zuvor
genannte Formel nach c umgestellt und c aus einer
Vergleichsmessung berechnet werden. Bei dieser
Vergleichsmessung wird anstelle des Permanentmagneten ein gleichgeformter Ersatzkörper, dessen elektrische
Leitfähigkeit bekannt ist, eingesetzt. Beispielsweise kann dieser aus Kupfer bestehen, welches den Vorteil aufweist, dass es keine magnetische Polarisation besitzt. Möglich ist jedoch auch, das Kupfer durch andere elektrisch leitfähige Materialien ohne magnetische Polarisationseigenschaften zu ersetzen. Damit stehen die Werte aller Felder, sowie deren Ableitungen, welche in der Formel genannt sind, zur Verfügung und der Geometriefaktor c kann berechnet werden.
Weiterhin kann aus diesen Messungen auch die Magnetisierung Mmag der Permanentmagneten bestimmt werden mit:
^ _ ^mag ~ ^app ~ eddy .
ma8 ~ 0{\-Nd) ' mi :
Meddv = ~k —— c , der dynamischen Magnetisierung des
dt
Permanentmagneten als Produkt aus negativer elektrischer Leitfähigkeit kmag , der Ableitung des Feldes ßMag nach der
Zeit mit Nd , dem Demagnetisierungsfaktor .
Es wird darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der
Erfindung liegt, wenn zusätzlich während der
Aufmagnetisierung nicht nur einzelne charakteristische Werte gemessen, sondern insgesamt ein Teil der Hysteresekurve beziehungsweise die gesamte Hysteresekurve durch den ersten Magnetfeldsensor aufgenommen und durch die Messungen am zweiten Magnetfeldsensor korrigiert werden. Ebenso gehört es auch zum Rahmen der Erfindung, wenn zumindest ein Teil der korrigierten Hysteresekurve protokolliert wird. Anstelle des Vergleichs einzelner Messwerte kann auch überprüft werden, ob die korrigierte zumindest teilweise Hysteresekurve innerhalb einer zuvor erstellten Hüllkurve verläuft.
Zum Rahmen der Erfindung zählt außerdem, wenn nach Erreichen der vorgegebenen Mindestanzahl der Halbschwingungen - drei oder vier - der Schwingkreis unterbrochen wird, um das
Bauteil mit den eingebauten und aufmagnetisierten
Permanentmagneten im Produktionsprozess gegen ein neues zu bearbeitendes Bauteil auszutauschen.
Des Weiteren schlägt der Erfinder auch eine
Magnetisierungsvorrichtung vor, welche die Merkmale der hier beschriebenen Aufmagnetisieranordnung aufweist.
Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt der Erfinder auch ein Verfahren zur Aufmagnetisierung mindestens eines in einem ersten metallischen Bauteil eingebauten
hartmagnetischen Werkstücks durch einen Magnetisierpuls einer in einem elektrischen Schwingkreis befindlichen
Magnetisierungsspule vor, wobei mit dem Magnetisierpuls eine abklingende Schwingung über mindestens drei Halbschwingungen (= drei Halbwellen = 3π) erzeugt wird, die Magnetisierung in der ersten Halbschwingung erfolgt, die zweite Halbschwingung ein Gegen-Magnetfeld erzeugt, wobei deren Amplitude auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, und beim Nulldurchgang zur dritten Halbschwingung die Remanenz des Permanentmagneten gemessen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufmagnetisierung und unmittelbaren Überprüfung mindestens eines in einem Bauteil angeordneten Permanentmagneten ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass dabei die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:
a) Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten mittels eines Magnetisierungsimpulses im Magnetfeld einer Magnetisierungsspule durch Abgabe eines Stromimpulses mit frei einstellbaren positiven und negativen Stromamplituden an einer Magnetisierungsspule in einem elektrischen
Schwingkreis, wobei mindestens drei alternierende
Halbschwingungen mit abnehmender Amplitude erzeugt werden, b) Bestimmung des durch den mindestens einen
Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes in einem zweiten Nulldurchgang (= Übergang zwischen der zweiten und dritten Halbschwingung) der abklingenden Schwingung durch einen ersten Magnetfeldsensor an dem mindestens einen
Permanentmagneten unter Korrektur des Messwertes durch einen Messwert eines zweiten Magnetfeldsensors innerhalb des
Magnetfeldes der Magnetisierungsspule, die von dem mindestens einen Permanentmagneten weiter beabstandet angeordnet ist als der erste Magnetfeldsensor, zur Ermittlung der Qualität der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten.
Die mindestens drei alternierenden Halbschwingungen mit abnehmender Amplitude können beispielsweise in einer
abklingenden Schwingung mit mindestens drei Halbschwingungen erzeugt werden oder in Form diskreter alternierender
Halbwellen mit abklingender Amplitude erzeugt werden.
Vorteilhaft ist es bei diesem Verfahren, wenn außerdem durch Bestimmung der Dauer der vierten Halbschwingung die
elektrische Leitfähigkeit des mindestens einen
Permanentmagneten ermittelt wird, wobei vorzugsweise aus einer statistisch relevanten zeitlichen Abweichung gegenüber einer vorhergehenden Versuchsreihe auf einen fehlerhafte Permanentmagneten geschlossen wird.
Nach dem Erreichen der Mindestanzahl der Halbschwingungen kann der Schwingkreis geöffnet werden beziehungsweise die Schwingung beendet werden.
Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Aufmagnetisierung von Permanentmagneten in einem Rotor eines Elektromotors oder eines Generators oder in einem
Gehäuse eines Lautsprechers verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen
Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden
Bezugszeichen verwendet:
1: Zeitpunkt des Maximums des angelegten Magnetfeldes; 2:
Zeitpunkt des Minimums des angelegten Magnetfeldes; 3:
Zeitpunkt des zweiten Nulldurchgang des angelegten
Magnetfeldes; 4.1: Zeitpunkt der ersten Messung des
Magnetfeldes in der dritten Halbschwingung; 4.2: Zeitpunkt der zweiten Messung des Magnetfeldes in der dritten
Halbschwingung; Bl : erstes Bauteil; B2 : zweites Bauteil; Bapp: von der Magnetisierungsspule erzeugtes Magnetfeld am
Permanentmagneten; Bmag: vom Permanentmagneten selbst
erzeugtes Magnetfeld; C: Metallumgebung; CP: Kondensator; Di: Diode; Happ: angelegte Feldstärke; Heff: effektive Feldstärke; HS1, HS2, HS3, HS4: erste bis vierte Halbschwingung; Jmag: magnetische Polarisation; Lioad : Induktivität der
Magnetisierungsspule; MSI: erste Messspule;
MS2 : zweite Messspule; P: Pulsstromgenerator; PM:
Permanentmagnet; PM' : Tasche ohne Permanentmagnet im Bauteil B2; Rf ree : Variabler Widerstand im Freilaufkreis ; Rioad :
Widerstand der Magnetisierungsspule; S: Magnetisierungsspule; SWi: Schalter; t: Zeit; ΊΊ, T2, T3, T4 : Thyristoren 1 bis 4; ti, t2 : Messzeitpunkte in der dritten Halbschwingung bei positivem beziehungsweise negativem Stromgradienten.
Es zeigen im Einzelnen:
FIG 1: Schnitt durch ein PFM (=Pulsed Field Magnetometer) entlang der Hauptrichtung des homogenen Magnetfeldes der Magnetisierspule ; FIG 2: Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Magnetisieranordnung entlang der Hauptrichtung des homogenen Magnetfeldes der Magnetisierspule;
FIG 3: Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Magnetisieranordnung für Permanentmagnete in einem Rotor eines Elektromotors senkrecht zur Rotationsachse des Rotors; FIG 4: Schnitt IV- IV durch die erfindungsgemäße
Magnetisieranordnung aus FIG 3 parallel zur Rotationsachse des Rotors;
FIG 5: Schnitt V-V durch die erfindungsgemäße
Magnetisieranordnung aus FIG 3 parallel zur Rotationsachse des Rotors;
FIG 6: Prinzipschaltbild eines Pulsfeldgenerators mit RLC- Schwingkreis der Magnetisierspule;
FIG 7: alternatives Prinzipschaltbild eines
Pulsfeldgenerators mit RLC-Schwingkreis der Magnetisierspule; FIG 8: abklingende elektrische Schwingung bei der
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
FIG 9: zeitlich parallel zur abklingenden Schwingung aus FIG 8 verlaufende Messung am ersten Magnetsensor, korrigiert durch eine parallele Messung am zweiten Magnetsensor.
Die Figur 1 zeigt schematisch ein bekanntes PFM (=Pulsed Field Magnetometer = Pulsfeldmagnetometer) , bei dem die
Magnetisierspule S das Magnetfeld ß erzeugt. Dieses
Magnetfeld dient dazu, den Permanentmagnet PM zu
magnetisieren . Durch das angelegte Magnetfeld ß wird der
Magnet magnetisiert und erzeugt ein Feld in seiner näheren Umgebung ß . Dies kann in der Aufnehmerspule MSI gemessen werden und durch entfernte Anordnung der Aufnehmerspule MS2 vom angelegten Feld ß getrennt werden. Befindet sich der
Magnet PM in einer Stahlumgebung Bl und soll dieser Magnet qualitätstechnisch untersucht werden, so kann erfindungsgemäß der Einfluss der Stahlumgebung Bl mit einem in der Figur 2 gezeigten Aufbau kompensiert werden. Dazu wird eine Kopie B2 der Stahlumgebung Bl äquivalent im Magnetfeld ß der
Magnetisierungsspule S angeordnet, jedoch wird der
Permanentmagnet nur in die Umgebung Bl eingefügt. Die Tasche PM λ bleibt leer. Unter „Kopie" wird dabei verstanden, dass die Kopie der Stahlumgebung B2 so ausgebildet sein muss, dass die Messspule MS2 an der Kopie B2 die gleiche Beeinflussung durch den Stahl erfährt wie die Messspule MSI durch die
Stahlumgebung Bl .
Die gleiche Technik kann auch auf einen zylindrischen Körper Bl mit eingebetteten Magneten PM übertragen werden. Dabei kann der Körper von einer Stahlumgebung C eingeschlossen sein, wie zu sehen im Querschnitt der Anordnung in Figur 3. Die Magnetisierspulen S sind dabei innen und außen vom zylindrischen Körper Bl angeordnet. Bei der Magnetisierung werden nun die Magneten PM magnetisiert und die erzeugten Felder mit den Spule MSI gemessen. In Figur 4 ist der
Längsquerschnitt der Anordnung gezeigt. Zu sehen ist der zylindrische Stahl Bl, die Magnetisierspule S sowie die mögliche Stahlumgebung C. Wie in Figur 5 zu sehen ist, kann das Feld ß in unmittelbarer Nähe des Magneten PM vom
Einfluss der Stahlumgebung Bl getrennt werden, indem die Stahlumgebung B2 eingeführt wird. Zur Trennung wird dabei das Feld ß durch die Messspulen MSI gemessen und durch die
Messung des Feldes ß in der Messspule MS2 kompensiert.
In Figur 9 wird der Feldstärkeverlauf des Feldes H - ju0ß in Abhängigkeit der Zeit gezeigt. Parallel dazu ist der resultierende Verlauf der Polarisation Jmag = μ0Μmag in
Abhängigkeit der Zeit bezüglich der Anregung Happ gezeigt. Im ersten Schritt werden die Magnete PM magnetisiert. Die volle Sättigung ist dabei in Punkt 1 erreicht. Im darauffolgenden Nulldurchgang des Feldes kann die Remanenz ßr der
Permanentmagneten PM gemessen. Danach werden im zweiten
Abschnitt (2. Max. magn. stress) die Magneten PM durch ein negatives Feld H belastet (Punkt 2), was die Magneten in den Arbeitspunkt 2 bringen. Die Feldstärke ist dabei gerade genau so groß, wie die maximale Belastung, welche die
Magneten PM nach Verlassen der Anordnung ausgesetzt sein werden. Im dritten Teil (3. Recheck for Br ) wird nun die Remanenz Br des Magneten beim Nulldurchgang von
Halbschwingung 2 zu 3 überprüft. Dadurch können abweichende Remanenzen Br gegenüber dem vorher festgelegten Toleranzband festgestellt werden. In einem vierten Schritt (4. Measure elec. Conductivity) kann nun die elektrische Leitfähigkeit des Magneten überprüft werden, in dem ein Feld gemäß
Halbschwingung 3 erzeugt wird. Mit Hilfe der Punkte 4.1 und 4.2 kann dann die Leitfähigkeit bestimmt werden. Ein solcher Feldverlauf H kann beispielsweise mit der Schaltung in Figur 6 erzeugt werden. Dabei wird der Kondensator C auf eine Ladenendspannung aufgeladen. Nach Erreichen der Spannung wird der Schalter SWl geschlossen. Der erzeugte Strom
entlädt sich dann über der Spule, die im Ersatzschaltbild durch die Induktivität Lload und den Widerstand Rload
dargestellt ist. Die Diode D1 bildet zusammen mit dem einstellbaren Widerstand Rfree den Freilaufkreis . Der von der Schaltung erzeugte Strom, welcher das Feld ti zur Folge hat, ist in der Figur 8 gezeigt. Dabei kann die positive Maximalamplitude durch die Ladenendspannung am Kondensator, die negative Minimalamplitude durch Verstellen des
Widerstandes festgelegt werden.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Möglichkeit mit der ein solcher Stromverlauf erzeugt werden kann. Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass die Halbschwingungen HS1 bis HS4 einzeln erzeugt werden können und zwischen ihnen auch eine Pause stattfinden kann, um beispielsweise die Spulen abkühlen zu lassen. Dazu wird der Kondensator C auf Ladenendspannung geladen. Dies kann positiv durch Zünden der Thyristoren Ί und 4 auf den Kondensator gegeben werden. Nach dem
vollständigen Laden wird der Schalter SW1 geschlossen und eine Stromhalbschwingung erzeugt, welcher in der Spule, die auch hier durch Lload und Rload dargestellt wird, ein Feld H erzeugt. Nach dem Umladen des Kondensators d.h. durch Zündung der Thyristoren T2 und T3 kann nun eine negative
Halbschwingung erzeugt werden, nach Vorbild der zweiten
Halbschwingung HS2 aus Figur 8. Durch das Umladen des Kondensators mit Hilfe der Thyristoren Τλ und T4 kann nun die dritte Halbschwingung HS3 erzeugt werden, mit welcher die elektrische Leitfähigkeit bestimmt werden kann. Alle
Amplituden der Stromhalbschwingungen können durch die
Ladenendspannung am Kondensator eingestellt werden, welche nun für jede Halbschwingung einzeln zu bestimmen sind.
Insgesamt offenbart die Anmeldung also auch eine
Aufmagnetisieranordnung zur Magnetisierung mindestens eines Werkstücks aus hartmagnetischem Material, wobei das Werkstück in einem ersten, zumindest teilweise aus Metall oder
Kunststoff bestehenden, Bauteil eingebaut ist und mittels eines Magnetisierungsimpulses zu einem Permanentmagneten formiert wird. Außerdem offenbart die Anmeldung auch ein Verfahren zur Aufmagnetisierung mindestens eines in einem ersten Bauteil eingebauten hartmagnetischen Werkstücks durch einen Magnetisierpuls einer in einem elektrischen
Schwingkreis befindlichen Magnetisierungsspule, wobei mit dem Magnetisierpuls eine abklingende Schwingung über mindestens drei Halbschwingungen oder drei alternierende Halbwellen mit abklingender Amplitude erzeugt werden, die Magnetisierung in der ersten Halbschwingung erfolgt, die zweite Halbschwingung ein Gegen-Magnetfeld erzeugt, wobei deren Amplitude auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, und beim Nulldurchgang zur dritten Halbschwingung die Remanenz des Permanentmagneten gemessen wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen
Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den
Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombination aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden .

Claims

Patentansprüche
1. Aufmagnetisieranordnung zur Aufmagnetisierung
mindestens eines Werkstücks aus hartmagnetischem
Material, wobei das Werkstück vorzugsweise in einem ersten, zumindest teilweise aus Metall und/oder
Kunststoff bestehenden, Bauteil (Bl) eingebaut ist, und mittels eines Magnetisierungsimpulses zu einem
Permanentmagneten (PM) aufmagnetisiert wird, und zur unmittelbar folgenden Überprüfung der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten (PM) im
eingebauten Zustand, aufweisend:
1.1. mindestens eine Magnetisierungsspule (S) zur Erzeugung eines Magnetisierungsfeldes (BMag) ,
- wobei im Magnetisierungsfeld (BMag) das erste Bauteil
(Bl) und ein zweites, zumindest teilweise aus Metall und/oder Kunststoff bestehendes, Bauteil (B2)
angeordnet sind und die beiden Bauteile (Bl, B2) sich zumindest in zwei parallelen Schnittebenen gleichen, - und wobei das von der Magnetisierungsspule (S) erzeugte Magnetisierungsfeld am Einbauort des
mindestens einen Permanentmagneten (PM) und am
äquivalenten Ort (PM' ) im zweiten Bauteil (B2) gleich ist,
1.2. mindestens ein erster Magnetfeldsensor (MSI), welcher im homogenen Feldbereich des mindestens einen, im ersten Bauteil (Bl) eingebauten, Permanentmagneten (PM) angeordnet ist,
1.3. und mindestens ein zweiter Magnetfeldsensor (MS2),
welcher relativ zum zweiten Bauteil (B2) gleich
angeordnet ist, wie der erste Magnetfeldsensor (MSI) relativ zum ersten Bauteil (Bl) .
2. Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 1, dadurch ge kennze ichnet , dass das erste Bauteil (Bl) der Rotor eines
Elektromotors oder eines Generators ist.
3. Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 2, dadurch ge kennze ichnet , dass das zweite Bauteil (B2) ein im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse zum Rotor identisches Bauteil ist.
4. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennze i chnet , dass das erste Bauteil (Bl) mit eingebautem mindestens einen Permanentmagneten (PM) im Bereich des Magnetisierungsfeldes (BMag) angeordnet ist und gleichzeitig das zweite Bauteil (B2) ebenfalls im Magnetisierungsfeld (BMag) angeordnet ist.
5. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennze i chnet , dass die Bauteile (Bl, B2) als geblechte Bauteile ausgeführt sind und deren
Blechebenen vorzugsweise normal oder parallel zur Richtung des Magnetisierungsfeldes (BMag) angeordnet sind .
6. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennze i chnet , dass die Magnetfeldsensoren (MSI, MS2) in ihrer Messrichtung normal zur Richtung des Magnetisierungsfeldes (BMag) am Ort der Messung des Magnetfeldsensors (MSI, MS2) ausgerichtet angeordnet sind .
7. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennze i chnet , dass die Magnetfeldsensoren (MSI, MS2) senkrecht zur Richtung des
Magnetisierungsfeldes (BMag) versetzt angeordnet sind.
8. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennze i chnet , dass die erste Schnittebene derart angeordnet ist, dass zumindest der Einbauort des mindestens einen Permanentmagneten (PM) im ersten
Bauteil (Bl) schneidet und die zweite Schnittebene den geometrisch äquivalenten Ort (PM' ) im zweiten Bauteil (B2) schneidet.
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennze i chnet , dass der erste Magnetfeldsensor (MSI) unmittelbar an oder um den mindestens einen
Permanentmagneten (PM) angeordnet ist.
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennze i chnet , dass zumindest einer der
Magnetfeldsensoren (MSI, MS2) als Messspule ausgebildet ist .
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennze i chnet , dass zumindest einer der
Magnetfeldsensoren (MSI, MS2) als Hall-Sensor, AMR- Sensor (AMR = anisotropic magneto resistance)
ausgebildet ist.
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennze i chnet , dass die Magnetfeldsensoren (MSI, MS2) von einem ferromagnetischen Material umgeben sind .
Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 12, dadurch gekennze ichnet , dass zur Entmagnetisierung des ferromagnetischen
Materials zusätzliche Entmagnetisierungsspulen
angeordnet sind. Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennze i chnet , dass mindestens ein nicht- ferromagnetischer Spalt im Bereich der
Magnetisierungsspule (S) angeordnet ist, welcher den Fluss des Magnetfeldes (BMag) der Magnetisierungsspule (S) lenkt.
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennze i chnet , dass die Magnetisierungsspule (S) an einen variabel einstellbaren Pulsstromgenerator (P) angeschlossen ist, welcher dazu ausgebildet ist, negative und positive Stromhalbschwingungen unabhängig voneinander einzustellen.
Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 15, dadurch gekennze ichnet , dass der Pulsstromgenerator (P) programmierbar ausgeführt ist und einen Speicher zur Speicherung mindestens eines Computerprogramm aufweist, das im Betrieb ausgeführt wird, wobei das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass es ein Verfahren zur Aufmagnetisierung und Überprüfung der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten (PM) in einem Arbeitsgang ausführt.
Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 16, dadurch gekennze ichnet , dass das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass:
a) der mindestens eine Permanentmagnet (PM) durch Abgabe eines Stromimpulses mit frei einstellbaren positiven und negativen Stromamplituden an einer
Magnetisierspule (S) in einem elektrischen Schwingkrei aufmagnetisiert wird, wobei eine Schwingung mit mindestens drei abklingenden Halbschwingungen
(=Halbperioden) erzeugt wird, b) in der ersten Halbschwingung der mindestens eine Permanentmagnet (PM) aufmagnetisiert wird,
- die negative Halbschwingung derart eingestellt wird, dass ein, dem Magnetfeld des frisch aufmagnetisierten Permanentmagneten (PM) entgegen gerichtetes Gegen- Magnetfeld mit vorgegebener Stärke erzeugt wird, c) und im zweiten Nulldurchgang (= Übergang zwischen der zweiten und dritten Halbschwingung) die von dem mindestens einen Permanentmagneten (PM) erzeugte remanente Magnetfeldstärke (=Remanenzflussdichte) bestimmt wird.
Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 17, dadurch gekennze ichnet , dass das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass die zum Zeitpunkt des zweiten
Nulldurchgangs bestimmte remanente Magnetfeldstärke des mindestens einen Permanentmagneten (PM) durch Messung der Magnetfeldstärke am ersten Magnetfeldsensor (MSI) und Korrektur mit der am zweiten Magnetfeldsensor (MS2) gemessenen Magnetfeldstärke gemäß der Formel
jj jj
ΜΜησ - Mag — bestimmt wird wobei gilt:
Mas μ{)(\-Νά)
- Bapp = vom zweiten Magnetfeldsensor gemessene magnetische Flussdichte am zweiten Bauteil ohne
Permanentmagnet ;
~~ ^Mag = vom ersten Magnetfeldsensor gemessene magnetische Flussdichte am ersten Bauteil am
Permanentmagnet ;
~ MMag = durch den Permanentmagneten erzeugte Magnetisierung;
- Nd = Demagnetisierungsfaktor ;
- ju0 = magnetische Permeabilität des Vakuum.
19. Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 18, dadurch gekennze ichnet , dass das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass bei einer festgestellten Magnetfeldstärke des mindestens einen Permanentmagneten (PM) unter einem vorgegebenen Wert, der jeweilige
Permanentmagnet (PM) als fehlerhaft, zumindest
bezüglich seiner Magnetisierung, angesehen wird.
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 16 bis 19, dadurch
gekennze i chnet , dass das mindestens eine
Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass eine Schwingung mit mindestens vier abklingenden
Halbschwingungen (Halbperioden) im Schwingkreis erzeugt wird, wobei durch Messung der Zeitdauer der vierten Halbschwingung (= Dauer zwischen dem dritten und vierten Nulldurchgang) die elektrische Leitfähigkeit des mindestens einen Permanentmagneten (PM) bestimmt wird .
Aufmagnetisieranordnung gemäß dem voranstehenden
Patentanspruch 20, dadurch gekennze ichnet , dass das mindestens eine Computerprogramm derart ausgestaltet ist, dass bei einer Schwingungsdauer außerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches, der
jeweilige Permanentmagnet (PM) als fehlerhaft,
zumindest bezüglich seiner elektrischen Leitfähigkeit, angesehen wird.
22. Magnetisierungsvorrichtung, dadurch
gekennze i chnet , dass sie die Merkmale der
Aufmagnetisieranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 aufweist.
Verfahren zur Aufmagnetisierung mindestens eines m einem ersten Bauteil (Bl) eingebauten hartmagnetischen Werkstücks durch einen Magnetisierpuls einer in einem elektrischen Schwingkreis befindlichen
Magnetisierungsspule (S) vor, wobei mit dem
Magnetisierpuls eine abklingende Schwingung über mindestens drei Halbschwingungen erzeugt wird, die Magnetisierung in der ersten Halbschwingung erfolgt, die zweite Halbschwingung ein Gegen-Magnetfeld erzeugt, wobei deren Amplitude auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, und beim Nulldurchgang zur dritten Halbschwingung die Remanenz des Permanentmagneten gemessen wird.
Verfahren der Aufmagnetisierung und unmittelbaren
Überprüfung mindestens eines in einem Bauteil (Bl) angeordneten Permanentmagneten (PM) , vorzugsweise gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 23, wobei die
folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:
a) Magnetisierung des mindestens einen
Permanentmagneten (PM) mittels eines
Magnetisierungsimpulses im Magnetfeld einer
Magnetisierungsspule (S) durch Abgabe eines
Stromimpulses mit frei einstellbaren positiven und negativen Stromamplituden an einer Magnetisierungsspule (S) in einem elektrischen Schwingkreis, wobei
mindestens drei alternierende Halbschwingungen mit abnehmender Amplitude erzeugt werden,
b) Bestimmung des durch den mindestens einen
Permanentmagneten (PM) erzeugten Magnetfeldes in einem zweiten Nulldurchgang (= Übergang zwischen der zweiten und dritten Halbschwingung) der abklingenden Schwingung durch einen ersten Magnetfeldsensor (MSI) an dem mindestens einen Permanentmagneten (PM) unter Korrektur des Messwertes durch einen Messwert eines zweiten
Magnetfeldsensors (MS2) innerhalb des Magnetfeldes (BMag) der Magnetisierungsspule (S), die von dem
mindestens einen Permanentmagneten (PM) weiter
beabstandet angeordnet ist als der erste
Magnetfeldsensor (MSI), zur Ermittlung der Qualität der Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten (PM) .
25. Verfahren gemäß einem der voranstehenden
Patentansprüche 23 bis 24, dadurch gekennze i chnet , dass die elektrische
Leitfähigkeit des mindestens einen Permanentmagneten (PM) durch Bestimmung der Dauer der vierten
Halbschwingung ermittelt wird, wobei vorzugsweise aus einer statistisch relevanten zeitlichen Abweichung gegenüber einer vorhergehenden Versuchsreihe auf einen fehlerhafte Permanentmagneten (PM) geschlossen wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden
Patentansprüche 23 bis 24, dadurch
gekennze ichnet , dass die elektrische
Leitfähigkeit kmag des mindestens einen
Permanentmagneten (PM) bestimmt wird, durch zwei zeitlich versetzte Messungen der magnetischen
Flussdichte ßMag an einem zweiten Bauteil (B2) ohne
Permanentmagnet und der magnetischen Flussdichte ß am ersten Bauteil (PI) am Permanentmagneten (PM) , wobei die Messung in einer der ersten ganzen Schwingung folgenden positiven Halbschwingung, vorzugsweise der dritten Halbschwingung, jeweils beim Durchlaufen gleicher Stromstärke jedoch einerseits mit positiver und andererseits mit negativer Steigung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden
Patentansprüche 23 bis 25, dadurch
gekennze i chnet , dass nach dem Erreichen der Mindestanzahl der Halbschwingungen der Schwingkreis geöffnet und/oder die Schwingung beendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden
Patentansprüche 23 bis 27, dadurch
gekennze i chnet , dass ein Bauteil (Bl) aus der nachfolgenden Liste verwendet wird:
- Rotor eines Elektromotors,
- Stator eines Elektromotors,
- Rotor eines Generators,
- Stator eines Generators,
- Magnetsystem eines Lautsprechers.
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