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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines magnetisch geschwächten Seltene Erden-Kobalt-Magneten, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schwächung mit Hilfe eines Wechselfeldes (6) mit abnehmender Amplitude durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Schwächung verwendete Wechselfeld (6) mit abnehmender Amplitude mittels eines bedämpften Wechselstromimpulses erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bedämpfte Wechselstromimpuls durch eine Entladung eines RCL-Kreises erzeugt wird.
4. Magnetisch geschwächter Magnet, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisch geschwächten Seltene Erden-Kobalt Magneten.
Samariumkobaltmagnete, welche zu den Permanentmagneten gehören, die aus intermetallischen Verbindungen von Seltenen Erden mit sogenannten 3d-Metallen bestehen, sind bekannt. Sie werden als gesinterte Magnete, als Gussmagnete sowie als kunststoffgebundene Magnete hergestellt. Bei der Untersuchung der Langzeitstabilität von SmCoS Magneten, welche nach der Magnetisierung mit Hilfe von Gegenimpulsen mehr als 10% geschwächt worden sind, ist festgestellt worden, dass deren Magnetstärke nach dem Durchlaufen einer höheren Temperatur irreversibel angestiegen ist. Dieser Anstieg stellt die Verwendung solcher Magnete in genauen Messgeräten, in Elektrizitätszählern u.dgl. in Frage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass der Magnet auch nach Durchlaufen einer höheren Temperatur keinen oder nur einen derart geringen Anstieg der Magnetstärke aufweist, dass dieser Anstieg auch bei genauen Messgeräten vernachlässigt werden kann.
Die gestellte Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Im Anspruch 4 ist ein nach diesem Verfahren hergestellter magnetisch geschwächter Magnet beansprucht.
Die gemäss dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren hergestellten und auf einen geforderten Wert geschwächten Magnete bleiben stabil, d.h. sie ändern ihre Magnetstärke unter dem Einfluss von Temperaturen im oben angeführten Sinne nicht. Somit wird die Genauigkeit der mit solchen Magneten ausgestatteten Messgeräte durch Temperatureinflüsse nicht beeinträchtigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein H, M Diagramm eines bekannten thermisch stabilisierten und geschwächten SmCoS Magneten,
Fig. 2 ein H, M Diagramm desselben Magneten beim Schliessen und Öffnen des magnetischen Kreises und
Fig. 3 ein H, M Diagramm eines SmCoS Magneten nach der Erfindung.
Es ist bekannt, dass die Samariumkobaltmagnete eine der Temperatur umgekehrt proportionale Koerzitivfeldstärke aufweisen. Obwohl dies ein reversibler Vorgang ist, werten dabei irreversible Verluste der Magnetisierung verursacht.
Um diese Verluste vorwegzunehmen, werden die Magnete durch Anlassen bei ca. 20 C über die max. Betriebstemperatur erhöhter Temperatur thermisch stabilisiert, wobei ein Teil ihrer Magnetisierung M verloren geht. Werden solche Magnete mit Hilfe eines Gegenfeldes auf einen geforderten Wert geschwächt, so werden sie beim Durchlaufen einer erhöhten Temperatur wieder instabil, wenn auch im Sinne zunehmender Magnetisierung M.
Dieses Phänomen bei den Samariumkobaltmagneten kann im magnetisch gescherten Zustand etwa wie folgt erklärt werden: Durch Bildung eigener Pole stehen die Magnete unter ständiger selbstentmagnetisierender Wirkung gemäss der Gleichung.
He=NM, die mit der Polarisation J und der Permeabilitätskonstante des leeren Raumes pO wie folgt verknüpft ist: B = ,H+,M =,H+J, woraus M = J/,UO resultiert.
Dabei bedeuten:
He das entmagnetisierende Feld
N den Entmagnetisierungsfaktor
M die Magnetisierung
B die Induktion und
H die Feldstärke.
Infolge des negativen Temperaturkoeffizienten der Remanenz nimmt die Magnetisierung M und die entmagnetisierende Feldstärke He mit steigender Temperatur ab. Solche Magnete werden gleichzeitig magnetisch weicher. Folglich werden derartige Magnete nach dem Ummagnetisieren (Schwächen) durch Gegenimpulse einige Weisssche Domänen aufweisen, die wegen ihrer nicht fest verankerten Blochwände instabil sind und nach Durchlaufen einer erhöhten Temperatur wieder in Richtung der Magnetisierung eindrehen. Dies hat sodann zur Folge, dass solche Magnete ihre Magnetisierung M ändern.
Versuche mit Blöcken SmCo5 von 10 x 16 x 2,3 mm, die bis zur Sättigung magnetisiert, bei einer Temperatur von 250 C während 2 Stunden thermisch stabilisiert und mit Hilfe von Gegenimpulsen um ca. 40% geschwächt worden sind, haben die oben erwähnte Theorie bestätigt. Dabei wurden die Magnete durch Weicheisen kurzgeschlossen, um die entmagnetisierende Wirkung der Eigenpole zu schwächen.
Bereits nach dem Entfernen der Kurzschlusseisen ohne vorangehende Erwärmung sind die Magnete um ca. 4% stärker geworden. Wurden die Magnete samt den Kurzschlusseisen auf 150 C erwärmt, so betrug die Erhöhung ihrer Magnetstärke nach dem Entfernen des Kurzschlusseisens sogar 7%.
Die Entmagnetisierungslinie 1 der Samariumkobaltmagnete weist einen teilweise geradlinigen Verlauf 3 auf, wie dies aus dem H, M-Diagramm in den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist.
Dieser geradlinige Teil 3 der Entmagnetisierungslinie 1 führte bisher zur irrigen Meinung, dass eine Abschwächung dieser Magnete mit Hilfe eines Wechselfeldes, wie dies bei den AlNiCo-Magneten üblich ist, nicht erforderlich ist und dass eine mit Hilfe von Gegenimpulsen 2 durchgeführte Schwächung die Anforderungen an die Langzeitstabilität derartiger Magnete vollständig erfüllt. Die Verhältnisse bei der Schwächung solcher Magnete mit Hilfe von Gegenimpulsen 2 sind aus der Fig. 1 ersichtlich. Der Arbeitspunkt Ao im Schnittpunkt der Scherungsgeraden a (He = -NM) mit dem geradlinigen Teil 3 der Entmagnetisierungslinie 1 durchläuft dabei bloss einen Teil der inneren Hystereseschleife (Lanzette) 4, bis er im Punkt Al an der Scherungsgeraden a ankommt.
Die Premeabilität, die einem durch die Tangente T zur inneren Hystereseschleife 4 mit der Koordinate gebildeten Winkel a entspricht, ist grösser als die des permanenten magnetischen Zustandes,, da der Punkt A1 auf dem konkaven Ast der inneren Hystereseschleife 4 liegt. Der Magnetisierungsgewinn beim Kurzschliessen und Offnen der Magnetpole lässt sich
anhand des H, M Diagramms der Fig. 2 erklären. Beim Kurzschliessen der Magnetpole wird die Scherungsgerade vorübergehend steiler (Scherungsgerade b) als die Scherungsgerade a bei offenen Magnetpolen. Der Arbeitspunkt Al wandert beim Durchlaufen der inneren Hystereseschleife 4 nach A2. Beim Öffnen der Magnetpole fällt der Arbeitspunkt A2 in den Arbeitspunkt A3 auf der alten Scherungsgeraden a. Der dabei erzielte Magnetisierungsgewinn AM ist auf die magnetische, durch die innere Hystereseschleife 4, 5 dargestellte Hysterese zurückzuführen. Die selben Verhältnisse und Erscheinungen entstehen auch bei einer vorübergehenden Erwärmung eines mit Gegenimpulsen geschwächten Samariumkobaltmagneten.
Das Diagramm der Fig. 2 mit dem Magnetisierungsgewinn AM zeigt, dass solche mit Gegenimpulsen abgeschwächten Magnete permanentmagnetisch unstabil sind.
Ein permanentmagnetisch stabiler Samariumkobaltmagnet wird gemäss der Erfindung durch die Abschwächung mit Hilfe eines Wechselfeldes 6 (Fig. 3) mit abnehmender Amplitude geschaffen. Das angewendete Wechselfeld 6 kann mittels eines bedämpften Wechselstromimpulses erzeugt werden, welcher z.B. durch die Entladung eines RCL-Kreises entsteht.
Die Verhältnisse sind in der Fig. 3 eingezeichnet. Der Arbeitspunkt Ao durchläuft dabei mehrere innere Hystereseschleifen (Lanzetten) 7, 8, 9, 10, bis er den Punkt E erreicht. Der magnetische Endzustand ist durch eine durch die Punkte Al, C, E, D und B gelegte Zustandsgerade 11 gegeben, deren Nei gung der permanenten Permeabilität pp :t 1 für SmCo5 Ma- gnete entspricht. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, muss der geradlinige Verlauf der durch die Zustandsgerade 11 dargestellten Charakteristik durch das Wechselfeld 6 mit abnehmender Amplitude erzielt werden, obwohl die Samariumkobaltmagnete eine geradlinige äussere Entmagnetisierungscharakteristik aufweisen.
Ein Versuch mit losen SmCo5 Magneten der Abmessung 10 x 16 x 2,3 mm hat bestätigt, dass die auf diese Art geschwächten Magnete permanentmagnetisch stabil sind. Die Magnete wurden senkrecht zur grössten Fläche bis zur Sättigung magnetisiert und das magnetische Moment mit Förster Sonden gemessen. Nach einer thermischen Stabilisierung bei 250 C während 2 Stunden und nach einer Schwächung zwischen 30% bis 70% in einem Wechselfeld 6 mit abnehmender Amplitude konnte beim vorübergehenden Erwärmen auf 85 C, 150 C und 220 C keine Veränderung der Magnetisierung festgestellt werden.
Die mit Hilfe des Wechselfeldes mit abnehmender Amplitude geschwächten Samariumkobaltmagnete eignen sich somit für die Verwendung in genauen Messgeräten, z.B. in Elektrizitätszählern.
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PATENT CLAIMS
1. A method for producing a magnetically weakened rare earth cobalt magnet, characterized in that the magnetic weakening is carried out with the aid of an alternating field (6) with decreasing amplitude.
2. The method according to claim 1, characterized in that the alternating field (6) used for the weakening is generated with decreasing amplitude by means of a damped alternating current pulse.
3. The method according to claim 2, characterized in that the damped AC pulse is generated by a discharge of an RCL circuit.
4. Magnetically weakened magnet, produced by the method according to claim 1.
The invention relates to a method for producing a magnetically weakened rare earth cobalt magnet.
Samarium cobalt magnets, which belong to the permanent magnets, which consist of intermetallic compounds of rare earths with so-called 3d metals, are known. They are manufactured as sintered magnets, as cast magnets and as plastic-bonded magnets. When examining the long-term stability of SmCoS magnets, which were weakened by more than 10% after counter-pulse magnetization, it was found that their magnet strength increased irreversibly after passing through a higher temperature. This increase represents the use of such magnets in accurate measuring devices, in electricity meters and the like. in question.
The invention is based on the object of designing a method of the type mentioned at the outset such that, even after passing through a higher temperature, the magnet has no or only such a small increase in magnet strength that this increase can also be neglected in the case of precise measuring devices.
The object is achieved by the features specified in claim 1. Claim 4 claims a magnetically weakened magnet produced by this method.
The magnets produced according to the method specified in claim 1 and weakened to a required value remain stable, i.e. they do not change their magnetic strength under the influence of temperatures in the above sense. The accuracy of the measuring devices equipped with such magnets is therefore not impaired by temperature influences.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing.
Show it:
1 is an H, M diagram of a known thermally stabilized and weakened SmCoS magnet,
Fig. 2 is an H, M diagram of the same magnet when closing and opening the magnetic circuit and
Fig. 3 is an H, M diagram of a SmCoS magnet according to the invention.
It is known that the samarium cobalt magnets have a coercive field strength that is inversely proportional to the temperature. Although this is a reversible process, it values irreversible losses caused by magnetization.
To anticipate these losses, the magnets are tempered at approx. 20 C above the max. Operating temperature increased temperature thermally stabilized, with a part of its magnetization M is lost. If such magnets are weakened to a required value with the help of an opposing field, they become unstable again when passing through an elevated temperature, albeit in the sense of increasing magnetization M.
This phenomenon with the samarium cobalt magnets can be explained in the magnetically sheared state as follows: By forming their own poles, the magnets are under constant self-demagnetizing effect according to the equation.
He = NM, which is linked to the polarization J and the permeability constant of the empty space pO as follows: B =, H +, M =, H + J, which results in M = J /, UO.
Mean:
Hey the demagnetizing field
N the demagnetization factor
M the magnetization
B induction and
H the field strength.
As a result of the negative temperature coefficient of remanence, the magnetization M and the demagnetizing field strength He decrease with increasing temperature. Such magnets become magnetically softer at the same time. Consequently, such magnets after remagnetization (weaknesses) due to counter-impulses will have some Weiss domains which are unstable because of their Bloch walls which are not firmly anchored and which will turn back in the direction of the magnetization after passing through an elevated temperature. This then has the consequence that such magnets change their magnetization M.
Experiments with SmCo5 blocks of 10 x 16 x 2.3 mm, which magnetized to saturation, were thermally stabilized at a temperature of 250 C for 2 hours and weakened by approx. 40% with the aid of counter-pulses, have the theory mentioned above approved. The magnets were short-circuited by soft iron to weaken the demagnetizing effect of their own poles.
Even after removing the short-circuit irons without prior heating, the magnets became approx. 4% stronger. If the magnets including the short-circuit iron were heated to 150 ° C, the increase in their magnetic strength after removing the short-circuit iron was as much as 7%.
The demagnetization line 1 of the samarium cobalt magnets has a partially straight course 3, as can be seen from the H, M diagram in FIGS. 1 and 2.
This rectilinear part 3 of the demagnetization line 1 has so far led to the erroneous opinion that a weakening of these magnets with the aid of an alternating field, as is customary with the AlNiCo magnets, is not necessary and that a weakening carried out with the aid of counter pulses 2 meets the requirements for the Long-term stability of such magnets fully met. The relationships in the weakening of such magnets with the aid of counter pulses 2 can be seen from FIG. 1. The working point Ao at the intersection of the shear line a (He = -NM) with the straight-line part 3 of the demagnetization line 1 only passes through part of the inner hysteresis loop (lancet) 4 until it arrives at the shear line a at point A1.
The premeability, which corresponds to an angle a formed by the tangent T to the inner hysteresis loop 4 with the coordinate, is greater than that of the permanent magnetic state, since the point A1 lies on the concave branch of the inner hysteresis loop 4. The magnetization gain when short-circuiting and opening the magnetic poles can be
explain using the H, M diagram of FIG. 2. When the magnetic poles are short-circuited, the shear line becomes temporarily steeper (shear line b) than the shear line a with open magnetic poles. The working point Al migrates to A2 as it passes through the inner hysteresis loop 4. When opening the magnetic poles, the working point A2 falls into the working point A3 on the old shear line a. The magnetization gain AM achieved here is due to the magnetic hysteresis represented by the inner hysteresis loop 4, 5. The same conditions and phenomena also arise when a samarium cobalt magnet, which is weakened by counter-impulses, is temporarily heated.
The diagram in FIG. 2 with the gain in magnetization AM shows that magnets weakened with counter pulses are permanently magnetically unstable.
A permanent magnetically stable samarium cobalt magnet is created according to the invention by the weakening with the help of an alternating field 6 (FIG. 3) with decreasing amplitude. The applied alternating field 6 can be generated by means of a damped alternating current pulse, which e.g. is created by the discharge of an RCL circuit.
The relationships are shown in FIG. 3. The working point Ao runs through several inner hysteresis loops 7, 8, 9, 10 until it reaches point E. The final magnetic state is given by a straight line 11 through the points Al, C, E, D and B, the inclination of which corresponds to the permanent permeability pp: t 1 for SmCo5 magnets. As can be seen from this diagram, the rectilinear course of the characteristic represented by the state line 11 must be achieved by the alternating field 6 with decreasing amplitude, although the samarium cobalt magnets have a rectilinear external demagnetization characteristic.
A test with loose SmCo5 magnets measuring 10 x 16 x 2.3 mm confirmed that the weakened magnets are permanently magnetically stable. The magnets were magnetized perpendicular to the largest surface until saturation and the magnetic moment was measured with Förster probes. After a thermal stabilization at 250 C for 2 hours and after a weakening between 30% to 70% in an alternating field 6 with decreasing amplitude, no change in the magnetization was found during the temporary heating to 85 C, 150 C and 220 C.
The samarium cobalt magnets weakened with the help of the alternating field with decreasing amplitude are therefore suitable for use in precise measuring devices, e.g. in electricity meters.