DE112011105011B4 - Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke, die zumindest Folgendes aufweist: ein Joch, das einen Einführungsraum aufweist, in den ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke einzuführen ist, wobei der Magnet mit der verteilten Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die jeweils eine andere Koerzitivfeldstärke aufweisen; eine Magnetisierungsspule, die an dem Joch ein Magnetfeld erzeugt; Suchspulen, die eine Magnetisierungsänderung erfassen, wenn das Magnetfeld an den Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke angelegt wird; und eine Auswerteeinrichtung, die eine Entmagnetisierungskurve auf Basis eines Spannungswerts erstellt, der aufgrund der Magnetisierungsänderung erzeugt wird, wobei das Joch eine Stirnfläche aufweist, die dem Einfügungsraum zugewandt ist, wobei in der Stirnfläche zwei oder mehr schleifenförmige Gewindekerben mit einer Tiefe von 1 mm oder weniger und einer Breite von 0,3 mm ausgenommen sind, in jeder von den Gewindekerben eine Suchspule vorgesehen ist, jede Suchspule einen Leiterdraht und einen diesen umschließenden isolierenden Mantel aufweist, wobei der Magnet mit der verteilten Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die so definiert sind, dass jede Teilzone einer Suchspule entspricht, und ein Spannungswert aufgrund einer Magnetisierungsänderung, der von den einzelnen Suchspulen erfasst wird, zur Auswerteeinrichtung gesendet wird, um eine Magnetisierungskurve von einer entsprechenden Teilzone zu erstellen und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren, was für sämtliche Teilzonen durchgeführt wird, um eine Koerzitivfeldstärke des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren.

Description

• GEBIET DER TECHNIK
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke, die so ausgelegt ist, dass sie eine Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke erstellt, der für Motoren und dergleichen verwendet wird, während sie eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für die Teilzone spezifiziert und diese Operationen für alle Teilzonen ausführt und somit eine Koerzitivfeldstärke des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke spezifiziert.
• TECHNISCHER HINTERGRUND
• Ein Dauermagnet, der in einem Rotor eines IPM-Motors oder dergleichen vergraben bzw. verbaut ist, muss eine Koerzitivfeldstärke aufweisen, mit der er einer Entmagnetisierung aufgrund eines äußeren Magnetfelds, das von der Seite eines Statorkerns eintritt, widerstehen kann.
• Solch ein äußeres Magnetfeld, das auf den Dauermagneten wirkt, wird, in Draufsicht auf den Rotor mit dem darin vergrabenen Dauermagneten, in der Regel an einer Ecke des Dauermagneten auf der Statorkernseite am stärksten und wird auf einer Mittenseite des Rotorkerns schwächer.
• Ein gesinteter Dauermagnet weist Metallteilchen auf, die von seiner Oberfläche aus korngrenzengestreut sind, um eine Koerzitivfeldstärke des Dauermagneten zu verbessern, und diese Metallteilchen beinhalten Seltenerden, wie Dysprosium oder Terbium. Daher ist ein wichtiges Problem, das im Hinblick auf eine Senkung der Herstellungskosten von Dauermagneten gelöst werden sollte, die Senkung des Verbrauchs dieser Metallteilchen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer gewünschten Koerzitivfeldstärkeleistung.
• Da die Stärke eines äußeren Magnetfelds, das auf einen Dauermagneten wirkt, von einem Teil des Dauermagneten zum anderen variiert, wie oben angegeben, variiert auch eine benötigte Koerzitivfeldstärke von einem Teil des Dauermagneten zum anderen. Im Hinblick auf eine Verringerung des Verbrauchs an Seltenerden, die verwendet werden, um die Koerzitivfeldstärkenleistung zu verbessern, muss ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke für jeden Teil des Dauermagneten (mit verteilter Koerzitivfeldstärke) hergestellt werden, wodurch ein Dauermagnet hergestellt werden kann, mit dem der Verbrauch an Seltenerden wie Dysprosium minimiert werden kann, um eine Verringerung der Herstellungskosten zu ermöglichen, und gleichzeitig die erforderliche Koerzitivfeldstärkenleistung zu erzielen.
• Unter dem Gesichtspunkt einer Qualitätssicherung eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke ist es sehr wichtig, die innere Verteilung der Koerzitivfeldstärke, d. h. eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jeden inneren Teil eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke, exakt zu spezifizieren. Beispielsweise kann der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke, der im Rotor für einen IPM-Motor vergraben ist, wie oben angegeben, optimal ausgelegt sein, so dass die magnetischen Eigenschaften eines Seitenteils auf der Statorseite relativ gut werden, was dem Magnetfluss von der Statorseite zuzuschreiben ist. In diesem Fall ist es sehr wichtig für die künftige Entwicklung eines Produkts (beispielsweise eines Magneten), ebenso wie für den Hersteller des Magneten und einen Hersteller, der einen Magneten verwendet, eine Koerzitivfeldstärke für jeden inneren Teil eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke im Stadium vor der Inbetriebnahme des Magneten exakt zu spezifizieren und die Qualität des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke als Spezifizierungsziel für jeden gewünschten Teil exakter zu gewährleisten.
• Derzeit besteht ein Verfahren jedoch lediglich darin, einen Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in einzelne Stücke zu zerbrechen und deren Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren. Auch wenn die Verfahren zur Messung der Koerzitivfeldstärke, die in den Patentdokumenten 1 und 2 des Standes der Technik offenbart sind, verwendet werden, kann nur eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke als Ganzes gemessen werden, und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jeden einzelnen Teil (für jede Teilzone) des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke kann nicht spezifiziert werden.
• Statt eines herkömmlichen Spezifizierungsverfahrens, das darin besteht, einen Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke zu zerbrechen und eine Koerzitivfeldstärke für jeden Teil zu spezifizieren, wird daher eine Vorrichtung gesucht, die in der Lage ist, eine Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone, die durch Teilen des Magneten in Zonen erhalten wird, zu erstellen, ohne den Magneten zu zerbrechen, und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone zu spezifizieren.
  Patentdokument 1: JP-Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2001-141701 A
  Patentdokument 2: JP-Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 05-264704 A (1993)
• DE 33 24 955 A1 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung von Permanentmagnetsegmenten und ein Prüfgerät hierfür. DE 25 42 774 A1 beschreibt eine Magnetmessvorrichtung.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• PROBLEM, DAS VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
• Angesichts der oben geschilderten Probleme ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke zu schaffen, die in der Lage ist, eine Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone zu erstellen, die durch Teilen eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in Zonen erhalten wird, ohne den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke zu zerbrechen, und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone zu spezifizieren und dies für alle Teilzonen zu implementieren, wodurch die Koerzitivfeldstärke des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone exakt spezifiziert werden kann.
• MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
• Die genannte Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke gemäß der vorliegenden Erfindung weist zumindest auf: ein Joch, das einen Einführungsraum aufweist, in den ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke einzuführen ist, wobei der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die jeweils eine andere Koerzitivfeldstärke aufweisen; eine Magnetisierungsspule, die an dem Joch ein Magnetfeld erzeugt; Suchspulen, die eine Magnetisierungsänderung erfassen, wenn das Magnetfeld an den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke angelegt wird; und eine Auswerteeinrichtung, die eine Entmagnetisierungskurve auf Basis eines Spannungswerts erstellt, der aufgrund der Magnetisierungsänderung erzeugt wird. Das Jochweist eine Stirnfläche auf, die dem Einführungsraum zugewandt ist, wobei in der Stirnfläche zwei oder mehr schleifenförmige Gewindekerben ausgenommen sind., In jeder der Gewindekerben ist eine Suchspule vorgesehen. Jede Suchspule weist einen Leiterdraht und einen diesen umschließenden isolierenden Mantel auf, wobei der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die so definiert sind, dass jede Teilzone einer Suchspule entspricht. Ein Spannungswert aufgrund einer Magnetisierungsänderung, der von den einzelnen Suchspulen erfasst wird, wirdzur Auswerteeinrichtung gesendet, um eine Magnetisierungskurve von einer entsprechenden Teilzone zu erzeugen sowie eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren, was für sämtliche Teilzonen durchgeführt wird, um eine Koerzitivfeldstärke des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren.
• Ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke, der Gegenstand einer Spezifizierung durch eine Koerzitivfeldstärke-Spezifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, kann ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke in jedem Stadium während der Herstellung des Magneten, während der Herstellung eines IPM-Motors, in den dieser Magnet eingebaut wird, und während der Herstellung eines Fahrzeugs, in das dieser IPM-Motor eingebaut wird, dessen Leistung nach der Herstellung überprüft wird, oder ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke sein, der aus einem Rotor herausgenommen wird, nachdem der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke in irgendeine Umgebung gebracht wurde, beispielsweise nach einer Probefahrt des Fahrzeugs. Beispiele für diesen Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke sind unter anderem ein Dauermagnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke und für einen Elektromotor, und er kann einen Dekomponentensystem-Neodymiummagneten, der Eisen und Bor zusätzlich zu Neodymium aufweist, einen Samarium-Cobalt-Magneten, der eine Zweikomponentensystenlegierung aus Samarium und Cobalt aufweist, einen Ferritmagneten, der Ferrioxidpulver als Haupt-Ausgangsmaterial aufweist, und einen Alnico-Magneten, der Aluminium, Nickel und Cobalt als Ausgangsmaterialien aufweist, beinhalten.
• Die Zahl der schleifenförmigen Gewindekerben, die an der Stirnfläche vorgesehen sind, die auf den Einführungsraum des Jochs als magnetische Substanz gerichtet sind, und der Suchspulen, die in diesen Gewindekerben angeordnet sind, sowie der Bereich, der von den Suchspulen umfasst wird, ändern sich auf verschiedene Weise beispielsweise abhängig vom Bereich des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke und dem Bereich der Teilzone, deren durchschnittliche Koerzitivfeldstärke spezifiziert werden soll (Teilzone bezeichnet einen Bereich, der von einer Suchspule umfasst wird, und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jeden Bereich kann beispielsweise durch die Koerzitivfeldstärke-Spezifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bestimmt werden). Wenn zwei schleifenförmige Suchspulen verwendet werden, wird der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke in zwei Teilzonen aufgeteilt, und eine Entmagnetisierungskurve wird für jede Teilzone erzeugt und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke wird für jede Teilzone spezifiziert. Wenn drei schleifenförmige Suchspulen verwendet werden, werden Entmagnetisierungskurven für drei Teilzonen erzeugt, und ihre durchschnittlichen Koerzitivfeldstärken werden spezifiziert.
• Als Auswerteeinrichtung zur Erstellung einer Entmagnetisierungskurve kann beispielsweise ein B-H-Kurvenverfolger verwendet werden. Ein Spannungswert, der auf einer Magnetisierungsänderung eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke, wenn ein Magnetfeld, das durch eine Magnetisierungsspule erzeugt wird, an den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke angelegt wird, basiert, wird von einer Suchspule erfasst, dieser Spannungswert wird von der Suchspule zu einem Integrator gesendet, der im B-H-Kurvenverfolger eingebaut ist, und der Integrator führt eine Zeitintegration der Spannungswerte, die durch die Magnetisierungsänderungen erzeugt worden sind, durch, um die magnetische Flussdichte zu berechnen. Auf Basis der magnetischen Flussdichte wird eine Entmagnetisierungskurve (B-H-Kurve, 4πI-H-Kurve) erzeugt.
• Eine Koerzitivfeldstärke (H_cj), die anhand dieser Entmagnetisierungskurve erzeugt wird, wird eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für eine Teilzone des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke entsprechend den einzelnen Suchspulen.
• Unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke werden die Anzahl der Suchspulen und ihre Trägerbereiche ordnungsgemäß angepasst, wodurch eine Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone eines gewünschten Bereichs erstellt werden und ihre durchschnittliche Koerzitivfeldstärke spezifiziert werden kann, und somit eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jeden Teil des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke präzise spezifiziert werden kann.
• Erfindungsgemäß weisen die genannten Gewindekerben eine Tiefe von 1 mm oder weniger auf.
• Magnetfeldanalysen der Erfinder haben gezeigt, dass die Tiefe der Gewindekerben 1 mm oder weniger ist und Suchspulen darin angeordnet sind, wobei die Suchspule einen Leiterdraht und einen diesen umschließenden isolierenden Mantel aufweist, wodurch eine Koerzitivfeldstärke einer Zielzone präzise mit einem Fehler von 0,1% in Bezug auf den Materialkennwert (H_cj) des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke spezifiziert werden kann.
• Die genannten Gewindekerben weisen erfindungsgemäß eine Breite von 0,3 mm oder weniger auf.
• Magnetfeldanalysen der Erfinder haben ferner gezeigt, dass bei einer Breite der Gewindekerben von 0,3 mm oder weniger eine Koerzitivfeldstärke einer Zielzone präzise mit einem Fehler von 0,1% in Bezug auf den Materialkennwert (H_cj) des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke spezifiziert werden kann.
• Somit sind die Gewindekerben mit einer Tiefe von 1 mm oder weniger und einer Breite von 0,3 mm oder weniger wünschenswert, und im Hinblick auf die herstellungsfähigen Abmessungen (z. B. Abmessungen von lackierten Drähten als isolierende Beschichtung und von Leiterdrähten aus Kupfer) der darin vorgesehenen Suchspulen können die Gewindekerben beispielsweise die Tiefe von 1 mm und die Breite von 0,3 mm aufweisen.
• Die oben beschriebene Vorrichtung zum Spezifizieren einer Koerzitivfeldstärke der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise für ein Verfahren zum Spezifizieren einer Koerzitivfeldstärke eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke verwendet werden wie nachstehend beschrieben.
• Dieses Verfahren zum Spezifizieren einer Koerzitivfeldstärke eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke dient dazu, eine Koerzitivfeldstärke eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke, bei dem die Koerzitivfeldstärke in einer Ebene, die durch Durchtrennen des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung erhalten wird, so variiert, dass die Koerzitivfeldstärke von einer Mitten- zu einer Außenrandseite in der Ebene zunimmt, wobei das Verfahren die Koerzitivfeldstärke an jeder Stelle in der Ebene spezifiziert. Das Verfahren beinhaltet die folgenden vier Schritte: einen ersten Schritt, in dem eine Mehrzahl von Teilzonen, die sich in der bevorzugten Magnetisierungsrichtung erstrecken, virtuell in Bezug auf die Ebene des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke eingerichtet werden und der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke gegenüber einer Vorrichtung angeordnet wird, die ein entgegengesetztes Magnetfeld anlegt, während Suchspulen an Positionen angeordnet werden, die den Teilzonen entsprechen, um eine Entmagnetisierungskurve, die für jede Teilzone spezifisch ist, aus den Messergebnissen der einzelnen Suchspulen zu erstellen; einen zweiten Schritt, in dem eine minimale Koerzitivfeldstärke: H_min und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke aus jeder der erstellten Entmagnetisierungskurven spezifiziert wird, und die Mittenposition der Teilzone als x1 eingerichtet wird und Positionen auf der linken und rechten Außenrandseite von der Mittenposition, deren Koerzitivfeldstärken spezifiziert werden sollen, als ±x2, ±x3 eingerichtet werden; einen dritten Schritt, in dem ein Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph unter Verwendung eines Koordinatensystems, in dem die X-Achse einen Abstand von der Mitte der Teilzone zur Außenrandseite darstellt und die Y-Achse eine Koerzitivfeldstärke bei jedem Abstand darstellt, mittels der folgenden Annahmen (1) bis (3) erstellt wird; d. h. (1) es wird angenommen, dass im Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph die Koerzitivfeldstärke: H_x1 an der Mittenposition x1 die minimale Koerzitivfeldstärke: H_min ist, (2) es wird angenommen, dass dann, wenn die Koerzitivfeldstärken an den Positionen: ±x2 und ±x3 H_–x2, H_+x2, H_–x3 und H_+x3 sind, (H_–x3 + H_–x2 + H_x1 + H_+x2 + H_+x3)/5 = durchschnittliche Koerzitivfeldstärke: H_cj, und es wird angenommen, dass H_x2 – H_x1 = H_+x3 – H_+x2; und einen vierten Schritt, in dem der genannte Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph, der für jede Teilzone spezifiziert wird, eine Koerzitivfeldstärke an jeder Stelle in dem Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke spezifiziert.
• Dieses Koerzitivfeldstärke-Spezifizierungsverfahren ist in der Lage, eine Koerzitivfeldstärke an jeder Stelle in einer Ebene des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke detailliert zu spezifizieren, wobei die Ebene durch Durchtrennen des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in der bevorzugten Magnetisierungsrichtung, d. h. in einem Querschnitt (einer Querschnittsebene) erhalten wird, wenn der Magnet in einer Richtung durchtrennt wird, die senkrecht ist zur einer Nutachse, wenn dieser Magnet in einer Rotornut angeordnet wird, wobei der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke eine solche Verteilung der Koerzitivfeldstärke zeigt, dass die Koerzitivfeldstärke von einer Mitte zu einer Außenrandsite in der Ebene zunimmt.
• Was den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke betrifft, der in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, so ist eine Seite davon in der Ebene eine Seitenfläche auf der Statorseite, und die andere, gegenüber liegende Seite ist eine Seitenfläche auf der Seite der Rotormitte.
• Da Seltenerdelemente wie Dysprosium oder Terbium eine Korngrenzenstreuung von einer Oberfläche eines Dauermagenten aus aufweisen, der durch Sintern hergestellt worden ist, um die Koerzitivfeldstärke des Magneten zu verbessern, zeigt der erhaltene Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke im Allgemeinen eine solche Verteilung der Koerzitivfeldstärke, dass die Koerzitivfeldstärke vom Außenrand des Magneten zur Mitte hin abnimmt.
• Auch im Falle eines Dauermagneten mit einer rechteckigen Parallelflachform kann daher gesagt werden, dass die Koerzitivfeldstärke in einer Ebene, die durch Durchtrennen auf irgendeinem Nivau in Höhenrichtung erhalten wird, im Wesentlichen die gleiche Tendenz zeigt, d. h. die Tendenz, dass die Koerzitivfeldstärke von der Mitte zum Außenrand der Ebene konzentrisch zunimmt.
• Somit wird in einer Ebene, die durch Durchtrennen eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke, der durch Korngrenzenstreuung von Dysprosium oder dergleichen hergestellt wird, auf einer bestimmten Höhe erhalten wird, die Verteilung der Koerzitivfeldstärke in dieser Ebene spezifiziert, die in Höhenrichtung des Magneten entwickelt ist, wodurch eine Koerzitivfeldstärke an einer beliebigen Stelle im dreidimensionalen Raum (an irgendeiner Stelle in einer Ebene auf einer beliebigen Höhe) spezifiziert werden kann.
• Zunächst wird im ersten Schritt eine Mehrzahl von Teilzonen, die sich in der bevorzugten Magnetisierungsrichtung erstrecken, virtuell in Bezug auf die Ebene des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke eingerichtet. Dann wird der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spezifizierung der Koerzitivfeldstärke bereitgestellt, und Suchspulen werden an Positionen, die den Teilzonen entsprechen, so angeordnet, dass aus den Messergebnissen jeder Spule eine Entmagnetisierungskurve erzeugt wird, die für jede Teilzone spezifisch ist.
• Wenn beispielsweise streifenförmige Teilzonen entlang der bevorzugten Magnetisierungsrichtung mit Bezug auf die Magnetebene, die in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, virtuell eingerichtet werden, wird die Ebene des Magneten provisorisch in eine Mehrzahl von streifenförmigen Zonen unterteilt. Wenn der Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke in einer Rotornut bereitgestellt wird wie oben angegeben, wird diese bevorzugte Magnetisierungsrichtung vom der Rotormittenseite zur Statorseite gerichtet.
• Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Spezifizieren der Koerzitivfeldstärke wird ein externes Magnetfeld an den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke als Spezifizierungsobjekt angelegt, wodurch eine Entmagnetisierungskurve in (dem zweiten Quadranten von) dem Koordinatensystem erzeugt werden kann, das die Koerzitivfeldstärken-Koordinaten und Restmagnetfluss-(Magnetisierungs-)Koordinaten beinhaltet.
• In diesem Spezifizierungsverfahren wird eine Suchspule in jeder der Teilzonen bereitgestellt, die wie oben beschrieben virtuell eingeteilt worden sind, und es wird eine Entmagnetisierungskurve der Teilzone, die der jeweiligen Spule entspricht, erstellt.
• Anhand des Falles, wo fünf Teilzonen in der genannten Ebene ausgebildet werden, weist hierbei die mittlere Teilzone eine geringe Koerzitivfeldstärke auf, die an sie angrenzenden oberen und unteren Teilzonen weisen eine höhere Koerzitivfeldstärke auf dem gleichen Niveau auf, und an diese Zonen angrenzende noch weiter oben und unten gelegene Teilzonen weisen tendenziell eine noch höhere Koerzitivfeldstärke auf dem gleichen Niveau auf. Das heißt, wenn die mittlere Teilzone BA1 ist, die in der Richtung, die senkrecht ist zur bevorzugten Magnetisierungsrichtung, daran angrenzenden oberen und unteren Teilzonen BA2, 3 sind, und an diese Zonen angrenzende noch weiter oben und unten gelegene Zonen BA4, 5 sind, dann ist der absolute Wert der Koerzitivfeldstärke BA1 < BA2 = BA3 < BA4 = BA5.
• Daher können in der vorliegenden Ausführungsform Suchspulen an insgesamt drei Positionen vorgesehen sein, wozu die Stelle gehört, die der mittleren Teilzone (BA1), der daran angrenzenden oberen Teilzone (BA2) und der daran angrenzenden noch höher gelegenen Teilzone (BA4) entspricht (Entmagnetisierungskurven für BA2 und BA4 können als Entmagnetisierungskurven BA3 bzw. BA5 verwendet werden).
• Dann werden im zweiten Schritt eine minimale Koerzitivfeldstärke H_min und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke H_cj aus jeder der erstellten Entmagnetisierungskurven spezifiziert, und die Mittenposition der Teilzone wird als x1 eingerichtet und die Positionen, deren Koerzitivfeldstärken spezifiziert werden sollen: ±x2 und ±x3 werden auf der linken und rechten Außenrandseite eingerichtet. Genauer werden ±x2 und ±x3 auf der Statorseite der Mittenposition: x1 eingerichtet, und –x2 und –x3 werden ebenso auf ähnliche Weise auf der Rotormittenseite eingerichtet, und an jeder Teilzone werden fünf Positionen auf der Ebene (x1, ±x2 und ±x3) eingerichtet.
• Hierbei kann auf Basis der erstellten Entmagnetisierungskurve die minimale Koerzitivfeldstärke als Koerzitivfeldstärke an einem Wendepunkt (oder dem Punkt, wo eine Entmagnetisierung um mehrere % von der maximalen Magnetflussdichte stattfindet) bestimmt werden, an dem die restliche Magnetflussdichte abnimmt, und die durchschnittliche Koerzitivfeldstärke kann an der Stelle bestimmt werden, wo eine weitere Entmagnetisierung stattfindet und die Entmagnetisierungskurve die Koerzitivfeldstärken-Koordinaten schneidet.
• Wenn beispielsweise Entmagnetisierungskurven von drei Teilzonen unter Verwendung von drei Suchspulen erzeugt werden, werden eine minimale Koerzitivfeldstärke und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jede von den Entmagnetisierungskurven eingerichtet.
• Natürlich ist die Koerzitivfeldstärke an der mittleren Stelle: x1 am kleinsten und nimmt zur rechten und linken Außenrandseite in der Teilzone zu, beispielsweise an den Positionen ±x2, ±x3.
• Dann wird im dritten Schritt anhand der folgenden Annahmen (1) bis (3) ein Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph unter Verwendung eines Koordinatensystems erzeugt, wo die X-Achse einen Abstand von der Mitte der Teilzone zur Außenrandseite darstellt und die Y-Achse eine Koerzitivfeldstärke bei jedem Abstand darstellt. Die drei Annahmen bestehen darin, dass (1) im Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph die Koerzitivfeldstärke: H_x1 an der Mittenposition: x1 die minimale Koerzitivfeldstärke: H_min ist, (2) angenommen wird, dass dann, wenn die Koerzitivfeldstärken an den Positionen: ±x2 und ±x3 H_–x2, H_+x2, H_–x3 und H_–x3 sind, (H_–x3 + H_–x2 + H_x1 + H_+x2 + H_+x3)/5 = durchschnittliche Koerzitivfeldstärke: H_cj, und (3) H_+x2 – H_x1 = H_+x3 – H_+x2.
• Da hierbei H_–x3 und H_+x3 (oder H_–x2 und H_+x2) Koerzitivfeldstärken an den gleichen Abständen von der mittleren Stelle sind, sind ihre Werte dieselben.
• Daher sind Variablen praktisch H_+x2 und H_+x3 und H_+x2 und H_+x3 können anhand der oben genannten Ausdrücke (2) und (3) spezifiziert werden.
• Angesichts dessen, dass die Koerzitivfeldstärke: H_x1 = H_min an der Mittenposition: x1, die in (1) eingerichtet worden ist, kann ferner ein Koerzitivfeldstärke-Verteilungsgraph als lineare Funktion (z. B. H = kx + H_min (x ist ein Abstand von der Mitte) im X-Y-Koordinatensystem erstellt werden, wobei die X-Achse einen Abstand von der Mitte der Teilzone zur Außenrandseite darstellt und die Y-Achse eine Koerzitivfeldstärke an jedem Abstand darstellt.
• WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
• Wie aus der oben Beschreibung hervorgeht, erlaubt gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke die Erstellung einer Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone, die durch Teilen eines Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in beliebige Zonen erhalten wird, ohne den Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke zu zerbrechen, und ermöglicht eine exakte Spezifizierung einer durchschnittlichen Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone. Somit kann die Koerzitivfeldstärke, die in dem Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke verteilt ist, exakt spezifiziert werden.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 beschreibt schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist eine Ansicht entlang der Linie II-II von 1.
• 3a ist eine vergrößerte Ansicht von Teil III von 1, und 3b entspricht 3a und stellt eine andere Ausführungsform zur Anordnung von Suchspulen dar.
• 4 beschreibt schematisch eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 5 zeigt ein Anregungsmagnetfeld (horizontale Achse), das durch die vorliegende Vorrichtung erhalten wird, und eine Magnetisierungsänderung (vertikale Achse) des Magneten, die von den Suchspulen ermittelt wird.
• 6 ist ein Graph, der ein Magnetfeldanalyseergebnis in Bezug auf den Unterschied zwischen der Koerzitivfeldstärke des Magneten, die von der Vorrichtung bestimmt wird, die Gewindekerben mit unterschiedlichen Kerbentiefen aufweist, und der Koerzitivfeldstärke, die aus dem Kennwert des Magnetmaterials spezifiziert wird, zeigt.
• 7 ist ein Graph, der ein Magnetfeldanalyseergebnis in Bezug auf einen Unterschied zwischen den Koerzitivfeldstärken des Magneten, die von der Vorrichtung bestimmt werden, die Gewindekerben mit unterschiedlichen Nutbreiten aufweist, und der Koerzitivfeldstärke, die aus dem Kennwert des magnetischen Materials erhalten wird, zeigt.
• BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
• Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass in den dargestellten Beispielen zwar eine Ausführungsform gezeigt ist, in der ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke provisorisch in drei Teilzonen unterteilt ist, um eine Entmagnetisierungskurve jeder Teilzone zu erzeugen und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren, aber die Anzahl dieser Teilzonen natürlich auch zwei oder vier oder mehr sein kann.
• 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spezifizierung der Koerzitivfeldstärke, 2 ist eine Ansicht entlang der Linie II-II von 1, und 3a ist eine vergrößerte Darstellung von Teil III von 1.
• Die dargestellte Vorrichtung 10 zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke weist grob gesagt Folgendes auf: ein Joch 1, das in der Draufsicht im Wesentlichen die Form des Buchstabens C aufweist, mit einem Einführungsraum 1a, in den ein Magnet M mit verteilter Koerzitivfeldstärke mit einer unterschiedlichen Koerzitivfeldstärke für jeden Teil einzuführen ist; eine Magnetisierungsspule 2 am Joch 1, die ein Magnetfeld (einen Magnetfluss in X-Richtung) erzeugt; eine Suchspule 3, die eine Magnetisierungsänderung erfasst, wenn ein Magnetfeld an den Magneten M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke angelegt wird; und einen Verfolger (einen B-H-Kurvenverfolger) 4, der eine Entmagnetisierungskurve auf Basis eines Spannungswerts erstellt, der mit dieser Entmagnetisierungsänderung erzeugt wird.
• Wie aus der Draufsicht von 2 ersichtlich ist, weist das Joch 1 eine Stirnfläche 1b auf, die auf den Einführungsraum 1a gerichtet ist, und in der Stirnfläche 1b sind drei schleifenförmige Gewindekerben 1c, 1c, 1c ausgenommen, wobei in jeder 1c die Suchspule vorgesehen ist, wobei die Suchspule 3 einen Leiterdraht 3a aus Kupfer und einen diesen umschließenden isolierenden Mantel 3b aufweist.
• In diesem Magneten M mit verteilter Koerzitivfeldstärke sind Teilzonen M1, M2 und M3 des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke definiert, die jeweils der Suchspule 3 entsprechen, und der Leiterdraht, der von jeder Suchspule 3 ausgeht, ist mit einem Integrator 4a verbunden, der in den Verfolger 4 eingebaut ist.
• Wenn ein Magnetfeld, das an der Magnetisierungsspule 2 erzeugt wird, an den Magneten M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke angelegt wird, kommt es in dem Magneten M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke zu einer Magnetisierungsänderung, und ein Spannungswert, der auf dieser Magnetänderung basiert, wird von der Suchspule 3 erfasst.
• Der erfasste Spannungswert wird von der Suchspule 3 zum eingebauten Integrator gesendet, und der Integrator 4a führt eine Zeitintegration der Spannungswerte durch und berechnet eine magnetische Flussdichte. Auf Basis der magnetischen Flussdichte wird eine Entmagnetisierungskurve (B-H-Kurve, 4πI-H-Kurve) für jede der Teilzonen M1, M2 und M3 (die Zone, die von den einzelnen Spulen umgeben ist) erstellt.
• Eine Koerzitivfeldstärke (H_cj) wird aus der erstellten Entmagnetisierungskurve für jede der Teilzonen M1, M2 und M3 spezifiziert, die eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone wird.
• Was hierbei die Tiefe h der schleifenförmigen Nut und die Nutenbreite w (siehe 3) betrifft, die in die Stirnfläche 1b ausgenommen sind, so zeigt das Ergebnis der später beschriebenen Magnetfeldanalyse, dass die Nuttiefe h vorzugsweise 1 mm oder weniger ist und die Nutbreite w vorzugsweise 0,3 mm oder weniger ist. Was die Herstellungsabmessungen (z. B. die Abmessungen des lackierten Drahts als dem isolierenden Mantel und des aus Kupfer bestehenden Leiterdrahts) der innen vorgesehenen Suchspulen betrifft, so können die Gewindekerben beispielsweise eine Tiefe von 1 mm und eine Breite von 0,3 mm aufweisen. In dieser Zeichnung ist die Gewindekerbe 1c in der Suchspule 3 enthalten, und darüber ist der (auf der Seite des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke liegende) Luftspalt A ausgebildet.
• Anstelle der Art und Weise, wie die Spulen in 3a vorgesehen sind, können, wie in 3b dargestellt ist, zwei Spulen 3 so in einer Gewindekerbe 1c enthalten sein, dass sie einander überlappen.
• Hierbei kann der Magnet M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke als Spezifizierungsobjekt ein Magnet sein, der so ausgebildet ist, dass seine Koerzitivfeldstärke vorteilhaft durch Korngrenzenstreuung von Dysprosium, Terbium oder dergleichen durch eine Oberfläche eines gesinterten Dauermagenten verteilt ist, der in einem nicht dargestellten Rotor vergraben werden soll, der beispielsweise einen IPM-Motor bildet. Dann schließen Beispiele dieses Dauermagneten unter anderem ein: einen Neodymiummagneten eines Dreikomponentensystems, das Eisen und Bor zusätzlich zu Neodymium aufweist, einen Samarium-Cobalt-Magneten, der ein Zweikomponentensystem aus Samarium und Cobalt enthält, einen Ferritmagneten, der ein Eisenoxid als Haupt-Ausgangsmaterial aufweist, und einen Alnico-Magneten, der Aluminium, Nickel und Cobalt als Rohmaterialien aufweist.
• Die verwendete Vorrichtung 10 zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke erlaubt beispielsweise die Erstellung einer Entmagnetisierungskurve für jede Teilzone, die durch Teilen des Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke in beliebige Zonen erhalten wird, ohne den Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke zu zerbrechen, und ermöglicht eine exakte Spezifizierung einer durchschnittlichen Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone. Durch Implementieren für sämtliche Teilzonen kann die Koerzitivfeldstärke des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke für jede Teilzone exakt spezifiziert werden.
• 4 beschreibt schematisch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke.
• Eine dargestellte Vorrichtung 10A zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke weist auf: ein Joch 1 mit einer Stirnfläche 1b, die auf einen Einführungsraum 1a gerichtet ist, und in der Stirnfläche 1b sind drei Suchspulen 3A, 3A, 3A vorgesehen, die aus einem leitenden Material bestehen, das in Schleifenform an der Oberfläche einer Harzschicht 5a gemustert ist. Eine separate Harzschicht 5b ist ferner so vorgesehen, dass die Suchspulen 3A zwischen ihr und der Harzschicht 5 angeordnet sind. Der Magnet M mit verteilter Koerzitivfeldstärke ist so ausgelegt, dass Teilzonen M1, M2 und M3 des Magneten so definiert sind, dass sie den drei Suchspulen 3A, 3A, 3A entsprechen, und ein Spannungswert aufgrund einer Magnetisierungsänderung, die von den jeweiligen Suchspulen 3A erfasst wird, an den Verfolger gesendet wird.
• Hierbei kann die Musterung eines leitenden Materials wie Kupfer die Formen des Druckens, Ätzens und dergleichen beinhalten.
• Eine in 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke tendiert dazu, eine verteilte Permeanz aufzuweisen, da der Magnet M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke in Kontakt mit einer Fläche eines engen Kontakts gebracht wird, wo eine magnetische Substanz (das Joch 1) und ein Luftspalt A (die Gewindekerbe 1c) abwechselnd erscheinen, wenn der Magnet M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke in den Einführungsraum eingeführt wird, bis die Oberfläche des Magneten M mit der Stirnfläche 1b des Jochs in engen Kontakt gebracht wird.
• Dann wird die Vorrichtung zur Spezifizierung der Koerzitivfeldstärke so verwendet, dass anstelle der Bereitstellung von Gewindekerben die Harzschichten 5a und 5b ebenso wie die drei Suchspulen 3A, 3A, 3A als ein leitendes Material, das in Schleifenform auf ihre Oberflächen aufgemustert ist, an der Stirnfläche 1b des Jochs 1 bereitgestellt werden. Dadurch kommt die Oberfläche des Magneten M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke in engen Kontakt mit der Harzschicht 5b, die aus einem gleichmäßigen Material besteht, und daher kann ein gleichmäßiges Magnetfeld an den Magneten M mit der verteilten Koerzitivfeldstärke angelegt werden. Dies kann die Permeanzverteilung unterdrücken.
• [Magnetfeldanalyse und deren Ergebnis]
• Die Erfinder haben eine Magnetfeldanalyse durchgeführt, um einen optimalen Nuttiefenbereich und einen ebensolchen Nutbreitenbereich der Gewindekerben in der in 1 dargestellten Vorrichtung zur Spezifizierung der Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren.
• As Analysebedingungen war die Anzahl der Windungen der Magnetspule 140, ein Strom von 0,1/A/Stufe wurde an die Magnetisierungsspule angelegt, bis sie das Magnetfeld erreichte, das angelegt werden sollte (siehe 5, wo das Anregungsmagnetfeld, das von der vorliegenden Vorrichtung ermittelt wird (horizontale Achse) und die Magnetisierungsänderung (vertikale Achse) des Magneten, die von den Suchspulen ermittelt wird, dargestellt ist), und ein Magnetfeldwert einer Koerzitivfeldstärke (H_cj) oder mehr des Magneten, der für die Analyse eingegeben werden sollte, wurde als Magnetfeld, das an den Magneten angelegt werden soll, eingerichtet (siehe 5).
• Damit die Analyse den optimalen Kerbentiefenbereich spezifiziert, wurde die Kerbenbreite auf 0,3 mm eingerichtet und die Kerbentiefe wurde von 0 mm auf 7 mm geändert. Dann wurde eine Koerzitivfeldstärke des Magneten unter Verwendung einer Vorrichtung gefunden, die Gewindekerben von jeder Kerbentiefe aufwies, und ein Unterschied zwischen der gefundenen Koerzitivfeldstärke und einer Koerzitivfeldstärke (einem realen Wert), die aufgrund des Kennwerts des Magnetmaterials spezifiziert worden war, wurde gefunden. 6 zeigt das Ergebnis.
• Andererseits wurde die Kerbentiefe für eine Analyse zur Spezifizierung des optimalen Kerbenbreitenbereichs auf 0,8 mm eingerichtet, und die Kerbenbreite wurde von 0,15 mm in 0,45 mm geändert. Dann wurde eine Koerzitivfeldstärke des Magneten unter Verwendung einer Vorrichtung gefunden, die Gewindekerben jeder Kerbenbreite aufwies, und ein Unterschied zwischen der gefundenen Koerzitivfeldstärke des Magneten und einer Koerzitivfeldstärke (einem realen Wert), die aufgrund des Kennwerts des Magnetmaterials spezifiziert worden war, wurde gefunden. 7 zeigt das Ergebnis.
• Man beachte, dass hierbei sowohl 6 als auch 7 Suchspulen verwendeten, die an zwei Positionen einer Mitte und eines Endteils des Magneten angeordnet waren, um einen Unterschied zur Koerzitivfeldstärke (des realen Werts) zu finden. Die Mitte des Magneten bezeichnet beispielsweise die mittlere Teilzone M2 in dem in 1 dargestellten Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke, und der Endteil des Magneten bezeichnet die Teilzone M1 oder die Teilzone M3, die in der gleichen 1 dargestellt ist.
• In 6 ist gezeigt, dass die Kerbentiefe, die 1 mm überschreitet, einen Unterschied zu einem Kennwert des magnetischen Materials tendenziell vergrößert, wobei die Kerbentiefe von 1 mm zum Wendepunkt wird. Auf Basis dieses Ergebnisses wurde der optimale Kerbentiefenbereich als 1 mm oder weniger definiert.
• Dagegen zeigt 7, dass die Kerbenbreite, die 0,3 mm überschreitet, tendenziell einen Unterschied zum Kennwert des magnetischen Materials erheblich vergrößert, wobei die Kerbenbreite von 0,3 mm zum Wendepunkt wird. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde der optimale Kerbenbreitenbereich bei 0,3 mm oder weniger definiert.
• Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist die spezielle Ausgestaltung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es sei klargestellt, dass wir mit der vorliegenden Erfindung Gestaltungsmodifikationen abdecken wollen, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1

Joch

1a

Einführungsraum

1b

dem Einführungsraum zugesandte Stirnfläche

1c

Gewindekerbe

2

Magnetisierungsspule

3, 3A

Suchspule

3a

Leiterdraht

3b

Isoliermantel

4

Verfolger

4a

Integrator

5a, 5b

Harzschicht

10, 10A

Vorrichtung zur Spezifizierung der Koerzitivfeldstärke

M

Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke

M1, M2, M3

Teilzone

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Spezifizierung einer Koerzitivfeldstärke, die zumindest Folgendes aufweist: ein Joch, das einen Einführungsraum aufweist, in den ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke einzuführen ist, wobei der Magnet mit der verteilten Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die jeweils eine andere Koerzitivfeldstärke aufweisen; eine Magnetisierungsspule, die an dem Joch ein Magnetfeld erzeugt; Suchspulen, die eine Magnetisierungsänderung erfassen, wenn das Magnetfeld an den Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke angelegt wird; und eine Auswerteeinrichtung, die eine Entmagnetisierungskurve auf Basis eines Spannungswerts erstellt, der aufgrund der Magnetisierungsänderung erzeugt wird, wobei das Joch eine Stirnfläche aufweist, die dem Einfügungsraum zugewandt ist, wobei in der Stirnfläche zwei oder mehr schleifenförmige Gewindekerben mit einer Tiefe von 1 mm oder weniger und einer Breite von 0,3 mm ausgenommen sind, in jeder von den Gewindekerben eine Suchspule vorgesehen ist, jede Suchspule einen Leiterdraht und einen diesen umschließenden isolierenden Mantel aufweist, wobei der Magnet mit der verteilten Koerzitivfeldstärke Teilzonen aufweist, die so definiert sind, dass jede Teilzone einer Suchspule entspricht, und ein Spannungswert aufgrund einer Magnetisierungsänderung, der von den einzelnen Suchspulen erfasst wird, zur Auswerteeinrichtung gesendet wird, um eine Magnetisierungskurve von einer entsprechenden Teilzone zu erstellen und eine durchschnittliche Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren, was für sämtliche Teilzonen durchgeführt wird, um eine Koerzitivfeldstärke des Magneten mit der verteilten Koerzitivfeldstärke zu spezifizieren.

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