Situation

Ein internationaler Motorenhersteller entwickelt einen Antriebsmotor der nächsten Generation für hochdynamische Prüfstände. Diese Anwendung erfordert Magnete mit genau spezifizierter Magnetkraft, extrem hoher Entmagnetisierungsbeständigkeit und deutlich reduzierter Empfindlichkeit gegenüber Wirbelströmen in sich schnell ändernden Magnetfeldern.
Der Motor arbeitet unter extremen Bedingungen:

• Die Drehzahl ändert sich innerhalb von 0,1 Sekunden von +3000 U/min auf –3000 U/min.
• mit sehr hohen Spitzenströmen und starken Flussfluktuationen,
• wo selbst minimale Abweichungen in den magnetischen Eigenschaften zu Vibrationen, Leistungsverlusten oder thermischen Problemen führen können .

Die Konstruktion erfordert daher ein sehr homogenes Magnetfeld und minimale Wirbelstromverluste im Rotor.

Komplikation

Die Endmagnete im Rotor müssen einzeln sehr strenge Toleranzen einhalten. Zu den wichtigsten Anforderungen gehören:

• Genauigkeit des magnetischen Moments innerhalb von ±1–2 %,
• Temperaturstabilität über 150–180 °C,
• Hohe Koerzitivfeldstärke (HcJ) zur Verhinderung von Flussverzerrungen und Entmagnetisierung bei schnellen Feldänderungen,
• Minimale Wirbelstromverluste, die aufgrund extrem schneller Magnetfeldumkehrungen unerlässlich sind.

Wirbelströme entstehen, wenn ein fester Magnetblock einem sich schnell ändernden Magnetfluss ausgesetzt ist. Diese Ströme verursachen:

• Wärmeerzeugung,
• Stromausfall,
• Phasenverzögerung im Magnetfeld (Verzögerung),
• und mechanische Dämpfung.

Für diese Anwendung sind solche Effekte inakzeptabel.

Frage

Der Kunde beauftragte Bakker Magnetics mit der Bereitstellung einer kompletten Lösung für die Qualitätskontrolle und -auswahl, bestehend aus:

1- Hochpräzise Messung des magnetischen Moments jedes einzelnen Magneten.
2- Sortieren der Magnete nach ihrem magnetischen Moment in vordefinierte Klassifizierungen.
3- Verpackung nach ausgewählter Gruppe, einschließlich Seriennummern und vollständiger Rückverfolgbarkeit.
4- Entwicklung einer Produktionsmethode, bei der der Magnet aus kleinen isolierten Segmenten aufgebaut ist.
— Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Segmenten unterbrochen.
— Infolgedessen werden Wirbelstromverluste während schneller Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen erheblich minimiert.

Lösung

Fortschrittliches System zur Messung des magnetischen Moments

Bakker Magnetics entwickelte ein maßgeschneidertes Messsystem auf der Grundlage von:

• ein Fluxmeter mit Helmholtz-Spulenanordnung,
• hochstabile Referenzmagnete,
• eine reproduzierbare Vorrichtung zur präzisen Positionierung,
• Automatisierte Datenverarbeitung und Seriennummerierung.

Jeder Magnet ist:

• einzeln gemessen,
• eine eindeutige ID zugewiesen,
• verbunden mit einer Datenbank, die Messdaten (Moment, Richtung, Temperaturstabilitätsdaten und Chargeninformationen) enthält.

Die Magnete werden dann automatisch in genau definierte Klassen sortiert.

Segmentierung und elektrische Abschirmung gegen Wirbelströme

Da Wirbelströme exponentiell mit der Masse des leitfähigen Materials zunehmen, hat Bakker Magnetics eine segmentierte Magnetkonstruktion entwickelt:

• Jedes Segment ist dünner und elektrisch isoliert.
• Die Segmente sind mit einer hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Klebeschicht miteinander verbunden.
• Die Toleranzen für Segmentdicke und Ebenheit wurden verschärft, um magnetische Luftspalte zu minimieren.

Diese Konstruktion reduziert Wirbelstromverluste um mehrere zehn Prozent und ermöglicht thermische Stabilität unter extrem dynamischen Betriebsbedingungen.

Rückverfolgbarkeit und Rotorintegration

Der Kunde erhält:

• eine klare Übersicht über jede Magnetgruppe,
• die entsprechenden Messwerte,
• und eine Empfehlung für die optimale Platzierung pro Rotorposition (Anpassung der magnetischen Momente zur Vermeidung von Unwuchten).

Dadurch kann der Motorenhersteller einen Rotor mit außergewöhnlich homogenen magnetischen Eigenschaften konfigurieren.

Ergebnis

Durch die Kombination von:
– hochpräziser Magnetauswahl,
– segmentierter Magnetkonstruktion,
– stark reduzierten Wirbelstromverlusten,
– und Magneten mit hoher Koerzitivkraft und Effizienz,
ist der Kunde in der Lage, einen Motor herzustellen, der extrem schnell und präzise reagiert und nur minimale thermische und magnetische Verluste aufweist.

Damit hat sich der Motorenhersteller eine einzigartige Position in der Welt der hochdynamischen Prüfsysteme gesichert, insbesondere für die Automobilentwicklung, die Prüfung von E-Antrieben und mechatronische Systeme, bei denen Präzision und Geschwindigkeit entscheidend sind.