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Magnetfeld-Kameras

Permanentmagnet-Rotoren zuverlässig prüfen

3. April 2014, 9:34 Uhr | Dr. Koen Vervaeke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Interpretation der Messergebnisse

Diesen Statistiken kann eine Asymmetrie zwischen Nord- und Südpolen entnommen werden, weil das minimale Magnetfeld mit –307 mT eines Nordpols vom maximalen Wert 301 mT eines Südpols abweicht. Die genauen Koordinaten der gefundenen Extremwerte sind auch in der Auswertung verfügbar.

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Als zweiter Schritt in der Auswertung werden die Winkellängen aller Pole automatisch berechnet, indem ein Durchschnitt einer bestimmten Axialposition – in diesem Fall der Mitte des Rotors – aus den Daten extrahiert wird. So werden die Nulldurchgänge definiert und die Differenzwerte zwischen den Nulldurchgangspositionen berechnet. Daraus resultieren die Polwinkel eines jeden Pols (Bild 5). Gleichzeitig wird die Anzahl der Pole gezählt; die Bestimmung der Nulldurchgänge erfolgt mit einer Sub-Pixelauflösung. Dies ist möglich, weil die Magnetfeldverteilung einen kontinuierlichen Verlauf hat und die Werte zwischen Pixeln infolgedessen durch Interpolation bestimmt werden können.

Statistik	Nordpole	Südpole	Differenz
Mittelwert	14,6 °	15,6 °	1,0 °
Stat. Abweichung	0,1 °	0,1 °	0,0 °
Bereich	0,4°	0,3 °	-0,1 °

Tabelle 2. Statistische Analyse der ausgewerteten Pollängen

Zunächst können die Werte aller Pollängen statistisch analysiert werden (Tabelle 2). Daraus geht hervor, dass die Südpole systematisch um gemittelt 1,0° größer sind als die Nordpole. In einer detailliertere Analyse (Bild 6 oben) werden die Spitzenwerte aller Pole dargestellt, indem der Absolutwert der Daten berechnet und um die Polwerte gezoomt wird. Aus dieser Grafik geht eine systematische Abweichung der Polwerte hervor.

Basierend auf diesen eindimensionalen Daten beträgt die Abweichung 37 mT oder 12 % des Maximalpolfeldes. Diese Abweichung kann nicht von der Exzentrizität des Dreibackenfutters kommen, die Ursache liegt anderswo. Mögliche Gründe dafür sind:

Exzentrizität der äußeren Rotoroberfläche,
Variationen in der Magnetisierung der Pole, entweder durch Materialeigenschaften oder den Magnetisierungsvorgang.

Ein weiteres Heranzoomen von Polwerten einiger Nord- und Südpole (Bild 6 unten) zeigt eine zusätzliche Asymmetrie zwischen den Polen. Daraus geht hervor, dass die Nordpole systematisch um ca. 2 % stärker sind als die Südpole.

Zusammenfassend ergeben obenstehende Messung und Analyse folgende magnetische Eigenschaften des PM-Rotors:

Die Positionen und Werte der Extremwerte in der Magnetfeldverteilung: Das Maximalfeld liegt in einem Nordpol.
Die Winkellänge aller Pole: Die Südpole sind im Durchschnitt um 1° größer als die Nordpole.
Es gibt eine systematische Abweichung mit niedriger Frequenz in den Maximalwerten entlang des Kreisumfangs des Rotors. Diese Abweichung beträgt 12 % des Maximalpolfeldes.
Die Maximalwerte der Nordpole sind systematisch um ca. 2 % stärker als die der Südpole.

Selbstverständlich können je nach den Anforderungen weitere Analysen durchgeführt werden. Zu diesen Möglichkeiten zählen:

Das Erkennen von Rissen, indem lokale Schwankungen in der Magnetfeldverteilung ermittelt werden,
Fourier-Analysen,
Berechnung des Flusses per Pol bzw. für den Komplettrotor.

Die beschriebenen Analysen sind durchaus in Echtzeit verfügbar.

Im Vergleich zu anderen magnetischen Messsystemen sowie zu Scannern mit nur einem Hall-Sensor bietet die Magnetfeld-Kamera eine Kombination aus hoher Geschwindigkeit und hoher räumlicher Auflösung. Kombiniert mit der Auswerte-Software bekommt man eine dem Stand der Technik entsprechende Lösung für die schnelle Prüfung von Permanentmagneten und Magnetmodulen aller Art.

Der Autor
Dr. Koen Vervaeke ist Gründer und Geschäftsführer der belgischen Firma Magcam NV, die sich auf innovative Prüfsysteme für Permanentmagnete spezialisiert hat. Dr. Vervaeke entwickelte die patentierte Magnetfeld-Kameratechnik, worauf die Magcam-Systeme basieren, während seiner Doktorarbeit an der Physik-Fakultät der Universität Leuven.

Hinweis: Der Autor Dr. Koen Vervaeke hielt zu diesem Thema einen Vortrag auf der E|DPC 2013.