17.10.2022
Im Rahmen des EMPIR Projektes 19ENG06 HEFMAG wurde ein Messplatz zur Charakterisierung von Ummagnetisierungsprozessen in kornorientierten Elektroblechen aufgebaut. Zum Einsatz kommen dabei magneto-optische Indikatorfilme (MOIF), die die Oberflächenmagnetisierung bei periodischer elektrischer Anregung unverzögert darstellen und damit wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung der Verlustmesstechnik für elektrische Motoren und Generatoren liefern können.
Elektrobleche sind ein wichtiger Bestandteil aller Elektromotoren und -generatoren und damit von hoher Relevanz für die Energiewende. Die bei der Energieumwandlung auftretenden Verluste sind dabei vor allem durch die sogenannten Ummagnetisierungsverluste in den Elektroblechen bestimmt. In der PTB wurde nun ein Aufbau zur Verlustmessung von Elektroblechen realisiert, bei dem während der Verlustmessung auch noch die sich zeitlich ändernde magnetische Domänenstruktur abgebildet werden kann.
Der Aufbau (siehe Bild) besteht aus einem doppelten Eisenjoch, in dem mittig ein Elektroblech als Prüfling montiert ist. Ein an eine Steuer- und Messelektronik angeschlossenes Spulensystem erzeugt die zur Ummagnetisierung notwendigen Wechselfelder und erlaubt gleichzeitig die Messung der Ummagnetisierungsverluste. Der Domänentester, mit dem die magnetischen Domänenstrukturen visualisiert werden, ist mittig zwischen den Spulen angeordnet. Er basiert auf einem magneto-optischen Messsystem des Projektpartners Innovent e.V. Die im Domänentester verwendeten magneto-optischen Sensoren erlauben aktuell eine Abbildung der magnetischen Domänen mit lateraler Auflösung von 25 mm. Der MOIF-Sensor detektiert dabei die senkrecht zur Blechoberfläche stehende Streufeldkomponente der lokalen Domänenstruktur des Elektrobleches. Ein integriertes optisches System bestehend aus Lichtquelle und 8-kHz-Hochfrequenzkamera erzeugt daraus die zur Visualisierung verwendeten Graustufenbilder mit 10 Bit Bildtiefe. Die Bilderzeugung wird dabei gezielt mit der periodischen magnetischen Anregung im Frequenzbereich von 50 Hz bis 1 kHz synchronisiert und die auftretende Verlustleistung zeitgleich mit hoher Genauigkeit bestimmt. Die anschließende Auswertung der experimentellen Daten liefert damit quantitative Informationen über Korrelationseffekte zwischen Domänendynamik und den magnetischen Verlusten während der Ummagnetisierung. Der neuartige Aufbau ist insbesondere für die Untersuchung von anisotropen, kornorientierten FeSi Elektroblechen geeignet, die durch sogenannte Goss-Domänen charakterisiert sind. Ein Vorteil ist, dass die auf den kommerziellen Elektroblechen aufgetragenen Isolationsschichten für die Untersuchungen nicht entfernt werden müssen. Mit dem neuen Aufbau liefert die PTB damit einen wichtigen Baustein für zukünftige Optimierung von Elektroblechen für die Energiewende.
Bild: Foto des Aufbaus zur dynamischen Untersuchung von magnetischen Oberflächendomänen in kornorientierten Elektroblechen
Ansprechperson:
Franziska Weickert
Fachbereich 2.5 „Halbleiterphysik und Magnetismus"