SE440147B - MAGNETOELASTIC POWER - Google Patents

MAGNETOELASTIC POWER

Info

Publication number
SE440147B
SE440147B SE8306161A SE8306161A SE440147B SE 440147 B SE440147 B SE 440147B SE 8306161 A SE8306161 A SE 8306161A SE 8306161 A SE8306161 A SE 8306161A SE 440147 B SE440147 B SE 440147B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
force
windings
flange
sensing
rotating body
Prior art date
Application number
SE8306161A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8306161D0 (en
SE8306161L (en
Inventor
J O Nordvall
Original Assignee
Asea Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Ab filed Critical Asea Ab
Priority to SE8306161A priority Critical patent/SE440147B/en
Publication of SE8306161D0 publication Critical patent/SE8306161D0/en
Priority to EP19840113266 priority patent/EP0142110B1/en
Priority to DE8484113266T priority patent/DE3476452D1/en
Priority to JP23340084A priority patent/JPS60117120A/en
Publication of SE8306161L publication Critical patent/SE8306161L/en
Publication of SE440147B publication Critical patent/SE440147B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/127—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

10 15 20 25 30 35 830616141 litet luftgap mot mittflänsen, varigenom en axialkraft på den centrala inner- flänsen medför en flödesökande dragpåkänning i den ena kraftkännande delen och en flödesminskande tryckpåkänning i den andra vid material med positiv magnetostriktion. Skillnaden i flöde i de båda kraftkännande delarna orsakar en mätspänning från de motkopplade avkänningslindningarna proportionell mot axialkraften och med ett fasläge bestämt av kraftens riktning. Genom faskäns- lig likriktning erhålles sedan en mätsignal som anger kraftens storlek och riktning. 10 15 20 25 30 35 830616141 small air gap towards the central flange, whereby an axial force on the central inner the flange causes a flow-seeking tensile stress in one force-sensing part and a flow-reducing compressive stress in the other with positive material magnetostriction. The difference in flow in the two force-sensing parts causes a measuring voltage from the counter-sensing windings proportional to axial force and with a phase position determined by the direction of the force. Through phase sensation rectification, a measurement signal is then obtained which indicates the magnitude of the force and direction.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1a och b samt figur 2.The invention will be described in the following in connection with the accompanying figures 1a and b and figure 2.

Fig 1a och b visar en axialkraftgivare enligt uppfinningen tillsammans med axel och kullager och inspänd i ett hus för mätning av axialkraft med teckenväxling.Figs. 1a and b show an axial force sensor according to the invention together with a shaft and ball bearings and clamped in a housing for measuring axial force with character change.

Fig 2 visar ett schema för matning av magnetiseringslindningar och behandling av signalen från mätlindningarna.Fig. 2 shows a diagram for feeding magnetizing windings and processing of the signal from the measuring windings.

I fig 1 visar 1 rotationskroppen av mjukmagnetiskt material med de två för- tunnade kraftkännande delarna 2 och 3. Omkring dessa är lindade dels de serie- kopplade växelströmsmatade magnetiseringslindningarna 4 och 5, dels de mot- kopplade avkänningslindningarna 6 och 7. Hotationskroppen har mellan de kraft- kännande delarna utformats med en inåtgående fläns 8 som anhåll för axialkraft- upptagande lager, här ett på var sida om flänsen för att möjliggöra axialkraft- mätning i båda riktningarna, och vidare med en utåtgående fläns 9 av väsent- ligt samma höjd som lindningarnas sammanlagda tjocklek. Utanför de kraftmät- ande delarna har rotationskroppen vidare utformats med yttre flänsar 10 och 11 7 av minst samma höjd som lindningarnas sammanlagda tjocklek. Rotationskroppen omges av ett mjukmagnetiskt rör 12, som bildar ett litet luftgap med den mittre flänsen 9 och som fästes vid de yttre flänsarna 10 och 11 med skjuv- kraftbärande fogar, lämpligen medelst svetsning. Röret 12 fungerar dels som magnetisk återgångsvâg för flödena genom de kraftkännande delarna 2 och 3, dels som ett mekaniskt börande element som upptar kraften från den av de kraftkännande delarna som i det aktuella fallet är utsatt för dragning.In Fig. 1, 1 shows the rotating body of soft magnetic material with the two thinned force-sensing parts 2 and 3. Around these are wound partly the series connected AC-supplied excitation windings 4 and 5, and the opposite coupled sensing windings 6 and 7. The hotation body has between the the sensing parts are formed with an inwardly extending flange 8 as a stop for axial force receiving bearing, here one on each side of the flange to enable axial force measurement in both directions, and further with an outwardly extending flange 9 of essential the same height as the total thickness of the windings. Outside the power meters the rotating body, the rotating body is further formed with outer flanges 10 and 11 7 of at least the same height as the total thickness of the windings. The body of rotation surrounded by a soft magnetic tube 12, which forms a small air gap therewith middle flange 9 and which is attached to the outer flanges 10 and 11 with shear force-bearing joints, preferably by welding. The tube 12 functions partly as magnetic return wave for the flows through the force sensing parts 2 and 3, partly as a mechanically bearing element which absorbs the force from that of the the force-sensing parts which in the present case are subjected to traction.

Om rotationskroppen är utförd av material med positiv magnetostriktion, exem- pelvis järn vid måttlig magnetisering, ökar permeabiliteten och därmed flödet i den dragbelastade delen och minskar permeabiliteten och därmed flödet i den f tryckbelastade delen. Härigenom induceras en kraftproportíonell spänning i de motkopplade avkänningslindningarna. 10 20 -- 830616144 Uppfinningen avser en kraftgivare, i första hand lämpad för mätning av axial- krafter vid roterande axlar, exempelvis i verktygsmaskiner. Uppfinningen är emellertid också tíllämpbar för draggivare, exempelvis för linspänningsmät- ning, eller som lastcell för tryckkrafter.If the rotating body is made of positive magnetostriction material, e.g. pelvic iron with moderate magnetization, increases the permeability and thus the flow in the tensile-loaded part and reduces the permeability and thus the flow in it f pressure-loaded part. This induces a force-proportional voltage in the counter-sensing windings. 10 20 - 830616144 The invention relates to a power sensor, primarily suitable for measuring axial forces at rotating shafts, for example in machine tools. The invention is however, it is also applicable to transducers, for example for lens tension meters. or as a load cell for compressive forces.

Eftersom en axialkraftgivare för verktygsmaskiner skall mäta axialkraften på ett lager, vanligen ett kullager, bör den ha en rotationssymmetrisk uppbygg- nad för att ge lagret en jämn stödyta och för att lätt kunna byggas in i maskinhuset. Givaren bör vidare ha måttlig utsträckning i axelns riktning och tåla stor överlast och vara okänslig för andra miljöfaktorer som tempera- turvariationer samt olja och skärvätskor. Med hänsyn till de senare faktorerna bör givaren helst vara hermetiskt tillsluten.Since an axial force sensor for machine tools must measure the axial force on a bearing, usually a ball bearing, it should have a rotationally symmetrical structure. to give the bearing a smooth support surface and to be easily built into the engine house. The sensor should also have a moderate extension in the direction of the shaft and withstand heavy overload and be insensitive to other environmental factors such as tour variations as well as oil and cutting fluids. Taking into account the latter factors the sensor should preferably be hermetically sealed.

En axialkraftgivare enligt uppfinningen består i huvudsak av en rotations- kropp av mjukmagnetískt material med två lika, förtunnade, kraftkännande, cylindriska delar. som omges av seriekopplade, växelströmsmatade magnetise- ringslindningar och motkopplade avkänningslíndningar, som ger mätspänningen noll vid obelastad givare. Mellan de kraftkännande delarna har utformats en inåtgående fläns som anhåll för ett axialkraftupptagande lager. Mellan lind- ningarna och utanför dessa har rotationskroppen utåtgående flänsar av ungefär samma höjd som lindningarna. Rotationskroppen omges av ett mjukmagnetiskt rör, som är fäst vid de yttre flänsarna med skjuvkraftbärande fogar och har ett 10 115 20 25 30 35 830616141 litet luftgap mot mittflänsen, varigenom en axialkraft på den centrala inner- flänsen medför en flödesökande dragpåkänning i den ena kraftkännande delen och en flödesminskande tryckpåkänning i den andra vid material med positiv à magnetostriktion. Skillnaden 1 flöde i de båda kraftkännande delarna orsakar V en mätspänning från de motkopplade avkänningslindningarna proportionell mot axialkraften och med ett fasläge bestämt av kraftens riktning. Genom faskäns- lig likriktning erhålles sedan en mätsignal som anger kraftens storlek och riktning.An axial force transmitter according to the invention essentially consists of a rotary shaft. body of soft magnetic material with two equal, thinned, force-sensing, cylindrical parts. surrounded by series-connected, AC-supplied ring windings and counter-sensing windings, which provide the measuring voltage zero at unloaded sensor. Between the force-sensing parts, a one has been designed inward flange as a stop for an axial force absorbing bearing. Between linden and outside these, the rotating body has outwardly extending flanges of approx the same height as the windings. The rotating body is surrounded by a soft magnetic tube, which is attached to the outer flanges with shear-bearing joints and has a 10 115 20 25 30 35 830616141 small air gap towards the central flange, whereby an axial force on the central inner the flange causes a flow-seeking tensile stress in one force-sensing part and a flow-reducing compressive stress in the other in materials with a positive à magnetostriction. The difference of 1 flow in the two force-sensing parts causes V a measuring voltage from the counter-sensing windings proportional to axial force and with a phase position determined by the direction of the force. Through phase sensation rectification, a measurement signal is then obtained which indicates the magnitude of the force and direction.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1a och b samt figur 2.The invention will be described in the following in connection with the accompanying figures 1a and b and figure 2.

Fig 1a och b visar en axialkraftgivare enligt uppfinningen tillsammans med axel och kullager och inspänd i ett hus för mätning av axialkraft med teckenväxling.Figs. 1a and b show an axial force sensor according to the invention together with a shaft and ball bearings and clamped in a housing for measuring axial force with character change.

Fig 2 visar ett schema för matning av magnetiseringslindningar och behandling av signalen från mätlíndningarna.Fig. 2 shows a diagram for feeding magnetizing windings and processing of the signal from the measuring windings.

I fig 1 visar 1 rotationskroppen av mjukmagnetiskt material med de två för- tunnade kraftkännande delarna 2 och 3. Omkring dessa är lindade dels de serie- kopplade växelströmsmatade magnetiseringslindningarna H och 5, dels de mot- kopplade avkänningslindningarna 6 och 7. Rotationskroppen har mellan de kraft- kännande delarna utformats med en inåtgående fläns 8 som anhåll för axialkraft- upptagande lager, här ett på var sida om flänsen för att möjliggöra axialkraft- mätning i båda riktningarna, och vidare med en utåtgående fläns 9 av väsent- ligt samma höjd som lindningarnas sammanlagda tjocklek. Utanför de kraftmät- ande delarna har rotationskroppen vidare utformats med yttre flänsar 10 och 11 av minst samma höjd som líndningarnas sammanlagda tjocklek. Rotationskroppen omges av ett mjukmagnetiskt rör 12, som bildar ett litet luftgap med den mittre flänsen 9 och som fästes vid de yttre flänsarna 10 och 11 med skjuv- krafthärande fogar, lämpligen medelst svetsning. Röret 12 fungerar dels som magnetisk återgångsväg för flödena genom de kraftkännande delarna 2 och 3, dels som ett mekaniskt börande element som upptar kraften från den av de kraftkännande delarna som i det aktuella fallet är utsatt för dragning.In Fig. 1, 1 shows the rotating body of soft magnetic material with the two thinned force-sensing parts 2 and 3. Around these are wound partly the series coupled AC-supplied excitation windings H and 5, and the opposite coupled sensing windings 6 and 7. The rotating body has between the the sensing parts are formed with an inwardly extending flange 8 as a stop for axial force receiving bearing, here one on each side of the flange to enable axial force measurement in both directions, and further with an outwardly extending flange 9 of essential the same height as the total thickness of the windings. Outside the power meters the rotating body, the rotating body is further formed with outer flanges 10 and 11 of at least the same height as the total thickness of the windings. The body of rotation surrounded by a soft magnetic tube 12, which forms a small air gap therewith middle flange 9 and which is attached to the outer flanges 10 and 11 with shear force-retaining joints, preferably by welding. The tube 12 functions partly as magnetic return path for the flows through the force sensing parts 2 and 3, partly as a mechanically bearing element which absorbs the force from that of the the force-sensing parts which in the present case are subjected to traction.

Om rotationskroppen är utförd av material med positiv magnetostriktion, exem- pelvis järn vid måttlig magnetisering, ökar permeabiliteten och därmed flödet i den dragbelastade delen och minskar permeabiliteten och därmed flödet i den tryckbelastade delen. Härigenom induceras en kraftproportionell spänning i de A motkopplade avkänningslindningarna.If the rotating body is made of positive magnetostriction material, e.g. pelvic iron with moderate magnetization, increases the permeability and thus the flow in the tensile-loaded part and reduces the permeability and thus the flow in it pressure-loaded part. This induces a force-proportional voltage in the A disconnected the sensing windings.

Claims (1)

10 83061614» Fig 2 visar hur magnetiseringslindningarna 4 och 5 matas i serie från växel- strömskällan 13, som även styr den faskänsliga likriktaren 1ü, som likriktar den kraftproportionella signalen från de motkopplade avkänningslindningarna 6 och 7. Den likriktade mätsignalen avläses på instrumentet 15. Uppfinningen har ovan beskrivits tillämpad för axialtrycksmätning vid rote- rande axel. Exakt samma utförande kan användas som draglastcell för mätning av exempelvis linspänning. Den kan även i oförändrat skick användas för tryck- kraftmätning med kraften anbragt på ett cylindriskt tryckstycke, som vilar på den kraftupptagande flänsen. Ett annat alternativ är att ersätta flänsen med en hel skiva på vilken kraften kan anbringas. PATENTKRAV Magnetoelastisk kraftgivare, k ä n n e t e c k n a d därav, att den inne- fattar en rotationskropp (1) av mjukmagnetiskt material, utförd med två i huvudsak lika förtunnade, kraftkännande, cylindriska delar (2, 3) æmgivna av seriekopplade växelströmsmatade magnetiseringslindníngar (4, 5) och in- bördes motkopplade avkänningslindningar (6, 7) och mellan nämnda förtunnade delar en inåtgående, kraftupptagande innerfläns eller skiva (8) och en utåt- gående mittfläns (9) av väsentligen samma höjd som líndningarnas sammanlagda tjocklek och på yttersidorna om nämnda förtunnade delar yttre, utåtgående flänsar (10, 11) med minst samma höjd som lindníngarnas sammanlagda tjocklek, nämnda rotationskropp är omgiven av ett mjukmagnetiskt rör (12), som är fäst vid nämnda yttre utåtgående flänsar med skjuvkraftbärande fogar och har ett litet luftgap mot den utåtgående mittflänsen, de yttre utåtgâende flänsarna dessutom utgörande upplagsytor för reaktionskraften.Fig. 2 shows how the excitation windings 4 and 5 are fed in series from the alternating current source 13, which also controls the phase-sensitive rectifier 1ü, which rectifies the force-proportional signal from the opposite sensing windings 6 and 7. The rectified measuring signal is read on the instrument 15. The invention has been described above applied for axial pressure measurement at rotating shaft. Exactly the same design can be used as a tensile load cell for measuring, for example, lens tension. It can also be used in unchanged condition for pressure force measurement with the force applied to a cylindrical pressure piece, which rests on the force-absorbing flange. Another alternative is to replace the flange with an entire disc on which the force can be applied. CLAIMS Magnetoelastic force transducer, characterized in that it comprises a rotating body (1) of soft magnetic material, made of two substantially equally thinned, force-sensing, cylindrical parts (2, 3) surrounded by series-connected alternating current-supplied magnetizing windings (4 windings). and mutually opposed sensing windings (6, 7) and between said thinned parts an inwardly, force-absorbing inner flange or disc (8) and an outwardly central flange (9) of substantially the same height as the total thickness of the windings and on the outer sides of said thinned parts outer, outwardly extending flanges (10, 11) having at least the same height as the total thickness of the windings, said rotating body being surrounded by a soft magnetic tube (12) which is attached to said outer outwardly extending flanges with shear-bearing joints and has a small air gap towards the outwardly extending central flange , the outer outwardly projecting flanges also constitute bearing surfaces for the reaction force.
SE8306161A 1983-11-09 1983-11-09 MAGNETOELASTIC POWER SE440147B (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8306161A SE440147B (en) 1983-11-09 1983-11-09 MAGNETOELASTIC POWER
EP19840113266 EP0142110B1 (en) 1983-11-09 1984-11-03 Magneto-elastic force transducer
DE8484113266T DE3476452D1 (en) 1983-11-09 1984-11-03 Magneto-elastic force transducer
JP23340084A JPS60117120A (en) 1983-11-09 1984-11-07 Magnetic elastic force transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8306161A SE440147B (en) 1983-11-09 1983-11-09 MAGNETOELASTIC POWER

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE8306161D0 SE8306161D0 (en) 1983-11-09
SE8306161L SE8306161L (en) 1985-05-10
SE440147B true SE440147B (en) 1985-07-15

Family

ID=20353247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8306161A SE440147B (en) 1983-11-09 1983-11-09 MAGNETOELASTIC POWER

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0142110B1 (en)
JP (1) JPS60117120A (en)
DE (1) DE3476452D1 (en)
SE (1) SE440147B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0271832A1 (en) * 1986-12-15 1988-06-22 Asea Ab Magnetoelastic force transducer
SE457116B (en) * 1987-04-30 1988-11-28 Asea Ab MAGNETOELASTIC POWER
US4833926A (en) * 1987-07-29 1989-05-30 Nissan Motor Co., Ltd. Magnetostrictive stress measurement apparatus
JP2885427B2 (en) * 1989-08-02 1999-04-26 株式会社東芝 Contact type sensor
DE19623741A1 (en) * 1996-06-14 1997-12-18 Wittenstein Motion Contr Gmbh Device for recording and evaluating the operating force acting on a spindle drive
US7604470B2 (en) * 2006-04-03 2009-10-20 Stratasys, Inc. Single-motor extrusion head having multiple extrusion lines
DE102017109114B4 (en) 2017-04-27 2019-03-21 Trafag Ag Force sensor and force measuring method for measuring axial forces

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR949633A (en) * 1942-09-15 1949-09-05 Westinghouse Electric Corp Thrust measuring device for trees
GB880889A (en) * 1959-07-30 1961-10-25 Erwin Metzmeier Improvements in force measuring apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60117120A (en) 1985-06-24
SE8306161D0 (en) 1983-11-09
EP0142110A2 (en) 1985-05-22
DE3476452D1 (en) 1989-03-02
EP0142110A3 (en) 1986-06-25
EP0142110B1 (en) 1989-01-25
SE8306161L (en) 1985-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4786846A (en) Level guage apparatus
US8635917B2 (en) Magnetic torque sensor for transmission converter drive plate
US6516508B1 (en) Magnetoelastic non-compliant torque sensor and method of producing same
CA2792312C (en) Magnetic torque sensor for transmission converter drive plate
US4712433A (en) Torque sensor for automotive power steering systems
US7305882B1 (en) Accelerometer using magnetic transducer technology
EP2626678B1 (en) Magnetic torque sensor for transmission converter drive plate
KR880008012A (en) Magnetic elastic torque transducer
CN107209072B (en) Sensor assembly for indirect detection of torque of a rotatably mounted shaft
SE440147B (en) MAGNETOELASTIC POWER
SE455885B (en) MAGNETOELASTIC POWER
US12372424B2 (en) Torque measurement at a disk
US5675095A (en) Rotational torque sensor
EP1504246B1 (en) Eddy current sensor assembly for shaft torque measurement
US3537304A (en) Torquemeter
Beihoff A survey of torque transduction methodologies for industrial applications
US12540872B2 (en) System for sensing torque
US6863614B2 (en) Shunted collarless torsion shaft for electronic power-assisted steering systems
SE450420B (en) torque sensors
US3229514A (en) Torque measuring device
JPH10148641A (en) Angular acceleration sensor
Barton et al. Industrial torque measurement using magneto-strictive torquemeters
Sasada et al. A new structure of torque sensors using thin pickup head—Use of mutual coupling modulation
GB2140565A (en) Magnetoelastic torque transducer
US10746615B2 (en) Magnetizing ferromagnetic elements used in load and torque sensing devices

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8306161-4

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8306161-4

Format of ref document f/p: F