SE440147B - Magnetoelastisk kraftgivare - Google Patents

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.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1a och b samt figur 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.

Fig 2 visar ett schema för matning av magnetiseringslindningar och behandling av signalen från mätlindningarna.

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.

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.

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.

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.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1a och b samt figur 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.

Fig 2 visar ett schema för matning av magnetiseringslindningar och behandling av signalen från mätlíndningarna.

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.

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.

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.