SE504842C2 - Vridmomentgivare bestående av en givaraxel med en cirkulärpolariserad magnetisk ring fixerad vid givaraxelns periferi - Google Patents

Description

504 842 2 10 15 20 25 30 35 40 45 patentskrifter och tekniska artiklar. Gemensamt för flertalet av dessa lösningar är att man i det magnetiska materialet skapat två zoner med någon form av anisotropi som får den magnetiska flödestätheten att avlänkas i en vinkel från sin naturliga riktning parallellt med generatriserna till givaraxelns cylinderyta.

Enligt teknikens ståndpunkt finns ett antal olika sätt att utforma magnetiserings- och detekteringskretsarna samt att åstadkomma nämnda anisotropi, varav några redovisas nedan.

I SU 667836 beskrivs en metod där anisotropien skapas rent geometriskt i varje zon genom att man skär slitsar i ytan på axeln enligt ett bestämt mönster. Detta mönster består av ett antal sinsemellan parallella linjer riktade 45 grader mot en generatris till givaraxelns cylinderyta.

I US 4,823,620 beskrivs sarnma utförande som ovan vad beträffar den geometriska anisotropien, dock med det tillägget att man härdar eller kolar upp ytan i syfte att minska hysteresen hos givaren.

En annan magnetoelastisk metod för mätning av vridmoment i en axel framgår av EP O 525 551 A2. Den axel vars vridmoment skall mätas förses med en cirkulärpolariserad magnetisk ring som krymps eller limmas på axeln. Då axeln belastas kommer även ringen att förvridas.

Detta innebär att den periferiella magnetiseringen förändras till en spiralformad orientering med både en periferiell och en axiell komposant. Med hjälp av ett Hall-element fritt monterat relativt axel och som är så orienterat att Hall-elementet endast avkänner den axiella komposanten erhålles ett mått på aktuellt vridmoment i axeln.

Båda dessa metoder har sina begränsningar och problem. Den förstnämnda metoden förutsätter full rotationssymmetri och axeln måste bearbetas för att åstadkomma den önskvärda anisotropien. Att använda ett Hall-element enligt ovan anförda andra metod har också flera nackdelar.

Dels kommer ett Hall-element att mäta fältet i endast en punkt längs ringens omkrets. När givaraxeln roterar, och därmed även den cirkulärpolariserade magnetiska ringen, kommer utsignalen från Hall- elementet att variera om inte ringens magnetfält har perfekt symmetri.

En annan nackdel är att Hall-element har mycket små signalnivåer.

Därmed blir signalen känslig för elektriska störningar. Dessutom har Hall-element en icke oväsentlig temperaturdrift.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning är en vidareutveckling av den senast beskrivna metoden med en cirkulärpolariserad magnetisk ring som är fastsatt på den 10 15 20 25 30 35 40 45 3 504 842 axel, givaraxeln, vars vridmoment skall mätas. Uppñnningen medger att de ovan anförda nackdelarna med avkänning av aktuellt vridmoment med ett Hall-element elimineras.

Enligt uppfinningen låter man den cirkulärpolariserade ringen koncentriskt och fritt omslutas av en rörformad mantel. I obelastat tillstånd hos givaraxeln kommer det periferiella magnetfältet från ringen inte att ge något axiellt magnetfält i manteln. Manteln skall vara utförd i ett högpermeabelt och icke-linjärt ferromagnetiskt material.

Manteln skall förses med en magnetiseringslindning och matas med en sinusforrnad växelström. Frekvensen hos denna ström skall väljas så att den medger god mätning av de snabbaste vridmomentförändringarna som givaren är avsedd att mäta samtidigt som den måste väljas med avseende på virvelströmmar så att dessa ej förhindrar det alstrade tidsvarierande magnetfältet att tränga in i manteln i tillräcklig utsträckning.

I obelastat tillstånd, dvs då det inte finns statiskt axiellt magnetfält i manteln orsakat av den cirkulärpolariserade ringen, kommer det tidsvarierande H-fältet på grund av symmetrien i den icke-linjära magnetiseringskurvan att ge upphov till ett axiellt tidsvarierande B-fält i manteln som endast innehåller udda övertoner till matningsströmmens frekvens. Då givaraxeln belastas med ett vridmoment tillkommer i manteln ett överlagrat statiskt axiellt magnetfält från den cirkulärpolariserade ringen. Detta medför att den magnetiska symmetrien bryts vilket leder till att även jämna övertoner uppträder i B-fältet.

Förekomsten av dessa jämna övertoner i B-fältet kan detekteras som en inducerad spänning i en detekteringslindning lindad parallellt med magnetiseringslindningen eller de kan detekteras som en överlagrad spänning på den spänning som driver matningsströmmen.

Detektorn av spänningar med jämna övertoner är anordnad att avge en signal som motsvarar ett mått på halten av dessa jämna övertoner. Denna signal kopplas sedan till en regulator som alstrar en likström proportionell mot halten av de jämna övertonerna. Likströmmen kan antingen överlagras matningsströmmen, eller den kan få verka i en separat lindning. Likströmmen skall riktas så att den motverkar det axiella statiska magnetfältet från den cirkulärpolariserade ringen så att inga järnna övertoner längre detekteras med detektorn.

Detta innebär att den ström som erfordras för att eliminera den magnetomotoriska kraften från den cirkulärpolariserade ringen kan användas som ett mått på aktuellt vridmoment i givaraxeln. Genom att använda en faskänslig detektor kan man också erhålla information om vridmomentets riktning. 10 15 20 25 30 35 40 45 504 842 4 RITNINGSFÖRTECKNING Figur 1 visar en föredragen utföringsform av en vridmomentgivare enligt uppfinningen.

Figur 2 och 3 visar alternativa utföringsforrner av vridmomentgivaren.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Som indikerat under redogörelsen för uppfinningen finns ett antal olika mer eller mindre likvärdiga utföringsformer. En föredragen utföringsform visas i figur l.

Den givaraxel vars överförda moment skall bestämmas visas i ett snitt vid l. Den cirkulärpolariserade ringen visas likaledes i ett snitt vid 2.

Koncentriskt med givaraxel och ring visas en mantel 3 som enligt ovan skall vara utförd i ett högpermeabelt och icke-linjärt ferromagnetiskt material. På denna mantel är lindad en lindning 4 som skall matas med en växelström med lämplig frekvens, så som omtalat ovan, för att magnetisera manteln för att alstra ett tidsvarierande axiellt fält i denna.

Halten av de de spänningar med jämna övertoner av matningsfrekvensen som uppträder i lindningen då axeln belastas mäts med hjälp av en faskänslig detektor 5. Den faskänsliga detektorn alstrar en signal motsvarande halten av de detekterade spänningarna med jämna övertoner.

Denna signal är kopplad till en regulator 6 som är så anordnad att den avger en likström som tillföres samma lindning 4 och som till sin riktning är sådan att den motverkar det statiska axiella fältet från den cirkulärpolariserade ringen som uppstår då givaraxeln belastas med ett vridmoment och som till sin storlek praktiskt taget eliminerar det statiska axiella fältet. Genom kalibrering kan på detta sätt aktuellt vridmoment avläsas på ett polariserat instrument 7 som genomflytes av likströmmen.

Av figur 2 framgår en alternativ utföringsform där den enda skillnaden relativt figur l är att den alstrade likströmmen tillföres en separat lindning 8.

Av figur 3 framgår ytterligare en utföringsform där de jämna övertonerna detekteras via en egen detekteringslindning 9 och där den alstrade likströmmen tillföres den separata lindningen 8.

Inom ramen för uppfinningen finns ytterligare kombinationer av de redovisade utföringsformerna.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 40 45 5 504 842 PATENTKRAV

1. Vridmomentgivare bestående av en givaraxel (1) med en cirkulärpolariserad magnetisk ring (2) fixerad vid givaraxelns periferi, k ä n n e t e c k n a d av att den cirkulärpolariserade magnetiska ringen koncentriskt omges av en fritt relativt axeln stillastående rörformad mantel (3) i vilken alstras ett axiellt statiskt magnetfält härrörande från den cirkulärpolariserade magnetiska ringen då, givaraxeln belastas med ett vridmoment och att storleken av det statiska magnetfältet är betingad av storleken på aktuellt vridmoment, att manteln är försedd med åtminstone en lindning (4, 8, 9) som matas med en växelström av given frekvens för axiell tidsvarierande magnetisering av manteln, en faskänslig detektor (5) för detektering av och avgivande av en signal motsvarande halten av de i lindningen på grund av det statiska magnetfältet inducerade spänningarna med jämna övertoner till den givna magnetiserings- strömmens frekvens, att signalen är kopplad till en regulator (6) för avgivande av en likström proportionell mot signalen kopplad till lindningen och med en sådan polaritet att den motverkar det vid vridmomentbelastning av axeln uppträdande statiska axiella fältet och att nämnda likström utgör ett mått på det vridmoment som axeln belastas med.

2. Vridmomentgivare enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d av att den rörformade manteln är utformad i ett högpermeabelt och icke-linjärt ferromagnetiskt material.

3. Vridmomentgivare enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att manteln är försedd med en lindning (4) avsedd både för axiell tidsvarierande magnetisering av manteln, för avkänning av inducerade spänningar med jämna övertoner till frekvensen hos den tidsvarierande magnetiseringen samt för att åstadkomma det mot det på grund av vridmomentbelastnin gen uppträdande statiska axiella fältet i manteln.

4. Vridmomentgivare enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att manteln är försedd med en lindning (4) avsedd både för axiell tidsvarierande magnetisering av manteln och för avkänning av inducerade spänningar med jämna övertoner till frekvensen hos den tidsvarierande magnetiseringen samt en lindning (8) för att åstadkomma det mot det på grund av vridmomentbelastningen uppträdande statiska axiella fältet i manteln.

5. Vridmomentgivare enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att manteln är försedd med en lindning (4) avsedd för axiell tidsvarierande magnetisering av manteln och en lindning (9) för avkänning av inducerade spänningar med jämna övertoner till frekvensen hos den tidsvarierande magnetiseringen samt en lindning (8) för att åstadkomma 10 15 20 25 30 35 40 45 504 842 6 det mot det på grund av vridmomentbelastningen uppträdande statiska axiella fältet i manteln.