SE470196B - Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare - Google Patents

Description

\__'_l 10 15 20 25 30 35 40 45 2 f 'å l CZ) \ O I SE 300 062 beskrivs en magnetoelastisk givare som företrädesvis är avsedd att placeras i en cirkulär urborrning i det magnetostriktiva materialet vinkelrätt mot påkärmingsriktriingen. Givaren har en cylindrisk form och är försedd med dels en till en växelströmskälla ansluten magnetiseringsanordning och dels en till ett mätdon ansluten avkännings- anordning. Både magnetiseringsanordningen och avkänningsanordningen består av en järnkärna med därpå anbragt lindning och järnkämoma är anordnade i var sitt axialplan i givaren och där de båda axialplanen bildar en vinkel på antingen 90 eller 60 grader med varandra.

I vissa applikationssammanhang ställs speciella krav på kraftgivarens utfomming och egenskaper i övrigt. Det kan t ex gälla att kraftgivaren skall vara okänslig för icke önskade krafter i form av sidolaster och för vridande moment. Då sådana krav har ställts har man försökt undvika problemen genom att bygga in givaren i lastcellshus. Dessa lastcellshus har ofta inbyggda membranpaket som är veka i mätkraftens riktning men styva i övriga riktningar. Detta medför att enbart mätkraften leds in till givaren. Denna lösning leder dock till ökad bygghöjd.

Som omtalats under TEKNISKT OMRÅDE utgör en magnetoelastisk givare enligt uppfinningen en lösning på ett problemområde där man har behov av en kraftgivare för mycket höga krafter, där sidolaster kan förekomma och där tillgängligt utrymme är begränsat och till viss del betingat av en speciell applikation. Ett exempel på detta är vattenkraftaggregat, dvs turbiner och generatorer. Dessa har i regel vertikalt stående axlar med en diameter som kan ligga mellan 0,6-2,0 m.

För upptagning av den vertikala kraften som den roterande delen alstrar är axeln försedd med en fläns som vilar mot ett bärlager. Axeln är ofta försedd med ett styrlager bestående av ett antal lagersegment placerade runt axelns periferi. För att ge en viss rörlighet åt lagersegmenten är dessa mitt i den utåtvända ytan försedda med en urspårning för relativt små cirkulärcylindriska massiva kroppar, inom teknikområdet kallat "dubbar", som ansluter mot styrlagrets omgivande ring eller lagerhus.

Dubbama har ofta en diameter på 40-60 mm och en axiell längd på 30-50 mm. Den ena cirkulära ändytan, den som vänder mot lagersegmenten, är utformad så att anliggningen mot dessa består av en ringforrnad plan yta med en yttre diameter som motsvarar ändytans diameter. Anliggningen hos dubbens andra cirkulära ändyta mot lagerhuset sker i stort sett inom ett litet område kring ändytans centrum. Detta åstadkommes genom att denna ändyta har en från periferien och in mot centrum svakt utåtriktad kupning.

Ur flera synpunkter skulle det vara önskvärt att med kraftrnätare kunna mäta de radiella kraftema som uppstår på styrlagrets lagersegment.

Problemet som uppstår därvidlag är att kraftmätama ej får innebära någon ändring av de befintliga styrlagerkonstruktionema. 10 15 20 25 30 35 40 45 3 tro Exempel på annan applikation för tryckkraftmätning som kräver låg bygghöjd är behållarvägning. Ofta vill man montera in en lastcell i en redan existerande behâllares ben. Eftersom konstruktionen ej från början tagit hänsyn till lastceller brukar utrymmet för dessa bli minimalt.

Andra applikationer för denna utfonrming av givare är dragkraftmätning.

Man kan också använda denna givare i samband med tråddragning. Man vill då reglera kraften i tråden för att optimera processen och samtidigt t ex undvika trådbrott.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen går ut på att man använder den befintliga dubben som mätkropp och utformar den med mätzoner anpassade för magnetoelastisk mätning av de krafter som dubben skall överföra. En på detta sätt utformad dubb kommer i fortsättningen att omtalas som en "puck" med vilket avses en magnetoelastisk kraftgivare bestående av en kropp av massivt magnetoelastiskt material med mätzoner och med magnetiserings- lindningar som skall matas med växelström och med mätlindningar för avkänning av de krafter som den magnetoelastiska kraftgivaren utsättes för.

Puckens utformning med kraftinföring från lagersegmenten till den ringformiga ytan på puckens ena cirkulära ändyta och med kraftöverföring till lagerhuset via de centrala delama av puckens utåtvända svakt kupade cirkulära andra ändyta innebär att de vid belastning uppträdande huvudspänningstrajektoriema åtminstone i ett område mitt mellan de båda ändytoma i huvudsak kommer att förlöpa i raka lutande banor vars lutning i princip är parallell med en tänkt linje mellan den ringformiga plana ytan på den ena ändytan och de centrala delama på den kupade ändytan. Magnetiserings- och mätlindningama skall placeras relativt huvudspärmingstrajektoriema på ett sådant sätt att förhållandet mellan mätlast och störlaster blir optimalt och därför blir huvudspänningtrajektoriemas lutning bestämmande för placeringen av hålen för magnetiserings- och mätlindningama. Hålen placeras sedan företrädesvis mitt mellan de båda ändytoma. Beräkning av hur huvudspänningstrajektorierna förlöper visar att de har en relativt lång rak lutande mittersta del som mot de båda ändytoma böjer av så att trajektoriema kan sägas ha en stympad S-forrn mellan de båda ändytoma.

I och med att tryckytoma på de båda ändytoma är förskjutna relativt varandra ökar avståndet från mätzon till tryckyta. Detta innebär ett minskat beroende av underlagets planhet. 196 -gm *<1 10 15 20 25 30 35 40 45 'i \f\ Ö°\ Den klassiska magnetoelastiska kraftgivaren enligt närnda SE 151 257 är i princip en tvådimensionell kraftgivare med kraftplan parallella med de magnetoelastiska plåtama som ingår i plåtpaketet. En sådan uppbyggnad uppvisar en icke önskvärd påverkan från sidokrafter och för turma givare också en ostabilitet tvärs plåtpaketet. Det traditionella sättet att öka tåligheten mot sidolast är att bygga in givaren i ett lastcellshus som med hjälp av membran upptar sidokrafter men inte de krafter som skall mätas.

Genom att förse pucken med minst tre mätzoner på samma avstånd från puckens axel och förlagda med lika delning runt pucken erhålles en tredimensionell kraftgivare. Detta innebär att man i givarens design har byggt in en styvhet och okänslighet för sidolaster. Dänned har man också erhållit en givare som inte behöver ett separat lastcellshus med inbyggd membran för upptagande av sidokrafter.

Som en föredragen utföringsfonn förses lastcellen med 4 mätzoner med vinkeln 900 mellan de centrala kraftplanen. Mätzonema hos pucken bildas genom att från den massiva dubbens cylindriska yta och inåt på något sätt tas bort så mycket av dubbmaterialet att enbart mätzonema blir kvar. I mätzonema borras sedan hålen för magnetiserings- och mätlindningama vridna relativt huvudspärmirigstrajektoriemas riktning så som redan omtalats.

RITNINGSFÖRTECKNIN G Figur 1 visar en föredragen utföringsfonn av pucken enligt uppfinningen sedd från sidan.

Figur 2 visar ett snitt hos den föredraga utföringsfonnen av pucken parallellt med och mitt emellan puckens båda ändytor.

REDOGÖRELSE FÖR UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar pucken l i en föredragen utföringsfonn med 4 mätzoner sedd från sidan. Den ringfonniga ändytan visas vid 2. Motstående åndyta 3 är som figuren visar svagt utåtkupad och där kraftöverföringen till lagerhuset sker inom de centrala delama av den kupade ändytan. För att på enklaste sätt beskriva hur mätzonema bildas refereras till figur 2 som visar ett snitt genom pucken vid A-A i figur 1. Med cylindriskt skärande verktyg B och C centrerade i samma plan A-A skärs från den cylindriska ytan bort den volym som i planet A-A motsvaras av de streckade ytoma Bl och Cl. Den materialdel av pucken som blir kvar mellan de urskurna delarna bildar en första mätzon M1. Med de cylindriskt skärande verktygen D och E skärs sedan bort delarna D1 och D2 samt El och E2. 10 15 20 25 30 35 40 45 5 470 Motsvarande urskämingar sker sedan på puckens motstående sida varvid de övriga tre mätzonerna bildas. Mätzonen Mls ena ändyta MIÄ visas också i figur 1 tillsammans med motsvarande urskämingar. Genom denna utföringsfonn har man också skapat ett skyddat utrymme för lindningshärvoma.

I stället för att den ena ändytan skall vara svakt utåtkupad med kraftöverföring via den centrala delen av ändytan kan det i vissa applikationer vara lämpligt att ändytan är plan med en centralt belägen sfär.

För dragkraftapplikationer kan pucken förses med ett centralt genomgående hål i vilket kan införas en dragpinne med en mot den andra cirkulära ändytan befintlig fläns. Dragkraftanslutningen sker då mot pinnens andra ände.

I samband med tråddragning kan man montera en dysa i hålet som tråden dras genom.

De i figur l visade streckade linjerna motsvarar i stora drag huvud- spänningstrajektorierna i ett diametralt plan mitt i två mätzoner. Därvid är också hålens placering respektive lutning relativt huvudspärmings- trajektorierna bestämda.

I icke visade utföringsforrner kan pucken generellt så som omtalat under REDOGORELSE FOR UPPFINNINGEN förses med minst tre mätzoner placerade på samma avstånd från puckens axel och symmetriskt fördelade runt pucken. 196

Claims (8)

.Fx *JJ C.. 10 15 20 25 30 35 40 45 -..à- mfl) Cfñ PATENTKRAV

1. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare bestående av en kropp (1) av massivt magnetoelastiskt material försedd med magnetiserings- lindningar som skall matas med växelström och med mätlindningar för avkärming av de krafter som den magnetoelastiska kraftgivaren utsättes för, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen har en cirkulärcylindrisk form med kraftöverföring mellan kroppens båda cirkulära ändytor och där den ena cirkulära ändytan är utformad med en ringfonnad plan yta (2) med en yttre diameter som motsvarar kroppens diameter och där den andra cirkulära ändytan (3) är utformad med en centralt belägen förhöjning varvid huvudspärmingstrajektoriema åtminstone i ett område mitt mellan de båda ändytoma i huvudsak kommer att förlöpa i raka lutande banor vars lutning i princip är parallell med en tänkt linje mellan den ringfonniga plana ytan på den ena ändytan och de centrala delarna på den kupade ändytan, att kroppen är anordnad med minst tre mätzoner på samma avstånd från kroppens axel förlagda med lika delning runt kroppen och att mätzonema är försedda med hål för magnetiserings- och mätlindningama.

2. Tredirnensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje mätzon är anordnad genom att med mot varandra riktade skärande cylindriska verktyg (B, C), centrerade i ett plan mitt mellan de båda ändytoma, från den cylindriska ytan och in i kroppen bearbeta bort lika mycket av kroppens material (Bl, Cl) varvid mätzonen består av den mellan de bortbearbetade delama kvarvarande materialdelen (M1).

3. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att huvudspärmingstrajektoriemas lutning mellan de båda ändytoma är bestämmande för placering av hålen för magnetiserings- och mätlindningama i mätzonema.

4. Tredirnensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen är anordad med 4 mätzoner med vinkeln 900 mellan mätzonemas centrala kraftplan.

5. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den andra cirkulära ändytan från periferien och in mot centrum är utformad med en svakt utåtriktad kupning.

6. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den andra cirkulära ändytan är utformad som en plan yta med en centralt belägen sfär. 10 15 20 25 30 35 40 45 7 :Jo 1%

7. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen är utformad med ett centralt genomgående hål för en dragpinne försedd med en fläns med anliggning mot den andra cirkulära ändytan.

8. Tredimensionell magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen är utfonnad med ett centralt genomgående hål för montering av en dysa.