JPWO2019116957A1

JPWO2019116957A1 - 推力測定装置

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Publication number: JPWO2019116957A1
Application number: JP2019559561A
Authority: JP
Inventors: 義浩細川; 秋山　喬; 喬秋山; 堀内　弥; 弥堀内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP6779390B2; WO2019116957A1; US11231336B2; US20210215558A1

Abstract

円弧状に設置したマグネット（２）に対応するように設けられたコイル（１２）と、圧力センサ（６２）と、縦側静圧パッド（４００、４１０、４１１）と、マグネット（２）の形状に対応して動作させる横側静圧プレート（５０）および横側静圧パッド（５１０、５１１）とが配設された可動部分と、マグネット（２）および縦側静圧パッドに相対する縦側静圧プレート（４０、４１）が設置されたベース（１）と、横側静圧プレート（５０）に相対する横側静圧パッド（５００）が設けられた壁（３０）と、横側静圧パッド（５１０、５１１）に相対する横側静圧プレート（５１）が設けられた壁（３１）と、圧力センサ（６２）とボールジョイント（６１）を介して接続され、可動部分の位置を計測するアクチュエータ（６０）が設けられた壁（３２）とが配設された固定部分とを備え、円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定する。

Description

本願は、リニアモータの推力を測定するとともに、発生した推力からリニアモータの特性を測定する推力測定装置に関する。

リニアモータでは、永久磁石（マグネット）がリニアモータの進行方向に間隔をおいて配置される。この永久磁石に対向する位置に、ギャップを介してリニアモータの進行方向にコイルを配置する。コイルに流す電流の向きを変えることで、コイルの永久磁石に対向する部分のＮ極とＳ極の切り換えが可能となる。このＮ極とＳ極との切り替えを制御することで、つまり、永久磁石とコイルとが引合ったり反発したりするタイミングを制御することで、リニアモータは進行方向に推力を生ずる。リニアモータに推力を生じさせる場合においては、永久磁石とコイルは、どちらが固定側でも、可動側でも問題無い。また、コイルの中に鉄芯を有するリニアモータをコア付きリニアモータと呼び、コイルの中に鉄芯が無いリニアモータをコアレスリニアモータと呼ぶ。コア付きリニアモータの場合、コイルの中心に鉄芯があるので磁力が強く、リニアモータの推力が強い一方、永久磁石とコイル鉄芯とが引合う影響を受け、リニアモータの推力に脈動が生じ易い。コアレスリニアモータの場合、コイルの中に鉄芯が無いためリニアモータの推力に脈動が生じ難い一方、磁力が弱いためリニアモータの推力が弱い。

ここで、コア付きリニアモータの推力に生じる脈動について説明する。リニアモータの推力に生じる脈動には２種類ある。１つは、コイルと永久磁石との相対位置の変化に伴い磁気抵抗が変化するために発生する推力の脈動であり、コギング推力（以下コギングと呼ぶ）と呼ぶ。コギングは、コイルに流す電流に関わらず、コイルと永久磁石との相対位置により変化し、コイルに電流を流さない状態で外部からコイルと永久磁石との相対位置を変化させることで測定できる。もう１つは、コイルによる磁束と永久磁石による磁束との相互作用が一定でないために発生する推力の脈動であり、推力リップル（以下リップルと呼ぶ）と呼ぶ。リップルは、コイルに流す電流に比例して大きくなる。

コア付きのリニアモータにおいては、リニアモータの推力に生じる脈動は制御性能に影響を与えるため、これまで様々な測定方法が提案されてきた。例えば、板バネでリニアモータのコイルを吊り下げることで、精密な推力変動を測定する手法がある（例えば、特許文献１参照）。また、リニアモータをベアリング機構のような接触式案内機構に設置し、力センサで計測する手法がある（例えば、特許文献２参照）

国際特許ＷＯ２０１６／００９４７１号公報（段落０００８〜０００９、図１）特開２００１−２１８４９７号公報（段落００１０、図６）

上述のようなリニアモータの推力の脈動を測定する方法にあっては、円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定することが困難であった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたもので、円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定することが可能となる推力測定装置を得ることを目的とする。

本願に開示される推力測定装置は、円弧状に形成されたリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる第一の静圧プレートおよび／または第一の静圧パッドとが配設された可動部と、前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイルと、前記第一の静圧プレートおよび／または前記第一の静圧パッドに相対する第二の静圧パッドおよび／または第二の静圧プレートと、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部を進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが配設された固定部とを備えたことを特徴とする。

また、水平方向で円弧状に形成されたリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記可動側コイル又は前記可動側マグネットを一定の高さで支える垂直側静圧パッドと、両水平に前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる円弧状を有する第一の水平側静圧プレートおよび／または第一の水平側静圧パッドとが配設された可動部と、前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイル、および前記垂直側静圧パッドに相対する平板状の垂直側静圧プレートが設置されたベースと、前記第一の水平側静圧プレートおよび／または前記第一の水平側静圧パッドに相対する円弧状を有する第二の水平側静圧パッドおよび／または第二の水平側静圧プレートが設けられた第一の壁および第二の壁と、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部の進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが設けられた第三の壁とが配設された固定部とを備えたことを特徴とする。

また、垂直方向で円弧状に設置したリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記可動側コイル又は前記可動側マグネットを一定の高さで支え、前記円弧状の前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる円弧状を有する垂直側静圧パッドと、両水平に平板状の第一の水平側静圧プレートおよび／または第一の水平側静圧パッドとが配設された可動部と、前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイル、および前記垂直側静圧パッドに相対する円弧状を有する垂直側静圧プレートが設置されたベースと、前記第一の水平側静圧プレートおよび／または前記第一の水平側静圧パッドに相対する第二の水平側静圧パッドおよび／または第二の水平側静圧プレートが設けられた第一の壁および第二の壁と、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部の進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが設けられた第三の壁とが配設された固定部とを備えたことを特徴とする。

本願によれば、可動部と固定部が、それぞれ相対する円弧状の静圧パッドと静圧プレートを備えることにより、円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定することが可能となる。

実施の形態１による推力測定装置の要部の構成を示す正面側斜視図である。実施の形態１による推力測定装置の要部の構成を示す上面側斜視図である。実施の形態１による推力測定装置の要部の構成を示す断面図である。実施の形態１による推力測定装置での圧力センサの配置を説明するための図である。実施の形態１による推力測定装置での圧力センサの配置を説明するための図である。実施の形態１による推力測定装置での垂直方向の静圧パッドの構成を示す斜視図である。実施の形態１による推力測定装置での水平方向の静圧パッドの構成を示す斜視図である。実施の形態１による推力測定装置の要部の構成を示す上面図である。実施の形態１による推力測定装置でのコギングによる推力を測定する方法を示すフローチャート図である。実施の形態１による推力測定装置でのリップルによる推力を測定する方法を示すフローチャート図である。実施の形態２による推力測定装置での圧力センサの配置を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における推力測定装置１０１を正面側から見た概略構造を示す斜視図であり、図２は、上面側から見た概略構造を示す斜視図である、また、図３は、図２のＡＡ矢視断面図である。なお、配管および配線については、表示していない。

図１、図２および図３に示すように、推力測定装置１０１は、ベース１、固定側マグネットとしてのマグネット２、垂直側静圧プレート４０、４１、第一の壁としての壁３０、第二の壁としての壁３１、第三の壁としての壁３２、第二の水平側静圧プレートとしての水平側静圧プレート５１、第二の水平側静圧パッドとしての水平側静圧パッド５００からなる固定部と、可動ベース１１、可動側コイルとしてのコイル１２、垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１、第一の水平側静圧プレートとしての水平側静圧プレート５０、第一の水平側静圧パッドとしての水平側静圧パッド５１０、５１１からなる可動部とで構成される。

ここで説明のため、リニアモータ２０の進行方向をＹ軸とし、このＹ軸に直交し、Ｙ軸と共にリニアモータ２０の設置面を形成する軸をＸ軸、このＸ軸とＹ軸で形成される面（以下、この面をＸ−Ｙ平面と呼ぶ）に直交する軸をＺ軸とする。また、Ｘ軸とＺ軸で形成される面をＸ−Ｚ平面と呼ぶ。この定義に基づいた座標軸を図１に示す。

固定部では、測定対象となるリニアモータ２０の構成要素であって、Ｘ−Ｙ平面を形成するベース１が設置され、このベース１上に測定対象となるリニアモータ２０のマグネット２がＹ軸方向にＺ軸を中心とした円弧状に配置されている。また、このマグネット２の両側に、垂直側静圧プレート４０と垂直側静圧プレート４１がＹ軸方向に配置されている。ここで、垂直側静圧プレート４０及び垂直側静圧プレート４１はＸ−Ｙ平面を構成している。また、ベース１と相対位置が変わらない壁３０及び壁３１及び壁３２が設置されている。壁３０及び壁３１はＹ−Ｚ平面を構成し、壁３２はＸ−Ｚ平面を構成している。壁３０及び壁３１には、可動ベース１１が、円弧形状に配設されるマグネット２に対応して動作できるように、可動ベース１１側と接する面が凹型の円弧形状の水平側静圧パッド５００と、凸型の円弧形状の水平側静圧プレート５１がそれぞれ設けられている。また、壁３２には、アクチュエータ６０を設置し、アクチュエータ６０は、ボールジョイント６１を介して、可動ベース１１に設けられた圧力センサ６２に接続している。また、アクチュエータ６０には位置センサとしてエンコーダが内在しており、可動ベース１１の位置を取得できる。

可動部には、可動ベース１１のＸ−Ｙ平面である下面の中央に、コイル１２が設けられている。また、コイル１２の両側に、垂直側静圧パッド４００と、垂直側静圧パッド４１０及び垂直側静圧パッド４１１が設けられている。さらに、可動ベース１１のＹ−Ｚ平面である両側面には、可動ベース１１が円弧形状に配設されるマグネット２に対応して動作できるように、壁３０及び壁３１側と接する面が凸型の円弧形状の水平側静圧プレート５０と、凹型の円弧形状の水平側静圧パッド５１０及び水平側静圧パッド５１１がそれぞれ設けられている。可動ベース１１のＸ−Ｚ平面である側面には、圧力センサ６２が設けられ、前述のとおり、圧力センサ６２は、ボールジョイント６１を介してアクチュエータ６０に接続している。

このように構成された可動部が、固定部に対し、垂直側静圧パッド４００は垂直側静圧プレート４０に、垂直側静圧パッド４１０及び４１１は垂直側静圧プレート４１に、水平側静圧プレート５０は水平側静圧パッド５００に、水平側静圧パッド５１０及び５１１は水平側静圧プレート５１に対面する位置に設置される。

アクチュエータ６０は、Ｙ軸方向に伸縮機構を有する駆動機構であり、例えばボールねじ機構が用いられる。圧力センサ６２には、例えばロードセルが用いられる。ボールジョイント６１を用いる理由は、アクチュエータ６０と圧力センサ６２の相対角度の変化に追従させるためであり、ボールジョイントの他、カップリング機構を用いてもよい。また、図１には図示していないが、コイル１２には配線を介して電源を供給するためのアンプが接続されている。

なお、圧力センサ５２は、アクチュエータ６０の先端にボールジョイント６１を介して設けられ、可動ベース１１に接続される配置がよい。この場合、図４に示すように、アクチュエータ６０と圧力センサ６２の相対角度が変化しても、圧力センサ６２が、可動ベース１１より受ける力（測定したい力Ｆ１）とボールジョイント６１から受ける反力（測定できる力Ｆ２）が一致する。一方、圧力センサ６２が、アクチュエータ６０の先端に設けられ、ボールジョイント６１を介して可動ベース１１に接続される配置の場合、図５に示すように、アクチュエータ６０と圧力センサ６２の相対角度が変化すると、ボールジョイント６１を介して可動ベース１１より受ける力（測定したい力Ｆ１）とアクチュエータ６０から受ける反力（測定できる力Ｆ２）の間に差が生じる。

垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び水平側静圧パッド５００、５１０、５１１は、圧力をかけた油を相対する垂直側静圧プレート４０、４１、及び水平側静圧プレート５０、５１それぞれに送出し、静圧パッドと静圧プレートの間に油の膜を作る機能を有する。静圧パッドと静圧プレートの間に油の厚みは、一般的に１０マイクロメートルから１００マイクロメートルである。油は静圧パッドと静圧プレートの間から常に漏れ出し、油の圧力が常に一定になるよう、油圧ポンプにて常に圧力が調整される。

図６は、垂直側静圧パッド４００の基本的な構成を示す斜視図である。図６に示すように、垂直側静圧パッド４００は、垂直側静圧プレート４０に相対する平面４００ａの中央部分に、油を流出するための穴４００ｂが空いており、この穴４００ｂから垂直側静圧プレート４０と垂直側静圧パッド４００の間に油が流出するような構造となっている。垂直側静圧パッド４１０及び垂直側静圧パッド４１１も、図は省略するが、垂直側静圧プレート４１に相対する平面４１０ａ、４１１ａそれぞれの中央部分に、油を流出するための穴４１０ｂ、４１１ｂがそれぞれ空いた、同様の構成を有する。

図７は、水平側静圧パッド５００の基本的な構成を示す斜視図である。図７に示すように、水平側静圧パッド５００にも、凸型の水平側静圧プレート５０に相対する凹型の円弧形状の面５００ａの中央部分に、油を流出するための穴５００ｂが空いており、この穴５００ｂから水平側静圧プレート５０と水平側静圧パッド５００の間に油が流出するような構造となっている。水平側静圧パッド５１０及び水平側静圧パッド５１１も、図は省略するが、凸型の水平側静圧プレート５１に相対する凹型の円弧形状の面５１０ａ、５１１ａそれぞれの中央部分に、油を流出するための穴５１０ｂ、５１１ｂがそれぞれ空いた、同様の構成を有する。

水平側静圧パッド５００、５１０、５１１は、可動ベース１１が、円弧形状に配設されるマグネット２に対応して動作できるように、水平側静圧パッド５００には、凸型の水平側静圧プレート５０に相対する凹型の円弧形状の面５００ａが設けられ、水平側静圧パッド５１０、５１１には、凸型の水平側静圧プレート５１に相対する凹型の円弧形状の面５１０ａ、５１１ａが、それぞれ設けられている。

垂直側静圧プレート４０、４１、及び水平側静圧プレート５０、５１は、相対する垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び水平側静圧パッド５００、５１０、５１１からそれぞれ送出された油の力を受けるとともに、油を回収する機構を有する。さらに、垂直側静圧プレート４０、４１、及び水平側静圧プレート５０、５１は、相対する垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び水平側静圧パッド５００、５１０、５１１からそれぞれ送出された油を介して、垂直側静圧プレート４０、４１及び水平側静圧プレート５０、５１の表面を相対する垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び水平側静圧パッド５００、５１０、５１１がそれぞれ滑る移動機構としての機能を有している。

図８は、推力測定装置１０１の上面図であり、凸型の水平側静圧プレート５０及び凸型の水平側静圧プレート５１の形状を詳細に説明するための図である。図８に示すように、凸型の水平側静圧プレート５０の面５０ａの円弧形状は、点Ｃ１を中心とする半径Ｒ１の円の一部である。水平側静圧パッド５００の凹型の円弧形状の面５００ａは、凸型の水平側静圧プレート５０の面５０ａの円弧形状に相対するように設けられている。

また、凸型の水平側静圧プレート５１の面５１ａの円弧形状は、点Ｃ２を中心とする半径Ｒ２の円の一部である。水平側静圧パッド５１０、５１１の凹型の円弧形状の面５１０ａ、５１１ａは、凸型の水平側静圧プレート５１の面５１ａの円弧形状に相対するようにそれぞれ設けられている。

本方式により、垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び水平側静圧パッド５００、５１０、５１１は、それぞれ相対する垂直側静圧プレート４０、４１、及び水平側静圧プレート５０、５１に対して、非常に小さな摩擦係数を実現したガイドとなる。その摩擦係数は、１／２０，０００以下であり、一般的なＬＭガイド（ＬｉｎｅａｒＭｏｔｉｏｎＧｕｉｄｅ、リニア駆動ガイド）の摩擦係数１／１，０００程度と比較して十分小さい。

リニアモータがコア付きの場合、つまりコイル１２の中に鉄芯を有する場合、コイル１２とマグネット２との間に磁気吸引力が働く。この磁気吸引力はリニアモータの推力等の能力に依存するが、市販されているリニアモータの一例を挙げると、連続推力が９６０Ｎの場合、磁気吸引力は８、８００Ｎ、連続推力が３、０００Ｎの場合、磁気吸引力が４５、０００Ｎなどである。この時のガイド部の摩擦力は、摩擦係数１／１，０００のＬＭガイドを採用した場合、連続推力９６０Ｎに対して摩擦力が８．８Ｎ、連続推力３，０００Ｎに対して摩擦力が４５Ｎである。

一方、摩擦係数１／２０，０００の非接触式ガイドを採用した場合、連続推力９６０Ｎに対して摩擦力が０．４４Ｎ、連続推力３，０００Ｎに対して摩擦力が２．２５Ｎである。ガイド部の摩擦力はコギングを測定する上で誤差要因となる。これは、被測定対象であるコギングによる推力が、ガイド部の摩擦力程度の大きさになる場合があることに起因する。そこで、摩擦力がより小さい、すなわち測定の誤差要因が小さい非接触式ガイドを採用する。

次に、実施の形態１における推力測定装置１０１を用いたリニアモータのコギングによる推力を測定する方法について、図９に基づき説明する。図９は、実施の形態１による推力測定装置でのコギングによる推力を測定する方法を示すフローチャート図である。

コギングによる推力とは、コイル１２内の鉄芯がマグネット２の影響によりリニアモータの進行方向に発生する推力のことであり、その向きは鉄芯とマグネット２との位置関係により交互に反転する。

まず、コイル１２の動力線をアンプから切り離す（ステップＳ９０１）。続いて、推力測定装置１０１の電源を投入する（ステップＳ９０２）。その後、アクチュエータ６０で可動ベース１１のコイル１２を測定の開始位置へ移動する（ステップＳ９０３）。これで、測定の準備が完了する。

準備が完了すれば、アクチュエータ６０を一定の速度で駆動する（ステップＳ９０４）。この時、コイル１２にはマグネット２との相対位置に応じてＹ軸方向にコギングによる推力が発生する。詳しくはコイル１２内の鉄芯がマグネット２に引き寄せられる力の大きさと向きが、場所により異なり、進行方向に対して前後方向に交互に力が発生する。

コイル１２を一定速度で移動させている時の、可動ベース１１の位置をアクチュエータ６０に内在するエンコーダで計測するとともに、アクチュエータ６０が可動ベース１１より受ける力を圧力センサ６２で測定する（ステップＳ９０５）。この測定を、可動ベース１１が終了位置に到達するまで続ける（ステップＳ９０６のＮｏ）。

可動ベース１１が測定の終了位置に到達すれば（ステップＳ９０６のＹｅｓ）、アクチュエータ６０を停止する（ステップＳ９０７）。その後、測定装置の電源を切り（ステップＳ９０８）、測定を終了する。以上の手順により、コギングによる推力を測定できる。

次に、実施の形態１における推力測定装置１０１を用いたリニアモータのリップルによる推力を測定する方法について、図１０に基づき説明する。図１０は、実施の形態１による推力測定装置でのリップルによる推力を測定する方法を示すフローチャート図である。

リップルによる推力とは、コイル１２に同じ電流を流しても、マグネット２との相対位置により推力が異なる現象である。

まず、コイル３の動力線をアンプに接続する（ステップＳ１００１）。続いて、推力測定装置１０１の電源を投入する（ステップＳ１００２）。電源を投入したら、アクチュエータ６０で可動ベース１１のコイル１２を測定の開始位置へ移動する（ステップＳ１００３）。コイル１２を測定の開始位置へ移動した後、アクチュエータ６０をその場から動かないようにロックする（ステップＳ１００４）。

アクチュエータ６０をロックした後、コイル１２に一定電流を印加することで、リニアモータに推力が発生する（ステップＳ１００５）。この時の可動ベース１１の位置をアクチュエータ６０に内在するエンコーダで計測するとともに、リニアモータの推力を圧力センサ６２で測定する（ステップＳ１００６）。

測定後、コイル１２への印加電流を止める（ステップＳ１００７）。その後、アクチュエータ６０のロックを解除する（ステップＳ１００８）。測定終了の位置でなければ（ステップＳ１００９のＮｏ）、コイル１２を、次にリップルによる推力を測定する位置へ移動する（ステップＳ１０１０）。

移動後、前述のＳ１００４〜Ｓ１００９の方法で、可動ベース１１の位置をアクチュエータ６０に内在するエンコーダで計測し、リニアモータの推力を圧力センサ６２で測定する。可動ベース１１が測定終了位置に到達すれば（ステップＳ１００９のＹｅｓ）、測定装置の電源を切り（ステップＳ１０１１）、測定を終了する。以上の手順により、コイル１２とマグネット２との相対位置と推力との関係、すなわちリップルによる推力が得られる。

アクチュエータ６０をロックする方法としては、測定したい位置を目標値としてアクチュエータ６０を位置決め制御を行う、いわゆるサーボロックをかける方法、もしくはアクチュエータ６０を物理的にロックする方法、がある。アクチュエータ６０をロックすることで、リニアモータから推力を印加してもアクチュエータ６０を動かないようにできる。

以上のように、本実施の形態１による推力測定装置１０１によれば、円弧状に設置したリニアモータ２０のマグネット２に対応するように設けられたコイル１２と、リニアモータ２０の推力を測定する圧力センサ６２と、コイル１２を一定の高さで支える垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１と、円弧状のマグネット２の形状に対応して動作させる凸型の円弧状を有する水平側静圧プレート５０および凹型の円弧状を有する水平側静圧パッド５１０、５１１とが配設された可動部と、リニアモータ２０のマグネット２、および垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１に相対する垂直側静圧プレート４０、４１が設置されたベース１と、水平側静圧プレート５０に相対する凹型の円弧状を有する水平側静圧パッド５００が設けられた壁３０と、水平側静圧パッド５１０、５１１に相対する凸型の円弧状を有する水平側静圧プレート５１が設けられた壁３１と、圧力センサ６２とボールジョイント６１を介して接続され、前記可動部の進行方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、前記可動部の位置を計測するアクチュエータ６０が設けられた壁３２とが配設された固定部とを備えたことにより、円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定することが可能となる。

また、垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１および水平側静圧パッド５００、５１０、５１１は、油が流出する穴がそれぞれ設けられ、垂直側静圧プレート４０、４１および水平側静圧プレート５０、５１は、それぞれ垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１および水平側静圧パッド５００、５１０、５１１との間に流出した油により一定の圧力を受けるとともに、油を回収する機構を有するようにしたことにより、コギングによる推力とリップルによる推力を測定する際、誤差要因であるガイド部の摩擦力の影響を最小限に抑えながら、リニアモータを円弧状に駆動した時のコギングによる推力とリップルによる推力を測定することが可能となる。

なお、本実施の形態１では、可動部の可動ベース１１にリニアモータ２０のコイル１２を設け、固定部のベース１にリニアモータ２０のマグネット２を設けたが、これに限るものではない。可動ベース１１にマグネット２を取り付け、ベース１にコイル１２を取り付ける形態としてもよい。これにより、本実施の形態１の効果に加え、計測に必要なマグネットの長さが短くなるという効果がある。

また、本実施の形態１では、凸型の円弧状を有する水平側静圧プレート５０と凹型の円弧状を有する水平側静圧パッド５１０、５１１、および水平側静圧プレート５０に相対する凹型の円弧状を有する水平側静圧パッド５００と、水平側静圧パッド５１０、５１１に相対する凸型の円弧状を有する水平側静圧プレート５１を用いたが、これに限るものではない。凸型と凹型の組合せであれば、水平側静圧プレートと水平側静圧パッドのどちらが凸型であっても、凹型であってもよい。これにより、本実施の形態１の効果に加え、リニアモータの形状に合わせた選択が可能となる効果がある。

また、水平側静圧パッド５００、５１０、５１１及び水平側静圧プレート５０、５１を付け替え可能な構造としてもよい。これにより、実施の形態１の効果に加え、リニアモータの駆動回転半径を任意に変更可能となる効果がある。

また、本実施の形態１では、水平側静圧パッド５００、５１０、５１１及び水平側静圧プレート５０、５１を円弧形状としたが、これに限るものではない。垂直側静圧パッド４００、４１０、４１１及び垂直側静圧プレート４０、４１を円弧形状とし、水平側静圧パッド５００、５１０、５１１及び水平側静圧プレート５０、５１を平面とする形状としてもよい。これにより、Ｘ軸を中心とした円弧状に設置したリニアモータのコギングおよびリップルを精密に測定することが可能となる。

また、リニアモーア以外、推力を発生する装置、例えば、静電力リニアモータなど磁気力以外で推力を発生する装置でも実施可能である。自身で推力を発生する装置の場合は、マグネット２を取り付ける必要がない。これにより、リニアモータ以外の推力測定装置においても、実施の形態１の効果を発揮する。

また、本実施の形態１では、ガイドとして油を利用した静圧軸受を用いた例について説明したが、これに限るものではない。磁気式の非接触式ガイドでもよい。また、説明では静圧パッドを合計６個利用したが、６個より少なくても、また、６個より多くても実施可能である。また、圧力センサに変えて力センサを用いてもよく、位置センサとしてアクチュエータ６０に内在しているエンコーダに変えて、リニアスケールエンコーダを用いても良い。

実施の形態２．
実施の形態１では、圧力センサ６２がアクチュエータ６０の一端にボールジョイント６１を介して設けられ、可動ベース１１に接続される構成としたが、実施の形態２では、アクチュエータの他端に３軸圧力センサを設けた場合について示す。

図１１に示すように、実施の形態２では、実施の形態１での図４のアクチュエータ６０の一端にボールジョイント６１を介して設けられた圧力センサ６２に加えて、アクチュエータ６０の他端の固定側に３軸圧力センサ６３が設けられている。実施の形態２による推力測定装置のその他の構成については、実施の形態１の推力測定装置１０１と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。

この構成により、測定したい力Ｆ１は、圧力センサ６２で測定できる力Ｆ２と、３軸圧力センサ６３で測定できる力Ｆ３と測定できる力Ｆ４として測定できる。ここで、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４の比から、可動ベース１１とアクチュエータ６０の相対角度を計算することが可能となる。

可動ベース１１とアクチュエータ６０の相対角度は、水平側静圧プレート５０、５１の円弧形状により決定しているため、本実施の形態とすることで、前述の相対角度から可動ベース１１と固定側、例えば壁３２との距離、すなわち、可動ベース１１の移動距離および駆動速度を計算により求めることが可能となる。

以上のように、本実施の形態２にかかる推力測定装置によれば、固定部は、アクチュエータ６０が３軸圧力センサ６３を介して備えるようにしたので、可動ベースとアクチュエータの相対角度を計算することが可能となり、可動ベースと固定側、例えば壁との距離、すなわち、可動ベースの移動距離および駆動速度を計算により求めることが可能となる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ベース、２マグネット、１１可動ベース、１２コイル、２０リニアモータ、３０壁（第一の壁）、３１壁（第二の壁）、３２壁（第三の壁）、４０、４１垂直側静圧プレート、５０水平側静圧プレート（水平側の第一の静圧プレート）、５１水平側静圧プレート（水平側の第二の静圧プレート）、６０アクチュエータ、６１ボールジョイント、６２圧力センサ、１０１推力測定装置、４００、４１０、４１１垂直側静圧パッド、５００水平側静圧パッド（水平側の第二の静圧パッド）、５１０、５１１水平側静圧パッド（水平側の第一の静圧パッド）。

国際特許ＷＯ２０１５／１４１３７８号公報（段落０００８〜０００９、図１）特開２００１−２１８４９７号公報（段落００１０、図６）

まず、コイル１２の動力線をアンプに接続する（ステップＳ１００１）。続いて、推力測定装置１０１の電源を投入する（ステップＳ１００２）。電源を投入したら、アクチュエータ６０で可動ベース１１のコイル１２を測定の開始位置へ移動する（ステップＳ１００３）。コイル１２を測定の開始位置へ移動した後、アクチュエータ６０をその場から動かないようにロックする（ステップＳ１００４）。

Claims

円弧状に形成されたリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる第一の静圧プレートおよび／または第一の静圧パッドとが配設された可動部と、
前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイルと、前記第一の静圧プレートおよび／または前記第一の静圧パッドに相対する第二の静圧パッドおよび／または第二の静圧プレートと、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部を進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが配設された固定部とを備えたことを特徴とする推力測定装置。
水平方向で円弧状に形成されたリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記可動側コイル又は前記可動側マグネットを一定の高さで支える垂直側の第一の静圧パッドと、両横に前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる円弧状を有する水平側の第一の静圧プレートおよび／または水平側の第一の静圧パッドとが配設された可動部と、
前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイル、および前記垂直側の第一の静圧パッドに相対する平板状の垂直側の第一の静圧プレートが設置されたベースと、前記水平側の第一の静圧プレートおよび／または前記水平側の第一の静圧パッドに相対する円弧状を有する水平側の第二の静圧パッドおよび／または水平側の第二の静圧プレートが設けられた第一の壁および第二の壁と、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部を進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが設けられた第三の壁とが配設された固定部とを備えたことを特徴とする推力測定装置。
前記水平側の第一の静圧パッド、前記水平側の第一の静圧プレート、前記水平側の第二の静圧パッド、前記水平側の第二の静圧プレートは、交換可能であることを特徴とする請求項２に記載の推力測定装置。
垂直方向で円弧状に設置したリニアモータの固定側マグネット又は固定側コイルに対応するように設けられた可動側コイル又は可動側マグネットと、前記リニアモータの推力を測定する圧力センサまたは力センサと、前記可動側コイル又は前記可動側マグネットを一定の高さで支え、前記円弧状の前記固定側マグネット又は前記固定側コイルの形状に対応して動作させる円弧状を有する垂直側の第一の静圧パッドと、両横に平板状の水平側の第一の静圧プレートおよび／または水平側の第一の静圧パッドとが配設された可動部と、
前記リニアモータの前記固定側マグネット又は前記固定側コイル、および前記垂直側の第一の静圧パッドに相対する円弧状を有する垂直側の第一の静圧プレートが設置されたベースと、前記水平側の第一の静圧プレートおよび／または前記水平側の第一の静圧パッドに相対する水平側の第二の静圧パッドおよび／または水平側の第二の静圧プレートが設けられた第一の壁および第二の壁と、前記圧力センサまたは力センサとジョイントを介して接続され、前記可動部を進行方向に移動させるアクチュエータと、前記可動部の位置を計測する位置センサとが設けられた第三の壁とが配設された固定部とを備えたことを特徴とする推力測定装置。
前記垂直側の第一の静圧パッド、前記垂直側の第一の静圧プレートは、交換可能であることを特徴とする請求項４に記載の推力測定装置。
前記第一の静圧パッドおよび／または前記第二の静圧パッドが設けられている場合に、前記第一の静圧パッドおよび／または前記第二の静圧パッドは、油が流出する穴がそれぞれ設けられ、前記第一の静圧プレートおよび／または前記第二の静圧プレートは、それぞれ前記第一の静圧パッドおよび／または前記第二の静圧パッドとの間に流出した前記油により一定の圧力を受けるとともに、前記油を回収する機構を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の推力測定装置。
前記固定部は、前記アクチュエータが３軸圧力センサを介して備えられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の推力測定装置。