JP2000052702A - 走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪 - Google Patents
走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の、自走式壁面移動装置に使用する磁石
内蔵タイプの吸着車輪の駆動方法は、機体に電動機や動
力伝達機構の設置スペースとや機器架台等が必要とな
り、壁面移動装置の小型・軽量化を阻害するという問題
があった。本発明は、自走式壁面移動装置に関わる上記
の問題を解決するため、電動機や減速機等の車輪駆動機
構をコンパクトに車輪自身の内部空間に収納した磁性体
走行用吸着車輪を提供する。 【解決手段】 従来の磁石内蔵吸着車輪では、車軸に懸
架された磁石体の可動範囲は車輪内部空間の一部である
から、使用されない領域が存在する。そこで、該剰余空
間を利用して車輪駆動用の電動機、減速機、ブレーキな
どの車輪駆動機構を、磁石体を懸架する車軸に固着併設
することにより、図１、２に示す走行駆動機構を内蔵し
た磁性体走行用吸着車輪。
内蔵タイプの吸着車輪の駆動方法は、機体に電動機や動
力伝達機構の設置スペースとや機器架台等が必要とな
り、壁面移動装置の小型・軽量化を阻害するという問題
があった。本発明は、自走式壁面移動装置に関わる上記
の問題を解決するため、電動機や減速機等の車輪駆動機
構をコンパクトに車輪自身の内部空間に収納した磁性体
走行用吸着車輪を提供する。 【解決手段】 従来の磁石内蔵吸着車輪では、車軸に懸
架された磁石体の可動範囲は車輪内部空間の一部である
から、使用されない領域が存在する。そこで、該剰余空
間を利用して車輪駆動用の電動機、減速機、ブレーキな
どの車輪駆動機構を、磁石体を懸架する車軸に固着併設
することにより、図１、２に示す走行駆動機構を内蔵し
た磁性体走行用吸着車輪。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吊り橋の鉄塔や石
油備蓄タンク、球形ガスホルダー、船舶のように、磁性
体材料で構築される構造物の壁面を自在に移動して構造
物の組立や維持管理を実施できる自走式壁面移動装置の
走行車輪駆動機構に関わるものである。
油備蓄タンク、球形ガスホルダー、船舶のように、磁性
体材料で構築される構造物の壁面を自在に移動して構造
物の組立や維持管理を実施できる自走式壁面移動装置の
走行車輪駆動機構に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の、車輪を移動手段とする自走式壁
面移動装置は、磁石や吸盤などの壁面吸着手段を車輪と
は独立して機体に配置する方法と、壁面吸着手段として
永久磁石を車輪に内包した２つの大きな系列がある。後
者はまた、車輪の外周全体を磁石で構成した磁石車輪
と、本発明者らによる特願平１１９４１１号（特許査
定）に記載の、非磁性体の薄板で構成される車輪の内部
空間の一部に磁石体を内蔵した「磁石内蔵タイプの吸着
車輪」がある。上記の自走式壁面移動装置は何れも車輪
の駆動機構である駆動用電動機及び減速機等の動力伝達
機構を車輪の外側に配置して車輪に駆動トルクを与えて
いる。しかし上記の駆動方法は、壁面移動装置の機体に
電動機や動力伝達機構の設置スペースと、それらの機器
を機体に固定するための取付架台等などが必要となり、
この種の壁面移動装置にとって重要な要件である小型・
軽量化を阻害するという問題があった。
面移動装置は、磁石や吸盤などの壁面吸着手段を車輪と
は独立して機体に配置する方法と、壁面吸着手段として
永久磁石を車輪に内包した２つの大きな系列がある。後
者はまた、車輪の外周全体を磁石で構成した磁石車輪
と、本発明者らによる特願平１１９４１１号（特許査
定）に記載の、非磁性体の薄板で構成される車輪の内部
空間の一部に磁石体を内蔵した「磁石内蔵タイプの吸着
車輪」がある。上記の自走式壁面移動装置は何れも車輪
の駆動機構である駆動用電動機及び減速機等の動力伝達
機構を車輪の外側に配置して車輪に駆動トルクを与えて
いる。しかし上記の駆動方法は、壁面移動装置の機体に
電動機や動力伝達機構の設置スペースと、それらの機器
を機体に固定するための取付架台等などが必要となり、
この種の壁面移動装置にとって重要な要件である小型・
軽量化を阻害するという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、車輪を移動
手段とする自走式壁面移動装置に関わる上記の問題を解
決するため、電動機や減速機等の車輪駆動機構をコンパ
クトに車輪自身の内部空間に収納した磁性体走行用吸着
車輪を開発することを目的としている。
手段とする自走式壁面移動装置に関わる上記の問題を解
決するため、電動機や減速機等の車輪駆動機構をコンパ
クトに車輪自身の内部空間に収納した磁性体走行用吸着
車輪を開発することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。図３は本発明の母体となった特願
平１１９４１１号（以下、「先願特許」という。）に記
載の従来の吸着車輪の側面図を示す。この先願の吸着車
輪は、強力な永久磁石を車輪フランジの内部に懸架した
構造であるから、車輪フランジの回転に関わらず、常時
磁石体は磁性体である壁面方向に吸着力を発揮するた
め、車輪の全周を磁石とした通常の磁石車輪に較べて大
幅な軽量化と車輪単位質量当たり吸着力の飛躍的増加が
可能、大きな段差を乗り越えられる、などの優れた特徴
を持っている。一方、先願の吸着車輪では、車軸に懸架
された磁石体の可動範囲は図３に示すように車輪内部空
間の一部に限定され、使用されない空間領域が存在する
ことになる。そこで、該剰余空間を利用して車輪駆動用
の電動機、減速機、ブレーキ、動力伝達用歯車などの車
輪駆動機構を、磁石体を懸架する車軸に固着併設するこ
とにより、図１、２に示す走行駆動機構を内蔵した磁性
体走行用吸着車輪を構成するものである。
明の要旨を説明する。図３は本発明の母体となった特願
平１１９４１１号（以下、「先願特許」という。）に記
載の従来の吸着車輪の側面図を示す。この先願の吸着車
輪は、強力な永久磁石を車輪フランジの内部に懸架した
構造であるから、車輪フランジの回転に関わらず、常時
磁石体は磁性体である壁面方向に吸着力を発揮するた
め、車輪の全周を磁石とした通常の磁石車輪に較べて大
幅な軽量化と車輪単位質量当たり吸着力の飛躍的増加が
可能、大きな段差を乗り越えられる、などの優れた特徴
を持っている。一方、先願の吸着車輪では、車軸に懸架
された磁石体の可動範囲は図３に示すように車輪内部空
間の一部に限定され、使用されない空間領域が存在する
ことになる。そこで、該剰余空間を利用して車輪駆動用
の電動機、減速機、ブレーキ、動力伝達用歯車などの車
輪駆動機構を、磁石体を懸架する車軸に固着併設するこ
とにより、図１、２に示す走行駆動機構を内蔵した磁性
体走行用吸着車輪を構成するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】実施例の項で説明する。
【０００６】
【実施例】 構成 図１に示す、車軸３と車輪フランジ１の間の空間の一部
に、軸心を回転中心として車輪フランジ１とは独立して
揺動可能な磁石体４を設け、この磁石体４を常に鋼製壁
面ｃに対して最大磁力の方向を向くように配設し、車軸
３と鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付け力を発生させる構
造の先願特許の磁石内蔵吸着車輪において；壁面移動装
置の機体を構成する要素１１にキーとキー溝等により車
軸３を回転拘束状態で固着し、車軸３の周りに、車輪フ
ランジ１を車輪側板２と一体となって回転可能に配設
し、車輪の内部空間のうち磁石体４の可動範囲の外側に
生じる剰余空間に、図２のように、車軸３に駆動部取り
付け用ブラケット６を固着し、該ブラケットに走行駆動
用減速機７ａ、走行用駆動電動機７ｂ、電磁ブレーキ７
ｃ、電動機回転検出器７ｄ及び動力伝達歯車８、９等の
一連の車輪駆動機構を適宜組み合わせて配設することに
より、走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪を
構成する。なお、このように車輪の内部に駆動機構を組
み込むことが可能となった背景には、先願の磁石内蔵車
輪を出願した当時と較べ、電動機自体のパワー密度が大
幅に向上して軽量小型の機種が入手できるようになった
ことがある。
に、軸心を回転中心として車輪フランジ１とは独立して
揺動可能な磁石体４を設け、この磁石体４を常に鋼製壁
面ｃに対して最大磁力の方向を向くように配設し、車軸
３と鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付け力を発生させる構
造の先願特許の磁石内蔵吸着車輪において；壁面移動装
置の機体を構成する要素１１にキーとキー溝等により車
軸３を回転拘束状態で固着し、車軸３の周りに、車輪フ
ランジ１を車輪側板２と一体となって回転可能に配設
し、車輪の内部空間のうち磁石体４の可動範囲の外側に
生じる剰余空間に、図２のように、車軸３に駆動部取り
付け用ブラケット６を固着し、該ブラケットに走行駆動
用減速機７ａ、走行用駆動電動機７ｂ、電磁ブレーキ７
ｃ、電動機回転検出器７ｄ及び動力伝達歯車８、９等の
一連の車輪駆動機構を適宜組み合わせて配設することに
より、走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪を
構成する。なお、このように車輪の内部に駆動機構を組
み込むことが可能となった背景には、先願の磁石内蔵車
輪を出願した当時と較べ、電動機自体のパワー密度が大
幅に向上して軽量小型の機種が入手できるようになった
ことがある。
【０００７】 作用 車輪ａは車軸３の周りに回転可能であるから、電動機７
ｂを回転させれば、電動機と直結した減速機７ａの出力
軸の駆動ピニオン８、車輪側板２に配した平歯車９を介
して車輪フランジ１を回転させることができる。一方、
使用状態における磁石体の可動範囲は図４に示すとおり
であるから、段差等において最大磁力を発揮する方向に
磁石体４が回転しても車軸３に固定した走行駆動機構と
干渉することはない。また、車軸３には、図２のように
車輪の内部と外部を連絡する電源及び信号ケーブルの取
り出し孔１０を設けているため、車輪の外側から車輪内
部の駆動機器を運転することができる。
ｂを回転させれば、電動機と直結した減速機７ａの出力
軸の駆動ピニオン８、車輪側板２に配した平歯車９を介
して車輪フランジ１を回転させることができる。一方、
使用状態における磁石体の可動範囲は図４に示すとおり
であるから、段差等において最大磁力を発揮する方向に
磁石体４が回転しても車軸３に固定した走行駆動機構と
干渉することはない。また、車軸３には、図２のように
車輪の内部と外部を連絡する電源及び信号ケーブルの取
り出し孔１０を設けているため、車輪の外側から車輪内
部の駆動機器を運転することができる。
【０００８】 従来の車輪駆動方式との違い 本発明の吸着車輪を３個使用した自走式壁面移動装置の
構造例を図５に示す。この方法では、走行駆動部は車輪
に内蔵式のため機体には走行駆動部やそのマウントは不
要である。この場合、車輪ａを図６のように回転ヨーク
１１を介してヨーク軸を中心として回動可能な状態で機
体に懸架した。３個の車輪を全て上記の要領で機体に懸
架し、それぞれの回転ヨークの軸をスプロケット１２を
介して１本のリンクチェン１３で回転させれば３個の車
輪の方向を任意に変えることができるため、これまでの
車輪による自走式壁面移動装置では前例のなかった全方
位操舵機構を容易に構成することができた。なお、全方
位自在移動とは図８に示すとおりである。
構造例を図５に示す。この方法では、走行駆動部は車輪
に内蔵式のため機体には走行駆動部やそのマウントは不
要である。この場合、車輪ａを図６のように回転ヨーク
１１を介してヨーク軸を中心として回動可能な状態で機
体に懸架した。３個の車輪を全て上記の要領で機体に懸
架し、それぞれの回転ヨークの軸をスプロケット１２を
介して１本のリンクチェン１３で回転させれば３個の車
輪の方向を任意に変えることができるため、これまでの
車輪による自走式壁面移動装置では前例のなかった全方
位操舵機構を容易に構成することができた。なお、全方
位自在移動とは図８に示すとおりである。
【０００９】図７は、車輪の個数、外形寸法及び吸着力
が図５の場合と同等の、従来の磁石内蔵車輪の外部に走
行駆動機構を配した自走式壁面移動装置の構造例であ
る。この場合、何れの車輪もその走行駆動部を車輪の外
に配置しているため、機体は必然的に図５の場合に較べ
て大型であり、重量も重い。また機体の操舵は下１個の
車輪で行う方式であり、車輪の外部に懸架した走行駆動
部も車輪と共に動くため操舵角度は機体と干渉しない小
さな範囲に限定され、従って機体は緩やかな旋回動作し
かできず、狭い壁面では斜めや横近傍の任意の目標位置
に速やかに接近することが困難であった。
が図５の場合と同等の、従来の磁石内蔵車輪の外部に走
行駆動機構を配した自走式壁面移動装置の構造例であ
る。この場合、何れの車輪もその走行駆動部を車輪の外
に配置しているため、機体は必然的に図５の場合に較べ
て大型であり、重量も重い。また機体の操舵は下１個の
車輪で行う方式であり、車輪の外部に懸架した走行駆動
部も車輪と共に動くため操舵角度は機体と干渉しない小
さな範囲に限定され、従って機体は緩やかな旋回動作し
かできず、狭い壁面では斜めや横近傍の任意の目標位置
に速やかに接近することが困難であった。
【０００１０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を発揮する。
本発明の車輪駆動機構内蔵の磁石車輪を使用した図５の
壁面移動装置では、従来の吸着車輪を使用した図７の構
造例に較べて大幅な小型・軽量化を実現できる。両者の
機体の大きさの比較を図９に示す。また、軽量化の具体
的数値を挙げれば、本発明の場合、パワー密度の向上し
た駆動用電動機を使用したことも一因ではあるが、図７
の実施例では装置全体で１５０ｋｇであったのに対し
て、図５の実施例では１００ｋｇと大幅な軽量化を達成
することができた。
ているので、以下に記載されるような効果を発揮する。
本発明の車輪駆動機構内蔵の磁石車輪を使用した図５の
壁面移動装置では、従来の吸着車輪を使用した図７の構
造例に較べて大幅な小型・軽量化を実現できる。両者の
機体の大きさの比較を図９に示す。また、軽量化の具体
的数値を挙げれば、本発明の場合、パワー密度の向上し
た駆動用電動機を使用したことも一因ではあるが、図７
の実施例では装置全体で１５０ｋｇであったのに対し
て、図５の実施例では１００ｋｇと大幅な軽量化を達成
することができた。
【０００１１】また上記の２つの実施例では同じ吸着力
を持つ車輪、同じ容量の電動機を使用しているが、本発
明の車輪を使用することによって軽減された装置重量は
そのまま積載能力に加算されることになり、従来の車輪
を使用した図７の実施例が１００ｋｇの積載能力である
のに対し、図５の実施例では積載能力が１５０ｋｇに向
上した。
を持つ車輪、同じ容量の電動機を使用しているが、本発
明の車輪を使用することによって軽減された装置重量は
そのまま積載能力に加算されることになり、従来の車輪
を使用した図７の実施例が１００ｋｇの積載能力である
のに対し、図５の実施例では積載能力が１５０ｋｇに向
上した。
【０００１２】また、本発明の吸着車輪を使用した図６
の構造例に示す全輪操舵方式の採用により、装置全体の
小型・軽量化の要請に答えながら、これまでの車輪によ
る自走式壁面移動装置では前例のなかった図８に示す壁
面移動装置の全方位自在移動が可能となった。
の構造例に示す全輪操舵方式の採用により、装置全体の
小型・軽量化の要請に答えながら、これまでの車輪によ
る自走式壁面移動装置では前例のなかった図８に示す壁
面移動装置の全方位自在移動が可能となった。
【０００１３】なお、壁面移動装置の搭載性能のひとつ
の表現方法として、その自重に対する平坦壁面における
実用積載荷重の比率が挙げられる。この場合の実用積載
荷重とは多少の凹凸、段差や汚れ等のある現実的な壁面
における安全率を見込んだ値とする。搭載性能を上記の
ように定義すると、当該技術に関する発表論文等からの
推察による参考程度ではあるが、既往の各種壁面移動装
置の搭載性能は図１０のようにプロットすることができ
る。この図によると、本発明の吸着車輪を使用した壁面
移動装置の搭載性能はこれまでの前例を大幅に超える値
を示している。
の表現方法として、その自重に対する平坦壁面における
実用積載荷重の比率が挙げられる。この場合の実用積載
荷重とは多少の凹凸、段差や汚れ等のある現実的な壁面
における安全率を見込んだ値とする。搭載性能を上記の
ように定義すると、当該技術に関する発表論文等からの
推察による参考程度ではあるが、既往の各種壁面移動装
置の搭載性能は図１０のようにプロットすることができ
る。この図によると、本発明の吸着車輪を使用した壁面
移動装置の搭載性能はこれまでの前例を大幅に超える値
を示している。
【図１】吸着車輪の側面図である。
【図２】吸着車輪の正断面図である。
【図３】車輪駆動機構を内蔵しない従来の吸着車輪とそ
の内蔵磁石体の可動範囲の説明側面図である。
の内蔵磁石体の可動範囲の説明側面図である。
【図４】本発明の吸着車輪の段差等における内蔵磁石の
揺動状態と軸に固定された車輪駆動機構の関係を示す説
明側面図である。
揺動状態と軸に固定された車輪駆動機構の関係を示す説
明側面図である。
【図５】本発明の車輪駆動機構を内蔵した吸着車輪を用
いた壁面移動装置の構造概念図である。
いた壁面移動装置の構造概念図である。
【図６】本発明の車輪駆動機構を内蔵した吸着車輪を操
舵可能なように機体に懸架する構造を示す正面図であ
る。
舵可能なように機体に懸架する構造を示す正面図であ
る。
【図７】従来の車輪の外部に車輪駆動機構を配した壁面
移動装置の構造例である。
移動装置の構造例である。
【図８】本発明の吸着車輪を用いた壁面移動装置の全方
位自在移動の説明図である。
位自在移動の説明図である。
【図９】本発明の吸着車輪を用いた壁面移動装置と、従
来の車輪の外部に車輪駆動機構を配した壁面移動装置の
規模を較べた説明図である。
来の車輪の外部に車輪駆動機構を配した壁面移動装置の
規模を較べた説明図である。
【図１０】従来の壁面移動装置と本発明の駆動機構を内
蔵した吸着車輪を用いた壁面移動装置の搭載性能を比較
した説明図である。
蔵した吸着車輪を用いた壁面移動装置の搭載性能を比較
した説明図である。
１ 車輪フランジ ２ 車輪側板 ３ 車軸 ４ 磁石体 ５ 磁石体懸架用ブラケット ６ 車輪駆動機器固定用ブラケット ７ａ 車輪駆動用減速機 ７ｂ 車輪駆動用電動機 ７ｃ 電磁ブレーキ ７ｄ 回転又は位置検出器 ８ 駆動ピニオン歯車 ９ 平歯車 １０ ケーブル取り出し孔 １１ 機体を構成する要素（機体本体又は車輪ヨークな
ど） １２ 車輪操舵用スプロケット １３ 操舵用リンクチェン ａ 車輪 ｂ 壁面移動装置機体 ｃ 磁性体壁面
ど） １２ 車輪操舵用スプロケット １３ 操舵用リンクチェン ａ 車輪 ｂ 壁面移動装置機体 ｃ 磁性体壁面
Claims (1)
- 【請求項１】 車軸３と車輪フランジ１の間の空間の一
部に、軸心を回転中心として車輪フランジ１とは独立し
て揺動可能な磁石体４を設け、この磁石体４を常に鋼製
壁面ｃに対して最大磁力の方向を向くように配設し、車
軸３と鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付け力を発生させる
構造の磁石内蔵吸着車輪において；壁面移動装置の機体
を構成する要素１１に車軸３を回転拘束状態で固着し、
車軸３の周りに、車輪フランジ１を車輪側板２と一体と
なって回転可能に配設し、車輪の内部空間のうち磁石体
４の可動範囲の外の領域に、車軸３に駆動部取り付け用
ブラケット６を固着し、該ブラケットに走行駆動用減速
機７ａ、走行用駆動電動機７ｂ、電磁ブレーキ７ｃ、電
動機回転検出器７ｄ及び動力伝達用歯車等の一連の車輪
駆動機構を適宜組み合わせて配設することにより、吸着
車輪の内部に壁面吸着手段である磁石体と車輪を回転さ
せる駆動機構を一緒に内包したことを特徴とする吸着車
輪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260820A JP2000052702A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260820A JP2000052702A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052702A true JP2000052702A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=17353223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10260820A Pending JP2000052702A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走行駆動機構を内蔵した磁性体走行用吸着車輪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052702A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1297374C (zh) * | 2004-10-19 | 2007-01-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于移动导航平台的感知型、可重构的仿生沙地轮 |
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