JPH04293689A - 磁気吸着車輪及び磁気吸着車輪付車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輪体部が磁力により走
行路面に吸着する磁気吸着車輪と、磁気吸着車輪付車両
に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる磁気吸着車輪は、例えば、鉄管の
内部を検査するロボット自走車等の車両に用いられる。 磁力を利用して磁性体の走行路面へ吸着し、水平面のみ
ならず急勾配斜面や鉛直面、さらには天井面をも走行で
きるようにしている。従来、磁気吸着車輪は永久磁石を
用いて構成され、その磁力による吸着力（以下磁気吸着
力という）は水平面を走行中であれ、急勾配斜面や鉛直
面等を走行中であれ、一定であった（例えば特開昭６１
−１２５９７１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本来は
、走行面の勾配が急になるほど車両に及ぼす重力の走行
路面に沿う分力が大きくなるので、それに対抗すべく大
きな磁気吸着力が必要となるはずである。一方、磁気吸
着車輪の磁力を、鉛直面や天井面を走行するときに必要
な最大磁力に合わせて定めると、水平面を走行中は過大
な磁気吸着力が働き、余分な推進力が必要となる。 又、錆びて剥がれ落ちた鉄屑等が付着して走行に害を及
ぼすおそれもある。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みて為されたも
のであって、その目的は、走行路面に応じて磁気吸着力
を変化させることができる磁気吸着車輪及び磁気吸着車
輪付車両を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気吸着車輪は
、輪体部が磁力により走行路面に吸着するものであって
、第１の特徴構成は、前記磁力を変更調節する磁力調節
手段が設けられている点にある。第２及び第３の特徴構
成は、第１の特徴構成を実施する際の好ましい具体構成
を特定するものであって、第２の特徴構成は、前記磁力
が電磁石により発生される点にある。第３の特徴構成は
、前記磁力が永久磁石と電磁石とを併用して発生され、
前記磁力調節手段は、前記電磁石の磁力を、前記永久磁
石の磁力を打ち消す極性から増強する極性に亘って変更
調節するように構成されている点にある。

【０００６】又、本発明の磁気吸着車輪付車両は、車体
に第１乃至第３の特徴構成のいずれかに記載の磁気吸着
車輪を備えさせたものであって、その特徴構成は、前記
車体の鉛直方向に対する傾きを検出する姿勢センサと、
その姿勢センサの検出情報に基づいて、前記磁力調節手
段を制御する制御装置が設けられている点にある。

【０００７】

【作用】第１の特徴構成によれば、磁力調節手段が磁力
を変更調節し、もって、輪体部の走行路面に対する吸着
力を変更調節する。ここでいう磁力調節手段は、磁力を
連続的又は段階的に調節できるものだけでなく、単に磁
力発生をオン・オフ切換するものをも含む。第２の特徴
構成によれば、第１の特徴構成において、前記磁力が電
磁石により発生される。従って、磁力調節手段は、例え
ば電磁石の励磁電流を変えることにより容易に前記磁力
を変更調節できる。

【０００８】第３の特徴構成によれば、永久磁石による
磁力を打ち消す極性から増強する極性に亘って、電磁石
による磁力が変更調節される。つまり、水平面を走行す
るときのように磁気吸着力があまり必要でないときは、
永久磁石による磁力を打ち消す極性に電磁石を励磁し、
鉛直面を走行するときのように大きな吸着力が必要なと
きは永久磁石による磁力に電磁石による磁力を重畳させ
て、最大吸着力を得るようにする。

【０００９】又、本発明の磁気吸着車輪付車両によれば
、制御装置が、姿勢センサにて検出される車体の鉛直方
向に対する傾きから走行路面の勾配を判断して、自動的
に磁力を変更調節すべく磁力調節手段を制御する。

【００１０】

【発明の効果】第１の特徴構成によれば、走行路面に対
する磁気吸着力を変更調節することができる便利な磁気
吸着車輪を提供するに至った。これにより、例えば水平
面を走行するときには磁気吸着力を弱め、それに応じて
推進力を小さくすることができるので、省エネルギーの
観点からも優れるものとなった。

【００１１】第２の特徴構成によれば、電磁石の磁力を
変更調節することにより第１の特徴構成による効果を容
易に得ることができるものとなった。

【００１２】第３の特徴構成によれば、永久磁石と電磁
石とのコンビネーションにより、磁気吸着車輪の走行路
面に対する吸着力をゼロから最大吸着力まで広い範囲に
亘って変更調節できるものとなった。又、一定の最大磁
力を得るに当たって、永久磁石のみによる場合に比べれ
ば、永久磁石の磁力が小さなもので済むので、軽量化、
小型化の面で有利である。電磁石のみによる場合に比べ
れば、その励磁電流が小さくて済むので省電力になる。

【００１３】又、本発明の磁気吸着車輪付車両によれば
、走行路面の勾配に応じて自動的に適切な吸着力を得る
ことができるようになった。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をガス管の管内走行装置に用い
た実施例を図面に基づいて説明する。この管内走行装置
は、ガス管内を自走しながらガス管内面のクラック等の
不具合の有無を検査し、必要な補修を行うためのもので
あって、図３に示すように、３台の磁気吸着車輪付車両
を連結して構成されている。これらの磁気吸着車輪付車
両を先頭から順に第一ユニット２１、第二ユニット２２
、第三ユニット２３と以下の説明においては呼称する。 各ユニット２１，２２，２３は後述する磁気吸着車輪を
前後に備え、水平に埋設されたガス管のみならず、急勾
配、或いは鉛直方向に埋設されたガス管の内壁面に吸着
しながら管内を走行する。

【００１５】第一ユニット２１には、図４に示すように
、前後の駆動輪２４を駆動する走行用モータ２６、前方
の視界を二次元のイメージとして検出する第一センサ２
７、制御装置２８が設けられている。制御装置２８は、
マイクロコンピュータを内蔵し、走行制御、センサによ
る検出情報の処理、後述の作業装置の制御等、管内走行
装置全体の制御を司る。又、それらの電源としての第一
バッテリ２９が備えられ、これを充電するためのレギュ
レータ３０、発電機３１、風車３２が設けられている。 尚、風車３２は第一ユニット２１の先頭部に設けられ、
管内のガス流によって回転される。その回転は、増速機
を介して発電機３１に伝達される。

【００１６】第二ユニット２２には、図３に示すように
、第二バッテリー３３が搭載されている。第二バッテリ
３３は、第３ユニット２３の消費電力を供給するための
ものであって、第一バッテリ２９と同様に、第一ユニッ
ト２１の風車３２、発電機３１、レギュレータ３０にて
充電される。前後の車輪２５は遊転輪であって、第二ユ
ニット２２は第一ユニット２１にて牽引される。

【００１７】第三ユニット２３には、図３に示すように
、第二センサ３４と、溶接機等からなる補修用の作業装
置３５が搭載されている。第一ユニット２１の制御装置
２８は、第二センサ３４によって検出される後方視界の
二次元イメージに基づいて、作業装置３５を作動させ、
管内壁面の不具合箇所を溶接により補修する。前後の車
輪２５は、第二ユニット２２と同様に遊転輪である。

【００１８】次に、第二ユニット２２及び第三ユニット
２３の車体底部の前後に備えられた磁気吸着車輪である
遊転輪２５について説明する。図２に示すように、遊転
輪２５は左右一対の輪体部としてのヨーク１が車軸部と
しての円柱状のマグネット２で連結されて構成されてい
る。マグネット２には、アルミ製の保護チューブ２ａが
被せられている。又、ヨーク１は、磁性材料である鉄で
できている。

【００１９】ヨーク１の凹部にマグネット２の端面が嵌
合されエポキシ系接着剤で固定されている。両者間のギ
ャップは極力小さくなるように加工され、しっかりと密
着されている。もって、マグネット２の磁力により、一
対のヨーク１の外周面が走行路面としての管内壁面に吸
着する磁気吸着車輪が構成されている。尚、図では走行
路面を平坦に描いているが、湾曲した管内壁面を走行す
るときには、一対のヨーク１の外周面外側のＣカット面
が管内壁面に接することになる。

【００２０】次に、第一ユニット２１の車体底部の前後
に備えられた磁気吸着車輪である駆動輪２４は、図１に
示すように、一対のヨーク１がマグネット２で連結され
ている点では上記遊転輪２５と同様の構造を有する。そ
して、マグネット２にコイル３が巻回され、電磁石４を
構成している点で異なる。図は省略して描いているが、
コイル３は絶縁フィルムを挟んでマグネット２に巻回さ
れ、その周囲に絶縁フィルムを挟んで前記遊転輪と同様
の保護チューブが被せられている。

【００２１】マグネット２に発生する磁力は、永久磁石
としての磁力とコイル３に電流が流れたときに発生する
電磁石４としての磁力とが重畳されたものとなる。そし
て、コイル３に電流の向きによって、電磁石４による磁
力が永久磁石による磁力を打ち消し、或いは増強する。 コイル３に流れる電流の向き及び大きさは磁力調節手段
としての駆動回路５によって変更調節される。

【００２２】駆動回路５は、コイル３を励磁する電流の
向きを切換えることにより、電磁石４に発生する磁力の
極性を切換える。又、コイル３の印加電圧を変更するこ
とにより励磁電流を変更し、もって、電磁石４に発生す
る磁力の大きさを変更する。

【００２３】上記構成により、マグネット２に発生する
磁力、即ち一対のヨーク１の走行路面に対する磁気吸着
力は、最小磁力（永久磁石による磁力と電磁石による磁
力との差）から最大磁力（永久磁石による磁力と電磁石
による磁力との和）まで変更調節できる。

【００２４】上記の如き磁力の変更調節を走行路面の勾
配に応じて自動的に行うべく、第一ユニット２１の車体
の鉛直方向に対する傾きを検出する姿勢センサ６が設け
られている。姿勢センサ６は、内蔵された錘の振れ角を
ポテンショメータの抵抗値に変換するもので、車体の鉛
直方向に対する傾きに応じた出力信号を検出情報として
制御装置２８に与える。

【００２５】制御装置２８は、姿勢センサ６の検出情報
に基づいて駆動回路５を制御し、電磁石４による磁力を
変更する。即ち、姿勢センサ６の検出情報から走行路面
の勾配を判断し、走行路面が水平面のときの最小磁力か
ら鉛直面のときの最大磁力に亘って磁力調節を行う。も
って、駆動輪２４の磁気吸着力が走行路面の勾配に応じ
て自動的に変更調節されることになる。

【００２６】尚、図１に示すように、駆動輪２４は、駆
動用のモータ２６により駆動される。即ち、駆動輪２４
の車軸部にはベベルギア７が外嵌固着されており、それ
と噛合するベベルギア８がギアボックス９を介してモー
タ２６にて回転駆動される。モータ２６の駆動・停止は
制御装置２８によって制御される。

【００２７】以下、別実施例について列記する。磁力調
節手段としての駆動回路５は、コイル３を励磁する電流
の大きさを、高周波スイッチングのデューティ比を変え
ることにより変更するように構成されていてもよい。つ
まり、コイル３の励磁回路の高周波スイッチングを行う
と、コイル３には鋸歯状波電流が流れることになるが、
オン・オフのデューティ比を変えることにより、その平
均値を変更し、もって、発生する磁力を変更することが
できる。

【００２８】又、コイル３を励磁する電流を、その大き
さは一定として、正極性、オフ、負極性の三通りに切換
えるようにしてもよい。夫々に対応して、永久磁石によ
る磁力と電磁石による磁力との和の磁力、永久磁石のみ
による磁力、永久磁石による磁力と電磁石による磁力と
の差の磁力が得られることになる。さらに、正極性とオ
フの二通りのみの切り換えとしてもよい。つまり、通常
は永久磁石のみによる磁力で吸着して走行し、急斜面等
において特に大きな吸着力が必要なときに電磁石を励磁
して磁力を増強するのである。

【００２９】又、磁力調節手段は、電磁石の磁力を変更
するものに限らない。例えば、図５に示すようにして、
永久磁石のみを有する磁気吸着車輪の磁気吸着力を変更
することも可能である。つまり、車軸部を中央部分のマ
グネット１０と、輪体部１に固着された外側部分１１と
に分離し、マグネット１０の支持具１２を車体底部から
出退自在に構成する。

【００３０】支持具１２を車体底部から出退させて、マ
グネット１０と車軸部の外側部分１１との接合部の面積
を変えると、マグネット１０のＮ極から出て一方の輪体
部１、走行路面、他方の輪体部１を通ってマグネット１
０のＳ極に戻る磁束の量が変化する。もって輪体部１と
走行路面との吸着力が変化する。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る磁気吸着車輪と磁気吸着
車輪付車両の概略図

【図２】同じく磁気吸着車輪の概略図

【図３】管内走行装置の概略を示す透視図

【図４】管内
走行装置の第一ユニットの概略を示す透視図

【図５】別実施例に係る磁気吸着車輪の概略図

【符号の説明】

１　　　　輪体部 ２　　　　永久磁石 ４　　　　電磁石 ５　　　　磁力調節手段 ６　　　　姿勢センサ ２１　　車体 ２８　　制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　輪体部（１）が磁力により走行路面に
   吸着する磁気吸着車輪であって、前記磁力を変更調節す
   る磁力調節手段（５）が設けられている磁気吸着車輪。
2. 【請求項２】　　前記磁力が電磁石（４）により発生さ
   れる請求項１記載の磁気吸着車輪。
3. 【請求項３】　　前記磁力が永久磁石（２）と電磁石（
   ４）とを併用して発生され、前記磁力調節手段（５）は
   、前記電磁石（４）の磁力を、前記永久磁石（２）の磁
   力を打ち消す極性から増強する極性に亘って変更調節す
   るように構成されている請求項１記載の磁気吸着車輪。
4. 【請求項４】　　車体（２１）に請求項１乃至３のいず
   れかに記載の磁気吸着車輪を備えさせた車両であって、
   前記車体（２１）の鉛直方向に対する傾きを検出する姿
   勢センサ（６）と、その姿勢センサ（６）の検出情報に
   基づいて、前記磁力調節手段（５）を制御する制御装置
   （２８）が設けられている磁気吸着車輪付車両。