JP2005145296A - 車両装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右に配置された２輪若しくは３輪以上の複数輪又は１輪で走行する車両装置において、座ったり寄り掛かったりした姿勢では腰（重心）位置が固定されてしまうため、重心の移動が容易でなくなり、車両を俊敏かつスムースに前進又は後退動作させることができない。
【解決手段】 左右に配置された２個の車輪２３Ｌ，２３Ｒを有する台車２２と、この台車２２に搭載されるサドル２４と、を備えた車両装置に関する。サドル２４は、搭乗者の荷重が付加される可動永久磁石４２と、この可動永久磁石４２に反発磁極を対向させて配置されるとともに台車２２に固定される浮上用固定永久磁石５０を有し、可動永久磁石４２と浮上用固定永久磁石５０で構成される磁性バネにより可動永久磁石４２を浮上用固定永久磁石５０から浮上させて支持する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、左右に配置された２輪又は３輪以上の複数輪或いは１輪で走行する車両装置に関し、特に、搭乗者が座ったり寄り掛かったり或いは搭載物が乗せられたりするサドルを移動させることにより、車両を俊敏かつスムースに前進走行又は後退走行することができる車両装置に関するものである。

従来の、この種の車両装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、同軸二輪車の姿勢制御方法に関するものが記載されている。この特許文献１に記載された同軸二輪車の姿勢制御方法は、一対の車輪と、両車輪間に架設された車軸と、車軸上に回動可能に支持された車体と、車体に装着された車輪駆動用モータと、車輪駆動用モータに作動指令を送る制御コンピュータと、車体の傾きを検出する角度検出手段とからなる同軸二輪車において、角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度を状態変数、フィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式にサンプリング値を代入して演算し、この演算に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出し、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令する、ことを特徴としている。

このような構成を有する同軸二輪車の姿勢制御方法によれば、車体の傾きを検出する角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度及びフィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式にサンプリング値を代入して演算し、この演算に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出すると共に、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令して同軸二輪車における姿勢を制御するようにしたので、前記算出結果に基づいて車輪駆動用モータのフィードバック制御が行われ、車体が傾動すれば車輪が車体の傾動方向へ直ちに移動して車体の復元が確実に行われる、等の効果が期待される。

また、従来の自動車等の車両の振動機構としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものがある。特許文献２には、サスペンションユニット、キャブマウント、エンジンマウント等の除振装置に使用可能な磁気ばねを有する振動機構に関するものが記載されている。この特許文献２に記載された振動機構は、少なくとも２つの永久磁石により反発系の磁気ばねを構成し、上記永久磁石の一方の他方に対する運動の軌跡を適宜選定して、上記磁気ばね内の蓄積磁気エネルギーを略一定にすることによりばね定数を略０に設定した、ことを特徴としている。

このような構成を有する振動機構によれば、入力に応じたストロークを保ちながらばね定数を略０に設定するようにしたので、永久磁石のいずれか一方に入力された振動に他方の永久磁石が余り影響を受けず、振動を効果的に吸収することができる、という効果が期待される。

更に、従来の磁性バネの減衰特性を利用することにより除振性能を向上させた装置として、例えば、特許文献３に記載されているようなものもある。特許文献３には、複数の永久磁石を有する磁性バネを備えた磁気浮上式サスペンションユニットに関するものが記載されている。この特許文献３に記載された磁気浮上式サスペンションユニットは、相対移動自在に離間し、反発磁極を対向させた少なくとも二つの永久磁石により磁性バネを構成し、上記少なくとも二つの永久磁石の一方をシートに取り付けるとともに、他方の永久磁石の磁束密度を調節可能な遮蔽手段を配設し、他方の永久磁石に入力された外力に対し、上記遮蔽手段により上記磁束密度を変化させることにより内部運動系内のバネ定数或いは減衰係数を変化させるようにした、ことを特徴としている。

このような構成を有する磁気浮上式サスペンションユニットによれば、サスペンションユニットのパッシブコントロール、セミアクティブコントロールあるいはアクティブコントロールを容易に行うことができる、という効果が期待される。

しかしながら、特許文献１の同軸二輪車の姿勢制御方法において、前進・後退走行の動作を行おうとする場合には、搭乗者又は搭載物の重心位置を前方又は後方へずらすことをトリガとして同軸二輪車を傾斜させて行っていた。例えば、同軸二輪車に人が搭乗する場合、搭乗者が立ち姿勢でその場から足位置を動かさずに上体（重心）を前後に振ることにより、その前後動作をトリガとして重心位置を前方又は後方にずらし、移動しようとする方向に同軸二輪車を傾斜させて前進走行又は後退走行を行っていた。

このように、特許文献１の同軸二輪車の姿勢制御方法では、立ち姿勢以外の姿勢（例えば、座席に座った姿勢）においては座席によって腰位置（重心位置）が固定されてしまうため、重心位置の移動による前進・後退動作のトリガを発生させることが困難であった。そのため、座席に座ったままの姿勢では前記動作トリガを発生させることが困難であったことから、動作トリガを発生させるためには腰位置を容易に動かすことができる立ち姿勢が必要であった。その結果、立ち姿勢に起因して、長距離走行や悪路走行等における搭乗者の疲労が著しくなるとともに、膝等の関節部分に負荷される荷重の影響により関節部分にダメージ発生が予測されるという課題があった。

これらの課題を軽減するための方策として、例えば、座席に寄り掛かったり座ったりといった姿勢においての重心移動も考えられるが、搭乗者の主な重心部位となる腰が座席に固定されることによって俊敏な重心移動が妨げられる。その結果、重心部位の移動が緩慢になってしまい、腰の前側及び後側への俊敏でスムースな移動が実現できないという不具合がある。

更に、従来のこの種の車両においては、走行振動（路面と垂直方向、路面と水平方向その他全方向の振動）や衝撃を軽減する手段が、ゴム製タイヤの弾性によるダンパのみに依存するものであったため、振動や衝撃の軽減が十分になされていなかった。そのため、搭乗者に対して振動や衝撃が大きく作用することになり、乗り心地の悪さが大きいばかりでなく、人体に大きな負担が掛かる等の不具合があった。

また、無人での自立走行を実現しようとする場合、前進・後退動作の制御は、搭乗者又は搭載物の前後方向への重心移動を動作トリガとしていることから、複雑で難しい制御アルゴリズムが必要になり、装置全体が複雑なものとなり大型化されるという課題があった。

なお、前述した特許文献２に記載された振動機構は、サスペンションやエンジン等の振動を減衰するための技術に関するものであり、サドルに座ったり寄り掛かったりした姿勢においても車両を安定性よく前進・後退動作させることができる技術に関するものではない。更に、特許文献３に記載された磁気浮上式サスペンションユニットも同様に、サスペンションに伝達される振動を減衰するための技術に関するものであり、サドルに座ったり寄り掛かったりした姿勢でも車両を安定性よく前進・後退動作できるようにするための技術に関するものではない。
特開昭６３−３０５０８２号公報 特開２０００−３３７４３４号公報 特開平１０−１５７５０４号公報

解決しようとする問題点は、座ったり寄り掛かったりした姿勢では腰（重心）位置が固定されてしまうため、重心の移動が容易でなくなり、車両を俊敏かつスムースに前進又は後退動作させることができないと言う点である。

本出願の請求項１に記載の発明は、左右に配置された２個若しくは３個以上の車輪又は１個の車輪を有する台車と、この台車に搭載されるサドルと、を備え、サドルは、搭乗者又は搭載物の荷重が付加される可動永久磁石と、この可動永久磁石に反発磁極を対向させて配置されるとともに台車に固定される浮上用固定永久磁石を有し、可動永久磁石と浮上用固定永久磁石で構成される磁性バネにより可動永久磁石を浮上用固定永久磁石から浮上させて支持したことを最も主要な特徴とする。

本出願の請求項２に記載の発明は、サドルは、浮上用固定永久磁石が底面に敷設される座席筐体と、可動永久磁石の上部に固定される座席板を有し、座席筐体に可動永久磁石を収納して座席板を座席筐体の上方に露出させたことを特徴とする。

本出願の請求項３に記載の発明は、座席筐体には、可動永久磁石に上方から対向される浮上制限用固定永久磁石を設け、この浮上制限用固定永久磁石により可動永久磁石の浮上を制限したことを特徴とする。

本出願の請求項４に記載の発明は、座席筐体には、可動永久磁石に側方から対向される横移動制限用固定永久磁石を設け、この横移動制限用固定永久磁石により可動永久磁石の横移動を制限したことを特徴とする。

本出願の請求項５に記載の発明は、可動永久磁石は、上下方向に反発磁極を対向させた直方体からなり、この可動永久磁石の下面に浮上用固定永久磁石を対向し、上面に浮上制限用固定永久磁石を対向し、四方の４側面に横移動制限用固定永久磁石を対向したことを特徴とする。

また、本出願の請求項６に記載の発明は、可動永久磁石、浮上用固定永久磁石及び浮上制限用固定永久磁石は、それぞれ複数個の永久磁石の組み合わせからなり、それら複数個の永久磁石の組み合わせは、それぞれ同一極を一面に並べて敷設したことを特徴とする。

本出願の請求項１に記載の発明によれば、可動永久磁石を浮上用固定永久磁石で浮上させて支持し、可動永久磁石と浮上用固定永久磁石からなる磁性バネを利用してサドルを構成したため、このサドルに座ったり寄り掛かったりした姿勢によっても重心位置を容易に移動することができ、その重心移動によって車両を簡単に前進・後退動作させることができる。しかも、可動永久磁石が浮上用固定永久磁石から浮上していて非接触であるため、摩擦抵抗による座部の動作遅れを生じることがなく、滑らかでスムースな移動を実現することができる。そのため、座ったり寄り掛かったりした姿勢でありながら立ち姿勢での運転操作と同等の前進・後退操作を行うことができ、長距離走行による疲労の蓄積や悪路走行による膝部へのダメージ等を軽減することができる。したがって、体力に不安のある高齢者や非健常者による乗車運転の可能性を拡げることができる。

本出願の請求項２に記載の発明によれば、底面に浮上用固定永久磁石が敷設された座席筐体に可動永久磁石を収納して座席板を上部に露出させる構成としたため、搭乗者が座るためのサドルであって、しかも車両の前進・後退操作を行うことができるものを簡単な構造によって実現することができる。更に、座席板を有する可動永久磁石が浮上用固定永久磁石によって非接触で支持されるため、磨耗を生じたり摩擦抵抗による動作遅れを生じたりすることがなく、滑らかでスムースな移動を可能にできるとともに、反発力の働く方向と一致する振動や衝撃を軽減し、減衰させることができる。

本出願の請求項３に記載の発明によれば、座席筐体に浮上制限用固定永久磁石を設け、この浮上制限用固定永久磁石で可動永久磁石の浮上を制限する構成としたため、可動永久磁石の跳ね上がりを防止して高さ位置を所定範囲内に維持することができるとともに、サドルの振動や衝撃を抑制し、効率よく減衰させることができる。

本出願の請求項４に記載の発明によれば、座席筐体に横移動制限用固定永久磁石を設け、この横移動制限用固定永久磁石で可動永久磁石の横方向への移動を制限する構成としたため、可動永久磁石の移動方向を一定にして所定方向へのみ移動できるとともに、中立位置に戻ろうとする復元力を生じさせることができ、サドルの振動や衝撃を抑制して効率よく減衰させることができる。

本出願の請求項５に記載の発明によれば、可動永久磁石を直方体として、その下面に浮上用固定永久磁石を対向させ、上面に浮上制限用固定永久磁石を対向させ、横４面に横移動制限用固定永久磁石をそれぞれ対向させる構成としたため、上下方向を所定の高さ範囲に維持しつつ水平方向を所定方向に限定して一定方向へのみ移動できるとともに、磨耗を生じたり摩擦抵抗による動作遅れを生じたりすることがなく、滑らかでスムースな移動を可能とすることができる。

また、本出願の請求項６に記載の発明によれば、可動永久磁石、浮上用固定永久磁石及び浮上制限用固定永久磁石をそれぞれ複数個の永久磁石によって構成することができるとともに、それぞれの永久磁石間において相互作用を起こさせない単純な構造とすることができ、複雑な異方性永久磁石を製作する必要がなく、容易に製作することができる。

搭乗者が座ったり寄り掛かったりするサドルを磁性バネの利用により俊敏かつスムースに移動できるようにするとともに、走行振動や衝撃を軽減することができ、座ったままのサドルの移動操作によって滑らかに直進走行及び後退走行ができる車両装置を、簡単な構造によって実現した。

図１〜図１０は、本発明の実施の形態を示すものである。即ち、図１は本発明の車両装置の一実施例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線拡大断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線拡大断面図、図５は図１のＤ−Ｄ線拡大断面図、図６乃至図９は本発明の原理を説明するそれぞれ説明図、図１０は永久磁石の磁性バネと空気バネの制振効果を示すグラフである。

まず、図６〜図９を参照して、本発明の車両装置の原理を説明する。図６に示す符号１は、本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車の概略構成を示すもので、搭乗者がサドルに着座した状態において車両を前後方向に走行できるようにしたものである。この二輪車１は、台車に搭乗してサドルに座った人が、その着座した状態で自分の重心位置を前後方向に動かすことにより、その重心の移動方向に車両を走行することができる。二輪車１は、人が搭乗可能な台車２と、この台車２の左右両側に配置された２個で一対の車輪３Ｌ，３Ｒと、人が座ることのできるサドル４と、台車２に搭載されたサドル４の姿勢（傾き）を検出する姿勢検出器５等を備えて構成されている。

台車２は、人を乗せることができる平板或いは筐体からなり、その左右両側には２個で一対の車輪（この車輪は、３輪以上であってもよく、また１輪であってもよい。）３Ｌ，３Ｒが配置されている。左右の車輪３Ｌ，３Ｒは、台車２に搭載された図示しない車輪駆動モータによって回転駆動自在とされている。この台車２の上面略中央部には上方に突出する支柱６が固定されており、その支柱６の上端にサドル４が取り付けられている。サドル４は、搭乗者Ｈが座ることができる可動部７と、この可動部７を車両の前進方向及び後退方向へ所定距離だけ移動可能に支持する固定部８から構成されている。

サドル４の可動部７と固定部８は、互いに非接触のスライド機構を構成しており、搭乗者Ｈが座った状態のままで可動部７が前後方向へ移動自在に構成されている。サドル４の具体的構成としては、上下方向に対向される平板状の一対の永久磁石を適用することができる。一方の永久磁石は、支柱６の上端に固定することによって固定部８を構成し、他方の永久磁石は、固定部８の上方に適当な隙間をあけて浮上状態で対向させることにより可動部７として構成される。そして、可動部７の移動方向を前後方向に制限し、所定の隙間分を除いて左右方向には移動できない構成とすることにより、ダンパ機能を有する本発明のスライド機構が構成される。

また、台車２には、サドル４を含む台車２の姿勢（傾き）を検出するための姿勢検出器５が搭載されている。この姿勢検出器５は、台車２の上面に立設された支柱６が真っ直ぐに直立した状態で立っているか、又は支柱６が前傾若しくは後傾した状態で前方若しくは後方のいずれかへ傾いているかを検出するものである。このような姿勢検出器５としては、例えば、加速度センサとジャイロの組み合わせ等によって構成することができる。この姿勢検出器５で台車２等の姿勢を検出し、その検出結果に応じて車輪駆動モータを駆動制御することにより、２つの車輪３Ｌ，３Ｒで路面１０上に支持される台車２の自立状態を保持して、２つの車輪３Ｌ，３Ｒによる２輪走行を確保することができる。

更に、台車２には、姿勢検出器５の検出結果に基づき所定の演算処理を実行して車輪駆動モータを駆動制御するための制御量を算出する制御装置１１が搭載されている。制御装置１１は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）と記憶装置と入出力装置等を有するマイクロコンピュータと、このマイクロコンピュータから出力される信号に基づいて車輪駆動モータに所定の制御信号を出力する駆動回路等を備えて構成される。この制御装置１１及び車輪駆動モータその他の電子機器には、所定の電力を供給する図示しない電源装置が接続されている。この電源装置は、例えば、バッテリー電源と、このバッテリー電源から制御装置１１等に供給される電力をオン・オフする電源スイッチ等を備えて構成される。なお、左右の車輪３Ｌ，３Ｒの制動を制御するブレーキ装置を設ける構成としてもよい。

かくして、電源スイッチをオンして電力を制御装置１１等に供給した後、制御装置１１から車輪駆動モータに制御信号が出力されることにより、車輪駆動モータの作動を介して左右の車輪３Ｌ，３Ｒが前方又は後方へ回転駆動される。制御装置１１が制御信号を出力するときは、サドル４の可動部７と固定部８の間に相対的な位置のずれが生じ、それが台車２等の姿勢変化として現れて、その姿勢変化が姿勢検出器５により検出されて、その検出信号が制御装置１１に入力されたときである。

したがって、サドル４の可動部７を中立位置から前方又は後方へ移動して搭乗者Ｈの重心Ｗ位置を二輪車１の前側又は後側へ移動し、その移動量に応じて変化する台車２の姿勢変化を検出する姿勢検出器５から検出信号が制御装置１１に入力されることにより、その制御装置１１から車輪駆動モータを駆動制御するための制御信号が出力される。このようにして、搭乗者Ｈがサドル４の可動部７を移動させて重心Ｗ位置を車両前方又は後方へ移動することにより、その移動方向に応じて車輪３Ｌ，３Ｒを回転駆動させて、二輪車１を前進走行又は後退走行させることができる。

図６は、二輪車１がバランス良く安定して自立している中立姿勢を示すものである。この状態では、台車２は路面１０と略平行になる。そのため、台車２上に立設された支柱５の上端に取り付けられたサドル４に着座した搭乗者６の重心Ｗは、左右車輪３Ｌ，３Ｒの回転中心である車軸９の略真上（バランス中心）に位置している。そして、サドル４においては、固定部８の略真上に可動部７が重なり合うように対向される。この場合、台車２に支持されたサドル４の傾斜角度（支柱６の中心線Ｔが路面１０となす角度）θは０となっている。このとき二輪車１は、前進走行及び後退走行のいずれもせずに、その場所に止まっている。

図７は、搭乗者Ｈの重心Ｗが台車２の前側に位置することによって二輪車１が前傾した状態を示している。この前傾姿勢において二輪車１は、前進走行を連続して行うことができる。この前進走行を搭乗者Ｈが希望する場合には、搭乗者Ｈが足を使い、その足を曲げて腿を膝に近づけるようにして身体を台車２の前方Ｆ１に移動させることによって行うことができる。

この搭乗者Ｈの重心移動操作によってサドル４の可動部７が前方Ｆ１に移動し、搭乗者Ｈの重心Ｗの位置がサドル４の前側に移ることにより、台車２が左右車輪３Ｌ，３Ｒの車軸９を回転中心として車両前側に傾斜角度θ１傾斜する。この台車２の前傾姿勢が姿勢検出器５で検出されることにより、搭乗者Ｈの重心Ｗの前方Ｆ１への移動が車両を駆動するためのトリガとして働くことになる。その結果、姿勢検出器５の検出信号に対応した制御信号が車輪駆動モータに出力され、左右車輪３Ｌ，３Ｒが前側に回転駆動されることにより二輪車１を前進走行Ｆ２することができる。

また、図８は、搭乗者Ｈの重心Ｗが台車２の後側に位置することによって二輪車１が後傾した状態を示している。この後傾姿勢において二輪車１は、後退走行を連続して行うことができる。この後退走行を搭乗者Ｈが希望する場合には、搭乗者Ｈが足を使い、その足を踏ん張って腿を膝から遠ざけるようにして身体を台車２の後方Ｒ２に移動させることによって行うことができる。

この搭乗者Ｈの重心移動操作によってサドル４の可動部７が後方Ｒ１に移動し、搭乗者Ｈの重心Ｗの位置がサドル４の後側に移ることにより、台車２が左右車輪３Ｌ，３Ｒの車軸９を回転中心として車両後側に傾斜角度θ２傾斜する。この台車２の後傾姿勢が姿勢検出器５で検出されることにより、搭乗者Ｈの重心Ｗの後方Ｒ１への移動が車両を駆動するためのトリガとして働くことになる。その結果、姿勢検出器５の検出信号に対応した制御信号が車輪駆動モータに出力され、左右車輪３Ｌ，３Ｒが後側に回転駆動されることにより二輪車１を後退走行Ｒ２することができる。

図９は、人が搭乗する代わりに搭載物１４を搭載し、その搭載物１４をサドル１４０の可動部として用いて、無人走行可能な二輪車１００として構成したものである。搭載物１４は、前述したサドル４の可動部７と同様に固定部８に対して所定範囲内において前後方向へ移動自在に支持されている。そして、サドル１４０には、搭載物１４を前後方向へ移動させるためのアクチュエータ１５が取り付けられている。このアクチュエータ１５で搭載物１４を前後方向へ移動して、搭載物１４の重心Ｗ１を車両の前側又は後側へ移動することにより、その移動動作を搭乗者Ｈによる重心Ｗの移動動作と同様に動作トリガとして用いて、二輪車１００の前進走行及び後退走行を同様に制御することができる。

このように、搭載物１４をサドルの一部である可動部として重りのように用いるか又は可動部に重りとして搭載物１４を載置し、その搭載物１４をアクチュエータ１５で移動させることにより、重心Ｗの移動を生じさせてその重心移動動作を、二輪車１００を前進走行又は後退走行させるための動作トリガとして用いることができる。その結果、人の代わりに搭載物１４を使用して、あたかも搭乗者がいるかのように簡単に二輪車１００の前進走行及び後退走行の走行制御を行うことができる。

次に、図１〜図５を参照して、本発明の車両装置の具体的形態について説明する。図１及び図２は、本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車の構成を示すもので、搭乗者がサドルに着座した状態において車両を前後方向に走行できるものである。

この二輪車２１は、平面形状が四角形をなす偏平な台車２２と、この台車２２の左右両側に１輪ずつ配置された２つの車輪２３Ｌ，２３Ｒと、台車２２に支持されたサドル２４と、前述した姿勢検出器５及び制御装置１１等を備えて構成されている。台車２２の上面略中央部には円柱状の支柱２６が立設されていて、その支柱２６の上端にサドル２４が取り付けられている。

台車２２は、上面に開口された底の浅い凹陥部３０を有する四角形の筐体からなる台車本体３１と、この台車本体３１の開口部に着脱可能に装着されて凹陥部３０を閉鎖可能なステップ蓋体３２から構成されている。台車２２の凹陥部３０内には、左右の車輪２３Ｌ，２３Ｒを個別に回転駆動するための２個の駆動モータ３３Ｌ，３３Ｒと、これら駆動モータ３３Ｌ，３３Ｒの回転速度を減速させて各車輪２３Ｌ，２３Ｒに伝達する２個の減速装置３４Ｌ，３４Ｒが内蔵されている。

互いに対をなす駆動モータ３３Ｌと減速装置３４Ｌ及び駆動モータ３３Ｒと減速装置３４Ｒはそれぞれ同軸上に配置されていて、各減速装置３４Ｌ，３４Ｒの出力軸３５が、それぞれ台車本体３１の側面を貫通して互いに離反するように側方へ突出されている。更に、左右の出力軸３５，３５は略同一軸心上に設定されていて、各出力軸３５にはホイールフランジ３６が設けられている。そして、左右のホイールフランジ３６，３６には、それぞれ車輪２３Ｌ，２３Ｒが複数個のロックネジ３７によって締付固定されている。左右の車輪２３Ｌ，２３Ｒは、出力軸３５が嵌合される円板状のホイールベース３８と、このホイールベース３８の外周面に装着されたゴム製のタイヤ３９とから構成され、タイヤ３９内に適当な圧力の空気が充填されている。

また、支柱２６は、台車２２のステップ蓋体３２の上面略中央部に一体的に固定されていて、その上端に平面形状が四角形をなすサドル２４が支持されている。図１及び図２に示すように、サドル２４は、平面形状が四角形をなす比較的底の浅い凹陥部４１を有する平面四角形の座席筐体４０と、この座席筐体４０の凹陥部４１内に収容される平面形状が四角形をなす可動永久磁石４２と、この可動永久磁石４２の上面に固定された連結体４３と、この連結体４３の上面に固定された座席板４４等を備えて構成されている。

固定部である座席筐体４０の凹陥部４１は、収容される可動永久磁石４２が車両の前進方向及び後退方向にのみ移動可能なように前後方向に所定の隙間が設定されており、これと直交する方向には移動不能とされている。この凹陥部４１を覆う座席筐体４０の上面部の略中央部には、連結体４３が貫通される開口穴４５が設けられている。開口穴４５は、連結体４３が可動永久磁石４２と一体に移動するため前後方向に延在する長穴として形成されている。

図３乃至図５に示すように、座席筐体４０の凹陥部４１の底面には、その全面に渡って同一極が表面に現れるように構成された１枚の浮上用固定永久磁石５０が敷設されている。この浮上用固定永久磁石５０は、２枚以上の永久磁石の組み合わせとして構成してもよい。浮上用固定永久磁石５０を複数枚で構成する場合には、同じ極を一面側に並べて同一極で一面が構成されるように配置する。この実施例における浮上用固定永久磁石５０は、Ｎ極を下にしてＳ極が表面（上面）となるように配置されている。浮上用固定永久磁石５０の表面は、この実施例とは逆にＮ極としてもよい。

このような浮上用固定永久磁石５０に対応して可動永久磁石４２は、浮上用固定永久磁石５０の表面磁極に対して反発磁極となる同極のＳ極を下面に配して設置されている。したがって、可動永久磁石４２の上面にはＮ極が配されていて、そのＮ極側の面に連結体４３が固定されている。この可動永久磁石４２の４つの側面の下側角部には、各側面部に明確な極性を現出させるために非磁性体で形成された枠材４８，４９がそれぞれ取り付けられている。

２個の枠材４８，４８は、図３に示すように、可動永久磁石４２の移動方向と直交する方向両側の下側角部に配置されている。これにより、可動永久磁石４２の移動方向と直交する方向の両側面部には、Ｎ極が露出される横突出部４２ａ，４２ａがそれぞれ設けられている。また、２個の枠材４９，４９は、図４に示すように、可動永久磁石４２の移動方向両側の下側角部に配置されている。これにより、可動永久磁石４２の移動方向の両側面部には、Ｎ極が露出される前後突出部４２ｂ，４２ｂがそれぞれ設けられている。

このような構成を有する可動永久磁石４２に対応させて、その上面のＮ極に対して反発磁極となる同極のＮ極を下面に配した一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２が座席筐体４０の上部に固定されている。図３に示すように、一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２は、座席筐体４０の開口穴４５を挟んで左右両側に形成された庇状の抜け止め部５３，５３の下面に取り付けられている。

一対の抜け止め部５３，５３は、二輪車２１の前進及び後退方向に所定幅で延在されていて、これら一対の抜け止め部５３，５３間に連結体４３が所定の隙間をあけて上下方向に貫通されている。したがって、一対の抜け止め部５３，５３は、可動永久磁石４２が凹陥部４１内から上方へ抜け出すのを防止する役割も合わせ持っている。このような一対の抜け止め部５３，５３に保持された一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２の下側角部には、側面部に明確な極性を現出させるために非磁性体で形成された枠材５４がそれぞれ取り付けられている。

各枠材５４は、浮上制限用固定永久磁石５１，５２の長手方向の一端から他端まで延在されている。これにより、一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２の各側面部には、開口穴４５側にＳ極が露出される横突出部５１ａ，５２ａがそれぞれ設けられている。これら横突出部５１ａ，５２ａに対応して連結体４３には、一対の横移動制限用可動永久磁石４６，４７が取り付けられている。一対の横移動制限用可動永久磁石４６，４７は、それぞれの表面が横突出部５１ａ，５２ａの表面と対向するように配置されていて、表面側の極性は、横突出部５１ａ，５２ａのＳ極に対してそれぞれ反発磁極となる同極のＳ極とされている。

また、座席筐体４０の凹陥部４１の四方の側面には、可動永久磁石４２の４つの側面を囲うように２枚の横移動制限用固定永久磁石５５，５６と２枚のダンパ用固定永久磁石５７，５８が配設されている。２枚の横移動制限用固定永久磁石５５，５６は、図３に示すように、可動永久磁石４２の移動方向である前後方向と直交する方向に所定の隙間をあけて対向されていて、可動永久磁石４２が前後方向へのみ移動可能なように横方向への移動を制限している。また、２枚のダンパ用固定永久磁石５７，５８は、図４に示すように、可動永久磁石４２の移動方向に所定の移動量（ストローク）をあけて対向されていて、可動永久磁石４２の所定ストローク以上の前後方向への移動を防止している。

これら２枚の横移動制限用固定永久磁石５５，５６及び２枚のダンパ用固定永久磁石５７，５８は、それぞれ各側面において全面に渡って同一極が表面に現れるように構成されている。これら横移動制限用固定永久磁石５５，５６及びダンパ用固定永久磁石５７，５８、並びに前述した横移動制限用可動永久磁石４６，４７及び浮上制限用固定永久磁石５１，５２は、可動永久磁石４２及び浮上用固定永久磁石５０と同様に、それぞれ２枚以上の永久磁石の組み合わせとして構成してもよい。その場合には、同じ極を一面側に並べて同一極で一面が構成されるように配置する。なお、隣り合う永久磁石の間は、永久磁石を固定する接着剤やスペーサ等の仕切り部材を介在させる構成としてもよく、また、隣り合う永久磁石を直接接触させる構成としてもよい。

この実施例における横移動制限用固定永久磁石５５，５６及びダンパ用固定永久磁石５７，５８は、可動永久磁石４２の横突出部４２ａ，４２ａ及び前後突出部４２ｂ，４２ｂのＮ極に対応させて、すべてＮ極が表面（凹陥部４１の内面）となるように配置されている。これら横移動制限用固定永久磁石５５，５６及びダンパ用固定永久磁石５７，５８の表面は、可動永久磁石４２の極性に対応させて、この実施例とは逆にＳ極としてもよい。

かくして、座席板４４と一体に構成されている可動永久磁石４２及び一対の横移動制限用可動永久磁石４６，４７に対して浮上用固定永久磁石５０、一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２、一対の横移動制限用固定永久磁石５５，５６及び一対のダンパ用固定永久磁石５７，５８は、その上下方向、前後方向及び左右方向のすべての面において、反発極性を対向させるように配設されている。そして、サドル２４の凹陥部４１内において可動永久磁石４２が、すべての面において所定の隙間又は所定以上の隙間をあけて互いに摺動接触することなく、所定の高さ位置に浮上した状態で支持されている。

前述した永久磁石４２，４６，４７，５０，５１，５２，５５，５６，５７，５８の材質としては、例えば、希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）が好適であるが、その他の材質のものを適用できることは勿論である。また、台車２２に搭載されている姿勢検出器５及び制御装置１１については前述したとおりであるため、それらの説明は省略する。

このように、対をなす永久磁石を互いに反発し合うように向かい合わせに配置し、磁性バネを利用して可動永久磁石４２を浮上させて支持することにより、永久磁石の反発力によって上下方向、前後方向及び左右方向のすべてにおいて摺動摩擦を生じることなく、可動部である可動永久磁石４２及び座席板４４を前後方向にスムース且つ迅速に移動することができる。

この場合、可動永久磁石４２がストロークの最大まで移動したときの衝撃や振動、或いは走行中の振動や衝撃のうち、磁性バネによる反発力の働く方向に一致するものは、同極性の対向磁極間に生じる大きな磁束密度による反発力によって遮断され、減衰される。そして、この種の磁性バネが持つヒステリシス効果により、周期の早い振動はエネルギー損失が大きく、振動伝達を効果的に遮断できて、良好な減衰効果が得られる。また、外部から振動が加えられた場合、互いに反発する永久磁石の反発力は、その離反距離の二乗に反比例する特性があるため、その離反距離を調整することにより、特定の周波数にて発生する共振を起こり難くすることができる。更に、過励振現象を抑制できるため、冗長な固有振動（サージング現象）を短期間で消滅させる効果がある。

本実施例の場合、重心を前後方向に移動させるときの感度（反応速度）及び量（加速度、速度等）の調節が重要な要素となるが、前後方向の最大ストローク位置にはダンパとしての反発力を発揮し得るダンパ用固定永久磁石５７，５８が配置されているため、これらの反発力で可動永久磁石４２が常に中立位置へ戻るように構成することにより、前後方向に移動させるための力を解除することのみによって、可動永久磁石４２を元の位置に戻すことができる。これにより、座席板４４に前後方向の移動力が加わらなくなった場合や、搭乗者が下車したような場合において、座席板４４を速やかに中立位置に戻すことにより、前進走行又は後退走行から停止状態へ遅滞なく戻すことができ、安全性の向上を図ることができる。

また、無人にて自立走行する車両の場合、サドル２４の座席板４４に適宜量の負荷を搭載し或いは座席板４４自体の重量を大きくして、その座席板４４をアクチュエータ等でスライドさせて重心位置を移動させることにより、あたかも搭乗者がいるかのように簡単に前進走行又は後退走行の制御を行うことができる。

図１０は、永久磁石を使用した磁気バネの制振効果と空気を利用した空気バネの制振効果を比較して示すグラフである。図１０において、太い実線Ｘが磁気バネの制振効果を示すもので、細い実線Ｙが空気バネの制振効果を示している。図１０では、縦軸に力（Ｎ）を取り、横軸に移動量（ｍｍ）を取っている。図１０に示すように、磁気バネＸの制振力と空気バネＹの制振力を同程度（この例では５５０Ｎ〜６００Ｎ）に設定した場合、空気バネＹの移動量が約６０ｍｍであるのに対し、磁気バネＸの移動量は約２０ｍｍであった。この結果から、磁気バネＸによれば、空気バネＹの移動量の１／３のストロークで減衰力を出せることが明らかになった。

このような構成を有する二輪車２１によれば、搭乗者がサドル２４に座ったり寄り掛かったりという着座スタイルでの姿勢制御により、車両を前進方向及び後退方向へ自由に走行することができる。この二輪車２１に乗る人は、例えば、図６に示すように、台車２２に乗った後、サドル２４の座席板４４に腰掛けるようにする。このとき、搭乗者Ｈの重心Ｗがサドル２４の略中心部分に掛かっているため二輪車２１全体のバランスが取れている場合には、二輪車２１は止まった状態にある。

このような二輪車２１の停車状態から、搭乗者Ｈが前進走行を希望する場合には、図７に示すように、足を使って身体を前にスライドし、これに伴う座席板４４の移動を介して搭乗者Ｈの重心Ｗを車両前側に移動させる。これにより、前述したように、姿勢検出器５及び制御装置１１の作動を介して、左右の車輪２３Ｌ，２３Ｒが前側に回転駆動される。その結果、搭乗者Ｈによる重心移動を動作トリガとして、二輪車２１が前進走行を開始する。

また、二輪車２１の停車状態から、搭乗者Ｈが後退走行を希望する場合には、図８に示すように、足を使って身体を後にスライドし、これに伴う座席板４４の移動を介して搭乗者Ｈの重心Ｗを車両後側に移動させる。これにより、同じく姿勢検出器５及び制御装置１１の作動を介して、左右の車輪２３Ｌ，２３Ｒが後側に回転駆動される。その結果、搭乗者Ｈによる重心移動を動作トリガとして、二輪車２１が後退走行を開始する。

これら前進走行及び後退走行において、搭乗者Ｈが座っているサドル２４は、上下、前後及び左右の各方向に反発する永久磁石の組み合わせにより車両前後方向にのみスライド移動可能に構成されているため、搭乗者Ｈの姿勢変化による重心Ｗの移動によって摩擦力を生じることなくスライド移動することができる。このとき、搭乗者に作用する外力のうち、永久磁石間の反発力の働く方向に一致する振動や衝撃力は、サドル２４の座席筐体４０と座席板４４との間に設定された適当な大きさの空間的なギャップを移動する際に、大きな磁束密度を有する永久磁石の同一極を対向させることにより得られる反発力で遮断し、その振動や衝撃力が伝達されるのを防止して、減衰させることができる。

しかも、永久磁石の反発磁極を対向させることにより、振動伝達の遮断を、ヒステリシス効果を持って早期に減衰させることができる。特に、振動や衝撃が外部から与えられたものである場合には、互いに反発する永久磁石の反発力は、距離の二乗に反比例して変化する特性を有するため、特定の周波数で起こる共振の発生を起こり難くすることができるとともに、過励振現象を抑制することができることから、冗長な固有振動（サージング現象など）を短時間で消滅させることができる。したがって、乗り心地の向上を図ることができる。

また、サドル２４の可動永久磁石４２の両側面に横移動制限用固定永久磁石５５，５６を対向させるとともに、一対の横移動制限用可動永久磁石４６，４７の側面に一対の浮上制限用固定永久磁石５１，５２を対向させる構成としたため、大きな摩擦力を生じさせることなく可動永久磁石４２及び座席板４４を、車両前後方向へスムースかつ迅速に移動させることができる。しかも、車両前後方向の両端部には、可動永久磁石４２の両側面に対向するように一対のダンパ用固定永久磁石５７，５８が対向されているため、前後方向への移動時に可動永久磁石４２が座席筐体４０に衝突することがなく、可動永久磁石４２及び座席板４４を中立位置に速やかに戻し、前進走行及び後退走行から停止状態に遅滞なく戻すことができる。

本発明は、前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では、二輪車に適用した例について説明したが、左右の２輪に加えて車両の前方又は後方に１輪を設けた三輪車或いは四輪車若しくはそれ以上の車輪を備えた車両のように複数の車輪を備えた各種の車両装置に用いることができるものである。また、１個の車輪に台車を搭載した一輪車に適用することもできる。この一輪車の場合、左右方向への旋回走行を考慮すると、１個の車輪の形状は球体或いは樽形状とするのが好ましい。

本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車の平面図である。 本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車の中央部を縦方向に断面したもので、図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車のサドルを縦方向に断面したもので、図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車のサドルを縦方向に断面したもので、図１のＣ−Ｃ線拡大断面図である。 本発明の車両装置の一実施例に係る二輪車のサドルを縦方向に断面したもので、図１のＤ−Ｄ線拡大断面図である。 本発明の車両装置の原理を説明するもので、二輪車のバランスが取れた中立状態を示す説明図である。 本発明の車両装置の原理を説明するもので、二輪車が前傾して前進走行にある状態を示す説明図である。 本発明の車両装置の原理を説明するもので、二輪車が後傾して後退走行にある状態を示す説明図である。 本発明の車両装置の原理を説明するもので、人の代わりに荷重を二輪車に搭載して、前傾させて前進走行にある状態を示す説明図である。 永久磁石の磁性バネによる制振効果と空気バネによる制振効果を比較して示すグラフである。

符号の説明

１，２１，１００…二輪車（車両装置）、 ２，２２…台車、 ３Ｌ，３Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ…車輪、 ４，２４，１４０…サドル、 ５…姿勢検出器、 ６，２６…支柱、 ７…可動部、 ８…固定部、 ９…車軸、 １０…路面、 １１…制御装置、 １４…搭載物、 １５…アクチュエータ、 ３３Ｌ，３３Ｒ…駆動モータ、 ４０…座席筐体（固定部）、 ４１…凹陥部、 ４２…可動永久磁石（可動部）、 ４２ａ，４２ｂ…突出部、 ４３…連結体、 ４４…座席板（可動部）、 ４５…開口穴、 ４６，４７…横移動制限用可動永久磁石、 ４８，４９、５４…枠材、 ５０…浮上用固定永久磁石、 ５１，５２…浮上制限用固定永久磁石、 ５５，５６…横移動制限用固定永久磁石、 ５７，５８…ダンパ用固定永久磁石、 Ｈ…搭乗者、 Ｗ，Ｗ１…重心

Claims (6)

1. 左右に配置された２個若しくは３個以上の車輪又は１個の車輪を有する台車と、
   前記台車に搭載されるサドルと、を備え、
   前記サドルは、搭乗者又は搭載物の荷重が付加される可動永久磁石と、前記可動永久磁石に反発磁極を対向させて配置されるとともに前記台車に固定される浮上用固定永久磁石を有し、
   前記可動永久磁石と前記浮上用固定永久磁石で構成される磁性バネにより可動永久磁石を浮上用固定永久磁石から浮上させて支持したことを特徴とする車両装置。
2. 前記サドルは、前記浮上用固定永久磁石が底面に敷設される座席筐体と、前記可動永久磁石の上部に固定される座席板を有し、前記座席筐体に前記可動永久磁石を収納して前記座席板を座席筐体の上方に露出させたことを特徴とする請求項１に記載の車両装置。
3. 前記座席筐体には、前記可動永久磁石に上方から対向される浮上制限用固定永久磁石を設け、当該浮上制限用固定永久磁石により可動永久磁石の浮上量を制限したことを特徴とする請求項２に記載の車両装置。
4. 前記座席筐体には、前記可動永久磁石に側方から対向される横移動制限用固定永久磁石を設け、当該横移動制限用固定永久磁石により可動永久磁石の横移動量を制限したことを特徴とする請求項２に記載の車両装置。
5. 前記可動永久磁石は、上下方向に反発磁極を対向させた直方体からなり、当該可動永久磁石の下面に前記浮上用固定永久磁石を対向し、上面に前記浮上制限用固定永久磁石を対向し、四方の４側面に前記横移動制限用固定永久磁石を対向したことを特徴とする請求項４に記載の車両装置。
6. 前記可動永久磁石、前記浮上用固定永久磁石及び前記浮上制限用固定永久磁石は、それぞれ複数個の永久磁石の組み合わせからなり、それら複数個の永久磁石の組み合わせは、それぞれ同一極を一面に並べて敷設したことを特徴とする請求項５に記載の車両装置。

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