JP2010187502A

JP2010187502A - 移動体

Info

Publication number: JP2010187502A
Application number: JP2009031003A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Aida; 周平合田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】リニアモータの原理を応用し、非接触で車輪を回転させることが可能な移動体の提供。
【解決手段】中空筒状の回転軸を有する車輪５と、車輪５の軸方向の側面に配置されたフレーム６と、車輪５の軸方向の側面に、フレーム６に向かって異種の磁極が車輪５の回転方向に交互に配置されるように設けられた永久磁石群１０ａ，１０ｂと、フレーム６の車輪５側に固定され、車輪５の回転方向に移動する移動磁界を発生させる誘導コイル群１２ａ，１２ｂと、フレーム６に支持され、車輪５の回転軸内に挿入された車軸１１と、車輪５の回転軸の内周面および車軸１１の外周面に、それぞれ同種の磁極が向かい合わされて配置されるように設けられた永久磁石対１５ａ，１５ｂとを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般道路や未舗装路などの平面上を走行可能なリニアモータの原理を応用した移動体に関する。

従来、車両に搭載した超電導磁石と地上に取り付けられたコイルとの間に強大な磁界を発生させることで高速浮上走行する磁気浮上式のリニアモータカーが実用化されている。しかしながら、磁気浮上式リニアモータカーでは、予め走行路を定めて、この走行路にコイルを埋設する必要があり、自動車のように一般道路上を自由に走行することができない。

また、例えば、特許文献１には、一般道路上では普通の自動車と同じようにタイヤによって走行し、リアクションプレートを敷設した専用道路上では浮上走行することが可能な車両が開示されている。この車両の車輪は、外周に配設されたタイヤとこのタイヤの内周側に配設された２次側回転マグネットとが一体的に形成され、中心部に回転軸が形成されている。また、車軸外周には、１次側固定電機子が２次側回転マグネットの内周面に対向するようにして設けられている。

この車両では、１次側固定電機子と２次側回転マグネットとにより回転駆動用モータを構成するので、１次側固定電機子へ電流を供給すると車輪が回転し、普通の自動車と同様にタイヤと路面との間の摩擦力を利用した一般道路上の走行が可能である。また、リアクションプレートを敷設した道路においては、２次側回転マグネットの回転によりリアクションプレートに生じる磁気誘導による推進力を利用した走行が可能である。

また、例えば、特許文献２には、シャーシから下方に延びた１対の支持杆の先端に取り付けられた保持部材によって全方向に回転自在に保持された球体をリニアモータの二次鉄心とし、間隔を有するように球体の上に配置された湾曲した皿状のステータ部材をリニアモータの一次鉄心とした電気自動車が開示されている。この電気自動車は、ステータ部材の下面に配設された誘導コイルに電流を流して磁界を走らせ、球体を回転させることにより走行する。

特開平５−５６５０９号公報特公平７−１０６００６号公報

前述のように従来の磁気浮上式リニアモータカーでは自動車のように一般道路上を自由に走行することができず、特許文献１に記載の車両においても一般道路上では磁気誘導による推進力を利用した走行は不可能である。また、特許文献２に記載の電気自動車はリニアモータの原理が応用されているものの、球体はベアリングを介して保持部材に保持されており、これらの間には摩擦力が発生している。

そこで、本発明においては、リニアモータの原理を応用し、非接触で車輪を回転させることが可能な移動体を提供することを目的とする。

本発明の移動体は、中空筒状の回転軸を有する回転体と、回転体の軸方向の側面に配置されたフレームと、回転体の軸方向の側面に、フレームに向かって異種の磁極が回転体の回転方向に交互に配置されるように設けられた永久磁石群と、フレームの回転体側に固定され、回転体の回転方向に移動する移動磁界を発生させる誘導コイル群と、フレームに支持され、回転体の回転軸内に挿入された回転支持軸と、回転体の回転軸の内周面および回転支持軸の外周面に、それぞれ同種の磁極が向かい合わされて配置されるように設けられた永久磁石対とを有するものである。

本発明の移動体では、フレームの回転体側に固定された誘導コイル群により回転体の回転方向に移動する移動磁界を発生させると、回転体に設けられた永久磁石群との電磁的作用により回転体の回転方向への推進力が発生し、回転体を回転運動させる。また、回転体の回転軸の内周面および回転支持軸の外周面には、それぞれ同種の磁極が向かい合わされて配置されるように永久磁石対が設けられているため、回転体の回転軸の内周面と回転支持軸の外周面との間には反発力が発生する。これにより、回転支持軸が回転体の中空筒状の回転軸の中心部に維持され、回転体は回転支持軸によって非接触で支持され、回転支持軸周りに回転する。

ここで、誘導コイル群は、スター配線された３つの誘導コイルが回転支持軸を中心として１２０°間隔で配置されたものを１つのユニットとして、２つのユニットを回転支持軸を中心として６０°ずらして配置したものであり、さらに、２つのユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すためのインバータを有することが望ましい。これにより、２つのユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すことで、回転体の回転方向に移動する移動磁界を発生させることができ、簡単な構造で回転体を回転運動させることが可能となる。

永久磁石群、フレームおよび誘導コイル群は、回転体の軸方向の片側に配置されたものとすることもできるが、回転体の軸方向の両側に配置されたものであることが望ましい。これにより、回転体の軸方向の両側から回転体へ推進力を発生させることができる。また、片側から回転体へ推進力を発生させる場合と比較して、両側から回転体へバランス良く推進力を発生させることが可能となる。

また、回転体の軸方向の両側に配置された永久磁石群は、回転体を挟んで同種の磁極がフレームに向かって配置されるように設けられたものとすることもできるが、回転体を挟んで異種の磁極がフレームに向かって配置されるように設けられたものであることが望ましい。これにより、回転体に作用する軸方向の力が総体で零になり、回転方向の力を得られやすくなる。

（１）本発明によれば、回転体を非接触状態で回転支持軸周りに回転させることが可能であるため、エネルギーロスの少ない回転体が実現できる。また、回転体を非接触状態で回転させるので、摩擦や摩耗の問題が軽減し、メンテナンスが容易になる。さらに、従来のように回転体を回転可能に支持するサスペンション機構が不要となるため、小型軽量化が容易となる。

（２）誘導コイル群が、スター配線された３つの誘導コイルが回転支持軸を中心として１２０°間隔で配置されたものを１つのユニットとして、２つのユニットを回転支持軸を中心として６０°ずらして配置したものであり、さらに、２つのユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すためのインバータを有することにより、簡単な構造で回転体を回転運動させることが可能となる。

（３）永久磁石群、フレームおよび誘導コイル群が、回転体の軸方向の両側に配置されたものであることにより、回転体の軸方向の両側から回転体へバランス良く推進力を発生させることができ、回転体をより安定的に駆動することができる。

（４）回転体の軸方向の両側に配置された永久磁石群が、回転体を挟んで異種の磁極がフレームに向かって配置されるように設けられたものであることにより、回転体に作用する軸方向の力が総体で零になり、回転方向の力を得られやすくなるので、効率良く回転体を回転運動させることが可能となる。

本発明の実施の形態におけるリニアモータの原理を応用した自動車を示す斜視図である。図１の後輪部分の斜視図である。図１の車輪部分の概略構造を示す縦断面図である。図３の車輪を示す縦断面図である。図４の側面図である。図３のフレームを示す縦断面図である。図６のフレームの内側右側面の誘導コイル群の配置および配線を示す図である。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態におけるリニアモータの原理を応用した移動体としての自動車１は、車体２に客室３が搭載され、さらに前方に２つおよび後方に１つの合計３つの移動機構４を備えたものである。前方２つの移動機構４は、車体２に固定されている。後方１つの移動機構４は車体に対して左右に回動可能に支持されており、操舵機能を有する。

図３に示すように、移動機構４は、主に、回転体としての車輪５と、車輪５を回転可能に支持するフレーム６とから構成される。車輪５は、図４に示すように、中空筒状の回転軸７を有するホイール８と、ホイール８に嵌め込まれたタイヤ９とから構成される。また、車輪５の軸方向の両側面には、それぞれ永久磁石群１０が設けられている。

永久磁石群１０は、図５に示すように、車輪５の側方のフレーム６に向かって異種の磁極（Ｎ極１０ａ，Ｓ極１０ｂ）が車輪５の回転方向に交互に配置されるように複数の磁石が並べて配置されたものである。また、この永久磁石群１０は、図４に示すように、車輪５を挟んで異種の磁極（Ｎ極１０ａ，Ｓ極１０ｂ）がフレーム６に向かって配置されるように設けられている。

図３に示すように、フレーム６は、車輪５の上方および車輪５の軸方向の両側面を覆うように形成されたものである。図６に示すように、このフレーム６には車輪５の中空筒状の回転軸７内に挿入される回転支持軸としての車軸１１が支持されている。また、このフレーム６の車輪５側には、車輪５の回転方向に移動する移動磁界を発生させるための誘導コイル群１２が固定されている。

誘導コイル群１２は、図７に示すようにそれぞれ３本ずつの誘導コイル１２ａ，１２ｂを１組のユニット（計２組）としたものである。各ユニットの誘導コイル１２ａ，１２ｂは、それぞれ車軸１１を中心として１２０°間隔で放射状に配置されたものである。なお、各ユニットの誘導コイル１２ａ，１２ｂは、互いに６０°ずらして配置されている。また、各ユニットの誘導コイル１２ａ，１２ｂは、それぞれスター配線されており、それぞれインバータ１３ａ，１３ｂに電気的接続されている。インバータ１３ａ，１３ｂは、各ユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すためのものである。また、インバータ１３ａ，１３ｂには、誘導コイル１２ａ，１２ｂに流す電流を制御するためのコントローラ１４が電気的接続されている。

また、車輪５を挟んで反対側のフレーム６の車輪５側にも同じ誘導コイル群１２が配置されている。なお、図示しないが、インバータ１３ａ，１３ｂおよびコントローラ１４は、左右で共通である。

また、車輪５の回転軸７の内周面および車軸１１の外周面には、それぞれ同種の磁極が向かい合わされて配置されるように円筒状の永久磁石対１５ａ，１５ｂが設けられている。

上記構成の自動車１では、フレーム６の車輪５側に固定された誘導コイル群１２により車輪５の回転方向に移動する移動磁界を発生させると、車輪５に設けられた永久磁石群１０との電磁的作用により車輪５の回転方向への推進力が発生し、車輪５が回転運動する。このとき、車輪５の回転軸７の内周面および車軸１１の外周面に設けられた永久磁石対１５ａ，１５ｂの間に発生する反発力により、車軸１１は車輪５の中空筒状の回転軸７の中心部に維持され、車輪５は車軸１１によって非接触で支持される。

したがって、この自動車１では、車輪５を車軸１１周りに非接触状態で回転することになり、エネルギーロスの少ない移動体が実現できる。また、車輪５を非接触状態で回転させるので、摩擦や摩耗の問題が軽減し、メンテナンスが容易である。さらに、従来のように車輪５を回転可能に支持するサスペンション機構が不要であるため、小型軽量化が容易である。

また、この自動車１では、誘導コイル群１２が、スター配線されたそれぞれ３つの誘導コイル１２ａ，１２ｂが車軸１１を中心として１２０°間隔で配置された２つのユニットを車軸１１を中心として６０°ずらして配置したものであるため、これらの２つのユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すことで、車輪５の回転方向に移動する移動磁界を発生させることができ、簡単な構造で車輪５を回転運動させることが可能である。

また、本実施形態においては、永久磁石群１０、フレーム６および誘導コイル群１２を車輪５の軸方向の両側に配置された構成としているので、両側から車輪５へバランス良く推進力を発生させることが可能となっている。なお、これらの永久磁石群１０、フレーム６および誘導コイル群１２は、車輪５の軸方向の片側に配置されたものとすることもできる。

また、本実施形態においては、車輪５の軸方向の両側に配置された永久磁石群１０が、車輪５を挟んで異種の磁極がフレーム６に向かって配置された構成としているので、車輪５に作用する軸方向の力が総体で零になり、回転方向の力を得られやすくなる。したがって、効率良く車輪５を回転運動させることが可能である。なお、この車輪５の軸方向の両側に配置された永久磁石群１０は、車輪５を挟んで同種の磁極がフレーム６に向かって配置されるように設けられたものとすることもできる。

本発明は、自動車、バイク、トラック、電車、自転車や運搬車などの一般道路や未舗装路などの平面上を走行可能な移動体として有用である。

１自動車
２車体
３客室
４移動機構
５車輪
６フレーム
７回転軸
８ホイール
９タイヤ
１０永久磁石群
１１車軸
１２誘導コイル群
１２ａ，１２ｂ誘導コイル
１３ａ，１３ｂインバータ
１４コントローラ
１５ａ，１５ｂ永久磁石対

Claims

中空筒状の回転軸を有する回転体と、
前記回転体の軸方向の側面に配置されたフレームと、
前記回転体の軸方向の側面に、前記フレームに向かって異種の磁極が前記回転体の回転方向に交互に配置されるように設けられた永久磁石群と、
前記フレームの前記回転体側に固定され、前記回転体の回転方向に移動する移動磁界を発生させる誘導コイル群と、
前記フレームに支持され、前記回転体の回転軸内に挿入された回転支持軸と、
前記回転体の回転軸の内周面および前記回転支持軸の外周面に、それぞれ同種の磁極が向かい合わされて配置されるように設けられた永久磁石対と
を有する移動体。
前記誘導コイル群は、スター配線された３つの誘導コイルが前記回転支持軸を中心として１２０°間隔で配置されたものを１組のユニットとして、２組のユニットを前記回転支持軸を中心として６０°ずらして配置したものであり、
さらに、前記２組のユニットに互いに逆相となる三相交流電流を流すためのインバータを有する請求項１記載の移動体。
前記永久磁石群、フレームおよび誘導コイル群は、前記回転体の軸方向の両側に配置されたものである請求項１または２に記載の移動体。
前記回転体の軸方向の両側に配置された永久磁石群は、前記回転体を挟んで異種の磁極が前記フレームに向かって配置されるように設けられたものである請求項３記載の移動体。