JP2011183909A - 全駆動型回転体付き車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】全ての回転輪を個々に回転駆動して段差を円滑に乗り越えることができる、全駆動型回転体付き車輪を提供する。
【解決手段】ホイール１１の周囲の複数の回転体１２ａ，１２ｂに従動プーリ１３ａ，１２ｂを備え、ホイール１１内に第１の回転分配伝達機構１４及び第２の回転分配伝達機構１５を備え、中空の車軸１６に中空の第１の回転体駆動軸１８を通し、さらに第２の回転体駆動軸２０を通し、ホイール１１を走行用モータ１７で駆動し、第１の回転分配伝達機構１４を回転体駆動用第１モータ１９で駆動し、第２の回転分配伝達機構１５を回転体駆動用第２モータ２１で駆動する。回転体１２ａ，１２ｂを回転するときは、第１の太陽平歯車１４ａ及び第２の太陽平歯車１５ａを同一方向に回転しかつホイールに対して相対回転が生じるように、走行用モータ１７と回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１とを回転制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面上を全方向に走行する全方向移動車に使用され、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体がホイールの周囲に配列されている回転体付き車輪に係り、特に全ての回転体を受動回転ではなく能動回転させるタイプの全駆動型回転体付き車輪に関するものである。

平面上を全方向に走行する全方向移動車は、全駆動型回転体付き車輪を備えている。全ての回転体を受動回転ではなくホイールを回転駆動するモータとは別のモータで能動回転させるタイプの全駆動型回転体付き車輪は、ホイールと、ホイールの周囲に配設される複数個の回転体と、を有し、走行駆動源として、ホイールを駆動回転する一のモータと、複数個の回転体を駆動回転する他のモータと、を有している。複数個の回転体は、ホイールの外周面のブラケットに設けられ、ホイールの回転平面内に軸心を有する車軸に支持されている。
従って、個々の回転体は、ホイールの回転方向に直交する方向に回転するようになっている。そうして、前後方向の走行は、一のモータでホイールを前進回転又は後進回転させて行い、横方向走行は、他のモータでホイールを右回転又は左回転させて行い、斜め方向の走行は、ホイールを回転させると共に全部の回転体を回転させることにより行う。
従来の、全ての回転体を受動回転ではなく能動回転させるタイプの全駆動型回転体付き車輪としては、例えば特許文献１〜４のものが知られている。

特許文献１に記載されている固定式車輪は、車輪外周部に円形の軸を備え、この軸に車輪の回転方向と直角方向に回転するローラ及び緩衝部材を交互に連続して配置し自在に方向転換できる構成である。

特許文献２に記載されている回転体付き車輪は、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列され、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に支持され、車輪回転方向前側である先端部の直径を後端部の直径よりも小さくし、周面の母線を車輪外周円の円弧となるように形成され、各回転体の先端部が隣接する前記回転体の基端部に近接し得るように、各回転体の先端部が、隣接する回転体の基端部に形成された凹部に部分的に侵入している構成である。

特許文献３に記載されている全方向移動用車輪は、ホイールの外側に、外面が車輪外周円に一致する複数の樽形分割ローラが隣接する樽形分割ローラ同士を連結して配設され、各樽形分割ローラが支持部材とローラ軸とで支持され、一の樽形分割ローラに回転力を伝達する動力伝達手段を備えている。

特許文献４に記載されている移動搬送機構は、ホイール部材の周囲に複数の副車輪が回転自在に支持され、ホイールと固定されたホイール回転中心軸と副車輪を駆動するための出力部材とを同軸対向して備えて差動機構で連結し、さらに差動機構を副車輪に連結してなり、出力部材の自転による回転で副車輪が回転され、かつ出力部材の公転に伴ってホイール部材が回転する構成である。

特開平１１−２２７４０４号公報 特開２００２−１３７６０２号公報 特開２００５−６７３３４号公報 特開２００９−１７９１１０号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された技術は、回転輪を駆動する構成ではないので、車輪の回転に伴って回転輪が回転して側方への移動成分が入る走行中に、回転輪が段差に出合うと、この段差を乗り越えられない場合がある。

特許文献３に記載された全方向移動用車輪は、動力伝達手段から回転力を直接に伝達される樽形分割ローラには回転力が伝わるが、樽形分割ローラにはガタやバックラッシが多く、回転力を直接に伝達される樽形分割ローラから隣接の樽形分割ローラには、回転力が伝わりにくく、反対側の樽形分割ローラにはさらに回転力が伝わりにくい。この全方向移動用車輪によれば、上記反対側の樽形分割ローラに負荷が掛かれば、この負荷は、回転力を直接に伝達される樽形分割ローラに対してロックとして作用する。このため、この全方向移動用車輪によれば、樽形分割ローラを円滑に回転駆動することができない。

特許文献４に記載された移動搬送機構は、円周方向の４等分位置の副車輪が駆動され、残りの副車輪は駆動される副車輪から軸を介して回転伝達される。このため、この移動搬送機構は、駆動される副車輪の数が４つとなるので、副車輪の駆動性が改善されるものの、基本的には、特許文献３に記載された全方向移動用車輪と同様に、副車輪の駆動性が悪いという同じ問題点を残している。

そこで、本発明者は、特許文献１及び特許文献２に記載された回転体付き車輪について、回転輪が回転して横方向の移動成分を生じる走行中に、回転輪が段差に出合っても、この段差を乗り越えられるようにすることを課題とし、回転輪を駆動する構造として、特許文献３及び特許文献４の駆動をさらに考察し、種々に工夫を重ねて本発明を完成させたものである。

また、本発明者は、特許文献１及び特許文献２に記載された回転輪を有する回転体付き車輪について、回転輪に駆動を与えるに際して以下のような問題に着目した。
すなわち、特許文献１に記載された回転体は、径が両端で小さく中央で大きい樽形であり、所定速度で回転すると、設置位置が異なることによって回転輪の回転速度が連続的に変化する。また、特許文献２に記載された回転体は、半紡錘形であり、設置位置が異なることによって回転輪の回転速度が連続的に変化することに加え、同時に接地する一の回転体の大径端部と他の一の回転体の小径端部との周速が相違するので、大径端部から小径端部に乗り換える状態では速度が落ちて段差を乗り越えることができない虞がある。

本発明は、上述した点に鑑み案出されたもので、回転輪同士の連鎖による回転伝達を介さないで全ての回転輪を個々に回転駆動し、回転輪が段差に出合ったときも円滑にこの段差を乗り越えることができる、全駆動型回転体付き車輪を提供することを目的としている。

また本発明は、回転輪の接地位置の径の変化に応じて回転輪による移動速度が変化するということがなく、回転輪による移動を安定した速度で行える、全駆動型回転体付き車輪を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の全駆動型回転体付き車輪は、ホイールと、ホイールの周囲に車輪の直進方向に対して直交方向へ回転可能に備えられた複数の回転体と、各回転体に固定された従車と、ホイール内に備えられた第１の太陽歯車を含み該第１の太陽歯車の回転を複数の回転体のうち、１つ置きの第１群の回転体に固定された従車に分配伝達する第１の回転分配伝達機構と、ホイール内に備えられた第２の太陽歯車を含み該第２の太陽歯車の回転を残り１つ置きの第２群の回転体に固定された従車に分配伝達する第２の回転分配伝達機構と、車体フレームに回転可能に支持されホイールを支持する中空の車軸と、車体フレームに備えられ車軸を回転する走行用モータと、車軸に通されホイール側の端部が第１の太陽歯車に固定連結されていると共に、車体フレーム側の端部が入力回転を出力回転として伝達しかつウオームからの回転を出力回転に加算又は減算して伝達する第１の差動遊星歯車機構に接続された中空の第１の回転体駆動軸と、車体フレームに備えられウオームを回転する回転体駆動用第１モータと、第１の回転体駆動軸に通されホイール側の端部が第２の太陽歯車に固定連結されていると共に、車体フレーム側の端部が入力回転を出力回転として伝達しかつウオームからの回転を出力回転に加算又は減算して伝達する第２の差動遊星歯車機構に接続された第２の回転体駆動軸と、車体フレームに備えられウオームを回転する回転体駆動用第２モータと、走行用モータと回転体駆動用第１モータ及び回転体駆動用第２モータの回転制御を行う制御部と、を備えてなることを特徴とする。

要約すると、全駆動型回転体付き車輪は、ホイールの周囲の複数の回転体に従車を備え、ホイール内に第１の太陽歯車を有する第１の回転分配伝達機構及び第２の太陽歯車を有する第２の回転分配伝達機構を備え、中空の車軸に第１の太陽歯車を支持する中空の第１の回転体駆動軸を通し、さらに第２の太陽歯車を支持する第２の回転体駆動軸を通し、車軸で支持されたホイールを走行用モータで駆動し、第１の回転体駆動軸で支持された第１の太陽歯車を第１の差動遊星歯車機構を介し回転体駆動用第１モータで駆動し、第２の回転体駆動軸で支持された第２の太陽歯車を第２の差動遊星歯車機構を介し回転体駆動用第２モータで駆動する構成である。第１及び第２の差動遊星歯車機構は、走行用モータの駆動を、車軸と同じ回転数を車軸と同一方向に第１又は第２の回転体駆動軸に伝達し、回転体駆動用第１モータと回転体駆動用第２モータを駆動するときは回転数を加算又は減算して第１又は第２の回転体駆動軸に伝達する。

上記構成によれば、走行用モータのみを駆動させると、全駆動型回転体付き車輪を直進走行させることができる。走行用モータの駆動に加え、回転体駆動用第１モータと回転体駆動用第２モータを駆動すると、横方向の速度成分を伴う走行ができる。走行用モータを駆動しないで、回転体駆動用第１モータと回転体駆動用第２モータを駆動すると、横方向に走行できる。横方向の速度成分を伴う走行及び横方向に走行する場合には、回転体駆動用第１モータと回転体駆動用第２モータを回転制御して、回転体を同一方向にかつ平均回転数が同一となるように回転させると、全駆動型回転体付き車輪の横方向の速度成分を安定させることができる。上記構成によれば、回転輪同士の連鎖による回転伝達を介さないで全ての回転輪を個々に回転駆動する構成を実現することができるから、回転輪が段差を円滑に乗り越えることができる。

本発明の全駆動型回転体付き車輪は、回転体が、車輪外周円の円弧を形成する周面を有し、かつ樽形形状に形成されているか、または車輪の前進回転方向の前側端部の直径が後側端部の直径よりも小さい半紡錘形状に形成されていて、径の小さい端部の一部が隣接する回転体の径の大きい端部に入り込んだ状態に備えられる場合には、制御部が、複数の回転体のうち１つ置きの第１群の回転体と、残り１つ置きの第２群の回転体とに分かれて別々に同一方向に回転数変化をするように回転制御し、かつ、同時に接地状態となる２つの回転体のうちの、一の回転体の大径部分と他の一の回転体の小径部分とが、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する同じ周速になるように、第１群の回転体の回転と第２群の回転体の回転とが位相を異ならせて回転制御する構成とすることが好ましい。
この構成にすると、回転輪の接地位置の径の変化に応じて回転輪による移動速度が変化することがないので、回転輪による移動を安定した速度で行える。

本発明によれば、回転輪同士の連鎖による回転伝達を介さないで全ての回転輪を個々に回転駆動する構成を実現することができる。従って、回転輪が段差に出合ったときも円滑にこれを乗り越えることができる全駆動型回転体付き車輪を提供することができる。

本発明によれば、ホイール内に二重に回転を分配伝達する機構を備えるので、樽形の回転体の数が多い全駆動型回転体付き車輪を構成する場合でもホイールの小さなスペースに収まり、全部の回転体の一つ一つを駆動する全駆動型回転体付き車輪を実現できる。また本発明によれば、径が相違する樽形の回転体を交互に配列し、かつホイールの回転時における大径の回転体の接地部分の周速と小径の回転体の接地部分の周速を同一になるように直径に応じた変速制御を行う全駆動型回転体付き車輪を実現する場合に、ホイール内に二重に回転を分配伝達する機構を備える構成が有用になる。

本発明の第１実施形態に係る全駆動型回転体付き車輪の概略の縦断面図である。 図１の全駆動型回転体付き車輪のII−II矢視図である。 図１の全駆動型回転体付き車輪のIII−III矢視図である。 図１の全駆動型回転体付き車輪の回転体の変速位相回転制御を説明するための接地位置の回転体の拡大図及び回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る全駆動型回転体付き車輪の概略の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る全駆動型回転体付き車輪について図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図３に示すように、第１実施形態の全駆動型回転体付き車輪１は、ホイール１１と、ホイール１１を支持する中空な車軸１６及び車軸１６を駆動する走行用モータ１７と、ホイール１１の周囲に配列された複数の回転体１２ａ，１２ｂと、を備えている。
この全駆動型回転体付き車輪１は、１つ置きの第１群の各回転体１２ａを個々に駆動回転するため、１つ置きの第１群の各回転体１２ａに固定された「従車」としての従動プーリ１３ａと、第１の太陽平歯車１４ａの回転を複数の従動プーリ１３ａに分配伝達する第１の回転分配伝達機構１４と、第１の太陽平歯車１４ａと連結された中空な第１の回転体駆動軸１８と、第１の回転体駆動軸１８を駆動する回転体駆動用第１モータ１９と、を備えている。
さらに、全駆動型回転体付き車輪１は、残り１つ置きの第２群の各回転体１２ｂを個々に駆動回転するため、第２群の各回転体１２ｂに固定された「従車」としての従動プーリ１３ｂと、第２の太陽平歯車１５ａの回転を複数の従動プーリ１３ｂに分配伝達する第２の回転分配伝達機構１５と、第２の太陽平歯車１５ａと連結された第２の回転体駆動軸２０と、第２の回転体駆動軸２０を駆動する回転体駆動用第２モータ２１と、を備えている。
そして、全駆動型回転体付き車輪１は、各モータの回転制御を行う制御部２２と、車軸１６に設けられたアブソリュートエンコーダ２３と、を備えている。

以下、上記した要素を詳細に説明する。
図２に示すように、各回転体１２ａ，１２ｂは、ホイール１１の筒部の外側に配設された複数のブラケット２４の各ブラケット間に位置され、ブラケット２４により両端支持される軸２５により、車軸１６を中心とする半径方向に対して交差する軸線を回転中心として回転可能に支持されている。これにより、各回転体１２ａ，１２ｂは、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する。

図２〜図４に示すように、各回転体１２ａ，１２ｂは、車輪外周円の円弧を形成する周面を有し、車輪の前進回転方向の前側端部１２１の直径が後側端部１２２の直径よりも小さく、前側端部１２１から後側端部１２２に向けて連続的に大きくなる半紡錘形状に形成され、かつ前側端部１２１の一部が車輪の前進回転方向の前側に隣接する回転体の後側端部１２２の内側に入り込んだ状態にホイール１１の外周に配設されている。

従動プーリ１３ａ，１３ｂは、回転体１２ａ又は１２ｂの中央部にプーリ幅の深い周溝を設けて固定されている。従動プーリの回転体に対する固定は任意の構成で良いが、回転体の成形時に同時にモールドされるのが好ましい。具体的には、従動プーリに複数の貫通孔を設けてこの貫通孔に回転体を構成する樹脂が侵入した状態にモールドするのが好ましい。

ホイール１１は、図１では詳細を省略され、点線で示されている。ホイール１１は、例えば、車軸１６に固定される内側端面部と、内側端面部の外周部より一体に延在する筒部と、筒部にボルト等の締結具で固定された外側端面部（開閉蓋）と、を有してなる。ホイール１１内には、第１及び第２の回転分配伝達機構１４，１５が収容されている。筒部には、従動プーリ１３ａ，１３ｂが第１及び第２の回転分配伝達機構１４，１５のベルトで連結されるための開口を備えている。

図１〜図３に示すように、第１の回転分配伝達機構１４は、第１の太陽平歯車１４ａを含み、第１の太陽平歯車１４ａの回転を複数の回転体のうち１つ置きの第１群の回転体１２ａに固定された従動プーリ１３ａに、以下の構成により分配伝達する。
第１の回転分配伝達機構１４は、第１の太陽平歯車１４ａと、第１の太陽平歯車１４ａの周囲に配設され第１の太陽平歯車１４ａと噛み合う複数の遊星平歯車１４ｂと、各遊星平歯車１４ｂと同軸一体に設けられた第１の中間傘歯車１４ｃと、第１の中間傘歯車１４ｃに噛み合う第２の中間傘歯車１４ｄと、第２の中間傘歯車１４ｄと同軸一体に設けられた原動プーリ１４ｅと、原動プーリ１４ｅと従動プーリ１３ａとに巻き掛けられたベルト１４ｆとからなる。第１の回転分配伝達機構１４を構成するこれらの歯車とプーリは、ホイール１１に軸支されている。原動プーリ１４ｅと従動プーリ１３ａには、タイミング歯車を用い、ベルト１４ｆにはタイミングベルトを用いるのが好ましい。

第２の回転分配伝達機構１５は、第２の太陽平歯車１５ａを含み第２の太陽平歯車１５ａの回転を残り１つ置きの第２群の回転体１２ｂに固定された従動プーリ１３ｂに、以下の構成により分配伝達する。
第２の回転分配伝達機構１５は、第２の太陽平歯車１５ａと、第２の太陽平歯車１５ａの周囲に配設され第２の太陽平歯車１５ａと噛み合う複数の遊星平歯車１５ｂと、各遊星平歯車１５ｂと同軸一体に設けられた第１の中間傘歯車１５ｃと、第１の中間傘歯車１５ｃに噛み合う第２の中間傘歯車１５ｄと、第２の中間傘歯車１５ｄと同軸一体に設けられた原動プーリ１５ｅと、原動プーリ１５ｅと従動プーリ１３ｂとに巻き掛けられたベルト１５ｆとからなる。第２の回転分配伝達機構１５を構成するこれらの歯車とプーリは、ホイール１１に軸支されている。原動プーリ１５ｅと従動プーリ１３ｂには、タイミング歯車を用い、ベルト１５ｆにはタイミングベルトを用いるのが好ましい。

車体フレームＦには、車軸１６を駆動する走行用モータ１７と、第１の回転体駆動軸１８を駆動する回転体駆動用第１モータ１９と、第２の回転体駆動軸２０を駆動する回転体駆動用第２モータ２１とが支持されている。

走行用モータ１７は、モータ出力軸に固定された小歯車２６と、車軸１６に固定して備えられた大歯車２７との噛み合いを介して車軸１６を回転し、ホイール１１を回転する。

回転体駆動用第１モータ１９は、車体フレームＦに備えられ、第１の太陽平歯車１４ａを回転可能に支持している第１の回転体駆動軸１８を第１の差動遊星歯車機構２８を介して駆動する。また、回転体駆動用第２モータ２１は、車体フレームＦに備えられ、第２の太陽平歯車１５ａを回転可能に支持している第２の回転体駆動軸２０を第２の差動遊星歯車機構２９を介して駆動する。

第１の差動遊星歯車機構２８は、回転体駆動用第１モータ１９の出力軸に備えたウオーム２８ａと、回転可能に備えた回転ギアボックス２８ｂの外周に固定されたウオームホイール２８ｃと、を含んでなる。第１の差動遊星歯車機構２８は、回転ギアボックス２８ｂ内に、車軸１６と第１の回転体駆動軸１８と第２の回転体駆動軸２０とが三重軸構造に備えられている。さらに、回転ギアボックス２８ｂ内に、車軸１６に固定された傘歯車２８ｄと、傘歯車部と平歯車部とを一体に有し回転ギアボックス２８ｂに軸支された第１，第２の複合歯車２８ｅ，２８ｆと、第１の回転体駆動軸１８に固定された傘歯車２８ｇと、を備えている。
この構成のため、回転ギアボックス２８ｂは、走行用モータ１７の動力で回転されることはなく、回転体駆動用第１モータ１９の動力で回転される。

第１の差動遊星歯車機構２８は、車軸１６が走行用モータ１７の動力で回転されると、傘歯車２８ｄが回転され、この回転は第１，第２の複合歯車２８ｅ，２８ｆを介して傘歯車２８ｇに伝わり、第１の回転体駆動軸１８が車軸１６と同一回転数で同一方向に回転される。
この回転に、回転体駆動用第１モータ１９の駆動による、回転ギアボックス２８ｂの車軸１６と同一方向の回転が加わると、第１の回転体駆動軸１８が、回転ギアボックス２８ｂの回転数分だけ、車軸１６と回転数を相違して回転される。回転ギアボックス２８ｂの回転方向が車軸１６の回転方向と同一であれば、第１の回転体駆動軸１８が車軸１６よりも多く回転し、この多い回転数により第１群の回転体１２ａを例えば右回転する。また、回転ギアボックス２８ｂの回転方向が車軸１６の回転方向と異なる方向であれば、第１の回転体駆動軸１８が車軸１６よりも少なく回転し、この少ない回転数により第１群の回転体１２ａを例えば左回転する。

すなわち、第１の差動遊星歯車機構２８は、車軸１６からの入力回転を同一回転数のまま出力回転として第１の回転体駆動軸１８に伝達しかつこの出力回転に、回転体駆動用第１モータ１９によって回転される回転ギアボックス２８ｂの回転数を加算又は減算して出力する。

第２の差動遊星歯車機構２９の構成は、以下のように、第１の差動遊星歯車機構２８と略同様であり、その動作及び機能も略同様である。すなわち、第２の差動遊星歯車機構２９は、回転体駆動用第２モータ２１の出力軸に備えたウオーム２９ａと、回転可能に備えた回転ギアボックス２９ｂの外周に固定されたウオームホイール２９ｃとを含んでいる。第２の差動遊星歯車機構２９は、車軸１６の回転を第１の差動遊星歯車機構２８を迂回して入力するため、車軸１６に固定された第１の平歯車２９ｄと、車体フレームＦに軸支され第１の平歯車２９ｄに噛み合う第１の小歯車２９ｅと、第１の小歯車２９ｅと同軸一体に設けられた第２の小歯車２９ｆと、第２の小歯車２９ｆに噛み合う第２の平歯車２９ｇと、回転ギアボックス２９ｂの軸孔に通され第２平歯車２９ｇを支持する入力軸２９ｈとを備え、このギア伝達の過程で減速比が１に保たれる。出力軸である第２の回転体駆動軸２０は、筒状の入力軸２９ｈを通して回転ギアボックス２９ｂ内に貫挿され軸端を車体フレームＦに支持されている。

そして、回転ギアボックス２９ｂ内には、入力軸２９ｈに固定された傘歯車２９ｉと、傘歯車部と平歯車部とを一体に有し回転ギアボックス２９ｂに軸支された第１，第２の複合歯車２９ｊ，２９ｋと、第２の回転体駆動軸２０に固定された傘歯車２９ｍと、を備えている。

第２の差動遊星歯車機構２９の動作機能は、以下のように、第１の差動遊星歯車機構２８と全く同様である。車軸１６が走行用モータ１７の動力で回転されると、傘歯車２９ｉが回転され、この回転は第１，第２の複合歯車２９ｊ，２９ｋを介して傘歯車２９ｍに伝わり、第２の回転体駆動軸２０が車軸１６と同一回転数で同一方向に回転される。
この回転に、回転体駆動用第２モータ２１の駆動による、回転ギアボックス２９ｂの車軸１６と同一方向の回転が加わると、第２の回転体駆動軸２０が、回転ギアボックス２９ｂの回転数分だけ、車軸１６と回転数を相違して回転される。回転ギアボックス２９ｂの回転方向が車軸１６の回転方向と同一であれば、第２の回転体駆動軸２０が車軸１６よりも多く回転し、この多い回転数により第２群の回転体１２ｂを例えば右回転する。また、回転ギアボックス２９ｂの回転方向が車軸１６の回転方向と異なる方向であれば、第２の回転体駆動軸２０が車軸１６よりも少なく回転し、この少ない回転数により第２群の回転体１２ｂを例えば左回転する。

すなわち、第２の差動遊星歯車機構２９は、車軸１６からの入力回転を同一回転数のまま出力回転として第２の回転体駆動軸２０に伝達しかつこの出力回転に、回転体駆動用第２モータ２１によって回転される回転ギアボックス２９ｂの回転数を加算又は減算して出力する。

上記構成によれば、ホイール１１の外周に配置した回転体１２ａ，１２ｂの一つ一つを駆動するための回転分配機構を、ホイール１１内の狭い空間に備えることができる。また上記構成によれば、ホイール１１の外部に備える３つのモータで車輪の走行と回転体の右回転と左回転とを行う制御ができ、車輪の、直進走行と、左右進と、左右斜め方向の進行と、を行うことができる。さらに上記構成によれば、左右進又は左右斜め方向の進行において、回転体が段差に当接しても容易に乗り越えることができる。

アブソリュートエンコーダ２３は、車輪の回転方向の角度を制御部２２に出力する。これにより、制御部２２は、車体の位相を逐次検出することができ、かつ車速を随時に得ることができる。

制御部２２は、ＣＰＵと、プログラムを格納しているＲＯＭと、アブソリュートエンコーダ２３から出力された信号を入力して車体の速度を逐次検出する速度演算部２２１と、パルス出力部２２２と、モータドライバ２２３，２２４，２２５と、を備えている。
パルス出力部２２２は、アブソリュートエンコーダ２３から出力された車輪角度信号を入力して車輪の位相を演算しこの位相と速度演算部２２１で演算した速度に基づいて所定パターンの変速回転となるようにパルスを出力する。モータドライバ２２３，２２４，２２５は、走行用モータ１７と回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１に対応する。

制御部２２は、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されているプログラムをリードし、車両の走行制御を行うための図示しない入力装置（操縦ハンドル）からの走行制御信号に基づいてプログラムを実行し、パルス出力部２２２から、各モータに対応するモータドライバ２２３，２２４，２２５のそれぞれに所要のパルスを出力し、走行用モータ１７と回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１の回転制御を行う。

制御部２２は、操縦ハンドルからの制御指令が直進走行であるとき、すなわち、ホイール１１を回転しかつ回転体１２ａ，１２ｂを回転しないときは、モータドライバ２２３に所要のパルスを出力し、走行用モータ１７の回転制御を行い、モータドライバ２２４，２２５にはパルスを出力せず、回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１の回転制御を行わない。

上記制御部２２は、操縦ハンドルからの制御指令が右斜め方向又は左斜め方向の走行を指令するものであり、従って、ホイール１１を回転しかつ回転体１２ａ，１２ｂを右回転又は左回転させる必要があるときは、回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１とを同一方向にかつ平均回転速度が同一となるように、位相を異ならせた変速回転制御を行う。
また、制御部２２は、操縦ハンドルからの右横方向又は左横方向の走行を指令するものであり、従って、ホイール１１を回転しないで回転体１２ａ，１２ｂを右回転又は左回転させる必要があるときは、走行用モータ１７の回転制御を行うと共に、回転体駆動用第１モータ１９と回転体駆動用第２モータ２１とを同一方向にかつ平均回転速度が同一となるように、位相を異ならせた変速回転制御を行う。

上記構成によれば、第１群の回転体１２ａの一つ一つを駆動するための回転分配機構と第２群の回転体１２ｂの一つ一つを駆動するための回転分配機構をホイール１１内に備えた構成であるので、ホイール１１の外周に配置した回転体１２ａ，１２ｂの数が多い場合でも、回転分配機構をホイール１１内の狭い空間に備えることができる。そして、上記構成によれば、ホイール１１の外部に備える２つのモータ１９，２１と２つの差動遊星歯車機構２８，２９とで、第１群と第２群の回転体を回転制御することができ、これによって、車輪の、直進走行と、右左進と、左右斜め方向の進行と、を行うことができる。さらに上記構成によれば、右左進又は左右斜め方向の進行において、回転体が段差に当接しても容易に乗り越えることができる。

この実施形態の回転体１２ａ，１２ｂは、車輪の前進回転方向の前側端部の直径が後側端部の直径よりも小さい半紡錘形状に形成されている。このため、車輪を回転させると共に、回転体１２ａ，１２ｂを回転させるときは、回転体１２ａ，１２ｂの接地位置の直径が変化する。回転体１２ａ，１２ｂを駆動する構造では、回転体１２ａ，１２ｂの回転数が一定であっても、回転体１２ａ，１２ｂの接地位置の直径の変化によって、回転体１２ａ，１２ｂの周速度が変化するから、車輪の右方向又は左方向の速度成分が不安定に変化することになる。

そこで、走行用モータ１７の回転制御と関連させて、回転体駆動用第１モータ１９及び回転体駆動用第２モータ２１の変速制御と位相制御を、図４に示すように行う必要がある。
制御部２１は、回転体１２ａ，１２ｂの回転数を変化させかつ位相を異ならせた制御を行う。
図４において、Ａグループの速度グラフは第１群の回転体１２ａの回転数の変化を示しており、Ｂグループの速度グラフは第２群の回転体１２ｂの回転数の変化を示している。図４から分かるように、第１群の回転体１２ａの回転数の変化と第２群の回転体１２ｂの回転数の変化について、いずれも、接地位置の径の変化に関わらず周速が所定速度になるように、大きい径で回転数が小さく、小さい径で回転数が大きくなる、第１群の回転体１２ａ及び第２群の回転体１２ｂを変速制御する。
さらに、制御部２２は、回転体駆動用第１モータ１９に対する変速回転と、回転体駆動用第２モータ２１に対する変速回転とを同じパターンでかつ１つの回転体の位置ずれ分だけの位相を持たせて回転制御する。
制御部２２は、ＲＯＭに、回転体駆動用第１モータ１９に関する１回転分の回転数の変化のパターンを有していると共に、回転体駆動用第２モータ２１に関する１回転分の回転数の変化のパターンを有していて、アブソリュートエンコーダ２３の角度信号と関係させて、変化のパターンに対応したモータ駆動用信号を作り出し、モータドライバ２２４，２２５のそれぞれに出力する。

上記のように、制御部２２は、車輪の右方向又は左方向の速度成分を安定させるために、複数の回転体１２ａ，１２ｂについて、回転伝達系が分かれた、１つ置きの第１群の回転体１２ａと、残り１つ置きの第２群の回転体１２ｂとを同一方向に変速回転するように、回転体駆動用第１モータ１８と回転体駆動用第２モータ１９の回転制御を行う。
さらに、制御部２２は、同時に接地状態となる２つの回転体１２ａ，１２ｂのうちの、一の回転体の大径部分と他の一の回転体の小径部分とが同じ周速になるように、第１群の回転体１２ａの回転と第２群の回転体１２ｂの回転とが位相を異なるように、回転体駆動用第１モータ１９の回転と回転体駆動用第２モータ２１の回転について位相制御を行う。

全駆動型回転体付き車輪１は、上記のように、制御部２２が、回転体駆動用第１モータ１９の回転と回転体駆動用第２モータ２１の回転について変速制御と位相制御を行うことにより、回転体１２ａ，１２ｂの周速を走行指令に応じた所定速度に保つことができ、車輪の右方向又は左方向の速度を安定させて走行することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の全駆動型回転体付き車輪の第２実施形態について説明する。
図５に示すように、第２実施形態では、第１実施形態の全駆動型回転体付き車輪１と比較して、第１の回転体駆動軸１８及び第２の回転体駆動軸２０のホイール側端部から先の回転伝達機構が相違している一方、回転体駆動用第１モータ１９が第１の回転体駆動軸１８を駆動する回転伝達機構及び回転体駆動用第２モータ２１が第２の回転体駆動軸２０を駆動する回転伝達機構については相違しない。
従って、第２実施形態の全駆動型回転体付き車輪２の構成要素について、第１実施形態の全駆動型回転体付き車輪１の構成要素と同一のものについては同一符号を付して説明を省略する。

全駆動型回転体付き車輪２は、ホイール１１Ａと、ホイール１１Ａの周囲に配列された複数の回転体１２ａ，１２ｂと、１つ置きの第１群の各回転体１２ａに固定された「従車」としての従動歯車３０ａと、残り１つ置きの第２群の各回転体１２ｂに固定された「従車」としての従動歯車３０ｂと、第１の太陽傘歯車３１ａの回転を複数の従動歯車３０ａに分配伝達する第１の回転分配伝達機構３１と、第２の太陽傘歯車３２ａの回転を複数の従動歯車３０ｂに分配伝達する第２の回転分配伝達機構３２と、ホイール１１を支持する中空の車軸１６及び車軸１６を駆動する走行用モータ１７と、中空の第１の回転体駆動軸１８及び第１の回転体駆動軸１８を駆動する回転体駆動用第１モータ１９と、第２の回転体駆動軸２０及び第２の回転体駆動軸２０を駆動する回転体駆動用第２モータ２１と、各モータの回転制御を行う制御部２２と、車軸１６に設けられたアブソリュートエンコーダ２３と、を備えてなる。

回転体駆動用第１モータ１９は、車体フレームＦに備えられ、第１の太陽傘歯車３１ａを回転可能に支持している第１の回転体駆動軸１８を第１の差動遊星歯車機構２８を介して駆動する。また、回転体駆動用第２モータ２１は、車体フレームＦに備えられ、第２の太陽傘歯車３２ａを回転可能に支持している第２の回転体駆動軸２０を第２の差動遊星歯車機構２９を介して駆動する。

第１の回転分配伝達機構３１は、第１の太陽傘歯車３１ａを含み、第１の太陽傘歯車３１ａの回転を複数の回転体のうち１つ置きの第１群の回転体１２ａに固定された従動歯車３０ａに、以下の構成により分配伝達する。
第１の回転分配伝達機構３１は、第１の太陽傘歯車３１ａと、第１の太陽傘歯車３１ａの周囲に配設され第１の太陽傘歯車３１ａと噛み合う複数の遊星傘歯車３１ｂと、各遊星傘歯車３１ｂと同軸一体に設けられた第１の中間傘歯車３１ｃと、第１の中間傘歯車３１ｃに噛み合う第２の中間傘歯車３１ｄと、第２の中間傘歯車３１ｄと同軸一体に設けられた原動平歯車３１ｅとからなり、原動平歯車３１ｅが従動歯車３０ａと噛み合っている。第１の回転分配伝達機構３１を構成するこれらの歯車は、ホイール１１Ａに軸支されている。

第２の回転分配伝達機構３２は、第２の太陽傘歯車３２ａを含み第２の太陽傘歯車３２ａの回転を残り１つ置きの第２群の回転体１２ｂに固定された従動歯車３０ｂに、以下の構成により分配伝達する。
第２の回転分配伝達機構３２は、第２の太陽傘歯車３２ａと、第２の太陽傘歯車３２ａの周囲に配設され第２の太陽傘歯車３２ａと噛み合う複数の遊星傘歯車３２ｂと、各遊星傘歯車３２ｂと同軸一体に設けられた第１の中間傘歯車３２ｃと、第１の中間傘歯車３２ｃに噛み合う第２の中間傘歯車３２ｄと、第２の中間傘歯車３２ｄと同軸一体に設けられた原動平歯車３２ｅとからなり、原動平歯車３２ｅが従動歯車３０ｂと噛み合っている。第２の回転分配伝達機構３２を構成するこれらの歯車は、ホイール１１Ａに軸支されている。

第２実施形態においても、図４を用いて説明した制御部２２による各制御が適用される。すなわち、回転体駆動用の第１、第２モータ１９，２１の変速制御と位相制御は、走行用モータ１７の回転制御と関連させて行う。また、回転体１２ａ，１２ｂの変速制御と位相制御についても、走行用モータ１７の回転制御と関連させて行う。これらの制御は、第２実施形態においても適用される。

〔その他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。
（１）上記実施形態では、１輪の全駆動型回転体付き車輪について説明したが、本発明は、前輪が２輪、後輪が２輪の４輪車において、前輪又は後輪の２輪を駆動輪とする全駆動型回転体付き車輪にも適用される。
また、前輪が２輪、後輪が２輪の４輪車において、後輪の２輪を別々のモータで直結駆動すると共に、モータの回転を巻掛機構を介して動力分岐し各側の前輪に伝達する構造の４輪駆動車を構成し、前輪に本発明の全駆動型回転体付き車輪を適用する場合も含まれる。この場合には、図１の走行用モータ１７は後輪に直結したモータが該当する。
（２）上記実施形態では、従動プーリ１３ａ，１３ｂが回転体１２ａ又は１２ｂの中央部に固定されているが、従動プーリ１３ａ，１３ｂが回転体１２ａ又は１２ｂの端部に固定されている場合も本発明に含まれる。
（３）上記実施形態では、半紡錘形状に形成された回転体１２ａ，１２ｂを用いたが、樽形の回転体を用いた場合も本発明の範囲に含まれる。特許文献１に示された固定式車輪の樽形の回転体を駆動する改造では、回転体の数が多いので、ホイール１１の小さなスペースに収まる、二重に回転を分配伝達する機構が必要であり、本発明が適用可能である。同一径の樽形の回転体を複数用いた場合には、制御部は、回転体が、上記ホイールの回転時に接地部分の周速が所定速度になるように、接地位置の直径に応じた変速制御する。回転体は、直径の大きさから、両端で高速、中央で低速になる。特許文献４の図２２に示された固定式車輪の樽形の回転体を駆動する改造についても、本発明が適用可能である。この場合は、１つ置きの樽形の回転体が小径、残り１つ置きの樽形の回転体が大径であり、小径の樽形の回転体の端部の一部が大径の樽形の回転体の端部に入り込んでいる。このため、小径の樽形の回転体と大径の樽形の回転体の端部とでは、同一の変速回転で駆動すると周速が相違するので、本発明の二重に回転を分配伝達する機構で変速回転制御と位相制御を行う。

１，２…全駆動型回転体付き車輪、
１１…ホイール、
１２ａ，１２ｂ…回転体、
１３ａ，１３ｂ…従動プーリ（従車）、
１４…第１の回転分配伝達機構、
１４ａ…第１の太陽平歯車（第１の太陽歯車）、
１５…第２の回転分配伝達機構、
１５ａ…第２の太陽平歯車（第２の太陽歯車）、
１６…車軸、
１７…走行用モータ、
１８…第１の回転体駆動軸、
１９…回転体駆動用第１モータ、
２０…第２の回転体駆動軸、
２１…回転体駆動用第２モータ、
２２…制御部、
２３…アブソリュートエンコーダ、
２８…第１の差動遊星歯車機構、
２８ａ…ウオーム、
２９…第２の差動遊星歯車機構、
２９ａ…ウオーム、
３１…第１の回転分配伝達機構、
３１ａ…第１の太陽傘歯車（第１の太陽歯車）、
３２…第２の回転分配伝達機構、
３２ａ…第２の太陽傘歯車（第２の太陽歯車）、
Ｆ…車体フレーム、

Claims (2)

1. ホイールと、
   上記ホイールの周囲に車輪の直進方向に対して直交方向へ回転可能に備えられた複数の回転体と、
   各回転体に固定された従車と、
   上記ホイール内に備えられた第１の太陽歯車を含み該第１の太陽歯車の回転を上記複数の回転体のうち、１つ置きの第１群の回転体に固定された従車に分配伝達する第１の回転分配伝達機構と、
   上記ホイール内に備えられた第２の太陽歯車を含み該第２の太陽歯車の回転を残り１つ置きの第２群の回転体に固定された従車に分配伝達する第２の回転分配伝達機構と、
   車体フレームに回転可能に支持され上記ホイールを支持する中空の車軸と、
   上記車体フレームに備えられ上記車軸を回転する走行用モータと、
   上記車軸に通され上記ホイール側の端部が上記第１の太陽歯車に固定連結されていると共に、上記車体フレーム側の端部が入力回転を出力回転として伝達しかつウオームからの回転を出力回転に加算又は減算して伝達する第１の差動遊星歯車機構に接続された中空の第１の回転体駆動軸と、
   上記車体フレームに備えられ上記ウオームを回転する回転体駆動用第１モータと、
   上記第１の回転体駆動軸に通され上記ホイール側の端部が上記第２の太陽歯車に固定連結されていると共に、上記車体フレーム側の端部が入力回転を出力回転として伝達しかつウオームからの回転を出力回転に加算又は減算して伝達する第２の差動遊星歯車機構に接続された第２の回転体駆動軸と、
   上記車体フレームに備えられ上記ウオームを回転する回転体駆動用第２モータと、
   上記走行用モータと上記回転体駆動用第１モータ及び上記回転体駆動用第２モータの回転制御を行う制御部と、
   を備えてなる、全駆動型回転体付き車輪。
2. 前記回転体が、車輪外周円の円弧を形成する周面を有し、かつ樽形形状に形成されているか、または車輪の前進回転方向の前側端部の直径が後側端部の直径よりも小さい半紡錘形状に形成されていて、径の小さい端部の一部が隣接する回転体の径の大きい端部に入り込んだ状態に備えられ、
   前記制御部が、前記複数の回転体のうち１つ置きの上記第１群の回転体と、残り１つ置きの上記第２群の回転体とに分かれて別々に同一方向に前記回転数変化をするように回転制御し、かつ、同時に接地状態となる２つの回転体のうちの、一の回転体の大径部分と他の一の回転体の小径部分とが、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する同じ周速になるように、上記第１群の回転体の回転と上記第２群の回転体の回転とが位相を異ならせて回転制御する構成である、請求項１に記載の全駆動型回転体付き車輪。

Images