JP2895540B2 - 磁石車輪を用いた走行車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車輪に磁石を用いて傾斜面でも走行できる
走行車に係わり、特に車輪の車軸を水平に対し傾斜して
台車に取り付けた磁石車輪を用いた走行車に関する。

〔従来の技術〕

タンクや配管などを自動検査するため検査機器を搭載
した台車を検査対象位置に誘導し検査をすることが行わ
れている。この検査対象位置は、曲面であったり、さら
に垂直であったりするので、検査対象物が、鉄の如き磁
性体である場合には、磁力による吸着を利用する自走車
が用いられている。従来用いられている台車を第11図，
第12図を用いて説明する。

第11図は平板上を走行する台車の車軸部の断面図を示
す。（ａ）図に示す構造を２個連結すれば４個の車輪よ
りなる台車が構成され、この車輪のうち２個又は必要に
応じて４個に駆動装置を設ける。（ｂ）図は車輪の詳細
を示す。車輪は枠組みを鉄板とし、斜線で示す内部に磁
石を配設する。車輪は走行面との吸着力を大きくするた
めの車輪の径を大きくしたり、幅を広くしたりして、磁
石の量を多くするとか、（ｃ）図に示すように磁石車輪
を２個組み合わせることなどが行われている。磁極は車
輪の一方の側面をＮ極他の側面をＳ極とし、Ｎ極より走
行面を貫通しＳ極に磁力線が流れ、車輪が走行面に対し
直立状態のとき走行面との吸着力が大きくなるようにし
てある。第12図は曲板，配管上などを走行できる台車を
示す。（ａ）図は平面図で車軸を支持するフレームを車
軸と直角方向に設けた軸で支持することにより車軸を走
行面に合わせて傾斜できる構造としている。（ｂ）図は
曲面上を走行する状態を示す。（ａ）図に示す構造を進
行方向に２個連結して台車を構成し、その上に検査機器
を搭載する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように車輪を磁石とし、鉄製の走行面との間で
磁石による吸着力を大きくするためには、車輪の幅を大
きくするとか車輪の直径を大きくしたりして磁石の量を
多くするとか、磁石車輪と走行面との吸着する面を大き
くする必要がある。しかし車輪の幅とか直径を大きくす
ると自重も大きくなり、さらに吸着力を増す必要が生じ
る。また走行面が曲面のとき、磁石車輪が走行面に合わ
せて傾斜できる構造とし車輪の幅方向で線接触を保つよ
うにして、吸着に寄与する面積を大きくする必要があ
る。しかし、走行面に合わせて自由に車輪が傾斜するよ
うにすると、台車が進行方向を変えようとするときな
ど、車輪が転倒する恐れがある。

本発明は上述の問題点に鑑みて永久磁石を用い、吸着
直力を有効に利用する磁石車輪を用いた走行車を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、磁石車輪を水平に対し傾斜
させて吸着に寄与する磁石の量を増大させ、さらに吸着
力を増すため車輪の側面を走行面に接触させるようにす
ればよく、本発明の磁石車輪を用いた走行車は、回転軸
を水平に対し所定角傾けた磁性を有する円板を複数個台
車に取り付け、前記回転軸を回転して走行するようにし
たものである。また、前記所定角を可変とするとよい。
さらに、前記回転軸を回転自在に支持し、かつこの回転
軸に対し傾斜した軸を有する第２回転軸を設け、この第
２回転軸を回転するようにするとよい。また、前記台車
を複数台伸縮自在継手で連結するとよい。さらに、前記
伸縮自在継手をパンタグラフとするとよい。また、前記
磁性として永久磁石の磁性を用いるとよい。また、前記
磁性として前記円板の回転軸側より前記円板の外周側に
向かって磁力線が流れるようにするとよい。

〔作用〕

以下、本発明の原理を第１図〜第７図を用いて説明す
る。まず第７図を用いて車輪１の構造について説明す
る。（ａ）図は周囲を鉄板の枠で構成し、その中にドー
ナツ状の永久磁石を組み込んだもので、構造は第11図
（ｂ）で示した従来例とほぼ同様であるがＮ極Ｓ極の着
磁の方向を変えている。なお、車軸の部分を突出させて
いるが、これによりＮ極と走行面が近接し、吸着力を強
化している。このため、同一の吸着力を発揮するのに磁
石の単位吸着力を同一とすれば磁石の量が少なくてよ
い。これは装置の軽量化にも役立つ。

（ｂ）図は車輪１の中心部に永久磁石を集中的に配置
した例である。車輪１の外周部に配置された磁石は、走
行面との接点に近い時は有効に働くが回転によりここよ
り離れるに従って有効度が低下する。一方車輪１の中心
部は回転によって走行面４との距離があまり変わらない
ので、ここに集中的に磁石を配置したものである。
（ｃ）図は（ｂ）図とは反対に車輪１の周囲に円環状に
磁石を配置してＮ極とし、その内円周または外周あるい
は内外周がＳ極となるよう鉄を円環状に配置したもので
ある。（ａ），（ｂ），（ｃ）共磁石車輪軸から外周方
向に放射状に磁力線が流れるように磁化しており、車軸
に垂直な側面が走行面に近接するとき吸着力が大きくな
る。車輪側面が従来形のように走行面と垂直となるとき
吸着力は最小となる。（ｄ）図は従来形の車輪を傾斜さ
せて用いる場合で、側面が走行面と垂直のとき吸着力が
最大となる。この従来形だと傾斜させた車輪を垂直に起
こすことは容易となる。第１図は永久磁石を用いて構成
した車輪１の車軸２を水平に対しほぼ直角近くまで傾斜
させ、これを２個対称に横桁３で回転自在に結合した台
車を示す。車輪１は走行面４と１点で接触することにな
るが、車輪１を走行面４に平行近くなる程傾斜させてい
るため、車輪１を構成する磁石と鉄製の走行面４との磁
力による吸着力は大きくなる。つまり第11図（ｂ）に示
した従来の磁石車輪では車軸より上方の磁石は走行面と
の吸着に対し殆ど有効に作用しないのに対し、本発明の
傾斜した磁石車輪を用いれば、車輪を構成する大部分の
磁石を走行面に対する吸着作用に有効に参加させること
ができる。また車輪１が走行面４と点接触であるため、
走行面４が曲面となっても走行面４との吸着力を大きく
減ずることもなく走行可能である。第２図は車軸２の水
平に対する傾斜角を可変とし、走行面４との吸着力を可
変とした台車を示す。車軸２の傾斜を可変とする構造の
１例として第２図に示すように、車軸２を軸受支持材５
で回転自在に支持し、この軸受支持材５に設けられた車
６が傾斜ガイド７に添って移動することにより車軸２の
水平に対する傾斜角を連続的に変化することができる。
傾斜ガイド７は横桁３で結合され台車を構成する。なお
第１図，第２図に示す車軸２又は軸受支持材５は図示し
ていない駆動装置により回転，移動をするものである。
このように車軸２の水平に対する傾斜角を可変とするこ
とにより、車輪１の側面と走行面４との傾斜角が変わ
る。このため車輪１と走行面４との吸着力を可変とする
ことができる。吸着力を最大とするためには、車輪１の
傾斜角を０とし車輪１の側面を走行面４に接触させれば
よい。また吸着力を減少させるには傾斜角を大きくして
ゆけばよい。傾斜角を大きくすることにより、吸着力を
減少させられるので台車の走行面への取り付け、取り外
しが容易になる。傾斜角を小さくし、さらに磁石車輪の
側面が走行面に密着すると車輪としては機能せず、固定
磁石となる。第３図は、車輪２を回転自在に支持すると
共に、この車軸２を車軸１が疑似みそすり運動するよう
車軸２に対し傾斜した軸を有する第２回転軸８で支持
し、この第２回転軸８同志を横桁３で回転自在に連結し
た台車を示す。疑似みそすり運動とは、回転軸（車軸
２）を回転自在に支持し、かつこの回転軸に対し傾斜し
た軸を有する第２回転軸８を回転した場合の円板（車輪
１）の運動とする。（ａ）図はこの台車の横断面図を示
し、（ｂ）図は疑似みそすり運動をしたときの車輪１の
動作を示す。（ａ）図において第２回転軸８を回転する
と車輪１は疑似みそすり運動を行なう。（ｂ）図はこの
状態を示す。A,A′の位置は疑似みそすり運動の始点と
する。この状態では車輪１の走行面４との接点A,A′に
おける接線は横桁３に垂直である。この状態で左右の車
輪１を図示したように互いに反対方向に回転すると矢印
で示すように図面下方に台車は進む。次に第２回転軸８
の軸を左右同じ回転角で互いに反対方向に回すとB,B′
に車輪１の接点が移動する。この状態で車軸２を互いに
反対方向に回転すると矢印で示したように図面左下方向
に台車は移動する。つまり左右の車輪１に疑似みそすり
運動を互いに反対方向に行うことにより台車の進行方向
を自由に変えることができる。第４図は第２図と第３図
を組み合わせたもので車軸２を回転自在に支持しながら
車軸１の疑似みそすり運動を行い、かつ車軸２を水平に
対し傾斜できるようにしたものである。車軸2,第２回転
軸8,軸受支持材５はそれぞれ単独に回転また移動できる
ように構成されている。このように構成することにより
走行面４との吸着力を自由に変え、かつ台車の走行方向
を自由に変更しながら走行することが可能になる。第５
図は第２図、又は第４図に示す台車を伸縮自在継手で２
台連結した走行車の動作を示す図である。比較的重い検
査機器を搭載し垂直面を移動する場合を想定する。第５
図において２つの台車はパンタグラフで伸縮自在に連結
されている。（ａ）図において図下側の台車は車軸１を
走行面４に密着させ吸着力を最大として台車装置のかな
りの部分の重量を支持する。一方図上方の台車は車軸１
を傾斜させパンタグラフを伸しつつ上昇させ、（ｂ）図
に示す状態となるまで上方に移動する。吸着力が最大で
あり静止した下側の台車で重量を支えて重心を移動する
ので、大きな重量を上昇させることができる。次に上方
の台車の車輪１を走行面４に密着させ下方の台車の車輪
１を走行面４に対して傾斜させ上方に上昇させる。
（ｃ）図は下方の台車の上昇が終わった状態である。次
に下方の台車の車輪１を走行面４に密着させ上方の台車
の車輪１を走行面４に対し傾斜させると（ａ）図の場合
と同じになり、上方の台車が上昇を開始し（ｄ）図に示
すようになる。このような動作を繰り返すことにより垂
直面を積載荷重が大きくても上昇，下降をすることがで
きる。第６図は第４図に示す台車を２台パンタグラフで
連結した台車装置を示す。第５図の場合と同様走行面４
は垂直と想定する。（ａ）図において、下方の台車は車
輪１を走行面４に密着した状態を示す。上方の台車の車
輪１は走行面４に対し傾斜した状態を示し、かつ第２回
転軸８を左右輪それぞれ反対向きに同角度作動すると共
に車軸２を互いに反対方向に回転し、図右上方に移動す
る状態を示す。（ｂ）図は上方台車が移動した状態を示
す。次に下方台車の車輪１を傾斜させ第２回転軸８を
（ａ）図と同様に作動させ上方台車の車輪１を走行面４
に密着させることにより（ｃ）図に示す状態となる。以
下同様の動作を行うことにより方向を変更して所望の検
査位置を台車装置を移動することができる。以上のよう
に、永久磁石で車輪１を構成し、走行面４に対し車輪１
を傾斜させることにより吸着力を自由に調整することが
でき、さらに車輪１に疑似みそすり運動を行わせること
によって台車走行面方向を変更することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第８図〜第10図を用いて説
明する。第８図は本実施例の平面図を示す。本実施例に
示す台車装置は２台の台車10を上下左右に伸縮自在なパ
ンタグラフ11で連結したものである。パンタグラフ11の
上部には１点鎖線で示す検査機器12が取り付けられた図
示しない支持部材によって支持されている。第９図は第
８図のＡ−Ａ矢視を示し台車10の断面図を示す。第９図
において、車輪１は枠を鉄材とし円環状の永久磁石をこ
の枠に取り付けたものである。車輪１の車軸２にはウオ
ームホイールが設けられ車軸軸受21で支持される。ウオ
ームホイールはウオームギア22により駆動され、ウオー
ムギア22は車軸駆動モータ23に直結している。みそすり
装置81の回転軸は車軸２を図示するように角度θ傾けて
回転するように車軸軸受21と結合されている。これによ
り車軸２はみそすり装置81の回転軸のまわりをθ度傾い
た運動を行い、車輪１は疑似みそすり運動を行う。みそ
すり装置81の回転軸にはウオームホイールが設けられウ
オームギア82により回転駆動される。ウオームギア82に
はみそすり装置駆動モータ83が直結されている。みそす
り装置81は車軸傾斜台車９に取り付けられている。車軸
傾斜台車９は４個の車６によって移動できる。この車６
は傾斜ガイド７に設けられたレール72,73上を走行す
る。またレールにそってラック71が設けられ、車軸傾斜
台車９に取り付けられたピニオン91と歯合する。このピ
ニオン91はウオームギア92を介して傾斜モータ93により
回転駆動され車軸傾斜台車９を傾斜ガイド７に添って移
動させる。第10図は第８図のＢ−Ｂ矢視を示し、台車10
の縦断面図を示す。本図は車軸傾斜台車９の駆動機構の
詳細を示す。ラック71と歯合する位置にピニオン91,傾
斜モータ93を直結したウオームギア92と歯合する位置に
ウオームホイール94が同一軸に設けられており、この軸
を車軸傾斜台車９で回転自在に支持する。なお、車軸２
の回転数，みそすり装置81の軸回転数，ピニオン91の回
転数などは図示されていないエンコーダーにより計測し
フィードバックされ、車軸駆動モータ23,みそすり装置
駆動モータ83,傾斜モータ93は図示していない制御装置
により制御される。

以上のように構成された台車装置の動作について説明
する。まず、傾斜モータ93を駆動して車軸１を所定角走
行面４に対して傾斜させる。傾斜角としては車軸１の側
面と走行面４との角度を５度〜10度程度とすると吸着
性，走行性がよい。傾斜は第１図に示すように左右の車
輪１を中心に対して対称に、かつ走行面４との接点が外
側にゆくようにすると左右の安定性がよくなる。なおこ
の場合左右の車輪の回転方向は互いに反対方向とすると
台車10は前進又は後進をするが同一方向に回転すると台
車10は回転する。また傾斜の方法として、左右を同じ方
向に傾斜することもできる。この場合、左右の車輪１を
同一方向に回転すると台車10は前進し、反対方向に回転
すると台車10は回転する。次にみそすり装置駆動モータ
83を互いに反対の回転方向に同じ回転数回転すると第３
図（ｂ）のB,B′に示す位置に各車輪１の走行面４との
接点が移動する。この状態で車輪駆動モータ23を互いに
反対方向に回転すると矢印で示すように台車10は斜方向
に移動する。また、傾斜モータ93を駆動して第９図の左
側に示す位置まで車軸傾斜台車９を移動すると、車輪１
の側面は走行面４に密着し、台車10を固定することがで
きる。

以上の動作を組み合わせることにより第５図、第６図
で説明した動作を行うことができる。なお、本実施例で
は台車10を２個連結したが、３台又はそれ以上とするこ
とにより、大きな重量を支持することが可能である。ま
た走行面４に障害物がある場合も一方の台車10を車輪１
を走行面４に密着し、他方の台車10の車輪１を従来のよ
うに直立またはこれに近い状態にして乗り越え、次に乗
り越えた方の台車10の車輪１を走行面４に密着させ、他
の台車10の車輪１を直立して障害物を乗り越えてゆくこ
ともできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は、磁石より
構成される車輪を走行面に対し傾斜させて台車に取り付
けることにより吸着力を増やすことができる。また、こ
の傾斜角を可変とすることにより吸着力を用途に応じて
可変とすることができる。さらに車輪に疑似みそすり運
動を与えることにより台車の移動方向を変更することが
できる。また傾斜可変な車輪を取り付けた台車を伸縮自
在に継手で連結することにより、大きな重量を支えて走
行することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪を走行面に対し傾斜して取り付けた台車を
示す図、第２図は第１図に示す台車の車軸傾斜角を可変
とした台車を示す、第３図は第１図に示す車輪に疑似み
そすり運動を与える装置を付加した台車を示す図、第４
図は第３図に示す台車に車輪の傾斜角を可変とする装置
を付加した台車を示す図、第５図は第２図に示す台車を
伸縮自在継手で連結した装置の動作を示す図、第６図は
第４図に示す台車を２台伸縮自在継手で連結した装置の
動作を示す図、第７図は車輪の構成を示す図、第８図は
本発明の実施例の平面図、第９図は第８図のＡ−Ａ矢視
を示す図、第10図は第８図のＢ−Ｂ矢視を示す図、第11
図、第12図は従来例を示す図である。 １……車輪、２……車軸 21……車軸軸受、22,82,92……ウオームギア 23……車軸駆動モータ、３……横桁 ４……走行面、５……軸受支持材 ６……車、７……傾斜ガイド 71……ラック、72,73……レール ８……第２回転軸 81……みそすり装置 83……みそすり装置駆動モータ ９……車軸傾斜台車、91……ピニオン 93……傾斜モータ、94……ウオームホイール 10……台車、11……パンタグラフ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を水平に対し所定角傾けた磁性を有
   する円板を複数個台車に取り付け、前記回転軸を回転し
   て走行することを特徴とする磁石車輪を用いた走行車。
2. 【請求項２】前記所定角を可変としたことを特徴とする
   請求項１記載の磁石車輪を用いた走行車。
3. 【請求項３】前記回転軸を回転自在に支持し、かつこの
   回転軸に対し傾斜した軸を有する第２回転軸を設け、こ
   の第２回転軸を回転するようにしたことを特徴とする請
   求項１または２記載の磁石車輪を用いた走行車。
4. 【請求項４】前記台車を複数台伸縮自在継手で連結した
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁石
   車輪を用いた走行車。
5. 【請求項５】前記伸縮自在継手をパンタグラフとしたこ
   とを特徴とする請求項４記載の磁石車輪を用いた走行
   車。
6. 【請求項６】前記磁性として永久磁石の磁性を用いたこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁石車
   輪を用いた走行車。
7. 【請求項７】前記磁性として前記円板の回転軸側より前
   記円板の外周側に向かって磁力線が流れるようにしたこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁石車
   輪を用いた走行車。