JPH10157403A

JPH10157403A - 磁石車輪

Info

Publication number: JPH10157403A
Application number: JP31837396A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Kuriyama; 義彦栗山; Akio Kobayashi; 明男小林; Kazumi Matsui; 一三松井
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Magnetic Transportation System Engineering Co
Current assignee: Magnetic Transportation System Engineering Co; Proterial Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】曲面走行路での安定走行が可能な磁石車輪を
提供する。【解決手段】車軸回りに配置されるとともに永久磁石
とヨークとを備えた磁石車輪であって、前記の永久磁石
からの発生磁束を通すヨークが曲面状の吸着面を有する
ことを特徴とする磁石車輪。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性を有する曲面
走行路に沿って曲線走行する吸着走行体の車軸まわりに
配置される磁石車輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−２９３６８８号公報には、磁
性材料からなる一対の車輪が車軸で連結され、その車軸
の少なくとも一部が永久磁石（例えば円柱状磁石）で構
成された磁気吸着車輪が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の磁石車
輪を図３および図４に示す。図３はその正面図であり、
図４は図３のＡ−Ａ方向矢視断面図である。図３、図４
において、従来の磁石車輪２は、両方向に突出する車軸
部分２３ａ，２３ａを有する一対の磁性体車輪２１，２
１を備えるとともに、その車輪２１，２１間に円柱状の
永久磁石２２を配置した構造となっている。しかし、こ
の従来の磁石車輪２を用いた図３の構成でもって所定の
曲率で曲線走行を行おうとしても、磁石車輪２を走行路
（レール）１００上で紙面左または右方向に所定の曲率
でもって案内移動させることは難しい。したがって、所
定の曲率を有する曲線軌道を設定するだけではその曲線
軌道に追従させて上記磁石車輪２を曲線走行させること
ができないという問題がある。さらに、磁石車輪を曲線
走行させる場合、３次元的な軌道設定をすることが設置
スペースの有効利用の点から望まれている。

【０００４】このことに鑑み、本発明の課題は所定の曲
率で安定に曲線走行が可能な磁石車輪を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の磁石車輪は、車軸回りに配置されるとともに永久磁
石とヨークとを備えた磁石車輪であって、前記の永久磁
石からの発生磁束を通すヨークが曲面状の吸着面を有す
ることを特徴とする。この構成により、所定の曲率を有
した曲面走行路に良好に追従可能な案内性を備えた磁石
車輪を提供することができる。

【０００６】また、本発明では前記ヨークが永久磁石を
介して内側のセンターヨークと外側のサイドヨークとに
分割されているとともに、このセンターヨークとサイド
ヨークとが曲面状の吸着面を有するように構成したの
で、吸着力に寄与しない無効磁束を抑えて大吸着力を得
ることができる。

【０００７】また、本発明の磁石車輪は、車軸回りに配
置されるとともに永久磁石とヨークとを備えた磁石車輪
であって、前記ヨークが永久磁石を介して内側のセンタ
ーヨークと外側のサイドヨークとに分割されているとと
もに、このセンターヨークとサイドヨークとが凹面状の
吸着面を有し、強磁性を有する走行路の凸面に前記セン
ターヨークおよび／またはサイドヨークの凹面が吸着す
ることを特徴とする。この構成によれば、走行路の凸面
に吸着接触するセンターヨークおよび／またはサイドヨ
ークの凹面部分を上記車軸からほぼ等距離に配置できる
ので、そのセンターヨークおよび／またはサイドヨーク
における接触凹部の摩減率を均一にでき、曲線走行用磁
石車輪としての耐久性を向上できる。また、上記走行路
の凸面半径と、その凸面に略嵌合するようにして吸着す
る磁石車輪の吸着凹面の半径とが異なっていても安定し
た曲線走行が可能である。

【０００８】また、前記センターヨークの厚み寸法の半
分（ｔｃ）および飽和磁束密度（Ｂｓ）と、前記永久磁
石における磁化方向に垂直な部分の幅（ｗ）および残留
磁束密度（Ｂｒ）とが、ｔｃ≧（Ｂｒ×ｗ／Ｂｓ）の関
係を満足するように構成することが好ましい。この関係
式は、ｔｃ×Ｂｓ≧Ｂｒ×ｗと書き直せる。この関係式
から永久磁石が発生する単位面積あたりの磁束量以上に
センター車輪（センターヨーク）を通す単位面積あたり
の磁束量を大きくする必要があることがわかる。上記関
係式により、センター車輪（センターヨーク）の厚みを
最適にできるので、小型軽量の磁石車輪を容易に製作す
ることができる。

【０００９】さらに、補足説明すると、例えば本発明の
磁石車輪の吸着面を曲面走行路（例えば円筒状パイプ）
の外周面（凸面）に略嵌合するような凹面状に形成す
る。さらに、この凹面の半径を上記パイプの凸面半径の
０．５倍〜２倍にすると本発明の磁石車輪を安定に曲線
走行させるのに十分な案内性と吸着力とが得られるので
好ましい。この設定で、従来に比べて曲線走行用の磁石
車輪に配設される永久磁石体積当たりで換算した磁気吸
着力を大幅に増加させることができる。ここで、上記凹
面半径が上記パイプの凸面半径の０．５倍未満または２
倍を越えると、磁石車輪と上記パイプとの隙間が大きく
なって磁気抵抗が増加し、この曲線走行用磁石車輪の安
定走行に必要な案内性と吸着力とが得られなくなってし
まう。

【００１０】また、本発明の磁石車輪ではセンター車輪
（センターヨーク）の幅の半分を上記関係式で求まった
（ｔｃ）値の１倍〜１．５倍にすることでより強力な吸
着力を得ることができる。ここで、センター車輪の幅の
半分が上記（ｔｃ）値の１．５倍を超えると、曲面走行
路と磁石車輪との間に存在する空隙の磁気抵抗が増加
し、１倍未満では逆に吸着性能が減少して、最終的に磁
石車輪の重量増加につながるのでいずれも実用的でな
い。

【００１１】また、本発明の磁石車輪には高速曲線走行
時に車輪と曲面走行路との間の吸着作用によって発生す
る微小振動を吸収するためにウレタンゴムなどの弾性材
料で形成した振動吸収部材を配置することができる。こ
の振動吸収部材としては電気的な絶縁材料、例えば温度
２０℃での電気抵抗率が１０^ー ⁴Ω・ｍ以上の電気的抵抗
体を用いることが好ましい。この電気的抵抗体の存在に
より、例えば導電性の金属強磁性材料からなる車輪部に
集電機能を付与することができる。上記弾性材料として
はウレタンゴム以外に、例えばフッ素樹脂、ポリアミド
樹脂、アクリロニトリル系ゴムなどの合成樹脂を用いる
ことができる。

【００１２】また、本発明では、例えばリング状、扇
状、台形状、矩形状、円柱状、直方体状（好ましくは板
状のものがよい。）等のいずれか１種または２種以上を
用いて、その永久磁石から発した磁束を効率よくヨーク
に通し、さらに強磁性の走行路側に通すことができる。
また、永久磁石の材質は希土類磁石、フェライト磁石、
アルニコ磁石、ボンド磁石等のいずれでも適宜使用でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。
図１は本発明の磁石車輪の一態様を示す要部断面図であ
る。また、図２に図１の一部を拡大して示した。図１の
磁石車輪１は、強磁性を有するパイプ形レール５（例え
ば、ＳＳ４００製。）の外周面５ａに磁気吸着しながら
紙面垂直方向に移動可能に構成されている。この磁石車
輪１はモータ１０に接続した車軸９のまわりに軸固定フ
ランジ８を設け、この軸固定フランジ８の外周側に絶縁
性の振動吸収部材７（例えば、ウレタンゴム製。）およ
び非磁性導電スペーサ１２を配置してある。この非磁性
導電スペーサ１２はセンターヨーク４の突出部４ｂを介
して両側に配設され、そのうちの左側部分は磁石車輪１
の片側面側に延びて、強磁性の鉄系合金で形成したセン
ター車輪４（例えば、ＳＳ４００製。）およびサイド車
輪６，６（例えば、ＳＳ４００製。）に集電機能を付与
している。また、センターヨーク４の下部外側面には図
示の磁極を有するリング形状の永久磁石１１，１１（例
えば、日立金属（株）製のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結
磁石ＨＳ４０ＡＨ。）が配置してある。この永久磁石１
１は車軸９の軸方向に磁化方向を有して、Ｎ極側がセン
ターヨーク４で、Ｓ極側がサイドヨーク６で各々挟み込
まれて固定してある。また、磁石車輪１の回転で発生す
る遠心力によって固定してある永久磁石１１が剥離、脱
落するのを防止するために、センターヨーク４およびサ
イドヨーク６，６の各々に段付き部を設け、その段付き
部に非磁性カバー１３を介して永久磁石１１を配設して
ある。永久磁石１１の下面に設けたこの非磁性カバー１
３（例えば、フッ素樹脂やＡｌ合金製等。）で、永久磁
石１１から発した磁束のうち、パイプ形レール５に到達
しない無効磁束、すなわち吸着力に寄与しない磁束を抑
制するようになっている。さらに言えば、この非磁性カ
バー１３はセンターヨーク４とサイドヨーク６との隙間
に鉄粉などの磁性を有する異物が付着しないように設け
られるものである。また、非磁性カバー１３がパイプ形
レール５の外周面５ａに対向する面は吸着凹面４ａ，６
ａ，６ａと同一半径の凹面を形成するかまたは吸着凹面
４ａ，６ａ，６ａより永久磁石１１側に落ち込んで形成
してもよい。上記磁気回路構成により、センターヨーク
４はＮ極、サイドヨーク６，６はＳ極となり、永久磁石
１から順次センターヨーク４、レール５、サイドヨーク
６、永久磁石１へ戻る閉ループΦを形成するので、永久
磁石１からの発生磁束のうち磁石車輪１の吸着力に寄与
しない短絡磁束（漏洩磁束）分が非常に少なくなり、曲
線走行用の磁石車輪１の吸着力を強力にすることができ
る。

【００１４】そして、図２に示すように上記吸着凹面４
ａ，６ａ，６ａは同一半径（Ｒｙ）に形成されるととも
に、パイプ形レール５の外径（Ｒｐ）に対してＲｙ＞Ｒ
ｐに配置されて半径（Ｒｙ）の中心（Ｏｙ）は半径（Ｒ
ｐ）の中心（Ｏｐ）とずれている。また、上記吸着凹面
４ａ，６ａ，６ａと外周凸面５ａとは略嵌合するように
なっているので、磁石車輪１が外周凸面５ａに沿って良
好に追従するようになっている。このようにＲｙ＞Ｒｐ
を満足するとき、レール５の外周面５ａにセンター車輪
４の吸着面４ａが吸着し、サイド車輪６，６は外周面５
ａから空隙３５を介して離れている。この構成によれ
ば、外周面５ａとセンター車輪４の吸着面４ａとがちょ
うど車軸９からほぼ一定の位置で吸着接触するので、そ
の吸着接触部における周速がほぼ均一となってその吸着
接触部における摩減率が一定となり、吸着面４ａと外周
面５ａとを長期にわたって良好に吸着接触させることが
できる。また、Ｒｙ＞Ｒｐのとき、磁石車輪１をより安
定に曲線走行させるためには、空隙３５の最大間隔
（ｇ）が１ｍｍ以下となるようにして吸着させることが
好ましい。また、０．５Ｒｐ≦Ｒｙ≦２Ｒｐで、かつＲ
ｙ＞Ｒｐとするとより強力な吸着力を得られるのでさら
に好ましい。

【００１５】図５は本発明の他の態様を示す上記図１の
一部拡大図であり、図２と同一構成部分には同一の符号
を付している。図５では、吸着凹面４ａ，６ａ，６ａは
同一半径（Ｒｙ）に形成されるとともに、パイプ形レー
ル５の外径（Ｒｐ）に対してＲｙ＜Ｒｐになっていて、
半径（Ｒｙ）の中心（Ｏｙ）と半径（Ｒｐ）の中心（Ｏ
ｐ）とはずれている。そして、Ｒｙ＜Ｒｐを満足すると
き、レール５の外周面５ａにサイド車輪６，６の吸着面
６ａ，６ａが吸着し、センター車輪４は外周面５ａから
空隙４５を介して離れている。この構成によれば、外周
面５ａとサイド車輪６ａ，６ａとがちょうど車軸９から
ほぼ一定の位置で吸着接触するので、その吸着接触部に
おける周速がほぼ均一となってその吸着接触部における
摩減率が一定となり、吸着面６ａ，６ａと外周面５ａと
を長期にわたって良好に吸着接触させることができる。
また、Ｒｙ＜Ｒｐのとき、磁石車輪１をより安定に曲線
走行させるためには、この空隙４５の最大間隔（ｇ’）
を１ｍｍ以下にすることが好ましい。また、０．５Ｒｐ
≦Ｒｙ≦２Ｒｐで、かつＲｙ＜Ｒｐとするとより強力な
吸着力を得られるのでさらに好ましい。

【００１６】また、上記図２または図５で、センターヨ
ーク４の厚み寸法の半分（ｔｃ）および飽和磁束密度
（Ｂｓ）と、永久磁石１１の磁化方向に垂直な部分の幅
（ｗ）および残留磁束密度（Ｂｒ）とが、ｔｃ≧（Ｂｒ
×ｗ／Ｂｓ）の関係式を満足することが強力な吸着力を
得るために必要であり、より実用的にはこの関係式で得
られた（ｔｃ）値の１倍〜１．５倍の寸法に上記図２ま
たは図５の（ｔｃ）寸法を設定するとよい。

【００１７】また、サイドヨーク６，６の厚み寸法は吸
着面６ａ，６ａ付近のみを厚くすると漏洩磁束が増加し
て、レール５の外周面５ａとこの吸着面６ａ，６ａとの
間のの磁束密度（Ｂｇ）が低下し磁石車輪１としての吸
着力が低下してしまう。この解決手段として、上記態様
では永久磁石１１が設置してある部分のサイドヨーク
６，６の厚みを均一寸法（ｔｓ）としている。また、サ
イドヨーク６において吸着面６ａの外側面側にテーパ部
６ｃを設けている。このテーパ部６ｃは吸着面６ａの長
さ（ｌ）をサイドヨーク６の上部厚み（ｔｓ）と同一寸
法とするために形成されて、吸着面６ａからパイプ形レ
ール５に至る磁束の密度を安定曲線走行が可能なレベル
に維持している。この解決手段は、同時にサイドヨーク
６（磁石車輪１）を小型軽量化できるメリットを有して
いる。

【００１８】また、パイプ形レール５の厚み（ｔｐ）を
サイドヨーク６の厚み（ｔｓ）以上のものとすること
で、磁石車輪１に強力な吸着力を発生させることができ
る。また、厚み（ｔｐ）が厚み（ｔｓ）に近くなるほ
ど、単位長さあたりのレール５の重量を少なくできるの
で、曲面走行路を設置する基礎部寸法をより小さくでき
て建設コストを大幅に低減可能である。

【００１９】また、上記図１に示す通り、非磁性導電ス
ペーサ１２でレール５から集電を行なう構成では、この
非磁性導電スペーサ１２をセンターヨーク４およびサイ
ドヨーク６，６の内周側に配置するとよい。非磁性導電
スペーサ１２はセンター車輪４およびサイド車輪６，６
に電気的に接続されて導通している。

【００２０】また、上記図１において、Ｒｙ＝Ｒｐのと
きには、磁石車輪１の吸着面４ａ，６ａ，６ａがいずれ
もレール５に吸着する構成となる。この構成では、吸着
接触面の摩耗が上記態様に比してやや進む傾向にある
が、優れた案内性と大吸着力とを有した本発明の磁石車
輪を構成することができる。

【００２１】上記態様では、リング状の永久磁石を配置
した磁石車輪を記載したが、例えばアークセグメント状
などのセグメント磁石をリング状に連結して配置しても
よいことは勿論である。また、上記態様では、磁石車輪
の吸着面が凹面で走行路が凸面の場合を記載したが、磁
石車輪の吸着面が凸面で走行路が凹面の構成でもよいと
ともに上記磁石車輪１の磁気回路構造を適用できること
は勿論である。また、上記態様では上記吸着凹面４ａ，
６ａ，６ａを同一半径（Ｒｙ）としたが、上記図２また
は図５において上記吸着凹面４ａと６ａ，６ａとが異な
る半径（Ｒｙ）を有した構成としてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、曲線走行用に最適の磁
石車輪を構成することができる。また、車輪部を構成す
るヨーク寸法を最適化したので、案内性および大吸着力
を有するとともに小型軽量で安価な曲線走行用の磁石車
輪を提供することができる。また、曲面走行路として凸
型の磁性レールを用いることが可能で、軌道の施設が容
易かつ安価となり、本発明の磁石車輪を用いた各種機能
装置（例えば、映像撮影装置、搬送装置、吊り下げ移動
装置等。）への適用を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様を示す一部破砕された要部断面
図である。

【図２】本発明の一態様を示す図１の部分拡大図であ
る。

【図３】従来の磁石車輪を示す正面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ方向矢視断面図である。

【図５】本発明の他の態様を示す図１の部分拡大図であ
る。

【符号の説明】１磁石車輪、４センターヨーク（センター車輪）、
５曲面走行路（パイプ形レール）、６サイドヨーク
（サイド車輪）、１１永久磁石。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井一三東京都千代田区外神田一丁目17番４号磁石輸送システム開発株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車軸回りに配置されるとともに永久磁石
とヨークとを備えた磁石車輪であって、前記の永久磁石からの発生磁束を通すヨークが曲面状の
吸着面を有することを特徴とする磁石車輪。
【請求項２】前記ヨークが永久磁石を介して内側のセ
ンターヨークと外側のサイドヨークとに分割されている
とともに、このセンターヨークとサイドヨークとが曲面
状の吸着面を有することを特徴とする請求項１に記載の
磁石車輪。
【請求項３】車軸回りに配置されるとともに永久磁石
とヨークとを備えた磁石車輪であって、前記ヨークが永久磁石を介して内側のセンターヨークと
外側のサイドヨークとに分割されているとともに、この
センターヨークとサイドヨークとが凹面状の吸着面を有
し、強磁性を有する走行路の凸面に前記センターヨーク
および／またはサイドヨークの凹面が吸着することを特
徴とする磁石車輪。
【請求項４】前記センターヨークの厚み寸法（ｔｃ）
および飽和磁束密度（Ｂｓ）と、前記永久磁石における
磁化方向に垂直な部分の幅（ｗ）および残留磁束密度
（Ｂｒ）とが、ｔｃ≧（Ｂｒ×ｗ／Ｂｓ）の関係を満足
することを特徴とする請求項２または３に記載の磁石車
輪。