(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を横断するための多方向ホイールであって、
第１の軸線に沿って第１の軸線を中心として回転するよう設けられた少なくとも二つの磁気誘導性ボディと、
前記第１の軸線を中心として配置された一つ以上の磁石であって、前記磁石は、極を有すると共に、前記極が第１の軸方向に沿って配向されかつ同じ方向を向くように配向され、前記一つ以上の磁石は前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディ間に設けられる、一つ以上の磁石と、
前記磁気誘導性ボディのぞれぞれの外周の周りに配置された複数のローラーであって、前記ローラーは前記第１の軸方向に対してある角度をなす第２の軸方向に関して回転するように設けられている、複数のローラーと、
を具備し、
前記磁気誘導性ボディは、横断される前記表面に向って前記少なくとも一つの磁石の磁束を集中させ、これによって前記ホイールと前記表面との間の引力を増大させるようなサイズ、形状および配置状態とされる、多方向ホイール。
【請求項２】
前記一つ以上の磁石は円形ディスク形状あるいはリング形状である、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項３】
前記一つ以上の磁石は前記第１の軸線の周囲に同心状に配置され、かつ、そこから半径方向に離間させられている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項４】
前記一つ以上の磁石は、少なくとも二つの磁気誘導性ボディに対して回転自在に取り付けられている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項５】
前記ローラーと横切られる表面との間の接触円と交差することなく前記二つの磁気誘導性ボディと横切られる表面との間の距離が最小化されるように、前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディにサイズおよび形状が付与されると共に前記ローラーがその上に配置される、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項６】
前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディは取り外し可能に連結されると共に、前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディはローラーを収容するためのリセスを形成する、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項７】
前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディに対して前記ローラーを連結するための複数のクサビ形マウントをさらに具備すると共に、前記クサビ形マウントは磁気的に誘導可能である、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項８】
磁気誘導性材料からなる一つ以上のコンセントレータ部材をさらに含み、前記コンセントレータ部材はそれぞれ、横切られる表面に向かって一つ以上の磁石の磁束をさらに集中させる、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項９】
前記一つ以上の磁石は、高温磁石、永久磁石、電磁石およびその組み合わせから選択される、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１０】
前記ローラーの数、サイズおよび間隔は、前記ホイールが前記表面を横断するとき前記ホイールが完全な円形回転に近似するようなものである、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１１】
各ローラーは三つのセグメント化された部分を含み、かつ、前記セグメント化された部分は、前記ホイールが前記表面を横断するとき前記ホイールが完全な円形回転に近似するようなサイズおよび形状とされている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１２】
前記ローラーは磁束集中を助けるために磁気誘導性材料から形成されている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１３】
前記ローラーは摩擦を増大させるために改変されている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１４】
少なくとも一つの磁石は非磁気誘導性リングによって覆われている、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１５】
各磁気誘導性ボディは、前記多方向ホイールの分解中に前記ボディから前記磁石を取り外すために使用される少なくとも一つのネジ孔を有する、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１６】
前記磁気誘導性ボディはハブを備え、かつ、前記少なくとも一つの磁石は前記ハブ内に取り付けられる、請求項１に記載の多方向ホイール。
【請求項１７】
前記ハブは一つ以上の割り出し切り欠きを含む、請求項１６に記載の多方向ホイール。
【請求項１８】
前記ハブはベースおよびカバーを備え、前記ベースおよびカバーはそれぞれ、（ａ）前記複数のローラーのそれぞれのものを収容するための複数のリセスと、（ｂ）アクスルを収容するためのサイズおよび形状とされた複数の孔とを含む、請求項１６に記載の多方向ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は２０１３年１１月３０に出願された米国仮特許出願第６１／９１０，３２０号に基づいており、それに対して優先権を主張するものであり、その全体が本明細書に記載されているかのように、この参照によって本明細書中に組み込まれる。
【０００２】
本発明は磁気ホイールおよびオムニホイールに関する。
【背景技術】
【０００３】
異なる設計を有するその他のホイールは、とりわけ、「Omni-wheel based driving device with belt transmission mechanism」という名称の特許文献１、「Dynamically balanced in-line wheel vehicle」という名称の特許文献２、「Magnetic wheel for vehicles」という名称の特許文献３、「Magnetic wheel」という名称の特許文献４、そして「Recognition of Corrosion State Based on Omnidirectional Mobile Robot for Inspection of CAS for Oil Tanker Annual Conference 2008」とい名称の非特許文献１を含む、さまざまな文献において公知である。これらの文献に記載されたホイールおよびビークルの具体的な設計および機能は、そのそれぞれの開示を検討することによって最もよく理解できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８３０８６０４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２９５５９５号明細書
【特許文献３】米国特許第７２３３２２１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０２００３８０号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Lee, Seungheui他著、「Recognition of Corrosion State Based on Omnidirectional Mobile Robot for Inspection of CAS for Oil Tanker Annual Conference 2008」
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、表面を横断するための多方向ホイールが提供される。当該ホイールは少なくとも一つのハブを含み、この少なくとも一つのハブは回転の第１の軸方向を規定する。複数のローラーが少なくとも一つのハブの外周の周りに配置され、ローラーは、第１の軸方向に対して、ある角度をなす第２の軸方向に関して回転するよう設けられる。ホイールは少なくとも一つの磁石を含み、この少なくとも一つの磁石は少なくとも一つのハブに取り付けられる。ハブは、横断される表面に向って少なくとも一つの磁石の磁束を集中させる磁気誘導性材料から形成される。
【０００７】
さらなる態様によれば、少なくとも一つの磁石はハブと共に回転するように取り付けられる。
【０００８】
さらなる態様によれば、複数の磁石はそれぞれ個々のスポークに対して結合され、スポークは第１の軸線方向に沿って配置されるアクスルに対して回転自在に取り付けられる。
【０００９】
さらなる態様によれば、ローラーの数、サイズおよび間隔は、それが表面を横切るときホイールが完全な円形回転に近似するようなものである。
【００１０】
別のさらなる態様によれば、各ローラーは三つのセグメント化された部分を含み、かつ、セグメント化された部分は、それが表面を横切るときホイールが完全な円形回転に近似するようなサイズおよび形状とされる。
【００１１】
別のさらなる態様によれば、少なくとも一つのハブは、取り外し可能に連結された第１の部分および第２の部分を含み、かつ、第１の部分および第２の部分はローラーを収容するためのリセスを形成する。
【００１２】
別のさらなる態様によれば、少なくとも一つのハブに対してローラーを連結するための複数のクサビ形マウントが設けられる。
【００１３】
さらなる態様によれば、少なくとも一つの磁石は高温磁石である。
【００１４】
さらなる態様によれば、少なくとも一つの磁石は永久磁石である。
【００１５】
さらなる態様によれば、少なくとも一つの磁石は電磁石である。
【００１６】
さらなる態様によれば、ローラーは磁束集中を改善する磁気誘導性材料から形成される。
【００１７】
さらなる態様によれば、ローラーは摩擦を増大させるために改変される。
【００１８】
さらなる態様によれば、磁石は非磁気誘導性リングによって覆われる。
【００１９】
別の態様によれば、第１の軸線に沿って第１の軸線を中心として回転するよう設けられた少なくとも二つの磁気誘導性ボディを含む、表面を横切るための多方向ホイールが提供される。一つ以上の磁石が第１の軸線を中心として同心状に配置され、磁石は極を有し、かつ、磁石は、極が第１の軸方向に沿ってかつ同じ方向を向くように配向されるように配向され、一つ以上の磁石は少なくとも二つの磁気誘導性ボディ間に設けらる。複数のローラーが磁気誘導性ボディのぞれぞれの外周の周りに配置され、当該ローラーは第１の軸方向に対してある角度をなす第２の軸方向に関して回転するように設けられる。磁気誘導性ボディは、横断される表面に向う一つ以上の磁石の磁束を集中させる。
【００２０】
さらなる態様によれば、一つ以上の磁石は円形ディスク形状である。
【００２１】
さらなる態様によれば、一つ以上の磁石はリング形状である。
【００２２】
さらなる態様によれば、一つ以上の磁石は第１の軸線の周りに同心状に配置され、かつ、そこから半径方向に離間させられる。
【００２３】
さらなる態様によれば、一つ以上の磁石は、少なくとも二つの磁気誘導性ボディに対して回転するように取り付けられる。
【００２４】
さらなる態様によれば、ローラーおよび移動面との間の接触円と交差することなく二つの磁気誘導性ボディと移動面との間の距離が最小化されるように、少なくとも二つの磁気誘導性ボディにサイズおよび形状が付与されると共にローラーがその上に配置される。
【００２５】
別なさらなる態様によれば、少なくとも二つの磁気誘導性ボディは取り外し可能に連結され、かつ、前記少なくとも二つの磁気誘導性ボディはローラーを収容するためのリセスを有する。
【００２６】
その上さらなる態様によれば、少なくとも二つの磁気誘導性ボディに対してローラーを連結するための複数のクサビ形マウントをさらに具備すると共に、磁気的に誘導可能なクサビ形マウントが設けられる。
【００２７】
さらなる態様によれば、横切られる表面に向かって一つ以上の磁石の磁束をさらに集中させる磁気誘導性材料からなる一つ以上のコンセントレータ部材が含まれる。
【００２８】
さらなる態様によれば、一つ以上の磁石は高温磁石である。
【００２９】
さらに別の態様によれば、一つ以上の磁石は永久磁石である。
【００３０】
さらなる態様によれば、ローラーは、磁束集中を改善する磁気誘導性材料から形成される。
【００３１】
さらなる態様によれば、ローラーは摩擦を増大させるために改変される。
【００３２】
さらなる態様によれば、磁石は非磁気誘導性リングによって覆われる。
【００３３】
さらなる態様によれば、二つのボディは、多方向ホイールの分解中にボディから磁石を取り外すために使用される少なくとも一つのネジ孔を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】第１の構成に係る磁気オムニホイールを分解状態で示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの磁気オムニホイールを組み立て状態で示す図である。
【図１Ｃ】第２の構成に係る磁気オムニホイールを分解状態で示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの磁気オムニホイールを分解状態で示す図である。
【図２】第３の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図３Ａ】第４の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図３Ｂ】第４の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図３Ｃ】第４の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図４Ａ】第５の構成に係る磁気オムニホイールの正面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのオムニホイールの第１の磁石配置を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａのオムニホイールの第２の磁石配置を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ａの磁気オムニホイールの斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ａの磁気オムニホイールの分解状態での斜視図である。
【図４Ｆ】第６の構成に係る磁気ホイールの分解状態での斜視図である。
【図４Ｇ】図４Ｆの磁気ホイールの組み立て状態での斜視図である。
【図５Ａ】第７の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図５Ｂ】第７の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図５Ｃ】第７の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図６Ａ】第８の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図６Ｂ】第８の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図７Ａ】第９の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図７Ｂ】第９の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図７Ｃ】第９の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図７Ｄ】第９の構成に係る磁気オムニホイールを示す図である。
【図８Ａ】磁気オムニホイールを備えたビークルを示す図である。
【図８Ｂ】磁気オムニホイールを含む第２のビークルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、磁気オムニホイール１０が示されている。オムニホイール１０は、ハブ１２と、このハブ１２の外周周りに配置された複数のローラー１４とを含む。ローラーはハブ１２の軸回転の方向に対して垂直に配置される。ハブ１２は、アクスル１３への取り付けのためにハブの中心に向かって延在するスポークまたはその他の構造体（例えば材料の円形ウェブ）を含むことができる。ローラー１４および以下で説明するローラーは、ピン、突起、アクスルまたはローラーが回転することを可能とするその他の適切な構造体を介してハブ１２に対して取り付けることができる。ローラーは、以下でより詳しく説明するように、ビークルの重量が磁石１６によって提供される垂直力に対抗する際に、それが垂直および／または逆さま向きにビークルを駆動／操縦できるようにホイールがトラクションを提供するのに十分である摩擦係数をローラーが提供できるように、何らかの材料から形成されても、あるいは表面テクスチャー（例えば、ゴム、軟質プラスチックまたは表面テクスチャスチール等）を有していても、あるいはギザギザが付与されても、あるいは表面コーティングを有していてもよい。ローラーはまた、磁気誘導性材料から形成されると共に摩擦向上処理が施されてもよい。したがって、磁石によって必要とされる力を減少させることができ、これは、ビークルが表を上にした向きでに移動するとき効率を向上させる。
【００３６】
ハブ１２は、第１の軸方向を規定するアクスル１３を中心とした矢印「Ａ」によって示される方向の回転を許容する。ローラー１４は、第１の軸方向に対して直交する第２の軸方向にある矢印「Ｂ」によって示される方向の回転を許容する。（代替的に、Mecanun型ホイールをその代わりに使用できるが、この場合、ローラーはハブに対して４５°で取り付けられる）。このように、オムニホイールは二つの自由度を持つ回転を許容する。この構成は、パイプ、タンクおよびその他の金属構造体を検査するために使用されるロボットビークルなどのタイトな領域内で動作しなければならないビークルのために特に有用である。
【００３７】
磁気ディスク１６はハブ１２内に配置される。磁気ディスク１６は、ハブに対して回転自在にハブに取り付けることができる。磁気ディスク１６は磁束力を提供し、そして磁石の材料、サイズ／数、および強さは、オムニホイールを鉄系表面材料（例えばスチールタンクまたはパイプ壁）と接触状態で保持するように選択される。さらに、磁気ディスク１６から鉄系表面に向かって磁束力をさらに案内し、これによってディスクと表面との間の引力を増大させるために、鉄系ディスク１８を磁気ディスク１６の両側に配置することができる。この構成はホイールのより強い保持力を生じる。ハブ、ディスクおよび／または移動間の磁束漏れ「短絡」を回避しながら磁石が環境にさらされないようにするために、非磁気誘導性リング（例えば非磁気誘導性プラスチックリング）を磁石の周囲に配置することができる。磁石およびディスク／ハブを強制的に一緒に回転させるディスクおよび／またはハブの回転をロックするためにリングを使用することもまた可能である。
【００３８】
ディスク１８（これはスチール（またはその他の磁気分極／磁気誘導性材料）から形成できる）はハブ１２の内側セクションを取り囲み、これによってハブ１２のそれぞれの側において磁束を結合する。したがって、ホイール１０は、ハブ１２およびローラー１４の回転によって表面に沿ったホイールの２自由度の動きを同時に可能としながら、その上で磁石１６およびディスク１８を介してホイールが移動するべき金属表面の方向に引っ張り力を提供する。
【００３９】
鉄系ディスク１８はハブ１２に対して取り付けることができ、かつ、アクスル１３に対する取り付けのための軸方向取り付け孔１９を含むことができる。ディスク１８とアクスル１３との間の取り付けは、例えば、オムニホイール１０がロボットビークルに結合されるとき等に、アクスル１３がオムニホイール１０を駆動するために使用することができるように固定可能である。代替的に、ディスク１８は、例えば、オムニホイール１０が別な手段によって駆動されるロボットビークルの受動従動ホイールであるとき等に、オムニホイールがアクスル１３に対して自由に回転できるように回転接続部を介してアクスル１３に接続することができる。磁気ディスク１６はまた、それがアクスルと共に回転できるかまたはアクスルに対して自由に回転することができるように、それぞれアクスル１３に対して固定的に取り付けられても、あるいは回転可能に取り付けられてもよい。さらに、磁気ディスク１６に加えてまたはその代わりとして、磁気リングまたは複数の磁石のアレイをハブ１２内に配置することができる。磁石（例えば、ディスク、リング、アレイなど）は、その分極が、磁気的に正反対であるあるようにホイール１０の対向面に関して一致するように整列されられる。したがって、例えば、全ての磁石がホイールの一方の面にＳ極を呈し、そしてホイールの他方の面にＮ極を呈するように、磁石を全て整列させることができる。磁石は、ホイールの軸線の周りに同心状に配置することができ、かつ、軸線から半径方向に離間させることができる。磁石は高温磁石（例えば、磁界強度の許容できない劣化を伴わずに高温に耐えることができる磁石）とすることができる。磁石はまた、永久磁石、電磁石またはその組み合わせであってもよい。
【００４０】
磁石のサイズ、強さおよび数は、磁気ディスク、リング、またはアレイを一方または他方に関して交換することによって、かつ／または磁気ディスク、リングまたはアレイを高磁束、低磁束、あるいは意図された動作条件のために適当な所望の量を有するディスク／リング／アレイを備えた同じ構造的配置で置き換えることによって（例えば磁石のサイズおよびまたは材料を変更することによって）、ホイールと表面との間の吸引力を制御するために変更することができる。ハブは、磁束強度および磁場形状が意図された用途のためにカスタマイズできるように、単独でまたは組み合わせで、上記磁石形状、すなわちディスク、リングまたはアレイの一つまたは全てを搭載するためのキャビティを提供する構造を含むことができる。これは、所望の用途のために特別に選択された磁束を提供する際に拡縮性および柔軟性をもたらす。したがって、磁力は、例えばホイールが比較的重いロボット検査ビークルに接続される特定の場合において増大させることができる。ホイール、そのハブ、ローラーおよび磁石のサイズは、非常に小さなロボットビークルから大型乗用ビークルへと、さまざまな用途に基づいて拡大縮小できる。さらに、ハブに配置された磁気ディスク、リングまたは磁石アレイは、ローラーがそれ自体磁石である設計に対して著しい利点を提供する。本設計は、表面に対する吸引力を低下させると共に潜在的に電子機器を損傷させるか、それと干渉する磁気干渉および変動次回を低減する。さらに、本発明の設計は、ハブ１２の周囲で二組のローラーの使用を可能とする。
【００４１】
この構成は、パイプおよびタンク等といった鉄系材料から形成された三次元構造の横断を必要とする用途に関して特に有用である。磁気オムニホイールはさかさまの移動だけでなく垂直面上の移動を可能とする。なぜなら、磁石は、これらの方向に関して、ホイールと表面との間の接触を維持するのに十分な吸引力を提供するからである。磁気オムニホイールはまた、例えば、工場の倉庫における物品の移動のためのローラーシステムの一部等、別な形態の輸送において使用することができる。
【００４２】
図１Ｃおよび１Ｄを参照すると、鉄系ディスク１８ａの直径が大きくなっていることを除いて、図１Ａおよび１Ｂに示すオムニホイール１０に類似したオムニホイール１０ａが示されている。図１Ｃから最もよく分かるように、鉄系ディスク１８ａは、その直径がホイールのハブの周囲に配置されたローラー１４ａの周径よりも僅かに小さいようなサイズとされている。したがって鉄系ディスク１８ａは、その上をホイールが横断する表面により近い。この構造的配置は、ホイールと表面との間の吸引力を増大させるために、表面に向う磁束の方向を改善する。特に言及しない限り、上述した実施形態の特徴および機能の多くを以下の実施形態に適用することができる。
【００４３】
図２を参照すると、２組のハブおよびローラー２１，２２含むオムニホイール２０は、共通のユニットとなるよう一つに搭載される。この実施形態から分かるように、ローラー２２の数、サイズ、形状および間隔は、オムニホイールが近真円プロファイルを有するように、ハブ２１の直径に関連して変更可能である。そうした構成は、バンプ、振動、ストールポイント、そしてホイールの形状に起因する駆動力変動を排除する、機能的に完全に円形の回転プロファイルを近似するホイールをもたらす。したがって、ハブが回転し、そして一つのローラーが移動面との接触しなくなるように動作するとき、次のローラーが連続面と表面と接触させられる。したがって、個々のローラーの表面接触ポイントは協働で円を形成する。この構成は、例えばそれらがあまりにも遠くに離間された場合に、さもなければ、連続したローラー間の「ギャップ」にホイールが落下することによって引き起こされ得るホイールの移動中の「バンプ」を排除する。一つの非限定的な例として、ハブの直径が増大するとき、ハブの周囲に配置されたローラーの数は、ハブが回転する際にローラーが表面との滑らかな接触を維持するように増加させられる。さらに、接触のほぼ完全な円は、ホイールの回転の程度と移動距離との間に直線的関係が存在し、したがって位置制御および精度の向上が図れることを意味する。
【００４４】
図３Ａ，３Ｂおよび３Ｃに示すように、楕円形の三部品分割形状を有するローラー３２を備えたオムニホイール３０はまた、ハブの周りにほぼ完全な円を形成し、そしてまたホイールの移動中にバンプを排除する。ホイール３０は、ホイールの各側に二つのハブ３４を含むことができる。各ハブ３４はローラーを取り付けるための取り付けブラケット３６を含む。ローラーは、楕円形状の一部を形成するような形状とされた三つのセグメント３２ａ，３２ｂおよび３２ｃから構成される。ローラーは、ブラケットの取り付け孔によってサポートされるピン３７およびベアリング３８を介して設けられる。スペーサリング３９を二つのハブ間にキャビティを形成する二つのハブ３４間に配置することができる。磁石は二つのハブ間のキャビティ内に配置することができる。
【００４５】
ホイール３０の「ほぼ完璧な円」のデザインは、アクスルに取り付けられたビークルの振動を引き起こし得る、アクスルの振動を引き起こし得るバンプを排除する。そうした振動は、ビークルの運行を妨害しかつ／または例えば検査ロボットといったビークルに搭載されたセンサーまたは器具を破壊することがあるが、本明細書の実施形態の構造によって最小化される。さらに、ほぼ完全な円形のデザインは、さもなければ、不完全なホイールが連続したローラー間の谷に落下し得るために生じることがあるストールポイントを排除する。いったん、一つのそうした不完全なホイールがそれらの谷の一つに落下すると、それは、その谷を出て、次のローラーへとホイールを回転させるために追加的なトルク力を必要とするであろう。さらに、不完全なホイールが停止させられた場合、ホイールは、それがローラー間の谷の一つの中に着座するまで回転し続けようとする傾向が存在するであろう。これは、ビークルの動作を妨害し、そしてホイールが次の谷へと回転する自然な傾向のためにビークルを正確な位置で停止させることを困難にするであろう。さらに、ほぼ完全な円形の構成は、対照的に、上記およびその他の問題を解消しない場合に最小化するように、連続的な磁束を維持するのに助ける。
【００４６】
図４Ａ〜４Ｇを参照すると、それぞれローラー４４を有する、二つのハブ４２間に配置された磁石４１のアレイを含む。磁石４１は取り付けアセンブリ４６に対して搭載することができる。取り付けアセンブリ４６は、アセンブリ４６およびその上の磁石４１がアクスルに対してかつハブおよびローラー４２，４４に対して自由に回転できる状態でアセンブリをアクスルＡに対して搭載できるように、アセンブリ４６の中心に向かって延在する構造体（例えば、スポーク、円形ウェブ等）を含むことができる。図４Ｃに示すように、取り付けアセンブリ４６はキャリッジ４７を含む。磁石４１はそれぞれのキャリッジ４７内に挿入され、それによって支持される。各キャリッジ４７の上部は、アクスルＡの周囲に配置されたカラーに向かって傾斜した連結部分を含む。連結部分の角度は、キャリッジが円形アクスルの周囲に均等な間隔を置いて配置されるように、支持される磁石の数に基づいて選択することができる。代替的に、二つのハブ４２は、二つのハブを連結する円筒状延長部を備えた一体構造体の一部であってもよく、この場合、アセンブリ４６は、円筒形延長部の周りで自由に回転するようなサイズおよび形状とすることができる。図４Ｆおよび４Ｇから分かるように、キャリッジに搭載された磁石はまた、ローラーを含まないホイールと共に使用することができる。
【００４７】
磁石４１は、アセンブリ４６の周囲に配置され、かつ、互いに対して異なる角度で配向される。配向の角度は、例えば２０°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°または他の適切な角度を含むことができる。図４Ｂは、（ここでは取り付けディスクとして示されている）取り付けアセンブリ４６に設けられかつ互いに９０°で配向された磁石を示している。このように、ホイールが表面を横断し、例えば金属タンクの床４３および壁４５間の接合部といった表面間の接合部に出会ったとき、磁石の一つ４１ａは。第１の角度で床面に向かって配向させることができ、かつ、異なる角度で設けられた磁石の別のもの４１ｂは壁面４５に向かって配向させることができる。したがって、二つの異なる磁石は、同時に、二つの異なる表面間の吸引保持力を提供することができる。このような構造的配置は、二つの表面間の吸引力が常に維持されているため、第１の表面に沿って第２の表面へと（例えば床から壁へと）移動する間の変化に対する移行するためのオムニホイールの能力を高める。さらに、ホイールが次の表面に移動するとき、新しい表面に吸引力を提供する磁石４１は、その表面とのその磁気パーチェスを維持し、そしてオムニホイールに対して自由に回転する。したがって、壁が新しい「床」となるとき、壁と係合させられたアレイ内の磁石は、前方配向を有する状態から後向き配向を有する状態へと回転し、そして下向き配向を有していた磁石は今や後向き配向を有する。この自由回転構造はオムニホイールが表面から分離する可能性を低減する。なぜなら、ホイールが表面間を移動するとき、一つの磁石が吸引力の提供を「引き継ぐ」必要がないからである。表面間の移動の開始時に吸引力を提供していた同じ磁石は、移動が完了した後に、この力を維持する。代替的に、図４Ｃに示すように、磁石４１は、磁石がアクスルおよびオムニホイールに対して自由に回転するだけでなく、それらがまた互いに自由に回転するように、独立したオフセットスポーク４８上に設けることができる。この構成において、磁石４０は、接合部における表面間で最大の磁気吸引力を有する位置へと配向されるように回転することができる。例えば、接合部における表面が互いに半端な角度、すなわち８５°で配向された場合、自由に回転する磁石の一つは第１の表面に向って配向された状態で留まることができ、一方、別な磁石は８５°の角度で別な表面に向って配向するように自由に回転することができる。好ましくは、取り付けアセンブリ４６およびスポーク４８の直径は、磁石の表面がローラーを越えて延びないように選択される。この方法では、表面との接触および摩擦の発生を伴わずに、磁気係合を実現するために磁石を表面に対して十分に近くに維持することができる。
【００４８】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、二部品ハブ５２を備えたオムニホイール５０が示されている。各ハブ５２は、ベース５２ａおよびカバー５２ｂからなる二つの半体を含んでいる。ベース５２ａおよびカバー５２ｂはそれぞれローラー５４を収容するための複数のリセス５３を含む。ベース５２ａおよびカバー５２ｂは、カバー５２ｂがベース５２ａに連結されたときローラーアクスル５６を収容するようなサイズおよび形状とされた孔５５を含む。この構成はハブ５２の容易な組み立てを可能とする。ベース５２ａからカバー５２を取り外すことによって、ローラー５４をそのそれぞれのリセス５３内に配置することができる。ローラーを適所に配置することで、カバー５２ｂをファスナー（例えばネジあるいはボルト）を介して、ベース５２ａに取り付けることができる。いったん各ハブ５２が組み立てられると、二つのハブ５２は、この二つのハブ間に配置されるスペーサリング５７によって互いに連結することができる。スペーサリング５７は、その中に磁石５８を挿入可能なキャビティを有する。スペーサリング５７の大きさは、より大きなまたはより小さな磁石に対応するために変更可能であり、これによって特定の用途に基づく磁力の調整が可能となる。さらに、ハブ５２およびスペーサリング５７は、対応する割り出し切り欠き５９を含むことができる。割り出し切り欠き５９は、各ハブ５２が別なハブに対して適切な円配向で取り付けられることを保証する。図５Ｃから分かるように、ハブ５２は、一つのハブのローラー５４が別なハブのローラー間のギャップと整列させられるように位相シフト配向で取り付けられる。ローラーの位相シフトは、ホイールが表面上で回転するときバンプを低減するのを助ける。
【００４９】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、二部品ハブ６２を備えたオムニホイール６０が示されている。オムニホイール６０は、それらの両方がベースおよびローラーを取り付けるためのカバーを有するハブを含んでいる点でオムニホイール５０と類似している。オムニホイール６０に関して、各ハブのベース６２ａはリセス６４を含んでいる。各リセスは、その中に磁石を挿入することができるキャビティを有する。したがって、リセスが磁石を収容するのでスペーサリングは必要とされない。ハブは、多方向ホイールの分解時に、ボディから磁石を取り外すために使用される少なくとも一つのネジ孔を有することができる。
【００５０】
図７Ａ〜７Ｄを参照すると、取り付けクサビ７６を含むオムニホイール７０が示されている。オムニホイール７０は、二つのハブ７２と、二つのハブ間に配置されたスペーサリング７３とを含み、スペーサリング７３は磁石７４を収容するためのキャビティを有する。各ハブ７２は、取り付けクサビ７６を介してハブに取り付けられた複数のローラー７５を含む。ハブ７２は、（例えば、ネジ、ボルト、リベット、ピン等のようなファスナーを介して）クサビをハブに連結することができるように、各クサビ７６上の取り付け孔７７ｂに対応する複数の取り付け孔７７ａを含む。各クサビは、アクスル７９を収容するサイズおよび形状とされたアクスル取り付け孔７７ｂを含む。図から分かるように、ローラー７５は、クサビ７６のアクスル取り付け孔７８内で支持されるアクスル７８に搭載される。クサビ７６は、取り付け孔７７ａおよび７７ｂを介して、ハブ７２に対して取り付けられる。この構成では、ホイールを容易に組み立て、そして分解することができる。加えて、クサビ７６は、磁束コンセントレータとして作用する磁気誘導性材料（例えば鉄系材料）から形成できる。クサビのサイズおよび形状は、クサビのエッジと表面との間の距離Ｄが減少し、これによってホイールと表面との間の磁気吸引力の増大が生じるように変更することができる。距離Ｄは、ローラーが表面と接触するように回転するときローラーによって画定される境界まで最小化することができる。この接触境界は本質的に円形であり、上述したように、個々のローラーの表面接触点によって協働で画定される。ハブあるいはその部品（例えばクサビ）は、ハブがそれと交差することなく円形境界まで延在するようなサイズおよび形状とされることが望ましい。円形境界との交差は、ハブと表面との間の摩擦接触を生じ、ローラーの転がりを妨害することがある。
【００５１】
図８Ａを参照すると、ロボットビークル用の駆動システム８０が示されている。駆動システム８０は、磁気オムニホイール８２および駆動ホイール８４を含む。磁気オムニホイール８２は駆動システム８０のシャーシに取り付けられ、かつ、第１の軸方向に沿って配向される。駆動ホイール８４は、駆動システム８０のシャーシ８５に取り付けられ、かつ、第１の軸方向に垂直な第２の軸方向に沿って配向される。駆動ホイール８４は、駆動ホイール８０の前後移動を実現するために（例えばモーターおよびギアアセンブリを介して）駆動できる。オムニホイール８２は駆動ホイール８４に垂直であるが、オムニホイールのローラー８６は駆動ホイールと整列させられ、したがって駆動システム８０は、オムニホイール自体によって導入される相対的に僅かな摩擦を伴って表面を横切ることができる。オムニホイール８２は駆動ホイール８４に対して垂直に設けられているので、オムニホイールはまた、オムニホイールを回転させ、これによって駆動システム８０を旋回させるように、（例えばモーターおよびギアアセンブリを介して）駆動することができる。このように、駆動ホイール８４およびオムニホイール８２の回転をそれぞれ制御することにより簡単にビークルを駆動し操縦することができる。オムニホイール８２は、本明細書に記載されたオムニホイール形態のいずれか一つであってもよい。図８Ｂは連鎖デバイスを示しており、当該デバイスにおいては、オムニホイール８２および駆動ホイール８４の両方を含む駆動システム８０は、駆動ホイールのみを含む付加的な駆動システム８８と連結されている。したがって、シンプルなデザインを維持しながら、ビークルの駆動力およびトラクションを増大させることができる。
【００５２】
上述した対象事項は、単なる例示として提供されたものであり、限定として解釈されるべきではない。さまざまな修正および変更を、図示・説明された例示的な実施形態および用途に従うことなく、かつ、特許請求の範囲に記載された本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された対象事項に対して施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０ａ  磁気オムニホイール
１２  ハブ
１３  アクスル
１４，１４ａ  ローラー
１６  磁気ディスク（磁石）
１８，１８ａ  鉄系ディスク
１９  孔
２０  オムニホイール
２１  ハブ
２２  ローラー
３０  オムニホイール
３２  ローラー
３２ａ，３２ｂ  セグメント
３４  ハブ
３６  ブラケット
３７  ピン
３８  ベアリング
３９  スペーサリング
４０，４１  磁石
４２  ハブ
４３  床
４４  ローラー
４５  壁面
４６  アセンブリ
４７  キャリッジ
４８  オフセットスポーク
５０  オムニホイール
５２  二部品ハブ
５２ａ  ベース
５２ｂ  カバー
５３  リセス
５４  ローラー
５５  孔
５６  ローラーアクスル
５７  スペーサリング
５８  磁石
６０  オムニホイール
６２  二部品ハブ
６２ａ  ベース
６４  リセス
７０  オムニホイール
７２  ハブ
７３  スペーサリング
７４  磁石
７５  ローラー
７６  クサビ
７７ａ，７７ｂ，７８  孔
７８，７９  アクスル
８０  駆動システム
８２  磁気オムニホイール
８４  駆動ホイール
８５  シャーシ
８６  ローラー
８８  駆動システム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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