(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023148446
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】車輪及び車両
(51)【国際特許分類】
B60B 19/00 20060101AFI20231005BHJP
F16H 1/46 20060101ALI20231005BHJP
B62D 57/024 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
B60B19/00 D
F16H1/46
B62D57/024 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022056465
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】林 敏也
【テーマコード（参考）】
3J027
【Ｆターム（参考）】
3J027FB02
3J027GB02
3J027GC24
3J027GD02
3J027GD09
3J027GD14
(57)【要約】
【課題】変形の制御が容易であって、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えること。
【解決手段】車輪１は、車軸Ａｗ回りに回動可能な車輪本体１０と、車輪本体１０の外周より径方向内側に収容される収容位置と車輪本体１０の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で車輪本体１０に対して車軸Ａｗに平行な爪回転軸Ａｃ回りに回動可能な爪部材２０と、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ車輪本体１０に対する相対回動に伴って爪部材２０を爪回転軸Ａｃ回りに回動させる爪作動歯車３１と、爪作動歯車３１が車輪本体１０と同一の回転数で回動するように車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達する歯車機構４０と、通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１へ伝達させ、非通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１に伝達させないように、歯車機構４０による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石７０と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】車輪１は、車軸Ａｗ回りに回動可能な車輪本体１０と、車輪本体１０の外周より径方向内側に収容される収容位置と車輪本体１０の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で車輪本体１０に対して車軸Ａｗに平行な爪回転軸Ａｃ回りに回動可能な爪部材２０と、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ車輪本体１０に対する相対回動に伴って爪部材２０を爪回転軸Ａｃ回りに回動させる爪作動歯車３１と、爪作動歯車３１が車輪本体１０と同一の回転数で回動するように車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達する歯車機構４０と、通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１へ伝達させ、非通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１に伝達させないように、歯車機構４０による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石７０と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持部に対して車軸回りに回動可能な車輪本体と、
前記車輪本体の外周より径方向内側に収容される収容位置と前記車輪本体の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で前記車輪本体に対して前記車軸に平行な爪回転軸回りに回動可能な爪部材と、
前記車軸回りに回動可能かつ前記車輪本体に対する相対回動に伴って前記爪部材を前記爪回転軸回りに回動させる爪作動歯車と、
前記爪作動歯車が前記車輪本体と同一の回転数で回動するように前記車輪本体の回転を前記爪作動歯車に伝達する歯車機構と、
通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車へ伝達させ、非通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車に伝達させないように、前記歯車機構による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石と、
を備える、車輪。
前記車輪本体の外周より径方向内側に収容される収容位置と前記車輪本体の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で前記車輪本体に対して前記車軸に平行な爪回転軸回りに回動可能な爪部材と、
前記車軸回りに回動可能かつ前記車輪本体に対する相対回動に伴って前記爪部材を前記爪回転軸回りに回動させる爪作動歯車と、
前記爪作動歯車が前記車輪本体と同一の回転数で回動するように前記車輪本体の回転を前記爪作動歯車に伝達する歯車機構と、
通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車へ伝達させ、非通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車に伝達させないように、前記歯車機構による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石と、
を備える、車輪。
【請求項2】
前記爪作動歯車は、
前記車輪本体に対して一方向に相対回転すると前記爪部材の一部を前記車輪本体の外周より径方向外側に突出させる突出方向に前記爪部材を回転させ、
前記車輪本体に対して一方向とは反対の他方向に相対回転すると前記爪部材を前記車輪本体の外周より径方向内側に収容させる収容方向に前記爪部材を回転させ、
前記車輪本体に対して相対回動しない場合、前記爪部材の突出した状態又は収容された状態を維持する、
請求項１に記載の車輪。
前記車輪本体に対して一方向に相対回転すると前記爪部材の一部を前記車輪本体の外周より径方向外側に突出させる突出方向に前記爪部材を回転させ、
前記車輪本体に対して一方向とは反対の他方向に相対回転すると前記爪部材を前記車輪本体の外周より径方向内側に収容させる収容方向に前記爪部材を回転させ、
前記車輪本体に対して相対回動しない場合、前記爪部材の突出した状態又は収容された状態を維持する、
請求項１に記載の車輪。
【請求項3】
歯車機構は、
軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、
軸心が前記車軸と一致しかつ前記内歯車の内周側において前記支持部に固定される第１太陽歯車と、
前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、
磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、
前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、
前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、
前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、
を備える、
請求項１に記載の車輪。
軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、
軸心が前記車軸と一致しかつ前記内歯車の内周側において前記支持部に固定される第１太陽歯車と、
前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、
磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、
前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、
前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、
前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、
を備える、
請求項１に記載の車輪。
【請求項4】
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車は、前記車軸回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、
前記第３遊星歯車は、前記車軸回りに回転対称かつ等間隔に前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と同数設けられる、
請求項３に記載の車輪。
前記第３遊星歯車は、前記車軸回りに回転対称かつ等間隔に前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と同数設けられる、
請求項３に記載の車輪。
【請求項5】
前記支持部に支持され前記車輪本体の回動を駆動させる第１回転アクチュエータと、
出力軸が前記車軸に一致するよう前記支持部に支持される第２回転アクチュエータと、
をさらに備え、
歯車機構は、
軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、
前記内歯車の内周側において軸心が前記車軸と一致するよう配置されかつ前記第２回転アクチュエータに回動駆動される第１太陽歯車と、
前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、
磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、
前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、
前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、
前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、
を備える、
請求項１に記載の車輪。
出力軸が前記車軸に一致するよう前記支持部に支持される第２回転アクチュエータと、
をさらに備え、
歯車機構は、
軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、
前記内歯車の内周側において軸心が前記車軸と一致するよう配置されかつ前記第２回転アクチュエータに回動駆動される第１太陽歯車と、
前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、
磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、
前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、
前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、
前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、
を備える、
請求項１に記載の車輪。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪と、
前記車輪本体が前記車軸回りに回動可能であるように前記車輪を支持する車体と、
を備える、車両。
前記車輪本体が前記車軸回りに回動可能であるように前記車輪を支持する車体と、
を備える、車両。
【請求項7】
地面に接地する前記車輪を地面から浮き上がらせ、前記車体を保持することが可能な昇降機構をさらに備える、
請求項６に記載の車両。
請求項６に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車輪及び車両に関する。
【背景技術】
【0002】
自律走行搬送ロボット（ＡＭＲ；Autonomous Mobile Robot）、無人搬送台車（ＡＧＶ；Auto Guided Vehicle）、搬送用カート、電動車いす、掃除ロボット、パートナーロボット等の自走車に搭載される駆動輪には、走行路に存在する段差、凹凸、傾斜部、階段等の障害物の乗り越え及び昇降を行う技術が求められている。特許文献１には、閉じ回転位置では転動周面を形成し、展開回転位置では転動周面外へ突出する、周方向所定間隔で設けられる複数の転動爪体を備える車輪の構造が開示されている。また、特許文献２には、走行輪の周方向に分割され走行輪の径方向外側に出退開閉可能に支持された複数の分割部を、選択的に突出展開して段差に係合させることで、段差を乗り越える車輪の構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－０３１７９６号公報
【特許文献2】特開２０１０－１５５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１の車輪は、車輪の外輪自体を変形させるため、外輪が完全な円にならず、走行時の安定性に問題がある。また、特許文献２の車輪は、車輪側にそれぞれの分割部に対する変形用のアクチュエータが配置されるため、駆動源から回転するアクチュエータへの伝達部の機構が複雑である。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変形の制御が容易であって、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えることができる車輪及び車両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】
【0006】
本発明の一態様に係る車輪は、支持部に対して車軸回りに回動可能な車輪本体と、前記車輪本体の外周より径方向内側に収容される収容位置と前記車輪本体の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で前記車輪本体に対して前記車軸に平行な爪回転軸回りに回動可能な爪部材と、前記車軸回りに回動可能かつ前記車輪本体に対する相対回動に伴って前記爪部材を前記爪回転軸回りに回動させる爪作動歯車と、前記爪作動歯車が前記車輪本体と同一の回転数で回動するように前記車輪本体の回転を前記爪作動歯車に伝達する歯車機構と、通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車へ伝達させ、非通電時には前記車輪本体の回転トルクを前記爪作動歯車に伝達させないように、前記歯車機構による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石と、を備える。
【0007】
車輪は、平地走行時には、爪部材を車輪本体の外周より径方向内側に収容することによって車輪本体の外周が全周に亘って転動周面を構成するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車輪は、段差走行時には、爪部材の一部を車輪本体の外周より径方向外側に突出することによって、爪部材が段差を捉えて走破することができる。車輪は、電磁石の通電及び非通電を切り替えるという単純な制御で、形状の維持と変形動作とを切り替えることができる。また、車輪は、電磁石への非通電時における車輪本体の回転方向によって、爪部材の突出及び収容を切り替えることができる。
【0008】
本発明の一態様に係る車輪において、前記爪作動歯車は、前記車輪本体に対して一方向に相対回転すると前記爪部材の一部を前記車輪本体の外周より径方向外側に突出させる突出方向に前記爪部材を回転させ、前記車輪本体に対して一方向とは反対の他方向に相対回転すると前記爪部材を前記車輪本体の外周より径方向内側に収容させる収容方向に前記爪部材を回転させ、前記車輪本体に対して相対回動しない場合、前記爪部材の突出した状態又は収容された状態を維持する。
【0009】
爪作動歯車は、電磁石に通電されず車輪本体の回転が伝達されない状態において、車軸回りのいずれかの方向に回転する。そして、爪部材は、爪作動歯車が車輪本体に対して車軸回りに相対的に回転すると、回転方向及び回転量に応じて、爪回転軸回りのいずれかの方向に所定量回転する。したがって、電磁石に通電しない状態における車輪本体の回転方向の制御によって、爪部材を突出方向に回転させる変形と、爪部材を収容方向に回転させる変形と、を行うことができる。また、爪作動歯車は、電磁石に通電されて車輪本体の回転が伝達される状態において、車軸回りに車輪本体の回転方向及び回転数と同じ回転方向及び回転数で回転する。したがって、電磁石への通電又は非通電の制御によって、爪部材の変形と、爪部材２０が収容された状態又は爪部材の一部が突出した状態の維持と、を行うことができる。また、爪部材の各維持することができるので、車輪の意図しない変形を抑制でき、安定的な平地走行及び段差走行が可能である。
【0010】
本発明の一態様に係る車輪において、歯車機構は、軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、軸心が前記車軸と一致しかつ前記内歯車の内周側において前記支持部に固定される第１太陽歯車と、前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、を備える。
【0011】
これにより、車輪は、車輪本体が回動すると、第１遊星歯車が、車輪本体の回転方向と同方向に公転しながら車輪本体の回転方向と同方向に自転する。電磁石に通電されると、磁性シャフトが磁化し、磁性シャフト及び磁性シャフトに支持される第１遊星歯車と第２遊星歯車との回動が同期される。これにより、第１遊星歯車の自転による回転トルクが、第２遊星歯車、第２遊星歯車及び第２太陽歯車を介して爪作動歯車に伝達される。一方、電磁石に通電されないと、磁性シャフトが磁化されず、磁性シャフト及び磁性シャフトに支持される第１遊星歯車と第２遊星歯車との回動が同期されない。これにより、第１遊星歯車の自転による回転トルクが、第２遊星歯車以降の歯車機構に伝達されない。車輪本体の回転トルクは、歯車機構によって伝達されるため、電磁石への通電時には力の損失を抑制し、爪作動歯車を車輪本体に対して相対回動させないように維持しつつ、電磁石への非通電時には回転トルクを伝達しないように切り替えることができる。
【0012】
本発明の一態様に係る車輪において、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車は、前記車軸回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、前記第３遊星歯車は、前記車軸回りに回転対称かつ等間隔に前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と同数設けられる。
【0013】
車輪は、周方向に均等になるので、走行時の安定性を向上させることができる。また、車輪は、爪部材の一部を車輪本体の外周より径方向外側に突出した状態で段差に到達した際に、爪部材が段差に引っ掛かるまでに空転する量を抑制することができる。
【0014】
本発明の一態様に係る車輪は、前記支持部に支持され前記車輪本体の回動を駆動させる第１回転アクチュエータと、出力軸が前記車軸に一致するよう前記支持部に支持される第２回転アクチュエータと、をさらに備え、歯車機構は、軸心が前記車軸と一致しかつ前記車輪本体と一体で回動する内歯車と、前記内歯車の内周側において軸心が前記車軸と一致するよう配置されかつ前記第２回転アクチュエータに回動駆動される第１太陽歯車と、前記内歯車の内周側と前記第１太陽歯車の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車と、磁性を有し、前記第１遊星歯車と同芯に配置されかつ前記第１遊星歯車と歯数が同数である第２遊星歯車と、前記第２遊星歯車と歯数が同数でかつ前記第２遊星歯車と噛み合う第３遊星歯車と、前記爪作動歯車に同芯で固定されて前記第３遊星歯車と噛み合いかつ歯数が前記内歯車と同数である第２太陽歯車と、前記第１遊星歯車を支持しかつ前記第２遊星歯車を軸心回りに回動可能に支持し、前記電磁石によって磁化可能であって、磁化すると前記第２遊星歯車と回転が同期する磁性シャフトと、前記車軸回りに回動可能かつ前記第３遊星歯車及び前記磁性シャフトを軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリアと、を備える。
【0015】
車輪は、車輪本体が停止している状態において、第１太陽歯車が回動すると、第１遊星歯車は、第１太陽歯車の回転方向と同方向に公転しながら、第１太陽歯車の回転方向と逆回転に自転する。さらに、電磁石に通電されると、磁性シャフトが磁化し、磁性シャフト及び磁性シャフトに支持される第１遊星歯車と第２遊星歯車との回動が同期される。これにより、第１遊星歯車の自転による回転トルクが、第２遊星歯車、第２遊星歯車及び第２太陽歯車を介して爪作動歯車に伝達される。すなわち、爪作動歯車が車輪本体に対して相対的に回動する。したがって、車輪本体を停止した状態においても、爪部材による車輪の変形と、爪部材が収容された状態又は爪部材の一部が突出した状態の維持と、を行うことができるので、状況に応じて、爪部材を変形させるための制御方法を選択することができる。
【0016】
本発明の一態様に係る車両は、前記車輪と、前記車輪本体が前記車軸回りに回動可能であるように前記車輪を支持する車体と、を備える。
【0017】
車両は、平地走行時には、車輪の爪部材を車輪本体の外周より径方向内側に収容することによって車輪本体の外周が全周に亘って転動周面を構成するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車両は、段差走行時には、車輪の爪部材の一部を車輪本体の外周より径方向外側に突出することによって、爪部材が段差を捉えて走破することができる。車両は、電磁石の通電及び非通電を切り替えるという単純な制御で、車輪の形状の維持と変形動作とを切り替えることができる。また、車両は、電磁石への非通電時における車輪本体の回転方向によって、爪部材の突出及び収容を切り替えることができる。
【0018】
本発明の一態様に係る車両は、地面に接地する前記車輪を地面から浮き上がらせ、前記車体を保持することが可能な昇降機構をさらに備える。
【0019】
車両は、車輪が地面に接地した状態で爪部材を突出又は収容させると、変形中、爪部材の地面との接地点を支点にして車体が前後方向及び上下方向に揺れる。車両は、昇降機構を備えることにより、車輪を地面から浮き上がらせた状態で、爪部材を突出及び収容することができる。車輪が地面から浮き上がった状態で、爪部材を突出及び収容することにより、爪部材が地面に接地して車体を揺らすことがないので、安定的に爪部材を変形させることができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、変形の制御が容易であって、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えることができる車輪及び車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【0023】
［実施形態］
まず、実施形態に係る車輪１の構成について、図１から図５までを参照して説明する。図１は、実施形態に係る車輪１を示す側面図である。図２は、図１に示す車輪１の車軸Ａｗを通る断面図である。図３は、図１に示す車輪１の爪歯車２３周りの構成を示す斜視図である。図４は、図１に示す車輪１の歯車機構４０を示す斜視図である。図５は、図１に示す車輪１の歯車機構４０を示す斜視図である。
まず、実施形態に係る車輪１の構成について、図１から図５までを参照して説明する。図１は、実施形態に係る車輪１を示す側面図である。図２は、図１に示す車輪１の車軸Ａｗを通る断面図である。図３は、図１に示す車輪１の爪歯車２３周りの構成を示す斜視図である。図４は、図１に示す車輪１の歯車機構４０を示す斜視図である。図５は、図１に示す車輪１の歯車機構４０を示す斜視図である。
【0024】
以下の説明において、車輪１が段差の走破が可能な方向への回転方向を正回転方向Ｒ１といい、正回転方向Ｒ１とは反対側の回転方向を逆回転方向Ｒ２という。車輪１が段差の走破が可能な方向へ回転する場合の進行方向は、図１において、左方向である。正回転方向Ｒ１は、図１において、反時計方向である。逆回転方向Ｒ２は、図１において、時計方向である。
【0025】
また、「正面」とは、車輪１が段差の走破が可能な方向へ回転する場合の進行方向側の面を示し、「外側面」とは、車輪１が自走車（例えば、後述の図６から図１９までに示す車両１００）に搭載される際に車体（車体１１０）の外側寄りの面を示し、「内側面」とは、車輪１が自走車に搭載される際に車体の内側寄りの面を示す。「外側」は、図１において紙面の手前方向であり、図２において紙面の左方向であり、図３から図５までにおいて紙面の右手前方向である。また、「内側」は、図１において紙面の奥方向であり、図２において紙面の右方向であり、図３から図５までにおいて紙面の左奥方向である。
【0026】
実施形態の車輪１は、自律走行搬送ロボット、無人搬送台車、搬送用カート、電動車いす、掃除ロボット、パートナーロボット等の自走車に搭載される駆動輪である。自走車は、例えば、左右対称に車輪１が配置される四輪車両が想定されるが、本発明ではこれに限定されない。車輪１は、車輪本体１０と、爪部材２０と、中心軸部材３０と、歯車機構４０と、電磁石７０と、本体駆動機構８０と、ブラケット９０（支持部）と、を備える。
【0027】
車輪本体１０は、後述のブラケット９０に支持される。車輪本体１０は、車輪１の車軸Ａｗ回りに回動可能に設けられる。車輪本体１０は、後述のブラケット９０の板状部９１より外側面側に設けられる。車輪本体１０は、筒状部１１と、第１円板状部１２と、外輪部１３と、第２円板状部１４と、カバー部１５と、規制部１６と、歯車収容部１７と、を含む。
【0028】
筒状部１１は、軸心が車軸Ａｗに一致する円筒体である。筒状部１１は、内側面側の端部が開口し、外側面側の端部が第１円板状部１２の内側面に連続して設けられる。筒状部１１は、内周面側に軸受Ｂ１が設けられる。軸受Ｂ１は、実施形態において、転がり軸受を含む。軸受Ｂ１は、外輪が筒状部１１の内周面側に固定される。軸受Ｂ１は、後述のブラケット９０の板状部９１から内側面側に延びて形成される筒状の本体支持部９２の外周面側に、内輪が固定される。これにより、車輪本体１０は、筒状部１１において、軸受Ｂ１を介して、ブラケット９０に対して車軸Ａｗ回りに回動可能に支持される。
【0029】
第１円板状部１２は、軸心が車軸Ａｗと一致し、中心に円形状の孔を有する、筒状部１１より大径の円板体である。第１円板状部１２は、筒状部１１の外側面側の端部が、内側面に連続して設けられる。第１円板状部１２の中心の孔は、歯車収容部１７の内周側に連通する。第１円板状部１２の内周縁、すなわち、中心の孔の内周面には、後述の軸受Ｂ４の外輪が固定される。第１円板状部１２の外周縁は、外輪部１３の内周側に接続する。第１円板状部１２は、車軸Ａｗ方向の厚みが、外輪部１３の車軸Ａｗ方向の長さより小さい。
【0030】
外輪部１３は、軸心が車軸Ａｗに一致する円筒体である。外輪部１３は、車軸Ａｗに対して、第１円板状部１２の径方向外側に設けられる。外輪部１３は、車輪本体１０の外周縁に沿って設けられる。すなわち、外輪部１３は、車輪本体１０において、最も径方向外側の部分を構成する。外輪部１３は、車軸Ａｗ方向の厚みが、第１円板状部１２の車軸Ａｗ方向の厚みよりも大きい。外輪部１３は、外周面が、全周に亘って車輪１の転動周面を構成する。外輪部１３は、外周面の周方向に沿って取り付けられる環状のタイヤ部を有していてもよい。タイヤ部は、例えば、ゴム等で形成され、走行時における接地面から受ける車輪本体１０への衝撃を吸収する。
【0031】
第２円板状部１４は、軸心が車軸Ａｗと一致し、第１円板状部１２より車輪１の外側面側に離隔した位置に設けられる円板体である。第１円板状部１２は、中心に円形状の孔を有する。第２円板状部１４の内周縁、すなわち、中心の孔の内周面には、後述の軸受Ｂ２の外輪が固定される。第２円板状部１４の外周縁は、外輪部１３の内周側に接続する。第２円板状部１４は、外輪部１３を介して、第１円板状部１２及び筒状部１１に固定される。
【0032】
カバー部１５は、最も車輪１の外側面側に位置する。カバー部１５は、実施形態において、軸心が車軸Ａｗと一致し、第２円板状部１４より車輪１の外側面側に離隔した位置に設けられる円板体である。カバー部１５の直径は、車輪本体１０の直径より小さい。カバー部１５は、例えば、第２円板状部１４に固定される。
【0033】
第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５には、車軸Ａｗに平行な爪回転軸Ａｃに沿って、後述の爪部材２０の爪支持軸部２１が挿通する軸孔が形成される。第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５にそれぞれ形成された軸孔は、不図示の軸受を介して爪支持軸部２１を爪回転軸Ａｃ回りに回動可能に支持する。
【0034】
爪回転軸Ａｃは、実施形態において、１つの車輪１に対して３つ設けられる。３つの爪回転軸Ａｃは、車軸Ａｗとの距離が全て等しい。また、３つの爪回転軸Ａｃは、車軸Ａｗ回りに回転対称かつ等間隔に設けられる。第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５には、それぞれの爪回転軸Ａｃに沿って軸孔が形成される。すなわち、爪支持軸部２１が挿通する軸孔は、実施形態において、第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５に、各々３つずつ設けられる。爪回転軸Ａｃは、実施形態では３つ設けられるが、１つ、２つ、又は４つ以上設けられてもよい。爪回転軸Ａｃは、後述の爪部材２０が設けられる数に対応して、１つの爪部材２０に対して１つずつ設けられる。
【0035】
規制部１６は、後述の爪部材２０の爪回転軸Ａｃ回りの一方向への回転範囲を規制するストッパ部材である。それぞれの規制部１６は、第２円板状部１４の外側面側に固定して設けられる。規制部１６は、爪部材２０に接触することによって、爪部材２０の一方向への回転範囲を規制する。なお、一方向は、後述する突出方向Ｒｐである。
【0036】
規制部１６は、実施形態において、１つの車輪１に対して３つ設けられる。３つの規制部１６は、車軸Ａｗ回りに回転対称かつ等間隔に設けられる。すなわち、３つの規制部１６は、対応する後述の爪部材２０を、同一の回転角度で規制する。なお、規制部１６は、第２円板状部１４と一体成形されてもよい。規制部１６は、実施形態では３つ設けられるが、後述の爪部材２０が設けられる数に対応して、１つの爪部材２０に対して１つずつ設けられる。
【0037】
歯車収容部１７は、後述のブラケット９０の本体支持部９２の内周側に設けられる筒体である。歯車収容部１７は、実施形態において、軸心が車軸Ａｗと一致し、筒状部１１及び本体支持部９２より小径の円筒体である。歯車収容部１７は、内側面側の端部が開口し、外側面側の端部が第１円板状部１２の内側面に連続して設けられる。歯車収容部１７の内周側には、後述の歯車機構４０が配置される。
【0038】
爪部材２０は、図１及び図３に示すように、実施形態において、１つの車輪１に対して３つ設けられる。それぞれの爪部材２０は、車輪本体１０に対して、対応する爪回転軸Ａｃ回りに回動可能に支持される。爪部材２０は、車輪本体１０の外周より径方向内側に収容される位置（図１の実線で描写された位置、以下の説明では「収容位置」と称する）と、一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出する位置（図１の二点鎖線で描写された位置、以下の説明では「突出位置」と称する）との間で、爪回転軸Ａｃ回りに回動可能である。
【0039】
爪部材２０は、突出方向Ｒｐに回転することにより、収容位置から突出位置に車輪本体１０に対して相対的に移動する。突出方向Ｒｐは、爪回転軸Ａｃ回りかつ逆回転方向Ｒ２と同方向の回転方向である。突出方向Ｒｐは、図１において、爪回転軸Ａｃを中心とした時計方向である。爪部材２０は、突出位置にある場合、車輪本体１０の外周より径方向外側に一部が突出する。
【0040】
爪部材２０は、収容方向Ｒｓに回転することにより、突出位置から収容位置に車輪本体１０に対して相対的に移動する。収容方向Ｒｓは、爪回転軸Ａｃ回りかつ正回転方向Ｒ１と同方向の回転方向である。収容方向Ｒｓは、図１において、爪回転軸Ａｃを中心とした反時計方向である。爪部材２０は、収容位置にある場合、車輪本体１０の外周より径方向内側に収容される。
【0041】
なお、実施形態では、部分的な突出も「突出」に含まれるものとする。より詳しくは、収容位置から突出位置へ向かう方向に爪部材２０が車輪本体１０に対して相対的に移動して、車輪本体１０の外周より径方向外側に少しでも突出した場合、突出位置まで完全に突出しなかったとしても爪部材２０が突出したものとする。また、実施形態では、部分的な収容も「収容」に含まれるものとする。より詳しくは、突出位置から収容位置へ向かう方向に爪部材２０が車輪本体１０に対して相対的に移動して、突出した部分が少しでも収容された場合、収容位置まで完全に収容しなかったとしても、爪部材２０が収容されたものとする。
【0042】
それぞれの爪部材２０は、爪支持軸部２１と、爪本体２２と、爪歯車２３と、を含む。爪支持軸部２１、爪本体２２及び爪歯車２３は、互いに固定される。爪支持軸部２１、爪本体２２及び爪歯車２３は、一体成形されてもよい。
【0043】
爪支持軸部２１は、爪回転軸Ａｃに沿って、形成される円柱状の軸部である。爪支持軸部２１は、第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５に各々形成された軸孔に挿通する。爪支持軸部２１は、不図示の軸受を介して、第１円板状部１２、第２円板状部１４及びカバー部１５の軸孔に対して、爪回転軸Ａｃ回りに回動可能であるように支持される。すなわち、爪支持軸部２１は、軸心である爪回転軸Ａｃ回りに回動可能であるように車輪本体１０に支持されているため、車輪本体１０と共に車軸Ａｗ回りに回動する。
【0044】
爪本体２２は、図２に示すように、車軸Ａｗ方向における第２円板状部１４とカバー部１５との間の空間に設けられる。図１及び図３に示すように、爪本体２２は、爪支持軸部２１に固定して設けられる。爪本体２２は、車軸Ａｗ方向視において、長手方向の一方の端部側から他方の端部側へ向かって、正回転方向Ｒ１に湾曲する略三日月形状を有する。爪本体２２は、略三日月形状の長手方向の一方の端部側が、爪支持軸部２１に固定される。
【0045】
爪本体２２は、爪支持軸部２１の爪回転軸Ａｃ回りの回動に伴って、車輪本体１０に対して爪回転軸Ａｃ回りに回動する。爪本体２２が爪回転軸Ａｃ回りに回動可能な範囲は、車軸Ａｗ方向視において、爪本体２２が車輪本体１０の外周より径方向内側に収容されている位置（図１の実線で描写された位置）と、爪本体２２の略三日月形状の長手方向の他方の端部側を含む一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出する位置（図１の二点鎖線で描写された位置）と、を含む。爪本体２２は、外周面に、凸状円弧壁部２２ａと、凹状円弧壁部２２ｂと、被規制壁部２２ｃと、先端部２２ｄと、を含む。
【0046】
凸状円弧壁部２２ａは、爪本体２２の外周面の一部であって、車軸Ａｗ方向視で凸状の円弧形状の面である。凸状円弧壁部２２ａにおいて、爪回転軸Ａｃに対する遠心側の端部は、爪本体２２の先端部２２ｄである。凸状円弧壁部２２ａは、爪本体２２が車輪本体１０の外周より径方向内側に収容されている状態（図１の実線で描写された状態）で、車軸Ａｗに対して径方向外側を向く。凸状円弧壁部２２ａは、爪本体２２の一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出している状態（図１の二点鎖線で描写された状態）で、爪本体２２の逆回転方向Ｒ２側を向く。
【0047】
実施形態の凸状円弧壁部２２ａは、爪本体２２が車輪本体１０の外周より径方向内側に収容されている状態で、車軸Ａｗ方向視において、車輪本体１０の外周より径方向内側にオフセットした位置にあるが、曲率半径及び曲率中心が車輪本体１０と同一であってもよい。この場合、凸状円弧壁部２２ａは、車輪１の転動周面の一部を構成する。
【0048】
凹状円弧壁部２２ｂは、爪部材２０の外周面の一部であって、車軸Ａｗ方向視で凹状の円弧形状の面である。凹状円弧壁部２２ｂにおいて、爪回転軸Ａｃに対する遠心側の端部は、爪本体２２の先端部２２ｄである。凹状円弧壁部２２ｂは、爪本体２２が車輪本体１０の外周より径方向内側に収容されている状態で、正回転方向Ｒ１側に隣接する爪部材２０の爪回転軸Ａｃ側を向く。凹状円弧壁部２２ｂは、爪本体２２の一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出している状態で、爪本体２２の正回転方向Ｒ１側を向く。
【0049】
被規制壁部２２ｃは、爪部材２０の外周面の一部であって、凸状円弧壁部２２ａの先端部２２ｄとは反対側の爪回転軸Ａｃ側に位置する面である。被規制壁部２２ｃは、爪本体２２の一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出している状態で、爪本体２２の逆回転方向Ｒ２側を向き、車輪本体１０の規制部１６と対向する。被規制壁部２２ｃは、爪部材２０の爪回転軸Ａｃ回りの一方向への回転範囲を規制するストッパとしての機能を有する。被規制壁部２２ｃは、規制部１６に接触することによって、爪部材２０の一方向への回転範囲を規制する。一方向は、後述の突出方向Ｒｐである。
【0050】
先端部２２ｄは、爪本体２２の略三日月形状の長手方向において、爪回転軸Ａｃ側と反対側の端部側に位置する面である。先端部２２ｄは、爪本体２２の一部が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出している状態で、段差の上面に引っ掛ける部分である。先端部２２ｄは、丸みを帯びた形状であることが好ましい。
【0051】
爪歯車２３は、図２に示すように、車軸Ａｗ方向における第１円板状部１２と第２円板状部１４との間の空間に設けられる。図３に示すように、爪歯車２３は、軸心に沿って軸孔が形成され、外周面に歯が形成される中空の外歯車である。爪歯車２３は、軸心が爪回転軸Ａｃに一致するように、軸孔の内周面が爪支持軸部２１の外周面に固定して設けられる。爪歯車２３は、後述の中心軸部材３０の爪作動歯車３１と噛み合って、爪作動歯車３１の回転方向と逆方向に回転する。爪部材２０は、後述の中心軸部材３０の爪作動歯車３１が車輪本体１０に対して相対的に回動し、爪作動歯車３１に噛み合う爪歯車２３が車輪本体１０に対して爪歯車２３とは逆方向に相対的に回動することによって、爪歯車２３と一体的に爪回転軸Ａｃ回りに回動する。
【0052】
中心軸部材３０は、軸心が車軸Ａｗに一致する円柱状の軸部材である。中心軸部材３０は、車輪本体１０の第１円板状部１２及び第２円板状部１４の各々の中心に形成された孔に挿通する。中心軸部材３０は、車軸Ａｗ方向の一部分に爪作動歯車３１を含む。
【0053】
爪作動歯車３１は、軸心が車軸Ａｗに一致し、外周面に歯が形成される外歯車である。爪作動歯車３１は、車軸Ａｗ方向における第１円板状部１２と第２円板状部１４との間の空間に設けられる。爪作動歯車３１は、中心軸部材３０と一体成形されてもよいし、軸心に沿って軸孔を有する中空に設けられて、軸孔が中心軸部材３０の外周面に固定されてもよい。爪作動歯車３１は、爪部材２０の爪歯車２３と噛み合う。
【0054】
中心軸部材３０は、外側面側の端部が、軸受Ｂ２を介して、第２円板状部１４の孔の内周面に支持される。軸受Ｂ２は、実施形態において、転がり軸受を含む。軸受Ｂ２は、外輪が第２円板状部１４の孔の内周面側に固定される。軸受Ｂ２は、中心軸部材３０の外周面側に、内輪が固定される。中心軸部材３０は、内側面側の端部が、軸受Ｂ３を介して、第１円板状部１２の孔の内周面に支持される。軸受Ｂ３は、実施形態において、転がり軸受を含む。軸受Ｂ３は、外輪が第１円板状部１２の孔の内周面側に固定される。軸受Ｂ３は、中心軸部材３０の外周面側に、内輪が固定される。これにより、中心軸部材３０は、軸受Ｂ２及び軸受Ｂ３を介して、車輪本体１０に対して車軸Ａｗ回りに回動可能に支持される。
【0055】
中心軸部材３０は、後述の歯車機構４０の第２太陽歯車５３と同芯かつ車軸Ａｗ回りに相対回動しないように、内側面側の端部に第２太陽歯車５３が固定される。なお、中心軸部材３０の車軸Ａｗ方向における爪作動歯車３１と内側面側の端部との間に軸受Ｂ３の内輪が装着可能であれば、中心軸部材３０と第２太陽歯車５３とが一体成形されてもよい。爪作動歯車３１を含む中心軸部材３０は、第２太陽歯車５３と一体で車軸Ａｗ回りに回動する。
【0056】
図２、図４及び図５に示す歯車機構４０は、車輪本体１０の第１円板状部１２より内側面側において、歯車収容部１７の内部に配置される。歯車機構４０は、爪作動歯車３１が車輪本体１０と同一の回転数で回動するように車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達する。歯車機構４０は、具体的には、内歯車４１と、第１太陽歯車４２と、第１遊星歯車４３と、第２遊星歯車５１と、第３遊星歯車５２と、第２太陽歯車５３と、磁性シャフト６１を有する遊星キャリア６０と、を備える。
【0057】
内歯車４１は、軸心が車軸Ａｗと一致するように、車輪本体１０に固定して設けられる。内歯車４１は、車輪本体１０と共に車軸Ａｗ回りに回動する。内歯車４１は、実施形態において、歯車収容部１７の内側面側の端部の開口の内周面に外周面が固定される環形状であるが、歯車収容部１７の開口の内周面に直接歯が形成されることで歯車収容部１７と一体成形されてもよい。内歯車４１は、第１遊星歯車４３と噛み合う。
【0058】
第１太陽歯車４２は、内歯車４１の内周側に、内歯車４１と同芯になるように配置される。すなわち、第１太陽歯車４２は、軸心が車軸Ａｗと一致する。第１太陽歯車４２は、後述のブラケット９０の被固定部９３に固定して支持される。
【0059】
第１遊星歯車４３は、内歯車４１と第１太陽歯車４２との間の環状の空間に配置される。第１遊星歯車４３は、複数設けられてもよく、実施形態では３つ、車軸Ａｗ回りに回転対称かつ等間隔に設けられる。第１遊星歯車４３は、磁性シャフト６１と同芯になるように支持される。
【0060】
第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と同芯であるように、第１遊星歯車４３の外側面側に隣接して配置される。第１遊星歯車４３が複数設けられる場合、第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３に対応して第１遊星歯車４３と同数設けられる。第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と歯数が同数である。第２遊星歯車５１は、軸心が一致するように磁性シャフト６１に支持される。
【0061】
第２遊星歯車５１は、磁性を有する磁性体である。第２遊星歯車５１は、磁性シャフト６１が後述の電磁石７０によって磁化すると、磁性シャフト６１と引き合って磁性シャフト６１の遊星自転軸Ａｐ回りの回動に同期する。すなわち、磁性シャフト６１が磁化している状態において、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１とは、遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期される。第２遊星歯車５１は、磁性シャフト６１が磁化していない状態において、磁性シャフト６１に対して遊星自転軸Ａｐ回りに回動可能である。すなわち、磁性シャフト６１が磁化していない状態において、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１とは、遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期されない。
【0062】
第３遊星歯車５２は、第２遊星歯車５１の周方向に隣接して配置される。第３遊星歯車５２は、第２遊星歯車５１と噛み合う歯を有し、第２遊星歯車５１の回転方向を逆方向にして第２太陽歯車５３に伝達する。第１遊星歯車４３が複数設けられる場合、第３遊星歯車５２は、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１に対応して第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１と同数設けられる。第３遊星歯車５２は、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１と歯数が同数である。遊星自転軸Ａｐに平行な軸心回りに回動可能であるように、遊星キャリア６０の不図示の遊星シャフトに支持される。
【0063】
第２太陽歯車５３は、軸心が車軸Ａｗに一致するように、中心軸部材３０の内側面側の端部に固定して設けられる。第２太陽歯車５３は、第３遊星歯車５２と噛み合う歯を有する。第２太陽歯車５３は、内歯車４１と歯数が同一である。
【0064】
遊星キャリア６０は、軸心が車軸Ａｗに一致する円環状の本体を含む。遊星キャリア６０の本体は、内周面側に軸受Ｂ３が設けられ、外周面側に軸受Ｂ４が設けられる。軸受Ｂ３は、外輪が遊星キャリア６０の本体の内周面側に固定される。軸受Ｂ３は、内輪が中心軸部材３０の外周面側に固定される。軸受Ｂ４は、実施形態において、転がり軸受を含む。軸受Ｂ４は、外輪が車輪本体１０の第１円板状部１２の内周面側に固定される。軸受Ｂ４は、内輪が遊星キャリア６０の本体の外周面側に固定される。これにより、遊星キャリア６０は、軸受Ｂ４と、軸受Ｂ３、中心軸部材３０及び軸受Ｂ２とを介して、車輪本体１０に対して車軸Ａｗ回りに回動可能に支持される。遊星キャリア６０は、第１遊星歯車４３（又は第２遊星歯車５１）と同数の磁性シャフト６１と、第３遊星歯車５２と同数の不図示の遊星シャフトと、を有する。
【0065】
磁性シャフト６１は、車軸Ａｗ回りに回動可能な遊星キャリア６０に対して、車軸Ａｗと平行な遊星自転軸Ａｐ回りに回動可能に支持される。磁性シャフト６１は、第１遊星歯車４３を同芯で支持する。磁性シャフト６１は、第１遊星歯車４３と一体成形されてもよい。これにより、第１遊星歯車４３は、内歯車４１の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、車軸Ａｗ回りに公転可能、かつ遊星自転軸Ａｐ回りに自転可能である。
【0066】
磁性シャフト６１は、第２遊星歯車５１を遊星自転軸Ａｐ回りに回動可能に支持する。第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と同一の磁性シャフト６１を有するので、内歯車４１の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、第１遊星歯車４３と共に車軸Ａｗ回りに公転する。
【0067】
磁性シャフト６１は、後述の電磁石７０が通電することによって磁化する。磁性シャフト６１は、磁化することにより、第２遊星歯車５１と引き合って、第２遊星歯車５１を遊星自転軸Ａｐ回りの回動に同期させる。これにより、第１遊星歯車４３、第２遊星歯車５１及び磁性シャフト６１は、車輪本体１０及び内歯車４１の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、第１遊星歯車４３と共に遊星自転軸Ａｐ回りに内歯車４１の回転と同方向に自転しながら、車軸Ａｗ回りに公転する。
【0068】
不図示の遊星シャフトは、第３遊星歯車５２を同芯で支持する。遊星キャリア６０に対して第３遊星歯車５２が軸心回りで回動可能であれば、遊星シャフトが第３遊星歯車５２に固定されると共に遊星キャリア６０の本体に対して軸心回りに回動可能でもよいし、遊星シャフトが遊星キャリア６０の本体に固定されると共に第３遊星歯車５２を軸心回りに回動可能に支持してもよい。遊星シャフトは、車輪本体１０及び内歯車４１の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、磁性シャフト６１と共に車軸Ａｗ回りに公転する。
【0069】
電磁石７０は、実施形態において、後述のブラケット９０の被固定部９３の内周面側に固定される円環状である。電磁石７０は、円環状に磁性材料で形成されたコア材と、コア材に巻回されたコイルと、を含み、コイルに通電されることにより、遊星キャリア６０の磁性シャフト６１を磁化させる。これにより、磁性シャフト６１が第２遊星歯車５１と遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期されるため、磁性シャフト６１を介して、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期される。
【0070】
電磁石７０は、歯車機構４０による車輪本体１０から爪作動歯車３１への回転の伝達経路を切り替え可能である。電磁石７０に通電され磁性シャフト６１が磁化している状態では、車輪本体１０の車軸Ａｗの回りの回動が、内歯車４１を介して、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１の遊星自転軸Ａｐ回りの自転と、第１遊星歯車４３、第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２の車軸Ａｗ回りの公転と、に伝達される。そして、第２遊星歯車５１の遊星自転軸Ａｐ回りの自転が、第３遊星歯車５２の自転を介して、第２太陽歯車５３に伝達され、すなわち、第２太陽歯車５３が固定される中心軸部材３０の爪作動歯車３１に伝達される。
【0071】
電磁石７０に通電されず磁性シャフト６１が磁化していない状態では、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との間で自転が同期されない。この場合、第１遊星歯車４３の公転のみが、第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２に伝達される。第３遊星歯車５２は、第２太陽歯車５３を車輪本体１０に対して相対的に回転させず、第２太陽歯車５３の外周を転動する。
【0072】
前述のとおり、第１遊星歯車４３、第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、歯数が同一であり、内歯車４１と第２太陽歯車５３は、歯数が同一である。すなわち、内歯車４１から第２太陽歯車５３への減速比は１となるため、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期されている状態において、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１は、車輪本体１０と同一の回転数で回動する。
【0073】
したがって、爪作動歯車３１は、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期されている状態では、車輪本体１０に対して相対的に回動しないので、爪部材２０を爪歯車２３において車輪本体１０に対して爪回転軸Ａｃ回りに回動させない。また、爪作動歯車３１は、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との遊星自転軸Ａｐ回りの回動が同期されていない状態では、車輪本体１０に対して相対的に回動するので、爪部材２０を爪歯車２３において車輪本体１０に対して爪回転軸Ａｃ回りに回動させる。
【0074】
本体駆動機構８０は、後述のブラケット９０に対して車輪本体１０を車軸Ａｗ回りに回動させる。本体駆動機構８０は、アクチュエータ８１と、歯車列を含む減速機８２と、を含む。減速機８２は、実施形態において、小歯車８３と、大歯車８４と、を含む。
【0075】
アクチュエータ８１は、車輪本体１０の回転駆動源である。アクチュエータ８１は、例えば、インナーロータ式のモータである。アクチュエータ８１は、例えば、ステータと、電力が供給されることによってステータに対して回転するロータと、ロータと共に回転する出力軸８１ａと、を含む。ステータを含むアクチュエータ８１の筐体は、後述のブラケット９０に固定して設けられる。アクチュエータ８１の筐体は、実施形態において、後述のブラケット９０の板状部９１において、内側面側に取り付けられる。
【0076】
アクチュエータ８１は、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた電源（不図示）から電力が供給される。アクチュエータ８１は、電力が供給されることによって、出力軸８１ａが回転する。出力軸８１ａから出力された回転トルクは、減速機８２を介して減速されると共にトルクが増加されて車輪本体１０に伝達される。アクチュエータ８１の出力軸８１ａの回転方向及び回転速度は、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた制御部によって制御される。
【0077】
小歯車８３は、軸心がアクチュエータ８１の出力軸８１ａと一致するように、出力軸８１ａに固定して設けられる。小歯車８３は、大歯車８４と噛み合う歯を有する外歯車を含む。小歯車８３の歯数は、大歯車８４の歯数より少ない。小歯車８３は、アクチュエータ８１の出力軸８１ａから出力された回転トルクを、大歯車８４に伝達する。
【0078】
大歯車８４は、軸心が車軸Ａｗに一致し、小歯車８３と噛み合う歯を有する外歯車である。大歯車８４は、実施形態において、車輪本体１０の第１円板状部１２の内側面側に固定して設けられる。車輪本体１０には、アクチュエータ８１の出力軸８１ａから出力された回転トルクが、減速機８２の小歯車８３及び大歯車８４によって減速されると共にトルクが増加されて伝達される。
【0079】
ブラケット９０は、車輪本体１０、歯車機構４０の第１太陽歯車４２、電磁石７０、及び本体駆動機構８０を支持する。ブラケット９０は、実施形態において、板状部９１と、本体支持部９２と、被固定部９３と、を有する。
【0080】
板状部９１は、車軸Ａｗ方向に厚みを有し、車輪１を搭載する自走車の車体に取り付けられる部分である。板状部９１には、出力軸挿通孔９１ａが形成される。出力軸挿通孔９１ａは、アクチュエータ８１の取り付け位置に設けられる。出力軸挿通孔９１ａには、アクチュエータ８１の出力軸８１ａが挿通する。
【0081】
本体支持部９２は、軸心が車軸Ａｗと一致する円筒体である。本体支持部９２は、内側面側の端部が板状部９１の外側面に連続して設けられ、外側面側の端部が開口する。本体支持部９２の内周面側には、車輪本体１０の歯車収容部１７が挿通される。本体支持部９２は、外周面側に軸受Ｂ１が設けられる。本体支持部９２は、軸受Ｂ１を介して、車輪本体１０の筒状部１１を車軸Ａｗ回りに回動可能であるように支持する。
【0082】
被固定部９３は、軸心が車軸Ａｗと一致する円筒体である。被固定部９３は、外側面側の端部が板状部９１の内側面に連続して設けられ、板状部９１の外側面側に開口する。被固定部９３は、内側面側の端部が閉塞する。被固定部９３は、内周面側に、第１太陽歯車４２の一部及び電磁石７０が配置される。被固定部９３は、閉塞する内側面側で、第１太陽歯車４２を固定して支持する。被固定部９３は、内周面で電磁石７０の外周面を固定して支持する。
【0083】
ブラケット９０は、例えば、車輪１が搭載される自走車（例えば、後述の図６から図１９までに示す車両１００）の車体（車体１１０）に固定される。ブラケット９０が車体に固定されることによって、車体に対して、車輪１の車軸Ａｗが固定される。なお、ブラケット９０は、車体１１０と一体で設けられてもよい。
【0084】
次に、車輪１における爪部材２０の収容位置（図１の実線で描写される位置）と突出位置（図１の二点鎖線で描写される位置）との間の変形動作について説明する。車輪１は、本体駆動機構８０のアクチュエータ８１に電力が供給され、アクチュエータ８１の出力軸８１ａから減速機８２を介して回転トルクが伝達されることによって、車軸Ａｗ回りに回動する。車輪１の回転方向及び回転速度は、アクチュエータ８１の出力軸８１ａの回転方向及び回転速度、及び減速機８２の減速比によって決まる。
【0085】
車輪１は、車輪本体１０が逆回転方向Ｒ２に回転すると、歯車機構４０の内歯車４１が車輪本体１０と共に逆回転方向Ｒ２に回転する。この際、第１太陽歯車４２はブラケット９０の被固定部９３に固定されているので、第１遊星歯車４３は、内歯車４１の逆回転方向Ｒ２への回転により、逆回転方向Ｒ２に公転しながら、第１太陽歯車４２の外周を転動するように自転する。
【0086】
車輪１は、電磁石７０に電力が供給されず、磁性シャフト６１が磁化しないと、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期されない。第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、遊星キャリア６０を介して、第１遊星歯車４３の公転に伴って車軸Ａｗ回りに逆回転方向Ｒ２に公転する。この際、第３遊星歯車５２は、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１側から回転トルクが伝達されないため、第２太陽歯車５３の外周を、歯に沿って転動する。
【0087】
同様に、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１は、第３遊星歯車５２側から回転トルクが伝達されないため回転せず、逆回転方向Ｒ２に回転する車輪本体１０に対して、相対的に正回転方向Ｒ１に回転する。すると、爪歯車２３は、車輪本体１０に対して逆回転方向Ｒ２と同方向である突出方向Ｒｐに回転する。すなわち、車輪１は、電磁石７０が通電されない状態で車輪本体１０が正回転方向Ｒ１に回転するよう制御されると、爪部材２０が突出方向Ｒｐに回転する。
【0088】
車輪１は、車輪本体１０が正回転方向Ｒ１に回転すると、歯車機構４０の内歯車４１が車輪本体１０と共に正回転方向Ｒ１に回転する。この際、第１太陽歯車４２はブラケット９０の被固定部９３に固定されているので、第１遊星歯車４３は、内歯車４１の正回転方向Ｒ１への回転により、正回転方向Ｒ１に公転しながら、第１太陽歯車４２の外周を転動するように自転する。
【0089】
車輪１は、電磁石７０に電力が供給されず、磁性シャフト６１が磁化しないと、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期されない。第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、遊星キャリア６０を介して、第１遊星歯車４３の公転に伴って車軸Ａｗ回りに正回転方向Ｒ１に公転する。この際、第３遊星歯車５２は、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１側から回転トルクが伝達されないため、第２太陽歯車５３の外周を、歯に沿って転動する。
【0090】
同様に、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１は、第３遊星歯車５２側から回転トルクが伝達されないため回転せず、正回転方向Ｒ１に回転する車輪本体１０に対して、相対的に逆回転方向Ｒ２に回転する。すると、爪歯車２３は、車輪本体１０に対して正回転方向Ｒ１と同方向である収容方向Ｒｓに回転する。すなわち、車輪１は、電磁石７０が通電されない状態で車輪本体１０が正回転方向Ｒ１に回転するよう制御されると、爪部材２０が収容方向Ｒｓに回転する。
【0091】
車輪１は、電磁石７０に電力が供給され、磁性シャフト６１が磁化すると、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期される。第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、遊星キャリア６０を介して、第１遊星歯車４３の公転に伴って車軸Ａｗ回りに車輪本体１０と同方向に公転する。これと共に、第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と同方向に遊星自転軸Ａｐ回りに自転する。
【0092】
第２遊星歯車５１の自転は、第３遊星歯車５２を介して第２太陽歯車５３の車軸Ａｗ回りの同方向の回転に伝達される。ここで、内歯車４１から第２太陽歯車５３への減速比は１となるため、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１は、車輪本体１０と同一の回転数で回動する。車輪本体１０と共に車軸Ａｗ回りに回動する爪回転軸Ａｃの爪作動歯車３１に対する相対的な位置が変化しないので、爪歯車２３は、車輪本体１０に対して爪回転軸Ａｃ回りに回動しない。すなわち、車輪１は、電磁石７０に通電している状態で車輪本体１０が正回転方向Ｒ１又は逆回転方向Ｒ２に回転するよう制御されると、爪部材２０が車輪本体１０と共に車軸Ａｗ回りに回動し、車輪本体１０に対する相対的な位置を維持する。
【0093】
車輪１は、爪部材２０が収容位置を維持している状態において、円形を保ち、通常の車輪と同様な走行が可能である。すなわち、平地走行時においては、爪部材２０が収容位置にある状態において、アクチュエータ８１を駆動させ、電磁石７０に通電させるように制御することにより、爪部材２０の収容位置を維持させる。
【0094】
車輪１は、爪部材２０が突出位置を維持し正回転方向Ｒ１に回転している状態において、爪部材２０の爪本体２２の先端部２２ｄ及び凹状円弧壁部２２ｂを段差に引っ掛けることにより、段差の走破が可能である。すなわち、段差走行時においては、爪部材２０が突出位置にある状態において、アクチュエータ８１を駆動させ、電磁石７０に通電させるように制御することにより、爪部材２０の突出位置を維持させる。
【0095】
以上説明したように、実施形態の車輪１は、ブラケット９０（支持部）に対して車軸Ａｗ回りに回動可能な車輪本体１０と、車輪本体１０の外周より径方向内側に収容される収容位置と車輪本体１０の外周より径方向外側に一部が突出する突出位置との間で車輪本体１０に対して車軸Ａｗに平行な爪回転軸Ａｃ回りに回動可能な爪部材２０と、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ車輪本体１０に対する相対回動に伴って爪部材２０を爪回転軸Ａｃ回りに回動させる爪作動歯車３１と、爪作動歯車３１が車輪本体１０と同一の回転数で回動するように車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達する歯車機構４０と、通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１へ伝達させ、非通電時には車輪本体１０の回転トルクを爪作動歯車３１に伝達させないように、歯車機構４０による回転伝達経路を切り替え可能な電磁石７０と、を備える。
【0096】
車輪１は、平地走行時には、爪部材２０を車輪本体１０の外周より径方向内側に収容することによって車輪本体１０の外周が全周に亘って転動周面を構成するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車輪１は、段差走行時には、爪部材２０の一部を車輪本体１０の外周より径方向外側に突出することによって、爪部材２０が段差を捉えて走破することができる。車輪１は、電磁石７０の通電及び非通電を切り替えるという単純な制御で、形状の維持と変形動作とを切り替えることができる。また、車輪１は、電磁石７０への非通電時における車輪本体１０の回転方向によって、爪部材２０の突出及び収容を切り替えることができる。
【0097】
また、実施形態の車輪１において、爪作動歯車３１は、車輪本体１０に対して一方向（実施形態では正回転方向Ｒ１）に相対回転すると爪部材２０の一部を車輪本体１０の外周より径方向外側に突出させる突出方向Ｒｐに爪部材２０を回転させ、車輪本体１０に対して一方向とは反対の他方向（実施形態では逆回転方向Ｒ２）に相対回転すると爪部材２０を車輪本体１０の外周より径方向内側に収容させる収容方向Ｒｓに爪部材２０を回転させ、車輪本体１０に対して相対回動しない場合、爪部材２０の突出した状態又は収容された状態を維持する。
【0098】
爪作動歯車３１は、電磁石７０に通電されず車輪本体１０の回転が伝達されない状態において、車軸Ａｗ回りのいずれかの方向に回転する。そして、爪部材２０は、爪作動歯車３１が車輪本体１０に対して車軸Ａｗ回りに相対的に回転すると、回転方向及び回転量に応じて、爪回転軸Ａｃ回りのいずれかの方向に所定量回転する。したがって、電磁石７０に通電しない状態における車輪本体１０の回転方向の制御によって、爪部材２０を突出方向Ｒｐに回転させる変形と、爪部材２０を収容方向Ｒｓに回転させる変形と、を行うことができる。また、爪作動歯車３１は、電磁石７０に通電されて車輪本体１０の回転が伝達される状態において、車軸Ａｗ回りに車輪本体１０の回転方向及び回転数と同じ回転方向及び回転数で回転する。したがって、電磁石７０への通電又は非通電の制御によって、爪部材２０の変形と、爪部材２０が収容された状態又は爪部材２０の一部が突出した状態の維持と、を行うことができる。また、爪部材２０の各維持することができるので、車輪１の意図しない変形を抑制でき、安定的な平地走行及び段差走行が可能である。
【0099】
また、実施形態の車輪１において、歯車機構４０は、軸心が車軸Ａｗと一致しかつ車輪本体１０と一体で回動する内歯車４１と、軸心が車軸Ａｗと一致しかつ内歯車４１の内周側においてブラケット９０（支持部）に固定される第１太陽歯車４２と、内歯車４１の内周側と第１太陽歯車４２の外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車４３と、磁性を有し、第１遊星歯車４３と同芯に配置されかつ第１遊星歯車４３と歯数が同数である第２遊星歯車５１と、第２遊星歯車５１と歯数が同数でかつ第２遊星歯車５１と噛み合う第３遊星歯車５２と、爪作動歯車３１に同芯で固定されて第３遊星歯車５２と噛み合いかつ歯数が内歯車４１と同数である第２太陽歯車５３と、第１遊星歯車４３を支持しかつ第２遊星歯車５１を軸心回りに回動可能に支持し、電磁石７０によって磁化可能であって、磁化すると第２遊星歯車５１と回転が同期する磁性シャフト６１と、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ第３遊星歯車５２及び磁性シャフト６１を軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリア６０と、を備える。
【0100】
車輪１は、車輪本体１０が回動すると、第１遊星歯車４３が、車輪本体１０の回転方向と同方向に公転しながら車輪本体１０の回転方向と同方向に自転する。電磁石７０に通電されると、磁性シャフト６１が磁化し、磁性シャフト６１及び磁性シャフト６１に支持される第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期される。これにより、第１遊星歯車４３の自転による回転トルクが、第２遊星歯車５１、第３遊星歯車５２及び第２太陽歯車５３を介して爪作動歯車３１に伝達される。一方、電磁石７０に通電されないと、磁性シャフト６１が磁化されず、磁性シャフト６１及び磁性シャフト６１に支持される第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期されない。これにより、第１遊星歯車４３の自転による回転トルクが、第２遊星歯車５１以降の歯車機構４０に伝達されない。車輪本体１０の回転トルクは、歯車機構４０によって伝達されるため、電磁石７０への通電時には力の損失を抑制し、爪作動歯車３１を車輪本体１０に対して相対回動させないように維持しつつ、電磁石７０への非通電時には回転トルクを伝達しないように切り替えることができる。
【0101】
また、実施形態の車輪１において、第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１は、車軸Ａｗ回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、第３遊星歯車５２は、車軸Ａｗ回りに回転対称かつ等間隔に第１遊星歯車４３及び第２遊星歯車５１と同数設けられる。
【0102】
これにより、車輪１は、周方向に均等になるので、走行時の安定性を向上させることができる。また、車輪１は、爪部材２０の一部を車輪本体１０の外周より径方向外側に突出した状態で段差に到達した際に、爪部材２０が段差に引っ掛かるまでに空転する量を抑制することができる。
【0103】
［適用形態］
次に、車輪１の適用例としての車両１００の構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、実施形態に係る車輪１を搭載する適用例としての車両１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図７は、図６に示す車両１００において車輪１の変形時の一状態を示す側面図である。図６及び図７において、車輪１が段差の走破が可能な方向へ回転する場合の車両１００の進行方向が、車両１００の前方である。すなわち、車両１００の前方は、図６及び図７において紙面の左方である。また、図６及び図７は、車両１００を左方から視た側面図である。
次に、車輪１の適用例としての車両１００の構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、実施形態に係る車輪１を搭載する適用例としての車両１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図７は、図６に示す車両１００において車輪１の変形時の一状態を示す側面図である。図６及び図７において、車輪１が段差の走破が可能な方向へ回転する場合の車両１００の進行方向が、車両１００の前方である。すなわち、車両１００の前方は、図６及び図７において紙面の左方である。また、図６及び図７は、車両１００を左方から視た側面図である。
【0104】
適用形態の車両１００は、車両１００の車体１１０と、４つの車輪１（右側に配置される車輪１は不図示）と、車体１１０及び４つの車輪１を地面から浮かせるための昇降機構１２０と、を備える台車である。車体１１０には、例えば、電磁石７０及びアクチュエータ８１（図２参照）に供給する電力の電源、電磁石７０への通電とアクチュエータ８１の回転方向及び回転速度とを制御する制御部、進行方向の段差を検出する検出装置等が搭載される。検出装置は、例えば、段差までの距離を検出する赤外線センサ等のセンサを含んでもよい。検出装置は、例えば、段差を撮像する撮像部を含み、撮像画像に基づいて段差を検出してもよい。
【0105】
４つの車輪１は、ブラケット９０を介して車体１１０に固定される。４つの車輪１は、車体１１０の左右前後に配置される。これにより、車輪１の車軸Ａｗが車体１１０に固定される。車輪１は、適用形態において、ブラケット９０の板状部９１が、車体１１０の側面に取り付けられる。車両１００は、適用形態において、４つの車輪１が左右前後に配置されるが、車輪１を自走車に適用する場合、３つ以上の車輪１を備えればよい。車両１００の左右方向への旋回は、操舵にステアリング装置を用いるのではなく、右側の車輪１と左側の車輪１との回転速度差を用いる。
【0106】
昇降機構１２０は、鉛直方向に伸縮可能な支持部を有する。支持部は、伸長した際に、爪部材２０が突出状態にある場合の車軸Ａｗ回りの軌道の最下端より下方に底面が位置する。支持部は、収縮した際に、爪部材２０が収容状態にある場合の車輪本体１０の下端より上方に底面が位置する。支持部は、伸長して地面に接地した際、４つの車輪１を地面から浮き上がらせた状態で車体１１０を保持可能である。
【0107】
次に、車両１００の動作について、図８から図１９までを参照して説明する。図８から図１９までは、図６に示す車両１００による段差乗り越え動作を説明するための説明図である。車両１００は、車輪１が正回転方向Ｒ１に回転する方向に移動しているものとし、進行方向に段差があるものとする。また、１段の段差は、車輪１の半径より高く車輪１の直径より低いものを想定する。
【0108】
図８のステップＳ１において、車両１００は、段差に到達せず、平地走行中である。この場合、車輪１は、爪部材２０が収容位置にある状態において、車輪本体１０と爪作動歯車３１とが相対的に回転しないよう、アクチュエータ８１（図２参照）を駆動させ、電磁石７０に通電させるように制御する。これにより、爪部材２０が収容位置を維持する、すなわち、車輪１が円形を維持するので、車輪本体１０の外輪部１３（図１参照）の外周面が全周に亘って転動周面を構成する。
【0109】
図９のステップＳ２において、車両１００は、段差に接近したことにより、車輪１の変形を開始する。車両１００は、まず、昇降機構１２０を制御して、支持部を伸長させる。これにより、支持部は、底面が地面に接地すると共に、車体１１０及び車輪１を地面から浮き上がらせる。なお、車輪１の変形を開始するために昇降機構１２０を作動させる前に、車両１００は、予め停止するか減速することが好ましい。
【0110】
図１０のステップＳ３において、車両１００は、爪部材２０を突出位置まで変形させる。より詳しくは、車輪１は、爪作動歯車３１を車輪本体１０に対して正回転方向Ｒ１に相対回転させることによって、爪歯車２３を介して爪部材２０を突出方向Ｒｐに回転させる。具体的には、車輪１は、車輪本体１０を逆回転方向Ｒ２に回転させるよう、アクチュエータ８１の駆動を制御すると共に、電磁石７０への通電を停止するよう制御する。
【0111】
電磁石７０への通電が停止されると、磁性シャフト６１の磁化が解除され、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との同期が解除される。すると、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１に対して車輪本体１０からの回転トルクが伝達されないため、爪作動歯車３１は、静止する。この際、爪作動歯車３１は、車輪本体１０に対して相対的に正回転方向Ｒ１に回転して、爪歯車２３を介して爪部材２０を突出方向Ｒｐに回転させる。これにより、車輪１は、爪部材２０の一部（爪本体２２の先端部２２ｄ）が車輪本体１０の外周より径方向外側に突出することによって変形する。
【0112】
車輪１は、爪部材２０が突出位置まで達すると、アクチュエータ８１の駆動を解除するように制御して、爪部材２０を収容位置から突出位置まで回転させる変形動作を終了する。車輪１は、車輪本体１０が正回転方向Ｒ１の回転を継続するよう、アクチュエータ８１の駆動を継続させると共に、電磁石７０への通電を作動させるように制御することにより、爪部材２０の突出位置を維持させてもよい。
【0113】
図１１のステップＳ４において、昇降機構１２０を制御して、支持部を収縮させる。これにより、支持部は、底面が地面から離隔すると共に、車体１１０及び車輪１を地面へ降ろす。ステップＳ３において、車輪本体１０の回転を停止させている場合、車輪１は、車輪本体１０と爪作動歯車３１が同回転方向かつ同回転速度で回転するよう、アクチュエータ８１を駆動させ、電磁石７０に通電させるように制御する。これにより、爪部材２０が突出位置を維持した状態で、再び走行を開始する。
【0114】
図１２のステップＳ５において、車両１００は、車輪１が正回転方向Ｒ１に回転して、前輪側の車輪１が段差に到達する。具体的には、前輪側の車輪１は、車輪本体１０が段差の前面にぶつかると共に、前方に位置する爪部材２０の先端部２２ｄが段差の上面に接触する。
【0115】
なお、車軸Ａｗに対する爪部材２０の位置によって、爪部材２０の先端部２２ｄが段差に引っ掛からないことがある。このような場合は、車輪１が段差の手前で正回転方向Ｒ１に空転することによって、逆回転方向Ｒ２側に隣接する爪部材２０の先端部２２ｄが段差に引っ掛かる。
【0116】
図１３のステップＳ６において、車輪１がさらに正回転方向Ｒ１に回転すると、前輪側の車輪１は、爪部材２０が突出位置を維持しながら、段差に引っ掛けた爪部材２０の先端部２２ｄの接地点を支点として、車輪本体１０が段差下の走行面から浮き上がる。この際、後輪側の車輪１が段差下の地面上にあるため、車体１１０が後方に傾く。
【0117】
図１４のステップＳ７において、車輪１がさらに正回転方向Ｒ１に回転すると、前輪側の車輪１は、段差の上面に接地する爪部材２０が突出位置を維持しながら、段差に乗り上げる。この際、後輪側の車輪１は、段差に接近する。
【0118】
図１５のステップＳ８において、車輪１がさらに正回転方向Ｒ１に回転すると、後輪側の車輪１は、前方に位置する爪部材２０が段差の前面にぶつかり、所定量空転した後、車輪本体１０が段差の前面にぶつかると共に、逆回転方向Ｒ２側に隣接する爪部材２０の先端部２２ｄが段差の上面に接触する。
【0119】
その後、後輪側の車輪１は、前輪側の車輪１と同様に、爪部材２０が突出位置を維持しながら、段差に引っ掛けた爪部材２０の先端部２２ｄの接地点を支点として、車輪本体１０を段差下の走行面から浮き上がらせ、図１６のステップＳ９において、段差に乗り上げる。これにより、前輪側の車輪１と後輪側の車輪１とが共に段差に乗り上がるので、車体１１０の傾きは解消される。
【0120】
前輪側の車輪１及び後輪側の車輪１が段差を走破すると、図１７のステップＳ１０において、車両１００は、車輪１の変形を開始する。車両１００は、まず、アクチュエータ８１を制御して、車輪本体１０の正回転方向Ｒ１への回転を停止させる。車両１００は、次に、昇降機構１２０を制御して、支持部を伸長させる。これにより、支持部は、底面が地面に接地すると共に、車体１１０及び車輪１を地面から浮き上がらせる。
【0121】
図１８のステップＳ１１において、車両１００は、爪部材２０を収容位置まで変形させる。より詳しくは、車輪１は、爪作動歯車３１を車輪本体１０に対して逆回転方向Ｒ２に相対回転させることによって、爪歯車２３を介して爪部材２０を収容方向Ｒｓに回転させる。具体的には、車輪１は、車輪本体１０を正回転方向Ｒ１に回転させるよう、アクチュエータ８１の駆動を制御すると共に、電磁石７０への通電を停止するよう制御する。
【0122】
電磁石７０への通電が停止されると、磁性シャフト６１の磁化が解除され、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との同期が解除される。すると、第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１に対して車輪本体１０からの回転トルクが伝達されないため、爪作動歯車３１は、静止する。この際、爪作動歯車３１は、車輪本体１０に対して相対的に逆回転方向Ｒ２に回転して、爪歯車２３を介して爪部材２０を収容方向Ｒｓに回転させる。これにより、車輪１は、爪部材２０が車輪本体１０の外周より径方向内側に収容されることによって変形する。
【0123】
車輪１は、爪部材２０が収容位置まで達すると、アクチュエータ８１の駆動を解除するように制御して、爪部材２０を突出位置から収容位置まで回転させる変形動作を終了する。これにより、爪部材２０が収容位置を維持する、すなわち、車輪１が再び円形を維持するので、車輪本体１０の外輪部１３の外周面が全周に亘って転動周面を構成する。
【0124】
図１９のステップＳ１２において、昇降機構１２０を制御して、支持部を収縮させる。これにより、支持部は、底面が地面から離隔すると共に、車体１１０及び車輪１を地面へ降ろす。車輪１は、車輪本体１０と爪作動歯車３１が同回転方向かつ同回転速度で回転するよう、アクチュエータ８１を駆動させ、電磁石７０に通電させるように制御する。これにより、爪部材２０が収容位置を維持した状態で、再び走行を開始する。
【0125】
以上説明したように、適用形態の車両１００は、車輪１と、車輪本体１０が車軸Ａｗ回りに回動可能であるように車輪１を支持する車体１１０と、を備える。
【0126】
車両１００は、平地走行時には、車輪１の爪部材２０を車輪本体１０の外周より径方向内側に収容することによって車輪本体１０の外周が全周に亘って転動周面を構成するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車両１００は、段差走行時には、車輪１の爪部材２０の一部を車輪本体１０の外周より径方向外側に突出することによって、爪部材２０が段差を捉えて走破することができる。爪部材２０は、電磁石７０の通電及び非通電を切り替えるという単純な制御で、突出及び収容することができる。
【0127】
また、適用形態の車両１００は、地面に接地する車輪１を地面から浮き上がらせ、車体１１０を保持することが可能な昇降機構１２０をさらに備える。
【0128】
車両１００は、車輪１が地面に接地した状態で爪部材２０を突出又は収容させると、変形中、爪部材２０の地面との接地点を支点にして車体１１０が前後方向及び上下方向に揺れる。車両１００は、昇降機構１２０を備えることにより、車輪１を地面から浮き上がらせた状態で、爪部材２０を突出及び収容することができる。車輪１が地面から浮き上がった状態で、爪部材２０を突出及び収容することにより、爪部材２０が地面に接地して車体１１０を揺らすことがないので、安定的に爪部材２０を変形させることができる。
【0129】
［変形例］
次に、変形例に係る車輪１Ａの構成について、図２０を参照して説明する。図２０は、変形例に係る車輪１Ａの車軸Ａｗを通る断面図である。図２０に示す変形例の車輪１Ａの構成について、実施形態の車輪１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。変形例の車輪１Ａは、実施形態の車輪１と比較して、サブアクチュエータ８５をさらに備える点が異なる。また、変形例では、サブアクチュエータ８５を備えるに当たって、ブラケット９０Ａの被固定部９３Ａ、及び歯車機構４０Ａの第１太陽歯車４２Ａが、実施形態のブラケット９０の被固定部９３、及び歯車機構４０の第１太陽歯車４２と比較して構成が一部異なる。
次に、変形例に係る車輪１Ａの構成について、図２０を参照して説明する。図２０は、変形例に係る車輪１Ａの車軸Ａｗを通る断面図である。図２０に示す変形例の車輪１Ａの構成について、実施形態の車輪１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。変形例の車輪１Ａは、実施形態の車輪１と比較して、サブアクチュエータ８５をさらに備える点が異なる。また、変形例では、サブアクチュエータ８５を備えるに当たって、ブラケット９０Ａの被固定部９３Ａ、及び歯車機構４０Ａの第１太陽歯車４２Ａが、実施形態のブラケット９０の被固定部９３、及び歯車機構４０の第１太陽歯車４２と比較して構成が一部異なる。
【0130】
サブアクチュエータ８５は、第１太陽歯車４２の回転駆動源である。サブアクチュエータ８５は、例えば、インナーロータ式のモータである。サブアクチュエータ８５は、例えば、ステータと、電力が供給されることによってステータに対して回転するロータと、ロータと共に回転する出力軸８５ａと、を含む。出力軸８５ａの軸心は、車軸Ａｗに一致する。ステータを含むサブアクチュエータ８５の筐体は、変形例のブラケット９０Ａの被固定部９３Ａにおいて、内側面側に取り付けられる。
【0131】
サブアクチュエータ８５は、車輪１Ａが搭載される自走車の車体側に設けられた電源（不図示）から電力が供給される。サブアクチュエータ８５は、電力が供給されることによって、出力軸８５ａが回転する。出力軸８５ａから出力された回転トルクは、第１太陽歯車４２Ａに伝達される。サブアクチュエータ８５の出力軸８５ａの回転方向及び回転速度は、車輪１Ａが搭載される自走車の車体側に設けられた制御部によって制御される。
【0132】
被固定部９３Ａは、軸心が車軸Ａｗと一致する円筒体である。被固定部９３Ａは、外側面側の端部が板状部９１の内側面に連続して設けられ、板状部９１の外側面側及び内側面側に開口する。すなわち、被固定部９３Ａは、実施形態の被固定部９３の内側面側の端部が閉塞するのに対し、内側面側の端部が開口する点で異なる。被固定部９３Ａは、内側面側にサブアクチュエータ８５が固定され、内側面側の開口からサブアクチュエータ８５の出力軸８５ａが挿通される。被固定部９３Ａは、内周面側に、第１太陽歯車４２Ａの一部及び電磁石７０が配置される。被固定部９３Ａは、実施形態の被固定部９３が第１太陽歯車４２を固定して支持するのに対し、第１太陽歯車４２Ａを固定も支持もしない。被固定部９３Ａは、内周面で電磁石７０の外周面を固定して支持する。
【0133】
第１太陽歯車４２Ａは、実施形態の第１太陽歯車４２と同様に、内歯車４１の内周側に、内歯車４１と同芯になるように配置される。すなわち、第１太陽歯車４２Ａは、軸心が車軸Ａｗと一致する。第１太陽歯車４２Ａは、実施形態の第１太陽歯車４２がブラケット９０の被固定部９３に固定して支持されるのに対し、サブアクチュエータ８５の出力軸８５ａに固定して支持される。
【0134】
次に、変形例における車輪１Ａの動作について説明する。サブアクチュエータ８５が駆動せず出力軸８５ａが回動していない状態において、車輪１Ａの動作は実施形態の車輪１の動作と同様であるため、説明を省略する。
【0135】
車輪１Ａは、アクチュエータ８１を駆動させず車輪本体１０を停止させている状態において、サブアクチュエータ８５を駆動させるように制御すると、第１太陽歯車４２Ａが出力軸８５ａと共に回動する。この際、内歯車４１は、車輪本体１０と共に停止しているので、第１遊星歯車４３は、第１太陽歯車４２Ａの回転方向と同方向に公転しながら、第１太陽歯車４２Ａの回転方向と逆回転に自転して、内歯車４１の内周を転動する。車輪１Ａは、電磁石７０に電力が供給され、磁性シャフト６１が磁化すると、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期される。
【0136】
車輪１Ａは、第１太陽歯車４２Ａが逆回転方向Ｒ２に回転している状態において、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期されると、第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、遊星キャリア６０を介して、第１遊星歯車４３の公転に伴って逆回転方向Ｒ２に公転する。これと共に、第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と同方向に遊星自転軸Ａｐ回りに正回転方向Ｒ１と同方向に自転する。第２遊星歯車５１の自転は、第３遊星歯車５２を介して第２太陽歯車５３の車軸Ａｗ回りの同方向、すなわち正回転方向Ｒ１の回転に伝達される。
【0137】
第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１が正回転方向Ｒ１に回転すると、停止している車輪本体１０に対して、相対的に正回転方向Ｒ１に回転する。すると、爪歯車２３は、車輪本体１０に対して逆回転方向Ｒ２と同方向である突出方向Ｒｐに回転する。すなわち、車輪１Ａは、電磁石７０に通電した状態で第１太陽歯車４２Ａが逆回転方向Ｒ２に回転するよう制御されると、爪部材２０が突出方向Ｒｐに回転する。
【0138】
車輪１Ａは、第１太陽歯車４２Ａが正回転方向Ｒ１に回転している状態において、第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期されると、第２遊星歯車５１及び第３遊星歯車５２は、遊星キャリア６０を介して、第１遊星歯車４３の公転に伴って正回転方向Ｒ１に公転する。これと共に、第２遊星歯車５１は、第１遊星歯車４３と同方向に遊星自転軸Ａｐ回りに逆回転方向Ｒ２と同方向に自転する。第２遊星歯車５１の自転は、第３遊星歯車５２を介して第２太陽歯車５３の車軸Ａｗ回りの同方向、すなわち逆回転方向Ｒ２の回転に伝達される。
【0139】
第２太陽歯車５３及び爪作動歯車３１が逆回転方向Ｒ２に回転すると、停止している車輪本体１０に対して、相対的に逆回転方向Ｒ２に回転する。すると、爪歯車２３は、車輪本体１０に対して正回転方向Ｒ１と同方向である収容方向Ｒｓに回転する。すなわち、車輪１Ａは、電磁石７０に通電した状態で第１太陽歯車４２Ａが正回転方向Ｒ１に回転するよう制御されると、爪部材２０が収容方向Ｒｓに回転する。
【0140】
以上説明したように、変形例の車輪１Ａは、ブラケット９０Ａ（支持部）に支持され車輪本体１０の回動を駆動させるアクチュエータ８１（第１回転アクチュエータ）と、出力軸８５ａが車軸Ａｗに一致するようブラケット９０Ａに支持されるサブアクチュエータ８５（第２回転アクチュエータ）と、をさらに備え、歯車機構４０Ａは、軸心が車軸Ａｗと一致しかつ車輪本体１０と一体で回動する内歯車４１と、内歯車４１の内周側において軸心が車軸Ａｗと一致するよう配置されかつサブアクチュエータ８５に回動駆動される第１太陽歯車４２Ａと、内歯車４１の内周側と第１太陽歯車４２Ａの外周側との間の環状の空間に配置される第１遊星歯車４３と、磁性を有し、第１遊星歯車４３と同芯に配置されかつ第１遊星歯車４３と歯数が同数である第２遊星歯車５１と、第２遊星歯車５１と歯数が同数でかつ第２遊星歯車５１と噛み合う第３遊星歯車５２と、爪作動歯車３１に同芯で固定されて第３遊星歯車５２と噛み合いかつ歯数が内歯車４１と同数である第２太陽歯車５３と、第１遊星歯車４３を支持しかつ第２遊星歯車５１を軸心回りに回動可能に支持し、電磁石７０によって磁化可能であって、磁化すると第２遊星歯車５１と回転が同期する磁性シャフト６１と、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ第３遊星歯車５２及び磁性シャフト６１を軸心回りに回動可能に支持する遊星キャリア６０と、を備える。
【0141】
車輪１Ａは、車輪本体１０が停止している状態において、第１太陽歯車４２Ａが回動すると、第１遊星歯車４３は、第１太陽歯車４２Ａの回転方向と同方向に公転しながら、第１太陽歯車４２Ａの回転方向と逆回転に自転する。さらに、電磁石７０に通電されると、磁性シャフト６１が磁化し、磁性シャフト６１及び磁性シャフト６１に支持される第１遊星歯車４３と第２遊星歯車５１との回動が同期される。これにより、第１遊星歯車４３の自転による回転トルクが、第２遊星歯車５１、第３遊星歯車５２及び第２太陽歯車５３を介して爪作動歯車３１に伝達される。すなわち、爪作動歯車３１が車輪本体１０に対して相対的に回動する。したがって、車輪本体１０を停止した状態においても、爪部材２０による車輪１Ａの変形と、爪部材２０が収容された状態又は爪部材２０の一部が突出した状態の維持と、を行うことができるので、状況に応じて、爪部材２０を変形させるための制御方法を選択することができる。
【0142】
なお、実施形態の車輪１、変形例の車輪１Ａ、及び車両１００は、一部の構成を適宜変更してもよい。例えば、爪部材２０の数及び形状は、実施形態に限定されない。また、爪部材２０は、車輪本体１０の規制部１６によって突出方向Ｒｐ側への回転量に制限を設けているが、別途設けるリミッタ部品によるものでもよい。
【0143】
また、第１遊星歯車４３は、磁性を有し、磁性シャフト６１に対して遊星自転軸Ａｐ回りに回動可能に支持されてもよい。
【0144】
また、車輪本体１０は、実施形態ではブラケット９０の内側面側に設けられるが、実施形態の構成に限定されず、外側面側に設けられてもよい。爪部材２０は、実施形態では、車輪本体１０の外側面側に設けられるが、実施形態の構成に限定されず、内側面側に設けられてもよい。また、歯車機構４０は、実施形態の構成に限定されず、電磁石７０が通電されている状態では車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達すると共に爪作動歯車３１を車輪本体１０と同方向かつ同回転数で回転させ、通電されていない状態で車輪本体１０の回転を爪作動歯車３１に伝達させないものであればどのようなものでもよい。
【0145】
また、減速機８２は、実施形態の構成に限定されず、車輪１、１Ａの用途に対応して適宜変更されてよい。
【符号の説明】
【0146】
１、１Ａ 車輪
１０ 車輪本体
１１ 筒状部
１２ 第１円板状部
１３ 外輪部
１４ 第２円板状部
１５ カバー部
１６ 規制部
１７ 歯車収容部
２０ 爪部材
２１ 爪支持軸部
２２ 爪本体
２２ａ 凸状円弧壁部
２２ｂ 凹状円弧壁部
２２ｃ 被規制壁部
２２ｄ 先端部
２３ 爪歯車
３０ 中心軸部材
３１ 爪作動歯車
４０、４０Ａ 歯車機構
４１ 内歯車
４２、４２Ａ 第１太陽歯車
４３ 第１遊星歯車
５１ 第２遊星歯車
５２ 第３遊星歯車
５３ 第２太陽歯車
６０ 遊星キャリア
６１ 磁性シャフト
７０ 電磁石
８０ 本体駆動機構
８１ アクチュエータ
８１ａ 出力軸
８２ 減速機
８３ 小歯車
８４ 大歯車
８５ サブアクチュエータ
８５ａ 出力軸
９０、９０Ａ ブラケット（支持部）
９１ 板状部
９１ａ 出力軸挿通孔
９２ 本体支持部
９３、９３Ａ 被固定部
１００ 車両
１１０ 車体
１２０ 昇降機構
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ 軸受
Ａｗ 車軸
Ａｃ 爪回転軸
Ａｐ 遊星自転軸
Ｒ１ 正回転方向
Ｒ２ 逆回転方向
Ｒｐ 突出方向
Ｒｓ 収容方向
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２ ステップ
１０ 車輪本体
１１ 筒状部
１２ 第１円板状部
１３ 外輪部
１４ 第２円板状部
１５ カバー部
１６ 規制部
１７ 歯車収容部
２０ 爪部材
２１ 爪支持軸部
２２ 爪本体
２２ａ 凸状円弧壁部
２２ｂ 凹状円弧壁部
２２ｃ 被規制壁部
２２ｄ 先端部
２３ 爪歯車
３０ 中心軸部材
３１ 爪作動歯車
４０、４０Ａ 歯車機構
４１ 内歯車
４２、４２Ａ 第１太陽歯車
４３ 第１遊星歯車
５１ 第２遊星歯車
５２ 第３遊星歯車
５３ 第２太陽歯車
６０ 遊星キャリア
６１ 磁性シャフト
７０ 電磁石
８０ 本体駆動機構
８１ アクチュエータ
８１ａ 出力軸
８２ 減速機
８３ 小歯車
８４ 大歯車
８５ サブアクチュエータ
８５ａ 出力軸
９０、９０Ａ ブラケット（支持部）
９１ 板状部
９１ａ 出力軸挿通孔
９２ 本体支持部
９３、９３Ａ 被固定部
１００ 車両
１１０ 車体
１２０ 昇降機構
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ 軸受
Ａｗ 車軸
Ａｃ 爪回転軸
Ａｐ 遊星自転軸
Ｒ１ 正回転方向
Ｒ２ 逆回転方向
Ｒｐ 突出方向
Ｒｓ 収容方向
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２ ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】