JP2006082792A - 一輪車付き運搬車 - Google Patents

Abstract

【課題】 一輪車付き運搬車を運転する際における操作性を損なうことなく、アシストモータを的確に制御して好適な運搬作業を行うことを可能にし、エネルギー利用の効率化を図る。
【解決手段】 アシストモータとしての電動モータ２０と、電動モータの制御装置とを備えた一輪車付き運搬車１０において、運搬車に作用する人力を検出する人力検出器として、運搬車のフレーム体１２の端部に軸線方向に可動に設けられたセンサーロッドと、センサーロッドの軸線方向の移動位置を検知するセンサ部とを備えるコントロールグリップ８を設け、前記センサ部の出力値に基づいて前記制御装置により前記電動モータ２０の駆動を制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、土木工事、農作業等で用いられる手押し用の一輪車付き運搬車に関する。

土木工事、農作業等においては、手押し用の一輪車付き運搬車が広く用いられている。この一輪車付き運搬車は、前後方向に形成されたフレームの前部に車輪を取り付け、フレームの後部にハンドルを設けたもので、フレームに荷台をのせ、ハンドルを両手で持ちながら前方に押すようにして車輪を転動させながら運搬するように使用される。
しかしながら、重量物を運搬したり、上り斜面などで運搬したりする場合には、労力がかかるから、車輪にアシストモータを設けて、坂道などを移動する際には、アシストモータの力を利用して運搬作業の労力を軽減させるようにした一輪車付き運搬車が提案されている。
特開２００３−１１８２５号公報

しかしながら、アシストモータ付きの一輪車付き運搬車を使用する場合に、アシストモータの制御をスイッチやレバーによって操作するのでは、運搬車による作業性が損なわれるという問題がある。これは、一輪車付き運搬車を運転している際には、両手でしっかりとハンドルを握っているから、運転中にスイッチやレバーを操作することが難しいこと、一輪車付き運搬車を運転している場合には路面の状態が変わったりして、一輪車を押す状態になったり、一輪車が自ずから動く状態になったりして絶えず状態が変動するから、このような状況に応じてスイッチやレバーを操作することができないためである。
また、従来のアシストモータ付きの一輪車付き運搬車では、電力を蓄える機能が設けられておらず、蓄電装置への蓄電は外部電源に頼らざるを得ず、エネルギー効率が悪いという問題もあった。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、一輪車付き運搬車を運転する際における操作性を損なうことなく、アシストモータを的確に制御して好適な運搬作業を行うことを可能にし、効率的にエネルギーを利用することを可能にする一輪車付き運搬車を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
すなわち、アシストモータとしての電動モータと、電動モータの制御装置とを備えた一輪車付き運搬車において、運搬車に作用する人力を検出する人力検出器として、運搬車のフレーム体の端部に軸線方向に可動に設けられたセンサーロッドと、センサーロッドの軸線方向の移動位置を検知するセンサ部とを備えるコントロールグリップを設け、前記センサ部の出力値に基づいて前記制御装置により前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする。

また、前記センサーロッドは、フレーム体の軸線方向への移動範囲において、中立位置に常時復帰するように付勢して保持されていることを特徴とする。これにより、中立位置からの偏位量をセンサ部により検知して、運搬車に作用する荷重を検知することが可能になる。
また、前記センサ部は、センサーロッドとフレーム体の一方に軸線方向をＮ−Ｓ極方向として装着された永久磁石と、センサーロッドとフレーム体の他方に前記永久磁石に対向して配置されたホール素子とからなることを特徴とする。

また、前記制御装置は、前記人力検知器と、運搬車の実速度を検出する速度検出器と、前記人力検知器と前記速度検出器の出力信号に基づいて前記電動モータを駆動するトルク指令信号を演算する演算部とを備え、前記演算部では、前記人力検出器からの出力信号により運搬車を前進させる向きに荷重が作用していると検知された際には前記電動モータを駆動制御し、運搬車を後進させる向きに荷重が作用していると検知された際には電動モータを制動制御するトルク指令信号を出力することを特徴とする。
また、前記演算部が、電動モータを制動制御する際に発生した起電力を前記蓄電装置に蓄える制御回路を備えていることを特徴とする。これによって、電動モータを制動制御する際に生じる起電力を有効に利用することが可能になる。
また、前記演算部が、速度検出器によって検出された実速度と基準速度とを比較してアシスト比を算出する比率設定器と、人力検出器からの出力信号と前記比率設定器からの出力信号を演算し、トルク指令信号を出力する掛算器とを備えていることを特徴とする。

本発明に係る一輪車付き運搬車は、アシストモータとしての電動モータを備えるとともに、人力検出器としてコントロールグリップを設けたことにより、従来の一輪車付き運搬車と同様にコントロールグリップを握って操作するだけで、運搬車に作用する荷重を検出することができ、その検出結果に基づいて電動モータを制御することにより、容易にかつ効率的に電動モータを駆動して運搬車を操作することができる。

図１は、本発明に係る一輪車付き運搬車の一実施形態の構成を示す側面図である。本実施形態の一輪車付き運搬車１０は、荷台５を支持するフレーム体１２の前部に車輪１４を回転自在に取り付けるとともに、フレーム体１２の後部に向けて一対のハンドルアーム部１６を延出させ、ハンドルアーム部１６の端部にコントロールグリップ１８を設けたものである。コントロールグリップ１８は一方のハンドルアーム部１６のみに取り付けてもよいし、両方のハンドルアーム部１６に取り付けてもよい。ハンドルアーム部１６の中途位置にはスタンド１９を下向きに固定し、スタンド１９と車輪１４とによって、フレーム体１２に荷台５をのせた状態で運搬車が静置可能となる。

車輪１４にはアシストモータとしての電動モータ２０が内蔵され、電動モータ２０は出力軸がフレーム体１２に車輪１４を支持する車軸１３に連結して設けられている。電動モータ２０のステータ部には制御回路（不図示）が設けられ、電動モータ２０および制御回路は、フレーム体１２の前後方向の中央部の下面に取り付けられた蓄電装置２２と電気的に接続する。

（コントロールグリップの構成）
電動モータ２０は前記コントロールグリップ１８の動きにしたがって動作が制御される。以下では、図２にしたがって、ハンドルアーム部１６に取り付けられているコントロールグリップ１８の構成について説明する。
図２(a)はコントロールグリップ１８の断面図である。前記フレーム体１２から延出するハンドルアーム部１６の先端部は円筒体部１６ａに形成され、円筒体部１６ａに、センサーロッド３０が内挿されている。センサーロッド３０は長手方向の中央部が円筒体部１６ａの内周面に摺接する大径部３１に形成され、大径部３１の両側に、大径部３１よりも細径のロッド３０ａ、３０ｂが延出する。

センサーロッド３０の大径部３１を挟む両側位置には、ロッド３０ａ、３０ｂに外挿してコイルスプリング３２ａ、３２ｂが配置される。コイルスプリング３２ａは、円筒体部１６ａの内側面と大径部３１の一方の端面との間を弾発して装着され、コイルスプリング３２ｂは、円筒体部１６ａの開口側からねじ込んで固定されるロックボルト３４の端面と大径部３１の他方の端面との間を弾発して装着される。
センサーロッド３０の一方のロッド３０ａの先端部は、円筒体部１６ａの内側面から軸線方向に向けてハンドルアーム部１６に形成されたガイド孔に摺入され、他方のロッド３０ｂの先端部は、ロックボルト３４の軸芯位置に設けられたガイド穴に摺入される。

センサーロッド３０の大径部３１の外周面に対応する円筒体部１６ａには、軸芯を挟む対向位置に、軸線方向に細長く形成されたスリット孔１６ｂ、１６ｂが開口する。大径部３１には、軸線方向に直交する向きにスプリングピン３６が圧入され、スプリングピン３６の両端部は円筒体部１６ａに設けたスリット孔１６ｂ、１６ｂから外方に延出する。スプリングピン３６の両端部は円筒体部１６ａに外挿されたスライドパイプ４０に係止されている。図２(b)は、コントロールグリップ１８の端面図であり、大径部３１を貫通するスプリングピン３６の両端部がスライドパイプ４０に嵌入している様子を示す。

スライドパイプ４０は、円筒体部１６ａを略全長にわたって覆う円筒状に形成され、スライドパイプ４０の外周面およびスライドパイプ４０と円筒体部１６ａの開口部は、ハンドルラバー４２によって被覆される。ハンドルラバー４２はスライドパイプ４０の外周面に密着し、ハンドルラバー４２とスライドパイプ４０とが一体的に軸線方向に可動となる。

センサーロッド３０とハンドルアーム部１６とには、センサーロッド３０の軸線方向の位置を検出するためのセンサ部として、センサーロッド３０側にマグネットシート５０が設けられ、ハンドルアーム部１６側には、マグネットシート５０に対向してホール素子５２が設けられている。
マグネットシート５０は永久磁石からなるＮ極とＳ極が形成されたシート体に形成され、Ｎ極とＳ極が軸線方向に向くようにロッド３０ａの先端部の外側面に固定される。本実施形態では、ロッド３０ａの外側面に磁性体を取り付け、磁性体上にマグネットシート５０を貼着している。ホール素子５２は、ロッド３０ａが内挿されるガイド穴の内周面に取り付けられ、ホール素子５２からのセンサ信号はリード線を介して電動モータ２０の制御回路に接続される。

（コントロールグリップの作用）
本実施形態の一輪車付き運搬車１０は、ハンドルアーム部１６に装着されたコントロールグリップ１８を手で握り、通常の一輪車付き運搬車と全く同様にして運搬作業等に使用する。上述したコントロールグリップ１８は、一輪車付き運搬車１０を使用する際に、コントロールグリップ１８に加わる力を自動的に検出し、コントロールグリップ１８による検出結果が電動モータ２０を制御する出力信号として使用される。
コントロールグリップ１８に設けられているセンサーロッド３０はコイルスプリング３２ａ、３２ｂの弾発力により、コントロールグリップ１８に外力が作用しない際には軸線方向の中立位置にある。このときのスプリングピン３６の位置は、円筒体部１６ａに設けられたスリット孔１６ｂ、１６ｂの長手方向の略中央位置である。

一方、コントロールグリップ１８に軸線方向の外力が作用した際には、その外力の向きによってセンサーロッド３０は、中立位置から前方あるいは後方に移動する。すなわち、コントロールグリップ１８に一輪車付き運搬車１０を前進方向に押そうとする力が作用したときには、センサーロッド３０が前方に移動し、一輪車付き運搬車１０に後方に引き戻すような力が作用したときにはセンサーロッド３０は後方に移動する。
一輪車付き運搬車１０を坂道で押し上げるような場合には、コントロールグリップ１８には前方向に押す力が作用する。スライドパイプ４０は円筒体部１６ａに対しては軸線方向にスライド可能となっているから、一輪車付き運搬車１０を前進方向に押そうとすると、ハンドルラバー４２およびスライドパイプ４０を介して、スプリングピン３６によって連結されているセンサーロッド３０はコイルスプリング３２ａの弾発力に抗して前方に移動する。
また、一輪車付き運搬車１０が坂道を下るような場合には、コントロールグリップ１８には引っ張り力が作用し、センサーロッド３０はコイルスプリング３２ｂの弾発力に抗して後方に移動することになる。

センサーロッド３０はスプリングピン３６がスリット孔１６ｂに係合していることにより、軸線方向の移動範囲がスリット孔１６ｂの開口範囲内に規制される。また、スプリングピン３６がスリット孔１６ｂに係合することにより、スライドパイプ４０が回り止めされ、ハンドルラバー４２を握って操作する際にスライドパイプ４０が軸線方向に移動するようにガイドされる。
また、ロックボルト３４は、円筒体部１６ａへのねじ込み位置を調節することにより、センサーロッド３０の軸線方向の位置合わせと、コイルスプリング３２ａ、３２ｂの弾発力の調節に使用される。コイルスプリング３２ａ、３２ｂの弾発力を調節することにより、コントロールグリップ１８に外力（荷重）が作用したときの感度を調節することができる。

図３は、コントロールグリップ１８が中立位置、前進位置、後退位置にある状態におけるマグネットシート５０とホール素子５２との位置関係を説明的に示している。図３(a)は、センサーロッド３０が中立位置にある状態で、マグネットシート５０のＮ極とＳ極の中点にホール素子５２が位置している状態を示す。図３(b)は、コントロールグリップ１８が前方に移動した状態（使用者が一輪車付き運搬車を押している状態）で、マグネットシート５０のＳ極に対向する位置にホール素子５２が位置していることを示す。図３(c)は、コントロールグリップ１８が後方に移動した状態（使用者によって一輪車付き運搬車が引っ張られている状態）で、マグネットシート５０のＮ極に対向する位置にホール素子５２が位置していることを示す。なお、図３に示すように、マグネットシート５０の裏面に磁性体５１を貼付することにより検出感度を向上させることができ、前進方向および後進方向のストローク長を長くとることが可能になる。

図４は、マグネットシート５０とホール素子５２との相対位置関係により、ホール素子５２からの出力信号がどのように変化するかを示すグラフである。図のように、マグネットシート５０の中立位置から前方（前進方向）あるいは後方（後進方向）にホール素子５２が偏位することにより、ホール素子５２からの出力値は正信号と負信号との間で正比例的に変化する。したがって、ホール素子５２からの出力値を検知することにより、センサーロッド３０の軸線方向の位置、いいかえれば一輪車付き運搬車１０がどのような状態にあるかを検知することができる。

（アシストモータの駆動制御）
センサーロッド３０の軸線方向の位置（ホール素子５２の出力信号）は、一輪車付き運搬車１０に作用する外力の向きおよび外力の大きさ、すなわち一輪車付き運搬車が押す状態にあるか、平坦路を移動する状態にあるか、下り坂にあるか、停止状態にあるかといった状態を反映するから、ホール素子５２の出力信号をアシストモータとしての電動モータ２０の制御に利用することで一輪車付き運搬車１０を的確に制御しながら使用することが可能になる。

なお、コントロールグリップ１８からの出力信号については、片側のハンドルアーム部１６のみに装着した場合は、出力信号をそのまま使用すればよいが、両側のハンドルアーム部１６に取り付けた場合は、各々のコントロールグリップ１８、１８からの出力信号をデータ処理して制御する。一輪車付き運搬車１０では荷の安定が難しくコントロールグリップ１８に加わる力が左右でバランスしないことが多い。したがって、両側のハンドルアーム部１６にそれぞれコントロールグリップ１８を設け、出力信号の平均値あるいは最大値を利用して制御することで、より滑らかな運転が可能になる。

図５は、電動モータ２０をアシストモータとして利用する制御装置のブロック図である。この制御装置は、電動モータ２０の回転数から運搬車の実速度を検出する速度検出器６０と、速度検出器６０によって検出された実速度と基準速度とを比較してアシスト比を算出する比率設定器６２と、ホール素子５２からの出力信号を検知する人力検出器６３からの出力信号と比率設定器６２からの出力信号を演算し、トルク指令信号をモータ制御回路６５に出力する掛算器６４と、速度検出器６０からの出力信号と掛算器６４からのトルク指令信号に基づいて、電動モータ２０の駆動の要否、制動制御の要否を判断して電動モータ２０を制御するモータ制御回路６５とを備える。なお、比率設定器６２で設定する基準速度はあらかじめ設定しておくものである。

この制御装置によれば、一輪車付き運搬車１０の実速度を検出する速度検出器６０の出力信号と、とホール素子５２の出力値に基づく人力検出器６３からの出力信号とから、電動モータ２０を駆動するトルク指令信号が演算され、トルク指令信号に基づいて電動モータ２０が駆動制御される。
比率設定器６２によって求められるアシスト比は電動モータ２０の速度が基準速度を超えるにしたがって小さくなり、基準速度を下回るようになるとアシスト比は大きくなる。また、人力検出器６３からの出力信号が正信号の場合、すなわち運搬者が一輪車付き運搬車１０を前進方向に押している場合には、電動モータ２０が駆動され、人力検出器６３からの出力信号が負信号の場合、すなわち運搬者が電動モータ２０の駆動力を必要とせず、一輪車付き運搬車１０を引っ張っているような場合には、電動モータ２０は制動制御され、電動モータ２０に逆起電力が発生して蓄電装置２２に電力が蓄えられる。なお、蓄電装置２２には必要に応じて、商用電源を利用して蓄電して使用する。

本実施形態の一輪車付き運搬車１０は、コントロールグリップ１８を手で握って運搬操作する従来の操作とまったく同じ操作で扱うことができ、コントロールグリップ１８によって運搬車の状況を自動的に検知して、アシストが必要なときには電動モータ２０が自動的に駆動されて運搬操作をアシストし、これによって重量物を運搬しているときや坂道を上がっている場合でも軽く動かすことができる。また、アシストが不要で逆起電力が生じた場合には蓄電装置２２に蓄電しながら動かすことができる。こうして、本実施形態の一輪車付き運搬車１０によれば、一輪車付き運搬車１０を使用する労力を軽減することが可能になるとともに、エネルギーを有効利用できる一輪車付き運搬車１０として提供することが可能になる。

一輪車付き運搬車の一実施形態の構成を示す側面図である。 コントロールグリップの断面図および端面図である。 マグネットシートとホール素子との位置関係を示す説明図である。 ホール素子の出力信号を示すグラフである。 一輪車付き運搬車の制御装置のブロック図である。

符号の説明

１０ 一輪車付き運搬車
１２ フレーム体
１４ 車輪
１６ ハンドルアーム部
１６ａ 円筒体部
１６ｂ スリット孔
１８ コントロールグリップ
２０ 電動モータ
２２ 蓄電装置
３０ センサーロッド
３０ａ、３０ｂ ロッド
３１ 大径部
３２ａ、３２ｂ コイルスプリング
３４ ロックボルト
３６ スプリングピン
４０ スライドパイプ
５０ マグネットシート
５２ ホール素子
６０ 速度検出器
６２ 比率設定器
６３ 人力検出器
６４ 掛算器
６５ モータ制御回路

Claims (6)

1. アシストモータとしての電動モータと、電動モータの制御装置とを備えた一輪車付き運搬車において、
   運搬車に作用する人力を検出する人力検出器として、運搬車のフレーム体の端部に軸線方向に可動に設けられたセンサーロッドと、センサーロッドの軸線方向の移動位置を検知するセンサ部とを備えるコントロールグリップを設け、
   前記センサ部の出力値に基づいて前記制御装置により前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする一輪車付き運搬車。
2. 前記センサーロッドは、フレーム体の軸線方向への移動範囲において、中立位置に常時復帰するように付勢して保持されていることを特徴とする請求項１記載の一輪車付き運搬車。
3. 前記センサ部は、センサーロッドとフレーム体の一方に軸線方向をＮ−Ｓ極方向として装着された永久磁石と、センサーロッドとフレーム体の他方に前記永久磁石に対向して配置されたホール素子とからなることを特徴とする請求項１または２記載の一輪車付き運搬車。
4. 前記制御装置は、前記人力検知器と、運搬車の実速度を検出する速度検出器と、前記人力検知器と前記速度検出器の出力信号に基づいて前記電動モータを駆動するトルク指令信号を演算する演算部とを備え、
   前記演算部では、前記人力検出器からの出力信号により運搬車を前進させる向きに荷重が作用していると検知された際には前記電動モータを駆動制御し、運搬車を後進させる向きに荷重が作用していると検知された際には電動モータを制動制御するトルク指令信号を出力することを特徴とする請求項１記載の一輪車付き運搬車。
5. 前記演算部が、電動モータを制動制御する際に発生した起電力を前記蓄電装置に蓄える制御回路を備えていることを特徴とする請求項４記載の一輪車付き運搬車。
6. 前記演算部が、速度検出器によって検出された実速度と基準速度とを比較してアシスト比を算出する比率設定器と、人力検出器からの出力信号と前記比率設定器からの出力信号を演算し、トルク指令信号を出力する掛算器とを備えていることを特徴とする請求項４または５記載の一輪車付き運搬車。