JP3042312B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動車椅子等の電動車
両に係わり、特に介護人等の人の操作力に応じてモータ
により駆動させることが可能な電動車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電動車両を図９の電動車椅子を
例にして説明する。電動車椅子１は、車体２と車輪３，
４、モータ５と、制御装置６と、バッテリー７等から構
成されている。車体２は一般にパイプフレームで構成さ
れ、グリップ１０が形成された手押しハンドル１１、背
もたれ１２、シート１３、肘当て１４、フットプレート
１５、２個の駆動車輪３と２個の自在輪４等が取り付け
られている。

【０００３】モータ５は一般的にはギヤ付直流モータが
使用され、一個の駆動輪３に一つのモータが歯車伝動機
構を介して連結されている。モータ５又は歯車伝動機構
にはクラッチが取り付けられ、クラッチを切ると駆動輪
３がフリーとなる。そして電動車椅子１の背後に立った
介護人が手押しハンドル１１のグリップ１０を握って、
電動車椅子１を前進又は後進させることができる。

【０００４】制御装置６には、操縦用のジョイスティッ
クレバー１６、電源スイッチ、バッテリーメーター等が
取り付けられている。ジョイスティックレバー１６は、
レバー１６の倒された方向で方向制御を行い、レバー１
６の倒された角度で速度制御を行うものである。そのた
めレバー１６の倒された角度を電子的に検出し、それに
応じてモータ５の回転数を変えるようになっている。ま
たバッテリー７は、一般的には自動車用の鉛蓄電池が用
いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた電
動車椅子は、電動で推進されるか、駆動車輪３のクラッ
チを切って手押しされるかのいずれかである。車椅子に
人が乗った状態では、百数十キログラムになるため、水
平な平坦路でしか手押しできず、介護人が付いている場
合でも勢い電動推進に頼ることになる。そのためバッテ
リーの消耗が激しく頻繁に充電する必要があるという問
題点があった。

【０００６】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、電動車椅子を押す介護人等の人の負担を増大さ
せることなく、その操作力を活用しバッテリー電源の節
約が図れる電動車両を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する電動
車両は、車体の左右両側にそれぞれ設けられた各車輪
と、これらの車輪に対応して設けられ各車輪に駆動力を
付与する各モータと、車外からの操作力で車両を推進さ
せるために前記車体の左右両側にそれぞれ設けら れた各
ハンドルと、これらのハンドルにそれぞれ設けられ各ハ
ンドルに加わる操作力を電気信号に変換して出力する各
操作力検知部とを備え、これら各操作力検知部は、車両
の推進方向に移動可能に取り付けられる可動グリップ
と、この可動グリップの移動量を検出し、この移動量に
応じた前記電気信号を発生する単一の位置検出部と、前
記可動グリップの移動時に一方端が可動グリップの押圧
力を受け他方端がハンドルの固定側に支持されて可動グ
リップの押圧力に対する反発力を発生する弾性部材とを
有し、前記各モータは、左右のうち同じ側にある前記操
作力検知部からの電気信号に基づいて、対応する車輪に
付与する駆動力を増減するものである。

【０００８】

【作用】介護人等が可動グリップに車両を推進する操作
力を加えると、弾性部材の反発力で可動グリップが操作
力に応じて移動し、位置検出部がこの移動量に応じた電
気信号を出力し、モータがこの電気信号により可動グリ
ップの移動量に対応して駆動力を増減させる。このた
め、人の操作力の大小に対応してモータを駆動できると
ともに、人が可動グリップを離して操作力が消滅した場
合は、モータの駆動力を停止できる。従って、人と電動
の協同で人の操作力に対応して車両を推進でき、人の負
担を増大させることなく、その操作力を活用し、バッテ
リー電源の節約を図ることができる。また、各ハンドル
の操作力に対応したモータ駆動力を発生させることがで
きるので、人の曲げようとする力が補完される。従っ
て、車両を曲げようとする場合も人の負担を増大させる
ことなく、その操作力を活用してバッテリー電源の節約
を図ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の電動車両の斜視図、図２は図１
の電動車両の駆動ブロック図、図３は図１の電動車両の
操作力検知部の断面図、図４は図３の操作力検知部の作
動を示す断面図、図５は図３の操作力検知部の作動を示
すバネ付勢力─変位グラフ図、図６は変換部における信
号変換のグラフ図、図７は操作力とモータ速度の関係を
示すグラフ図、図８は左右の操作力と車両動作の関係を
示す対比図である。

【００１０】まず全体構成を図１により説明する。図１
において、電動車両７１が図９のものと主に異なる点は
以下の通りである。すなわち、左右の手押しハンドル５
５、５５には、可動グリップ３１、３１等からなる左右
の操作力検知部７２、７３と前進又は後進の作動を示す
表示ランプ７９，８０、７７，７８が各々設けられてい
る。また、車体側の前部に前記操作力検知部７２、７３
からの信号をモータの駆動信号に変換する変換部７６が
設けられ、左右の各車輪２１の内部に車輪駆動用のモー
タ、電池等が内蔵されている。車輪２１は前記モータ等
を内蔵するため大型の車輪となっており、両側面をカバ
ー８２、８２′で覆われている。なお、電動機構の故障
時等に備えて車輪２１にはハンドリム１８が設けられて
いる。

【００１１】つぎに、駆動制御機構を図２により説明す
る。図２において、車輪２１側には、受信部４５、制御
部４４、駆動部７７、モータ４０及び電池４３が設けら
れている。受信部は受光素子、制御部４４は受光素子に
接続される受信回路と速度制御等のための制御回路、駆
動部７７はモータ４０の駆動のための駆動回路から各々
構成され、電池４３は制御部４４や受信部４５に必要な
電源を供給する構成となっている。車体２の側には、手
押しハンドルのグリップ部に設けられた左右の操作力検
知部７２、７３、この操作力検知部７２、７３からの電
気信号（ｆ１）をトルク駆動信号ｆ２に変換するＣＰ
Ｕ、投光素子に接続される送信回路等からなる変換部７
６、このトルク駆動信号ｆ２を受信部４５に送信する投
光素子からなる送信部４６を備えている。信号変換部７
６は、アナログ電気信号ｆ１をディジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器７６ａと、予め記憶されたプログラムに
基づいて信号を演算処理するＣＰＵ（７６ｂ）と、ＣＰ
Ｕからの信号を増幅してトルク駆動信号ｆ２として出力
する増幅器７６ｃとを備えている。そして、左右の各車
輪２１、２１は、図示するように、左右の各操作力検知
部７２、７３からの出力に基づき各々独立して制御され
るようになっている。

【００１２】つぎに、操作力検知部の構成を図３に基づ
き説明する。図３において、５５はパイプ状の電動車椅
子の手押しハンドルであり、先端を一部カットしてあ
る。３２は筒状の固定軸であり、先端３２ａがハンドル
５５の内部に挿入されネジ５６で該ハンドル５５に取り
付けられる。固定軸３２の後端には円筒状のバネ収納部
３７が螺設されている。この固定軸３２及びバネ収納部
３７の外周に、円筒状の握り部３１ａとこの後端に螺合
される円板状の蓋部材３１ｂとからなる有底円筒状の可
動グリップ３１が鋼球３９を介して軸方向に摺動自在に
設けられ、ストッパ３８により固定軸に設けられた長溝
５７の範囲内で移動可能となっている（二点鎖線）。一
方、固定軸３２内部にポテンショメータ３３が配置さ
れ、ネジ込み可能な押さえリング５０で固定軸３２に保
持されている。可動グリップ３１の蓋部材３１ｂの中央
部には軸方向に延びるバネ押しピストン３５が止めネジ
９０で固定されて突設され、その先端が前記ポテンショ
メータ３３の検知片５８と接続ワイヤー４２、取付金具
４１を介して一体的に接続されている。バネ収納部３７
内部には固定軸３２とバネ押しピストン３５との間に介
装された圧縮バネ３４とバネ押しピストン３５に摺動自
在に嵌入されたバネ押さえリング３６ａ、３６ｂが収納
されている。

【００１３】この圧縮バネ３４は、可動グリップ３１が
操作されない場合は、図示するように両端をバネ押さえ
リング３６ａ、３６ｂを介してバネ収納部の止め部３７
ａ、３７ｂ及びバネ押しピストンの段部３５ａ、３５ｂ
で止められ保持されている。すなわち、バネ収納部の両
止め部３７ａ、３７ｂ間のピッチとバネ押しピストンの
両段部３５ａ、３５ｂ間のピッチとを一致させており、
これにより可動グリップ３５は圧縮バネ３４のバネ力に
基づき所定位置に規制される。この場合、圧縮バネ３４
はある程度の与圧を生じるよう設けるのが、前記所定位
置に可動グリップ３５を保持する構成として望ましいと
ものとなる。

【００１４】つぎに、可動グリップ３１が車両を推進す
るため押し操作されると（点線矢印方向）、圧縮バネ３
４は前端がバネ収納部の前端側の止め部３７ａでバネ押
さえリング３６ａを介して止められ、後端はバネ押さえ
リング３６ｂを介してバネ押しピストン３５の後端側の
段部３５ｂで押し込まれる。また、車両を後退させるた
め引き操作されると（実線矢印方向）、圧縮バネ３４は
後端がバネ収納部の後端側の止め部３７ｂでバネ押さえ
リング３６ｂを介して止められ、前端はバネ押さえリン
グ３６ａを介してバネ押しピストン３５の先端側の段部
３５ａで押し込まれる。

【００１５】つぎに、この操作力検知部の作動を図４及
び図５により説明する。図４（ａ）において、可動グリ
ップのストッパ３８が固定軸３２の長溝の後端側の止め
部３２ｂに当接しており、引き操作の限度状態となって
いる。このとき圧縮バネ３４は後端がバネ収納部の後端
側の止め部３７ｂで止められ、バネ押しピストン３５の
先端側の段部３５ａでバネ押さえリング３６ａを介して
押し込まれて、その押し込み量に応じた付勢力を可動グ
リップ３１に付与している。そして、この押し込み量は
ポテンショメータ３３の検知片５８に伝達され、該ポテ
ンショメータ３３がその押し込み量に応じた電気信号を
出力する。図４（ｂ）において、可動グリップ３１のス
トッパ３８は固定軸３２の長溝の前端側の止め部３２ｃ
に当接しており、押し操作の限度状態となっている。こ
のとき圧縮バネ３４は前端がバネ収納部の前端側の止め
部３７ａで止められ、バネ押しピストン３５の後端側の
段部３５ｂでバネ押さえリング３６ｂを介して押し込ま
れて、その押し込み量に応じた付勢力を可動グリップに
付与している。以下図４（ａ）同様にポテンショメータ
３３がその押し込み量に応じた電気信号を出力する。

【００１６】図５において、上記ポテンショメータから
出力される電気信号ｆ１（変位）と可動グリップの操作
力（バネ付勢力に等しい）とは図示するように圧縮バネ
３４の特性に応じた線型図となる。すなわち、可動グリ
ップの操作力は圧縮バネ３４の与圧に基づく不感帯５９
を経て変位信号ｆ１に変換される。なお、圧縮バネの与
圧を異なるものとすることにより不感帯５９の幅を任意
に設定できる。ここで、＋変位は押し操作を、−変位は
引き操作を表す。

【００１７】つぎに、ＣＰＵ（７６ｂ）の演算処理を、
操作力と車両の加減速の関係を示す図６により説明す
る。図６（ａ）は操作力に相当するポテンショメータか
らの電気信号ｆ１とモータに出力されるトルク駆動信号
ｆ２の出力関係を示すグラフ図であり、図６（ｂ）は電
気信号ｆ１と車両加速度の関係を示すグラフ図である。
Ｃ点は操作力がゼロであり、駆動信号ｆ２もゼロ出力で
あり、加速度もゼロである。Ｂ点は操作力が小さい不感
帯であり、駆動信号ｆ２はゼロ出力のままであるが、加
速度は人の操作力による加速分だけ上昇する。なお不感
帯は小さい操作力にモータが追従して車両推進が不安定
になるのを防止するために設けられている。つぎにＡ点
は操作力が大きく、駆動信号ｆ２がａ点から比例的に増
加し、加速度は人の操作力による加速分とモータによる
加速分の合計となる。Ａ，Ｂ点は人が車両を加速させる
場合であったが、Ｄ，Ｅ点は人が車両を減速させる場合
であり、駆動信号ｆ２及び加速度が点対称でマイナスに
なっている。すなわちＡ点又はＥ点では、車両の加速度
＝人の操作力による加速分＋モータの加速分となり、人
の操作力の大小に応じてモータのトルクが大小に変化
し、人とモータの協同で車両を推進させる。なお、図６
は水平な平坦路を想定したグラフであるが、車両が坂を
上り下りする場合には、重力の加速度に対抗する人の操
作力の大小に応じて、モータの加速度も大きくなるだけ
である。以上の演算処理が左右の操作力検知部及び車輪
について独立に行われる。

【００１８】つぎに、電動車輪の作動を図７及び図８に
基づき説明する。まず、単独の操作力検知部及び車輪に
ついての作動を図７により図６と対応させて説明する。
図７（ａ）は車両速度の時間変化を示すグラフ図であ
り、図７（ｂ）は人の操作力の時間変化を示すグラフ図
である。Ａ点のように操作力がプラス側に大きいと、車
両速度は急上昇する。Ｂ点のように操作力がプラス側に
小さいと、車両速度は緩やかに上昇する。Ｃ点のように
操作力がゼロであると、車両速度は変化せず慣性推進だ
けとなる。Ｄ点のように操作力がマイナス側に小さい
と、車両速度は緩やかに下降する。Ｅ点のように操作力
がマイナス側に大きいと、車両速度は急下降する。この
ようにモータが単独で駆動されることはなく、人の操作
を補完するので、人力操作と同じ感覚で車両が推進され
るとともに、暴走するおそれもない。なお、図７は摩擦
がない理想的な場合を示している。

【００１９】つぎに、電動車両全体の作動を図８の対比
表により説明する。図８において、符号１〜５は左右ハ
ンドルに加わる操作力が等しい場合すなわち直進操作の
場合であり、この場合は上述の図７の説明がそのまま該
当する。すなわち、符号１がＣ点に相当し、符号２がＢ
点に相当し、符号３がＡ点に相当し、符号４がＤ点に相
当し、符号５がＥ点に相当する。符号６〜１１は左右の
操作力が異なる場合すなわち方向転換する場合であっ
て、車両が人の力で方向転換するのをモータが補完す
る。符号６は左の操作力がプラス方向に小さく、右の操
作力がプラス方向に大きい場合であり、車両は左カーブ
で動作するように、左右のモータの各々が左右の操作力
に連動する。符号７は左の操作力がマイナス方向に小さ
く、右の操作力がプラス方向に大きい場合であり、車両
は左急カーブで動作する。符号８は左の操作力がマイナ
ス方向に大きく、右の操作力がプラス方向に大きい場合
であり、車両は左回転で動作する。符号９は符号６の左
右反対の場合であり、符号１０は符号７の左右反対の場
合であり、符号１１は符号８の左右反対の場合である。
このように左右の操作力と左右の車輪に連結されたモー
タを連動させるので、車両の動作も人の操作力の感覚と
同様にモータで補完される。

【００２０】なお、上述の実施例では、可動グリップの
押圧力に対する反発力を発生する弾性部材として、圧縮
バネを使用した場合を説明したが、これに代えて例えば
筒状のゴムや軟質材を用いることもできる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の電動車両は、上述のようにハン
ドルを推進する人の操作力の大小に対応してモータが駆
動できるとともに、人が可動グリップを離して操作力が
消滅した場合は、モータの駆動力を停止でき、人と電動
の協同で人の操作力に対応して車両が推進される。この
ため、人の操作力の負担を軽減できるとともにバッテリ
ー電源の節約を図ることができる。また、人力操作と同
じ感覚で車両が推進され安全かつ容易に操作することが
できる。

【００２２】特に、モータの駆動力をそれぞれ独立して
付与される車輪を車体の両側に設けるとともに、この両
側の車輪に対応するよう車体の両側にハンドルを設け、
操作力検知部をこの両側の車輪のそれぞれに個別の電気
信号を発生するよう各ハンドルに設けると、車両の曲げ
操作に対しても人の操作力の感覚と同様にモータの駆動
力が生じ、人の負担を増大させることなく、その操作力
を活用でき、バッテリー電源の節約を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動車両の斜視図である。

【図２】電動車両の駆動ブロック図である。

【図３】図１の電動車両の操作力検知部の断面図であ
る。

【図４】図３の操作力検知部の作動を示す断面図であ
る。

【図５】図３の操作力検知部の作動を示すバネ付勢力─
変位グラフ図である。

【図６】信号変換部における信号変換のグラフ図であ
る。

【図７】操作力とモータ速度の関係を示すグラフ図であ
る。

【図８】左右の操作力と車両動作の関係を示す対比図で
ある。

【図９】従来の電動車椅子の斜視図である。

【符号の説明】

２ 車体 ２１ 車輪 ３１ 可動グリップ ３２ 固定軸（ハンドル固定側） ３３ ポテンショメータ（位置検出部） ３４ 圧縮バネ（弾性体） ３５ バネ押しピストン（可動グリップ） ３７ バネ収納部（固定軸） ４０ モータ ５５ ハンドル ７１ 電動車両 ７２、７３ 操作力検知部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の左右両側にそれぞれ設けられた各
   車輪と、これらの車輪に対応して設けられ各車輪に駆動
   力を付与する各モータと、車外からの操作力で車両を推
   進させるために前記車体の左右両側にそれぞれ設けられ
   た各ハンドルと、これらのハンドルにそれぞれ設けられ
   各ハンドルに加わる操作力を電気信号に変換して出力す
   る各操作力検知部とを備え、 これら各操作力検知部 は、 車両の推進方向に移動可能に取り付けられる可動グリッ
   プと、この可動グリップの移動量を検出し、この移動量
   に応じた前記電気信号を発生する単一の位置検出部と、
   前記可動グリップの移動時に一方端が可動グリップの押
   圧力を受け他方端がハンドルの固定側に支持されて可動
   グリップの押圧力に対する反発力を発生する弾性部材と
   を有し、前記各モータは、左右のうち同じ側にある前記操作力検
   知部からの電気信号に基づいて、対応する車輪に付与す
   る駆動力を増減する ものである電動車両。