JP2000014714A

JP2000014714A - 移動装置

Info

Publication number: JP2000014714A
Application number: JP10186173A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nanae; 裕一名苗; Naomasa Sato; 直正佐藤; Masaji Tanina; 正次谷名
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】傾斜面であっても直進性の高い移動装置を提
供すること。【解決手段】操作者により加えられる力により回転す
る少なくとも２つの回転部１３ｒ、１３ｌと、前記各回
転部に装着され、前記操作者の力の一部を補助する動力
補助手段３０ｒ、３０ｌと、前記各動力補助手段に通電
するためのバッテリ４０と、移動方向の傾斜を検出する
第１の傾斜検出手段８０と、前記移動方向に対して直交
方向の傾斜を検出する第２の傾斜検出手段９０と、前記
第１及び第２の傾斜検出手段から得られる傾斜情報に基
づいて、前記各動力補助手段を別々に制御する制御手段
１００とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操作者が与える移
動するための力の一部を補助するようになっている移動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような移動装置として車椅子を例に
その操作を説明する。操作者は、椅子部に腰を下ろし、
左右の車輪にそれぞれ固定されている各外輪を左右の手
でそれぞれ掴んで前方あるいは後方へ押し出して、各車
輪をそれぞれ回転させることにより、車椅子を所定の方
向に移動させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の車椅子で平坦面
を移動する場合、操作者は、左右の外輪に加える押し出
し力を均等にすることにより直進することができる。と
ころが、車椅子で路面を移動する場合、路面には水はけ
を良くするために傾斜が付けられているので、左右の外
輪に加える押し出し力を均等にすると、傾斜側に回り込
んでしまい、直進することができない。従って、車椅子
で路面を直進移動するには、傾斜側の外輪に加える押し
出し力を大きくしなくてはならず、操作者にとって困難
であると共に負担になるという問題がある。そこで本発
明は上記課題を解消し、傾斜面であっても直進性の高い
移動装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、操作者により加えられる力により回転する少な
くとも２つの回転部と、前記各回転部に装着され、前記
操作者の力の一部を補助する動力補助手段と、前記各動
力補助手段に通電するためのバッテリとを備えた移動装
置であって、移動方向の傾斜を検出する第１の傾斜検出
手段と、前記移動方向に対して直交方向の傾斜を検出す
る第２の傾斜検出手段と、前記第１及び第２の傾斜検出
手段から得られる傾斜情報に基づいて、前記各動力補助
手段を別々に制御する制御手段とを備えることにより達
成される。

【０００５】上記構成によれば、移動装置が移動方向に
対して直交方向に傾斜している場合、移動装置が直進可
能なように複数の回転部に加えられる補助力が調整され
るので、操作者は複数の回転部に均等に力を加えても直
進することができ、操作者にとって操作が容易となり、
負担も軽減することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【０００７】図１は、本発明の移動装置の好ましい実施
の形態として、車椅子の一例を示している。図１の車椅
子１０は、布等で成る着座用シート１１ａ、背もたれ用
シート１１ｂ及びウレタン等で成る肘かけ用クッション
１１ｃが装着されている金属パイプで成る椅子部１１、
椅子部１１の左右にそれぞれ回転可能に取り付けられた
車輪（回転部）１２ｒ、１２ｌ、各車輪１２ｒ、１２ｌ
にそれぞれ固定された外輪（回転部）１３ｒ、１３ｌ、
椅子部１１の左右であって各外輪１３ｒ、１３ｌの前方
にそれぞれ回転可能に取り付けられたキャスタ１４ｒ、
１４ｌ、椅子部１１の前方に突き出るように固定された
フットレスト１５ｒ、１５ｌ、各車輪１２ｒ、１２ｌに
それぞれ装着されたブレーキ１６ｒ、１６ｌ等を備えて
いる。

【０００８】ここまでの構成は従来の車椅子と略同一構
成であり、操作者は、椅子部１１に腰を下ろしてフット
レスト１５ｒ、１５ｌに両足を載せ、左右の外輪１３
ｒ、１３ｌを左右の手でそれぞれ掴んで前方あるいは後
方へ押し出して、左右の車輪１２ｒ、１２ｌをそれぞれ
回転させることにより、車椅子１０を所定の方向に移動
させることができる。そして、左右のブレーキ１６ｒ、
１６ｌを左右の手でそれぞれ操作することにより、左右
の車輪１２ｒ、１２ｌの回転を減速させて車椅子１０の
移動を停止させることができる。尚、キャスタ１４ｒ、
１４ｌは、車椅子１０を安定して自立させるためのもの
である。

【０００９】本実施形態の車椅子１０は、さらに、各車
輪１２ｒ、１２ｌにそれぞれ装着され、操作者により各
外輪１３ｒ、１３ｌに加えられる押し出し力の一部を補
助する動力補助手段３０ｒ、３０ｌ及び椅子部１１の下
方に固定され、各動力補助手段３０ｒ、３０ｌ等に通電
するためのバッテリ４０や各動力補助手段３０ｒ、３０
ｌ等を制御する制御手段１００等が内蔵されたコントロ
ールボックス１７等を備えている。

【００１０】図２は、本実施形態の車椅子１０の主制御
系を示しており、制御手段１００を構成する中央演算処
理装置（ＣＰＵ）１０１は、各種センサ１１０ｒ、１１
０ｌ、７０ｒ、７０ｌ、８０、９０からの検出情報に基
づいて、左右の車輪１２ｒ、１２ｌに回転力をそれぞれ
加える各動力補助手段３０ｒ、３０ｌを構成するモータ
Ｍｒ、Ｍｌを、各駆動回路１０１ｒ、１０１ｌを介して
別々に制御するようになっている。即ち、各車輪１２
ｒ、１２ｌには、各モータＭｒ、Ｍｌの回転速度をそれ
ぞれ検出する速度センサ１１０ｒ、１１０ｌが備えられ
ている。各外輪１３ｒ、１３ｌには、操作者の押し出し
力によるトルクをそれぞれ検出するトルクセンサ７０
ｒ、７０ｌが備えられている。そして、椅子部１１に
は、進行方向の傾斜を検出する進行方向傾斜センサ（第
１の傾斜検出手段）８０と、進行方向に直交する方向の
傾斜を検出する進行直交方向傾斜センサ（第２の傾斜検
出手段）９０が備えられている。

【００１１】このような構成において、車椅子１０の静
止時には、中央演算処理装置１０１は、進行方向傾斜セ
ンサ８０と進行直交方向傾斜センサ９０からの傾斜情報
に基づいて、モータＭｒ、Ｍｌを別々に制御する。中央
演算処理装置１０１が、例えば進行直交方向傾斜センサ
９０からの傾斜情報により車椅子１０が前進直交方向に
対して右に傾いていることを検知したときは、車椅子１
０の移動開始時に、右モータＭｒを左モータＭｌよりも
高トルクで回転させて、両輪１２ｒ、１２ｌの速度差が
発生しないように、特に左の車輪１２ｌが進み過ぎない
ように制御する。これにより、操作者が車椅子１０の移
動を開始するときは、右の車輪１２ｒが左の車輪１２ｌ
よりも高トルクでアシストされることになるので、操作
者は左右の外輪１３ｒ、１３ｌに従来よりも小さい押し
出し力を均等に加えることにより、車椅子１０を傾斜側
に回り込ませることなく容易に直進させることができ
る。

【００１２】また、車椅子１０の移動時には、中央演算
処理装置１０１は、各トルクセンサ７０ｒ、７０ｌから
のトルク情報を主指示信号として、進行方向傾斜センサ
８０と進行直交方向傾斜センサ９０からの傾斜情報に加
えて各速度センサ１１０ｒ、１１０ｌからの速度情報に
基づいて、モータＭｒ、Ｍｌを別々に制御する。中央演
算処理装置１０１が、例えば進行直交方向傾斜センサ９
０からの傾斜情報により車椅子１０が前進直交方向に対
して右に傾いたことを検知し、さらに各トルクセンサ７
０ｒ、７０ｌからのトルク情報により左の車輪１２ｌよ
りも右の車輪１２ｒに大きい力が与えられたことを検知
したときは、右モータＭｒを左モータＭｌよりも高トル
クで回転させて、両輪１２ｒ、１２ｌの速度差が発生し
ないように、特に左の車輪１２ｌが進み過ぎないように
制御する。また、車椅子１０の静止時には、左の車輪１
２ｌにブレーキがかからないように制御する。これによ
り、操作者が車椅子１０を移動させているときは、右の
車輪１２ｒが左の車輪１２ｌよりも高トルクでアシスト
されることになるので、操作者は左右の外輪１３ｒ、１
３ｌに従来よりも小さい押し出し力を均等に加えること
により、車椅子１０を傾斜側に回り込ませることなく容
易に直進させることができる。

【００１３】図３は、図２の本実施形態の車椅子１０の
主制御系の詳細例を示している。尚、左右の動力補助手
段３０ｒ、３０ｌ等は同一構成であるので、１つの動力
補助手段３０ｒ（３０ｌ）等のみを示している。図３に
おいて、制御手段１００の中央演算処理装置１０１は、
バスを介してデジタル入出力部１０２、カウンタ１０
３、アナログ入力部（アナログ／デジタル変換部）１０
４、ＰＷＭ信号作成ロジック部１０９のＰＷＭ（パルス
幅変調）データ部１０５に接続されている。クロック発
生部１０６はカウンタ１０３と中央演算処理装置１０１
にシステム動作の基準用のシステムクロックを与える。
アナログ入力部１０４は、進行方向傾斜センサ８０、進
行直交方向傾斜センサ９０、電流センサ１５０、温度セ
ンサ１６０からのアナログ信号を受けてデジタル変換す
る。

【００１４】カウンタ１０３は、クロック発生部１０６
からのシステムクロックに基づいて、ＰＷＭデータ部１
０５に対してＰＷＭクロックφ（１／１２８キャリア）
を与える。ＰＷＭデータ部１０５は、チャンネルｃｈ０
〜チャンネルｃｈ３のカウンタユニット１０５ａ〜１０
５ｋを有し、チャンネルｃｈ３はチャンネルｃｈ０〜チ
ャンネルｃｈ２の値をクリアするためのカウンタリセッ
トを備えている。ＰＷＭデータ部１０５のチャンネルｃ
ｈ０〜チャンネルｃｈ２のカウンタユニット１０５ａ〜
１０５ｃは、カウンタユニット１０５ｄ，１０５ｅ，１
０５ｆおよびアイソレーション用のフォトカプラ１０５
ｇ，１０５ｈ，１０５ｉを介して３相のモータＭｒ（Ｍ
ｌ）のドライバパワー段１７０に接続されている。この
パワー段１７０は、モータＭｒ（Ｍｌ）のＵ相，Ｖ相，
Ｗ相をそれぞれＰＷＭ制御して適宜通電する。

【００１５】デジタル入出力部１０２には、トルクセン
サ７０ｒ（７０ｌ）、アシストボタン１８０、ブレーキ
センサ１４０ｒ（１４０ｌ）、温度センサ１６０等が、
アイソレーション用のフォトカプラ１８０ａを介して接
続され、さらに、モータＭｒ（Ｍｌ）の速度センサ１１
０ｒ（１１０ｌ）が、アイソレーション用のフォトカプ
ラ１１０ａを介して接続されている。パワー段１７０は
エラー信号１７０ｅをアイソレーション用のフォトカプ
ラ１７０ｆを介してデジタル入出力部１０２に送ること
ができる。中央演算処理装置１０１は、パワー段１７０
に異常が生じるとこのエラー信号１７０ｅを受けて、直
ちにモータＭｒ（Ｍｌ）を停止させる。

【００１６】ここで、図４の回路ブロック図は、図３の
制御手段１００に対して更にバッテリ４０を含めた図で
ある。バッテリ４０はコントロールボックス１７から取
外し可能になっている。このバッテリ４０は家庭用の商
用電源１００Ｖで充電可能である。動力補助手段３０ｒ
（３０ｌ）が、操作者の押し出し力の一部をアシストし
た状態で、車椅子はたとえば７０ｋｍまで走行可能であ
る。バッテリ４０は、一例として約４時間で満充電可能
であり、このバッテリ容量はたとえば２８．８Ｖ−５Ａ
ｈ（１４４Ｗｈ）程度である。そのバッテリ４０の重さ
は、たとえば１．３ｋｇと軽いものである。

【００１７】制御手段１００は、中央演算処理装置１０
１とメイン基板１０８を有している。中央演算処理装置
１０１に対しては、トルクセンサ７０ｒ（７０ｌ）、速
度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）、進行方向傾斜センサ８
０、進行直交方向傾斜センサ９０、ブレーキセンサ１４
０ｒ（１４０ｌ）が関連している。進行方向傾斜センサ
８０と進行直交方向傾斜センサ９０はメイン基板１０８
に配置されており、ＤＣ−ＤＣ変換器１０８ａは、バッ
テリ４０からの電圧を５Ｖに設定して中央演算処理装置
１０１に与える。またメイン基板１０８のＤＣ−ＤＣ変
換器１０８ｂはバッテリ４０からの電圧を１２Ｖに設定
してモータ基板３２側に送ることができる。

【００１８】３つの速度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）
は、後で詳述するがモータ基板３２に設けられており、
モータ回転角信号ＣＳを、中央演算処理装置１０１側に
送ることができる。中央演算処理装置１０１は、このモ
ータ回転角信号ＣＳに基づいて、３相モータＭｒ（Ｍ
ｌ）のロータの速度信号ＶＳを生成でき、かつこの速度
信号ＶＳから加速度情報（速度変化情報）ＡＳを合成す
ることができる。モータ基板３２は、上述した速度セン
サ１１０ｒ（１１０ｌ）、温度センサ１６０、誘起電圧
検出部３２ａおよび３つの駆動用コイルＣ１〜Ｃ３を有
している。メイン基板１０８のパワー段１７０は、これ
ら３つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に
相当）に対して駆動電圧を供給する。

【００１９】次に、トルクセンサ７０ｒ（７０ｌ）、進
行方向傾斜センサ８０、進行直交方向傾斜センサ９０、
ブレーキセンサ１４０ｒ（１４０ｌ）およびアシストボ
タン１８０について順次説明していく。トルクセンサ７
０ｒ（７０ｌ）は、図２６に示すように、外輪１３ｒ
（１３ｌ）とモータＭｒ（Ｍｌ）の回転側のハウジング
との間に取り付けられたゴム等で成る弾性体７１と、モ
ータＭｒ（Ｍｌ）内の固定側に取り付けられたリング状
の固定ヨーク７２とを備えている。そして、固定ヨーク
７２の外周側には、リング状の磁石（２極着磁）７３が
取り付けられ、固定ヨーク７２の内周側の１個所もしく
は２個所には、ホール素子７４が取り付けられている。
さらに、固定ヨーク７２のリング磁石７３及びホール素
子７４とそれぞれ対向するように、モータＭｒ（Ｍｌ）
の回転側のハウジングに取り付けられた分断リング状の
回転ヨークＢ７６と、回転ヨークＢ７６と対向するよう
に、外輪１３ｒ（１３ｌ）に取り付けられたリング状の
回転ヨークＡ７５とを備えている。そして、回転ヨーク
Ａ７５の外周側及び内周側には、分断リング状の突起部
が形成されている。このような構成において、外輪１３
ｒ（１３ｌ）に加えられた力は、弾性体７１を介して車
輪１２ｒ（１２ｌ）に伝達されるので位相差が生じる。
回転ヨークＢ７６と回転ヨークＡ７５の突起部との対向
面積によりリング磁石７３の磁気抵抗が変化、即ち上記
対向面積が大きいほど磁束が多くなるので、その磁界を
ホール素子７４で検出することによりトルクを検出する
ことができる。

【００２０】進行方向傾斜センサ８０と進行直交方向傾
斜センサ９０は、椅子部１１への取り付け方向が異なる
のみでその他は同一の図５と図６に示すような構造であ
る。傾斜センサ８０（９０）は鉄基板８１（９１）に対
して軸受８２（９２）を介して、振り子８９（９９）が
回転可能に支持されている。軸受８２（９２）は焼結メ
タルもしくは樹脂の軸受であり、鉄基板８１（９１）に
は磁界検出用のホール素子８４（９４）が取付けられて
いる。振り子８９（９９）は、ヨーク８８（９８）とボ
ス８６（９６）および軸８７（９７）を有している。軸
８７（９７）はボス９６（９６）にはめ込まれており、
ボス８６（９６）はヨーク８８（９８）を保持してい
る。軸８７（９７）はＥリング８３（９３）により軸受
８２（９２）に取付けられている。ヨーク８８（９８）
はマグネット８５（９５）を備えておりこのヨーク８８
（９８）は透磁性材料で作られている。

【００２１】マグネット８５（９５）は図７に示すよう
に、Ｎ極８５ａ（９５ａ）とＳ極８５ｂ（９５ｂ）を有
している。図６のホール素子８４（９４）は、マグネッ
ト８５（９５）のＮ極８５ａ（９５ａ）とＳ極８５ｂ
（９５ｂ）の磁界の変化を、振り子８９（９９）がＲ方
向に移動することで検出する。この振り子８９（９９）
がＲ方向に傾斜する角度はプラスマイナスθで図５に示
しているが、この振り子８９（９９）の傾斜角度θは、
車椅子１０の左右の車輪１２ｒ、１２ｌを結ぶ線に対し
て鉛直方向の線ＶＬに対する傾斜角度である。たとえば
登り坂の場合には振り子８９が＋θ方向に傾斜し、下り
坂の場合には振り子８９は−θ方向に傾斜し、また、右
傾斜面の場合には振り子９９が＋θ方向に傾斜し、左傾
斜面の場合には振り子９９は−θ方向に傾斜する。つま
り、図８に示すように、ホール素子８５（９５）の出力
は＋θ方向の傾斜に対して直線的に減少し、−θ方向の
傾斜に対して直線的に上昇していくように設定されてい
る。ホール素子８４（９４）の出力は傾斜信号制御手段
１００側に送られる。

【００２２】ブレーキセンサ１４０ｒ（１４０ｌ）は、
たとえばマイクロスイッチが用いられ、ブレーキ１６ｒ
（１６ｌ）に取り付けられいる。そして、操作者がブレ
ーキ１６ｒ（１６ｌ）を操作することで、ブレーキセン
サ１４０ｒ（１４０ｌ）がオンし、操作者がブレーキ１
６ｒ（１６ｌ）を離すことで、ブレーキセンサ１４０ｒ
（１４０ｌ）はオフする。ブレーキ１６ｒ（１６ｌ）が
操作されたかどうかは、ブレーキセンサ１４０ｒ（１４
０ｌ）のブレーキ信号に基づいて中央演算処理装置１０
１が判断する。尚、マイクロスイッチに代えてポテンシ
ョメータを用いても良い。

【００２３】アシストボタン１８０は、介助者あるいは
操作者がオン／オフ操作するプッシュスイッチであり、
たとえば車椅子１０を介助者が押して歩く際に、段差等
を乗り越えるとき等の必要時にモータＭｒ（Ｍｌ）を作
動して、車輪１２ｒ（１２ｌ）に対して補助動力を与え
てアシストさせる。

【００２４】次に、モータＭｒ（Ｍｌ）の構造、速度セ
ンサ１１０ｒ（１１０ｌ）、電流センサ１５０および温
度センサ１６０について順次説明していく。図９は、モ
ータＭｒ（Ｍｌ）および各種センサの付近をより詳しく
示している。モータＭｒ（Ｍｌ）は、温度センサ１６０
とロータ位置センサ１９９を有している。更に、モータ
Ｍｒ（Ｍｌ）と中央演算処理装置１０１の間には電流セ
ンサ１５０が設けられている。モータＭｒ（Ｍｌ）の構
造は、図１０と図１１に示しており、外側のロータＲＴ
が回転し内側のステータＳＴが停止しているアウターロ
ータ型の３相のブラシレスモータである。

【００２５】先ず、モータＭｒ（Ｍｌ）のステータＳＴ
について説明する。ステータＳＴは、シャフト５１に対
して一体となっている鉄芯５３、ステータホルダ６３、
放熱器６４、モータ基板３２等を備えている。ステータ
ＳＴ側のシャフト５１のフランジ５１ａには、ネジ５１
ｂを用いて鉄芯５３が固定されている。鉄芯５３にはコ
イルＣ１，Ｃ２，Ｃ３が巻かれている。このコイルＣ
１，Ｃ２，Ｃ３は、図１３に示すような鉄芯歯部５３ｅ
に所定のパターンで巻かれているが、途中の鉄芯歯部５
３ｅには、逆起電圧検出用のコイル５３ｄが設けられて
いる。

【００２６】図１０および図１４に示すように、モータ
基板３２は、ロータＲＴのハウジングキャップ５８の反
射板６７に対面するように配置されている。さらに、図
１５に示すように、モータ基板３２には、速度センサ１
１０ｒ（１１０ｌ）が設けられている。この速度センサ
１１０ｒ（１１０ｌ）は、フォトリフレクタともいい、
円形状のモータ基板３２の円周方向に沿って３つ所定間
隔をおいて設けられている。モータ基板３２は図１０に
示すように鉄芯５３に対してネジ５３ｆにより基板ホル
ダー５３ｇを用いて固定されている。モータ基板３２の
給電線押さえ板３２ｈは給電線３２ｊを押さえている。
この給電線３２ｊは、図９の３つのコイルＣ１，Ｃ２，
Ｃ３に対してパワー段１７０から給電する給電線であ
る。モータ基板３２の信号線押さえ板３２ｋは、３本の
信号線３２ｍを押さえている。この信号線３２ｍは、速
度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）と図９の中央演算処理装
置１０１を接続する信号線である。

【００２７】さらに、モータ基板３２には温度センサ１
６０が設けられている。この温度センサ１６０は、モー
タＭｒ（Ｍｌ）のコイル内部に挿入したセンサ（ダイオ
ード）であり、その温度センサ１６０の電圧を比較し
て、温度が上がって設定値を超えたら温度センサ１６０
は図９の中央演算処理装置１０１に対して温度検出信号
を出力する。中央演算処理装置１０１は、これを受けて
モータＭｒ（Ｍｌ）に異常が生じたと判断しモータＭｒ
（Ｍｌ）に対する通電を停止して駆動を止める。なお、
停止後、温度センサ１６０が検出する温度が所定値より
下がった場合には、ヒステリシスを用いた別系統の信号
が出されるので、それを受けてモータＭｒ（Ｍｌ）の駆
動が再開する。

【００２８】図１５の３つの速度センサ１１０ｒ（１１
０ｌ）は、図１０のロータＲＴのハウジングキャップ５
８に取付けられた反射板６７に対面している。この反射
板６７は、図１６のように２４個のミラー部分６７ａと
の無反射部分６７ｂが交互に設けられたものであり、円
周方向に沿って形成されている。各速度センサ１１０ｒ
（１１０ｌ）は、発光部１１１と受光部１１２を備えて
いる。発光部１１１の光Ｌは、反射板６７のミラー部分
６７ａで反射して戻り光ＬＲとなり受光部１１２に受光
できる。従って、速度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）は、
非接触で光学的に、図１６の反射板６７のミラー部分６
７ａのみの有無を検出することで、図１０のモータＭｒ
（Ｍｌ）のロータＲＴの回転にともなう速度信号ＶＳを
図９のように中央演算処理装置１０１に送ることができ
る。

【００２９】３つの速度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）
は、図１７に示すように、ゼロクロス点ＺＣの検出の時
間間隔ＩＴを、カウンタ１０３で計測している。具体的
には、モータＭｒ（Ｍｌ）のロータＲＴの１回転につい
て、２４サイクル×６回のゼロクロス点があるので、こ
れをシステムクロックでカウントしている。なお、３つ
の速度センサ１１０ｒ（１１０ｌ）の間にはばらつきが
含まれていることがあるために、内部では６回の移動平
均を計算することで、３つの速度センサ１１０ｒ（１１
０ｌ）のばらつきをキャンセルしている。ＰＷＭ信号作
成ロジック部１０９は、図１７の速度センサの出力１１
０ｒ（１１０ｌ）（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて、
矩形波の速度センサ出力１１０ｒ（１１０ｌ）（ｕ），
（ｖ），（ｗ）を得ている。

【００３０】図１８は、この速度センサ出力１１０ｒ
（１１０ｌ）（ｕ），（ｖ），（ｗ）に対応して、ＰＷ
Ｍ信号作成ロジック部１０９が形成したコイルＣ１，Ｃ
２，Ｃ３に対応するＵ相，Ｖ相，Ｗ相のスイッチングタ
イミングの一例を示している。図１９は、ＰＷＭ信号作
成ロジック部１０９がドライバ１７０に対するＰＷＭ信
号の波形例を示している。ＰＷＭデータ部１０５のユニ
ット１０５ａ〜１０５ｃは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に
対応しており、それぞれ図１９のようなデューティーで
駆動することができる。

【００３１】電流センサ１５０は、ＧＮＤ側のセンス抵
抗（たとえば０．５オーム）に生じる両端の電圧を、ア
ナログ入力部１０４に取り込んでアナログ／デジタル変
換することで、電流に変換する。このように電流センサ
が必要なのは、次の理由からである。（１）突入電流に制限をかけることで、バッテリーや駆
動回路素子の拡大電流定格を低く押えられる。特にリチ
ウムイオンバッテリーの信頼性向上に有効である。また
瞬間的な制限であるのでアシスト効果の低下は影響な
い。（２）モータの異常検出ができる。

【００３２】図１０のモータ基板３２において、給電線
３２ｊは、放熱器６４に設けられた封止チューブ６６を
用いて、外部から給電線押さえ板３２ｈを介してモータ
基板３２に接続されている。この封止チューブ６６は、
モータＭｒ（Ｍｌ）の内部と外部との間をシールするも
のであり、コイル給電線３２ｊが外に引っ張られると、
封止チューブ６６が、放熱器６４の穴６４ａに締まり、
これ以外外側へは出ない。つまり封止チューブ６６は、
内側部分が外側部分に比べて径が大きくなっており、コ
イル給電線３２ｊが外側方向Ｘ１方向に引っ張られたと
しても、封止チューブ６６はこれ以上出ないようになっ
ている。コイル給電線３２ｊは、ハウジングキャップ５
８と接触しないように給電線押さえ板３２ｈで固定され
ている。

【００３３】図１０のステータホルダ６３は、たとえば
アルミ製であり、放熱器６４もたとえばアルミ製であ
る。放熱器６４は放熱用のフィン６４ｃを有している。
フィン６４ｃは図１１に示すように、車椅子１０の進行
方向ＦＦ方向に複数枚形成されている。このようにステ
ータホルダ６３と放熱器６４を放熱性のよい材料で作る
ことにより、ステータＳＴのコイル（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３）と鉄芯５３付近で生じる熱を、外部に簡単に放熱し
て排除することができる。

【００３４】次に、モータＭｒ（Ｍｌ）のロータＲＴに
ついて説明する。図１０のハウジングキャップ５８はネ
ジ５８ｎを用いてハウジング５５に対して固定されてい
る。ハウジングキャップ５８とハウジング５５は、すで
に述べたステータＳＴを収容している。ハウジング５５
は穴５５ｈを有しており、この穴５５ｈにはシャフト５
１が非接触で通っている。ハウジング５５はベアリング
５２，５２ｂを介してステータＳＴに回転可能に支持さ
れている。ハウジングキャップ５８は、モータ基板３２
のモータシールド板３２ｓに対面しており、ベアリング
５２ｂを受けている。ハウジング５５は、図２０と図２
１のように車輪１２ｒ（１２ｌ）の各スポークに対して
取付けられている。従ってロータＲＴは車輪１２ｒ（１
２ｌ）と一体に回転する。ハウジング５５とハウジング
キャップ５８は、ステータＳＴをほぼ囲っており、シャ
フト５１は椅子部１１に固定されている。

【００３５】ハウジング５５の内側には、ネジ２２ｄに
よりロータケース５４が設けられている。このロータケ
ース５４には、一方向に着磁された短冊状の焼結ネオジ
マグネットのようなマグネット５６が配置されている。
そのマグネット５６の配列状態は図１３と図２２に示し
ている。つまりマグネット５６はロータケース５４の内
周囲方向に沿って４８枚挿入してロータケース５４に対
して接着されており、Ｎ極５６ａとＳ極５６ｂの組み合
わせが２４組設けられている。各マグネット５６はロー
タＲＴの鉄芯５３に所定の間隔をおいて対面している。
図１３と図２１に示すように、鉄芯５３にはスキュー角
を設定している。このようにスキューをかけて斜めに設
定しているのは、コギングトルク（所謂トルク変動）を
防ぐためである。

【００３６】なお、図１３に示すように各相（Ｕ，Ｖ，
Ｗ相）に対して１スロット分逆起電圧検出コイル５３ｄ
を巻き、この逆起電圧検出コイル５３ｄは受発光部１１
１、１１２の代わりにコイルの通電タイミングを取るセ
ンサとして用いることも勿論できる。この場合には、セ
ンサレスドライブと同等の機能を有しているが、用途と
して起動が問題にならないというメリットがある。すな
わち、車椅子１０が完全に停止状態では、逆起電圧検出
コイル５３ｄには、通電タイミングを取る出力は発生し
ないが、操作者が移動を始める場合、車椅子１０を動か
す為、逆起電圧検出コイル５３ｄに出力が発生し、モー
タＭｒ（Ｍｌ）の通電タイミングが得られ、センサレス
ドライブに特有の起動時の迷いがないからである。

【００３７】図１０のモータ３１を組立てる際には、熱
伝導性のよいアルミ製のステータホルダ６３は、シャフ
ト５１に圧入する。シャフト５１のフランジ５１ａに対
して、鉄芯５３と基板ホルダ５３ｇをネジ５１ｂで共締
めする。この時鉄芯５３とステータホルダ６３は、十分
に熱結合させる。基板ホルダ５３ｇに対してモータシー
ルド板３２ｓをネジ５３ｆで固定する。モータシールド
板３２ｓに対してモータ基板３２を角度調整しながらネ
ジ５３ｐで固定する。その角度は、フォトリフレクタで
ある受発光部１１１、１１２の反射板６７による信号が
コイル（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の通電タイミングになるよ
うにする。マグネット５６の極数と反射板６７の歯数
（ミラー部分の数）は等しくなるようになっている。放
熱器６４はシャフト５１に挿入して、モータシールド板
３２ｓに密着させて、コイル（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から
の輻射熱がモータ基板３２に伝わりにくくする。これに
よりモータ基板３２を熱から保護することができる。

【００３８】また、ステータホルダ６３を通じてコイル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３や鉄芯５３の熱をも逃がすことができ
る。ただしコイルの耐熱が２００℃程度であるのに対し
て、モータ基板３２上の半導体は８０℃程度なので、温
度勾配がつくようにステータホルダ６３とモータシール
ド板３２ｓとの間にスペーサを入れる方法もある。ロー
タＲＴはステータＳＴに対してベアリング５２，５２ｂ
で回転可能に支持されているが、ロータＲＴはハウジン
グ５５とハウジングキャップ５８により両側から挟み込
んでネジ５８ｎで固定している。この場合に両者の間に
パッキンを挟むことも考えられる。

【００３９】次に、図２３を参照して、モータＭｒ（Ｍ
ｌ）に関連して設けられているコイルカットリレー部２
００と充電回路用リレー部２５０について説明する。コ
イルカットリレー部２００は、モータＭｒ（Ｍｌ）のコ
イルＣ２，Ｃ３の一端部と、モータドライバパワー段１
７０の間をオン／オフするためのリレー部である。ま
た、充電回路用リレー部２５０は、コイルＣ２，Ｃ３
と、バッテリ（２次電池）４０の充電回路３００との間
を電気的にオン／オフするリレーである。コイルカット
リレー部２００はモータＭｒ（Ｍｌ）がアシスト用に駆
動している場合に接続しており、中央演算処理回路１０
１からは制御信号ＣＳＳが与えられると、コイルＣ２，
Ｃ３とパワー段１７０との間をオンする。そうでなく
て、制御信号ＣＳＳが与えられないとコイルカットリレ
ー部２００はオフとなる。一方、充電回路用リレー部２
５０は、充電制御信号ＰＳＳによりオンでき、充電制御
信号ＰＳＳが与えられないと充電回路用リレー部２５０
はオフとなる。

【００４０】たとえば走行路面が登りである場合には、
コイルカットリレー部２００はオンとなり充電回路用リ
レー部２５０はオフとなる。走行路面が平坦であり慣性
走行ができる場合には、コイルカットリレー部２００は
オフとなり充電回路用リレー部２５０もオフとなる。走
行路面が下りである場合には、コイルカットリレー部２
００がオフとなり充電回路用リレー部２５０はオンにな
る。これにより走行路面が下りである場合には、モータ
Ｍｒ（Ｍｌ）はその電気自転車の下り走行により発電機
として機能して、充電回路用リレー部２５０を介してバ
ッテリの充電回路３００を経てバッテリ４０に対して充
電することができる。

【００４１】次に、バッテリ４０について説明する。繰
り返して充電の可能な２次電池として、たとえば最も好
ましくはリチウムイオン電池を採用している。このリチ
ウムイオン電池は、リチウムをドープ・脱ドープできる
炭素質材料を負極として、リチウムと遷移金属の複合酸
化物を正極とし、非水溶媒に電解質を加えた非水電解液
を用いている２次電池である。リチウムイオン電池は充
電が可能な電池でありニッケル−カドミウム電池に代わ
る有力な電池である。図２４は、リチウムイオン電池
と、鉛電池およびニッケル−カドミウム電池の放電特性
を示している。図２４の縦軸が電池の電圧を示し、横軸
が時間経過を示している。リチウムイオン電池の放電特
性は、特に電池容量が少くなると時間の経過とともに比
較的大きな傾斜をもって低下していく。そしてリチウム
イオン電池の初期の電圧は４Ｖ以上であり電圧が高く、
電圧が低下していっても３Ｖ程度までである。

【００４２】これに対して鉛電池は初期の電圧が２Ｖ程
度であり時間経過とともにあまり電圧の変化がなく、ニ
ッケル−カドミウム電池は初期の電圧が１．数Ｖ程度で
あり、やはり電圧の変化が少ない。従って、リチウムイ
オン電池は、他の鉛電池やニッケル−カドミウム電池に
比べて、特に電池容量が少なくなると経時変化による電
圧の変化を把握し易いので、リチウムイオン電池の初期
電圧たとえば４．２Ｖから終止電圧２．７Ｖ程度までな
だらかに電圧が降下することを利用して、その電圧の降
下は電池の残量にほぼ比例することから、リチウムイオ
ン電池の残量の検知が簡単に行えるというメリットがあ
る。このようなリチウムイオン電池は、エネルギー密度
が高く、図２４に示したように電圧が他の種類の２次電
池に比べて高く、しかも無公害な電池である。

【００４３】図２５はリチウムイオン電池の作動原理を
示しており、＋の集電体４１、−の集電体４２およびセ
パレータ４３を有している。これらの集電体４１，４２
およびセパレータ４３は容器４４の電解液４５の中に配
置されている。リチウムイオン４６はセパレータ４３を
通り集電体４２側に向かうことで充電をする。これに対
してリチウムイオン４６が−集電体４２からセパレータ
４３を通り＋集電体４１側に向かう時に放電を起こす。

【００４４】本発明の実施の形態では、速度センサ１１
０ｒ、１１０ｌは、回転部である車輪１２ｒ、１２ｌの
モータＭｒ、ＭｌのロータＲＴに対して非接触であるの
で、速度情報を得るのにモータＭｒ、ＭｌのロータＲＴ
に機械的なロスを与えることがない。また、モータＭ
ｒ、ＭｌのロータＲＴは、ステータＳＴに対して外側に
位置しており、モータＭｒ、Ｍｌはアウターロータ型の
モータである。このアウターロータ型のモータを使用す
ることにより、ロータＲＴは車輪１２ｒ、１２ｌのスポ
ークに対して直接接続できるので、構造が簡単であり軽
量化できる。さらに、バッテリとして高電圧で使い勝手
のよいリチウムイオン２次電池を用いているが、Ｎｉ−
ＭＨ（ニッケル−メタルハライド）電池などの他の種類
の電池を使用しても勿論構わない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
傾斜面であっても直進性の高い移動を容易にかつ負担な
く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動装置の好ましい実施の形態である
車椅子を示す斜視図。

【図２】図１の車椅子の主制御系を示すブロック図。

【図３】図２の車椅子の主制御系の詳細例を示す図。

【図４】図２の回路において中央演算処理装置、メイン
基板およびモータ基板を示す図。

【図５】傾斜センサの一例を示す正面図。

【図６】図５の傾斜センサの断面図。

【図７】図５の傾斜センサの振り子を示す図。

【図８】図５の傾斜センサの特性を示す図。

【図９】図３の回路図を別の形態で示したモータの駆動
型を示す図。

【図１０】モータの一例を示す断面図。

【図１１】図１０のモータの側面図。

【図１２】図１０のモータのステータとロータの一部を
示す断面図。

【図１３】図１０のモータのステータを示す側面図。

【図１４】図１０のモータに設けられたモータ基板等の
一部を示す断面図。

【図１５】図１４のモータ基板を示す正面図。

【図１６】図１５のモータ基板に対面して配置される反
射板を示す正面図。

【図１７】図１０のモータの速度センサの出力例を示す
図。

【図１８】図１０のモータの速度センサの出力例とモー
タのスイッチングタイミングの一例を示す図。

【図１９】図１０のモータをＰＷＭ駆動する時のＰＷＭ
信号波形の一例を示す図。

【図２０】図１０のモータの斜視図。

【図２１】図２０のモータの分解斜視図。

【図２２】図２１のモータのロータの部分Ｚを拡大して
示す図。

【図２３】図１０のモータ付近の回路を示す図。

【図２４】リチウムイオン電池およびその他の種類の電
池の放電特性の一例を示す図。

【図２５】リチウムイオン電池の動作原理を示す図。

【図２６】トルクセンサの一例を示す図。

【符号の説明】

１０・・・車椅子、１１・・・椅子部、１２ｒ、１２ｌ
・・・車輪、１３ｒ、１３ｌ・・・外輪、３０ｒ、３０
ｌ・・・動力補助手段、Ｍｒ、Ｍｌ・・・モータ、３２
・・・モータ基板、４０・・・バッテリ、７０ｒ、７０
ｌ・・・トルクセンサ、８０・・・進行方向傾斜セン
サ、９０・・・進行直交方向傾斜センサ、１００・・・
制御手段、１０１・・・中央演算処理装置（ＣＰＵ）、
１１０ｒ、１１０ｌ・・・速度センサ、１４０ｒ、１４
０ｌ・・・ブレーキセンサ、１５０・・・電流センサ、
１６０・・・温度センサ、１８０・・・アシストボタ
ン、２００・・・コイルカットリレー部、２５０・・・
充電回路用リレー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷名正次東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5H621 BB07 BB10 GA01 GA04 GA15 GA17 GB12 HH05 JK02 JK08 JK14 JK15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作者により加えられる力により回転す
る少なくとも２つの回転部と、前記各回転部に装着さ
れ、前記操作者の力の一部を補助する動力補助手段と、
前記各動力補助手段に通電するためのバッテリとを備え
た移動装置であって、移動方向の傾斜を検出する第１の傾斜検出手段と、前記移動方向に対して直交方向の傾斜を検出する第２の
傾斜検出手段と、前記第１及び第２の傾斜検出手段から得られる傾斜情報
に基づいて、前記各動力補助手段を別々に制御する制御
手段とを備えたことを特徴とする移動装置。
【請求項２】前記操作者により前記各回転部に加えら
れるトルクを検出するトルク検出手段と、前記各動力補
助手段の速度を検出する速度検出手段とを備え、前記制
御手段が、前記各トルク検出手段から得られるトルク情
報を主指示信号として、前記第１及び第２の傾斜検出手
段から得られる傾斜情報に加えて前記各速度検出手段か
ら得られる速度情報に基づいて、前記各動力補助手段を
別々に制御する請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】前記回転部は、車椅子の車輪である請求
項１に記載の移動装置。
【請求項４】前記動力補助手段は、駆動用コイルを有
し、前記車輪の車軸に設けられているステータと、駆動
用マグネットを有し、前記車輪と一体に設けられて前記
ステータに対して回転するロータとを備えるブレシレス
モータである請求項３に記載の移動装置。