JP2002316626A - 風力制動装置 - Google Patents

風力制動装置

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JP2002316626A JP2001123409A JP2001123409A JP2002316626A JP 2002316626 A JP2002316626 A JP 2002316626A JP 2001123409 A JP2001123409 A JP 2001123409A JP 2001123409 A JP2001123409 A JP 2001123409A JP 2002316626 A JP2002316626 A JP 2002316626A
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啓佐敏 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の制動を補助することが可能であり、か
つ熱エネルギーの損失を軽減でき、必要な制動力に適し
た制動を行う。 【解決手段】 車椅子１０の肘掛１６に風洞３４を埋設
し、制動時に風洞３４内に配設した回転羽根４０に、発
電のための負荷を持たせることで、風の流れを妨げ、こ
れを制動力としたため、車椅子１０の制動に電動モータ
のブレーキ機構と共に風力による制動を併用することが
できる。電動モータのブレーキ機構の負担を軽減するこ
とができ、摩擦熱等による早期の磨耗や能力低下を抑制
することができる。この電動モータのブレーキ機能の助
長により電動モータから発する熱エネルギーの大気放出
も減らすことができる。発電した電力をバッテリ３２の
充電用に利用することができ、車椅子１０の継続走行距
離を伸ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体を移動させ
る駆動源の駆動力を低下させるときに作動し、当該移動
体に制動を加える風力制動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両、特に電動カート（電動車椅子やゴ
ルフ場の乗用カート等）では、電動モータを駆動するこ
とで、車輪を駆動して走行させ、この電動モータの回転
速度を制御することで、速度調整を行っている。なお、
電動カートとして、電動車椅子やゴルフ場の乗用カート
の例を挙げたが、ここでは、低速走行車両を特定するも
のではなく、あくまでも電動モータを用いた車両を例と
して挙げたにすぎない。従って、レシプロエンジンやデ
ィーゼルエンジン等を搭載した車両に代わる電気自動
車、ソーラーカー等も視野に入れていることを前提とす
る。
【０００３】現状の電動モータ駆動の車両では、速度設
定を行う場合、アクセルとしてペダルやレバーを操作
し、その操作量に基づいて加速度が設定され、当該設定
された加速度で走行し、所望の速度に達した時点で、当
該アクセルベダル又はアクセルレバーを所定レベルに戻
し、常にこの操作状態を保持することで、速度を維持す
るようになっている。
【０００４】一方、減速する場合には、前記アクセルペ
ダル又はアクセルレバーを基準位置（速度０の位置）方
向へ戻すことになる。所定の減速が終了すると、アクセ
ルペダル又はアクセルレバーの操作状態を保持すること
で当該減速時の速度が維持される。
【０００５】ここで、上記のような車両において、走行
中に制動（ブレーキ）をかける手段としては、別途ブレ
ーキペダルを設け、このブレーキペダルを踏むことで車
輪に設けられたブレーキパッドが円板又はドラム状面に
所定の圧力で当接され、このときの摩擦力で制動するの
が一般的である。
【０００６】また、電動カートや電動車椅子等では、電
動モータが持つブレーキ機能を利用し、電力供給を停止
することで自動的に制動がかかるような構造もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記車
両における制動機構は、摩擦力を利用している。すなわ
ち、摩擦によって生じる熱エネルギーに変換することで
制動を持たせており、この熱は大気に放出される無駄な
エネルギーとなっている。
【０００８】また、ブレーキペダル等の制動機構では、
現在の速度に適合した制動力を乗員自身の加減によって
行っているため、必ずしも最適になるとは言えない。さ
らに、弱い制動力から強い制動力まで全て同一の制動機
構にたよっているため、消耗が激しく、定期的にブレー
キパッド等を交換しなければ安全な走行を保つことがで
きない。
【０００９】なお、車両においては、その外観形状（フ
ォルム）を空力特性等が十分に考慮されて設計されてい
る。例えば、外観を曲面で構成してＣｄ値を下げたり、
スポイラ等を取付けダウンフォースを得たりすることが
なされている。車両の走行時に生じる風は走行に多大な
影響力を与えることは知られている事実であるにも拘ら
ず、この風力を逆に制動に利用するという技術は確立し
ていない。
【００１０】本発明は上記事実を考慮し、通常の制動を
補助することが可能であり、かつ熱エネルギーの損失を
軽減でき、必要な制動力に適した制動を行うことができ
る風力制動装置を得ることが目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、移動体を
移動させる駆動源の駆動力を低下させるときに作動し、
当該移動体に制動を加える風力制動装置であって、前記
駆動源による駆動力が所定値で安定しているとき、或い
は駆動力を高めているときは、移動体の移動に応じて発
生する風力に基づいて無負荷で回転する回転羽根と、前
記駆動源の駆動力が低下しているときに、前記回転羽根
の回転に所定の負荷をかけることで、移動体に風の抵抗
を持たせ、当該移動体を制動する制動制御手段と、を有
している。
【００１２】第１の発明によれば、制動制御手段は、通
常は回転羽根を無負荷としてるため、移動体が移動中で
も回転羽根のこのときに生じる風力によって無負荷で回
転し、移動体の移動に何ら影響を与えない。
【００１３】一方、移動体を駆動する駆動源の駆動力が
低下しているとき、すなわち移動体を停止させるときに
は前記制動制御手段は、回転羽根の回転に負荷をかけ
る。これにより、風力による回転羽根の回転に抵抗力が
生じ、風の流れを妨げ、移動体の制動効果を得ることが
できる。
【００１４】上記第１の発明において、前記制動制御手
段が、前記回転羽根の回転で発電する風力発電機能を有
していることを特徴とする。
【００１５】すなわち、回転羽根への負荷を風力発電機
能とすれば、ここで発電した電力を移動体の駆動源の電
力として利用することができる。
【００１６】また、第２の発明は、移動体を移動させる
駆動源の駆動力を低下させるときに作動し、当該移動体
に制動を加える風力制動装置であって、前記移動体の移
動に応じて回転すると共に当該回転に所定の負荷がかけ
られた回転羽根と、前記回転羽根を収容すると共に前記
移動体の移動中に風を受け入れるための吸引口が設けら
れた風洞と、前記駆動源による駆動力が所定値で安定し
ているとき、或いは駆動力を高めているときは、前記風
洞の吸引口を閉止し、前記駆動源の駆動力が低下してい
るときに、前記風洞の吸引口を開放する吸引口開閉制御
手段と、を有している。
【００１７】第２の発明によれば、吸引口開閉制御魚手
段は、通常は風洞の吸引口を閉止しているため、風洞内
に風は取り入れられず、回転羽根は回転しない。このた
め、回転羽根は、移動体の移動に何ら影響を与えない。
【００１８】一方、移動体を駆動する駆動源の駆動力が
低下しているとき、すなわち移動体を停止させるときに
は、前記吸引口開閉制御手段は、風洞の吸引口を開放す
る。この開放によって風が風洞内に入りこみ、所定の負
荷がかけられた回転羽根を回転させることになる。回転
羽根の回転は、前記負荷によって抵抗力が生じ、風の流
れを妨げ、移動体の制動効果を得ることができる。
【００１９】上記第２の発明において、前記回転羽根の
回転で発電する風力発電手段をさらに有することを特徴
とする。
【００２０】すなわち、回転羽根の回転によって電力を
得る風力発電手段を備えることで、、この回転羽根の回
転で発電した電力を移動体の駆動源の電力として利用す
ることができる。
【００２１】また、上記第１の発明又は第２の発明にお
いて、前記移動体に設けられ摩擦力によって制動力を発
生させる主制動装置と、所定の操作量持ち当該操作量に
応じて前記主制動装置による制動力を増減する操作部
と、をさらに有することを特徴とする。
【００２２】さらに、第１の発明又は第２の発明の風力
制動装置が、前記操作部の操作量に応じて、前記主制動
装置と切り替わり機能する、或いは前記主制動装置と併
用されて機能することを特徴とする。
【００２３】例えば操作部として、一般車両等に設けら
れたブレーキペダルが適用可能であり、このブレーキペ
ダルを踏み込む量に応じて、風力制動装置のみの制動、
主制動装置のみの制動、並びに風力制動装置と主制動装
置の併用にようる制動を切替えるようにすれば、風量制
動装置の機能を充分に発揮することができる。また、こ
の場合、速度に応じて、切替えるようにしてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１には、本実施の形態の車両と
しての電動車椅子１０が示されている。
【００２５】この電動車椅子１０は、複数のパイプ等で
組み付けられたベース１２上に乗員が着座する座席１４
が搭載されている。この座席１４には、肘掛部１６が設
けられている。
【００２６】ベース１２は、平面視で略矩形状とされ、
その四隅における前方側の２個の角部には、一対のキャ
スタ１８（図１では一方のみを図示）が取付けられてい
る。
【００２７】また、ベース１２の後方には、一対のタイ
ヤ２０（図１では一方のみを図示）が配設され、前記キ
ャスタ１８と共に路面に対して、車椅子１０を支持する
役目を有している。
【００２８】タイヤ２０は、その車軸が駆動部２２に設
けられた電動モータ２４に変速ギヤユニット２６を介し
て連結されており、この電動モータ２４の駆動力で回転
するようになっている。駆動部２２には、駆動制御部２
８が接続されており、この駆動制御部２８の制御によっ
て駆動部２２の電動モータ２４の駆動状態、並びに、変
速ギヤユニット２６による歯車の噛み合わせを制御して
いる。これにより、車椅子１０は走行することができ
る。
【００２９】ここで、車椅子１０の走行のための操作
は、前記座席１４の肘掛１６に設けられたレバー３０の
操作によって実行する。このレバー３０を前側に倒すこ
とで走行し、戻す（中立）ことで停止する。
【００３０】なお、前記駆動制御部２８では、駆動部２
２の変速ギヤ２６の歯車の噛み合わせを変えることで、
左右のタイヤ２０を異なる速度で駆動させることができ
る。すなわち、速度の差によって走行方向の変更が可能
となる。この操作左右独立して駆動させることができる
ようになっている。すなわち、前記レバー３０を右に倒
すと、右側のタイヤ２０の速度が所定量低減し、車椅子
１０は徐々に右にカーブする。また、左に倒すと、左側
のタイヤ２０の速度が所定量低減し、車椅子１０は徐々
に左にカーブする。さらに、レバー３０を後側に倒す
と、予め定められた回転速度で左右のタイヤ２０が逆方
向に回転し、その場で転回が可能となっている。
【００３１】前記駆動制御部２８の近傍には、バッテリ
ユニット３２が設けられ、駆動部２２は、駆動制御部２
８を介してこのバッテリ３２からの電力で駆動するよう
になっている。このバッテリ３２は、車椅子１０を走行
する前に予め充電する必要がある。
【００３２】ここで、前記座席１４の左右に設けられた
肘掛１６には、本発明の風力制動装置としての風洞３４
が埋設されている。この風洞３４は、所謂葉巻型或いは
弾丸型とされ、その先端には、吸引口３４Ａが設けら
れ、肘掛１６の前面の開口部１６Ａと連通している。ま
た、風洞３４の後方には、排出口３４Ｂが設けられ、肘
掛１６の後面の開口部１６Ｂと連通している。
【００３３】図２に示される如く、風洞３４の内部に
は、風洞３４の内周面に支持された支持体３６が設けら
れている。この支持体３６からは、回転軸３８が突出し
ている。回転軸３８の軸線は風洞３４の軸線と一致して
おり、その突出先端には、複数の回転羽根４０が取り付
けられている。なお、回転軸３８には、回転羽根４０と
支持体３６との間に、電気的に接続、切り離しが可能な
クラッチ手段４２が設けられている。
【００３４】また、支持体３６内には、発電コイル４４
が設けられており、回転軸３８と連結されている。ここ
で、クラッチ手段４２によって回転軸３８と発電コイル
４４とが連結されている場合には、回転羽根４０が回転
することで回転軸３８を介してこの発電コイル４４が回
転するようになっている。この発電コイル４４の回転に
より発電がなされ、その電力は配線４６を介して前記駆
動制御部２８（図１参照）へ送られるようになってい
る。なお、この発電するときの回転羽根４０の回転に
は、発電に必要な負荷がかかることになる。
【００３５】一方、クラッチ手段４２により回転軸３８
と発電コイル４４とを切り離しているときには、回転羽
根４０の回転には何ら負荷はかかっておらず、自由に回
転することになる。
【００３６】前記クラッチ手段は、レバー３０の操作に
連動して動作するようになっている。すなわち、レバー
３０が中立位置として車椅子１０の走行を止めたいとき
にはクラッチ手段４２によって回転軸３８と発電コイル
４４とを連結し、通常の走行状態（定速走行、加速走
行）では、クラッチ手段４２は回転軸３８と発電コイル
４４とを切り離すようにしている。
【００３７】ここで、車椅子１０が定速走行している場
合、風洞３４の吸引口３４Ａから風座が入り込み、回転
羽根４０はこの風の力で回転する。この場合は、回転羽
根４０はその回転に負荷がかかっていないため、風の力
にまかせて回転するのみである。また、車椅子１０が減
速走行している場合でも、風洞３４の吸引口３４Ａから
導入した風は回転羽根４０を回転させることになるが、
このとき、回転羽根４０には発電のために抵抗力がかか
っている。このため、風の流れが妨げられ、この風によ
って制動が促進されることになる。
【００３８】以下に本実施の形態の作用を図３のフロー
チャートに従い説明する。
【００３９】ステップ１００では、電源がオンになった
か否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１０２
でレバー３０が傾倒されたか否かが判断される。
【００４０】このステップ１０２でレバー３０が傾倒さ
れたと判定されると、ステップ１０４でこの傾倒方向が
前方、すなわち直進方向か否かが判断される。
【００４１】ステップ１０４で肯定判定された場合に
は、ステップ１０６へ移行して左右のタイヤ２０が等速
度で回転するように制御されて駆動させ、ステップ１０
８へ移行する。これにより、車椅子１０は直進走行す
る。
【００４２】一方、ステップ１０４において否定判定さ
れると、ステップ１１０で傾倒方向を判別する。ステッ
プ１１０で左に傾倒されていると判定された場合には、
ステップ１１２へ移行して左のタイヤ２０が右のタイヤ
よりも遅くなるような歯車の噛み合いとして駆動し、ス
テップ１０８へ移行する。これにより、車椅子１０は、
左カーブで走行する。
【００４３】ステップ１１０で右に傾倒されていると判
定された場合には、ステップ１１４へ移行して右のタイ
ヤ２０が左のタイヤよりも遅くなるような歯車の噛み合
いとして駆動し、ステップ１０８へ移行する。これによ
り、車椅子１０は、右カーブで走行する。
【００４４】ステップ１１０で後方に傾倒されていると
判定された場合には、ステップ１１６へ移行して左右の
タイヤ２０を等速度で逆方向に回転するような歯車の噛
み合いとして駆動し、ステップ１０８へ移行する。これ
により、車椅子１０は、その場で転回する。なお、右転
回、左転回は予め定めておいてもよいし、レバー３０の
操作によって定めてもよい。例えば、一旦右に傾倒させ
た後、後方に傾倒した場合は右転回、逆に一旦左に傾倒
させた後、後方に傾倒した場合は左転回させるようにし
てもよい。
【００４５】次のステップ１０８では、レバー３０が中
立位置に戻ったか否かが判断され、中立位置に戻ってい
ないと判定（否定判定）された場合にはステップ１００
へ戻り、現在の状態を継続する。
【００４６】このステップ１０８で肯定判定された場合
には、ステップ１１８へ移行して駆動部２２の駆動を停
止する。すなわち電動モータ２４の駆動を停止する。通
常電動モータ２４にはブレーキ機構がついているため、
電動モータ２４への電力供給を停止することで、車椅子
１０は制動する。
【００４７】しかし、この制動は、摩擦力を利用したも
のであるため、制動が頻繁に繰り返されると、磨耗によ
ってブレーキ機能が低下したり、制動時の摩擦熱によっ
て電動モータの寿命が低下することが考えられる。さら
には、制動時の熱エネルギーは、大気に放出されるた
め、エネルギーの無駄となっている。
【００４８】そこで、本実施の形態では、この制動時に
風力を利用した制動を併用している。すなわち、ステッ
プ１１８で電動モータ２４の駆動を停止した後、ステッ
プ１２０へ移行してクラッチ手段４２により風洞３４内
に設けられた回転軸３８と発電コイル４４とを連結す
る。言い換えれば、この回転軸３８は通常の走行時に
は、発電コイル４４とは切り離されている。このため、
車椅子１０が走行中に受ける風が風洞３４内へ吸引口３
４Ａから入り込み、回転羽根４０を回転させたとして
も、この回転羽根４０には、何ら負荷がかかっていない
ため、走行に影響を及ぼすことはない。
【００４９】一方、前記ステップ１２０によって回転軸
３８が発電コイル４４と連結されると、回転羽根４０に
は発電のための負荷（発電コイル４４が回転するときの
負荷）がかかることになる。このため、風洞３４内の風
が円滑に流れなくなり、これが抵抗力となって制動が助
長される。
【００５０】このような風力の制動を併用することで、
電動モータ２４のブレーキにかかる負担を軽減すること
ができる。また、ブレーキの負担を軽減することで熱エ
ネルギーの放出を減らすことができる。
【００５１】次のステップ１２２では、車椅子１０が停
止したか否かが判断され、停止していない場合にはステ
ップ１２４へ移行して、車椅子１０が完全に停止する
前、再度レバー３０が傾倒されたか否かが判断される。
このステップ１２４で否定判定の場合にはステップ１２
２へ戻り、車椅子１０が停止するかレバー３０が再操作
されるまでステップ１２２、１２４を繰り返す。
【００５２】ここで、ステップ１２２で停止したと判定
（肯定判定）されると、ステップ１２６へ移行してクラ
ッチ手段４２による回転軸３８と発電コイル４４との連
結を解除し（切り離し）ステップ１００へ移行すること
で、車椅子１０は停止された状態で次の操作を待つこと
になる。
【００５３】また、ステップ１２４でレバー３０が傾倒
されたと判定（肯定判定）されると、ステップ１２８へ
移行してクラッチ手段４２による回転軸３８と発電コイ
ル４４との連結を解除し（切り離し）ステップ１０４へ
移行することで、レバー３０の傾倒方向に応じた動作が
開始される。
【００５４】以上説明したように、本実施の形態では、
車椅子１０の肘掛１６に風洞３４を埋設し、制動時に風
洞３４内に配設した回転羽根４０に、発電のための負荷
を持たせることで、風の流れを妨げ、これを制動力とし
たため、車椅子１０の制動に電動モータのブレーキ機構
と共に風力による制動を併用することができる。このた
め、電動モータのブレーキ機構の負担を軽減することが
でき、摩擦熱等による早期の磨耗や能力低下を抑制する
ことができる。また、この電動モータのブレーキ機能の
助長により電動モータから発する熱エネルギーの大気放
出も減らすことができる。
【００５５】また、発電した電力をバッテリ３２等の充
電系にフィードバックして発電電力を利用することがで
き、車椅子１０の継続走行距離を伸ばすことができる。
【００５６】なお、本実施の形態では、風力による制動
を車椅子１０に適用したが、他の電動カートや一般車両
にも適用可能である。また、駆動することで風を受ける
移動体であれば限定されるものではない。
【００５７】さらに、図４に示される如く、一般の車両
のようにブレーキペダル５０が設けられ、別途ブレーキ
機構が設けられた構造のものにも適用可能である。この
場合、ブレーキペダル５０と連動させ、ブレーキペダル
５０の踏み込み量に応じて風力制動と通常ブレーキとを
使い分けてもよい。例えば、図４に示すように踏み込み
量を３分割とした場合には、風力制動のみ、風力制動と
通常ブレーキの併用、通常ブレーキのみを切り替えるよ
うにしてもよい。なお、この使い分けに限られるもので
はない。
【００５８】
【発明の効果】以上説明した如く本発明では、通常の制
動を補助することが可能であり、かつ熱エネルギーの損
失を軽減でき、必要な制動力に適した制動を行うことが
できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる車椅子の側面図である。
【図２】風洞の内部構造を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る駆動及び制動制御の流れを
示すフローチャートである。
【図４】フットブレーキの操作（踏み込み）量に応じた
制動の使い分けを示す側面図である。
【符号の説明】
１０ 車椅子（移動体） １２ フレーム １４ 座席 １６ 肘掛 １８ キャスタ ２０ タイヤ ２２ 駆動部 ２４ 電動モータ ２６ 変速ギヤユニット ２８ 駆動制御部 ３０ レバー ３２ バッテリ ３４ 風洞 ３６ 支持体 ３８ 回転軸 ４０ 回転羽根 ４２ クラッチ手段 ４４ 発電コイル ４６ 配線 ５０ ブレーキペダル

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動体を移動させる駆動源の駆動力を低
    下させるときに作動し、当該移動体に制動を加える風力
    制動装置であって、 前記駆動源による駆動力が所定値で安定しているとき、
    或いは駆動力を高めているときは、移動体の移動に応じ
    て発生する風力に基づいて無負荷で回転する回転羽根
    と、 前記駆動源の駆動力が低下しているときに、前記回転羽
    根の回転に所定の負荷をかけることで、移動体に風の抵
    抗を持たせ、当該移動体を制動する制動制御手段と、を
    有する風力制動装置。
  2. 【請求項２】 前記制動制御手段が、前記回転羽根の回
    転で発電する風力発電機能を有していることを特徴とす
    る請求項１記載の風力制動装置。
  3. 【請求項３】 移動体を移動させる駆動源の駆動力を低
    下させるときに作動し、当該移動体に制動を加える風力
    制動装置であって、 前記移動体の移動に応じて回転すると共に当該回転に所
    定の負荷がかけられた回転羽根と、 前記回転羽根を収容すると共に前記移動体の移動中に風
    を受け入れるための吸引口が設けられた風洞と、前記駆
    動源による駆動力が所定値で安定しているとき、或いは
    駆動力を高めているときは、前記風洞の吸引口を閉止
    し、前記駆動源の駆動力が低下しているときに、前記風
    洞の吸引口を開放する吸引口開閉制御手段と、を有する
    風力制動装置。
  4. 【請求項４】 前記回転羽根の回転で発電する風力発電
    手段をさらに有することを特徴とする請求項３記載の風
    力制動装置。
  5. 【請求項５】 前記移動体に設けられ摩擦力によって制
    動力を発生させる主制動装置と、所定の操作量を持ち当
    該操作量に応じて前記主制動装置による制動力を増減す
    る操作部と、をさらに有することを特徴とする前記請求
    項１乃至請求項４の何れか１項記載の風力制動装置。
  6. 【請求項６】 前記風力制動装置が、前記操作部の操作
    量に応じて、前記主制動装置と切り替わり機能する請求
    項５記載の風力制動装置。
  7. 【請求項７】 前記風力制動装置が、前記操作部の操作
    量に応じて、前記主制動装置と併用されて機能すること
    を特徴とする請求項５記載の風力制動装置。
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