JP2004167022A

JP2004167022A - ソーラーアシスト型電動車椅子

Info

Publication number: JP2004167022A
Application number: JP2002337217A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tanimoto; 本敏夫谷
Original assignee: FUJISAWASHI SANGYO SHINKO ZAID; FUJISAWASHI SANGYO SHINKO ZAIDAN
Current assignee: FUJISAWASHI SANGYO SHINKO ZAID; FUJISAWASHI SANGYO SHINKO ZAIDAN
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】太陽電池を電動モータの十分な補助電源として使用することのできる軽量化した車椅子を提供する。
【解決手段】車輪２１，２２と、着座部３１と、背もたれ部３２と、これら車輪、着座部、背もたれ部を支持するフレーム１０と、車輪を駆動する電動モータ５１，５２を備えた車椅子において、少なくともフレームがプラスチック又は強化プラスチックからできており、背もたれ部には着座者の頭上に向かって延在するステー３３と当該ステーに固定され着座者の頭上への太陽光を受光するソーラーセル４０が備わり、ソーラーセルからの電力を電動モータの駆動力に利用するようになっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電動車椅子に関し、より詳細には太陽光発電を利用しかつ全体が軽量化したソーラーアシスト型電動車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から車椅子には電動モータ及びこの電動モータを駆動するバッテリが取り付けられ、着座者や介助者のスイッチ操作によって車椅子を動かすようになっている。そして、かかる車椅子の車輪と着座部と背もたれ部を支持するフレームは一般に金属でできており重量がある。また、このように重量があるフレームを支持する車輪にも強度が要求され重量が重くなる。さらにはこれらの重量物を移動させる電動モータも定格出力の大きなモータとなり、モータ自体の重量も大きくなる。そして、かかる大きな定格出力を有するモータを常時駆動させるためのバッテリも大型化し重量が重くなる。
【０００３】
上述のように車椅子を構成する各構成要素の重量が全て重いので、車椅子全体の重量も例えば６０ｋｇと非常に重くなっている。
【０００４】
一方、かかる重量の重い車椅子に太陽電池を装着してこの太陽電池からの電力を、車椅子を駆動する電動モータの駆動力に利用しようとするものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
中小企業長官賞（高校生の部）福祉用電動ソーラー車椅子、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１１月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｉｋｕｌａｂ．ｎａｒｕｔｏ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／￣ｊｓｔｅ／ｃｏｎｔｅｓｔ／ｂｏｏｋ／ｓａｋｕｈｉｎ．ｈｔｍｌ＞
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車椅子に装着する太陽電池の大きさ（面積）を車椅子から極端に大きくすると車椅子の実用性が低下してしまうので太陽電池の大きさは一定の大きさに制限される。また、太陽電池の変換効率は一定であるのでこのように重量が重い車椅子の電動モータを駆動するに際して太陽電池を補助電源に使おうとしても、補助電源としての十分な電力を供給することができない。そのため、やはり重量の重いバッテリを車椅子に搭載しなければならず、車椅子の機動性の点で問題が残る。
【０００６】
本発明の目的は、太陽電池を電動モータの補助電源として十分に活用できる軽量化した電動車椅子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかるソーラーアシスト型電動車椅子は、車輪と、着座部と、背もたれ部と、これら車輪、着座部、背もたれ部を支持するフレームと、車輪を駆動する電動モータを備えた車椅子において、少なくともフレームがプラスチック又は強化プラスチックからできており、背もたれ部には着座者の頭上に向かって延在するステーと当該ステーに固定され着座者の頭上への太陽光を受光するソーラーセルが備わり、ソーラーセルからの電力を電動モータの駆動力に利用するようになっている。
【０００８】
少なくともフレームの部分がプラスチック又は強化プラスチックでできているので、車椅子全体の軽量化が図られ、電動モータも小型軽量の電動モータとすることができる。また、電動モータが小型モータで済むのでバッテリも小型バッテリを搭載するだけで済む。従って、車椅子全体の重量を軽量化することができ、限られた大きさの太陽電池からの電力を電動モータの補助電源として十分活用することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、請求項１に記載のソーラーアシスト型電動車椅子において、ソーラーアシスト型電動車椅子は、自走式かつ介助式の両用であり、前記ソーラーアシスト型電動車椅子の所定位置には自走式操作用の操作スイッチが備わっており、背もたれ部には介助者が車椅子を押すための操作バーが備わり、当該操作バーには介助者が操作バーを把持する把持力に応じて電動モータの駆動力を制御可能とする圧力センサが備わっている。
【００１０】
軽量化した車椅子の背もたれ部に操作バーを設け、この操作バーに電動モータの駆動力を制御可能とする圧力センサを備えることで、車椅子が坂や縁石に当たってこれを越えるために大きな駆動力が必要となったとき、車椅子がこれらの障害物に当たったときの抵抗を介助者が受けて介助者が圧力センサを自然に押すことで電動モータの駆動力を増大させ、障害物を乗り越えることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、請求項２に記載のソーラーアシスト型電動車椅子において、圧力センサは、一方が操作バーに沿って固着可能な一対の細長プレート状電極と、当該電極間に介装された導電性弾性体からなる。
【００１２】
軽量化した車椅子と相まって車椅子が障害物に当たることでその反力を介助者がダイレクトに受け、電極間に介装された導電性弾性体が圧縮されることで電動モータの駆動力を応答性良く増大させて障害物を無理なくスムーズに乗り越えることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のソーラーアシスト型電動車椅子において、車輪とフレームとがサスペンションによって連結されている。
【００１４】
サスペンションを備えることで車椅子の乗り心地を向上させるとともに、太陽電池による十分な補助電力を利用して軽量化した車椅子で着座者が長時間快適に移動することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、請求４に記載のソーラーアシスト型電動車椅子において、全ての車輪が電動モータで駆動されるようになっている。
【００１６】
全輪駆動とすることで悪路での走破性を向上させ、太陽電池による十分な補助電力を利用して軽量化した車椅子で着座者が長時間更に快適に移動することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるソーラーアシスト型電動車椅子について図面に基き説明する。
【００１８】
本発明の一実施形態にかかるソーラーアシスト型電動車椅子１は、図１に示すようにＦＲＰ（ファイバ強化プラスチック）でできたフレーム１０と、フレーム１０の下側後方に回転自在に取り付けられた主タイヤ２１と、フレーム１０の下側前方に操舵ジョイント２５を介して取り付けられた補助タイヤ２２と、フレーム１０の上部に取り付けられ同じくＦＲＰででき表面にクッション材としてのウレタンシート３１ａ，３２ａが貼付された着座部３１及び背もたれ部３２と、背もたれ部３２から上方に延在した支持シャフト（ステー）３３と、支持シャフト３３の先端に備わったソーラーセル（太陽電池）４０とを備えている。なお、ソーラーセル４０はソーラーアシスト型電動車椅子１に照射される太陽光から電力を効率良く得るためにソーラーアシスト型電動車椅子１の上方に屋根状に備わっている。また、ソーラーセル４０からは図示しない電線がフレーム１０まで配索され後述するバッテリ６０に電力を供給するようになっている。
【００１９】
一方、フレーム１０の下方には主タイヤ２１を駆動するために各主タイヤ２１にそれぞれ連結された２つの電動モータ５１，５２（図２参照）が備わり、電動モータ５１，５２の上部にはこの電動モータ５１，５２を駆動するための充電可能なバッテリ６０が備わっている。また、バッテリ６０の近傍には後述するスイッチからの操作信号により当該電動モータ５１，５２を駆動制御したり、ソーラーセル４０からの電力をバッテリ６０に蓄電したりする役目を果たすコントローラ７０が備わっている。
【００２０】
フレーム１０は上述したように全てＦＲＰでできており、全体として従来のアルミニウム等の金属でできたフレームよりも格段に軽量化されている。また、フレーム１０は、図１に示すように主タイヤ側のメインフレーム１１と、主タイヤ２１と補助タイヤ２２を連結する下部フレーム１２と、下部フレーム１２前端と着座部前端とを連結する前方フレーム１３とを備えている。そして、メインフレーム１１の上方からはアームレスト８０が前方に延在しており、アームレスト８０の先端上部には着座者が車椅子を操作するための操作スイッチ８１が備わっている。また、メインフレーム１１の下方部分と着座部前端は補助シャフト１５で連結されている。
【００２１】
一方、背もたれ部３２の両側には介助者が車椅子を操作するための操作バー９０が備わっている。操作バー９０は、図２に示すように角型Ｕ字形状をなすとともに介助者が握り易い程度の太さを有し、その端部が背もたれ部３２の両側に固定されている。また、操作バー９０の上部水平位置には若干間隔を隔てて２つの圧力センサ９１，９２が取り付けられている。この圧力センサ９１，９２は一方が操作バー９０に沿って固着され、間に導電性スポンジが介装された一対の細長プレート状電極からなり、介助者が左右の手で各圧力センサ自体を把持できるとともに、ソーラーアシスト型電動車椅子１が路上の障害物や凸部に達したときにその反力で導電性スポンジが縮み、プレート状電極間の抵抗値が変化するようになっている。
【００２２】
そして、圧力センサ９１，９２のスポンジ部が縮むことで電極間の抵抗値が低下し、その結果電動モータ５１，５２の駆動力が上昇して障害物を楽に乗り越えることができるようになっている。
【００２３】
また、フレーム１０の適所には着座者の操作スイッチ８１と介助者の操作スイッチとしての圧力センサ９１，９２を切り替える自走／アシスト切り替えスイッチ９５（図３にのみ図示し、図１及び図２には図示せず）が設けられている。
【００２４】
続いて、かかるソーラーアシスト型電動車椅子の図３に示す制御回路図について説明する。上述したコントローラ内にはマイクロコントローラ（ＣＰＵ）１００が内蔵され、ソーラーアシスト型電動車椅子の各種制御を行うようになっている。
【００２５】
具体的には、２つの電動モータ５１，５２にはバッテリ（蓄電池）６０から電力が供給されるようになっており、バッテリ６０はソーラーセル（太陽電池）４０から充電コントローラ１２０を介して常に充電されるようになっている。また、電動モータ５１（５２）にはパルスモータが使用され、マイクロコントローラ１００からのＰＷＭ出力に応じてゲートドライバ１１０（１１２）及びパワーＭＯＳＦＥＴ１１１（１１３）を介して回転数が制御されるようになっている。
【００２６】
一方、操作スイッチ８１の前後スイッチとしての可変抵抗８１１から受ける抵抗値によりマイクロコントローラ１００がゲートドライバ１１０（１１２）及びパワーＭＯＳＦＥＴ１１１（１１３）を介して２つの電動モータ５１（５２）の回転力を同時に変えてソーラーアシスト型電動車椅子の前進後退及び速度制御を行う。
【００２７】
そして、操作スイッチ８１の左右スイッチとしての可変抵抗８１２から受ける抵抗値によりマイクロコントローラ１００がゲートドライバ１１０（１１２）及びパワーＭＯＳＦＥＴ１１１（１１３）を介して２つの電動モータ５１（５２）の回転力を相対的に変化させてソーラーアシスト型電動車椅子１の左右方向転換を可能にする。
【００２８】
一方、着座者の代わりに介助者がソーラーアシスト型電動車椅子１の操作を行う場合は、自走／アシスト切り替えスイッチ９５によって切り替え、２つの圧力センサ９１，９２でソーラーアシスト型電動車椅子１を操作する。なお、この圧力センサ９１，９２は上述したように介助者の把持力に応じて抵抗値が変わるようになっているので、介助者が左右の圧力センサ９１，９２を均等に把持すればゲートドライバ１１０，１１２及びパワーＭＯＳＦＥＴ１１１，１１３を介して各電動モータ５１，５２が同じ速度で回転し、把持力に応じた速度で前進するようになっている。また、何れかの圧力センサ９１，９２を強く握った場合は握った方の圧力センサに対応する電動モータ５１，５２が早く回転し、握った方と逆方向にソーラーアシスト型電動車椅子１が曲がるようになっている。さらには、ソーラーアシスト型電動車椅子１が路上の障害物に当たったときはその反力で圧力センサ９１，９２の導電性スポンジがつぶされて抵抗値が低下し、電動モータ５１，５２の回転数が上昇することでこの障害物を無理なく乗り越えることができる。これは、特にソーラーアシスト型電動車椅子１の重量が軽いことによって十分に発揮される機能である。
【００２９】
また、自走／アシスト切り替えスイッチ９５の近傍にある抵抗９８はマイコン入力用抵抗で、電圧レギュレータ９６は上述のマイクロコンピュータ１００や各種センサに定電圧を供給するためのものである。
【００３０】
以上のようにＦＲＰを多用した本実施形態にかかるソーラーアシスト型電動車椅子１の重量は約１２ｋｇ〜１５ｋｇと従来の約６０ｋｇ程度重量がある電動車椅子に較べて重量が格段に軽量化されている。
【００３１】
また、ソーラーセル（太陽電池）４０は単結晶セルで大きさが例えば５０ｃｍ×６０ｃｍあり、その容量は３５Ｗと十分な電力をバッテリ６０に供給できる。また、バッテリ６０は容量が１８９Ｗｈのリチウムイオン電池を使用し、重量がわずか１．６ｋｇだけである。
【００３２】
そのため、ソーラーセル４０から供給される電力を電動モータ５１，５２の補助電源として十分活用でき、従来のソーラーアシスト型車椅子に較べて一回の走行距離（バッテリを家庭用電源で充電したときに走行できる距離）が格段に長くなる。実際に試験したところ、日照時にソーラーセル４０による補助電源を使用することでフル自走距離をこれを使用しない場合の１．５倍まで延ばすことができ、介助者によるアシスト走行モードでは数倍以上に延ばすことができた。
【００３３】
また、バッテリ６０を小型化したので、充電アダプタを使用した際のコンセントからの充電時間を２時間以内とし、太陽電池からの充電時間を日射強度１ｋＷ／ｍ^２時に５．５時間と少ない時間で済ませることができ、実用性に大変優れていることが分かった。
【００３４】
なお、このようにソーラーセル４０からの限られた電力を有効活用して一回のバッテリ充電で長距離移動可能なソーラーアシスト型電動車椅子１には車輪とフレームとの間にショックアブソーバ２８，２９（図２参照）が設けられているので、着座者が長時間の移動を快適に行えるように配慮されている。
【００３５】
なお、上述したソーラーアシスト型電動車椅子１のフレームは特定のＦＲＰに限定されず、通常のプラスチックまたはガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維で強化したプラスチック、短繊維又は長繊維で強化したプラスチックで形成しても良い。
【００３６】
また、着座部及び背もたれ部はプラスチックの代わりに軽くて丈夫な布材で構成しても良い。
【００３７】
また、支持シャフト３３は背もたれ部３２に必ずしも固定されている必要はなく背もたれ部３２に沿って上方に延在していれば良い。
【００３８】
更には、介助者用圧力センサは上述の実施形態では左右２つ設けたが、前進速度の調節や路上障害物の乗り越えを行うだけならば単一の圧力センサを設けただけでも良い。
【００３９】
更にまた、後輪にそれぞれ電動モータを備えるだけでなく、前輪にも電動モータを備えれば全輪駆動となる。本実施形態にかかるソーラーアシスト型電動車椅子はきわめて軽量でソーラーセルによる補助電力を最大限利用しながら走行できるので、このように全輪駆動とすることで悪路での走破性が格段に向上し、どのような路面状態の地域であっても長時間快適に乗り続けることが可能になる。
【００４０】
なお、本発明にかかるソーラーアシスト型電動車椅子について付言すると、折り畳み式、アタッチメント化への応用、さらには上述した車輪を四輪駆動にすることで悪路での使用が可能であるといった、実用面における発展要素を多分に持っている。さらには、車輪を５輪、又は６輪にして全ての車輪を電動モータで駆動することで悪路走破性をより向上させることができる。
【００４１】
また、ソーラーシステムを活用した次世代車椅子の開発は、福祉・介護や環境面からも応用範囲の幅が広く本発明にかかるソーラーアシスト型電動車椅子はその礎としての役目を十分に果たすものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るソーラーアシスト型電動車椅子は、少なくともフレームの部分がプラスチック又は強化プラスチックでできているので、車椅子全体の軽量化が図られ、電動モータも小型軽量の電動モータとすることができる。また、電動モータが小型モータで済むのでバッテリも小型バッテリを搭載するだけで済む。従って、車椅子全体の重量を軽量化することができ、限られた大きさの太陽電池からの電力を電動モータの補助電源として十分活用することができる。
【００４３】
また、本発明の請求項２に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、軽量化した車椅子の背もたれ部に操作バーを設け、この操作バーに電動モータの駆動力を制御可能とする圧力センサを備えることで、車椅子が坂や縁石に当たってこれを越えるために大きな駆動力が必要となったとき、車椅子がこれらの障害物に当たったときの抵抗を介助者が受けて介助者が圧力センサを自然に押すことで電動モータの駆動力を増大させ、障害物を乗り越えることができる。
【００４４】
また、本発明の請求項３に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、軽量化した車椅子と相まって車椅子が障害物に当たることでその反力を介助者がダイレクトに受け、電極間に介装された導電性弾性体が圧縮されることで電動モータの駆動力を応答性良く増大させて障害物を無理なくスムーズに乗り越えることができる。
【００４５】
また、本発明の請求項４に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、サスペンションを備えることで車椅子の乗り心地を向上させるとともに、太陽電池による十分な補助電力を利用して軽量化した車椅子で着座者が長時間快適に移動することができる。
【００４６】
また、本発明の請求項５に記載のソーラーアシスト型電動車椅子は、全輪駆動とすることで悪路での走破性を向上させ、太陽電池による十分な補助電力を利用して軽量化した車椅子で着座者が長時間更に快適に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるソーラーアシスト型電動車椅子の側面図である。
【図２】図１に示すソーラーアシスト型電動車椅子の背面図である。
【図３】図１に示すソーラーアシスト型電動車椅子の制御回路ブロック図である。
【符号の説明】
１０フレーム
１１メインフレーム
１２下部フレーム
１３前方フレーム
１５補助シャフト
２１主タイヤ
２２補助タイヤ
２５操舵ジョイント
２８，２９ショックアブソーバ
３１着座部
３１ａウレタンシート
３２背もたれ部
３２ａウレタンシート
３３支持シャフト
４０ソーラーセル
５１，５２電動モータ
６０バッテリ
７０コントローラ
８０アームレスト
８１操作スイッチ
９０操作バー
９１，９２圧力センサ
９５自走／アシスト切り替えスイッチ
９６電圧レギュレータ
９８抵抗
１００マイクロコントローラ
１１０ゲートドライバ
１１１パワーＭＯＳＦＥＴ
１２０充電コントローラ
８１１可変抵抗
８１２可変抵抗

Claims

車輪と、着座部と、背もたれ部と、前記車輪、着座部、背もたれ部を支持するフレームと、前記車輪を駆動する電動モータを備えた車椅子において、
少なくとも前記フレームがプラスチック又は強化プラスチックからできており、前記背もたれ部には着座者の頭上に向かって延在するステーと当該ステーに固定され前記着座者の頭上への太陽光を受光するソーラーセルが備わり、
前記ソーラーセルからの電力を前記電動モータの駆動力に利用することを特徴とするソーラーアシスト型電動車椅子。
前記ソーラーアシスト型電動車椅子は、自走式かつ介助式の両用であり、前記ソーラーアシスト型電動車椅子の所定位置には自走式操作用の操作スイッチが備わっており、前記背もたれ部には介助者が前記車椅子を押すための操作バーが備わり、当該操作バーには介助者が操作バーを把持する把持力に応じて前記電動モータの駆動力を制御可能とする圧力センサが備わっていることを特徴とする、請求項１に記載のソーラーアシスト型電動車椅子。
前記圧力センサは、一方が前記操作バーに沿って固着可能な一対の細長プレート状電極と、当該電極間に介装された導電性弾性体からなることを特徴とする、請求項２に記載のソーラーアシスト型電動車椅子。
前記車輪と前記フレームとはサスペンションによって連結されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のソーラーアシスト型電動車椅子。
前記車輪は全ての車輪が前記電動モータで駆動されるようになっていることを特徴とする、請求４に記載のソーラーアシスト型電動車椅子。