JP2005118336A - 電動車操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来は前輪を２輪にすると、前輪の旋回中心軸であるキングピンとタイヤ中心が食い違っているため、悪路や傾斜路面の外力がタイヤ等を通じてハンドルに伝わり、操縦者がハンドルを取られていたので、３輪車のように前輪を跨いだ状態で前輪２輪を取り付けて４輪車にする。さらに、そのことで３００度の操舵ができるようになった。


【解決手段】
駆動モータ（２）が前輪（１）に具備されて、前輪（１）の真上に跨いだ形で、アーム部（３）を介してキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支する。前輪（１）の操舵は、略コ状の連結板（７）によって行い、３００度の操舵がキングピン（４）もしくは、センターピン（８）にハンドル（１１）付けことでできる。
【選択図】
【図１】

Description

本発明は、電動車及び電動車椅子の操舵装置に関して、悪路でハンドルを取られず、操舵角が大きい電動車操舵装置に関するものである。

従来の電気を利用した、モータを動力源とする電動車で、舵を切って方向転換するもので、利用者は老人などが乗っていたものと、電動車椅子のように二個のモータの回転差によって方向が自由に変えられるもので障害者が乗る物があった。
特開２００３−１１６９２９

電動車で舵を切って操舵するものとしては、特開２００３−１１６９２９の、電動車の前輪操向安全装置は、操舵輪が１輪の場合には、車体の前側中央に前輪を配置し、上方から前輪を跨いだ形で前輪を保持している構成が一般的に採用されている。しかしながら、３輪車は転倒する危険性があるので、前後各２輪を備える４輪車の方が、転倒に対する安全性が優れている。
しかし、前輪を２輪にすると、前輪の旋回中心軸であるキングピンとタイヤの中心が食い違っているため悪路や傾斜路面、もしくは路肩等の外力がタイヤ等を通じてハンドルに伝わり、操縦者がハンドルを取られていた。
そこで、ハンドルを取られた場合には、前輪が最大操作角の位置まで急激に傾き転倒の恐れがあるとき、駆動輪を停止する装置があった。
特開２００１−１０４３９７

電動車椅子で、駆動輪の２個の車輪が個々に動く物としては、特開２００１−１０４３９７の電動車椅子があり、障害者が病院などの狭いところで使用するのに適した車椅子の、左右の車輪を独自に回転すことで方向転換していた。そのためには、左右２個の駆動用モータと、それをレバー１本で制御するための制御装置などが必要とした。

特許文献１の電動車は、最高６ｋｍ／時以下と法律で定められているため、自動車のようにキャンバー角をとって直進性をもたす必要がない。そのため前輪の旋回中心軸であるキングピンと、タイヤ中心が食い違っているため悪路や傾斜路面、もしくは路肩等の外力がタイヤ等を通じてハンドルに伝わり、操縦者がハンドルを取られていたので、前輪が最大操作角度になると駆動輪を停止する方法もあるが、ハンドルを取られなかったら不必要である。
さらに、タイヤ中心が食い違っているため、停止した状態でハンドルを回すと車体が動くように摩擦が多かったため、ハンドルが重たかった。

特許文献２の電動車椅子は、前後をキャスターで方向転換していたため、キャスターは方向転換するための縦軸体と車輪の中心とが食い違っていたため大きな車輪を使用できず、小さな径の車輪を使用すると段差を乗り越える能力に欠けていた。

そこで本発明の電動車操舵装置は、３輪車のように前輪を跨いだ状態で前輪（１）２輪を取り付けることで転倒することもなく、ハンドル（１１）が軽いから操縦性がよく、操舵角も３００度きき、車椅子のようにキャスターを使用しないから、大きな車輪を使用して段差を乗り越える電動車操舵装置を提供するものである。

上記目的を達成するために電動車操舵装置は、前が２輪の４輪車に関して、前輪（１）駆動の場合、駆動モータ（２）が前輪（１）に具備されている。その前輪（１）の真上に、アーム部（３）を介してキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支する。
このことで、前輪（１）は真上に旋回するキングピン（４）があることで、左右のアーム部（３）はアームピン（６）によって連結板（７）を動かすが、左右２点のアームピン（６）の軸着では上手く連動されないため、車体フレーム（５）の中央にセンターピン（８）を軸支し、センターアーム（９）を介してセンターアームピン（１０）で軸着すれば、アーム部（３）の左右２個とセンターアーム（９）は同じ方向に作動する。
このキングピン（４）が左右２個所あるが、利き手の方のキングピン（４）にハンドル（１１）を取り付けると電動車椅子（１６）にでき、センターピン（８）にハンドル（１１）を取り付けると電動車（１７）にすることができることで目的を達成した。

請求項２の後輪駆動の場合は、前輪（１）にアーム部（３）を介してキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支する。
左右のアーム部（３）は、アームピン（６）によって連結板（７）を動かすが、左右２点のアームピン（６）の軸着では上手く連動されないため、車体フレーム（５）の中央にセンターピン（８）を軸支し、センターアーム（９）を介してセンターアームピン（１０）で軸着すれば、アーム部（３）の左右２個とセンターアーム（９）は同じ方向に作動する。
このとき、連結板（７）を略コの形にしたのは、操舵角度を多くとるためキングピン（４）と連結板（８）が接触しないことで、約３００度の操舵ができる。
しかし、約９０度ハンドル（１１）を切ると前輪（１）に対して真横からの力が加わり前に進めないから、連結板（７）とブレーキ（１４）の間にブレーキワイヤー（１２）を取り付け、内輪にあたる後輪（１３）を止めることで、止めた後輪（１３）を中心に斜めに力が加わり、そのため真横に切ったハンドル（１１）の方向に進む。
そして、センターピン（１０）にハンドル（１１）を取り付けることで電動車（１７）にすることができることで目的を達成した。

本発明は、次のような効果がある。
（ィ）前輪のタイヤの中心に操舵ピンがあるため、悪路などでハンドル操作が不安定になることがないし、摩擦が少ないのでハンドルが軽い。
（ロ）請求項１の前輪駆動にした場合は、旋回軸のキングピンと連結板が接触するまでの、操舵角が約３００度利くので小回りができる。
（ハ）請求項１の前輪駆動にした場合は、前輪駆動であるから後輪駆動と比べ段差を乗り越えるのに優れている。
（ニ）請求項１の電動車椅子にした場合は、従来のようにキャスターを使用しないから、大きな径の前輪を取り付けることができる。したがって、障害物のホースや電気コードなどを簡単に乗り越えることができる。
（ホ）請求項２の後輪駆動にした場合は、後輪の内側にブレーキをかけることで、操舵角は約１８０度まで切ることができる。

本発明の電動車操舵装置に付いて図面で説明すれば、図１は前が２輪の４輪車に関して前輪（１）駆動の場合、駆動モータ（２）が前輪（１）にそれぞれ付いているため差動装置は使用しない。
その前輪（１）の真上に、アーム部（３）を介して旋回中心軸のキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支している。
そして、キングピン（４）は垂直に取り付けているため、方向蛇を旋回させても、前輪（１）のタイヤが接地している場所と同じため抵抗は少ない。
したがって、前輪（１）の接地面とキングピン（４）とが、垂直に一直線上にあるため、悪路や傾斜路面などで外力が前輪（１）を通してハンドル（１１）に伝わることがない。
しかも、前輪駆動のため操舵できる角度は、キングピン（４）に連結板（７）が接触するまでの約３００度の操舵ができる。

その様子を車体フレーム（５）を除いた平面図で説明すると、図２はハンドル（１１）を切っていない、直進状態である。
２個所のアーム部（３）とセンターアーム（９）は同じ長さで、キングピン（４）の２個所とセンターピン（８）を中心に動くので位置は変わらない。

図３は、ハンドル（１１）を左に４５度切ったところで、左右のキングピン（４）とセンターピン（８）は車体フレーム（５）に軸着されているため動かず、それ以外の場所が動いている。図の点線部分は、図２を示した。このとき、駆動しているとすれば、左の前輪（１）と右側の前輪（１）が同じ方向を向いているため内輪差が生じ、左側の前輪（１）を５０度ぐらい回さなければスムーズに方向転換できないが、前輪（１）に取り付けたタイヤの歪みで解消できる。

図４は、左に９０度ハンドルを切ったところであり、前輪（１）が前進すれば後輪（１３）は自力では動かないので、ほぼ後輪（１３）の中心を中心に方向転換することができる。したがって、左の後輪（１３）は後ろに後退し、右の後輪（１３）は前進する。

図５は、ハンドル（１１）を左に１５０度切ったところであり、キングピン（４）と連結板（７）が接触するまではハンドル（１１）を切れる。ハンドル（１１）を９０度以上回すと車体は、前進ならば後退し、バックにスイッチを入れると前進するような逆の動きをするが、小回りをするためには必要と考えている。

請求項２の電動車操舵装置は、図６で示すように後輪駆動の場合は、前輪（１）にアーム部（３）を介してキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支する。
左右のアーム部（３）は、アームピン（６）によって連結板（７）を動かすが、左右２点のアームピン（６）の軸着では上手く連動されないため、車体フレーム（５）の中央にセンターピン（８）を軸支し、センターアーム（９）を介してセンターアームピン（１０）で軸着すれば、アーム部（３）の左右２個とセンターアーム（９）は同じ方向に作動する。

このとき、連結板（７）を略コの形にしたのは、操舵角度を多くとるためキングピン（４）と連結板（８）が接触しないことで、約３００度の操舵ができる。
しかし約９０度ハンドル（１１）を切ると、前輪（１）に対して真横からの力が加わるため前には進めないため、連結板（７）とブレーキ（１４）の間にブレーキワイヤー（１２）を取り付け、内輪にあたる後輪（１３）を止めることで、止めた後輪（１３）を中心に方向転換する図が、図７である。

図は、左に９０度ハンドル（１１）を切ったところで、連結板（７）がキングピン（４）とセンターピン（８）を中心に左へ回るため、左のブレーキワイヤー（１２）が張りブレーキ（１４）を掛ける。
ブレーキ（１４）は、ディスクブレーキ、ドラムブレーキなど色々あるから説明を省く。
ブレーキワイヤー（１２）は、適度な伸縮性を持ったゴムまたはナイロン、ワイヤーならばバネをブレーキワイヤー（１２）に取り付けて、ブレーキが利いた後の操舵ができなければならない。

例えば、６０度くらいでブレーキが利き始め、７０度くらいで十分利いて、ブレーキワイヤー（１２）がいっぱい張ったときに、バネの伸縮で９０度までハンドル（１１）が切れる。
右側のブレーキワイヤー（１２）は緩んでいるから、駆動モータ（２）で与えられた動力は差動装置（１５）で右側にだけ動力を伝える。
したがって、左の後輪（１３）を中心に方向転換するように前輪（１）に斜めの力が加われば、加わった力によって前輪（１）は左に曲がりはじめ、結果的にはハンドル（１１）の向いた方向に進むので、操舵角度は１８０度以上の操舵は無理である。

本発明の電動車操舵装置を、車椅子（１６）に取り付けた場合は図８のようになる。右側のキングピン（４）は、普通の車椅子の、キャスターの縦軸体が付いている部分であり、キングピン（４）はハンドル（１１）で約３００度の方向が自由に旋回できる。
このとき、キングピン（４）は前輪（１）を跨いだ形で前輪（１）のタイヤは、停止した状態でハンドル（１１）を切ってもその場で旋回するため、タイヤに接地している面の、３平方センチの摩擦が２個所でよいためハンドル（１１）は軽く動く。
この電動車椅子（１６）は、キャスターを使用していないため、キャスターの直径φ１８０に比べて大きい直径のφ３００の物を使用できる。

理由は、キャスターは縦軸体の後に車輪の中心を取り付けることで、方向転換自由なものであったが、縦軸体と車輪の中心とが食い違っていたため方向転換するためには、縦軸体を中心に車輪を回してあたらないようにするためには、大きな直径の車輪を付けたキャスターを使えなかった。
本発明は、前輪（１）を跨いだ状態でキングピン（４）を垂直に取り付けているため、旋回してもその場で回るので、大きな直径の前輪（１）を取り付けることができる。
大きな直径の前輪（１）は段差や、障害物のホースや電気コードなどを乗り越えることができる。
なお、この発明には関係のないバッテリや制御装置は、図に書くのを省いた。

図９のように、電動車（１７）に取り付けた場合は、連結板（７）を手前に取り付けることもでき、ハンドル（１１）はセンターピン（８）からとることができる。
連結板（７）はどちらに付けてもかまわないが、図面を書く上で後ろに連結板（７）を書くよりは見やすいので、前に書いた。

四輪駆動にすることができるが、後輪（１３）はハンドル（１１）が９０度以上切ったときには、場合によって逆に駆動しなければならない。
そこで、従来の後輪駆動で走り、７０度以上の方向転換するときだけ前輪（１）に取り付けた駆動モータ（２）を作動さす。
この方法の利点は、７０度以上ハンドル（１１）を切るときが余りないため、大電流のモータを使用できる。
大電流のモータは小型で、長い時間使用すると発熱するが、使用時間が１分以内なら問題はない。

請求項２の後輪駆動の場合は、主に電動車（１７）に使用され、後輪（１３）の内側にブレーキ（１４）を掛けることで９０度の操舵ができるが、後輪（１３）の内側の車輪を中心に回るので旋回範囲は大きくなるが、市販している電動車は６０度しかハンドルが切れないので、従来の物よりは狭い範囲で旋回できる。

この電動車操舵装置は、電動車だけでなく高速で直進性を必要としないトラクタや、キャタピラーを使用しないユンボやレッカー車などに使用すると小回りができるので便利である。
このとき後輪駆動の場合は、９０度ハンドルを切ると前輪に真横からの力が加わり前進できないから、７０度以上ハンドルを切ったときだけ前輪用駆動モータが動く。駆動モータは、ハンドルを切ったときだけの一瞬で良いため、セルモータのような大電流のもので良い。
大電流のモータは、普通のモータより小型で、長時間使用すると発熱するが、短時間であるため問題ない。

図は、本発明の斜視図である。 図は、操舵装置を示した平面図である。 図は、４５度左にハンドルを切った平面図である。 図は、９０度左にハンドルを切った平面図である。 図は、１５０度左にハンドルを切った平面図である。 図は、請求項２の操舵装置を示した平面図である。 図は、９０度左にハンドルを切った平面図である。 図は、操舵装置を電動車椅子に取り付けた斜視図である。 図は、操舵装置を電動車に取り付けた斜視図である。

符号の説明

１ 前輪
２ 駆動モータ
３ アーム部
３ａ車軸アーム
４ キングピン
５ 車体フレーム
６ アームピン
７ 連結板
８ センターピン
９ センターアーム
１０ センターアームピン
１１ ハンドル
１２ ブレーキワイヤー
１３ 後輪
１４ ブレーキ
１５ 差動装置
１６ 車椅子
１７ 電動車

Claims (2)

1. 前が２輪の４輪車に関して、前輪（１）駆動の場合、駆動モータ（２）がアーム部（３）の車軸アーム（３ａ）に取り付けてあり、駆動モータ（２）の軸に前輪（１）が付いている物が、左右に付いている。
   その前輪（１）を跨ぐ形で、真上にアーム部（３）を介してキングピン（４）が車体フレーム（５）に軸支する。
   左右のアーム部（３）は、アームピン（６）によって連結板（７）を動かすが、左右２点のアームピン（６）の軸着では上手く連動されないため、車体フレーム（５）の中央にセンターピン（８）を軸支し、センターアーム（９）を介してセンターアームピン（１０）で軸着すれば、左右２個のアーム部（３）とセンターアーム（９）は同じ方向に連動する。
   このとき、連結板（７）を略コの形にしたのは、操舵角度を多くとるためキングピン（４）と連結板（８）が接触しないことで、約３００度の操舵ができる。
   この操舵装置を実際に取り付けるのは、左右のキングピン（４）のどちらかにハンドル（１１）を取り付けると電動車椅子（１６）になり、センターピン（１０）にハンドル（１１）を取り付けると電動車（１７）にすることができることを特徴とする電動車操舵装置。
2. 後輪駆動の場合は、前輪（１）の真上にアーム部（３）を介してキングピン（４）が、車体フレーム（５）に軸支する。
   左右のアーム部（３）は、アームピン（６）によって連結板（７）を動かすが、左右２点のアームピン（６）の軸着では上手く連動されないため、車体フレーム（５）の中央にセンターピン（８）を軸支し、センターアーム（９）を介してセンターアームピン（１０）で軸着すれば、アーム部（３）の左右２個とセンターアーム（９）は同じ方向に連動する。
   このとき、連結板（７）を略コの形にしたのは、操舵角度を多くとるためキングピン（４）と連結板（８）が接触しないことで、約３００度の操舵ができるが、約９０度ハンドル（１１）を切ると、前輪（１）に対して真横からの力が加わるため前に進まず、そのため連結板（７）とブレーキ（１４）の間にブレーキワイヤー（１２）を取り付け、内輪にあたる後輪（１３）を止めることで、前輪（１）に斜めの方向に力が加わり、ハンドル（１１）の切った方向に進む。
   したがって、操舵角は１８０度が最大である。
   そして、センターピン（１０）にハンドル（１１）を取り付けることで、電動車（１７）にすることができることを特徴とする後輪駆動の電動車操舵装置。
   
   
   

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