JP2008043404A - 電動車両用駆動装置及びこれを具えた電動車椅子 - Google Patents

電動車両用駆動装置及びこれを具えた電動車椅子 Download PDF

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Takuya Noro
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一弘 友重
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Abstract

【課題】クラッチ機構を切断した状態で、電磁ブレーキが駆動輪に作用せず、モータの制動力は作用するようにした電動車両用駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ40を収容し、電動車両のフレームに取り付けられるケーシングと、ケーシングから回転自在に突出させて配置したモータ40の回転軸43と、回転軸43に減速機構48を介して連繋されるハウジング50と、該ハウジング50の外周に配備された駆動輪と、モータ40の回転軸43の回転を制動する電磁ブレーキ60と、を具え、モータ40の回転軸43は、ケーシングが電動車両のフレームに取り付けられたとき、電動車両のフレームを貫通し、電磁ブレーキ60及びクラッチ機構は、回転軸43のうち電動車両のフレームを貫通して突出した部分に取り付けられる。
【選択図】図6

Description

本発明は、電動車椅子等の電動車両に用いられる駆動装置に関するものであり、より具体的には、外周に駆動輪を具え、車両に対して片持ち支持される電動車両用駆動装置に関するものである。
電動車椅子等の電動車両には、左右の駆動輪をモータによって個別に駆動する駆動装置を具えたものがある。電動車両は、車体側に取り付けられたモータの回転力を、駆動輪の車軸に伝達することにより、駆動輪を回転させる(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特開平9−296829号公報 特開2000−70309号公報
駆動装置には、モータがオフの状態で、駆動軸の回転を制動、保持する電磁ブレーキを具えると共に、制動力、保持力を断続させるクラッチ機構を具えている。電磁ブレーキは、モータに対して駆動輪とは反対側に設けられており、クラッチ機構は、モータと駆動輪との間に設けられている。
従って、クラッチを断続すると、モータと駆動輪は動力的に遮断されてしまい、駆動輪には、モータによる制動力は作用しない。このため、例えば、下り坂等で電磁ブレーキを作動させている状態で、使用者が誤ってクラッチ機構を切断してしまうと、発電制動などの有効な制動力が駆動輪に作用せず、電動車両が加速しつつ下り坂を下ってしまう可能性がある。
また、モータと電磁ブレーキが接近して配置されているから、モータで生ずる熱が電磁ブレーキに伝わって、電磁ブレーキが高温となり、同じ電流を流したときに磁束の発生が少なくなってしまうことがあった。
本発明の目的は、クラッチ機構を切断した状態で、電磁ブレーキが駆動輪に作用せず、モータの制動力は作用するようにした電動車両用駆動装置及び該駆動装置を具えた電動車椅子を提供することである。
上記課題を解決するために本発明の電動車両用駆動装置は、
モータを収容し、電動車両のフレームに取り付けられるケーシングと、
ケーシングから回転自在に突出させて配置したモータの回転軸と、
回転軸に減速機構を介して連繋されるハウジングと、
該ハウジングの外周に配備された駆動輪と、
モータの回転軸の回転を制動する電磁ブレーキと、
を具え、
モータの回転軸は、ケーシングが電動車両のフレームに取り付けられたとき、電動車両のフレームを貫通し、
電磁ブレーキ、又は、電磁ブレーキとクラッチ機構は、回転軸のうち電動車両のフレームを貫通して突出した部分に取り付けられる。
本発明の駆動装置は、電磁ブレーキ、又は、電磁ブレーキとクラッチ機構とを電動車両のフレームを挟んでケーシングの外部に配置したことで、フレームから突出するケーシング側の重量を小さくすることができ、また、外側への突出長さを短くすることができる。
電磁ブレーキ、又は、電磁ブレーキとクラッチ機構をケーシングの外部に配備したことで、ケーシング内部に引き込まれる配線を少なくすることができる。また、ケーシング内部の部品構成を簡素化でき、耐久性の向上を図ることもできる。
さらに、モータから電磁ブレーキを離して配置したことで、モータで生ずる熱が電磁ブレーキに伝わらない。従って、電磁ブレーキが高温となって同じ電流を流したときに磁束の発生が少なくなってしまうことを回避でき、電磁ブレーキの性能を維持することができる。
加えて、回転軸と駆動輪の回転中心が同じであるから、反力の偏りを防止できる利点がある。
また、クラッチ機構を具えた構成の場合、クラッチ機構によって、電磁ブレーキとモータの回転軸とを断続したことにより、電磁ブレーキが作動している状態でも、モータに連繋された駆動輪を回転させることができる。このとき、モータの回転軸と駆動輪は、動力的に遮断されていないから、クラッチ機構が切断され、電磁ブレーキがモータに作用していない状態でも、モータの発電制動力等の制動力は、駆動輪に作用しているので、駆動輪は、自由に回転することはない。
従って、下り坂等で電磁ブレーキにより停止している時に、クラッチ機構を切断しても、モータの発電制動力等の制動力により、一定以上に電動車両が加速してしまうことはなく、安全性を高めることができる。
以下の説明では、電動車両として、高齢者や足等の不自由な人が使用する電動車椅子(10)を例に挙げて説明するが、本発明は、ゴルフ用のカート等や小形の車両等の電動車両にも適用できる。
図1は、本発明の駆動装置(20)を左右の駆動輪(80)(80)に夫々配置した電動車椅子(10)の斜視図である。電動車椅子(10)は、使用者の腰掛ける座部(11)と背凭れ(12)を具え、座部(11)から下向きに延びるフレーム(13)には、左右一対の駆動装置(20)(20)と駆動輪(80)(80)が取り付けられている。また、駆動輪(80)(80)の前方には、駆動輪(80)(80)よりも小径の補助輪(14)(14)が支持されている。
座部(11)の下部には、バッテリー(93)や電力制御部、その他制御部(90)(図12参照)等の制御ボックス(15)が配備されており、座部(11)の前方下部には足置きペダル(16)(16)、座部(11)の左右には肘置き(17)(17)が形成されている。さらに、使用者が操作する操作器(18)は、一方の肘置き(17)の側部に設けられており、背凭れ(12)の上部後方には介助者用のハンドル(19)(19)が延びている。
操作器(18)として、ジョイスティック式のものを例示することができ、車速の変更や旋回の操作を行なうことができる。ジョイスティックを前傾又は後傾させることにより電動車椅子(10)を前進、後退させることができる。また、ジョイスティックを左右に傾動することにより、左右の駆動輪(80)(80)の回転速度を変えて、電動車椅子(10)を左右に旋回させることができる。
図2は、電動車両のフレーム(13)に取り付けられた本発明の駆動装置(20)の斜視図、図3は、駆動装置(20)の正面図、図4は、図2を逆方向から見た斜視図、図5は、背面図である。なお、各図には、駆動輪(80)のホイール(81)に取り付けられるタイヤは図示していない。
図に示すように、本発明の駆動装置(20)は、円筒状のハウジング(50)の先端周面に駆動輪(80)のホイール(81)がネジ固定されており、電動車両のフレーム(13)を介して反対側にクラッチ機構(70)を具えた電磁ブレーキ(60)が配備されている。
図6は、本発明の駆動装置(20)の部分断面斜視図、図7及び図8は、夫々図5の線A−A、線B−Bに沿う断面図である。
図に示すように、駆動装置(20)は、電動車椅子(10)のフレーム(13)の外側となる位置に、フレーム(13)にボルト(13a)(13a)で固定され、取り付けられるケーシング(30)と、該ケーシング(30)内に収容されたモータ(40)と、ケーシング(30)の先端側に配備された減速機構(48)と、ケーシング(30)を覆うハウジング(50)と、ハウジング(50)の先端外周面に取り付けられた駆動輪(80)とを具え、フレーム(13)の内側となる位置に、クラッチ機構(70)を具えた電磁ブレーキ(60)が配置されている。
なお、ケーシング(30)及びハウジング(50)は放熱特性を高めるために、熱伝導性の高い金属材料、例えば、アルミニウム合金により形成することが望ましい。
ケーシング(30)は、基端側が閉塞した内ケーシング(31)と、該内ケーシング(31)を閉じる外ケーシング(37)とを有している。内ケーシング(31)は、基端側の取付面(31a)をフレーム(13)にボルト(13a)(13a)止めされて、フレーム(13)に片持ち支持されている。内ケーシング(31)には、次に説明するモータ(40)が配置される。
モータ(40)は、内ケーシング(31)の内面に配置され、内ケーシング(31)にネジ止めされたステータ(46)と、該ステータ(46)の中央に配置されたロータ(42)とを具え、ロータ(42)の中心には、回転軸(43)が貫通して配置されている。
回転軸(43)は、内ケーシング(31)及び外ケーシング(37)の中央に貫通して配備されたベアリング(36a)(38a)を介して回転自在に支持されており、回転軸(43)の先端は、外ケーシング(37)から突出し、後述する減速機構(48)に噛合している。また、回転軸(43)の基端は、内ケーシング(31)から突出し、縮径した端部がフレーム(13)を貫通して、クラッチ機構(70)に侵入している。詳細については後述する。
減速機構(48)は、遊星歯車機構を例示できる。減速機構(48)は、回転軸(43)の先端に刻まれたギヤを太陽歯車(49)とし、該太陽歯車(49)には、複数の遊星歯車(49a)(49a)が噛合している。遊星歯車(49a)(49a)は、外ケーシング(37)と、外ケーシング(37)の先端側外面にネジ止めされた抑え板(39)との間に支持されている。
遊星歯車(49a)(49a)は、出力増大及び減速効果を得るために、大きさの異なる2段歯車から構成されており、基端側の大歯車が太陽歯車(49)と噛合している。先端側の小歯車は、後述する外ハウジング(54)にネジ止めされたインターナルギヤ(55)に噛合している。
ステータ(46)への通電により、ロータ(42)が回転すると、減速機構(48)及びインターナルギヤ(55)を介してハウジング(50)に駆動力が伝達され、ハウジング(50)が回転する。
ハウジング(50)は、フレーム(13)側に、内ケーシング(31)にベアリング(30a)を介して支持された内ハウジング(56)を具え、内ハウジング(56)の他端の開口を外ハウジング(54)によって閉じて形成される。内ハウジング(56)と外ハウジング(54)との間には、防水性を高めるためにオーリング(54a)を嵌めている。
外ハウジング(54)は、上記のように、インターナルギヤ(55)がネジ止めされており、抑え板(39)の中央から突設された軸(39b)にベアリング(39a)を介して回転自由に支持されている。
駆動輪(80)は、駆動装置(20)のハウジング(50)の外周に嵌まって一体回転するホイール(81)と、該ホイール(81)のリム(84)に嵌められたゴム製のタイヤ(85)から構成することができる。
タイヤ(85)としてソリッドタイヤを使用する場合には、図6乃至図8に示すように、リム(84)を2分割した構成として、予め分割されたリム間にソリッドタイヤを嵌めた状態で、外ハウジング(54)にホイール(81)をボルト(81a)(81a)止めする構成とすることが望ましい。
駆動輪(80)は、タイヤ(85)から駆動装置(20)が突出しない位置に形成することが望ましい。
ステータ(46)への通電を行なう配線(24)は、内ケーシング(31)の端板(32)を貫通(32a)し、フレーム(13)の貫通孔(13b)を通って、座部(11)下面の制御ボックス(15)へ延びている。
モータ(40)のロータ(42)は、ベアリング(36a)(38a)に支持された回転軸(43)と、ステータ(46)と対向するように回転軸(43)に嵌められた積層金属板(44)から構成される。
回転軸(43)の先端は、減速機構(48)と噛合しており、回転軸(43)の回転は、減速機構(48)を介して駆動輪(80)に伝達される。
回転軸(43)は、フレーム側が、図4に示すように、電磁ブレーキ(60)の内部を貫通しており、基端側は、クラッチ機構(70)を介して電磁ブレーキ(60)のインナドライバ(62)と断続可能に接続される。
図9は、クラッチ機構(70)を具えた電磁ブレーキ(60)の斜視図、図10は、同正面図、図11は、図10の線A−Aに沿う断面図である。なお、図9及び図11では、回転軸(43)及びインナドライバ(62)は図示していない。前述の図7に示すように、モータ(40)の回転軸(43)の基端は、縮径しており、断面D型に加工されている。回転軸(43)の断面D型の基端は、D型の貫通孔(64)を有するクラッチ機構(70)のインナドライバ(62)に空転不能に嵌まっており、該インナドライバ(62)と一体回転する。インナドライバ(62)の外周は、多角形形状であり、電磁ブレーキ(60)のブレーキディスク(61)の中央に開設された同形状の孔(65)に空転不能に嵌まって一体回転可能となっている。
クラッチ機構(70)は、内側に回転軸(43)が余裕をもって貫通する丸孔(79c)が開設された挟持用プレート(79)を有し、該挟持用プレート(79)は、電磁ブレーキ(60)に複数のネジ(79a)(79a)によって、電磁ブレーキ(60)との間に所定の隙間を存した状態で取り付けられている。挟持用プレート(79)には、次に説明するクラッチ操作プレート(70a)のゴム塊等からなる弾性ブロック(79e)(79e)が係脱可能に嵌まる受け孔(79b)(79b)が複数開設されている。挟持用プレート(79)は、フレーム(13)にネジ止め(79d)されている。
挟持用プレート(79)と電磁ブレーキ(60)との隙間には、レバー(70d)が突設された環状のクラッチ操作プレート(70a)が嵌まっている。クラッチ操作プレート(70a)は、前記隙間及び前記ブレーキディスク(61)よりも薄く構成され、挟持用プレート(79)の取付用ネジ(79a)(79a)と対向する位置に周方向に揺動可能となるように長孔(70b)(70b)が形成されている。また、クラッチ操作プレート(70a)の中央には、前記ブレーキディスク(61)が回転自在に嵌まる孔(70c)が形成されている。
また、クラッチ操作プレート(70a)には、複数の弾性ブロック(79e)(79e)が取り付けられており、該弾性ブロック(79e)(79e)は、挟持用プレート(79)の受け孔(79b)(79b)に嵌まっている状態では、後述する電磁ブレーキ(60)のアーマチュア(66)のスライドを許容するが、レバー(70d)の操作によってクラッチ操作プレート(70a)を回転させると、弾性ブロック(79e)(79a)が受け孔(79b)(79b)から離脱し、挟持用プレート(79)とアーマチュア(66)の間で弾性ブロック(79e)(79e)が抵抗となって、アーマチュア(66)のスライドを阻止することができる。
電磁ブレーキ(60)は、公知の無励磁作動ブレーキを用いることができ、通電時にはコイル(63)に通電が行なわれてブレーキが解除され、非通電時には内蔵されたバネ(67)(67)の力によってスライド可能に配備されたアーマチュア(66)がブレーキディスク(61)を圧着して、回転軸(43)に直接ブレーキをかけることができるものを例示できる。これにより、非通電時における制動性を確保できる。
なお、クラッチ機構(70)の状態を視覚的に認識できるようにするために、図9に示すように、クラッチ操作プレート(70a)の回転を検知するマイクロスイッチ(91)を、例えば挟持用プレート(79)に取り付けて、後述する表示部(92)にクラッチ機構(70)の状態を表示するようにしてもよい。
図12は、本発明の電動車両用駆動装置(20)の制御手段を示すブロック図である。図12に示すように、駆動装置(20)のすべての制御は、CPUを具えた制御部(90)によって行なわれる。制御部(90)には、ジョイスティック等の操作器(18)、クラッチ機構(70)の状態を検知するマイクロスイッチ(91)、種々の情報を表示する表示部(92)、電磁ブレーキ(60)、バッテリー(93)、及び、駆動回路(94)を介してモータ(40)が接続されている。制御部(90)及びバッテリー(93)は、前記制御ボックス(15)に配置することができる。
制御部(90)は、操作器(18)からの制御命令に基づいて、左右の駆動装置(20)の正転、逆転、停止を制御し、電磁ブレーキ(60)への通電状態を制御する。表示部(92)には、クラッチ機構(70)の状態をマイクロスイッチ(91)から受信して表示したり、電磁ブレーキ(60)への通電状態、バッテリー(93)の残量、走行距離、走行速度等を表示することができる。
上記構成の駆動装置(20)を具えた電動車椅子(10)において、使用者又は介助者がレバー(70d)を操作すると、クラッチ操作プレート(70a)が回転し、弾性ブロック(79e)が受け孔(79b)から離脱し、挟持用プレート(79)とアーマチュア(66)の間で弾性ブロック(79e)(79e)が抵抗となって、アーマチュア(66)を押し下げて、ブレーキディスク(61)が回動自在となる。従って、電磁ブレーキ(60)がオン、オフの何れの状態であっても、電磁ブレーキ(60)は、駆動輪(80)には作用しなくなる。
しかしながら、本発明では、モータ(40)の回転軸(43)が常に駆動輪(80)と接続されているから、モータ(40)に通電された状態では、電磁ブレーキ(60)が駆動輪(80)に作用していない状態であっても、モータ(40)が発電機として作用し、制御ボックス(15)へ直流電流を流す回生制動、即ち、モータ(40)の発電制動力が負荷として駆動輪(80)に作用しているため、駆動輪(80)は回転自由とはならない。従って、クラッチ機構(70)の操作によって、電磁ブレーキ(60)が作用していない状態でも、駆動輪(80)は、一定の負荷抵抗下で回転することとなり、下り坂等でも加速してしまうことはない。
このとき、前記制御ボックス(15)の制御部(90)は、図示しない速度計で駆動輪(80)の回転速度を検知して速度の増減を判定するようにしておく。この判定の結果、速度が増加していると判定したとき、制御ボックス(15)の制御手段は、ステータ(46)の配線を短絡して、モータ(40)の前述の付加抵抗をさらに大きく短絡制動を加え、制動力を高める。それでも、制御ボックス(15)の制御手段が、前記速度計の速度が増加すると判定する場合には、モータ(40)に回転方向とは逆に回転するよう駆動して、逆転制動をかける。このように、速度に応じて、多段に制動をかけて速度を低下するように動作させてもよい。
電磁ブレーキ(60)が作用している状態で、クラッチ機構(70)を操作して、電磁ブレーキ(60)を切断することにより、電磁ブレーキ(60)の制動力は解かれるから、介助者が電動車椅子(10)を手押しする際にもクラッチ機構(70)を利用することができる。
電磁ブレーキ(60)と回転軸(43)が切断された状態から、再度、レバー(70d)を操作して、クラッチ操作プレート(70a)を回転させ、弾性ブロック(79e)を受け孔(79b)に係合させると、アーマチュア(66)は、スライド可能となり、電磁ブレーキ(60)への通電を遮断すると、アーマチュア(66)がバネ(67)(67)の付勢力によって挟持用プレート(79)側にスライドし、ブレーキディスク(61)が挟持用プレート(79)とアーマチュア(66)に挟まれて、電磁ブレーキ(60)が作用して、回転軸(43)の回転が制動され、駆動輪(80)の回転は阻止される。
使用者が操作器(18)を介して、電動車椅子(10)の前進、後退又は旋回を指示すると、電磁ブレーキ(60)へ通電を行ない、ブレーキが解除されると共に、ステータ(46)に通電が行なわれて、ロータ(42)が回転する。ロータ(42)が回転すると、回転軸(43)から減速機構(48)及びインターナルギヤ(55)を介してハウジング(50)に駆動力が伝達され、ハウジング(50)が回転する。これにより、ハウジング(50)に固定された駆動輪(80)(80)が回転して、電動車椅子(10)が前進、後退する。また、旋回は、左右の駆動装置(20)の回転速度を変えて行なわれる。
クラッチ機構(70)は、介助者が操作していない状態では、電磁ブレーキ(60)のブレーキが利いた状態にすると、モータ(40)の回転軸(43)に直接ブレーキがかかるから、すぐれた制動性能を発揮できる。
一方、電磁ブレーキ(60)が利いた状態から、レバー(70d)を操作して、クラッチ機構(70)により、モータ(40)の回転軸(43)と電磁ブレーキ(60)を切断すると、駆動輪(80)には、電磁ブレーキ(60)の制動力は作用しないが、モータ(40)の発電制動力は作用する。従って、下り坂等でレバー(70d)の誤操作によって、電磁ブレーキ(60)が切断されても、一定速度以上に加速することはない。また、レバー(70d)によって電磁ブレーキ(60)を切断できるから、介助者が電動車椅子(10)を手押しする際に、電動車椅子(10)に電源を投入する必要もない。
なお、本発明の駆動装置(20)において、抑え板(39)の中央から突設された軸(39b)を、外ハウジング(54)から回転自在な状態で貫通させることで、両持ち支持の構成とすることもできる。
また、本実施の形態では、駆動装置(20)を電動車両のフレーム(13)に直接固定しているが、図2等で示すフレーム(13)を独立した取付板等から構成し、電動車両のフレーム(13)にボルト止めすることも勿論可能である。
本発明は、クラッチ機構を切断した状態で、電磁ブレーキが駆動輪に作用せず、モータの発電制動力等の制動力は作用するようにした電動車両用駆動装置及び該駆動装置を具えた電動車椅子として有用である。
電動車椅子の斜視図である。 本発明の駆動装置の斜視図である。 本発明の駆動装置の正面図である。 図2を逆方向から見た斜視図である。 本発明の駆動装置の背面図である。 本発明の駆動装置の部分断面斜視図である。 図5の線A−Aに沿う断面図である。 図5の線B−Bに沿う断面図である。 電磁ブレーキ及びクラッチ機構の斜視図である。 電磁ブレーキ及びクラッチ機構の正面図である。 図10の線A−Aに沿う断面図である。 制御部のブロック図である。
符号の説明
(10) 電動車椅子
(20) 駆動装置
(40) モータ
(43) 回転軸
(60) 電磁ブレーキ
(70) クラッチ機構

Claims (5)

  1. モータ(40)を収容し、電動車両のフレームに取り付けられるケーシング(30)と、
    ケーシング(30)から回転自在に突出させて配置したモータ(40)の回転軸(43)と、
    回転軸(43)に減速機構(48)を介して連繋されるハウジング(50)と、
    該ハウジング(50)の外周に配備された駆動輪(80)と、
    モータ(40)の回転軸(43)の回転を制動する電磁ブレーキ(60)と、
    を具え、
    モータ(40)の回転軸(43)は、ケーシング(30)が電動車両のフレームに取り付けられたとき、電動車両のフレームを貫通し、
    電磁ブレーキ(60)及びクラッチ機構(70)は、回転軸(43)のうち電動車両のフレームを貫通して突出した部分に取り付けられることを特徴とする電動車両用の駆動装置。
  2. 電動車両のフレームに片持ち支持されるケーシング(30)と、
    該ケーシング(30)に収容され、回転軸(43)を有するモータ(40)と、
    ケーシング(30)の外周に回転自由に嵌まりモータ(40)の回転軸(43)の先端に減速機構(48)を介して連繋されるハウジング(50)と、
    該ハウジング(50)の外周に配備された駆動輪(80)と、
    モータ(40)の回転軸(43)の回転を制動する電磁ブレーキ(60)と、
    を具え、
    モータ(40)の回転軸(43)の基端は、ケーシング(30)及び電動車両のフレームを貫通させて、電動車両のフレームから突出させており、
    電磁ブレーキ(60)は、前記回転軸(43)の基端側に配備され、電磁ブレーキ(60)と回転軸(43)との間に、回転軸(43)と電磁ブレーキ(60)とを断続するクラッチ機構(70)を具えたことを特徴とする電動車両用の駆動装置。
  3. クラッチ機構(70)には、回転軸(43)と電磁ブレーキ(60)との動力の伝達、遮断を切り替えるレバー(70d)を具える請求項1又は請求項2に記載の電動車両用の駆動装置。
  4. モータ(40)を収容し、電動車両のフレームに取り付けられるケーシング(30)と、
    ケーシング(30)から回転自在に突出させて配置したモータ(40)の回転軸(43)と、
    回転軸(43)に減速機構(48)を介して連繋されるハウジング(50)と、
    該ハウジング(50)の外周に配備された駆動輪(80)と、
    モータ(40)の回転軸(43)の回転を制動する電磁ブレーキ(60)と、
    を具え、
    モータ(40)の回転軸(43)は、ケーシング(30)が電動車両のフレームに取り付けられたとき、電動車両のフレームを貫通し、
    電磁ブレーキ(60)は、回転軸(43)のうち電動車両のフレームを貫通して突出した部分に取り付けられることを特徴とする電動車両用の駆動装置。
  5. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の電動車両用駆動装置(20)を左右に具える電動車椅子。
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