JP2015034630A - Assist mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人力で可動機器を作動させる際にモータを駆動して人力を補助するアシスト機構に関する。 The present invention relates to an assist mechanism that assists human power by driving a motor when a movable device is operated manually.
可動機器を駆動する人力をモータにより補助するアシスト機構は、近年、自転車や車椅子等に多く採用されるようになってきている。例えば、特許文献1に記載された車椅子には、車輪に固定されたハンドリムを人力で回転させて車輪を駆動する際に、ハンドリムに加えられる人力のトルクを検出し、その検出値に基づいてモータを駆動して人力を補助するアシスト機構が搭載されている。
In recent years, an assist mechanism that assists a human power for driving a movable device with a motor has been widely used in bicycles, wheelchairs, and the like. For example, in the wheelchair described in
ところで、特許文献1の車椅子に搭載されているアシスト機構は、モータから車輪までの駆動経路の途中に、入力側(モータ側)に加えられる入力トルクを出力側(車輪側)に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達されないようにする機構(以下、「逆入力遮断機構」と称する。)を設け、モータが故障等により停止した状態において人力のみで車輪を駆動しようとするときに、車輪からモータへのトルク伝達が遮断されて、車輪を小さい人力で駆動できるようにしている。
By the way, the assist mechanism mounted on the wheelchair of
ここで、逆入力遮断機構としては、入力側部材(入力筒軸)の径方向内側に入力側部材と同心状態に出力側部材(出力軸)を配し、その出力側部材の外周面を円筒面とし、入力側部材の内周面に所定の周方向間隔をおいて複数のポケット(凹部)を設け、これらの各ポケットの周方向両側に傾斜カム面を設けて、各ポケットにローラを収容し、各ローラを転動自在に保持する保持器(リテーナ)を入力側部材の内周面と出力側部材の外周面との間に挿入し、その保持器と入力側部材との間に、各ローラが入力側部材および出力側部材とロックしない中立位置に保持器をセンタリングするばねを設け、その保持器を固定部材(車体フレーム)に取り付けられたシール部材に摺接させた逆入力遮断クラッチが採用されている。 Here, as the reverse input blocking mechanism, the output side member (output shaft) is arranged concentrically with the input side member inside the input side member (input cylinder shaft) in the radial direction, and the outer peripheral surface of the output side member is cylindrical. A plurality of pockets (recesses) are provided on the inner peripheral surface of the input side member at a predetermined circumferential interval, and inclined cam surfaces are provided on both sides of each pocket in the circumferential direction so that a roller is accommodated in each pocket. Then, a cage (retainer) that holds each roller in a rollable manner is inserted between the inner peripheral surface of the input side member and the outer peripheral surface of the output side member, and between the cage and the input side member, A reverse input cutoff clutch in which a spring for centering the cage is provided at a neutral position where each roller does not lock with the input side member and the output side member, and the cage is slidably contacted with a seal member attached to a fixed member (body frame). Is adopted.
この逆入力遮断クラッチでは、入力側部材に入力トルクが加えられると、シール部材から摺動抵抗を受ける保持器がばねを弾性変形させながら中立位置から相対移動することにより、ローラが入力側部材および出力側部材とロックして出力側部材にトルクが伝達される。一方、出力側部材に逆入力トルクが加えられるときは、保持器がばねの力で中立位置に戻ってローラの入力側部材および出力側部材とのロックが解除された状態となるので、出力側部材が空転して入力側部材にはトルクが伝達されない(以下、このように逆入力トルクに対して出力側部材を空転させる方式を「空転式」と称する。)。 In this reverse input cutoff clutch, when input torque is applied to the input side member, the cage that receives sliding resistance from the seal member relatively moves from the neutral position while elastically deforming the spring, so that the roller and the input side member Torque is transmitted to the output side member by locking with the output side member. On the other hand, when reverse input torque is applied to the output side member, the cage is returned to the neutral position by the force of the spring, and the lock between the input side member and the output side member of the roller is released. The member idles and torque is not transmitted to the input side member (hereinafter, the method of idling the output side member with respect to the reverse input torque is referred to as “idle type” hereinafter).
上記特許文献1に記載されている車椅子のアシスト機構では、モータが駆動されると、逆入力遮断クラッチのローラが入力側部材および出力側部材とロックして車輪側にトルクが伝達されるが、このとき逆入力遮断クラッチのローラ、入力側部材および出力側部材と一体に回転する保持器が固定部材側のシール部材と摺動するため、モータの負荷トルクが大きくなるという問題がある。
In the wheelchair assist mechanism described in
また、このアシスト機構を搭載した車椅子では、ハンドリムから車輪へ人力が入力されるため、人力のトルクを検出する手段をハンドリムと車輪との間に設ける必要があり、これによって本体側の構造が複雑になっているという問題もある。 In addition, in a wheelchair equipped with this assist mechanism, since human power is input from the hand rim to the wheel, it is necessary to provide a means for detecting the torque of the human power between the hand rim and the wheel, which complicates the structure on the main body side. There is also the problem of becoming.
そこで、本発明は、逆入力遮断機構を備えたアシスト機構のモータの負荷トルクを小さくするとともに、このアシスト機構を搭載する可動機器の本体側の構造を簡素化することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the load torque of a motor of an assist mechanism having a reverse input blocking mechanism and to simplify the structure of the main body side of a movable device on which the assist mechanism is mounted.
上記の課題を解決するため、本発明は、可動機器を駆動する人力をモータにより補助するアシスト機構において、前記モータの動力によるトルクと前記人力によるトルクとが入力され、その二つの入力を一つの駆動力に変換して前記可動機器に出力する差動装置と、前記モータと差動装置との間に介装される逆入力遮断機構と、前記差動装置に入力される人力のトルクの大きさに応じて前記モータを駆動する制御装置とを備え、前記逆入力遮断機構は、前記モータの動力によるトルクを前記差動装置に伝達し、前記差動装置から加えられる逆入力トルクに対してはロックして、逆入力トルクを前記モータに伝達しないものとした構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an assist mechanism that assists a human power for driving a movable device with a motor, wherein the torque generated by the power of the motor and the torque generated by the human power are input, and the two inputs are combined into a single input. A differential device that converts it into a driving force and outputs it to the movable device, a reverse input blocking mechanism interposed between the motor and the differential device, and a magnitude of the torque of human power input to the differential device And a control device that drives the motor in response, the reverse input shut-off mechanism transmits torque generated by the power of the motor to the differential device, and with respect to the reverse input torque applied from the differential device. Is configured so that the reverse input torque is not transmitted to the motor.
すなわち、アシスト機構の駆動経路の途中に、モータの動力によるトルクが入力されて可動機器に駆動力を出力する差動装置を設け、この差動装置を人力によるトルクも入力されるものとすることにより、人力のトルクを検出する手段を差動装置に付設して、可動機器の本体側の構造を簡素化できるようにするとともに、モータと差動装置との間に介装される逆入力遮断機構として、モータの動力によるトルクは差動装置に伝達し、差動装置から加えられる逆入力トルクに対してはロックして、逆入力トルクをモータに伝達しない方式(以下、この方式を「ロック式」と称する。)のものを採用することにより、従来の空転式の逆入力遮断機構を用いる場合に比べて、モータ駆動時に回転する部材と固定された部材との摺動動作がない分、モータの負荷トルクを小さくできるようにしたのである。 In other words, a differential device is provided in the middle of the drive path of the assist mechanism so that torque generated by the motor power is input and the driving force is output to the movable device. By attaching a means for detecting torque of human power to the differential device, the structure on the main body side of the movable device can be simplified, and the reverse input cutoff interposed between the motor and the differential device As a mechanism, torque generated by the motor power is transmitted to the differential device, and the reverse input torque applied from the differential device is locked, and the reverse input torque is not transmitted to the motor. By adopting the system, the amount of sliding movement between the member that rotates when the motor is driven and the fixed member is reduced as compared with the case where a conventional idling type reverse input blocking mechanism is used. Mo It had to be able to reduce the load torque of the motor.
前記逆入力遮断機構には、前記モータの動力によるトルクを入力される入力側部材と、前記差動装置に前記モータの動力によるトルクを出力する出力側部材と、前記出力側部材を固定部材にロックするロック手段と、前記入力側部材の回転により前記出力側部材と固定部材とのロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除されたときに前記入力側部材の回転を僅かな角度遅れをもって前記出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備えた逆入力遮断クラッチや、前記モータの動力によるトルクを入力されるウォーム歯車と、前記ウォーム歯車と噛み合い、前記差動装置に連結されるウォームホイールとを備え、セルフロック機能を有するウォーム機構を採用することができる。 The reverse input blocking mechanism includes an input side member that receives torque generated by the power of the motor, an output side member that outputs torque generated by the power of the motor to the differential, and the output side member as a fixed member. Locking means for locking, unlocking means for releasing the locked state of the output side member and the fixing member by rotation of the input side member, and slight rotation of the input side member when the locked state is released A reverse input cutoff clutch provided with torque transmission means for transmitting to the output side member with an angle delay, a worm gear to which torque from the power of the motor is input, meshes with the worm gear, and is connected to the differential device. A worm mechanism having a self-locking function can be employed.
また、前記差動装置としては、太陽歯車と、前記太陽歯車の径方向外側に配される内歯車と、前記太陽歯車および内歯車と噛み合って自転しながら太陽歯車のまわりに公転する複数の遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に支持するキャリアとを備え、前記太陽歯車に前記逆入力遮断機構から前記モータの動力によるトルクを入力され、前記キャリアに前記人力によるトルクを入力され、前記内歯車の回転を駆動力として前記可動機器に出力する遊星歯車装置を採用することができる。 The differential device includes a sun gear, an internal gear arranged radially outside the sun gear, and a plurality of planets that revolve around the sun gear while meshing with the sun gear and the internal gear. A gear and a carrier that rotatably supports the planetary gear, and the sun gear receives torque from the motor from the reverse input blocking mechanism, the carrier receives torque from the human power, A planetary gear device that outputs the rotation of the gear as a driving force to the movable device can be employed.
あるいは、前記差動装置として、固定軸の外周に回転自在に取り付けられる2つの対向傘歯車と、前記両対向傘歯車の間で前記固定軸の外周に回転自在に取り付けられるピニオン軸と、前記ピニオン軸の外周に回転自在に取り付けられ、前記両対向傘歯車と噛み合う中間傘歯車とを備え、前記両対向傘歯車の一方に前記逆入力遮断機構から前記モータの動力によるトルクを、他方に前記人力によるトルクをそれぞれ入力され、前記ピニオン軸の回転を駆動力として前記可動機器に出力するディファレンシャルギヤ装置を採用することもできる。 Alternatively, as the differential device, two opposed bevel gears that are rotatably attached to the outer periphery of the fixed shaft, a pinion shaft that is rotatably attached to the outer periphery of the fixed shaft between the two opposed bevel gears, and the pinion An intermediate bevel gear which is rotatably attached to the outer periphery of the shaft and meshes with the opposite bevel gears, and the torque generated by the motor power from the reverse input blocking mechanism is applied to one of the opposite bevel gears; It is also possible to employ a differential gear device that receives the torque of the above and outputs it to the movable device using the rotation of the pinion shaft as a driving force.
ここで、前記差動装置のうちで前記可動機器に駆動力を出力する部材に発電機を連結し、前記制御装置が、前記可動機器の惰走中に前記差動装置に可動機器を制動する方向の人力が入力されたときに前記発電機を作動させ、その人力のトルクが所定値以下になったときに前記発電機を停止させるようにすれば、可動機器を制動する際に発電機から得られる制動力によって人力の負担を軽減できるし、アシスト機構用の電源装置を充電してアシスト機構の使用可能時間を延長することもできる。 Here, a generator is connected to a member of the differential device that outputs a driving force to the movable device, and the control device brakes the movable device to the differential device while the movable device is coasting. When the power of the direction is inputted, the generator is operated, and when the torque of the human power becomes a predetermined value or less, the generator is stopped. The resulting braking force can reduce the burden of human power, and the power supply device for the assist mechanism can be charged to extend the usable time of the assist mechanism.
また、前記差動装置、逆入力遮断機構および制御装置をそれぞれモジュール化することにより、モジュールごとの組み替えが可能となり、種々の仕様に容易に対応できるものとなる。 Further, by modularizing the differential device, the reverse input blocking mechanism, and the control device, each module can be rearranged and can easily cope with various specifications.
本発明のアシスト機構は、上述したように、駆動経路の途中に、モータの動力によるトルクと人力によるトルクとが入力される差動装置を設け、そのモータと差動装置との間に介装される逆入力遮断機構としてロック式のものを採用したので、人力のトルクを検出する手段を差動装置に付設して、可動機器の本体側の構造の簡素化を図れるとともに、逆入力遮断機構においてモータ駆動時に回転する部材と固定された部材との摺動動作がなく、モータの負荷トルクを小さくすることができる。 As described above, the assist mechanism of the present invention is provided with a differential device in which torque generated by motor power and torque generated by human power are input in the middle of the drive path, and is interposed between the motor and the differential device. As the reverse input blocking mechanism used is a lock type, it is possible to simplify the structure on the main body side of the movable device by attaching a means for detecting torque of human power to the differential device, and the reverse input blocking mechanism In this case, there is no sliding movement between the member that rotates when the motor is driven and the fixed member, and the load torque of the motor can be reduced.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1乃至図3は第1の実施形態を示す。このアシスト機構は、可動機器としての車椅子に搭載され、その車輪を駆動する人力をモータで補助するもので、図1に示すように、モータ1の動力によるトルクと人力によるトルクとが入力され、その二つの入力を一つの駆動力に変換して車椅子の車輪に出力する差動装置としての遊星歯車装置2と、モータ1と遊星歯車装置2との間に介装される逆入力遮断機構としての逆入力遮断クラッチ3と、遊星歯車装置2に入力される人力のトルクを検出するトルクセンサ4と、遊星歯車装置2の出力側に連結される発電機5と、トルクセンサ4の検出値に基づいてモータ1および発電機5のON・OFFを制御する制御装置6とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show a first embodiment. This assist mechanism is mounted on a wheelchair as a movable device, and assists the human power for driving the wheel with a motor. As shown in FIG. 1, the torque generated by the power of the
前記遊星歯車装置2は、図1および図2に示すように、太陽軸7の外周に嵌合固定された太陽歯車8と、太陽歯車8の径方向外側に配され、内歯車と外歯車が一体に形成されたリング歯車9と、太陽歯車8およびリング歯車9の内歯車と噛み合って自転しながら太陽歯車8のまわりに公転する複数の遊星歯車10と、遊星歯車10を自転可能に支持し、人力によるトルクを入力されるキャリア11とを備え、モータ1の動力によるトルクを逆入力遮断クラッチ3を介して太陽歯車8に入力され、リング歯車9の回転をその外歯車と噛み合う駆動歯車(図示省略)を介して駆動力として前記車輪に出力するものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記キャリア11は、各遊星歯車10を支持する支軸11aと、太陽軸7と同心に配される中心軸11bとを一体に形成したもので、その中心軸11bの一端部を車椅子本体のキャリア支持部Aに回転自在に支持されている。各支軸11aの先端には、太陽軸7を通し遊星歯車10を抜け止めする円板状の蓋12が取り付けられている。中心軸11bの外周には、車椅子のハンドリムから人力が入力される入力歯車13が嵌合固定され、この入力歯車13に隣接するように前記トルクセンサ4が取り付けられている。
The
また、前記リング歯車9の径方向外側には、前記駆動歯車と干渉しない位置にリング歯車9の外歯車と噛み合う発電用歯車14が配され、この発電用歯車14に前記発電機5が接続されている。
A
前記逆入力遮断クラッチ3は、図1および図3に示すように、モータ1の動力によるトルクを入力される入力側部材15と、遊星歯車装置2の太陽軸7と一体形成され、モータ1の動力によるトルクを出力する出力側部材16と、車椅子本体のクラッチ支持部Bに固定される二段円筒状の固定部材17と、出力側部材16の大径部外周面と固定部材17の大径部内周面との間に組み込まれるローラ18およびコイルばね19を備えている。また、固定部材17の小径部の内周には、出力側部材16の小径部を回転自在に支持する焼結含油軸受20が嵌め込まれている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the reverse
前記入力側部材15は、先端側を出力側部材16の係合穴16aに挿入されて出力側部材16と同心状態に配され、後端側をモータ1に接続される入力軸21と、入力軸21の二面幅部21aの後端側外周に嵌合固定された保持器22とからなる。その保持器22は、出力側部材16の大径部外周面と固定部材17の大径部内周面との間に挿入される複数の柱部22aを有している。
The
前記出力側部材16は、その係合穴16aの内周面に、入力軸21の二面幅部21aの先端側外周と僅かな回転方向の隙間をおいて対向し、ほぼ同じ断面形状を有する二面幅部(図示省略)が設けられている。
The
また、出力側部材16の大径部の外周には周方向に交互に傾斜が逆向きとなる複数のカム面16bが設けられ、これらの各カム面16bと固定部材17の大径部の内周円筒面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間23が形成されている。そして、これらの各楔形空間23に、一対のローラ18が各ローラ18を楔形空間23の狭小部に押し込むコイルばね19を挟んだ状態で配され、各楔形空間23の周方向両側(ローラ18を挟んでコイルばね19と対向する位置)に保持器22の柱部22aが挿入されている。
In addition, a plurality of
この逆入力遮断クラッチ3は、上記の構成であり、遊星歯車装置2から出力側部材16に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のローラ18がコイルばね19の弾性力によって楔形空間23の狭小部に押し込まれて出力側部材16および固定部材17と係合しているので、出力側部材16が固定部材17にロックされ、出力側部材16のトルクは入力側部材15に伝達されない。
The reverse
一方、モータ1から入力側部材15の入力軸21に入力トルクが加えられたときには、入力軸21と一体に回転する保持器22の柱部22aが、回転方向後側のローラ18をコイルばね19の弾性力に抗して楔形空間23の広大部へ押しやるので、ローラ18と出力側部材16および固定部材17との係合が解除され、出力側部材16と固定部材17とのロック状態が解除される。そして、入力軸21がさらに回転して、その二面幅部21aと出力側部材16の係合穴16aの二面幅部とが係合すると、入力軸21の回転が出力側部材16に伝達され、遊星歯車装置2の太陽軸7および太陽歯車8が回転する。
On the other hand, when an input torque is applied from the
すなわち、この逆入力遮断クラッチ3は、出力側部材16を固定部材17にロックするロック手段と、入力側部材15の回転により出力側部材16と固定部材17とのロック状態を解除するロック解除手段と、そのロック状態が解除されたときに入力側部材15の回転を僅かな角度遅れをもって出力側部材16に伝達するトルク伝達手段とを備えたロック式のものである。
That is, the reverse
前記制御装置6は、マイコンを含む電子基板24と、モータ1、トルクセンサ4、発電機5および電源装置(図示省略)のそれぞれとを電源・信号ケーブル25でつなぎ、後述のようにモータ1および発電機5のON・OFFを制御するものである。
The
次に、このアシスト機構の動作について説明する。車椅子の車輪を停止状態から駆動するときは、まず、車椅子のハンドリムを人力で回転させ、そのトルクを遊星歯車装置2の入力歯車13を介してキャリア11に入力する(このとき太陽歯車8は停止している)。すると、トルクセンサ4がキャリア11に作用するトルクを検出し、そのトルクの検出値が所定値以上になったときに、制御装置6がモータ1を駆動する。モータ1の動力によるトルクは、逆入力遮断クラッチ3の入力側部材15から出力側部材16に伝達され、その出力側部材16と一体に形成された遊星歯車装置2の太陽軸7が回転する。そして、太陽軸7に嵌合固定された太陽歯車8が回転することにより、人力の入力当初よりも遊星歯車10の自転が速くなり、リング歯車9の回転も速くなって小さい人力で車輪を駆動できるようになる。
Next, the operation of this assist mechanism will be described. When driving a wheelchair wheel from a stopped state, the hand rim of the wheelchair is first manually rotated, and the torque is input to the
上記のように人力とモータ1とで車輪を駆動しているときに、人力の入力を中止すると(トルクセンサ4によるトルク検出値が所定値より小さくなると)、制御装置6がモータ1を停止させる。すると、逆入力遮断クラッチ3の入力側部材15への入力トルクがなくなり、出力側部材16が固定部材17にロックされて、遊星歯車装置2の太陽軸7および太陽歯車8が停止する。このとき、リング歯車9、遊星歯車10、キャリア11および入力歯車13は車輪の惰走により駆動時と同方向に回転し、これにともなってハンドリムも回転する。
When the wheel is driven by the human power and the
そして、車輪惰走中に制動を行うときには、人力によりハンドリムに駆動時と逆方向のトルクを加える。すると、ハンドリムから入力歯車13を介してキャリア11に入力された逆方向のトルクをトルクセンサ4が検出し、その信号に基づいて制御装置6が発電機5のスイッチをONにする。そして、発電機5が発電を開始することにより、発電用歯車14およびこれと噛み合うリング歯車9の回転が遅くなり、制動に要する人力の負担が軽減される。その後、トルクセンサ4で検出されるトルクが所定値より小さくなると、制御装置6が発電機5のスイッチをOFFにする。
When braking is performed during wheel coasting, torque in the direction opposite to that during driving is applied to the hand rim by human power. Then, the
このアシスト機構は、上述したように、駆動経路の途中に、モータ1の動力によるトルクと人力によるトルクとが入力される遊星歯車装置2を設け、その遊星歯車装置2に人力のトルクを検出するトルクセンサ4を付設したので、トルク検出手段を車椅子のハンドリムと車輪との間に設ける場合に比べて、車椅子の本体側の構造の簡素化を図ることができる。
As described above, the assist mechanism is provided with the
また、モータ1と遊星歯車装置2との間に介装される逆入力遮断機構としてロック式の逆入力遮断クラッチ3を採用したので、空転式の逆入力遮断クラッチを用いる場合に比べて、モータ1駆動時に回転する部材と固定された部材との摺動動作がない分、モータ1の負荷トルクを小さくすることができる。
Further, since the lock type reverse
しかも、車輪の制動時には、遊星歯車装置2の出力側に連結された発電機5で発電を行うようにしたので、発電機5から得られる制動力によって人力の負担を軽減することができる。また、発電機5をアシスト機構用の電源装置につないで回生ブレーキとすることにより、その電源装置を充電してアシスト機構の使用可能時間を延長することもできる。
In addition, since the
さらに、遊星歯車装置2、逆入力遮断クラッチ3および制御装置6をそれぞれモジュール化することにより、モジュールごとの組み替えが可能となり、種々の仕様に容易に対応できるものとなる。
Further, by modularizing the
図4は上述した第1実施形態のアシスト機構の変形例を示す。この変形例では、遊星歯車装置2のキャリア11の中心軸11bと入力歯車13との間に一方向クラッチ26を組み込み、車輪惰走中に入力歯車13が回転しないようにしている。このようにすれば、車輪惰走中のハンドリムの回転を防止でき、安全性を高めることができる。なお、この場合は、ハンドリムからキャリア11に駆動時と逆方向のトルクを入力することはできないので、別途制動信号を制御装置6に入力し、その信号に基づいて制御装置6が発電機5のスイッチをON・OFFする構成とすればよい。
FIG. 4 shows a modification of the assist mechanism of the first embodiment described above. In this modification, a one-way clutch 26 is incorporated between the
図5は第2の実施形態を示す。この実施形態は、第1実施形態をベースとし、遊星歯車装置2に代わる差動装置としてディファレンシャルギヤ装置27を採用し、これに合わせて逆入力遮断クラッチ3の一部を変更したものである。
FIG. 5 shows a second embodiment. This embodiment is based on the first embodiment, adopts a
前記ディファレンシャルギヤ装置27は、固定軸28の外周に回転自在に取り付けられる2つの対向傘歯車29、30と、両対向傘歯車29、30の間で固定軸28の外周に回転自在に取り付けられるピニオン軸31と、ピニオン軸31の外周に回転自在に取り付けられ、両対向傘歯車29、30と噛み合う複数の中間傘歯車32と、ピニオン軸31の両端の突部を内周面の軸方向溝33aに嵌め込まれてピニオン軸31と一体に回転する出力歯車33とを備えている。
The
前記固定軸28は、両端部を車椅子本体の固定軸支持部Cに支持されている(片側のみ図示)。一方の対向傘歯車29には、モータ1の動力を入力するための外歯車29aが設けられている。また、他方の対向傘歯車30には、一方の対向傘歯車29の外歯車29aとともに出力歯車33を挟んで案内する案内部30aと、固定軸支持部Cの側へ延びる筒軸部30bが設けられ、この筒軸部30bの外周に、第1実施形態と同じ入力歯車13とトルクセンサ4が取り付けられている。そして、出力歯車33は、第1実施形態のリング歯車9と同様、図示省略した駆動歯車および発電機5に接続された発電用歯車14と噛み合っている。
Both ends of the fixed
一方、前記逆入力遮断クラッチ3は、出力側部材16が第1実施形態の遊星歯車装置2の太陽軸7に代わる延長軸部16cを有し、この延長軸部16cの外周に、一方の対向傘歯車29の外歯車と噛み合う連結歯車34が嵌合固定されている。
On the other hand, the reverse input shut-off
すなわち、この第2実施形態では、ディファレンシャルギヤ装置27の一方の対向傘歯車29に逆入力遮断クラッチ3の出力側部材16からモータ1の動力によるトルクを入力され、他方の対向傘歯車30に入力歯車13を介して人力によるトルクを入力され、ピニオン軸31の回転を出力歯車33および前記駆動歯車を介して駆動力として車椅子の車輪に出力するようになっている。
In other words, in the second embodiment, torque due to the power of the
この第2実施形態のアシスト機構の動作は、第1実施形態のものとほぼ同じである。すなわち、人力によりハンドリムから入力歯車13を介して他方の対向傘歯車30にトルクを入力すると、トルクセンサ4の信号に基づいて、制御装置6がモータ1を駆動する。そして、モータ1の動力によるトルクが逆入力遮断クラッチ3および連結歯車34を介して一方の対向傘歯車29に伝達され、その回転により人力の入力当初よりも中間傘歯車32の自転が速くなり、中間傘歯車32の公転すなわちピニオン軸31および出力歯車33の回転も速くなって小さい人力で車輪を駆動できるようになる。
The operation of the assist mechanism of the second embodiment is almost the same as that of the first embodiment. That is, when torque is input from the hand rim to the other
また、車輪駆動中に人力の入力を中止すると、制御装置6がモータ1を停止させ、逆入力遮断クラッチ3の作用によって一方の対向傘歯車29が停止する。このとき、出力歯車33、ピニオン軸31、中間傘歯車32、他方の対向傘歯車30および入力歯車13は車輪の惰走により駆動時と同方向に回転し、これにともなってハンドリムも回転する。そして、車輪惰走中に人力によりハンドリムに駆動時と逆方向のトルクを加えると、発電機5が発電を開始し、発電用歯車14およびこれと噛み合う出力歯車33の回転が遅くなって制動に要する人力の負担が軽減される。その後、逆方向のトルクが所定値より小さくなると発電機5を停止させる。
When the input of human power is stopped while the wheels are being driven, the
したがって、第1実施形態と同じく、従来のものよりも車椅子の本体側の構造の簡素化が図れ、モータ1の負荷トルクを小さくできるし、制動時には発電機5の発電によって人力の負担を軽減できる。また、ディファレンシャルギヤ装置27を第1実施形態の遊星歯車装置2と同様にモジュール化して、種々の仕様への対応が容易なものとすることができる。
Therefore, as in the first embodiment, the structure on the main body side of the wheelchair can be simplified as compared with the conventional one, the load torque of the
上述した各実施形態では、モータと差動装置との間に介装される逆入力遮断機構としてロック式の逆入力遮断クラッチを用いているが、これに代えてセルフロック機能を有するウォーム機構を使用してもよい。 In each of the above-described embodiments, a lock-type reverse input cutoff clutch is used as a reverse input cutoff mechanism interposed between the motor and the differential, but a worm mechanism having a self-lock function is used instead. May be used.
例えば、図6に示す第3の実施形態は、第1実施形態の逆入力遮断クラッチ3の代わりに、モータ1の主軸(図示省略)の外周に嵌合固定され、モータ1の動力によるトルクを入力されるウォーム歯車35と、ウォーム歯車35と噛み合うウォームホイール36とを備えたウォーム機構37を用いている。ウォームホイール36は遊星歯車装置2の太陽軸7に連結された連結軸38の外周に嵌合固定されており、その連結軸38は第1実施形態のクラッチ支持部Bに軸受部材39を介して回転自在に支持されている。
For example, the third embodiment shown in FIG. 6 is fitted and fixed to the outer periphery of the main shaft (not shown) of the
そして、モータ1の動力によるトルクがウォーム歯車35に入力されたときは、ウォーム歯車35の回転が減速されてウォームホイール36に伝達され、ウォームホイール36が連結軸38、太陽軸7および太陽歯車8と一体に回転する。一方、太陽軸7から連結軸38を介してウォームホイール36に逆入力トルクが加えられたときは、セルフロック機能によりその逆入力トルクはモータ1に伝達されず、太陽軸7および太陽歯車8が停止するようになっている。
When torque generated by the power of the
また、図7に示す第4の実施形態は、第2実施形態の逆入力遮断クラッチ3をなくし、モータ1の主軸(図示省略)の外周に第3実施形態と同様のウォーム歯車35を嵌合固定するとともに、ディファレンシャルギヤ装置27の一方の対向傘歯車29の外周に、外歯車29aに代えてウォーム歯車35と噛み合う歯29bを設けることにより、一方の対向傘歯車29をウォームホイールの役割を兼ねるものとして、ウォーム機構40を構成したものである。このウォーム機構40も、第3実施形態のものと同様、モータ1の動力によるトルクがウォーム歯車35に入力されたときは、そのトルクを一方の対向傘歯車29に伝達し、一方の対向傘歯車29に逆入力トルクが加えられたときは、セルフロック機能によりその逆入力トルクをモータ1に伝達しないようになっている。
Further, in the fourth embodiment shown in FIG. 7, the reverse
なお、本発明は、上述した各実施形態のように車椅子に搭載されるアシスト機構に限らず、例えば自転車に搭載されるもの等、人力で可動機器を作動させる際にモータを駆動して人力を補助するアシスト機構に広く適用することができる。 The present invention is not limited to an assist mechanism mounted on a wheelchair as in each of the above-described embodiments. For example, when operating a movable device by human power, such as that mounted on a bicycle, the motor is driven to reduce human power. The present invention can be widely applied to assisting assist mechanisms.
1 モータ
2 遊星歯車装置
3 逆入力遮断クラッチ
4 トルクセンサ
5 発電機
6 制御装置
7 太陽軸
8 太陽歯車
9 リング歯車
10 遊星歯車
11 キャリア
13 入力歯車
15 入力側部材
16 出力側部材
17 固定部材
18 ローラ
19 コイルばね
21 入力軸
22 保持器
26 一方向クラッチ
27 ディファレンシャルギヤ装置
28 固定軸
29、30 対向傘歯車
31 ピニオン軸
32 中間傘歯車
33 出力歯車
35 ウォーム歯車
36 ウォームホイール
37、40 ウォーム機構
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記モータの動力によるトルクと前記人力によるトルクとが入力され、その二つの入力を一つの駆動力に変換して前記可動機器に出力する差動装置と、前記モータと差動装置との間に介装される逆入力遮断機構と、前記差動装置に入力される人力のトルクの大きさに応じて前記モータを駆動する制御装置とを備え、
前記逆入力遮断機構は、前記モータの動力によるトルクを前記差動装置に伝達し、前記差動装置から加えられる逆入力トルクに対してはロックして、逆入力トルクを前記モータに伝達しないものとしたことを特徴とするアシスト機構。 In the assist mechanism that assists the human power to drive the movable device with a motor,
Torque due to the power of the motor and torque due to the human power are inputted, a differential device that converts the two inputs into one driving force and outputs it to the movable device, and between the motor and the differential device An interleaved reverse input blocking mechanism, and a control device that drives the motor according to the magnitude of human-power torque input to the differential device;
The reverse input shut-off mechanism transmits torque generated by the motor power to the differential device, locks against reverse input torque applied from the differential device, and does not transmit reverse input torque to the motor. Assist mechanism characterized by that.
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2013
- 2013-09-18 JP JP2013192936A patent/JP2015034630A/en active Pending
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