JP2015080312A - Wheel driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪付きの移動体に取り付け、その車輪を回転駆動させるための車輪駆動装置に関する。 The present invention relates to a wheel drive device that is attached to a moving body with wheels and rotationally drives the wheels.
従来から、車椅子、自転車等の車輪付きの移動体が移動のために利用されている。また、そのような移動体に取り付け、移動体の推進を補助するための駆動装置も提案されている。 Conventionally, wheeled moving bodies such as wheelchairs and bicycles have been used for movement. In addition, a driving device for attaching to such a moving body and assisting the propulsion of the moving body has been proposed.
例えば、特許文献1には、走行時の直進安定性向上、片流れ・ふらつき等の防止、操作時の安全性向上を図るために、左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、その駆動を行う駆動部とを備えた動力車が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a drive wheel that is driven independently on the left and right sides and is used for both propulsion and steering in order to improve straight-running stability during traveling, to prevent uniflow and wobbling, and to improve safety during operation. And the power vehicle provided with the drive part which performs the drive is disclosed.
特許文献1に記載の技術では、車椅子等の移動体を電動化することが可能であるが、車輪を回転させるための駆動トルクを作り出すのに車輪を回転保持している移動体の本体(車輪以外)が上記駆動トルクと同等の反力を受けとめる必要があり、必然的に車輪と移動体の本体との間に車輪を駆動させるための駆動部若しくは駆動伝達部を備えなければならなかった。 In the technique described in Patent Document 1, it is possible to electrify a moving body such as a wheelchair, but the main body of the moving body (wheels) that rotates and holds the wheels to generate drive torque for rotating the wheels. However, it is necessary to receive a reaction force equivalent to the drive torque, and a drive unit or a drive transmission unit for driving the wheel must be provided between the wheel and the main body of the moving body.
このため、特許文献1に記載の技術では、既存の車輪を回転して移動する移動体に車輪駆動若しくは伝達部を取り付ける際には、複雑な作業が必要となってくる。例えば、車椅子のように両輪が独立して回転し、且つ車輪の回転軸の外側で簡易な固定用金具により車輪を本体に取り付けるような移動体であっても、固定用金具だけでなく車輪までも外すといった作業も必要になっている。このように、特許文献1に記載の技術では、取り付け作業が困難であり、組立性やサービス性が悪いと言える。 For this reason, the technique described in Patent Document 1 requires complicated work when attaching a wheel drive or transmission unit to a moving body that rotates and moves an existing wheel. For example, even a moving body in which both wheels rotate independently, such as a wheelchair, and the wheel is attached to the main body with a simple fixing bracket outside the rotation axis of the wheel, not only the fixing bracket but also the wheel. It is also necessary to remove the work. Thus, with the technique described in Patent Document 1, it can be said that the attaching operation is difficult and the assemblability and serviceability are poor.
なお、このような課題は、所謂パーソナルモビリティや電動アシスト自転車など、元々動力源を有する移動体にさらに駆動力を付加しようとする場合にも生じうる。 Such a problem may also occur when a driving force is added to a mobile body that originally has a power source, such as so-called personal mobility or a power-assisted bicycle.
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪付きの移動体に取り付け、その車輪を駆動させるための車輪駆動装置において、移動体への取り付けを容易にすることにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and the object thereof is to attach to a moving body with wheels, and to easily attach the moving body to a moving body in a wheel driving device for driving the wheels. There is to do.
上記の課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、移動体の車輪を回転駆動させる車輪駆動装置であって、腕部、該腕部の一端に設けた支点部、及び前記腕部の他端に設けた重しを有する振り子と、前記支点部を中心として前記振り子を回転駆動させる駆動部と、該駆動部での回転駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動体が進行方向に進むように前記車輪を回転させる場合、該進行方向側で前記重しを維持するように前記駆動部を制御することにより、前記振り子の位置エネルギーを利用して前記車輪を回転駆動させることを特徴としたものである。 In order to solve the above-described problem, a first technical means of the present invention is a wheel drive device that rotationally drives a wheel of a moving body, the arm portion, a fulcrum portion provided at one end of the arm portion, A control unit configured to control the rotation of the pendulum provided at the other end of the arm unit, a drive unit that rotationally drives the pendulum around the fulcrum unit, and the control unit When rotating the wheel so that the moving body moves in the traveling direction, the unit uses the potential energy of the pendulum by controlling the driving unit so as to maintain the weight on the traveling direction side. The wheels are driven to rotate.
本発明の第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記駆動部に電源を供給するための蓄電池を備え、該蓄電池は、前記重しの一部として配置されていることを特徴としたものである。 The second technical means of the present invention is characterized in that, in the first technical means, a storage battery for supplying power to the drive unit is provided, and the storage battery is arranged as a part of the weight. It is a thing.
本発明の第3の技術手段は、第1又は第2の技術手段において、前記振り子は、前記駆動部による回転駆動を実行しない場合には、重力により前記重しが最下点に位置するように取り付けられていることを特徴としたものである。 According to a third technical means of the present invention, in the first or second technical means, when the pendulum does not execute rotational driving by the driving unit, the weight is positioned at the lowest point by gravity. It is characterized by being attached to.
本発明の第4の技術手段は、第1〜第3のいずれか1の技術手段において、前記車輪駆動装置は、前記振り子以外についての質量のバランスが、前記車輪の回転軸を中心にして略均等になるように配置されていることを特徴としたものである。 According to a fourth technical means of the present invention, in any one of the first to third technical means, the wheel drive device has a mass balance other than the pendulum substantially about the rotation axis of the wheel. It is characterized by being evenly arranged.
本発明の第5の技術手段は、第1〜第4のいずれか1の技術手段において、前記移動体は車椅子であることを特徴としたものである。 According to a fifth technical means of the present invention, in any one of the first to fourth technical means, the moving body is a wheelchair.
本発明によれば、車輪付きの移動体に取り付け、その車輪を回転駆動させるための車輪駆動装置において、移動体への取り付けを容易に行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the attachment to a moving body can be easily performed in the wheel drive device for attaching to a moving body with a wheel and driving the wheel to rotate.
本発明に係る車輪駆動装置は、移動体の車輪を回転駆動させるための装置であって、振り子の原理を利用した振り子型の車輪駆動装置である。上記移動体としては、車椅子、一輪車、手押し車、自動車など、様々な車輪付き移動体が挙げられ、本発明に係る車輪駆動装置によりそれらの移動体を自動駆動化することができる。また、本発明に係る車輪駆動装置は、元々電動化された電動車椅子、電動アシスト自転車、パーソナルモビリティなど、元々の動力源を有する移動体にも取り付け可能であり、これによりさらに駆動力を付加することができる。 The wheel drive device according to the present invention is a device for rotationally driving a wheel of a moving body, and is a pendulum type wheel drive device utilizing the principle of a pendulum. Examples of the moving body include various wheeled moving bodies such as wheelchairs, unicycles, handcarts, and automobiles, and these moving bodies can be automatically driven by the wheel driving device according to the present invention. Moreover, the wheel drive device according to the present invention can be attached to a moving body having an original power source such as an electrically powered wheelchair, an electrically assisted bicycle, personal mobility, and the like, thereby further adding driving force. be able to.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る車輪駆動装置について車椅子に取り付ける例を挙げて説明するが、上述のように他の移動体についても同様に適用できる。また、車椅子は、左右独立に回転して推進と操舵とに兼用される車輪を有する例であるが、両輪が繋がれて同時に回転する車輪を備えた移動体にも同様に適用できる。この場合には、両輪について車輪駆動装置を同期させて回転駆動させればよい。また、双方向の回転が可能な車椅子の例に限らず、一方向の回転のみ可能な自転車のような移動体にも、そのような一方向の回転制限を加えるだけで、同様に適用可能である。 Hereinafter, the wheel drive device according to the present invention will be described with reference to the drawings with reference to an example in which the wheel drive device is mounted on a wheelchair. In addition, the wheelchair is an example having wheels that rotate independently on the left and right and are used for both propulsion and steering. However, the wheelchair can be similarly applied to a moving body having wheels that are connected to each other and rotate simultaneously. In this case, it is only necessary to synchronize and rotate the wheel drive device for both wheels. Further, the present invention is not limited to the example of a wheelchair capable of bidirectional rotation, and can be similarly applied to a moving body such as a bicycle capable of rotating in only one direction only by adding such one-way rotation limitation. is there.
(第1の実施形態)
まず、本発明に係る車輪駆動装置の取り付け例を示すために、図1A,図1Bを参照しながら、本発明に係る車輪駆動装置を取り付ける前の既存の車椅子について簡単に説明する。図1Aは、本発明に係る車輪駆動装置を取り付け可能な車椅子の一例を示す側面図で、図1Bは、図1Aの車椅子を示す上面図である。
(First embodiment)
First, in order to show a mounting example of the wheel driving device according to the present invention, an existing wheelchair before mounting the wheel driving device according to the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 1A and 1B. 1A is a side view showing an example of a wheelchair to which a wheel drive device according to the present invention can be attached, and FIG. 1B is a top view showing the wheelchair of FIG. 1A.
図1A,図1Bで例示する車椅子10は、その本体の左右に回転軸11を有し、回転軸11を中心にタイヤ付きの車輪13と、手動で車輪13を進行方向(前向き又は後向き)に回転駆動させるために車輪13の外側に付けられたハンドリム12と、を備えている。その他、車椅子10は、搭乗者が搭乗するための椅子、搭乗者の足元の位置に一対のキャスタ(自在輪)、搭乗者以外の操作者が車椅子10を押すためのハンドルなども備えている。
A
次に、このような車椅子10に本発明に係る車輪駆動装置の一構成例を取り付けた車輪駆動装置付き車椅子の外観について、図2A〜図3Bを参照しながら例示する。図2Aは、図1A,図1Bの車椅子に本発明に係る車輪駆動装置を取り付けた例を示す側面図、図2Bは、図2Aの車輪駆動装置付き車椅子を示す上面図、図3Aは、図2A,図2Bの車輪駆動装置付き車椅子において取付レバーをロックする前の様子を示す斜視図、図3Bは、図3Aにおける取付レバーの一例を示す拡大図である。
Next, the appearance of a wheelchair with a wheel drive device in which one configuration example of the wheel drive device according to the present invention is attached to such a
図2A,図2Bで例示する車輪駆動装置付き車椅子1は、ハンドリム12に車輪駆動装置のカバー14が取付レバー14aによって取り付けられている。カバー14は、図2Aで例示するようにハンドリム12と略同径の外径を有し、図2Bで例示するように車軸(車椅子10の回転軸11)方向に凸の形状を有する。また、カバー14は、図3Bで例示するように、ハンドリム12側に平坦部20を有する。
In the wheelchair 1 with a wheel driving device illustrated in FIGS. 2A and 2B, a
図2Aの例では、取付レバー14aは周方向に均等に3つ設けられているが、均等で2つ以上設けられていればよい。取付レバー14aは、例えば図3Bに示すように、取付レバー14aの本体にハンドリム12に向かって回転可能に取り付けられた取付軸14bと、取付軸14bから回転軸11を中心とする動径方向に延伸する腕部14cと、腕部14cの先端に設けられた凹部14dと、を有する。
In the example of FIG. 2A, the three mounting
取付レバー14aは、アンロック状態から図3Bの矢印方向に、取付軸14bを中心に腕部14cを回転させ、凹部14dをハンドリム12に当接させることで、カバー14とハンドリム12とを取り付けてロックする。ここで、取付軸14bは。図示しないバネにより回転軸11の方向に向かって押圧可能に構成しておけば、ハンドリム12に凹部14dを嵌め易くなる。なお、カバー14とハンドリム12との取付機構はこの例に限ったものではなく、ハンドリム12からカバー14が容易に外れず、且つ可能な限りハンドリム12での手動前進/後進の妨げにならないような機構であればよい。また、言及するまでもなく、カバー14の形状もこの例に限ったものではない。
The mounting
次に、図4A〜図4Cを併せて参照しながら、本発明に係る車輪駆動装置の一構成例における内部構造を説明する。図4Aは、車輪駆動装置付き車椅子1の一構成例において車輪駆動装置の内部構造を分かりやすくするために外装部分を取り除いた状態を示す側面図、図4Bは、図4Aの車椅子1の上面図、図4Cは、図4Bの車椅子1における車輪駆動装置の主要部を示す拡大図である。 Next, the internal structure in one structural example of the wheel drive device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4C. FIG. 4A is a side view showing a state in which an exterior portion is removed for easy understanding of the internal structure of the wheel drive device in one configuration example of the wheelchair 1 with a wheel drive device, and FIG. 4B is a top view of the wheelchair 1 in FIG. 4A. FIG. 4C is an enlarged view showing a main part of the wheel driving device in the wheelchair 1 of FIG. 4B.
図4Aで例示するように、本発明に係る車輪駆動装置は、駆動部21、振り子の腕部(アーム)23、駆動部21での回転駆動を制御する制御部25、並びに、振り子の重し(重錘)24を備えている。
As illustrated in FIG. 4A, the wheel drive device according to the present invention includes a
駆動部21は、モータ21aを有し、モータ21aは駆動軸21bを有し、駆動軸21bを回転駆動させる。そして、この駆動軸21bは、振り子の支点部の中心をなしており、この支点部と腕部23と重し24により振り子が構成される。本構成例では、支点部は、駆動軸21bを含めた駆動部21で構成されているとも言える。
The
また、駆動部21がモータ21aを有する例を挙げて説明するが、これに限ったものではなく、また電動に限ったものでもなく、支点部を中心として振り子を回転駆動させるものであればよい。また、モータ21aの電源は、リチウムイオンバッテリ等の蓄電池から給電されることが好ましい。無論、蓄電池に限ったものではなく、例えば一次電池など、蓄電池以外の電源のみを使用してモータ21aに給電するように構成することもできる。
In addition, the
このように、本発明に係る車輪駆動装置は、振り子を用いることを主たる特徴の1つとする。なお、この振り子自体は、基本的に一般的な振り子と同様に、腕部23、腕部23の一端に設けた支点部、及び腕部23の他端に設けた(配した)重し24を有していればよい。ここで、支点部は、車輪の回転軸11の回転軸と回転中心が同じになるように、且つ回転軸11に固定されないように、取り付けられている。
Thus, the wheel drive device according to the present invention has one of the main features of using a pendulum. The pendulum itself is basically the same as a general pendulum, the
また、図4A〜図4Cの構成例では、カバー14の平坦部20には、駆動部21や振り子や制御部25等をカバー14内に入れるための穴部20aを有する。穴部20aは、モータ21aの電源を交換又は充電するためにも利用でき、そのための最小限の大きさだけ開口していてもよい。その場合、カバー14の凸形状の部分に駆動部21等を取り付けた後に、その凸形状の部分に平坦部20を固定すればよい。
4A to 4C, the
無論、穴部20aを設けず、カバー14の凸形状の部分に駆動部21等を取り付けた後に、その凸形状の部分に平坦部20を固定してもよい。但し、その場合、駆動部21の動力源(モータ21aの電源)を取り替え可能に構成しておくことが望ましい。また、モータ21aの電源が蓄電池から供給される構成を採用した場合、充電ケーブルの接続口を平坦部20又は凸形状の部分に配置しておくとよい。なお、凸形状の部分に太陽光発電モジュールを搭載することもできるが、その場合にはこのような接続口は設けなくてもよい。
Of course, the
そして、本発明の主たる特徴として、制御部25は、移動体である車椅子1が進行方向(前方向又は後方向)に進むように車輪13を回転させる場合、常に進行方向側で重し24を維持するように駆動部21を制御することにより、上記振り子の位置エネルギー(主に重し24の位置エネルギー)を利用して車輪13を回転駆動させる。
And as a main feature of the present invention, when the wheelchair 1 which is a moving body moves the
上記進行方向側とは、回転軸11や支点部の中心より進行方向の領域を指す。図4Aで例示すると、例えば車椅子1が前方向(紙面右方向)に向かうように車輪13を時計回りに回転させる場合には、重し24が下を向いた状態から振り子を反時計回りに回転させて、駆動部21の駆動軸(回転軸)21bより前方向(紙面右方向)に重し24が常に維持された状態を保つように、駆動部21が駆動される。
The said advancing direction side refers to the area | region of the advancing direction from the center of the
なお、一般的な車輪のように車輪13が鉛直面内で回転する場合には、振り子の回転面も車輪13やハンドリム12の回転面と平行となる。一方で、車輪13が鉛直面内ではなく鉛直面から若干のキャンバ角をつけてネガティブキャンバで取り付けられている場合には、カバー14が大きくなるが、振り子自体は鉛直面内で回転するように設ければよい。
In addition, when the
制御部25としては、例えば、上述のような制御内容を実行可能なIC(Integrated Circuit)チップ等が制御基板に搭載されたものが挙げられる。この制御内容は、ICチップ内にプログラムとして記述されていてもよい。また、図4Aのように制御部25は腕部23に固定させてもよいが、制御部25の固定位置はこれに限らない。
As the
制御部25で上述のような制御を可能とするために、本実施形態における駆動部21及び振り子は、振り子が車輪13の回転方向と反対方向に回転可能なように、且つ駆動部21により駆動が停止された場合に振り子が車輪13に対して固定されて同じ回転方向で回転可能なように、取り付ける必要がある。
In order to enable the
本構成例では、カバー14が車椅子1の車輪13に車輪駆動装置を取り付けるための取付台となり、各カバー14が車輪13及びハンドリム12と一対で回転するようになっている。そして、各カバー14の凸形状の内側には、図4Cで例示したように駆動部21の取付部21cが固定され、取付部21cには、モータ21aの駆動軸21bが固定されている。
In this configuration example, the
このような構成により、駆動軸21bがカバー14に固定され、結果として、駆動軸21bが車輪13側に間接的に固定される。よって、駆動が停止された場合に駆動軸21bが車輪13に固定され、駆動が実行された場合に車輪13に対してモータ21aを回転させることができるようになる。モータ21aの回転可能な方向は、車輪13の回転により地面を進む場合に車輪13の回転方向とは反対方向にモータ21aが回転可能なように決めておけばよい。車輪13の正逆回転により車椅子1が前後の双方向に進行可能にするには、モータ21aも双方向に回転可能に構成しておけばよい。
With such a configuration, the
そして、本構成例では、モータ21aの駆動軸21bが上記支点部に相当する。よって、本構成例における支点部は、モータ21aの駆動により、回転軸11と同じ回転中心で、且つ車輪13が接地している場合でも回転軸11とは反対方向に回転させることができる上に、駆動が停止された場合には車輪13に固定されて車輪13と一緒に同方向に回転させることができる。
In this configuration example, the
上述のような構成により、図4A〜図4Cで例示した車輪駆動装置では、モータ21aの駆動により、支点部を中心に腕部23及び重し24が一体で、車輪13やハンドリム12と一対になった取付台(カバー14)に対して相対的に回転移動させること、つまり車輪13やハンドリム12の回転とは独立して回転移動させることができる。そして、腕部23や重し24は、車輪13やハンドリム12の回転と反対方向に(つまり進行方向側で重し24を維持するように)回転させることができると共に、モータ21aによる回転駆動を停止させることで、上記の相対的な回転移動を停止させることもできる。
With the configuration as described above, in the wheel drive device illustrated in FIGS. 4A to 4C, the
そして、本発明では、上述した制御部25の制御により、駆動部21が振り子を回転駆動して車輪13を回転駆動させる。図5A〜図5Cを併せて参照しながら、図4A〜図4Cで例示した車椅子1を実際に移動させる場合の一例を説明する。図4Aは、車椅子1の停止状態を示している。図5Aは、図4Aの車椅子1を移動させる際の振り子の状態を示す側面図、図5Bは、図5Aに続く状態を示す側面図、図5Cは、図5Bに続く状態を示す側面図である。
In the present invention, under the control of the
車椅子1を進行方向に進めたい場合、つまり車椅子1を進行方向に進むように車輪13を回転させたい場合には、図4Aの状態から図5Aの状態のように振り子を進みたい方向に振り上げ、最終的に図5Bの状態のように略90°の位置で維持する。これにより重し24にかかる位置エネルギー(重力加速度)を駆動力として、図5Bの状態において時計方向に車輪13ごと回転させようとする。
When the wheelchair 1 is to be advanced in the traveling direction, that is, when the
制御部25は、重し24の位置エネルギーにより車輪13の回転が開始すると、腕部23及び重し24を略90°の方向に維持されるようにモータ21aを制御する。例えば、図5Cのようにモータ21aが図4A,図5A,図5Bの状態から傾いた状態でも、腕部23及び重し24を略90°の方向に維持しておく。
When the rotation of the
このようにして、駆動部21により振り子を進行方向側へ回転させて常に進行方向側に重し24を維持する(維持するように持ち上げる)。これにより車椅子1は常に前進力を持続し、進行方向に加速していく。そして、重し24の重力加速度と車椅子1の車輪の13転がり抵抗とのバランスが取れた位置で、車椅子1の車速は一定になる。
In this way, the
また、略90°を維持することで、車輪駆動装置が最大限の能力で加速を行うことになるが、図5Aの状態のように図4Aの状態(停止状態)と図5Bの状態(略90°の状態)との間の位置で、重し24の位置を維持するように制御することにより、加速度及び速度を制御できる。
Further, by maintaining approximately 90 °, the wheel drive device accelerates with the maximum capability. However, the state of FIG. 4A (stop state) and the state of FIG. By controlling so that the position of the
車椅子1を前方に進める例を挙げたが、車椅子1を後進させたい場合には、その進行方向側(後進方向であって、図4Aの状態から左側)に振り子を回転移動させればよい。また、振り子を車椅子1の進行方向とは逆側に回転移動させることにより、前進時のブレーキとして作動させることもできる。 Although an example in which the wheelchair 1 is advanced forward is given, when the wheelchair 1 is to be moved backward, the pendulum may be rotated and moved to the traveling direction side (reverse direction, left side from the state of FIG. 4A). Further, by rotating the pendulum in the direction opposite to the traveling direction of the wheelchair 1, the pendulum can be operated as a forward brake.
また、ここで例示しているように、双方向の回転が可能な車椅子の例では、振り子は双方向に回転駆動可能(つまり回動可能)としておけばよい。これに対し、一方向の回転のみ可能な自転車のような移動体用の車輪駆動装置では(自転車の場合には少なくとも後車輪については)、進行方向のみ(一方向のみ)に回転可能としておけばよい。但し、ブレーキの役割を持たせるために反対方向にも回転可能にしておくことが好ましい。 Further, as illustrated here, in an example of a wheelchair capable of bidirectional rotation, the pendulum may be driven to rotate bidirectionally (that is, rotatable). In contrast, in a wheel drive device for a moving body such as a bicycle that can only rotate in one direction (at least for the rear wheel in the case of a bicycle), it should be able to rotate only in the direction of travel (only in one direction). Good. However, it is preferable to be able to rotate in the opposite direction in order to have a brake function.
以上のように、本発明に係る車輪駆動装置では、車輪13を回転させるための駆動トルクを作り出すための反力として重し24の位置エネルギーを利用している。従って、基本的に車椅子1の本体(車輪13やハンドリム12以外)に車輪駆動装置を接触させる必要がなく、ハンドリム12(又は車輪13)に対してそのままの状態で車輪駆動装置を直接取り付けることができる。よって、本発明では、車椅子1の車輪13を外すといった作業負担などがなく、車椅子への車輪駆動装置の取り付けが簡略化される。
As described above, in the wheel drive device according to the present invention, the potential energy of the
また、車椅子1のように車輪毎に独立して回転可能な移動体では、両輪(例えば左右の両輪)に取り付けられた振り子を別々に制御することにより、自由に回転及び操舵が可能となり、小回りが利くようになる。 In addition, in a mobile body that can rotate independently for each wheel, such as the wheelchair 1, by separately controlling the pendulum attached to both wheels (for example, both the left and right wheels), rotation and steering can be freely performed. Will come to work.
以上では、車椅子の例を挙げたが、例えば自転車のように車輪の回転軸の両側が本体に固定されている場合にも、本発明は効果を奏する。具体的には、そのような場合に本発明に係る車輪駆動装置を取り付けるに際しては、車輪を外す必要はあるものの、車輪駆動装置と本体側との接続に駆動のための制限がないため、車輪駆動装置を車輪側にも直接取り付けた後でその構成物を本体側に取り付ければ済み、作業負担が少なくて済む。 Although the example of the wheelchair has been described above, the present invention is effective even when both sides of the rotating shaft of the wheel are fixed to the main body, for example, like a bicycle. Specifically, when attaching the wheel drive device according to the present invention in such a case, although it is necessary to remove the wheel, there is no restriction for driving in the connection between the wheel drive device and the main body side. After the drive device is directly attached to the wheel side, the components need only be attached to the main body side, and the work load can be reduced.
また、図4Cでは図示していないが、モータ21aの駆動軸21bとは反対側に、車輪13の回転軸11の先端を回動可能に取り付ける転がり軸受などの軸受を設け、穴部20aを通した回転軸11の先端をこの軸受けに取り付けることが好ましい。これにより、カバー14の強度をやや下げても、駆動軸21bの回転中心と回転軸11の回転中心とがブレないようにすることができる。
Although not shown in FIG. 4C, a bearing such as a rolling bearing that rotatably attaches the tip of the
また、本発明に係る車輪駆動装置は、図2A〜図5Cで例示したように、振り子以外についての質量のバランスが車輪13の回転軸11を中心にして略均等になる(どの動径方向でも略均等になる)ように配置されていることが好ましい。なお、このバランスに関し、振り子の重し24として搭載する構成要素については、振り子に含める。実際、車輪13に取り付ける構成物は車輪13の回転によって慣性を受けることになるが、バランスが略均等になっているため、不要なバイブレーション等の発生を防ぐことができる。
In the wheel drive device according to the present invention, as illustrated in FIGS. 2A to 5C, the balance of mass except for the pendulum is substantially uniform around the
無論、振り子自体も、質量のバランスが回転面を挟んで車体側と非車体側とで略線対称になるように配置されていることが好ましい。これにより、不要なバイブレーション等の発生を防ぐことができる。 Of course, the pendulum itself is also preferably arranged so that the balance of mass is substantially line symmetric between the vehicle body side and the non-vehicle body side across the rotation surface. Thereby, generation | occurrence | production of an unnecessary vibration etc. can be prevented.
また、本発明に係る車輪駆動装置は、図示しない操作部を設け、その操作部からのユーザ操作により駆動のON/OFFや速度制御が可能に構成しておくことが好ましい。特に、Bluetooth(登録商標)等のワイアレスな方式を利用して操作部を構成することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the wheel drive device according to the present invention is provided with an operation unit (not shown) and capable of driving ON / OFF and speed control by a user operation from the operation unit. In particular, the operation unit is preferably configured using a wireless method such as Bluetooth (registered trademark).
これにより、車輪駆動装置の制御部25や駆動部21との配線を気にすることなく、操作部を搭載でき、その操作部により自由にユーザ操作が可能になる。また、この操作部において、GPS(Global Positioning System)ナビケーションシステムを搭載しておき、予め決められたルートを案内して走行するようなことも可能である。
Thereby, an operation part can be mounted without worrying about wiring with the
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、回転駆動停止時には振り子が駆動部21に固定されたままであることを前提に説明した。本発明の第2の実施形態では、第1の実施形態において、回転駆動停止時にこの固定を解除するように構成する。本実施形態に関し、第1の実施形態と同様の部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
The first embodiment has been described on the assumption that the pendulum remains fixed to the
本実施形態における振り子は、駆動部21による回転駆動を実行しない場合には(つまり回転駆動をかけない時には)、図4Aで例示した状態のように、重力により重し24が最下点に位置するように取り付けられている。
When the pendulum in the present embodiment does not execute the rotation drive by the drive unit 21 (that is, when the rotation drive is not applied), the
そのためには、回転駆動を実行する場合、制御部25の制御により振り子と駆動部21とが連結され、回転駆動を実行しない場合、制御部25の制御により振り子と駆動部21との連結が切れるように構成すればよい。
For this purpose, when the rotation drive is executed, the pendulum and the
このような機構の詳細については既存の技術を採用すればよいため別途図示しない。図4Cを参照しながらその一例を説明すると、例えばモータ21a本体とその駆動軸21bとが回転駆動時にはロックされて駆動軸21bが回転可能となり、非回転駆動時にはそのロックが外されモータ21a本体に対して駆動軸21bが自由に回転するように構成すればよい。例ええば前進のみに対応させる場合にはワンウェイクラッチを使用するなどしてもよい。ここで例示するようにロック/アンロックを切り替えるロック機構を設けることで、連結/非連結を切り替えることができる。
Details of such a mechanism are not shown separately because existing techniques may be employed. An example will be described with reference to FIG. 4C. For example, the
これにより、車椅子1の車輪13がフリーで回転することになって慣性による走行が可能となり、消費電力を押さえることが可能となる。例えば、図示しない操作部からのユーザ操作により駆動のON/OFFや速度制御が可能に構成しておけば、ユーザ操作により回転駆動停止が指示された状態で、このような慣性による走行や手動での走行も可能となる。
As a result, the
(第3の実施形態)
第1,第2の実施形態では、蓄電池の配置については特に言及していなかった。本発明の第3の実施形態に係る車輪駆動装置は、第1又は第2の実施形態において、駆動部21に電源を供給するための蓄電池を備えることを前提とすると共に、その蓄電池の配置に主たる特徴を有する。
(Third embodiment)
In 1st, 2nd embodiment, it did not mention especially about arrangement | positioning of a storage battery. The wheel drive device according to the third embodiment of the present invention is based on the premise that a storage battery for supplying power to the
本実施形態の車輪駆動装置の構成例について、図6を参照しながら説明する。図6は、図2A,図2Bの車輪駆動装置付き車椅子の他の構成例における振り子及び駆動部を示す断面図である。本実施形態に関し、第1の実施形態や第2の実施形態と同様の部分の説明は省略する。 A configuration example of the wheel drive device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a pendulum and a drive unit in another configuration example of the wheelchair with a wheel drive device in FIGS. 2A and 2B. Regarding this embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment and the second embodiment is omitted.
図6で例示する振り子は、支点部31e、腕部33、及び重し34を備え、これらはそれぞれ第1の実施形態における支点部、腕部23、及び重し24に対応する部位である。そして、本実施形態に係る車輪駆動装置は、第1の実施形態の駆動部21に対応する駆動部として、駆動軸31bをもつモータ31a、駆動軸31bに取り付けられたギア31c、支点部31eに固定されたギア31f、及びギア31c,31f間を渡す駆動伝達ベルト31gを有する。
The pendulum illustrated in FIG. 6 includes a
図6に示すように、例えばモータ31aが駆動軸31bを反時計回りに回転させて駆動伝達ベルト31gを矢印の方向に回転させることで、振り子を白抜きの矢印の方向に回転させることができる。
As shown in FIG. 6, for example, the
また、上記の駆動部は、駆動軸31bとギア31cとの間に、第2の実施形態で説明したロック/アンロックを切り替えるためのロック機構31dを有する。ロック機構31dの詳細については既存の技術を採用すればよいため別途図示しないが、回転駆動を実行する場合には、ロック機構31dにより駆動軸31bに対してギア31cがロックされた状態に制御され、回転駆動を実行しない場合には、ロック機構31dにより駆動軸31bに対してギア31cが離れた状態に制御され、振り子とモータ31aとの連結が切れるように構成しておけばよい。なお、このようなロック機構は、この例に限らず、例えばギア31fと支点部31eとの間に設けることもできる。
In addition, the above-described drive unit includes a
そして、本実施形態は、その主たる特徴として、駆動部の電源としての蓄電池32が重し34の一部として配置されている。さらに、図6で例示したように、重し34には駆動部の主要部(この例では駆動部本体であるモータ31a)や制御部35も配置されることが好ましい。制御部35は、第1の実施形態における制御部25と同様に、車椅子1が進行方向(前方向又は後方向)に進むように車輪13を回転させる場合、常に進行方向側で重し34を維持するようにモータ31aを制御することにより、振り子の位置エネルギー(主に重し34の位置エネルギー)を利用して車輪13を回転駆動させる。
The main feature of the present embodiment is that a
このような制御を可能とするためには、図4Cで説明すると、支点部31eは、駆動軸21bの位置に相当する位置に配置され、カバー14の取付部21cに固定されていればよい。これにより、振り子が車輪13の回転方向と反対方向に回転可能なように、且つモータ31a等の駆動部により駆動が停止された場合に振り子が車輪13に固定されて同じ回転方向で回転可能になる。
In order to enable such control, the
振り子の重しは、位置エネルギーを稼ぐために重量が必要であり、そのための駆動用のモータや蓄電池など比較的重量物となるものを含めると、車輪駆動装置そのものが重くなってしまい、取り付け作業に力を要することや消費電力が増えることが懸念される。しかし、本実施形態のように、重し自体をそれら重量物で構成することにより全体としての重量を軽減することができる。この効果は、上述したように重し34に必要な構成物のうち可能な限りを含めることでより顕著になる。
The weight of the pendulum requires weight to earn potential energy, and if a relatively heavy item such as a drive motor or storage battery is included for that purpose, the wheel drive device itself becomes heavy, and installation work There is a concern that power will be required and power consumption will increase. However, as in this embodiment, the weight as a whole can be reduced by configuring the weights themselves with these heavy objects. This effect becomes more prominent by including as much as possible of the components necessary for the
なお、蓄電池以外の一次電池等を動力源とした場合にも、本実施形態と同様、重し24に動力源を含めて構成することが好ましい。
Even when a primary battery other than the storage battery is used as a power source, it is preferable that the
(第4の実施形態)
第1の実施形態では、カバー14に駆動部21を固定することで駆動部21を間接的に車輪の回転軸11に固定したことを前提に説明した。本発明の第4の実施形態では、第1の実施形態において、駆動部を車輪13の回転軸11に直接固定するように構成する。
(Fourth embodiment)
In 1st Embodiment, it demonstrated on the assumption that the
但し、本実施形態では、回転軸11が、車輪13及びハンドリム12に固定され、且つ本体側で玉軸受等により自由に回動可能なように取り付けられているものとする。なお、第1〜第3の実施形態では、そのような取付方法に限らず、回転軸11が本体側に固定され、且つ車輪13及びハンドリム12に玉軸受等により自由に回動可能なように取り付けられている場合でも適用できる。
However, in this embodiment, the rotating
本実施形態の車輪駆動装置の構成例について、図7A〜図7Cを参照しながら説明する。図7Aは、図2A,図2Bの車輪駆動装置付き車椅子の他の構成例において車輪駆動装置の内部構造を分かりやすくするために外装部分を取り除いた状態を示す側面図、図7Bは、図7Aの車輪駆動装置付き車椅子の上面図、図7Cは、図7Bの車輪駆動装置付き車椅子の車輪駆動装置の取り付け箇所を示す拡大図である。本実施形態に関し、第1の実施形態と同様の部分の説明は省略する。 The structural example of the wheel drive device of this embodiment is demonstrated referring FIG. 7A-FIG. 7C. 7A is a side view showing a state in which an exterior portion is removed for easy understanding of the internal structure of the wheel drive device in another configuration example of the wheelchair with the wheel drive device of FIGS. 2A and 2B, and FIG. The top view of the wheelchair with a wheel drive device of FIG. 7, FIG. 7C is an enlarged view which shows the attachment location of the wheel drive device of the wheelchair with a wheel drive device of FIG. 7B. Regarding this embodiment, the description of the same part as the first embodiment is omitted.
図7A〜図7Cで例示する車輪駆動装置付き車椅子1は、車輪駆動装置として、駆動部21に対応する駆動部41と、振り子の支点部42と、振り子の腕部23と同様の腕部43と、制御部25と同様に駆動部41での回転駆動を制御する制御部45と、振り子の重し44と、を有している。なお、図7Cでは、平坦部20は省略して描いているが、この構成例においても、第1の実施形態と同様にカバー14の平坦部20には穴部20aを設けておいてもよい。
7A to 7C, the wheelchair 1 with a wheel drive device is a wheel drive device, and includes a
駆動部41は、固定部41dにより車輪13の回転軸11に固定されており、モータ41aを有し、モータ41aは駆動軸(回転軸)41bを有する。モータ41aも固定部41d及び駆動部41の筐体を介して回転軸11に固定されている。
The
さらに、駆動部41は、駆動軸41bの先端に二股に分かれ、それらにより振り子の支点部42の外側を狭持して固定する固定部41cを有する。また、支点部42は、回転軸11と同軸で円筒状に形成され、回転軸11をその円筒の内側に挿通させた状態で、固定部41cにより固定されている。支点部42を構成する円筒の内側には、挿通させた回転軸11が支点部42に対して回動可能なように玉軸受(ボールベアリング)42aが設けられている。また、回転軸11は、円筒の内側を挿通させた状態で、固定部41dにより駆動部41の筐体を介してモータ41aに固定されていることになる。
Furthermore, the
このような構成によっても、第1の実施形態と同様に、駆動部41及び振り子は、振り子が車輪13の回転方向と反対方向に回転可能なように、且つ駆動部41により駆動が停止された場合に振り子が車輪13に駆動部41を介して間接的に固定されて同じ回転方向で回転可能に取り付けることができる。そして、制御部45は、車椅子1が進行方向(前方向又は後方向)に進むように車輪13を回転させる場合、常に進行方向側で重し44を維持するように駆動部41を制御することにより、上記振り子の位置エネルギー(主に重し44の位置エネルギー)を利用して車輪13を回転駆動させる。
Even with such a configuration, similarly to the first embodiment, the
また、本実施形態においても、第3の実施形態でも説明したようなロック機構を設けることで、第2の実施形態の適用は可能である。また、本実施形態でも第3の実施形態を適用し、図7A〜図7Cの構成例において重し44にモータ41a及びその電力供給源となる蓄電池を配するようにすることができる。簡単に説明すると、重し44側に設けたモータに、腕部43内部に設けた2つのクランクシャフトを接続し、モータの回転運動を上下運動に変換して再度回転運動に戻すなどの機構を設ければよい。これにより、駆動部のうち少なくともモータは重し44側に含めることができる。
Also in the present embodiment, the second embodiment can be applied by providing a lock mechanism as described in the third embodiment. Further, in the present embodiment, the third embodiment can be applied, and the
1…車輪駆動装置付き車椅子、10…従来の車椅子、11…回転軸、12…ハンドリム、13…車輪、14…カバー、14a…取付レバー、14b…取付レバーの取付軸、14c…取付レバーの腕部、14d…取付レバーの凹部、20…平坦部、20a…穴部、21,41…駆動部、21a,31a,41a…モータ、21b…モータの駆動軸(支点部)、21c…モータの回転軸の取付部、23,33,43…腕部、25,35,45…制御部、31b,41b…モータの駆動軸、31c,31f…ギア、31d…ロック機構、31e,42…支点部、31g…駆動伝達ベルト、32…蓄電池、41c…支点部用の固定部、41d…回転軸用の固定部、42a…玉軸受。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wheelchair with a wheel drive device, 10 ... Conventional wheelchair, 11 ... Rotating shaft, 12 ... Hand rim, 13 ... Wheel, 14 ... Cover, 14a ... Mounting lever, 14b ... Mounting shaft of mounting lever, 14c ... Arm of mounting lever Part, 14d ... concave part of mounting lever, 20 ... flat part, 20a ... hole part, 21, 41 ... drive part, 21a, 31a, 41a ... motor, 21b ... motor drive shaft (fulcrum part), 21c ... motor rotation Shaft mounting portion, 23, 33, 43 ... arm portion, 25, 35, 45 ... control portion, 31b, 41b ... motor drive shaft, 31c, 31f ... gear, 31d ... lock mechanism, 31e, 42 ... fulcrum portion, 31g ... drive transmission belt, 32 ... storage battery, 41c ... fixed part for fulcrum part, 41d ... fixed part for rotating shaft, 42a ... ball bearing.
Claims (5)
腕部、該腕部の一端に設けた支点部、及び前記腕部の他端に設けた重しを有する振り子と、
前記支点部を中心として前記振り子を回転駆動させる駆動部と、
該駆動部での回転駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記移動体が進行方向に進むように前記車輪を回転させる場合、該進行方向側で前記重しを維持するように前記駆動部を制御することにより、前記振り子の位置エネルギーを利用して前記車輪を回転駆動させることを特徴とする車輪駆動装置。 A wheel drive device that rotationally drives wheels of a moving object,
A pendulum having an arm, a fulcrum provided at one end of the arm, and a weight provided at the other end of the arm;
A drive unit that rotationally drives the pendulum around the fulcrum part;
A control unit for controlling the rotation drive in the drive unit,
The control unit, when rotating the wheel so that the moving body proceeds in the traveling direction, controls the driving unit so as to maintain the weight on the traveling direction side, thereby controlling the potential energy of the pendulum. A wheel driving device characterized in that the wheel is driven to rotate.
該蓄電池は、前記重しの一部として配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車輪駆動装置。 A storage battery for supplying power to the drive unit;
The wheel drive device according to claim 1, wherein the storage battery is disposed as a part of the weight.
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JP2013215228A JP2015080312A (en) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | Wheel driving device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105109601A (en) * | 2015-08-17 | 2015-12-02 | 华钟祥 | Dual-drive balance wheelchair |
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2013
- 2013-10-16 JP JP2013215228A patent/JP2015080312A/en active Pending
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