JP3716354B2

JP3716354B2 - Wheelchair with auxiliary power

Info

Publication number: JP3716354B2
Application number: JP24118995A
Authority: JP
Inventors: 健次郎副島
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: JPH08154977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドリムの操作により後輪に駆動力を供給する車椅子、特にその補助駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、障害者や高齢者が利用している車椅子には、手動によってハンドリムを回転させ走行させる車椅子、及び電気モータの駆動力によって走行させる電動車椅子がある。手動による車椅子は或る程度の腕力を必要とし、路面の状態が悪い場合や坂道等の場合には、自力による走行が困難となり介助者を必要とする場合がある。一方、電動車椅子は腕力をまったく必要としないで走行できるが、腕力を使わないために引き起こされる運動機能の低下、長時間運転によるバッテリー切れ等のトラブル、大容量のバッテリー搭載のため堅固な構造を要し、重量が重くなる等問題も多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これ等の欠点を解決する手段として手動と電動の両機能を有する車椅子が開発されており、それは、手動と電動とが切替スイッチにより切替わり、いづれか一方の方式で運転がなされるようになっている。しかしながら、手動による操作と電動による操作とではその操作内容が全く異なっているため、手動による車椅子の操作に慣れた者にとっては、急に電動に切り替わった場合にはその操作に戸惑ってしまう、という問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、手動と電動の両機能を備えるものの、その切り替え操作を不要とし、且つ手動による操作によって操作できるようにした補助動力付き車椅子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る補助動力付き車椅子は、左右の後輪をそれぞれ駆動する駆動用モータと、該駆動用モータと後輪との間にそれぞれ設けられた一対のクラッチと、後輪とハンドリムとの間の軸のねじり応力の方向及び大きさを検出する一対のねじり応力検出部と、該一対のねじり応力検出部によって検出されたねじり応力の方向及び大きさに応じて前記駆動用モータを駆動し、左右の後輪に前記一対のクラッチを介してそれぞれ回転力を供給させる制御装置とを有し、前記ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルとそれぞれ接続され車椅子本体側に信号を伝達する一対の誘導板と、該一対の誘導板に接続され、前記一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成したものである。
【０００６】
上記のねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔に対して所定の間隔をもって対向して軸受けを介して配置され、前記軟磁性箔の透磁率の変化を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とを有し、前記一対のコイルと前記ブリッジ回路とを、車椅子本体に固定された信号線用フレームによって接続して構成した。
【０００７】
上記のねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、磁性合金からなり磁気異方性が付与されてハンドリムと後輪との間に設けられ、ねじり応力が加わると透磁率が変化する応力検出軸と、該応力検出軸の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンスの変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成した。
【０００８】
上記の駆動用モータを左右の後輪にそれぞれ対応して一対設けた。
また、上記の駆動用モータは１個のモータから成り、デファレンシャルギアを介して左右の後輪を駆動するようにした。
【０００９】
上記の制御装置は、ねじり応力の大きさが所定の大きさに達した場合に前記駆動用モータを駆動するようにした。
上記の一対のクラッチは、前記駆動用モータが駆動されるときにのみ、該駆動用モータと後輪とを接続するようにした。
【００１４】
【発明の実施形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施形態に係る車椅子の側面図である。この車椅子は、前部には小径の一対の前輪１０が設けられ、後部には大径の一対の後輪１２が設けられている。この後輪１２は従来の手動による車椅子の場合と同様な構成からなり、図示を省略したが多数の支持ロッド（スポークス）を介して駆動軸に支持されている。後輪１２の外側には軸を介してハンドリム１４が取り付けられており、その中央部にはハブ１６が設けられている。
【００１５】
図２の（Ａ）はハンドリム１４及びその周辺部の正面図であり、（Ｂ）はその断面図である。そして、図３はハンドリム１４びその周辺部の斜視図である。ハブ１６は、後輪１２とハンドリム１４とを連結する軸１８を長くするために凹型形状になっており、このハブ１６に支持ロッド（スポーク）２０を介してハンドリム１４が固定されている。軸１８は軸受２２に支持された駆動軸２４と後述の応力検出軸を介して連結されている。ハブ１６に覆われた応力検出軸１９に後述するねじり応力の検出部を設けて、ハンドリム１４の手動による駆動力が後輪１２の駆動軸２４に対してねじり応力として検出できるようにしている。なお、上記の説明では、軸１８、応力検出軸１９及び駆動軸２４をそれぞれ別体に構成して連結した場合を示したが、これらを１本の軸で一体に構成してもよい。
【００１６】
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は応力検出軸１９におけるねじり応力検出部２５を示した模式図である。同図（Ａ）は一対の軟磁性箔（磁歪特性を有するアモルファスが代表例である）２６を、軸１８に加わるねじり応力と方向を検出するため、複数のスリット、凹溝等により磁気異方性を持たせて、軸円周に沿って接着したものであり、応力検出軸１９に生じたねじり応力が軟磁性箔２６に伝達される。なお、スリット、凹溝等の角度は特に限定されないが、本実施形態においては、軸方向に対して＋４５°、−４５となっている。一対の軟磁性箔２６は各々独立したものでも、一体化したものでも良い。磁気異方性については強磁界の中でアニールする方法や異方性を持つ形状に加工することにより付加することができる。軟磁性箔２６の透磁率を検出するため、それぞれの異方性を持った軟磁性箔２６の円周上にボビン２８を固定し、ボビン２８にコイル３０ａ，３０ｂを巻回している。
【００１７】
同図（Ｂ）はハウジング３２を軸受３４を介して応力検出軸１９に取り付け、そして、ハウジング３２の内側にボビン２８及びコイル３０ａ，３０ｂを設けてねじり応力検出部２５を構成したものである。このように構成したことにより、応力検出軸１９が回転してもコイル３０ａ，３０ｂは静止した状態を保持することができ、信号を取り出すのに都合の良い構成になっている。
同図（Ｃ）は軟磁性箔２６の代わりに、歪ゲージ３６を軸方向に対しそれぞれ＋４５°、−４５°の方向に軸に接着し、応力検出軸１９に加わるねじり応力の方向と大きさを歪ゲージ３６の抵抗の変化として検出するようにしたものである。
【００１８】
図４の（Ａ）及び（Ｃ）はコイル３０ａ，３０ｂ又は歪ゲージ３６を応力検出軸１９に固定しており、軸１８が回転しているときに信号を本体に伝送するためにはスリップリングを使う必要があるが、本実施形態においては２枚の円板からなる誘導板を後輪１２の内側と本体の外側とに設置することにより、無接触で信号の授受を行うことができるように構成している。
【００１９】
図５は誘導板３８の取付位置を示した断面図、図６はその誘導板３８の構成を示した模式図であり、（Ａ）は誘導板３８の全体を示した断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。誘導板３８は２枚の円板４０ａ，４０ｂをスライドベアリング４２を介して連結しており、駆動軸２４に固定された回転板４０ａと本体に固定された固定板４０ｂとの間隙が常に等間隔で平行に保たれている。回転板４０ａには磁気的に遮蔽部分４３をそれぞれもつ誘導コイル４４ａ，４４ｂが設けられ、固定板４０ｂにもそれに対向して磁気的に遮蔽部分４３をそれぞれもつ誘導コイル４６ａ，４６ｂが設けられている。
【００２０】
図７は誘導板３８にラジアルベアリング４８を使用した場合の構成例を示す断面図である。この実施例はラジアルベアリング４８の内輪と外輪の精度を利用して図示のように構成している。
【００２１】
図６及び図７のいずれの実施例においても、回転板４０ａには送信するための誘導コイル４４ａ，４４ｂが組み込まれており、固定板４０ｂにはそれに対向して受信のための誘導コイル４６ａ，４６ｂが組み込まれていて、電磁誘導により高周波信号を無接触で伝送することができるように構成されている。
【００２２】
図８は図１の車椅子に適用される２モータ方式の駆動部の説明図である。後輪１２の左右には各々ねじり応力検出部２５（図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）が取付けられており、誘導板３８（又は信号線用フレーム）によりねじり応力値を本体に送信する。後輪１２と駆動用モータ６２との間にはクラッチ６６が介在し、両者を遮断又は結合する。
【００２３】
図９は図８の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図であり、図には一方の後輪の分だけが図示されている。なお、図８の構成において、図４（Ｃ）の歪ゲージの検出部を用いる場合にはコイル３０ａ，３０ｂの部分にそれぞれ歪ゲージを接続することにより対応することができる。図４（Ｂ）の場合は誘導板３８を使用しないため直接導線で接続されることになる。
【００２４】
図９において、応力検出軸１９に矢印方向の応力が発生すると、軟磁性箔２６のうちＸ1 は透磁率が増加しコイル３０ａのインダクタンスＬ₁は大きくなり、軟磁性箔２６のうちＸ2 は逆の磁気異方性が付加されているためコイル３０ｂの透磁率Ｌ₂は減少する（軸に加わる応力が逆になるとコイル３０ａ，３０ｂのインピーダンスＬ₁，Ｌ₂は逆になる）。ブリッヂ部５０のＡ点とＢ点のインピーダンスＬ₁，Ｌ₂が等しい場合には、抵抗Ｒによりバランスが保たれているが、上記のねじり応力によってコイル３０ａ，３０ｂの透磁率が変わることにより、Ａ点とＢ点の電圧バランスがくずれる。これを差動増幅回路５４により増幅し、整流回路５６で整流し、その結果を比較器５８において基準の信号と比較することによりハンドリム１４に加えられたねじり応力の方向及び大きさが検出される。この比較器５８の比較結果は増幅器６０において増幅され、それによって駆動用モータ６２に駆動電圧が印加されて駆動用モータ６２が回転し、後輪１２を駆動する。このとき、増幅器６０のボリウムＶＲを適宜調整することにより駆動用モータ６２がアシストするレベルを調整することができる。
【００２５】
また、絶対値検知回路６４は、増幅器６０の出力、即ち、駆動用モータ６２への駆動出力（前進／後進を含む）を検出し、駆動用モータ６２を使用しない場合には、手押し状態で車椅子を運転させるために、クラッチ６６を作動させないようにして駆動用モータ６２を切り離した状態にしておいて、ハンドリム１４による負荷を軽減する。そして、駆動用モータ６２を駆動する場合にはクラッチ６６を作動させて駆動用モータ６２と後輪１２とを接続し、駆動用モータ６２の駆動力を後輪１２に伝達する。
【００２６】
図１０は図１の車椅子に適用される１モータ方式の駆動部の説明図である。１個の駆動用モータ６２はデファレンシャルギア６８によって左右に振り分けられ、クラッチ６６を介して駆動軸２４に駆動力が伝達されて左右の後輪１２が駆動される。なお、図１０の構成においても、図４（Ｃ）の歪ゲージの検出部を用いる場合にはコイル３０ａ，３０ｂの部分にそれぞれ歪ゲージ３６を接続することにより対応することができる。また、図４（Ｂ）の場合は誘導板３８を使用しないため直接導線で接続されることになり、この場合には破線で示される信号線用フレーム７２によって信号が伝達される。
【００２７】
図１１は図１０の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。この回路構成は図９の回路構成と基本的には同一であるが、被制御対象である駆動用モータ６２が１個であるために次の点が図９のそれとは異なったものとなっている。即ち、左右の比較器５８の出力は加算回路７４において加算されて、ハンドリム１４からの応力が合成され、増幅器６０において増幅されて駆動用モータ６２を駆動することにより左右の後輪１２を回転駆動する。急激な方向転回を要する時に、左と右に逆の駆動力を与えることも考えられるが、走行の安全性を考慮し、後進の出力信号を前進の出力信号より低速に調整し、デファレンシャルギア６８の機能により、一方が停止し他方が微速前進し、車椅子の方向を安全に転回させる。このことは図８に示す２モータ方式の場合も同様であり、前進と後進とでは、後進の方を低速にしてある。
【００２８】
本実施形態においても、絶対値検知回路６４は、増幅器６０の出力、即ち駆動用モータ６２への駆動出力（前進／後進を含む）を検出し、駆動用モータ６２を使用しない場合には、手押し状態で車椅子を運転させるために、クラッチ６６を作動させないで駆動用モータ６２を切り離して、ハンドリム１４による負荷を軽減する。そして、駆動用モータ６２を駆動する場合にはクラッチ６６を作動させて駆動用モータ６２と後輪１２とを接続し、駆動用モータ６２の駆動力を左右の後輪１２に伝達する。
【００２９】
実施形態２．
図１２は本発明の第２の実施形態の要部をなすねじり応力検出部の縦断面図である。なお、第１の実施形態と同じ部分にはこれと同じ符号が付してある。
第１の実施形態ではねじり応力検出部２５として、磁気異方性が付与された一対の軟磁性箔２６を応力検出軸１９に固着した場合を示したが、本実施形態におては、応力検出軸に直接磁気異方性を付与したものである。
図１２において、８０は中実の応力検出軸で、例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいはＳＮＣＭ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金からなり、軸方向の中央部近傍に、左右対称に互いに逆方向に傾斜したシェブロン状の凹溝８１ａ，８１ｂを設けることにより、互いに反対方向の磁気異方性を付与したものである。
【００３０】
２８はほぼ中空円筒状のボビンで、応力検出軸８０の凹溝８１ａ，８１ｂに対向してコイル３０ａ，３０ｂが巻かれている。８２はボビン２８の外周に結合されて磁路を形成するヨークで、コイル３０ａ，３０ｂから引出されたワイヤの通路８３が設けられている。３０ｃはワイヤの引出し線である。
一体に結合されたボビン２８とヨーク８２はハウジング３２内に挿入されてねじ８５によりハウジング３２に固定される。そしてボビン２８の中空部に応力検出軸８０を挿通してその凹溝８１ａ，８１ｂをそれぞれコイル３０ａ，３０ｂに対向させ、両側に軸受３４を装着して応力検出軸８０を回転自在に支持したものである。
【００３１】
上記のように構成したねじり応力検出部２５は、第１の実施形態の駆動軸２４と軸１８との間に連結し（図２の（Ｂ）参照）、あるいは駆動軸２４、軸１８と一体にして１本の応力検出軸８０で構成してもよい。
本実施形態におけるねじり応力の検出作用は、第１の実施形態の場合とほぼ同様なので、説明を省略する。
【００３２】
実施例では、第２の実施形態における応力検出軸８０を重量％でＡｌを１１．０〜１５．０％含み残部が実質的にＦｅからなるＦｅ−Ａｌ系合金、重量％でＮｉを３２〜８５％含み残部が実質的にＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ系合金、及びＳＮＣＭ−８１５で製作した。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ハンドリムを操作したときの後輪とハンドリムとの間の軸のねじり応力の方向及び大きさに基いて駆動用モータを駆動し、左右の後輪に一対のクラッチを介してそれぞれ回転力を供給するようにしたので、操作者にとって、その操作自体は手動によるものと同一であり切り替え操作を不要とし、しかも、駆動用モータによる駆動力が得られるので操作時の労力が極めて軽減され、扱い易いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車椅子の側面図である。
【図２】図１の車椅子のハンドリム及びその周辺部の正面図及びその断面図である。
【図３】図２のハンドリム及びその周辺部の斜視図である。
【図４】図２のねじり応力検出部を示した図である。
【図５】図４のねじり応力検出部からの信号を取り出すための誘導板の取付け位置を示した断面図である。
【図６】図５の誘導板の構成を示した図である。
【図７】図５の誘導板の他の構成例を示した図である。
【図８】図１の車椅子に適用される２モータ方式の駆動部の説明図である。
【図９】図８の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１の車椅子に適用される１モータ方式の駆動部の説明図である。
【図１１】図１０の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のねじり応力検出部の縦断面図である。
【符号の説明】
１２後輪
１４ハンドリム
１６ハブ
１８軸
１９応力検出軸
２４駆動軸
２５ねじ応力検出部
２６軟磁性箔
２８ボビン
３０ａ，３０ｂコイル
３２ハウジング
３６歪ゲージ
３８誘導板
４０ａ回転板
４０ｂ固定板
５０ブリッジ部
６２モータ
６６クラッチ
６８デファレンシャルギヤ
８０応力検出軸
８２ヨーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wheelchair that supplies driving force to a rear wheel by operating a hand rim, and more particularly to an auxiliary driving mechanism thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, wheelchairs used by persons with disabilities and elderly people include wheelchairs that are manually rotated by hand rims and electric wheelchairs that are driven by the driving force of an electric motor. A manual wheelchair requires a certain level of arm strength, and when the road surface is poor or on a slope, it may be difficult to travel by itself and may require an assistant. On the other hand, the electric wheelchair can run without the need for arm strength at all, but it has a robust structure due to the motor function deterioration caused by not using arm strength, troubles such as running out of battery due to long-time driving, and mounting of a large capacity battery. In short, there are many problems such as an increase in weight.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Wheelchairs having both manual and electric functions have been developed as a means to solve these drawbacks, and the manual and electric wheelchairs are switched by a changeover switch, so that driving can be performed by one of the methods. Yes. However, because the operation contents are completely different between manual operation and electric operation, for those who are accustomed to manual wheelchair operation, if it is suddenly switched to electric operation, the operation will be confused. There was a problem.
[0004]
The present invention has been made to solve such a problem, and although it has both a manual function and an electric function, a wheelchair with auxiliary power that does not require a switching operation and can be operated by a manual operation. The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A wheelchair with auxiliary power according to the present invention includes a drive motor for driving left and right rear wheels, a pair of clutches provided between the drive motor and the rear wheel, and a rear wheel and a hand rim. A pair of torsional stress detection units for detecting the direction and magnitude of the torsional stress of the shaft, and driving the drive motor according to the direction and magnitude of the torsional stress detected by the pair of torsional stress detection units, through the pair of clutch the left and right rear wheels have a control device for supplying the respective rotational force, the torsional stress detector, is bonded to the shaft between the hand rim and the rear wheels, torsional stress to shaft A pair of soft magnetic foils whose permeability changes when applied, a pair of coils for detecting the magnetic permeability of the pair of soft magnetic foils, and a pair of signals connected to the pair of coils and transmitting signals to the wheelchair body side With induction plate Is connected to the pair of guide plates, wherein the pair of coils, which is constituted by a bridge circuit for detecting the direction and magnitude of the torsional stress on the basis of the impedance change.
[0006]
Instead of the torsional stress detection unit, a torsional stress detection unit is bonded to a shaft between the hand rim and the rear wheel, and a pair of soft magnetic foils whose permeability changes when torsional stress is applied to the shaft, and the pair A pair of coils disposed opposite to the soft magnetic foil at a predetermined interval via a bearing for detecting a change in magnetic permeability of the soft magnetic foil, and the impedance change of the pair of coils. And a bridge circuit that detects the direction and magnitude of torsional stress, and the pair of coils and the bridge circuit are connected by a signal line frame fixed to a wheelchair body.
[0007]
Instead of the torsional stress detection unit, a torsional stress detection unit is made of a magnetic alloy and is provided between the hand rim and the rear wheel with magnetic anisotropy. When the torsional stress is applied, the permeability changes. A detection axis, a pair of coils for detecting the magnetic permeability of the stress detection axis, and a bridge circuit that includes the pair of coils and detects the direction and magnitude of torsional stress based on a change in impedance thereof did.
[0008]
A pair of the drive motors described above are provided corresponding to the left and right rear wheels.
The driving motor is composed of a single motor, and drives the left and right rear wheels via a differential gear.
[0009]
The control device drives the drive motor when the torsional stress reaches a predetermined magnitude.
The pair of clutches connect the drive motor and the rear wheel only when the drive motor is driven.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a side view of a wheelchair according to the first embodiment of the present invention. This wheelchair is provided with a pair of small-diameter front wheels 10 at the front and a pair of large-diameter rear wheels 12 at the rear. The rear wheel 12 has the same configuration as that of a conventional manual wheelchair, and is supported by the drive shaft via a number of support rods (spokes) although not shown. A hand rim 14 is attached to the outside of the rear wheel 12 via a shaft, and a hub 16 is provided at the center thereof.
[0015]
2A is a front view of the hand rim 14 and its peripheral portion, and FIG. 2B is a sectional view thereof. FIG. 3 is a perspective view of the hand rim 14 and its periphery. The hub 16 has a concave shape in order to lengthen the shaft 18 that connects the rear wheel 12 and the hand rim 14, and the hand rim 14 is fixed to the hub 16 via a support rod (spoke) 20. The shaft 18 is connected to a drive shaft 24 supported by a bearing 22 via a stress detection shaft described later. The stress detection shaft 19 covered with the hub 16 is provided with a torsional stress detection unit, which will be described later, so that the manual driving force of the hand rim 14 can be detected as the torsional stress with respect to the driving shaft 24 of the rear wheel 12. In the above description, the shaft 18, the stress detection shaft 19, and the drive shaft 24 are separately configured and connected. However, these may be integrally formed by a single shaft.
[0016]
4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are schematic diagrams illustrating the torsional stress detection unit 25 in the stress detection shaft 19. FIG. 2A shows a magnetic anisotropy of a pair of soft magnetic foils (amorphous having magnetostrictive characteristics is a typical example) 26 using a plurality of slits, concave grooves, etc. in order to detect the torsional stress and direction applied to the shaft 18. The torsional stress generated on the stress detection shaft 19 is transmitted to the soft magnetic foil 26. The angles of the slits, the grooves, etc. are not particularly limited, but in this embodiment, they are + 45 ° and −45 with respect to the axial direction. The pair of soft magnetic foils 26 may be independent or integrated. Magnetic anisotropy can be added by annealing in a strong magnetic field or processing into a shape having anisotropy. In order to detect the magnetic permeability of the soft magnetic foil 26, the bobbin 28 is fixed on the circumference of the soft magnetic foil 26 having the respective anisotropy, and the coils 30a and 30b are wound around the bobbin 28.
[0017]
In FIG. 5B, the torsional stress detection unit 25 is configured by attaching the housing 32 to the stress detection shaft 19 via the bearing 34 and providing the bobbin 28 and the coils 30a and 30b inside the housing 32. With this configuration, even if the stress detection shaft 19 rotates, the coils 30a and 30b can be kept stationary, which is convenient for taking out signals.
In FIG. 6C, instead of the soft magnetic foil 26, a strain gauge 36 is bonded to the shaft in directions of + 45 ° and −45 ° with respect to the axial direction, respectively, and the direction and magnitude of torsional stress applied to the stress detection shaft 19 is shown. Is detected as a change in resistance of the strain gauge 36.
[0018]
4A and 4C, the coils 30a and 30b or the strain gauge 36 are fixed to the stress detection shaft 19, and a slip ring is used to transmit a signal to the main body when the shaft 18 is rotating. However, in this embodiment, a guide plate composed of two discs is installed on the inner side of the rear wheel 12 and the outer side of the main body so that signals can be exchanged without contact. It is configured.
[0019]
5 is a cross-sectional view showing the mounting position of the guide plate 38, FIG. 6 is a schematic view showing the configuration of the guide plate 38, (A) is a cross-sectional view showing the entire guide plate 38, and (B). These are BB arrow line views in the figure (A). The guide plate 38 connects two disks 40a and 40b via a slide bearing 42, and the gap between the rotating plate 40a fixed to the drive shaft 24 and the fixed plate 40b fixed to the main body is always equal. In parallel. The rotating plate 40a is provided with induction coils 44a and 44b each having a magnetic shielding portion 43, and the fixed plate 40b is also provided with induction coils 46a and 46b each having a magnetic shielding portion 43 opposite thereto. Yes.
[0020]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example when a radial bearing 48 is used for the guide plate 38. In this embodiment, the accuracy of the inner and outer rings of the radial bearing 48 is utilized as shown in the figure.
[0021]
6 and 7, induction coils 44a and 44b for transmission are incorporated in the rotating plate 40a, and induction coils 46a and 44b for reception are opposed to the fixed plate 40b. 46b is incorporated, and is configured such that a high-frequency signal can be transmitted without contact by electromagnetic induction.
[0022]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a two-motor drive unit applied to the wheelchair of FIG. Torsional stress detectors 25 (see FIGS. 4A, 4B, and 4C) are attached to the left and right of the rear wheel 12, respectively, and the torsional stress value is applied to the main body by a guide plate 38 (or a signal line frame). Send. A clutch 66 is interposed between the rear wheel 12 and the driving motor 62, and both are cut off or coupled.
[0023]
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a drive control circuit applied to the drive unit of FIG. 8, and only one rear wheel is shown in the figure. In the configuration shown in FIG. 8, when the strain gauge detection unit shown in FIG. 4C is used, it can be dealt with by connecting the strain gauges to the coils 30a and 30b. In the case of FIG. 4B, since the guide plate 38 is not used, the direct connection is made.
[0024]
9, when the arrow direction of the stress is generated in the stress detection axis 19, the X1 of the soft magnetic foil 26 inductance L ₁ of the coil 30a increases permeability increases, X2 of the soft magnetic foil 26 is opposite Since magnetic anisotropy is added, the magnetic permeability L ₂ of the coil 30b decreases (when the stress applied to the shaft is reversed, the impedances L ₁ and L ₂ of the coils 30a and 30b are reversed). When the impedances L ₁ and L _{2 at the} point A and the point B of the bridge portion 50 are equal, the balance is maintained by the resistance R, but the permeability of the coils 30a and 30b changes due to the torsional stress. The voltage balance between point A and point B is lost. This is amplified by a differential amplifier circuit 54, rectified by a rectifier circuit 56, and the result is compared with a reference signal by a comparator 58, whereby the direction and magnitude of torsional stress applied to the hand rim 14 is detected. . The comparison result of the comparator 58 is amplified by the amplifier 60, whereby a drive voltage is applied to the drive motor 62 and the drive motor 62 rotates to drive the rear wheel 12. At this time, the level at which the drive motor 62 assists can be adjusted by appropriately adjusting the volume VR of the amplifier 60.
[0025]
The absolute value detection circuit 64 detects the output of the amplifier 60, that is, the drive output to the drive motor 62 (including forward / reverse), and when the drive motor 62 is not used, the wheelchair is pushed by hand. In order to operate, the load by the hand rim 14 is reduced by keeping the drive motor 62 disconnected without operating the clutch 66. When driving the driving motor 62, the clutch 66 is operated to connect the driving motor 62 and the rear wheel 12, and the driving force of the driving motor 62 is transmitted to the rear wheel 12.
[0026]
FIG. 10 is an explanatory view of a one-motor type drive unit applied to the wheelchair of FIG. One drive motor 62 is distributed to the left and right by a differential gear 68, and driving force is transmitted to the drive shaft 24 through the clutch 66 to drive the left and right rear wheels 12. In the configuration of FIG. 10 as well, when the strain gauge detection unit of FIG. 4C is used, the strain gauge 36 can be connected to each of the coils 30a and 30b. In the case of FIG. 4B, since the guide plate 38 is not used, it is directly connected by a conducting wire. In this case, a signal is transmitted by a signal line frame 72 indicated by a broken line.
[0027]
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a drive control circuit applied to the drive unit of FIG. This circuit configuration is basically the same as the circuit configuration of FIG. 9, but since there is only one drive motor 62 to be controlled, the following points are different from those of FIG. Yes. That is, the outputs of the left and right comparators 58 are added by the adder circuit 74, the stress from the hand rim 14 is synthesized, amplified by the amplifier 60, and the drive motor 62 is driven to drive the left and right rear wheels 12 to rotate. To do. It is conceivable to apply reverse driving force to the left and right when sudden turn is required, but considering the safety of running, the reverse output signal is adjusted to be lower than the forward output signal, and the differential gear 68 By this function, one side stops and the other moves forward at a slow speed, and the direction of the wheelchair is safely turned. This is the same in the case of the two-motor system shown in FIG. 8, and the reverse speed is lower in the forward and reverse directions.
[0028]
Also in the present embodiment, the absolute value detection circuit 64 detects the output of the amplifier 60, that is, the drive output to the drive motor 62 (including forward / backward movement). In order to drive the wheelchair in the state, the driving motor 62 is disconnected without operating the clutch 66 to reduce the load caused by the hand rim 14. When driving the driving motor 62, the clutch 66 is operated to connect the driving motor 62 and the rear wheel 12, and the driving force of the driving motor 62 is transmitted to the left and right rear wheels 12.
[0029]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 12 is a longitudinal cross-sectional view of a torsional stress detection unit that constitutes a main part of the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment.
In the first embodiment, the case where the pair of soft magnetic foils 26 provided with magnetic anisotropy is fixed to the stress detection shaft 19 as the torsional stress detection unit 25 is shown. A magnetic anisotropy is directly imparted to the detection axis.
In FIG. 12, reference numeral 80 denotes a solid stress detection axis, which is made of a magnetic alloy having magnetostrictive characteristics such as an Fe—Al alloy, an Fe—Ni alloy, or an SNCM carburized steel, and is located near the central portion in the axial direction. By providing chevron-shaped concave grooves 81a and 81b that are symmetrically inclined in opposite directions, magnetic anisotropies in opposite directions are imparted.
[0030]
Reference numeral 28 denotes a substantially hollow cylindrical bobbin around which coils 30a and 30b are wound so as to face the concave grooves 81a and 81b of the stress detection shaft 80. A yoke 82 is coupled to the outer periphery of the bobbin 28 to form a magnetic path, and is provided with a wire path 83 drawn from the coils 30a and 30b. 30c is a lead line of the wire.
The bobbin 28 and the yoke 82 coupled together are inserted into the housing 32 and fixed to the housing 32 by screws 85. The stress detecting shaft 80 is inserted into the hollow portion of the bobbin 28, the concave grooves 81a and 81b are opposed to the coils 30a and 30b, respectively, and bearings 34 are mounted on both sides to support the stress detecting shaft 80 in a freely rotatable manner. It is.
[0031]
The torsional stress detection unit 25 configured as described above is connected between the drive shaft 24 and the shaft 18 of the first embodiment (see FIG. 2B) or integrated with the drive shaft 24 and the shaft 18. Alternatively, the stress detection shaft 80 may be configured.
The torsional stress detection action in the present embodiment is substantially the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0032]
In an example, the stress detection shaft 80 in the second embodiment is an Fe—Al-based alloy in which Al is 11.0 to 15.0% and the balance is substantially Fe, and the Ni is 32 to 32% by weight. It was made of an Fe-Ni alloy containing 85% and the balance being substantially Fe, and SNCM-815.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the drive motor is driven based on the direction and magnitude of the torsional stress of the shaft between the rear wheel and the hand rim when the hand rim is operated, and a pair of left and right rear wheels are driven. Since the respective rotational force is supplied via the clutch, the operation itself is the same as the manual operation and no switching operation is required for the operator, and the driving force from the drive motor can be obtained. The effort is greatly reduced and it is easy to handle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a wheelchair according to a first embodiment of the present invention.
2 is a front view and a cross-sectional view of a hand rim of the wheelchair of FIG. 1 and its peripheral portion. FIG.
3 is a perspective view of the hand rim of FIG. 2 and its periphery. FIG.
4 is a diagram showing a torsional stress detection unit of FIG. 2;
5 is a cross-sectional view showing a mounting position of a guide plate for taking out a signal from the torsional stress detection unit of FIG. 4;
6 is a view showing a configuration of the guide plate of FIG. 5;
7 is a view showing another configuration example of the guide plate of FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a two-motor drive unit applied to the wheelchair of FIG. 1;
9 is a block diagram showing a configuration of a drive control circuit applied to the drive unit of FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a one-motor type drive unit applied to the wheelchair of FIG. 1;
11 is a block diagram showing a configuration of a drive control circuit applied to the drive unit of FIG.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a torsional stress detection unit according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
12 Rear wheel 14 Hand rim 16 Hub 18 Shaft 19 Stress detection shaft 24 Drive shaft 25 Screw stress detection portion 26 Soft magnetic foil 28 Bobbin 30a, 30b Coil 32 Housing 36 Strain gauge 38 Guide plate 40a Rotating plate 40b Fixed plate 50 Bridge portion 62 Motor 66 Clutch 68 Differential gear 80 Stress detection shaft 82 Yoke

Claims

A drive motor for driving the left and right rear wheels,
A pair of clutches respectively provided between the drive motor and the rear wheel;
A pair of torsional stress detectors for detecting the direction and magnitude of the torsional stress of the shaft between the rear wheel and the hand rim;
A control device for driving the drive motor in accordance with the direction and magnitude of the torsional stress detected by the pair of torsional stress detection units, and for supplying rotational force to the left and right rear wheels via the pair of clutches, respectively. Have
The torsional stress detector is bonded to a shaft between the hand rim and the rear wheel, and a pair of soft magnetic foils whose permeability changes when a torsional stress is applied to the shaft, and the permeability of the pair of soft magnetic foils are detected. And a pair of induction plates connected to the pair of coils and transmitting signals to the wheelchair body side, and connected to the pair of induction plates, including the pair of coils, to change the impedance thereof. A wheelchair with auxiliary power characterized by comprising a bridge circuit for detecting the direction and magnitude of torsional stress .

Instead of the torsional stress detection unit, a torsional stress detection unit is bonded to a shaft between the hand rim and the rear wheel, and a pair of soft magnetic foils whose permeability changes when torsional stress is applied to the shaft, A pair of coils arranged opposite to the soft magnetic foil with a predetermined interval through a bearing for detecting a change in the magnetic permeability of the soft magnetic foil, and the pair of coils, and the impedance change And a bridge circuit for detecting the direction and magnitude of torsional stress, and the pair of coils and the bridge circuit are connected by a signal line frame fixed to a wheelchair body. The wheelchair with auxiliary power according to claim 1 .

Instead of the torsional stress detection unit, a torsional stress detection unit is made of a magnetic alloy and provided with magnetic anisotropy between the hand rim and the rear wheel, and stress detection that changes the permeability when torsional stress is applied. And a pair of coils for detecting the permeability of the stress detection axis, and a bridge circuit that includes the pair of coils and detects the direction and magnitude of torsional stress based on a change in impedance. The wheelchair with auxiliary power according to claim 1 .

The wheelchair with auxiliary power according to any one of claims 1 to 3, wherein a pair of the drive motors are provided corresponding to the left and right rear wheels, respectively.

The wheelchair with auxiliary power according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving motor is composed of a single motor and drives the left and right rear wheels via a differential gear.

The wheelchair with auxiliary power according to any one of claims 1 to 3 , wherein the control device drives the driving motor when a torsional stress reaches a predetermined magnitude.

The wheelchair with auxiliary power according to claim 6 , wherein the pair of clutches connect the driving motor and the rear wheel only when the driving motor is driven.