JP3922485B2

JP3922485B2 - 電動補助車椅子の惰行制御装置

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Publication number: JP3922485B2
Application number: JP35205097A
Authority: JP
Inventors: 薫畑中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: JPH11164853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電動補助（アシスト）車椅子の惰行制御装置に関し、特に平地走行時には自然な惰行感を確保し、かつ登坂路走行時の惰行時には電動補助が得られるようにした電動補助車椅子の惰行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、歩行の不自由な人の補助装置として、電動補助車椅子が開発されている。この電動補助車椅子は、ハンドリムを介して車輪に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を車輪に加算することにより、乗り手がハンドリムを回す力を軽減するものである。
【０００３】
この種の電動補助車椅子の先行技術の一つとして、例えば特開平８−１６８５０６号公報に記されているものがある。この先行技術では、補助動力装置としての駆動モータは、４個のギヤを介して、その駆動力を車輪に伝達している。そして、車輪に人力が加えられたことが検知されると、該人力に応じた補助動力を車輪に加算する一方、該人力が検知されなくなった後においても、補助動力を残存させて、電動補助車椅子の惰行距離が長くなるようにしている。この結果、乗り手は車輪をこぐピッチを長くすることができ、乗り手の負担を軽減することができるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記先行技術では、前記駆動モータは４個のギヤを介して車輪と直結されており、電動補助車椅子の惰行距離は電気的な指令によって制御される駆動モータの駆動力により決められるので、路面状況によって異なるはずの惰行特性がいつも一定で、乗り手に不自然な感覚を与えてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、平地あるいは緩い登り傾斜の路面走行時には、乗り手に自然な惰行感を与える惰行特性を提供でき、かつ登坂路走行時の惰行時には乗り手の負担を軽減することができる電動補助車椅子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、間欠的に加えられる人力に電動補助力を加算して進行する電動補助車椅子の惰行制御装置において、該電動補助車椅子の電動補助力が、人力が加えられた直後でかつ人力が加えられていない惰行時間のうち、登坂角度が所定値以下の路面走行時の惰行時間には作用せず、前記人力が加えられた直後でかつ人力が加えられていない惰行時間のうち、登坂角度が所定値より大きい路面走行時の惰行時間には電動補助力を作用させるようにした点に第１の特徴がある。また、間欠的に加えられる人力に電動補助力を加算して進行する電動補助車椅子の惰行制御装置において、予め定められたトルク指令値の波形に従って前記電動補助力を供給する電動モータと、前記電動モータ側に連結された入力軸と、前記電動補助車椅子の駆動輪側に連結された出力軸と、登坂角度が所定値以下の路面走行時の惰行時には、前記電動補助力が前記駆動輪に作用せず、一方、前記登坂角度が所定値より大きい路面走行時の惰行時には、前記電動補助車椅子の減速度の増大に伴って前記入力軸の回転数が前記出力軸の回転数より大きくなることにより、前記電動補助力が前記トルク指令値の波形に従って前記駆動輪に作用するようにする手段を具備した点に第２の特徴がある。
【０００７】
前記第１の特徴によれば、登坂角度が所定値以下の路面走行時の惰行時には電動補助力が作用しないので、乗り手は自然な惰行感で惰行することができ、該登坂角度が所定値より大きい路面を走行している時には、惰行時にも電動補助力が作用することになり、乗り手は楽に走行することができるようになる。また、第２の特徴によれば、入力軸回転数＞出力軸回転数の条件が成立する時に一方向クラッチは接続されるので、前記第１の特徴のような制御が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態の電動補助車椅子の側面図、図２は図１の２−２線矢視背面図、図３は図２において車軸および電動モータの駆動軸の各長手方向を通る平面で切った時の要部の拡大断面図である。
【０００９】
まず、本発明の一実施形態の電動補助車椅子の概略構成を説明する。図１において、電動補助車椅子の車体フレーム１４は、左右一対の上フレーム１６および下フレーム１７を備えており、座席１５が上フレーム１６に支持されている。また、該座席１５の左右両側にそれぞれ配置される後輪ＷR 、および両後輪ＷR の前方に配置される左右一対の前輪ＷF が、両下フレーム１７に支持されている。上フレーム１６は、上部に手すり部１８ａを有して無端状に連続して形成されており、座席１５の左右両側に配置されるサイドフレーム１８と、座席１５における座部１５ａの前後に間隔をあけた２か所を支持すべく座部１５ａの下方で両サイドフレーム１８間にわたって架設されるクロスメンバ１９、２０と、座席１５における背もたれ部１５ｂを支持すべく該背もたれ部１５ｂの後方で両サイドフレーム１８間にわたって架設されるクロスメンバ２１とから成っている。
【００１０】
下フレーム１７は、上フレーム１６の下方に間隔をあけた位置で前後方向に延びるものであり、前輪支持部２２と、後輪支持部２３と、前輪および後輪支持部２２、２３間を連結する上下一対のパイプ状のフレームメンバ２４、２５とから成り、両フレームメンバ２４、２５の中間部は下向きに湾曲して形成されている。前輪支持部２２の前端には、上方に向うにつれて後方側にわずかに傾斜した支持筒２２ａが一体に設けられており、該支持筒２２ａを貫通する支持ロッド２６が、その高さ位置を調整可能として支持筒２２ａに固定的に支持される。左右の下フレーム１７における前端の支持筒２２ａにそれぞれ支持された支持ロッド２６の下端間にステップ２７が設けられている。また、両前輪支持部２２の後部間にはクロスメンバ２８が架設される。
【００１１】
前輪ＷF はキャスタであり、上下に延びる前輪軸２９を上端に有する支持部材３０の下端に軸支され、前輪軸２９は、前輪支持部２２の前後方向中間部に固着された軸受ハウジング３１で回転自在に支承される。
【００１２】
次に、図２および図３をも参照すると、後輪ＷR はリング状に形成されるホイールハブ３２と、該ホイールハブ３２の周方向に間隔をあけた複数箇所から放射状に延びる複数のスポーク３３と、それらのスポークの外端に設けられるリム３４と、該リム３４に装着されるタイヤ３５とからなる。
【００１３】
車体フレーム１４における下フレーム１７の後輪支持部２３には、ホイールハブ３２の内側端を覆うカバー３６と、後輪ＷR と同軸である車軸３７の一端部とが着脱可能として固定されるものであり、車軸３７はカバー３６およびホイールハブ３２を貫通して外方に延出される。また、カバー３６には、車軸３７の軸線からずれた位置に回転軸線を有する電動モータ３８が締結される。
【００１４】
ホイールハブ３２は、車軸３７と同一軸線を有すると共に、外方に向うにつれて小径となる円筒状に形成される第１ハブ半体３９と、車軸３７を同軸に囲むスリーブ４０ａを一体に有して第１ハブ半体３９の軸線方向外端にボルト結合される第２ハブ半体４０とで構成されるものであり、各スポーク３３の半分は第１ハブ半体３９に連結され、残余の半分のスポーク３３は第２ハブ半体４０に連結される。しかも、カバー３６の外周縁には、カバー３６およびホイールハブ３２で囲まれる収納室４１内に塵埃が侵入するのを防止すべくホイールハブ３２における第１ハブ半体３９の内端部内面に弾発的に摺接する環状のシール部材４２が装着される。
【００１５】
ホイールハブ３２の軸線方向外方にはハンドリムハブ４３が車軸３７の軸線と同軸にして配置されており、ハンドリムハブ４３から放射状に延びる複数のスポーク４４の外端に、車軸３７と同軸のリング状であるハンドリム４５が設けられる。
【００１６】
ハンドリムハブ４３の軸線方向内方側には車軸３７と同軸であるリング体４６が複数のボルト４７で固着されており、リング体４６はホイールハブ３２の軸線方向端部内に挿入される。しかも、該リング体４６の内周と、車軸３７の外周との間には、内輪および外輪間にシール材４８ａが設けられた第１のシール軸受４８₁と、前記シール材を有しない軸受４８₂とが、第１のシール軸受４８₁を軸線方向外方側に配置して並設される。また、車軸３７の軸線方向に沿うホイールハブ３２の外端部内周すなわち第２ハブ半体４０の外端部内周と前記リング体４６の外周との間には、内輪および外輪間にシール材４９ａが設けられた第２のシール軸受４９が設けられる。さらに、収納室４１内において、カバー３６の内面側には支持部材としての支持板５０が締結されており、ホイールハブ３２の軸線方向内端部すなわち前記スリーブ４０ａの内端部外周と前記支持板５０との間には軸受５１が設けられる。すなわち、ホイールハブ３２の軸線方向内端部が車体フレーム１４に固定される支持板５０に回転自在に支承されることになり、ホイールハブ３２は車軸３７の軸線回りに回転可能であり、ハンドリムハブ４３は、ホイールハブ３２との相対回転を可能として、車軸３７の軸線回りに回転可能である。
【００１７】
収納室４１内には、電動モータ３８に連なる駆動軸５２が突入されている。この駆動軸には、電動モータ３８の駆動力が、遊星ローラ減速機１１０およびワンウェイクラッチ（一方向クラッチ）１１１を介して伝達される。この駆動軸５２と、ホイールハブ３２との間に設けられる伝導機構６０が収納室４１内に収納される。該伝導機構６０は、駆動軸５２に固定された駆動ギヤ５３と、ホイールハブ３２のスリーブ４０ａにスプライン５５を介して結合されると共に、前記駆動ギヤ５３に噛合する被動ギヤ５４とからなるものであり、電動モータ３８の動力を、伝導機構６０を介してホイールハブ３２すなわち後輪ＷR に付与することが可能である。
【００１８】
ワンウェイクラッチ１１１は、該ワンウェイクラッチ１１１の入力軸の回転数が出力軸の回転数より大きい時接続され、動力伝達状態となる。逆に、ワンウェイクラッチ１１１の入力軸の回転数が出力軸の回転数より小さい時には分離され、動力非伝達状態となる。
【００１９】
また、ハンドリムハブ４３の中央部外面には、リング体４６および車軸３７間に設けられている第１のシール軸受４８₁および４８₂が車軸３７の軸線方向外方側に離脱するのを阻止すべく車軸３７の外端部に螺合されるナット５６を臨ませる凹部５７が設けられており、ナット５６に弾発嵌合して車軸３７の外端およびナット５６を覆うキャップ５８が、該凹部５７の開口端部に嵌め込まれる。
【００２０】
ハンドリムハブ４３およびホイールハブ３２は、ハンドリム４５を入力によって回転操作するのに応じてハンドリムハブ４３に入力される回転トルクを弾性変形しつつホイールハブ３２に伝達するための動力伝達部材６１を介して連結される。この動力伝達部材６１は、車軸３７の軸線に直交する平面内でＣ字状に形成されてハンドリムハブ４３およびホイールハブ３２の第２ハブ半体４０間のスペースに前記リング体４６を囲むようにして配置されるものであり、動力伝達部材６１の一端部はハンドリムハブ４３に圧入される連結ピンによりハンドリムハブ４３に連結され、また動力伝達部材６１の他端部はボルト６３によりホイールハブ３２の第２ハブ半体４０に連結される。しかも、ハンドリムハブ４３のホイールハブ３２への対向面には、車軸３７の軸線を中心とした環状の溝６７が設けられており、動力伝達部材６１は該溝６７内に収容、配置される。
【００２１】
収納室４１内には、スリップリング６８と、車軸３７の軸線方向に沿うスリップリング６８の内方側を覆うようにして配置される内方カバー６９と、車軸３７の軸線方向に沿うスリップリング６８の外方側を覆うようにして配置される外方カバー７０とが収納される。
【００２２】
スリップリング６８は、複数のボルト７１によりホイールハブ３２における第１ハブ半体３９の外端部内面に固着されており、ホイールハブ３２と一体に回転する。このスリップリング６８の詳細な構造は説明しないが、このスリップリング６８からは、ホイールハブ３２の回転数を示す電気信号が得られる。これにより、電動補助車椅子の走行速度を検出することができる。
【００２３】
ハンドリムハブ４３に締着されているリング体４６の第１および第２のシール軸受４８₁、４９間、すなわちリング体４６の軸線方向内端には、該リング体４６の周方向に間隔をあけた２か所でボルト８９により連結部材８８が固着される。連結部材８８は、ホイールハブ３２における第２ハブ半体４０のスリーブ４０ａに設けられている透孔９０においてボルト８９によりリング体４６に固着されて収納室４１内に配置されるものであり、それらの透孔９０は、ホイールハブ３２すなわちスリーブ４０ａと、ハンドリムハブ４３すなわち腕８８の相対角変異を許容する程度の大きさに形成される。
【００２４】
スリップリング６８の他面には、ハンドリムハブ４３に入力されるトルクに応じたホイールハブ３２すなわちスリップリング６８と、ハンドリムハブ４３すなわち外方カバー７０との間の相対角変位量を検出する位相差検出手段９４が設けられる。ハンドリムハブ４３に入力されるトルクに応じたスリップリング６８および外方カバー７０間に相対角変位が生じた時に、位相差検出手段９４の図示しないトルク検出端子から、入力トルクに応じた電気出力が出力される。
【００２５】
また、車椅子の進行方向すなわち後輪ＷR の回転方向は、回転方向判別手段１０３により判別される。この回転方向判別手段１０３は、支持板５０に固定的に配設される回転方向検出スイッチ１０４と、被動ギヤ５４の回転時の摩擦接触により該被動ギヤ５４に従動して回動すべく被動ギヤ５４の基部外周に設けられた環状溝部５４ａに装着されるフリックションスプリングの押圧部１０５ａと、該フリックションスプリングの被動ギヤ５４に従動した回動範囲を規制する規制ピン１０６とで構成される。後輪ＷR が後進方向に回転する時には、フリックションスプリングの押圧部１０５ａは回転方向検出スイッチ１０４を押圧せず、逆に後輪ＷR が前進方向に回転する時には、フリックションスプリングの押圧部１０５ａは回転方向検出スイッチ１０４を押圧するので、該回転方向検出スイッチ１０４のオン、オフにより後輪ＷR の前進、後進が判別される。
【００２６】
図４は、前記電動モータ３８の一構成例を示すものであり、モータケース２０１に固定された複数個の固定磁石２０２と、モータ軸２０３と、該モータ軸２０３に固定され一緒に回動するコイル２０４と、電源（バッテリ）と該コイル２０４とを電気的に接続するブラシ２０５とから構成され、取付けベース２１０に取付けられている。２０６、２０７は軸受けであり、２０８は遊星ローラ１１０との係合部である。周知のように、電源からブラシ２０５を介してコイル２０４に電流が流されると、固定磁石２０２とコイル２０４との間に力が発生して、モータ軸２０３が回動し、該回動力は係合部２０８を介して遊星ローラ１１０に伝達される。
【００２７】
図５は、以下の説明を分かり易くするために、前記した構成の電動補助車椅子の動力伝達機構の骨格および制御部の構成を簡略化して示した図である。図において、１はバッテリ、２は両方向制御装置、３はモータ、４は１次減速機、５はワンウェイクラッチ、６は２次減速機、７は駆動輪（後輪）、７ａはタイヤ、８は両方向トルクセンサ、９はハンドリム（他の段落では４５）である。また、１０は回転方向検出スイッチ、１１は速度検出器、１２は制御装置（ＣＰＵ）である。ここに、前記１次減速機４は前記遊星ローラ減速機１１０に相当し、２次減速機６は、駆動ギヤ５３と、これに噛合する被動ギヤ５４とからなる伝導機構６０に相当し、速度検出器１１はスリップリング６８に相当する。また、両方向トルクセンサ８は、Ｃ字状の形状を有する動力伝達部材６１、位相差検出手段９４等を含んでいる。
【００２８】
次に、本発明の一実施形態の動作を、図６を参照して説明する。図６は、図５の制御装置（ＣＰＵ）１２の機能と、その周辺装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
両方向トルクセンサ８は、前記ハンドリム４５が正逆両方向に回動されてもトルクを検出するので、該ハンドリム４５が正逆両方向に回動された場合の実際のトルク値を検出するには、該両方向トルクセンサ８のトルクセンタ値を求める必要がある。このトルクセンタ値を求めるための手段が、センタ値学習部１２０およびＥ²ＰＲＯＭ１２１である。両方向トルクセンサ８のトルクセンタ値は該両方向トルクセンサ８が一番長い時間の間示している検出トルク値となるから、センタ値学習部１２０は両方向トルクセンサ８から受け取った検出トルク値をＥ²ＰＲＯＭ１２１に記憶しながら、過去の検出トルク値のデータによりトルクセンタ値を決定する。そして、該決定されたトルクセンタ値に変化が起きればこれを更新する。最新のトルクセンタ値はセンタ値保持部１２２で保持され、比較部１２３は両方向トルクセンサ８から入力されてくるトルク値と該トルクセンタ値とを比較し、その差を出力する。この結果、比較部１２３からは、正逆いずれかの回転方向の実際のトルク値（以下、単にトルクと呼ぶ）ａが出力されることになる。
【００３０】
比較部１１３から出力されたトルクａは、トルク変換テーブル１２４と、フェールセーフ制御部１３７に入る。トルク変換テーブル１２４は図７に示される特性を有しており、入力トルクａを、曲線ｂで示される大きさ（トルク指令値）に増幅して出力する。図７では、トルク指令値ｂは入力トルクａの中央で一番大きい増幅率を示しているがこれに限定されるものではない。該トルク変換テーブル１２４から出力されたトルク指令値は波形制御部１２５に入力し、例えば図８に示されているような形に波形制御される。
【００３１】
すなわち、今図８の時間ｔ0 〜ｔ1 に示される大きさのトルク指令値ｂ1 が波形制御部１２５に入力してきたとすると、該波形制御部１２５は該トルク指令値ｂ1 を波形ｄ1 のトルク指令値に変換して出力する。また、時間ｔ1 では、波形制御部１２５に入力してくるトルク指令値ｂ1 は０に落ちるが、波形制御部１２５が出力する波形はこれに追随せず、波形ｄ2 のトルク指令値を出力する。
【００３２】
このことは、電動補助車椅子の乗り手が前進するために、手に力を入れて、ハンドリム９を正方向にぐんと一こぎすると、このときに得られるトルクはｂ1 に示す波形になるが、波形制御部１１５から出力される波形はｄ1 ＋ｄ2 になることを示している。なお、時間ｔ1 〜ｔ2 は、乗り手が一こぎして、手をハンドリム９から離した期間、すなわち惰行期間を示している。
【００３３】
さらに詳細に説明すると、本実施形態では、前記惰行期間の波形ｄ2 に関し、平地での惰行では電動補助（アシスト）をしないが、例えば登坂角度が２°を越えると電動補助が作動するような波形になされている。すなわち、図９に示されているように、電動補助車椅子が平地で一こぎされた時の車椅子の速度曲線が（ｓ1 ＋ｓ2 ）になったとし、ｓ2 が惰行期間（ｔ1 〜ｔ8 ）の速度であるとすると、該惰行期間においては、前記ワンウェイクラッチ５の入力軸の回転数が出力軸の回転数より小さくなる（入力軸回転数＜出力軸の回転数）ように前記波形ｄ2 を設定して、該ワンウェイクラッチ５が非接続状態になるようにする。一方、例えば電動補助車椅子が角度２°の登坂で一こぎされた時の車椅子の速度曲線が（ｒ1 ＋ｒ2 ）であったとし、ｒ2 が惰行期間（ｔ1 〜ｔ7 ）の速度であるとすると、該惰行期間においては、前記ワンウェイクラッチ５の入力軸の回転数が出力軸の回転数とほぼ等しくなるように前記波形ｄ2 を設定して、該ワンウェイクラッチ５が接続を開始する状態になるようにする。
【００３４】
この結果、電動補助車椅子が平地〜角度２°の登坂の間の路面を進行している時の惰行時には、電動補助トルクは作用しないが、角度２°以上の登坂を進行している時の惰行時には、電動補助トルクが作用することになる。このため、電動補助車椅子が平地〜角度２°の登坂の間の路面を進行している時には、電動補助が働かない自然な惰行感を乗り手に与え、一方角度２°以上の登坂を進行している時には電動補助トルクを受けて惰行距離を延ばすことができるようになる。
【００３５】
次に、図８の時間ｔ2 で、乗り手が車椅子を停止させるために、ハンドリム４５を逆方向に回したとすると、波形制御部１２５には波形ｂ2 のトルクが入力する。この車椅子を停止させるためにトルクが発生した時間および車椅子が停止している時間ｔ2 〜ｔ4 の間は、波形制御部１２５は０の波形を出力する。なお、乗り手が車椅子を停止させようとしたことの判断は、回転方向検出スイッチ１０からの信号ｅが正の時に逆トルクが発生したことにより判断する。回転方向検出スイッチ１０からの信号ｅが０または逆の時に逆トルクが発生した場合には、後方移動（バック）と判断する。
【００３６】
次に、時間ｔ4 で、乗り手が後方移動するために、ハンドリム４５を逆方向に回したとすると、波形制御部１２５には波形ｂ3 のトルクが入力する。この時には、波形制御部１２５は波形ｄ3 のトルク指令値を出力する。この理由は、本実施形態ではモータ３で発生された駆動力を駆動輪７に伝達するために、前記したワンウェイクラッチ５を用いているためである（図５参照）。ワンウェイクラッチ５は周知のように、入力軸の回転数が出力軸の回転数より小さいと接続されないが、モータ３が停止中に駆動輪７が逆転されると、入力軸の回転数が０に対して、出力軸の回転数が負（マイナス）の回転数となり、入力軸回転数＞出力軸回転数となり、モータ３が停止しているにもかかわらず、入力軸と出力軸は接続状態となる。したがって、前記したように、乗り手が後方に移動するために、ハンドリム９を逆方向に回すと、モータ３まで連れ回され、ハンドリム９を逆回転させる荷重が増大することになる。
【００３７】
本実施形態では、この問題を解消するために、乗り手が後方に移動するために、ハンドリム９を逆方向に回した場合には、モータ３を積極的に逆回転させて、入力軸回転数＞出力軸回転数の条件が成立しないようにしている。この結果、モータ３は連れ回りしなくなり、乗り手は小さな荷重でハンドリム９を逆回転させることができるようになる。なお、時間ｔ5 〜ｔ6 の間は、波形ｂ2 のトルクが０になっているにもかかわらず、波形ｄ3 の負のトルク指令値を出力するようにしているが、その理由は、後方移動の惰行時にも、モータ３は連れ回りせず、自然な後方惰行ができるようにするためである。なお、該波形ｄ3 としては、例えばモータ３の駆動信号がデューティ２０％（固定）程度になるようにするのが好適である。
【００３８】
図６の波形制御部１２５で生成されたトルク指令値ｄは回転方向信号生成部１２６と比較器１２７に入力する。該回転方向信号生成部１２６は、トルク指令値ｄと、回転方向検出スイッチ１０から得られる回転方向ｅとにより、図１０に示されている、モータ３の回転方向を指示する信号ｆと、オン、オフ信号ｇ、ｈを出力する。すなわち、トルク指令値ｄが負で回転方向ｅが逆の時には、回転方向信号生成部１２６の出力信号ｆは逆転、信号ｇはオン、信号ｈはオフとなる。一方、トルク指令値ｄが正で回転方向ｅが正の時には、回転方向信号生成部１２６の出力信号ｆは正転、信号ｈはオン、信号ｇはオフとなる。これら以外の場合には、回転方向信号生成部１２６の出力信号ｆは正転逆転のいずれでも良く（自由），信号ｇおよびｈは共にオフとなる。なお、出力信号ｇ，ｈに関し、オンは論理１を示し、オフは論理０を示している。
【００３９】
前記信号ｆ、ｇ、ｈが入力するモータ３の駆動回路２００は、図示のように接続された、モータ３の駆動回路２００のスイッチング手段（例えば、ＦＥＴ）２０１、２０２と、モータ３の回転方向を決定するスイッチ２０３と、電流センサ２０４とから構成されている。そして、出力信号ｆは前記モータ３の回転方向を決定するスイッチ２０３の切換えを制御し、出力信号ｇ、ｈは、ＦＥＴ２０１、２０２に入力して、これらのオン、オフを制御する。また、電流センサ２０４の電流検出器は、前記トルクと等価である。
【００４０】
電流センサ２０４で検出されたモータ電流はＡ／Ｄ変換部１３０に入力してディジタル信号に変換され、平均化部１３１に入力する。平均化部１３１は該モータ電流の平均値を求めて、電流値演算部１３２に出力する。一方、電流センサ０点検出部１３３はデューティ出力部１３４の出力であるデューティが０の時のモータ電流の平均値を電流センサ２０４の０点と定める。電流値演算部１３２はモータ電流平均値から０点の電流値を減算して、実際のモータ電流値を求め、前記比較器１２７に出力する。
【００４１】
該比較器１２７には、前記したように、波形制御部１２５で作成されたトルク指令値ｄが入力しているから、比較器１２７は該トルク指令値ｄと該モータ電流値の大小を比較し、前者の方が後者より大きければ正、等しければ０、小さければ負の信号を出力する。デューティ出力部１３４は正の信号を受けると、例えばデューティを０．２％増加する。０の信号を受けた場合には、その時のデューティを維持し、負の信号を受けた場合には、例えばデューティを０．２％減少する。また、該デューティ出力部１３４は、速度検出器１１から例えば車速６ｋｍ／ｈ以上のデータを受信すると、デューティを強制的に０にする。換言すれば、車椅子の速度が６ｋｍ／ｈ以上出た場合には、電動によるアシストは停止されることになる。
【００４２】
デューティ出力部１３４からの出力ｉはＡＮＤゲート１３５、１３６に入り、回転方向信号生成部１２６からの出力信号ｇ、ｈの状態に応じて、ＦＥＴ２０１、２０２に印加される。例えば、出力信号ｇがオンの時にはＦＥＴ２０１に印加され、出力信号ｈがオンの時にはＦＥＴ２０２に印加される。
【００４３】
このため、図８における時間ｔ0 〜ｔ2 の間は、波形制御部１２５から出力されるトルク指令値ｄ（＝ｄ1 ＋ｄ2 ）は正、回転方向検出スイッチ１０から得られる回転方向ｅは正であるので、図１０から明らかなように、スイッチ２０３は正転の端子に接続され、ＦＥＴ２０１がオフ、２０２がオンになる。したがって、モータ３はトルク指令値（ｄ1 ＋ｄ2 ）の波形に従う正転動作となる。
【００４４】
一方、図８における時間ｔ4 〜ｔ6 の間は、波形制御部１２５から出力されるトルク指令値ｄ（＝ｄ3 ）は負、例えば２０％のデューティ（固定）となり、回転方向検出スイッチ１０から得られる回転方向ｅは逆であるので、図１０から明らかなように、スイッチ２０３は逆転の端子に接続され、ＦＥＴ２０１がオン、２０２がオフになる。この結果、モータ３はトルク指令値ｄ3 の波形に従う逆転動作となる。
【００４５】
また、図８における時間ｔ2 〜ｔ3 の間は、波形制御部１２５から出力されるトルク指令値ｄは０、回転方向検出スイッチ１０から得られる回転方向ｅは正となり、図１０から明らかなように、ＦＥＴ２０１、２０２は共にオフとなり、モータ３の回転は停止する。
【００４６】
フェールセーフ制御部１３７は、前記比較部１２３からのトルクとＡ／Ｄ変換部１３０からのモータ電流値と速度検出器１１からの速度検出値を入力とし、電動補助装置が正常であるか否かの検査を行う。例えば、比較部１２３からのトルク入力が３０分以上なければ、電動補助車椅子が使われていないのに電源が入り続けていると判断する。すなわち、電源の切り忘れと判断する。また、トルク変動が３秒以上なければ、電動補助装置に故障の可能性があると判断する。あるいは、Ａ／Ｄ変換部１３０からの電流値入力、速度検出器１１からの速度検出値等に異常があれば、モータ３あるいはその駆動回路、速度検出器１１に故障の可能性があると判断する。フェールセーフ制御部１３７が何らかの異常を検知した時には、制御信号ｊを出力して電源回路２１０の制御装置１２への電力の供給を停止する。該電源回路２１０はレギュレータを含んでいる。
【００４７】
メインスイッチ２１１がオンされると、電源回路２１０から制御装置１２へ電力が供給され、フェールセーフ制御部１３７が異常なしと判断すると、制御信号ｋによりトランジスタ２１２がオンとなり、メインリレー２１３がオンとなる。この結果、電源回路２１０から、モータ３の駆動回路に電源が接続され、作動状態に入る。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、平地あるいは緩い登坂を走行している時の惰行時には電動補助が作用しないので、電動補助のない車椅子とほぼ同じ惰行感を得ることができ、一方ある程度急な登坂を走行している時の惰行時には電動補助が作用し、惰行距離が延びて楽に登坂できるようになるという効果がある。
【００４９】
また、このため、平地あるいは緩い登坂走行時の惰行時には、電源の消耗を０にすることができ、バッテリを充電する間隔を延ばすことができるようになる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動補助車椅子の側面図である。
【図２】図１の２−２線矢視背面図である。
【図３】図２において車軸および電動モータの駆動軸の各長手方向を通る平面で切った時の要部拡大断面図である。
【図４】電動モータの一例の断面図である。
【図５】電動補助車椅子の動力伝達機構の骨格および制御部の構成を簡略化して示した図である。
【図６】図５の制御装置（ＣＰＵ）の機能を示す機能ブロック図である。
【図７】図６のトルク変換テーブルの特性図である。
【図８】図６の波形制御部が生成する制御波形の一例を示す図である。
【図９】本実施形態の惰行期間の制御波形の一例を示す図である。
【図１０】図６の回転方向信号生成部の機能を示す図である。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…両方向制御装置、３…モータ、４…１次減速機、５…ワンウェイクラッチ、６…２次減速機、７…駆動輪（後輪）、８…両方向トルクセンサ、９…ハンドリム、１０…回転方向検出スイッチ、１１…速度検出器、１２…制御装置（ＣＰＵ）、１２３…比較部、１２４…トルク変換テーブル、１２５…波形制御部、１２６…回転方向信号生成部、１３０…Ａ／Ｄ変換部、１３１…平均化部、１３２…電流値演算部、１３３…電流センサ０点検出部、１３４…デューティ出力部、２００…駆動回路、２０４…電流センサ。

Claims

間欠的に加えられる人力に電動補助力を加算して進行する電動補助車椅子の惰行制御装置において、
予め定められたトルク指令値の波形に従って前記電動補助力を供給する電動モータと、
前記電動モータ側に連結された入力軸と、
前記電動補助車椅子の駆動輪側に連結された出力軸と、
登坂角度が２°以下の路面走行時の惰行時間には、前記電動補助力を前記駆動輪に作用させず、一方、前記登坂角度が２°より大きい路面走行時の惰行時間には、前記電動補助車椅子の減速度の増大に伴って前記入力軸の回転数が前記出力軸の回転数より大きくなることにより、前記電動補助力を前記トルク指令値の波形に従って前記駆動輪に作用させるようにする手段を具備したことを特徴とする電動補助車椅子の惰行制御装置。
前記手段は、前記入力軸と前記出力軸との間に配設された一方向クラッチを含み、
前記電動モータの電動補助力は、前記一方向クラッチを介して前記駆動輪に伝達され、
前記一方向クラッチが、登坂角度が２°以下の路面走行時の惰行時間にはオフとなり、該登坂角度が２°より大きい路面走行時の惰行時間にはオンとなるように、前記電動モータの回転速度を制御する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助車椅子の惰行制御装置。