JP6135200B2 - 電動車椅子 - Google Patents

Description

本発明は、モータにより走行可能な電動車椅子に関する。

従来、モータにより車輪を駆動する電動車椅子が利用されてきた。このような電動車椅子には電動式でない車椅子（以下「手動車椅子」とする）に対して、モータ、バッテリ、コントロールボックス等を取り付けて構成されるものがある（例えば特許文献１及び２）。

特許文献１に記載の移動装置は、移動方向の傾斜と当該移動方向に直交する方向の傾斜とを検出する傾斜検出手段から得られる傾斜情報に基づいて、操作者の力を補助する動力補助手段を制御する制御手段を備えて構成される。この移動装置においては、傾斜検出手段が内蔵されたコントロールボックスが、椅子部の下方に固定される。

特許文献２に記載のパーソナルビークル制御装置は、車体の走行速度及び旋回角度を入力する操作部を備えて構成され、当該操作部に入力された操作情報と、レートジャイロ、加速度計（以下「レートジャイロ等」とする）、左右車輪センサの検出結果と、に基づいて走行制御する。

特開２０００−１４７１４号公報 特開２０１０−１９３９３９号公報

ここで、上述のような手動車椅子をベースに構成した電動車椅子は、収納時や持ち運ぶ時には椅子部を折り畳むことができると好適である。しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、椅子部の下にコントロールボックスが固定されるので、椅子部とコントロールボックスとが互いに干渉し（コントロールボックスが邪魔になり）、椅子部を容易に折り畳むことができない。

一方、特許文献２には、レートジャイロ等が配置される位置が記載されていない。例えば、操作部が配置されるアームレストの近傍にレートジャイロ等を設けることが考えられる。しかしながら、アームレストの近傍は、車体のフレームの形状に応じてスペースのサイズ及び形状が変わる。このため、異なる形状のフレームからなる複数種類の車体に亘ってレートジャイロ等を取り付けることが容易ではない。また、例えばレートジャイロ等を操作部に搭載することも考えられる。しかしながら、操作部にレートジャイロ等を搭載すると、乗員の操作に応じてレートジャイロ等に荷重が作用するため検出精度に影響を及ぼす。また、電動車椅子の種類によっては、操作部が乗員の好みに応じて位置を変更することが可能に構成されているものもあるので、レートジャイロ等の検出精度に影響を及ぼす。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、収納時や持ち運ぶ時に折り畳みが容易で、車体の動きを適切に検出することができる電動車椅子を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電動車椅子の特徴構成は、車幅方向に張設され、前記車幅方向の長さを短縮するように折り畳み可能なシート部と、前記シート部の車幅方向両外側に配設された一対の駆動輪と、バッテリから供給される電力により前記駆動輪の夫々を駆動する一対の駆動部と、走行中の車体の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢センサが搭載され、前記一対の駆動部のうちの少なくとも一方に対して前記駆動輪の回転軸と直交する方向の位置に配置されてあるセンサ基板と、を備え、前記駆動部は、開口部を有する箱状のケースで上方から覆われ、前記ケースの下端側の開口位置よりも上方に前記センサ基板が内包されてある点にある。

このような特徴構成とすれば、センサ基板が駆動部に対して駆動輪の回転軸と直交する位置に設けられるので、電動車椅子の車幅方向に対してセンサ基板の位置と駆動部の位置とを一致させることができる。このため、収納する際や持ち運ぶ際に電動車椅子を折り畳んだ場合であっても、センサ基板が電動車椅子の各部と干渉することがない。したがって、電動車椅子を容易に折り畳むことが可能となる。また、一般的に電動車椅子を操作するコントローラは、シート部の近傍、すなわち駆動輪の近傍に配置されるので、取り付けや配線を簡素に行うことが可能となる。更には、センサ基板を駆動輪の回転軸の近傍に設けることができるので、車体の動きを感度良く検出することができる。

また、上記のように、センサ基板を箱状のケースの下端部よりも上方に配置することで、降雨時や、路面が濡れており駆動輪で水を跳ね上げた場合であっても、ケースを伝って下方に流れてきた雨や水をセンサ基板よりも下側に流通させることができる。

したがって、センサ基板に搭載された姿勢センサの防水効果を高めることができる。

また、前記ケースは、前記センサ基板が内包される第１のケースと、前記駆動部の前記駆動輪を駆動するモータを覆う第２のケースとを有し、前記第１のケースと前記第２のケースとが係合する係合面よりも上方に前記センサ基板が設けられると好適である。

このような構成とすると、第１のケースによりセンサ基板に搭載された姿勢センサの防水効果を高めることができる。また、例えば電動車椅子の走行に伴い小石等が跳ね上げられた場合であっても、モータが第２のケースで覆われているので、当該モータを保護することができる。

更に、前記センサ基板が前記ケースの天井部から吊り下げられてあると好適である。

このように、センサ基板がケースの内側で吊り下げられた状態とすることで、吊り下げるための部材もケースに内包することができる。したがって、降雨時や、路面が濡れており駆動輪で水を跳ね上げた場合であっても、雨や水がセンサ基板を吊り下げる部材を雨や水が伝って当該センサ基板に達することがないので、センサ基板に搭載された姿勢センサの防水性を高めることが可能となる。

また、前記センサ基板が前記駆動部に対して前記駆動輪の進行方向後ろ側に配置されてあると好適である。

このような構成とすれば、センサ基板及び駆動部を電動車椅子の背面側に配置することができる。このため、センサ基板や駆動部の着脱が容易であり、異なる形状のフレームに対しても取り付ける位置が大きく変わることがない。したがって、姿勢センサの特性が大きく変わることがないので、異なる形状のフレームを有する車椅子に対応したものとすることができる。

電動車椅子の斜視図である。 電動車椅子の側面図である。 電動車椅子を折り畳んだ状態を示す図である。 制御系の構成を模式的に示すブロック図である。 駆動部及びセンサ基板の搭載形態を示す図である。

本発明に係る電動車椅子は、例えば収納時や持ち運び時に容易に折り畳むことが可能に構成される。以下、本実施形態の電動車椅子１００について詳細に説明する。図１には電動車椅子１００の斜視図が示され、図２には電動車椅子１００の側面図が示される。また、図３には電動車椅子１００が折り畳まれた状態が示され、図４には電動車椅子１００の動作を制御する制御系の構成を模式的に表したブロック図が示される。図１−図３に示されるように、電動車椅子１００はシート部１０、駆動輪２０、駆動部３０、センサ基板４０、操作ボックス５０を備えて構成される。

シート部１０は、車幅方向に張設され、車幅方向の長さを短縮するように折り畳み可能に構成される。車幅方向とは車体の幅方向であり、図１において示すＸ方向が相当する。張設されるとは、引っ張るように設けられていることをいう。したがって車幅方向に張設されるとは、車幅方向の両外側から引っ張るように設けられていることを示す。このようなシート部１０は、乗員が腰を掛ける座部１１と、当該座部１１に乗員が腰を掛けた状態でもたれる背部１２とを有して構成される。これら座部１１及び背部１２は、車体を構成する車幅方向両外側に設けられたフレーム６０に取り付けられる。電動車椅子１００は、収納時や持ち運び時を容易に行うことができるように、車幅方向に沿って折り畳むことができる。係る場合、図３に示されるようにシート部１０は車幅方向の長さが短くなる。このようなシート部１０は折り畳み可能な布又はビニール等により構成される。

本実施形態に係る電動車椅子１００には、４つの車輪２５が設けられる。この４つの車輪２５は、２つのキャスター２１と２つの駆動輪２０とから構成される。キャスター２１は電動車椅子１００の進行方向前側に設けられる。進行方向とは電動車椅子１００が前進走行する際の方向であり、図１におけるＹ方向が相当する。キャスター２１は車幅方向に沿って対向するように配設された左右一対で設けられる。なお、図１においては左側のキャスター２１の図示が省略されている。

駆動輪２０は電動車椅子１００の進行方向後ろ側に設けられる。駆動輪２０は、シート部１０の車幅方向外側に沿って対向するように配設された左駆動輪２０Ｌと右駆動輪２０Ｒの一対からなる。以下では、特に区別をする必要がない場合には「駆動輪２０」として説明する。駆動輪２０は、電動車椅子１００を走行させる動力が伝達される車輪である。一方、本実施形態ではキャスター２１は動力が伝達されることはなく、電動車椅子１００の前部を支持するために設けられる。また、電動車椅子１００には、シート部１０が進行方向後ろ側に転倒することを防止するために、駆動輪２０の後方へ延在する転倒防止バー６１Ｌ，６１Ｒが設けられる。以下では、特に区別をする必要がない場合には「転倒防止バー６１」として説明する。この転倒防止バー６１が規制手段となって後方への転倒を防止する。

駆動部３０は、バッテリ９１から供給される電力により駆動輪２０の夫々を駆動する。バッテリ９１は、電動車椅子１００の動力源となる電気エネルギーが予め蓄電され、背部１２の背面に設けられたホルダー９２を介して取り付けられる。駆動輪２０の夫々とは、左駆動輪２０Ｌ及び右駆動輪２０Ｒである。このため、駆動部３０は、左駆動輪２０Ｌ及び右駆動輪２０Ｒを独立して駆動することが可能に一対で設けられる（図４参照）。独立
して駆動するとは、左駆動輪２０Ｌと右駆動輪２０Ｒとを夫々異なる回転速度及び異なる回転方向で駆動することが可能であることを示す。このため、図４に示されるように、駆動部３０は、左駆動部３０Ｌ及び右駆動部３０Ｒの一対から構成される。以下では、特に区別をする必要がない場合には「駆動部３０」として説明する。

左駆動部３０Ｌには左駆動輪２０Ｌを回転させる回転力を出力するモータ３２Ｌを有して構成される。また、右駆動部３０Ｒには右駆動輪２０Ｒを回転させる回転力を出力するモータ３２Ｒを有して構成される。以下では、特に区別をする必要がない場合には「モータ３２」として説明する。左駆動部３０Ｌ及び右駆動部３０Ｒの夫々には、上述のバッテリ９１からの出力される電気エネルギーが伝達され、夫々左駆動輪２０Ｌ及び右駆動輪２０Ｒを独立して駆動する。

図４に示されるように、操作ボックス５０はジョイスティック５１とメインコントローラ５２とを備えて構成される。ジョイスティック５１は中立状態が鉛直上方に向かって立設した状態であり、その状態から電動車椅子１００の乗員が所定の方向に向けて倒すことにより、当該倒した方向に電動車椅子１００を誘導することができる。また、鉛直上方から倒した角度に応じて走行速度が設定される。したがって、ジョイスティック５１は乗員の意図を入力する入力デバイスとして機能する。

メインコントローラ５２は、スイッチ操作部５２Ａ、電源部５２Ｂ、制御部５２Ｃ、表示部５２Ｄ、通信部５２Ｅの各機能部を備えて構成される。スイッチ操作部５２Ａは電動車椅子１００の主電源スイッチに相当する。したがって、乗員が電動車椅子１００を利用する際に操作される。この操作に応じて、バッテリ９１から電源部５２Ｂを介してメインコントローラ５２に対して通電が行われる。電源部５２Ｂはバッテリ９１の出力電圧を所定の電圧値に変換するコンバータとして機能する。これにより、メインコントローラ５２に所定の電圧値の電圧が印加される。制御部５２Ｃはジョイスティック５１に対して行われた乗員の入力に応じた信号が伝達される。表示部５２Ｄは所定の情報を表示するディスプレイである。上述のように電動車椅子１００の主電源が入っている状態であることを示すよう表示しても良いし、ジョイスティック５１により入力された進行方向等を表示する構成することも可能である。また、ディスプレイでなく例えばＬＥＤ等により点灯や点滅表示することも可能である。通信部５２Ｅは後述する駆動部３０のサブコントローラ３１Ｌ，３１Ｒの各通信部と通信を行う。ジョイスティック５１により入力された走行制御に係る駆動指令の通信を行う。

駆動部３０は、上述のように左駆動部３０Ｌ及び右駆動部３０Ｒの一対から構成される。左駆動部３０Ｌは左駆動輪２０Ｌを駆動し、右駆動部３０Ｒは右駆動輪２０Ｒを駆動する。左駆動部３０Ｌと右駆動部３０Ｒとの基本的な構成は、同一であるので以下では左駆動部３０Ｌを用いて説明する。左駆動部３０Ｌは、サブコントローラ３１Ｌ、モータ３２Ｌ、回転数検出部３３Ｌを備えて構成される。

サブコントローラ３１Ｌは、電源部３１ＬＡ、通信部３１ＬＢ、制御部３１ＬＣ、姿勢センサ３１ＬＤ、モータドライバ３１ＬＥの各機能部を備えて構成される。電源部３１ＬＡはバッテリ９１の出力電圧を所定の電圧値に変換するコンバータとして機能する。これにより、サブコントローラ３１Ｌに所定の電圧値の電圧が印加される。通信部３１ＬＢはメインコントローラ５２の通信部５２Ｅと相互に通信を行う。このような通信において、ジョイスティック５１により入力された走行制御に係る駆動指令等が伝達される。姿勢センサ３１ＬＤは走行中の車体の姿勢を示す姿勢情報を取得する。車体の姿勢とは、シート部１０に腰を掛けている乗員の姿勢に対応するものであり、電動車椅子１００自体の姿勢に相当する。以下では、理解を容易にするために車体の姿勢が、電動車椅子１００の姿勢であるとして説明する。姿勢情報とは、電動車椅子１００の姿勢を示す情報であり、具体的には、電動車椅子１００の前後方向の傾きを示すピッチ、電動車椅子１００の左右方向の傾きを示すロール、水平方向の方向を示すヨーにより規定された情報である。すなわち、図１においてピッチはＸ軸を回転中心とする回転を示し、ロールはＹ軸を回転中心とする回転を示し、ヨーはＺ軸を回転中心とする回転を示す。このようなピッチ、ロール、及びヨーが姿勢センサ３１ＬＤにより検出される。姿勢センサ３１ＬＤは、センサ基板４０Ｌに搭載される。

なお、本実施形態では、サブコントローラ３１Ｌ全体がセンサ基板４０Ｌに搭載されている。姿勢センサ３１ＬＤの検出結果である姿勢情報は、制御部３１ＬＣに伝達される。制御部３１ＬＣは通信部３１ＬＢを介して伝達されたジョイスティック５１を介して入力された走行制御に係る駆動指令と、姿勢情報とに基づいてモータ３２Ｌを駆動するモータドライバ３１ＬＥに通電し、これによりモータ３２Ｌを駆動する。モータ３２Ｌの近傍には、モータ３２Ｌの回転数を検出する回転数検出部３３Ｌが備えられ、その検出結果が制御部３１ＬＣに伝達される。制御部３１ＬＣは、上述の走行制御に係る駆動指令と姿勢情報と共に、回転数検出部３３Ｌの検出結果を示す回転数信号に基づいてモータ３２Ｌを制御する。

図１−図３に戻り、本実施形態では、センサ基板４０（センサ基板４０Ｌ及びセンサ基板４０Ｒの総称）は、一対の駆動部３０に対して駆動輪２０の回転軸２６と直交する方向の位置に配置される。上述のように駆動部３０はシート部１０の車幅方向両外側に一対配設される。すなわち、駆動部３０は電動車椅子１００において左駆動部３０Ｌ及び右駆動部３０Ｒからなる。また、駆動輪２０も左駆動輪２０Ｌ及び右駆動輪２０Ｒの一対で構成される。

したがって、駆動輪２０の回転軸２６とは、左駆動輪２０Ｌの回転中心である左回転軸２６Ｌ及び右駆動輪２０Ｒの回転中心である右回転軸２６Ｒが相当する。左回転軸２６Ｌ及び右回転軸２６Ｒは、夫々は電動車椅子１００の車幅方向外側を向くように設けられる。すなわち、Ｘ方向に沿って互いに外側に延びるように設けられる。このため、回転軸２６と直交する方向とは、左回転軸２６Ｌ及び右回転軸２６Ｒの夫々が直交する方向を意味し、Ｙ方向及びＺ方向が相当する。したがって、センサ基板４０は、左駆動部３０Ｌ及び右駆動部３０Ｒに対して、Ｙ方向及びＺ方向に沿った位置に配置される。

本実施形態では、センサ基板４０は、駆動部３０に対して駆動輪２０の進行方向後ろ側に配置される。駆動輪２０の進行方向後ろ側とは、駆動輪２０の進行方向とは、電動車椅子１００の前後方向であるＹ方向が相当する。すなわち、駆動輪２０よりも後ろ側を意味するものではなく、駆動輪２０が進行する方向における後ろ側を意味する。これより進行方向後ろ側とは、電動車椅子１００の前後方向の後ろ側を意味する。したがって、センサ基板４０は、駆動部３０よりも後ろ側に配設される。

なお、右駆動部３０Ｒの機能部については、上述の左駆動部３０Ｌを機能部の添え字「Ｌ」を「Ｒ」に変更し、制御対象がモータ３２Ｒであるだけであるので説明は省略する。

図５には、駆動部３０（右駆動部３０Ｒ）を模式的に示した図が示される。図５に示されるように、本実施形態では、駆動部３０（右駆動部３０Ｒ）は上側ケース７２と中央ケース７３と下側ケース７４とで覆われる。上側ケース７２は、本発明における「ケース」に相当する。上側ケース７２は、開口部を有する箱状からなり、駆動部３０（右駆動部３０Ｒ）を上方から覆う。すなわち、上側ケース７２は鉛直下方向を開口部とする箱状で形成され、上側から被せるように駆動部３０を覆う。下側ケース７４は、駆動部３０（右駆動部３０Ｒ）を下側から覆う。モータ３２（モータ３２Ｒ）に対向する部位には、開口部３５が設けられる。この開口部３５を介して外気の吸排を行い、モータ３２（モータ３２Ｒ）を空冷する。中央ケース７３は、上側ケース７２と下側ケース７４との中央に設けられ、主にモータ３２（モータ３２Ｒ）の上側を覆う。上側ケース７２と中央ケース７３、及び中央ケース７３と下側ケース７４は、夫々、ボルト３６により締結固定される。なお、図５では、理解を容易にするために上側ケース７２の一部が切り欠いて示される。

本実施形態では、上側ケース７２は、当該上側ケース７２の下端側の開口位置よりも上方にセンサ基板４０が内包される。上述のように上側ケース７２は、下側に開口部を有する箱状で形成される。したがって、上側ケース７２の下端側の開口位置とは、下側を向く縁部３７が相当する。上側ケース７２は、縁部３７がセンサ基板４０よりも下側に位置するように構成される。したがって、センサ基板４０は上側ケース７２により包まれるように設けられる。これにより、例えば雨が降っていた場合や、駆動輪２０で水を跳ね上げた場合に、上側ケース７２と中央ケース７３との継ぎ目から雨や水が入っても、センサ基板４０を雨や水で濡れ難くすることが可能となる。したがって、防水効果を高めることができる。

ここで、上述の上側ケース７２を「第１のケース」とし、中央ケース７３及び下側ケース７４を「第２のケース」として２つに分類することができる。係る場合、第１ケースにはセンサ基板４０が内包され、第２のケースは駆動部３０の駆動輪２０を駆動するモータ３２を覆うように構成される。これにより、第１のケースと第２のケースとが係合する係合面よりも上方にセンサ基板４０が設けられることになる。係合面とは、第１のケースの下端面と第２のケースの上端面とが相当する。このような係合面よりも上方にセンサ基板４０が設けられるので、上述のように防水効果を高めることができる。

また、本実施形態では、センサ基板４０が上側ケース７２の天井部から吊り下げて配置される。上側ケース７２の天井部とは、上側ケース７２の内壁面のうち、上側ケース７２の開口する面に対向する面である。センサ基板４０は、このような天井部からスペーサ９０を介して締結固定される。なお、図５においては、２枚のセンサ基板４０が示されているが、１枚であっても良いし、３枚以上で構成されていても良い。

以上のように本電動車椅子１００によれば、図３に示されように容易に折り畳むことが可能となる。したがって、収納する際や持ち運びする際に利用者の手を煩わせることがない。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、センサ基板４０が左駆動輪２０Ｌの左回転軸２６Ｌ及び右駆動輪２０Ｒの右回転軸２６Ｒの夫々に直交する方向の位置に配設されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ基板４０が左駆動輪２０Ｌの左回転軸２６Ｌ及び右駆動輪２０Ｒの右回転軸２６Ｒのいずれか一方に直交する方向の位置に配設するように構成することも可能である。

上記実施形態では、駆動部３０は一方が開口した箱状の上側ケース７２で上方から覆われるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。駆動部３０を側方から別のケースで覆う構成とすることも可能であるし、駆動部３０が露出した状態とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、センサ基板４０が、上側ケース７２において当該上側ケース７２の下端側の開口位置よりも上方に内包されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、センサ基板４０が、上側ケース７２の下端側の開口位置よりも下方に配設することも当然に可能である。

上記実施形態では、センサ基板４０が上側ケース７２の天井部から吊り下げられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。センサ基板４０が上側ケース７２の側壁で支持されるように構成することも可能であるし、下方からスペーサ等により高床式に持ち上げて支持する構成とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、センサ基板４０が駆動部３０に対して駆動輪２０の進行方向後ろ側に配置されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。センサ基板４０が、駆動部３０に対して駆動輪２０の進行方向前側に配置されているように構成することも当然に可能である。

本発明は、モータにより走行可能な電動車椅子に用いることが可能である。

１０：シート部
２０：駆動輪
２６：回転軸
３０：駆動部
３１ＬＤ：姿勢センサ
３１ＲＤ：姿勢センサ
４０：センサ基板
７２：上側ケース（ケース）
９１：バッテリ
１００：電動車椅子

Claims (4)

1. 車幅方向に張設され、前記車幅方向の長さを短縮するように折り畳み可能なシート部と、
   前記シート部の車幅方向両外側に配設された一対の駆動輪と、
   バッテリから供給される電力により前記駆動輪の夫々を駆動する一対の駆動部と、
   走行中の車体の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢センサが搭載され、前記一対の駆動部のうちの少なくとも一方に対して前記駆動輪の回転軸と直交する方向の位置に配置されてあるセンサ基板と、を備え、
   前記駆動部は、開口部を有する箱状のケースで上方から覆われ、前記ケースの下端側の開口位置よりも上方に前記センサ基板が内包されてある電動車椅子。
2. 前記ケースは、前記センサ基板が内包される第１のケースと、前記駆動部の前記駆動輪を駆動するモータを覆う第２のケースとを有し、前記第１のケースと前記第２のケースとが係合する係合面よりも上方に前記センサ基板が設けられる請求項１に記載の電動車椅子。
3. 前記センサ基板が前記ケースの天井部から吊り下げられてある請求項１又は２に記載の電動車椅子。
4. 前記センサ基板が前記駆動部に対して前記駆動輪の進行方向後ろ側に配置されてある請求項１から３のいずれか一項に記載の電動車椅子。

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