JPH0374114A - 電動車椅子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電動車椅子に関するものである６［従来の技術
］ ハンドル操作による電動車椅子は進行方向の変更が簡単
に行え、操作性に富むものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら直進中に急ハンドルや、大きくハンドルを
回転させた場合、かなりの遠心力が作用して、内輪が浮
き上がったり、最悪の場合には転倒事故になってしまう
という危険性があった。この危険性は特に下り坂の場合
に高がった。

請求項１記載の発明は上述の問題点に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは大きくハンドルを操作し
た場合でも安全に走行することができる電動車椅子を提
供するにある。

また請求項２記載の発明はハンドルを急に切っても安全
に走行することができる電動車椅子を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１記載の発明はハンドル操作にて走行方向を変更
する電動車椅子において、ハンドルの回転に連動してハ
ンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、該操作角
検出手段で検出する操作角に応じて操作角が大きい程最
高速度を低く制限するようにモータ駆動をＭ御する制御
手段とを備えたものである。

請求項２記載の発明はハンドル操作にて走行方向を変更
する電動車椅子において、ハンドルの回転に連動してハ
ンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、操作角検
出手段で検出する操作角からハンドルの切れ角の変化度
が大きい程最高速度を低く制限するようにモータ駆動を
制御する制御手段とを備えたものである。

［作用］ 而して請求項１記載の発明によればハンドルの操作角が
大きい場合、その操作角に応じて最高速度を低く制限す
るため、例え高速度で直進走行中であってもハンドルを
操作すればその操作角に応じて最高速度を低く制限して
速度を減速させることができ、そのため遠心力を抑制し
て安全にカーブを通過することができることになる。

同様に請求項２記載の発明によればハンドルを急に切っ
た場合、その変化度に応じて最高速度を低く制限するた
め、不安定な挙動を起こすことなくスムーズに曲がれ、
特に下り坂の走行中において、急ハンドルを行っても転
倒する危険が無い。

［実施例］ 以下本発明は実施例により説明する。

実施例の電動車椅子は第１図に示すように３輪車構成に
なっており、車体１後部に設けた席２の下部の車体１内
には第４図に示すようにデフ付き減速ｆｉ３を介して後
輪４を駆動するモータ５と後輪４の車軸を挟み込むこと
により制動をかける電磁ブレーキ６とからなる駆動部を
設け、更に電動車椅子の駆動電源となるバッテリＢＴを
内装している。

車体１前部には前輪７に連結され、水平方向に回動され
ると、前輪７の走行方向の向きを変えるハンドル軸と、
このハンドル軸の上端に固定されたハンドル９とからな
るハンドル部を設けており、このハンドル部には走行速
度を前進及び後進方向に操作するアクセル８と、キース
イッチ１４と、更に最高速度を高速、中速、低速に切り
替えるための速度設定スイッチＳＷＩ〜ＳＷ、及びライ
ト１１のオン／オフ操作スイッチＳＷ４、警報ブザ−１
２のオン／オフ操作スイッチＳＷ、からなる操作スイッ
チ部１０と、バッテリＢＴの残容量を表示する表示ラン
プＬ、〜Ｌ、と、設定速度及び後進の表示のための表示
ランプル４〜し、とかなる表示部１３とを配置したコン
ソールパネル部を第２図に示すように備え、またハンド
ル軸の前部に上記ライト１１を取着している。

アクセル８は第３図に示すように中立点でオフとなり、
前倒しく図においては右回転）で前進速度調整、後ろ倒
しく図において左回転）で後進速度調整を行うことがで
きるようになっている。

第４図は本発明の回路構成を示し、上記キースイッチ１
４は電源スィッチであって、このキースイッチ１４がオ
ン操作されると、バッテリＢＴを電源として電源リレー
１６が動作し、そのリレー接点を通じて電源回路１７に
バッテリＢＴからの直流が入って、一定電圧に安定化し
た直流電圧に変換され、電源を制御回路１５に供給する
。

電源回路１７はバッテリＢＴを充電する際に交流を降圧
整流して得られる直流も入力して制御回路１５の電源と
して供給することができるようになっている。

制御回路１５は前進走行の場合には例えば速度設定スイ
ッチＳＷ、〜ＳＷｓの設定によって設定された最高速度
までの範囲において、アクセル８の前進方向における操
作状態に応じたモータ５の回転速度制御をタコジェネレ
ータ１９の速度検出信号と、アクセル８の操作量を示す
信号とを比較しながらモータ駆動回路１８を通じて行い
、またアクセル８の後進方向への操作時にはこの操作に
応じて所定速度で走行できるようにモータ５の回転速度
制御をモータ駆動回路１８を通じて行い、更に走行中に
おけるアクセル８のオフ時や電源オフ時において電磁ブ
レーキ駆動回路２０を通じて電磁ブレーキ６をロックさ
せ、この電磁ブレーキ６により後輪４の回転を機械的に
ロックして走行を停止させる制御を行う制御機能を有す
る。また制御回路１５は付設する診断回路２１により、
バッテリＢＴの電圧監視信号や、モータ駆動電流の電流
検出信号や、更にモータ駆動回路１８の温度監視信号を
入力し、バッテリＢＴの電圧監視信号を用いてバッテリ
ＢＴの残容量の監視を行い、残容量に応じて表示ランプ
Ｌ、〜Ｌ３を点灯させてバッテリ状態の表示を行わせた
り、また電流検出信号により走行中にモータロック等で
過大な電流がモータ駆動回路１８に流れるのを監視して
過大な電流が流れた場合にはモータ駆動回路１８をオフ
し、或は温度監視信号により異常温度上昇があれば同様
にモータ駆動回路１８をオフして回路保護を図る機能を
有する。

また制御回ＦＩＰｒ１５は交流電源（ＡＣｌｏｏＶ＞が
接続されてトランスＴｒで降圧され、更に整流器２３で
整流して得られた脈流が電源回路１７により一定電圧の
直流として供給されている状態で、且つキースイッチ１
４がオフ状態であれば、充電モードとして判断して、充
電回路２２の充電出力を所定のタイミングでオン／オフ
して、バッテリＢＴを充電し且つバッテリ電圧の監視に
より充電制御を行う機能も有する。

また制御回路１５はハンドル９の操作角に応じた電圧信
号を入力してＡ／Ｄ変換して操作角判定を行うとともに
、操作角検出により、出し得る最高速度を制限してモー
タ５の駆動を制御する機能を備えている。

第６図は制御回路１５にハンドル９の操作角に応じた電
圧信号を与える操作角検出手段の構成を示しており、第
６図（ａ）（ｂ）に示すようにハンドル軸９ａに形成し
た歯車３０にかみ合って連動する歯車３１に可変抵抗器
ＶＲＯの操作軸３２を固定し、ハンドル９の回動に連動
して可変抵抗器ＶＲ，の抵抗値を可変して、ハンドル９
の操作角に応じた出力電圧を制御回路１５に与えるよう
になっている。可変抵抗器ＶＲ，は固定板３３で車体１
に固定されるもので、第６図（ｃ）に示すように両端に
電圧Ｖ　Ｃｅが印加され、２摺動子に接続した端子より
出力電圧を制御回路１５へ与えるようになっている。

第５図は第４図回路の具体回路を示しており、制御回路
１５は水晶発振子ＸＬからなる発振回路からの発振信号
を基本クロックとして動作するマイクロコンピュータか
ら構成され、このマイクロコンピュータによって電動車
椅子全体の動作の制御監視を行うようになっている。

次に本発明電動車椅子の動作を第５図の具体回路により
説明する。

全使用者（搭乗者〉がキースイッチ１４をオンさせると
、電源リレー１６がバッテリＢＴを電源として駆動され
、この駆動によりそのリレー接点１６ａをオンし、バッ
テリＢＴがダイオードＤ。

を通じて、コンデンサＣ１，Ｃ２と電源ＩＣ２４とから
構成される電源回路１７に接続され、前期電源ＩＣ２４
により一定電圧に安定化された直流が１１御回路１５に
供給される制御回路１５が動作を開始し、キーオン検出
に信号が制御回路１５に入力することによって、電動車
椅子としては動作可能となる。

ここで使用者がアクセル８を前進側に押し込むと、アク
セル８に連動する可変抵抗器ＶＲの抵抗値が変換し、そ
の摺動子端から出力される分圧電圧が制御回路１５のア
クセル入力に取り込まれてＡ／Ｄ変換され、制御回路１
５はその電圧値から前進側に操作されたことを検出して
前後進切替出力を°“Ｌ″にするとともに電磁ブレーキ
出力を“Ｈ”にする、従ってトランジスタＱ２がオフと
なってリレーＲｙを非励磁状態とし、この非励磁状態に
よりそのリレー接点ｒを前進ｆｌｉｌ（ＮＣ）に切り替
えた状態を維持する。またトランジスタＱ１がオンして
電磁ブレーキ６を駆動してロックを解除する。

次に制御回路１５はアクセル入力たる電圧からアクセル
８の操作量を判定してこの操作量に応じたデユーティの
パルスをＰＷＭ出力する。

モータ駆動回路１８の一部を構成する前進・後進・停止
制御回路２５は上記の電磁ブレーキ出力により停止モー
ドから走行モードに動作モードを変更し、上記前後進切
替出力により上記ＰＷＭ出力パルスで後進ドライブ用Ｆ
ＥＴ２６をドライブするか、前進ドライブ用ＦＥＴ２７
をドライブするかを切り替え、今の場合であれば前進ド
ライブ用ＦＥＴ２７をＰＷＭ駆動する。

モータ５がＰＷＭデユーティに応じて回転し、その回転
数をモータ軸に取り付けた磁石とホールＩＣ３４とから
なるタコジェネレータ１９によって回転数検出を行い、
タコジェネレータ１９からの信号により制御回路１５は
車速を計算して、この車速とアクセル操作量とを比較し
、ＰＷＭデユーティを増減させることにより、アクセル
操作量に相当する車速に制御する。而して本発明電動車
椅子はこのフィードバック制御により、上り坂や下り坂
でも一定の車速で走行できるようにすることができるの
である。

この際の車速の最高速度は速度設定スイッチＳＷ、〜Ｓ
Ｗ、の設定により決まり、例えば速度設定スイッチＳＷ
Ｉの設定では高速（例えば６．０％ｍ／ｈ）、また速度
設定スイッチＳＷ、の設定では中速（例えば４．５％ｍ
／ｈ）、更に速度設定スイッチＳＷ３の設定では低速（
例えば１．５Ｋｍ　／　ｈ　）となり、その設定速度は
表示ランプし４〜Ｌ＠で表示される。

上記のように走行中においてカーブにさしかかると搭乗
者がハンドル９の操作を行うわけであるが、このハンド
ル９の操作に伴って第８図に示すフローチャートに基づ
いたモータ５の駆動制御を制御回路１５は行う。

つまりハンドル９の操作角を検出する操作角検出手段の
可変抵抗器ＶＲ，は第７図に示すように直進（操作角０
度）では出力電圧Ｖｌｌを発生し、ハンドル９を左に切
った場合にはＶイより大きな電圧〜Ｖ　Ｌｌｌ＠Ｉｔを
発生し、また右に切った場合にはＶイより小さな電圧〜
Ｖ　ＭｌｍｍＫを操作角に応じて発生する。この可変抵
抗器ＶＲｏからの出力電圧を制御回路１５は左、右の夫
々の操作方向に対応して３段階の値を設定して出し得る
最高速度を制限するための判断基準とし、例えば出力電
圧が第７図のＶ、〜Ｖ、の範囲の操作角では上記速度設
定スイッチＳＷ、〜ＳＷ、により設定されている最高速
度Ｖ１．８を変更せず、現時点の車速Ｖ、とＶ、、。

とを比較して車速Ｖ、が最高速度ｙ　ａａヨより小さい
場合にはアクセル８の操作量による設定速度Ｖ。

に車速Ｖ、が等しくなるまでＰＷＭデユーティを１％づ
つ増加、あるいは減少させてモータ５の駆動を制御する
。また現時点の車速Ｖ、が最高速度Ｖｌｌ８を越えてい
る場合にはＰＷＭデユーティを５％づつ減少させてアク
セル８の操作量により設定される設定速度まで急減速を
行う、第９図（ａ）はハンドル８の操作角に対応する可
変抵抗器ＶＲｏの出力電圧が上述のようにＶ□〜ｖＬ１
の場合のアクセル８の操作量と車速Ｖ、との関係を速度
設定スイッチＳ　Ｗ　＋〜ＳＷＩの設定に対応して示し
ている。

次にハンドル９の操作角が大きくて可変抵抗器ＶＲ，の
出力電圧がＶ　Ｌ　ｌ〜ＶＬ２或はＶ□〜Ｖ＋ｔ、の場
合、制御回路１５は設定している最高速度ｖ、。

８が４．０％ｍ／ｈより小さい場合にはその最高遠度Ｖ
ｌｌ、を変更せず、４．０％ｍ／ｈ以上の場合、つまり
速度設定スイッチＳ　Ｗ　＋又はＳ　Ｗ　＋により６．
ＯＫｍ／ｈ又は４．５％ｍ／ｈに設定されている場合に
は出し得る最高速度Ｖ、１．を４．ＯＫ　ｍ　／　ｈに
制限し、この制限された最高速度Ｖｓａ。又は設定速度
設定スイッチＳＷ３の設定による最高速度■１．８に基
づいて上記の制御を行う。従ってこの場合直進中におい
て４．０％ｍ／ｈを越えて走行中に上述のような操作角
でハンドル９が切られた場合には制御回路１５は新たに
制限設定された最高速度Ｖ　＋ｍ　ａ　ｘまで急減速す
るとともその最高速度Ｖ１．ヨを越えないように速度制
御を行う。

そのため電動車椅子はスムースにカーブを通過すること
ができることになる。

第９図（ｂ）はハンドル８の操作角に対応する可変抵抗
器ＶＲ，の出力電圧が上述のようにＶ　（、Ｈ〜Ｖ　ｔ
、　２或はＶ□〜■８□の場合のアクセル８の操作量と
車速Ｖ、どの関係を速度設定スイッチＳＷｌ〜ＳＷ３の
設定に対応して示している。

上述の操作角よりハンドル９を大きくて切って、可変抵
抗器ＶＲ，の出力電圧がＶＬ２〜Ｖ　Ｌｍｓ＋＋或は■
８□〜Ｖ　Ｉ’ｌａａｍとなった場合、制御回路１５は
設定している最高速度Ｖｌ、が２．ＯＫｍ／ｈより小さ
い場合にはその最高速度Ｖ、□を変更せず、２゜０　Ｋ
　ｍ　／　ｈ以上の場合、つまり速度設定スイッチＳＷ
、又はＳ　Ｗ　＋により６．０Ｋｍ／ｈ又は４．５Ｋ　
ｍ　／　ｈに設定されている場合には出し得る最高速度
Ｖｌ、を２．ＯＫｍ／ｈに制限し、この制限された最高
速度Ｖｌ１８スは設定速度設定スイッチＳＷ３の設定に
よる最高速度Ｖ、□に基づいて上記の制御を行う、この
場合直進中において２．０Ｋｍ／ｈを越えて走行中に上
述のような操作角でハンドルグを切られた場合には制御
回路１５は２゜０　Ｋ　ｍ　／　ｈまで急減速してその
速度を越えないように制御を行う。第９図（ｃ）はハン
ドル８の操作角に対応する可変抵抗器ＶＲ，の出力電圧
が上述のようにＶＬ２〜ＶＬ、１．或はＶ　Ｒ２〜Ｖ　
＊　ｍ　ａ　＋＋の場合のアクセル８の操作量と車速■
、どの関係を速度設定スイッチＳＷｌ〜ＳＷ３の設定に
対応して示している。

第１０図（ａ）、（ｂ）は速度設定スイッチＳＷ１によ
り最高速度Ｖ１．８を６．０Ｋｍ／ｈに設定し、アクセ
ル８をフル操作して直進走行している状態において、ハ
ンドル操作を行った場合のハンドル操作角に対応する可
変抵抗器ＶＲ，の出力電圧と、その時の車速Ｖ、とを夫
々示す。

さて走行中に制御回路１５はＦＥＴ２６又は２７に流れ
る電流を診断回路２１の一部を構成する電流検出抵抗Ｒ
ａの両端に発生する電圧を監視し、モータロック等によ
って過大な電流がＦＥＴ２６又は２７に流れた場合には
ＰＷＭ出力をオフし、ＦＥＴ２６，２７を保護する。

またＦＥＴ２６，２７に取り付けた放熱板に密着されて
いる診断回路２１の一部を構成するサーミスタＴＨとコ
ンパレータＣＰとによりＦＥＴ２６．２７の温度を監視
して、所定の温度以上になった場合同様に制御回路１５
に高温検出入力を与え、制御回路１５はこの高温検出入
力があればＰＷＭ出力をオフし、ＦＥＴ２６，２７を保
護する。

ここで走行中にアクセル８をオフすると、制御回路１５
はこのオフによりＰＷＭデユーティを所定の減少カーブ
で零まで減少させ、電磁ブレーキ出力をＬ”としてトラ
ンジスタＱ１をオフし、電磁ブレーキ６をロックさせ走
行を停止する。

ところで走行中においてライト１１を点灯させる場合に
は操作スイッチＳＷ、を操作すればよく、操作スイッチ
ＳＷ、は操作毎に制御回路１５によりトランジスタＱ、
をオンオンして点灯、消灯するものである。また警報ブ
ザ−１２を吹鳴させたい場合には操作スイッチＳＷ、を
押し操作すれば良く、操作スイッチＳＷ、が押されてい
る量制御回路１５がトランジスタＱ、をオンして、警報
ブザ−１２を吹鳴動作させる。尚アクセル８を後進側に
操作し後進させる場合、後進操作に応動して制御回路１
５がトランジスタＱ４を間歇的にオンオフして警報ブザ
−１２を間歇的に吹鳴させて警報を発するようになって
いる。

またキースイッチ１４がオフ状態でキーオン検出が無い
場合で且つ交流電源が接続されている状態では、整流器
２３からの脈流がダイオードＤ２を通じて電源回路１７
に入り、制御回路１５に電源を供給するこ、とになる、
制御回路１５はこの電源で動作して充電を制御する。つ
まりトランジスタＱ、をオンさせて充電回路２２のホト
カプラ２８をオンしてサイリスタ２９をトリガし、この
サイリスタ２つを通じてバッテリＢＴを整流器２３の整
流出力により充電し、バッテリＢＴの電圧が充電完了電
圧に達すると、トランジスタＱ、をオフしてサイリスタ
３２９をターンオフさせて充電を停止させる充電制御を
行う。

ところで上記実施例ではハンドル９の操作角の大きさに
応じて出し得る最高速度Ｖ、、８に制限を加える制御を
行っているが、ハンドル９の切れ角度を低く制限しても
良い。

この場合操作角検出手段は上記実施例と同様な構成９も
のを用いるが、第１１図に示すフローチャートに基づい
て制御回路１５では可変抵抗器ＶＲｏから入力するハン
ドル９の操作角に応じた電圧をサンプリングして、サン
プリング時点の操作角をハンドル９の切れ角とし、前回
サンプリング時におけるハンドル切れ角に応じた電圧Ｄ
ｖＬと、今回サンプリングしたハンドル切れ角に応じた
電圧Ｄ　Ｖ　ｗとの差の絶対値を求め、この絶対値の大
きさが予め定めた値α以下であれば最高速度Ｖ、。

８を速度設定スイッチＳ　Ｗ　＋〜ＳＷ、による設定最
高速度とし、絶対値の大きさが値α〜２αの範囲であれ
ば最高速度Ｖ１．１を４．０Ｋｍ／ｈ若しくは速度設定
スイッチＳＷ、による設定最高速度１゜５　Ｋ　ｍ　／
　ｈに制限し、絶対値の大きさが値２αを越える場合に
は最高速度Ｖ　ａ　ｍ　ｗを２．０Ｋｍ／ｈ若しくは速
度設定スイッチＳＷ、による設定最高速度１．５Ｋｍ／
ｈに制限する制御を行う。

第１２図（ａ）、（ｂ）は速度設定スイッチＳＷ１によ
り最高速度Ｖ、□を６．ＯＫｍ／ｈに設定し、アクセル
８をフル操作して直進走行している状態において、ハン
ドル操作を行った場合のハンドル操作角に対応する可変
抵抗器ＶＲ，の出力電圧と、その時の車速Ｖ、とを夫々
示す。

尚切れ角の変化度によって最高速度を低く制限する制御
と、上述の操作角の大きさによって最高速度を低く制限
する制御とを併用する制御を行っても勿論良い。

［発明の効果コ 請求項１記載の発明はハンドル操作にて走行方向を変更
する電動車椅子において、ハンドルの回転に連動してハ
ンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、該操作角
検出手段で検出する操作角に応じて操作角が大きい程最
高速度を低く制限するようにモータ駆動を制御する制御
手段とを備えたものであるから、高速度で直進走行中に
ハンドルを切ればその操作角に応じて最高速度に制限が
加わるため、速度を自動的に減速できて安全にカーブを
通過できるという効果がある。

請求項２記載の発明はハンドル操作にて走行方向を変更
する電動車椅子において、ハンドルの回転に連動してハ
ンドルの操作角を検出する操作角検出手段と、操作角検
出手段で検出する操作角からハンドルの切れ角の変化度
が大きい程最高速度を低く制限するようにモータ駆動を
制御する制御手段とを備えたので、ハンドルを急に切っ
た場合でも、その変化度に応じて最高速度を低く制限す
るため、不安定な挙動を起こすことなくスムーズに曲が
れ、特に下り坂の走行中において、急ハンドル操作を行
っても転倒する危険が無いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の実施例の斜視図、第２図
は同上のハンドル部の上面図、第３図は同上のアクセル
の側面図、第４図は同上のブロック図、第５図は同上の
具体回路図、第６図（ａ）　　（ｂ〉は同上に使用する
操作角検出手段の一部省略した正面図、側面図、第６図
（ｃ）は同上に使用する操作角検出手段の回路図、第７
図は同上の操作角検出手段の可変抵抗器の出力電圧の説
明図、第８図は同上の動作用フローチャト、第９図（ａ
）〜（ｃ）は同上の動作説明図、第１０図は同上におけ
る走行例のハンドル操作角と、車速との説明図、第１１
図は請求項２記載の発明の実施例の動作説明用フローチ
ャート、第１２図は同上の走行例のハンドル操作角と、
車速との説明図である。 ５はモータ、９はハンドル、１５は制御回路、ＶＲ，は
可変抵抗器である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハンドル操作にて走行方向を変更する電動車椅子
   において、ハンドルの回転に連動してハンドルの操作角
   を検出する操作角検出手段と、該操作角検出手段で検出
   する操作角に応じて操作角が大きい程最高速度を低く制
   限するようにモータ駆動を制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする電動車椅子。
2. （２）ハンドル操作にて走行方向を変更する電動車椅子
   において、ハンドルの回転に連動してハンドルの操作角
   を検出する操作角検出手段と、操作角検出手段で検出す
   る操作角からハンドルの切れ角の変化度が大きい程最高
   速度を低く制限するようにモータ駆動を制御する制御手
   段とを備えことを特徴とする電動車椅子。