JPH08168506A - 補助動力式ビークル - Google Patents

補助動力式ビークル

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JPH08168506A
JPH08168506A JP7139034A JP13903495A JPH08168506A JP H08168506 A JPH08168506 A JP H08168506A JP 7139034 A JP7139034 A JP 7139034A JP 13903495 A JP13903495 A JP 13903495A JP H08168506 A JPH08168506 A JP H08168506A
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wheelchair
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信之 菅野
Atsushi Uchiyama
敦 内山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 人力の推進手段への入力の時間間隔を延ばし
て乗り手の更なる負担軽減を図ることができる補助動力
式ビークルを提供すること。 【構成】 車輪（推進手段）４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４に加算
して人力と補助動力とにより該車輪４を回転駆動する手
動式電動車椅子（補助動力式ビークル）１において、車
輪４に対して人力が除去された後においても前記補助動
力を残存させるようにする。本発明によれば、車輪４に
対して人力が除去された後においても補助動力が残存し
て車輪４を回し続けるため、１回の人力の入力に対する
車椅子１の航続距離が長くなって乗り手が車輪４を回す
ピッチが遅くて済み、この結果、乗り手の負担が更に軽
減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、推進手段に間欠的に加
えられる人力の大きさに応じた駆動力を補助動力として
推進手段に加算してこれを駆動する車椅子、自転車、足
漕ぎボート等の補助動力式ビークルに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、手動車椅子と電動車椅子の中間
的な存在として手動式電動車椅子が従来より提案されて
いる。この手動式電動車椅子は、推進手段である車輪に
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って歩行の不自由な乗
り手の肉体的な負担を軽減するものであって、これによ
れば乗り手は手動車椅子の感覚で操作することができ、
精神的苦痛も緩和される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手動式電動車椅子にあっては、補助動力は人力が車
輪に加えられている間だけ与えられ、車輪に対して人力
が除去されると同時に補助動力も除去される構成が採ら
れていたため、乗り手が車輪を回すピッチ（回数）が通
常の手動車椅子のそれと変わらず、乗り手の負担軽減の
観点からは更に改善すべき点があった。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、人力の推進手段への入力の時
間間隔を延ばして乗り手の更なる負担軽減を図ることが
できる補助動力式ビークルを提供することにある。
【０００５】又、本発明の目的とする処は、補助動力を
用いない通常のビークルと同様の惰行感覚が得られる補
助動力式ビークルを提供することにある。
【０００６】更に、本発明の目的とする処は、乗り手の
体力、前後進等に応じて補助動力の大きさ等を任意に変
えることができる補助動力式ビークルを提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、推進手段に間欠的に加えら
れる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を前記推
進手段に加算して人力と補助動力とにより該推進手段を
駆動する補助動力式ビークルにおいて、前記推進手段に
対して人力が除去された後においても前記補助動力を残
存させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記残存する補助動力の極性を入力された
人力の方向とし、その絶対値が時間的に減衰するものと
したことを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値は、
その初期値が人力の極大値によって更新されるものとし
たことを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値
を、前進方向に残存すべき補助動力と後進方向に残存す
べき補助動力との線形和としたことを特徴とする。
【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１〜３又は
４記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値
又は減衰割合の少なくとも一方を変化可能としたことを
特徴とする。
【００１２】請求項６記載の発明は、請求項１〜４又は
５記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値
を、前進方向と後進方向とで異ならせたことを特徴とす
る。
【００１３】
【作用】請求項１記載の発明によれば、推進手段に対し
て人力が除去された後においても補助動力が残存して推
進手段を駆動し続けるため、１回の人力の入力に対する
ビークルの航続距離が長くなって乗り手が推進手段を駆
動するピッチが遅くて済み、乗り手の負担が更に軽減さ
れる。
【００１４】又、請求項２及び３記載の発明によれば、
ビークルの走行に通常のビークルと同様の惰行感覚を付
与することができ、乗り手に違和感を与えることがな
い。
【００１５】更に、請求項４記載の発明によれば、例え
ばビークルが惰行しているときに逆向きの人力を推進手
段に加えればビークルの惰行作用を解消してビークルを
速やかに停止させることができる。
【００１６】又、請求項５又は６記載の発明によれば、
乗り手の体力、ビークルの前後進等に応じて補助動力の
大きさ等を任意に変えることができ、乗り手のニーズに
柔軟に対応することができる。
【００１７】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【００１８】図１は本発明に係る補助動力式ビークルの
一態様としての手動式電動車椅子の側面図、図２は同車
椅子の正面図、図３は同車椅子を折り畳んだ状態を示す
背面図、図４は同車椅子の人力検出部及び補助動力装置
部を示す車輪部分の破断平面図、図５は同拡大破断平面
図、図６は車輪の外側面図、図７は車輪のリム部の外側
面図、図８は人力検出部のスプリングの状態を説明する
ための断面図、図９及び図１０は人力が加えられたとき
の検出部のスプリングの状態を説明するための断面図で
ある。
【００１９】本実施例に係る手動式電動車椅子１は、既
存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置（Power Assi
st System ）を組み付けたものであって、図１に示すよ
うに、これのパイプ枠状のフレーム２の前後部は左右一
対のキャスタ３、車輪４によって支持されている。
【００２０】又、上記フレーム２の中央部には、乗り手
が着座すべき布製のシート５（図２参照）が張設されて
いる。尚、フレーム２は前後一対のクロス部材２ａを有
しており、Ｘ字状を成す２本のクロス部材２ａはその交
点を軸６によって枢着されている。従って、車椅子１は
図３に示すようにこれを折り畳むことができ、このとき
前記シート５も撓む。
【００２１】更に、フレーム２の後部には左右一対のハ
ンドルアーム２ｂが立設されており、各ハンドルアーム
２ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者
用のグリップ７が取り付けられている。尚、本実施例で
は介助者がグリップ７に加える力を検出するためのポテ
ンショメータ３４（図１１参照）がグリップ７内に設け
られている。
【００２２】又、フレーム２の中央上部には、乗り手の
ための左右一対の肘掛８が取り付けられ、同フレーム２
の前端下部には左右一対のステップ９が取り付けられて
いる。そして、同フレーム２の下部に前後方向に延びる
左右一対のアーム２ｃの後端部には、別のアーム２ｄが
前後方向に移動自在に嵌装されており、各アーム２ｄの
後端部にはローラ１０が回転自在に軸支されている。
尚、アーム２ｄは、アーム２ｃに突設されたピン１１に
長孔係合することによって前後方向に移動自在に支持さ
れ、これはアーム２ｃとの間に縮装された不図示のスプ
リングによって常時後方へ付勢されている。
【００２３】ところで、前記左右一対の車輪４の各々
は、図４及び図５に示すように、フレーム２に取り付け
られたブラケット１２に支持された車軸１３にボールベ
アリング１４，１５を介して回転自在に支承されてお
り、各車輪４の外側には、乗り手が手でこれを回すべき
リング状のハンドリム１６が設けられている。このハン
ドリム１６は、車輪４のハブ４ａに軸受１７によって回
転自在に支承された円板状のディスク１８に３本のスポ
ーク１９を介して取り付けられており、従って、該ハン
ドリム１６は車輪４に対して独立に回転し得る。尚、本
実施例においては、図４及び図５に示すように、車輪４
のハブ４ａとディスク１８との間にダンパー２０が介設
されている。
【００２４】而して、上記ハンドリム１６は、その全周
の３箇所が図７に示す構造によって車輪４に対して弾性
的に連結されている。
【００２５】即ち、図７に示すように、車輪４のハブ４
ａに形成された各一対のリブ４ａ−１で挟まれる空間に
は、円弧状の溝２１ａを有するスプリングガイド２１が
収納されており、該スプリングガイド２１には大小異径
のスプリング２２，２３が収納されている。尚、図７に
おいて、２４はスプリング２２，２３の脱落を防ぐ保持
部材である。
【００２６】ところで、前記スプリング２２，２３はそ
の両端がスプリング受け２５，２６によって受けられて
おり、前記ハンドリム１６に人力が加わらない中立状態
においては、図８に詳細に示すように、スプリング受け
２５，２６は一対のリブ４ａ−１に当接して小径のスプ
リング２３は両スプリング受け２５，２６間に所定の予
圧を持って縮装される一方、大径のスプリング２２はそ
の両端がスプリング受け２５，２６から若干離脱してス
プリング受け２５，２６に力を及ぼしていない。尚、大
径のスプリング２２のバネ定数は小径のスプリング２３
のそれよりも大きく設定されている。
【００２７】一方、図６に示すように、前記ディスク１
８の全周３箇所には一対のピン２７，２８が内方に向か
って突設されており、各一対のピン２７，２８はハンド
リム１６に人力が加わらない中立状態においては、図７
及び図８に示すように前記スプリング受け２５，２６の
端面に当接している。尚、一方のピン２７はディスク１
８の内面に固設されているが、他方のピン２８は図６に
示すようにディスク１８に形成された円弧状の長孔１８
ａに位置調整自在に貫設されており、該ピン２８はスプ
リング受け２６の端面に当接した状態でナット２９によ
って締め付けられてディスク１８に固定される。又、リ
ブ４ａ−１には、ピン２７，２８の移動を許容するため
の溝４ａ−２が形成されている。
【００２８】又、図４乃至図７に示すように、ハンドリ
ム１６側のディスク１８には、ハンドリム１６に加えら
れる人力の大きさ及び方向を検出するためのポテンショ
メータ３０が固設されており、該ポテンショメータ３０
の人力軸３０ａの端部にはレバー３１の一端が結着され
ており、該レバー３１の他端は、車輪４のハブ４ａに突
設されたピン３２にゴム製のキャップ３３を介して係合
している。尚、キャップ３３はレバー３１のガタを防止
するためのものである。
【００２９】ところで、図４及び図５に示すように、左
右一対の車輪４の各々の内側には補助動力装置（図４及
び図５には一方のみ図示）４０が設けられている。
【００３０】上記補助動力装置４０は、補助動力を発生
する駆動モータ４１と、該駆動モータ４１の駆動力を車
輪４に伝達するギヤＧ１〜Ｇ４を収容するギヤケース４
２を有しており、駆動モータ４１の出力軸端には小径の
ギヤＧ１が結着されている。尚、ギヤケース４２は、前
記車軸１３に保持されるとともに、図４に示すように、
ゴムを介してフレーム２に固定されている。
【００３１】又、上記ギヤケース４２にはカウンタ軸４
３と駆動軸４４が車軸１３と平行に回転自在に支承され
ており、カウンタ軸４３には大小異径のギヤＧ２，Ｇ３
が結着され、駆動軸４４には大径のギヤＧ４が自由回転
自在に支承されるとともに、その端部には小径のギヤＧ
５が結着されている。そして、前記大径のギヤＧ２は前
記小径のギヤＧ１に噛合し、小径のギヤＧ３は大径のギ
ヤＧ４に噛合している。又、前記ギヤＧ５は、ハブ４ａ
の内周部に嵌合保持された大径のリングギヤＧ６に噛合
している。尚、リングギヤＧ６はハブ４ａに対して相対
回転可能に保持されており、両者の間には周方向に配列
された複数のダンパー部材４５が介設されている。
【００３２】ところで、前記駆動軸４４上には大径のギ
ヤＧ４の駆動軸４４との結合を断接するためのドグクラ
ッチ４６が設けられており、該ドグクラッチ４６は前記
フレーム２の前方上部に設けられたクラッチレバー４７
（図１参照）の回動操作によってＯＮ／ＯＦＦ動作す
る。そして、ドグクラッチ４６の近傍には、該ドグクラ
ッチ４６のＯＮ／ＯＦＦを検知するリミットスイッチ４
８が設けられており、ドグクラッチ４６がＯＦＦ状態に
あるときには後述の駆動モータ４１に電流が流れないよ
う構成されている。
【００３３】尚、以上は一方の車輪４側に設けられた補
助動力装置４０の構成について述べたが、他方の車輪４
側に設けられた補助動力装置４０も共通のものが使用さ
れており、部品の共通化による量産効果を得ることがで
きる。そのため、左右一対の補助動力装置４０は、図２
に示すように点対称の関係を保って配置されている。即
ち、各補助動力装置４０においては、駆動モータ４１が
車軸１３の中心線からオフセットしており、このような
共通の補助動力装置４０を左右の車輪４に対して点対称
の関係を保って配置すると、本実施例の最凸部である左
右一対の駆動モータ４１は上下方向に段差をもって配さ
れることとなり、当該車椅子１を図３に示すように折り
畳んだ際に両駆動モータ４１が互いに干渉することがな
く、この結果、車椅子１をコンパクトに折り畳むことが
できる。
【００３４】一方、図１に示すように、フレーム２の前
部側方には前記補助動力装置４０の駆動を制御するため
のコントローラ５０が取り付けられており、該コントロ
ーラ５０の上方にはバッテリ６０が取り付けられてい
る。尚、コントローラ５０は、図２に鎖線にて示すよう
に、フレーム２のクロス部材２ａに取り付けても良い。
【００３５】ここで、コントローラ５０の構成を図１１
に基づいて説明する。
【００３６】図１１はコントローラ５０の構成を示すブ
ロック図であり、該コントローラ５０は、前記ポテンシ
ョメータ３０によって検出されるハンドリム１６に加え
られる人力又は／及びグリップ７に設けられたポテンシ
ョメータ３４によって検出されるグリップ７に加えられ
る人力（介助者によって加えられる人力）に対する補助
動力を演算するアシスト力演算手段５１と、該アシスト
力演算手段５１によって求められた補助動力（つまり、
補助動力の目標値（目標トルク））に対して駆動モータ
４１の駆動を制御する（駆動モータ４１に供給すべき電
流を制御する）モータ制御手段５２と、該モータ制御手
段５２からの制御信号を受けてそれに見合うデューティ
値のゲート信号Ｇa ，Ｇb ，Ｇc ，Ｇd をゲートに出力
するゲートドライブ回路５３を含んで構成されている。
尚、図１１において、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ
はゲート信号Ｇa ，Ｇb ，Ｇc ，Ｇd をそれぞれ印加さ
れてＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
である。
【００３７】次に、本手動式電動車椅子１の作用を説明
する。
【００３８】乗り手が左右一対のハンドリム１６を例え
ば前進方向に回すためにこれに力を加えると、各ハンド
リム１６に加えられた人力ＦM の大きさが前記３本の小
径スプリング２３の予圧力に打ち勝つまでの間はハンド
リム１６は不動であって、ハンドリム１６と車輪４の間
に相対回転は生じず、このとき、図１２に示すようにポ
テンショメータ３０の出力は０を示す。尚、図１２はハ
ンドリム１６に加えられる人力ＦM に対するポテンショ
メータ３０の出力特性を示す図であり、同図において、
ＦM0は３本の小径スプリング２３の予圧力に等しい人力
の値である。
【００３９】その後、人力ＦM がＦM0を超えて増大する
と、図９に示すように一方のピン２７がスプリング受け
２５を押圧して先ず小径のスプリング２３のみを圧縮
し、ハンドリム１６はスプリング２３の圧縮量に見合う
角度だけ車輪４に対して相対回転する。そして、このハ
ンドリム１６の相対回転量はレバー３１によって拡大さ
れてポテンショメータ３０に伝達され、ポテンショメー
タ３０は、図１２に直線ａに示すように、ハンドリム１
６に加えられる人力ＦM に対する信号を出力する。尚、
小径のスプリング２３のバネ定数は小さいため、該スプ
リング２３の人力ＦM の増加量に対する圧縮量、つま
り、ハンドリム１６の回動量は大きく、従って、ポテン
ショメータ３０の感度は高く保たれ、このため、乗り手
は当該車椅子１のデリケートな操作が可能となる。
【００４０】そして、ハンドリム１６に加えられる人力
ＦM の値が図１２に示すＦM1に達すると、大径のスプリ
ング２２も小径のスプリング２３と共に圧縮され始め、
ハンドリム１６は両スプリング２２，２３の圧縮量に見
合う角度だけ車輪４に対して相対回転し、このとき、ポ
テンショメータ３０は、図１２の直線ｂに示すようにハ
ンドリム１６に加えられる人力ＦM に対する信号を出力
する。
【００４１】その後、ハンドリム１６に加えられる人力
ＦM が図１２に示すＦM2を超えた場合には、図１０に示
すようにピン２７が保持部材２４に当接するため、人力
ＦMはピン２７から保持部材２４を経て車輪４に直接伝
達される。このとき、ポテンショメータ３０の出力は、
図１２に直線ｃにて示すように一定となる。
【００４２】尚、ユーザーがハンドリム１６に逆方向の
力を加えた場合のポテンショメータ３０の出力は、図１
２の直線ａ’，ｂ’，ｃ’によって表され、図１２にハ
ッチングを付した領域が不感帯領域となる。このような
不感帯領域を設けることにより、機械的誤差や電気的誤
差を許容しながら静止状態を確実に検出することができ
る。
【００４３】而して、ハンドリム１６には人力ＦM が間
欠的に加えられ、この人力ＦM は前述のようにポテンシ
ョメータ３０によって検出され、その検出信号Ｖinは前
記コントローラ５０のアシスト力演算手段５１に入力さ
れる。
【００４４】上記アシスト力演算手段５１はポテンショ
メータ３０から出力された入力信号Ｖinに対し所要のア
シスト比に基づいて目標トルクτを演算し、それに見合
う制御信号をモータ制御手段５２に出力する。尚、入力
信号Ｖinと目標トルクτとの関係（アシスト力演算手段
５１の特性）をアシスト比をパラメータとして図１３に
示す。本実施例では、Ｖinの値がＶi1〜Ｖi2の範囲にあ
るときは、目標トルクτは０となり、電気的な不感帯域
が形成される。
【００４５】モータ制御手段５２は駆動モータ４１に供
給すべき電流を制御し、ゲートドライブ回路５３はモー
タ制御手段５２からの制御信号を受けて必要なデューテ
ィ値のゲート信号Ｇa ，Ｇd をＦＥＴ５４ａ，５４ｄの
ゲートに印加する（前進の場合）。すると、バッテリ６
０からの電流はＦＥＴ５４ａ，５４ｄを通じて図１１の
矢印方向に流れ、これによって駆動モータ４１が正転さ
れる。ＦＥＴ５４ｄを通るモータ電流値Ｉb はモータ制
御手段５２にフィードバックされて目標値と比較され、
ケート信号Ｇa ，Ｇd のデューティ値を増減する。
【００４６】而して、上述のように駆動モータ４１が正
転すると、該駆動モータ４１によって発生する駆動力が
補助動力ＦA として車輪４に与えられる。即ち、駆動モ
ータ４１の回転は、図５に示すギヤＧ１，Ｇ２によって
１段減速されてカウンタ軸４３に伝達され、ドグクラッ
チ４６がＯＮのとき、該カウンタ軸４３の回転はギヤＧ
３，Ｇ４によって２段減速されて駆動軸４４に伝達され
る。そして、この駆動軸４４の回転はギヤＧ５，Ｇ６に
よって３段減速された後、ダンパー部材４５を介して車
輪４に伝達され、該車輪４が人力ＦM に補助動力ＦA を
加えた大きさの駆動力Ｆ（＝ＦM ＋ＦA ）によって回転
駆動され、これによって車椅子１が前進せしめられ、乗
り手は全駆動力Ｆの例えば約１／２程度の小さな駆動力
（人力）ＦM で楽に車椅子１を操作することができる。
【００４７】ところで、ハンドリム１６に逆方向（後進
方向）の人力ＦM が加えられた場合には、図１１に示す
ゲートドライブ回路５３はゲート信号Ｇb ，Ｇc をＦＥ
Ｔ５４ｂ，５４ｃにそれぞれ印加してこれらをＯＮ／Ｏ
ＦＦする。すると、バッテリ６０からの電流は駆動モー
タ４１を逆方向に流れるために該駆動モータ４１は逆転
し、車輪４にはこれを逆転させる方向の補助動力ＦA が
加えられる。ＦＥＴ５４ｂを通るモータ電流値Ｉa はモ
ータ制御手段５２にフィードバックされて目標値と比較
され、ゲート信号Ｇb ，Ｇc のデューティ値を増減す
る。
【００４８】尚、グリップ７に介助者によって加えられ
る人力もポテンショメータ３４によって検出され、この
人力に応じた補助動力が車輪４に加えられるが、ハンド
リム１６とグリップ７に同時に人力が加えられた場合に
は何れか一方に加えられた人力を優先してその人力に応
じた補助動力を車輪４に与えるようにしても良いし、両
方の補助動力を加算しても良い。
【００４９】ここで、コントローラ５０で算出される補
助動力の目標値（目標トルク）の経時変化を図１４に示
すが、図示のように、本実施例においては、ハンドリム
１６に対して人力ＦM が除去された後においても補助動
力ＦA を残存させている。即ち、人力ＦM がハンドリム
１６に加えられると、ポテンショメータ３０は入力信号
Ｖin1 を出力し、コントローラ５０によって補助動力Ｆ
A1が車輪４に加えられる。そして、時間ｔ2 において入
力信号Ｖin1 が減少し始めると、該入力信号Ｖin1 の極
大値が減衰しながら維持され、残存する補助動力ＦA2が
車輪４に加え続けられる。
【００５０】このように、車輪４に対して人力ＦM が除
去された後においても補助動力ＦA2が残存して車輪４を
回し続けるため、１回の人力ＦM の入力に対する車椅子
１の航続距離が長くなって乗り手が車輪４を回すピッチ
が遅くて済み、乗り手の肉体的な負担が更に軽減され
る。
【００５１】而して、上記残存する補助動力ＦA2の極性
は入力された人力ＦM の方向（例えば、前進方向）とさ
れ、その絶対値｜ＦA2｜は図示のように時間的に減衰し
ている。このように補助動力ＦA2の絶対値｜ＦA2｜が時
間的に減衰するため、車椅子１の走行には従来の手動車
椅子と同様の惰行感覚が与えられる。
【００５２】そして、次に乗り手がハンドリム１６に人
力ＦM を加えたために入力信号Ｖin2 が間欠的に出力さ
れると、時間ｔ3 においてＦA2＜Ｖin2 になったとき、
その入力信号Ｖin2 に応じた補助動力ＦA1が車輪４に加
えられ、時間ｔ4 において入力信号Ｖin2 が減少し始め
ると、該入力信号Ｖin2 の極大値が減衰しながら維持さ
れ、残存補助動力ＦA2が車輪４に加え続けられる。この
ように、残存する補助動力ＦＡ2 の絶対値｜ＦA2｜は、
その初期値（例えば、図１４の時間ｔ2 ，ｔ4，ｔ6 に
おける値）が人力ＦM の極大値によって順次更新され
る。
【００５３】その後、図１４に示すように車椅子１が惰
行している時に逆方向（後進方向）の人力ＦM がハンド
リム１６に加えられたために図示の入力信号Ｖin4 が出
力されると、残存する補助動力ＦA2の絶対値｜ＦA2｜
は、前進方向に残存する補助動力と後進方向に残存する
補助動力との線形和として求められるために図１４に示
すように急激に減少し、この結果、車椅子１の惰行作用
が解消され、車椅子１は速やかに停止せしめられる。
【００５４】尚、残存する補助動力ＦA2の絶対値｜ＦA2
｜又はその減衰割合の少なくとも一方をユーザーの体力
等によって変えても良く、或は前進時と後進時で変えて
も良い。
【００５５】ここで、補助動力ＦA を残存させる具体的
手法を図１５に基づいて説明する。
【００５６】図１５は前記アシスト力演算手段５１の回
路構成図であり、図中、Ｃ11，Ｃ21はコンデンサ、
Ｄ11，Ｄ21はダイオード、Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ
15，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ24，Ｒ31，Ｒ32は抵抗、ＯＰ１は反
転加算器である。
【００５７】ポテンショメータ３０はその両端が安定化
された正負の電源Ｖ+ ，Ｖ- に接続されており、人力Ｆ
M の入力が０のときに出力電圧が０となるように機械的
に取り付けられている。
【００５８】而して、前進方向の人力ＦM の入力によっ
てポテンショメータ３０が正の電位を発生すると、この
発生した電位はＲ14を通じてコンデンサＣ11をチャージ
する。人力ＦM が一定若しくは増加中のときにはコンデ
ンサＣ11のチャージは続くが、人力ＦM が減少したため
にポテンショメータ３０の電位が減少に向かうと、ダイ
オードＤ11の作用によって逆流が阻止され、電位の極大
値（ピーク値）が記憶されるよう作用する。
【００５９】一方、コンデンサＣ11はその電荷を抵抗Ｒ
12によって放電しているため、該コンデンサＣ11の端子
電位は時間と共に減少する。
【００６０】以上の作用によって、前進方向の人力ＦM
が加えられた場合には、その人力ＦM が極大値に達する
まではＲ12とＲ13によって決まるアシスト比で補助動力
ＦAが加えられ、その後、人力ＦM が減少し始めると、
補助動力ＦA の極大値が減衰しながら維持され、人力Ｆ
M が除去された後においても補助動力ＦA が残存するこ
ととなる。尚、補助動力ＦA が残存する時間はコンデン
サＣ11の容量及び抵抗Ｒ12の値によって任意に調整可能
であり、本実施例では乗り手の状況に応じて２秒〜５秒
の間で調整可能としている。
【００６１】又、後進方向に人力ＦA が加えられた場合
には、ダイオードＤ21、コンデンサＣ21及び抵抗Ｒ22，
Ｒ24によって構成される負側の電位のピークホールド及
びスローリリース機能によって、人力ＦM が除去された
後においても補助動力ＦA が残存せしめられる。
【００６２】他方、前記反転加算器ＯＰ１は、入力抵抗
Ｒ12，Ｒ22にて決まる比率によってコンデンサＣ11，Ｃ
21の電位を線形加算しており、入力抵抗Ｒ12とＲ13によ
って前進方向のアシスト比が決まり、抵抗Ｒ22とＲ13に
よって後進方向のアシスト比が決まる。例えば、Ｒ12＝
Ｒ22のときには、前後進のアシスト比は同等となり、短
時間の間に前後方向にそれぞれ同等の人力ＦM を加えた
場合には、コンデンサＣ11，Ｃ21のそれぞれに電位は記
憶されるが、反転加算器ＯＰ１によって正負等量の電位
として加算されるため、最終的に目標トルクの出力は殆
ど０となる。
【００６３】尚、乗り手の体力等の状況によっては、前
後進のアシスト比を変えたい場合があるが、斯かる場合
には抵抗Ｒ12，Ｒ22の比率を変えれば良い。
【００６４】ところで、介助者によって加えられる人力
を検出するポテンショメータ３４の電位は入力抵抗Ｒ32
によって直接反転加算器ＯＰ１に加算されるため、介助
者による人力に応じて加えられる補助動力が人力を除い
た後も残存することはない。
【００６５】尚、入力抵抗Ｒ32の値を変えることによっ
て、介助者の体力等に応じたアシスト比の設定が可能と
なる。
【００６６】次に、補助動力を残存させるための具体的
手法の別実施例を図１６乃至図１８に基づいて説明す
る。尚、図１６はコントローラ５０の構成を示すブロッ
ク図、図１７は入力信号特性を示す図、図１８はアシス
ト力演算処理手順を示すフローチャートである。
【００６７】図１６に示すように、本実施例において
は、コントローラ５０はＣＰＵ５５とモータドライバ５
６を含んで構成され、ポテンショメータ３０，３４によ
って検出された人力はＩ／Ｆ（インターフェイス）を介
してＣＰＵ５５に入力される。
【００６８】そして、上記ＣＰＵ５５はポテンショメー
タ３０，３４からの信号が入力されると、図１８に示す
アシスト力演算処理を実行する。
【００６９】即ち、ポテンショメータ３０からの入力信
号Ｖ1 とポテンショメータ３４からの入力信号Ｖ2 の値
が正常値であるか否か、つまり、入力信号Ｖ1 ，Ｖ2 の
値が所定の範囲Ｖlow 〜Ｖhigh（図１７参照）に含まれ
るか否か（Ｖlow ＜Ｖ1 ＜Ｖhigh，Ｖlow ＜Ｖ2 ＜Ｖ
high）を判定し（図１８のSTEP１）、含まれていれば前
後進の判定を行う（図１８のSTEP３）。尚、入力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 が所定の範囲Ｖlow 〜Ｖhighを逸脱して異常値
を示せば、エラー処理がなされる（図１８のSTEP２）。
【００７０】前記前後進の判定においては、入力信号Ｖ
1 がＶnull（図１７参照）に対して大きいか否か（Ｖ1
−Ｖnull＞０）を判定し、Ｖ1 がＶnullよりも大きけれ
ば（Ｖ1 −Ｖnull＞０）前進、小さければ（Ｖ1 −Ｖ
null＜０）後進とそれぞれ判定される。
【００７１】而して、Ｖ1 −Ｖnull＞０であるために前
進と判定されれば、入力信号Ｖ1 の絶対値Ｖpos が下
式：
【００７２】
【数１】Ｖpos ＝Ｖ1 −Ｖnull …（１） によって求められ（図１８のSTEP４）、この絶対値Ｖ
pos が、保持されている極大値Ｖpmaxに対して大きいか
否か（Ｖpmax＜Ｖpos ）が判定され（図１８のSTEP
５）、大きければ極大値Ｖpmaxがこの絶対値Ｖpos によ
って更新（Ｖpmax＝Ｖpos ）され（図１８のSTEP６）、
小さければ極大値Ｖpmaxの更新はなされない。
【００７３】そして、次に極大値Ｖpmaxの漸減（時間的
減衰）の要否がＶpmax＞０によって判定され（図１８の
STEP７）、Ｖpmax＞０であれば、極大値Ｖpmaxの漸減の
要ありとして極大値Ｖpmaxが下式によってｄＶずつ減じ
られる（図１８のSTEP８）。
【００７４】
【数２】Ｖpmax＝Ｖpmax−ｄＶ …（２） 尚、Ｖpmax≦０であれば、極大値Ｖpmaxの漸減の要なし
として極大値Ｖpmaxが保持される。このときの極大値Ｖ
pmaxの絶対値は微小であり、図１３に示したＶi1〜Ｖi2
の電気的不感帯域の範囲内に収まり、車椅子１は静止
し、逆転することはない。
【００７５】一方、Ｖ1 −Ｖnull＜０であるために後進
と判定された場合には、前進時と同様に入力信号Ｖ1 の
絶対値Ｖneg が下式：
【００７６】
【数３】Ｖneg ＝Ｖnull−Ｖ1 …（３） によって求められ（図１８のSTEP９）、この絶対値Ｖ
neg が、保持されている極大値Ｖnmaxに対して大きいか
否か（Ｖnmax＜Ｖneg ）が判定され（図１８のSTEP１
０）、大きければ極大値Ｖnmaxがこの絶対値Ｖneg によ
って更新（Ｖnmax＝Ｖneg ）され（図１８のSTEP１
１）、小さければ極大値Ｖnmaxの更新はなされない。
【００７７】そして、次に極大値Ｖnmaxの漸減（時間的
減衰）の要否がＶnmax＞０によって判定され（図１８の
STEP１２）、Ｖnmax＞０であれば、極大値Ｖnmaxの漸減
の要ありとして極大値Ｖnmaxが下式によってｄＶずつ減
じられる（図１８のSTEP１３）。
【００７８】
【数４】Ｖnmax＝Ｖnmax−ｄＶ …（４） 尚、Ｖnmax≦０であれば、極大値Ｖnmaxの漸減の要なし
として極大値Ｖnmaxが保持される。
【００７９】上述のようにして前後進における極大値Ｖ
pmax，Ｖnmaxが求められると、アシスト力Ｖout が次式
によって求められる（図１８のSTEP１４）。
【００８０】
【数５】 Ｖout ＝ｋ１＊Ｖpmax−ｋ２＊Ｖnmax＋ｋ３＊Ｖ2 …（５） ここに、ｋ１，ｋ２，ｋ３は一定又は可変の係数、Ｖ2
はポテンショメータ３４からの入力信号である。
【００８１】而して、以上の処理が常時繰り返され（図
１８のSTEP１５）、前記（２），（４）式によって極大
値Ｖpmax，Ｖnmaxが時間的に漸減されるため、ハンドリ
ム１６に加えられる人力については前後進において人力
が除去された後においても時間的に減衰する補助動力が
残存することとなるが、介助者による人力については補
助動力は残存しない。
【００８２】ところで、以上の実施例における車椅子１
の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力ＦA 及び人力ＦM の
時間的変化を図１９に示すが、該実施例では補助動力Ｆ
A が極大値ＦAmaxに達した後にその値を時間的にほぼ一
定割合で漸減させている。つまり、ポテンショメータ３
０からの入力信号Ｖ1 の絶対値Ｖpos ，Ｖneg の極大値
Ｖpmax，Ｖnmaxから減じられるべき値ｄＶ（（２）式及
び（４）式参照）は時間的に一定（ｄＶ＝一定）であっ
た。そして、合成駆動力Ｆ（補助動力ＦA ）が０となる
時間ｔ3 以後においては駆動モータ４１を含む補助動力
装置４０の車輪４側からの逆駆動に対する負荷及び路面
抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該車椅子１は
時間ｔ4 において停止する。しかし、前記値ｄＶを時間
的に変化させても良い。つまり、ｄＶを時間ｔの関数と
してｄＶ（ｔ）と表し、補助動力ＦA の残存量演算にお
いて極大値Ｖpmax，Ｖnmaxを（２）式、（４）式に代え
て次式によってそれぞれ求めるようにしても良い（図２
０のSTEP８，１３参照）。尚、図２０はアシスト力演算
処理手順を示す図１８と同様のフローチャートである。
【００８３】
【数６】Ｖpmax＝Ｖpmax−ｄＶ（ｔ） …（２）’ Ｖnmax＝Ｖnmax−ｄＶ（ｔ） …（４）’ では、補助動力ＦA の制御の仕方（つまり、ｄＶ（ｔ）
の設定の仕方）の具体例を図２１乃至図２４に基づいて
各々説明する。尚、図２１乃至図２４は車椅子１の速度
ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力ＦA 及び人力ＦM の時間的
変化を示す図１９と同様の図である。
【００８４】図２１に示す例では、補助動力ＦA が極大
値に達した時間ｔ1 から時間ｔ3 までの一定時間だけ補
助動力ＦA をほぼその極大値ＦAmaxに保持（ＦA ≒Ｆ
Amax）した後、補助動力ＦA をその極大値ＦAmaxから時
間的にほぼ一定の割合で漸減させている。つまり、ｄＶ
（ｔ）は時間ｔに対して次のように設定されている。
【００８５】
【数７】時間ｔ1 〜ｔ3 ：ｄＶ（ｔ）≒０ 時間ｔ3 〜ｔ4 ：ｄＶ（ｔ）≒一定 以上のように一定時間だけ補助動力ＦA を極大値ＦAmax
に保持すれば、より小さな人力ＦM で車椅子１を走行さ
せることができ、登坂も楽に行えるようになる。尚、本
実施例においても、合成駆動力Ｆ（補助動力ＦA ）が０
となる時間ｔ4以後においては補助動力装置４０の逆駆
動による負荷及び路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは
漸減し、該車椅子１は時間ｔ5 において停止する。
【００８６】又、図２２に示す例では、補助動力ＦA の
漸減比率を途中で変更している。即ち、補助動力ＦA の
時間ｔ1 〜ｔ3 における漸減比率を時間ｔ3 〜ｔ4 にお
ける漸減比率よりも大きく設定している。従って、時間
ｔ1 〜ｔ3 におけるｄＶ（ｔ）の値は時間ｔ3 〜ｔ4 に
おける値よりも大きく設定されている。
【００８７】而して、上述のように補助動力ＦA の漸減
比率を途中で変更することによって、手動車椅子により
近い駆動感覚が得られ、操作がやり易く簡単になる。
尚、本実施例においても、合成駆動力Ｆ（補助動力Ｆ
A ）が０となる時間ｔ4 以後においては補助動力装置４
０の逆駆動による負荷及び路面抵抗によって車椅子１の
速度ｖは漸減し、該車椅子１は時間ｔ5 において停止す
る。尚、本実施例では補助動力ＦA の漸減比率を２段特
性としているが、３段以上の多段特性としても良く、或
は連続曲線的に漸減するような特性としても良い。
【００８８】更に、図２３に示す例では、補助動力ＦA
を時間ｔ1 〜ｔ3 まではほぼ一定の割合で漸減させてい
るが、時間ｔ3 以降は車椅子１が停止する時間ｔ4 まで
は、ほぼＦAOに保持している。つまり、ｄＶ（ｔ）は時
間ｔに対して次のように設定されている。
【００８９】
【数８】時間ｔ1 〜ｔ3 ：ｄＶ（ｔ）≒一定 時間ｔ3 〜ｔ4 ：ｄＶ（ｔ）≒０ 尚、ほぼ一定に保持される補助動力ＦA の値ＦAOは補助
動力装置４０の逆駆動による負荷に見合う量であって、
駆動モータ４１（図４及び図５参照）にはその量に見合
う電流が供給される。勿論、補助動力ＦA を時間ｔ1 〜
ｔ3 まで曲線的に漸減させても良く、又、値ＦAOに若干
の傾きを持たせても良い。
【００９０】以上のように補助動力ＦA を漸減させた後
にそれを所定値ＦAOに保持することによって補助動力装
置４０の逆駆動による負荷が補助動力ＦAOによって相殺
され、路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該
車椅子１は時間ｔ4 において停止するため、車椅子１に
は補助動力装置４０が設けられていない手動車椅子と同
様の惰行感覚が得られるとともに、必要以上の補助動力
ＦA を発生させなくて済むため、省エネルギーが図られ
て車椅子１の航続距離が延長される。
【００９１】又、図２４に示す例では、図２３に示した
例における上記と同様の効果を得るためにクラッチを設
け、例えば時間ｔ3 においてモータの駆動をＯＦＦする
と共にクラッチもＯＦＦして車輪側からモータ側への逆
駆動力の伝達を阻止するようにしている。
【００９２】ここで、クラッチとして電磁クラッチを用
いた例を図２５に基づいて説明する。尚、クラッチとし
てはその他機械的クラッチ等を用いることができる。
【００９３】図２５は補助動力装置のモータ部分の断面
図であり、図示のように電磁クラッチ７０は駆動モータ
８０とプーリ９０の間に介設されており、該電磁クラッ
チ７０は、駆動モータ８０の出力軸８１に摺動自在にス
プライン嵌合されたスライダ７１と、ベアリング７２に
よって回転自在に支承されたクラッチプレート７３と、
該クラッチプレート７３と前記スライダ７１の間に介設
されてスライダ７１をクラッチプレート７３から離間す
る方向（電磁クラッチ７０がＯＦＦされる方向）付勢す
る板ばね７４及び電磁コイル７５を含んで構成されてい
る。
【００９４】尚、前記プーリ９０は前記クラッチプレー
ト７３の端部にビス９１によって結着されており、該プ
ーリ９０と不図示の車輪に連なるプーリ９２の間には駆
動ベルト９３が巻装されている。
【００９５】而して、人力ＦM の入力に伴って電磁クラ
ッチ７０がＯＮされるとともに、駆動モータ８０の駆動
が開始され、該駆動モータ８０の出力軸８１の回転が電
磁クラッチ７０を経てプーリ９０に伝達され、更に駆動
ベルト９３、プーリ９２及び不図示の駆動経路を経て車
輪に伝達され、車輪に補助動力ＦA が付与される。
【００９６】駆動モータ８０に発生する補助動力ＦA
は、図２４に示すようにその値が極大値ＦAmaxに達した
時間ｔ1 以降は漸減されるが、このとき、電磁クラッチ
７０はＯＮ状態を保っている。
【００９７】その後、図２４に示す時間ｔ3 において駆
動モータ８０への通電が遮断されて該駆動モータ８０の
駆動が停止されるとともに、電磁クラッチ７０がＯＦＦ
される。
【００９８】従って、時間ｔ3 以降は補助動力ＦA が車
輪に付与されず、又、電磁クラッチ７０がＯＦＦされて
車輪側から駆動モータ８０への逆駆動力の伝達が遮断さ
れるため、車椅子１は補助動力装置を設けていない手動
車椅子と同様に慣性力によって前進し、路面抵抗によっ
てその速度ｖが漸減されて時間ｔ4 において停止する。
【００９９】以上、ｄＶ（ｔ）の設定の仕方の具体例を
幾つか提示したが、本発明はこれらに限らず、これらを
適宜に組み合わせたり、その他の特性を採用しても良
い。
【０１００】又、以上は本発明を特に手動式電動車椅子
に適用した例について言及したが、本発明は自転車、足
漕ぎボート等の他のビークルをもその適用対象に含むこ
とは勿論である。
【０１０１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
記載の発明によれば、推進手段に対して人力が除去され
た後においても補助動力が残存して推進手段を駆動し続
けるため、１回の人力の入力に対するビークルの航続距
離が長くなって乗り手が推進手段を駆動するピッチが遅
くて済み、使用者の負担が更に軽減されるという効果が
得られる。
【０１０２】又、請求項２及び３記載の発明によれば、
ビークルの走行に通常のビークルと同様の惰行感覚を付
与することができ、乗り手に違和感を与えることがない
という効果が得られる。
【０１０３】更に、請求項４記載の発明によれば、例え
ばビークルが惰行しているときに逆向きの人力を推進手
段に加えれば車両の惰行作用を解消してビークルを速や
かに停止させることができるという効果が得られる。
【０１０４】又、請求項５又は６記載の発明によれば、
乗り手の体力、ビークルの前後進等に応じて補助動力の
大きさ等を任意に変えることができ、乗り手のニーズに
柔軟に対応することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の側面
図である。
【図２】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の正面
図である。
【図３】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子を折り
畳んだ状態を示す背面図である。
【図４】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の人力
検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の破断平面図
である。
【図５】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の人力
検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の拡大破断平
面図である。
【図６】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の車輪
の外側面図である。
【図７】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の車輪
のリム部の外側面図である。
【図８】人力検出部のスプリングの状態を説明するため
の断面図である。
【図９】人力が加えられたときの検出部のスプリングの
状態を説明するための断面図である。
【図１０】人力が加えられたときの検出部のスプリング
の状態を説明するための断面図である。
【図１１】コントローラの構成を示すブロック図であ
る。
【図１２】ハンドリムに加えられる人力に対するポテン
ショメータの出力特性を示す図である。
【図１３】入力信号と目標トルクとの関係（アシスト力
演算手段の特性）をアシスト比をパラメータとして示す
図である。
【図１４】コントローラで算出される補助動力の目標値
（目標トルク）の経時変化を示す図である。
【図１５】アシスト力演算手段の回路構成図である。
【図１６】別実施例に係るコントローラの構成を示すブ
ロック図である。
【図１７】入力信号特性図である。
【図１８】アシスト力演算処理手順を示すフローチャー
トである。
【図１９】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ
A 及び人力ＦM の時間的変化を示す図である。
【図２０】アシスト力演算処理手順を示すフローチャー
トである。
【図２１】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ
A 及び人力ＦM の時間的変化を示す図である。
【図２２】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ
A 及び人力ＦM の時間的変化を示す図である。
【図２３】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ
A 及び人力ＦM の時間的変化を示す図である。
【図２４】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ
A 及び人力ＦM の時間的変化を示す図である。
【図２５】電磁クラッチを備える補助動力装置のモータ
部分の断面図である。
【符号の説明】
１ 手動式電動車椅子（補助動力式車両） ４ 車輪（推進手段） １６ ハンドリム ３０，３４ ポテンショメータ ４０ 補助動力装置 ４１ 駆動モータ ５０ コントローラ ６０ バッテリ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 推進手段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前記推進手段に加算
    して人力と補助動力とにより該推進手段を駆動する補助
    動力式ビークルにおいて、前記推進手段に対して人力が
    除去された後においても前記補助動力を残存させるよう
    にしたことを特徴とする補助動力式ビークル。
  2. 【請求項２】 前記残存する補助動力の極性は入力され
    た人力の方向とされ、その絶対値は時間的に減衰するこ
    とを特徴とする請求項１記載の補助動力式ビークル。
  3. 【請求項３】 前記残存する補助動力の絶対値は、その
    初期値が人力の極大値によって更新されることを特徴と
    する請求項１又は２記載の補助動力式ビークル。
  4. 【請求項４】 前記残存する補助動力の絶対値は、前進
    方向に残存すべき補助動力と後進方向に残存すべき補助
    動力との線形和であることを特徴とする請求項１，２又
    は３記載の補助動力式ビークル。
  5. 【請求項５】 前記残存する補助動力の絶対値又は減衰
    割合の少なくとも一方を変化可能としたことを特徴とす
    る請求項１〜３又は４記載の補助動力式ビークル。
  6. 【請求項６】 前記残存する補助動力の絶対値は、前進
    方向と後進方向とで異なることを特徴とする請求項１〜
    ４又は５記載の補助動力式ビークル。
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