JPH09154894A - 電動補助動力付き車椅子のトルク検出装置 - Google Patents

電動補助動力付き車椅子のトルク検出装置

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JPH09154894A
JPH09154894A JP7349950A JP34995095A JPH09154894A JP H09154894 A JPH09154894 A JP H09154894A JP 7349950 A JP7349950 A JP 7349950A JP 34995095 A JP34995095 A JP 34995095A JP H09154894 A JPH09154894 A JP H09154894A
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JP
Japan
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axle
hand rim
wheelchair
torque
hand
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JP7349950A
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English (en)
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Masahiro Inaba
正博 稲葉
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Aisin AW Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】摺動接点や高価なセンサ等を用いることなく、
回転部分に加わるトルクを検出することのできる電動補
助動力付き車椅子のトルク検出装置を提供する。 【構成】本発明による電動補助動力付き車椅子のトルク
検出装置は、車椅子本体に回転自在に支持された中空軸
形状の車軸と、該車軸に該車軸と相対回転自在に支持さ
れ、ハンドリムを一体的に支持するハンドリムハブと、
前記車軸と前記ハンドリムハブとを動力伝達可能に連結
する弾性体と、前記車軸の中を挿通しており、前記車軸
と前記ハンドリムハブのうちの何れか一方と軸方向摺動
自在かつ回転不能に連結し、他方と螺旋状の嵌合部によ
り連結し、前記車軸と前記ハンドリムハブとの相対回転
により前記車軸に対して相対的に軸方向に移動する棒状
部材と、前記車椅子本体に固定され、前記棒状部材の軸
方向の移動量を検出する変位検出手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明はトルクを検出するトル
ク検出装置に関し、詳しくは、電動モータ等により人力
を補助する電動補助動力付き車椅子において、ハンドリ
ムに加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来、トルクの検出には歪みケージ等
を用いた接触式トルクセンサや、磁歪効果を利用した非
接触式トルクセンサ等が用いられている。前記接触式ト
ルクセンサは、軸に歪みゲージ等の微小変位を検出する
センサを直接貼り付け、前記軸にトルクが加えられた際
に発生する圧縮歪みや引っ張り歪みを前記センサで検出
することにより軸に加えられたトルクを検出するもので
ある。一方、前記非接触式トルクセンサは、軸近傍に該
軸と非接触に配設された励磁用の磁心と検出用の磁心と
前記軸表面とにより形成される磁気回路ブリッジで構成
され、前記軸にトルクが加えられた際に生ずる磁歪効果
による前記軸の透磁率の変化を、前記磁気回路ブリッジ
で検出することにより軸に加えられたトルクを検出する
ものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 前記接触式トルクセ
ンサは、微小変位を検出するセンサの出力信号が微弱で
あるため外部のノイズに弱いうえ、前記車椅子のハンド
リムのような回転部分に加わるトルクを検出する際に
は、前記センサと該センサの出力を受ける外部の機器と
の間にスリップリング等の摺動接点部を設ける必要があ
るため、該摺動接点部で発生するノイズと該摺動接点部
の耐久性に問題があった。一方、前記非接触式トルクセ
ンサは、回転部分に加わるトルクの検出に適しているが
コストが高いという問題があった。そこで、本発明は、
上記問題を解消し、電動補助動力付き車椅子のハンドリ
ムに加わるトルクの検出に適したトルク検出装置を提供
することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】 本発明による電動補助
動力付き車椅子のトルク検出装置は、車椅子本体に回転
自在に支持された中空軸形状の車軸と、該車軸に該車軸
と相対回転自在に支持され、ハンドリムを一体的に支持
するハンドリムハブと、前記車軸と前記ハンドリムハブ
とを動力伝達可能に連結する弾性体と、前記車軸の中を
挿通しており、前記車軸と前記ハンドリムハブのうちの
何れか一方と軸方向摺動自在かつ回転不能に連結し、他
方と螺旋状の嵌合部により連結し、前記車軸と前記ハン
ドリムハブとの相対回転により前記車軸に対して相対的
に軸方向に移動する棒状部材と、前記車椅子本体に固定
され、前記棒状部材の軸方向の移動量を検出する変位検
出手段とを備える。また、別の手段として、車椅子本体
に回転自在に支持された中空軸形状の車軸と、該車軸と
螺旋状の嵌合部により嵌合しており、該車軸との相対回
転角に応じて該車軸に対して相対的に軸方向に移動する
ハンドリムハブと、前記車軸と前記ハンドリムハブとを
動力伝達可能に連結する弾性体と、前記車軸の中を挿通
し、前記ハンドリムハブの回転中心において該ハンドリ
ムハブに一体的に支持された棒状部材と、前記車椅子本
体に固定され、前記棒状部材の軸方向の移動量を検出す
る変位検出手段とを備える。
【0005】
【作用】 本発明による電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置においては、車椅子のハンドリムに加えられ
たトルクは、弾性体を介して、ハンドリムハブから車軸
に伝えられる。前記弾性体は伝達するトルクの大きさに
比例して変形するので、前記車軸と前記ハンドリムハブ
とは、トルクの大きさに比例した角度だけ相対的に回転
する。そして、前記車軸の中を挿通している棒状部材
は、前記車軸と前記ハンドリムハブのうち何れか一方と
軸方向摺動自在かつ回転不能に連結しており、他方と螺
旋状の嵌合部により連結しているので、前記車軸と前記
ハンドリムハブとが相対的に回転すると、前記螺旋状の
嵌合部の作用により、前記車軸に対して相対的に軸方向
に移動する。あるいは、前記車軸と前記ハンドリムハブ
とは、螺旋状の嵌合部により嵌合しており、前記ハンド
リムハブの回転中心には前記車軸の中を挿通する棒状部
材が一体的に固定されているので、前記車軸と前記ハン
ドリムハブとが相対的に回転すると、前記螺旋状の嵌合
部の作用により、前記車軸に対して相対的に軸方向に移
動する。すなわち、前記棒状部材はトルクの大きさに比
例して軸方向に移動することとなる。そこで、前記棒状
部材の軸方向の移動量を、車椅子本体に固定された変位
検出手段により検出することで、ハンドリムに加えられ
たトルクの大きさを検出することができる。
【0006】
【実施例】 本発明によるトルク検出装置が用いられる
電動補助動力付き車椅子の第1の実施例を図1および図
2に基づき説明する。図1および図2はそれぞれ電動補
助動力付き車椅子の側面図および背面図である。電動補
助動力付き車椅子1は、パイプ状部材からなるフレーム
2を有する。該フレーム2は通常の手動式車椅子と同様
に背もたれ枠201、座面枠202、肘掛け部203、
フットレスト支柱204などを形成しており、前記背も
たれ枠201および座面枠202には、それぞれ布製の
背もたれおよび座面が張り渡されており、使用者が座る
ための椅子を形成している。前記背もたれ枠201はそ
の上端部が後方に折り曲げられた折曲部205を形成し
ており、該折曲部205に介助者用のグリップ3が嵌着
している。また、フットレスト支柱204の下端部は前
方に折り曲げられた折曲部206を形成しており、該折
曲部206に使用者が足を乗せるフットレスト4が配設
されている。
【0007】該フレーム2の左右側面にはそれぞれ前記
フレーム2と一体的にドライブユニットハウジング5が
取り付けられており、該ドライブユニットハウジング5
には車輪6、電動モータ7および図示しない変位検出手
段がそれぞれ配設されている。該電動モータ7は、ギヤ
を介して前記車輪6と動力伝達可能に連結しており、該
車輪6にはそれぞれハンドリム8が後述するトーション
スプリング(図示せず)を介して該車輪6と動力伝達可
能に取り付けられている。前記車輪6の前方には、通常
の手動式車椅子と同様に左右1組のキャスター9が前記
フレーム2に配設されている。また、前記フレーム2
は、座面枠202の下側に前後方向に延在する水平部2
07を有し、該水平部207には1対のコ字形状の支持
枠10が取り付けられている。該支持枠10上には、前
記左右の電動モータ7を駆動する左右のモータドライバ
11とバッテリ12が載置されており、前記水平部20
7の後端部には、前記変位検出手段の出力に応じて、前
記モータドライバ11に前記電動モータ7を駆動させる
信号を出力するコントロールユニット13が載置されて
いる。
【0008】そして、前記電動補助動力付き車椅子の使
用者が、前記ハンドリム8に加えたトルクの大きさをト
ルク検出装置により検出し、前記トルクの大きさに応じ
た補助力を前記左右の電動モータ7で発生させることに
より、前記使用者の負担を軽減する。
【0009】以下、図3ないし図6に基づき本発明によ
るトルク検出装置の詳細について説明する。図3は本発
明によるトルク検出装置の断面図を示したものである。
車輪6の回転軸である車軸601は、段付軸形状の中空
軸部611と、該中空軸部611の一端に形成された大
径の円筒部612とからなる回転軸であり、前記円筒部
612外周面から放射状に延在する4本のホイールスポ
ーク602を介してホイールリム603を一体的に支持
している。また、車軸601はその中空軸部611で、
ドライブユニットハウジング5内に配設されたドリブン
ギヤ18と動力伝達可能に嵌合しており、かつ、ブッシ
ュ19およびベアリング20A,20Bを介してドライ
ブユニットハウジング5に回転自在に支持されている。
なお、前記ドリブンギヤ18は、電動モータ7の回転軸
に取り付けられたドライブピニオン(図示せず)と噛合
しており、前記電動モータ7の回転を車軸601に伝達
する。
【0010】また、円筒部612の、前記4本のホイー
ルスポーク602のうちの1本に対応する位置には、切
り欠き部613が形成されている。該切り欠き部613
の大きさは、円周方向に沿って全円周のほぼ5分の1か
ら4分の1の幅で、前記円筒部601の開口端から底部
に渡って形成されている。さらに、前記円筒部612の
開口端にはベアリング21を介して、ハンドリムハブ8
01が相対回転自在に支持されている。該ハンドリムハ
ブ801は、4本のハンドリムスホーク802を介して
ハンドリム8を支持する部材であり、その回転中心には
貫通孔が穿設されており、該貫通孔の内周面には後述す
るスライドシャフト14のスプライン部が嵌合するスプ
ライン811が形成されている。
【0011】一方、図3ないし図5に示すように、前記
円筒部612内には、両端にそれぞれ直線部151A,
151Bが形成されたつる巻きバネ形状のトーションス
プリング15が配設されている。前記直線部151A
は、直線部151Bと互いに接近するように、直線部1
51Bの方向に屈曲しており、かつ、前記直線部151
A,151Bは互いに平行な状態でトーションスプリン
グ15の径方向外側に向かって屈曲し、前記円筒部61
2に形成された切り欠き部613から円筒部612外側
に突出している。また、前記4本のホイールスポーク6
02のうち、前記切り欠き部613の位置に対応するホ
イールスポークには、車軸601の軸方向で前記ハンド
リムハブ801側に向かって突出する棒状突起A614
が配設されており、前記ハンドリムハブ801にも同様
に、ホイールスポーク602側に向かって突出する棒状
突起B812が形成されている。前記2つの棒状突起A
614,棒状突起B812は、車軸601の径方向でみ
て、互いに異なる半径位置にあり、かつ、車軸601の
軸方向でみて、互いにオーバーラップする位置まで平行
に延在している。
【0012】そして、前記トーションスプリング15
は、その直線部151A,151Bがそれぞれ前記2つ
の棒状突起A614,棒状突起B812の両側面に当接
しており、前記ハンドリムハブ801と車軸601を互
いにトルク伝達可能に連結している。すなわち、図5に
示すように、前記トーションスプリング15は伝達する
トルクの大きさに比例した角度だけねじれるので、前記
車軸601と前記ハンドリムハブ801は、ハンドリム
8に加えられたトルクの大きさに比例した角度だけ相対
的に回転する構成となっている。
【0013】また、前述したように、車軸601は中空
軸であり、その中をスライドシャフト14が挿通してい
る。図6にスライドシャフト14の外観を示す。スライ
ドシャフト14は、大径軸部141と小径軸部142と
からなる丸棒状の部材であり、大径軸部141の自由端
側には、スプライン143が形成されており、前記大径
軸部141の、小径軸部142側には螺旋状の突条14
4が複数本形成されている。なお、図3に示すように、
車軸601は、円筒部612側の中空軸部611の内周
面に、前記突条144に対応する複数の螺旋状の溝61
5が形成されており、前記スライドガイド14が車軸6
01に挿通された状態(以下、組み付け状態という。)
において、突条144が溝615に摺動自在に嵌合する
ようになっている。また、前記スプライン143は、組
み付け状態において、ハンドリムハブ801に形成され
たスプライン811に摺動自在に嵌合する。
【0014】一方、前記小径軸部142は、車軸601
の中空軸部611の内径よりも小さな直径を有し、その
先端部が半球状あるいは錐状に形成されており、組み付
け状態において、その先端が車軸601の中空軸部61
1先端よりも外側に突出するだけの長さを備えている。
そして、前記小径軸部142先端は、センサブラケット
22を介してドライブユニットハウジング5に固定され
た直動式ポテンショメータ16の検出子161に当接し
ている。該検出子161は、直動式ポテンショメータ1
6本体に対して軸方向に摺動可能であり、かつ、リター
ンスプリング162により、小径軸部142先端に当接
する方向に付勢されている。前記直動式ポテンショメー
タ16は、前記検出子161の軸方向変位に応じて電気
抵抗値が変化するセンサである。なお、前記スライドシ
ャフト14の軸方向の変位を検出する変位検出手段とし
ては、前記直動式ポテンショメータ16以外にも、例え
ば、レーザー変位計等のような距離センサを用いたり、
あるいは、スライドシャフト14の先端部に磁石を取り
付け、磁気センサにより変位を検出するなど種々の構成
を採用することもできる。
【0015】上述構成の電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置によるトルクの検出は、以下のようにして行
われる。通常、車椅子の移動は、車椅子の使用者がハン
ドリム8を把持して回転させることにより行われる。そ
して、ハンドリム8に加えられた人力、すなわちトルク
は、トーションスプリング15を介して、ハンドリムハ
ブ801から車軸601に伝達される。このとき、前記
トーションスプリング15は、伝達するトルクの大きさ
に比例した角度だけねじれ、前記ハンドリムハブ801
と車軸601とが相対的に回転する。また、前記ハンド
リムハブ801の回転中心には、スライドシャフト14
が摺動自在にスプライン嵌合しているので、該スライド
シャフト14は、前記ハンドリムハブ801とともに、
前記車軸601に対して相対的に回転する。
【0016】ところが、前述したように、前記スライド
シャフト14の大径軸部141に形成された螺旋状の突
条144と、前記車軸601の中空軸部611内周面に
形成された螺旋状の溝615とが摺動自在に嵌合してい
るため、前記スライドシャフト14と前記車軸601と
が相対的に回転すると、前記螺旋状の突条144が前記
螺旋状の溝615に沿って摺動し、前記スライドシャフ
ト14は前記車軸に対して相対的に軸方向に変位するこ
とになる。すなわち、スライドシャフト16は、ハンド
リム8に加えられたトルクの大きさに比例して、車軸6
01に対して相対的に軸方向に変位することとなり、前
記スライドシャフト14の軸方向の変位を、直動式ポテ
ンショメータ16により検出することにより、前記ハン
ドリム8に加えられたトルクの大きさを検出できる。な
お、前記直動式ポテンショメータ16はコントロールユ
ニット13に接続されており、該コントロールユニット
13は直動式ポテンショメータ16からの信号に応じて
モータードライバ11に信号を出力し、電動モータ7に
適切な補助力を発生させる構成となっている。
【0017】次に、本発明による電動補助動力付き車椅
子のトルク検出装置の第2の実施例を図7に基づいて説
明する。なお、図7において図3と同一のものは、同一
符号により示している。第1の実施例と同様、車軸60
1’は中空軸部611’および切り欠き部613’を形
成した円筒部612’からなり、該円筒部612’の外
周面にはホイールスボーク602を介してホイールリム
603が一体的に支持されている。また、前記車軸60
1’は、ベアリング20A,20Bおよびブッシュ19
を介してドライブユニットハウジング5に回転自在に支
持されており、その中空軸部611’にはドリブンギヤ
18が動力伝達可能に被嵌している。さらに、前記円筒
部612’内には、トーションスプリング15が配設さ
れており、該トーションスプリング15両端の直線部1
51A,151Bが前記切り欠き部613’から円筒部
612’の外側に突出している。また、前記円筒部61
2’の開口端内周面には複数本の螺旋状の溝616が形
成されている。
【0018】一方、ハンドリムハブ801’は、前記円
筒部612’に嵌合する円柱状の嵌合部を有し、該嵌合
部外周面に形成された前記溝616に対応する複数本の
螺旋状の突条813を、前記溝616に摺動自在に嵌合
させることにより、前記円筒部に相対回転自在に支持さ
れている。また、前記ハンドリムハブ801’の回転中
心には、前記車軸601’の中空軸部611’を挿通し
て該中空軸部611’の開口端から外側に突出し、か
つ、その先端部を半球状あるいは錐状に形成されたシャ
フト23が配設されている。そして、第1の実施例と同
様、前記ホイールスポーク602と前記ハンドリムハブ
801’にはそれぞれ棒状突起A614,棒状突起B8
12が配設,形成されており、該2つの棒状突起A61
4,B812の両側面に、前記トーションスプリング1
5の直線部151A,151Bがそれぞれ当接してい
る。また、ドライブユニットハウジング5にはセンサブ
ラケット22を介して直動式ポテンショメータ16が固
定されており、該直動式ポテンショメータ16の検出子
161はリターンスプリング162により付勢された状
態で前記シャフト23の先端部に当接している。
【0019】上述した第2の実施例による電動補助動力
付き車椅子のトルク検出装置において、トルクの検出は
以下のようにして行われる。ハンドリム8に加えられた
トルクは、トーションスプリング15を介してハンドリ
ムハブ801’から車軸601’に伝達され、前記トー
ションスプリング15の作用により、前記ハンドリムハ
ブ801’と前記車軸601’とは前記トルクの大きさ
に比例した角度だけ相対的に回転する。このとき、前記
ハンドリムハブ801’と前記車軸601’とは、それ
ぞれに形成された螺旋状の突条813,螺旋状の溝61
6により摺動自在に嵌合しているため、前記ハンドリム
ハブ801’は前記車軸601’に対して相対的に軸方
向に変位する。そして、前記ハンドリムハブ801’の
軸方向の変位量を、シャフト23を介して直動式ポテン
ショメータ16により検出することで、ハンドリム8に
加わったトルクの大きさを検出することができる。
【0020】
【発明の効果】本発明による電動補助動力付き車椅子の
トルク検出装置は、車椅子本体に回転自在に支持された
中空軸形状の車軸と、該車軸に該車軸と相対回転自在に
支持され、ハンドリムを一体的に支持するハンドリムハ
ブと、前記車軸と前記ハンドリムハブとを動力伝達可能
に連結する弾性体と、前記車軸の中を挿通し、前記車軸
と前記ハンドリムハブのうちの何れか一方と軸方向摺動
自在かつ回転不能に連結し、他方と螺旋状の嵌合部によ
り連結し、前記車軸と前記ハンドリムハブとの相対回転
により前記車軸に対して相対的に軸方向に移動する棒状
部材と、前記車椅子本体に固定され、前記棒状部材の軸
方向の移動量を検出する変位検出手段とを備え、あるい
は、車椅子本体に回転自在に支持された中空軸形状の車
軸と、該車軸と螺旋状の嵌合部により嵌合しており、該
車軸との相対回転角に応じて該車軸に対して相対的に軸
方向に移動するハンドリムハブと、前記車軸と前記ハン
ドリムハブとを動力伝達可能に連結する弾性体と、前記
車軸の中を挿通し、前記ハンドリムハブの回転中心にお
いて該ハンドリムハブに一体的に支持された棒状部材
と、前記車椅子本体に固定され、前記棒状部材の軸方向
の移動量を検出する変位検出手段とを備える。前記ハン
ドリムに加えられたトルクの大きさに比例した前記車軸
と前記ハンドリムハブとの相対回転角度を、前記螺旋状
の嵌合部により、前記棒状部材の前記車軸に対する相対
的な軸方向の移動、すなわち、軸方向変位に変換し、該
軸方向変位を前記変位検出手段により検出するように構
成したので、従来の接触式トルクセンサのように、スリ
ップリング等の摺動接点部を設ける必要がなく、ノイズ
や耐久性に優れており、また、変位の検出に安価なセン
サを用いることができるのでコストを低く抑えることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電動補助動力付き車椅子の側面図である。
【図2】 電動補助動力付き車椅子の背面図である。
【図3】 本発明による電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置の第1の実施例を示す断面図である。
【図4】 本発明による電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置の第1の実施例のAA矢視断面図である。
【図5】 本発明による電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置の第1の実施例のAA矢視断面図である。
【図6】 スライドシャフトの側面図である。
【図7】 本発明による電動補助動力付き車椅子のトル
ク検出装置の第2の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 電動補助動力付き車椅子 2 フレーム 5 ドライブユニットハウジング 6 車輪 8 ハンドリム 14 スライドシャフト 15 トーションスプリング 16 直動式ポテンショメータ 18 ドリブンギヤ 141 大径軸部 142 小径軸部 143 スプライン 144 突条 161 検出子 162 リターンスプリング 601 車軸 602 ホイールスポーク 603 ホイールリム 611 中空軸部 612 円筒部 613 切り欠き部 614 棒状突起A 615 溝 616 溝 801 ハンドリムハブ 802 ハンドリムスポーク 811 スプライン 812 棒状突起B 813 突条

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車椅子本体に回転自在に支持された中空軸
    形状の車軸と、 ハンドリムを一体的に支持する部材であり、前記車軸に
    該車軸と相対回転自在に支持されるハンドリムハブと、 前記車軸と前記ハンドリムハブとを動力伝達可能に連結
    する弾性体と、 前記車軸の中を挿通し、前記車軸と前記ハンドリムハブ
    のうちの何れか一方と軸方向摺動自在かつ回転不能に連
    結し、他方と螺旋状の嵌合部により連結し、前記車軸と
    前記ハンドリムハブとの相対回転により、前記車軸に対
    して相対的に軸方向に移動する棒状部材と、 前記車椅子本体に固定され、前記棒状部材の軸方向の移
    動量を検出する変位検出手段とを備えたことを特徴とす
    る電動補助動力付き車椅子のトルク検出装置。
  2. 【請求項2】車椅子本体に回転自在に支持された中空軸
    形状の車軸と、 ハンドリムを一体的に支持する部材であり、前記車軸と
    螺旋状の嵌合部により嵌合しており、該車軸との相対回
    転角に応じて該車軸に対して相対的に軸方向に移動する
    ハンドリムハブと、 前記車軸と前記ハンドリムハブとを動力伝達可能に連結
    する弾性体と、 前記車軸の中を挿通し、前記ハンドリムハブの回転中心
    において該ハンドリムハブに一体的に支持された棒状部
    材と、 前記車椅子本体に固定され、前記棒状部材の軸方向の移
    動量を検出する変位検出手段とを備えたことを特徴とす
    る電動補助動力付き車椅子のトルク検出装置。
  3. 【請求項3】前記変位検出手段は、センサ本体に対して
    軸方向に摺動可能な検出子を備えた直動式ポテンショメ
    ータであり、 前記直動式ポテンショメータの本体を前記車椅子本体に
    固定し、 前記検出子を前記棒状部材の先端に当接させ、かつ、前
    記棒状部材の方向に付勢したことを特徴とする請求項1
    または請求項2に記載の電動補助動力付き車椅子のトル
    ク検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8960712B2 (en) 2012-09-14 2015-02-24 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Wheel for wheelchair and wheelchair

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