JPH11276527A

JPH11276527A - 補助動力付き車椅子

Info

Publication number: JPH11276527A
Application number: JP10082039A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Uchiyama; 敦内山; Hiroaki Ogata; 宏彰尾方
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP4100761B2

Abstract

(57)【要約】【課題】降坂時においても車速が出すぎることのない
補助動力付き車椅子を提供する。【解決手段】車両の進行方向に向かって左右に配置さ
れた二つの駆動輪の何れか一方又は両方に加えられた人
力に基づいて求めた補助動力を供給するようにした補助
動力付き車椅子において、同一人力に対する上記補助動
力を、車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に
伴って減じ、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロとし、さ
らにＶ２≦Ｖ３なる第３設定車速Ｖ３を越えると負とす
る補助動力制御手段（ＥＣＵ）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、左，右の駆動輪に間欠
的に加えられる人力と、該人力の大きさに応じた補助動
力との合成力によって前後進及び旋回動作を行うように
した補助動力付き車椅子に関する。

【０００２】

【従来の技術】手動車椅子と電動車椅子との中間的な存
在として補助動力付き車椅子が提案されている。この補
助動力付き車椅子は、左，右の駆動輪に間欠的に加えら
れる人力を検出し、該検出された人力に応じた補助動力
を左，右の駆動輪に加えることによって歩行の不自由な
使用者の肉体的な負担を軽減するものであり、使用者は
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】ところで上記補助動力
付き車椅子の場合、人力に応じた補助動力が供給される
ので、速度が出すぎることが懸念される。本発明者等は
この問題を回避するために、車速が所定値を越えた場合
には人力に対する補助動力を小さくするようにしたもの
を開発中である。

【０００４】しかしながら、単に補助動力を車速に応じ
て小さくするようにしても例えば降坂時においてはやは
り速度が出すぎることが懸念される。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、降坂時においても車速が出すぎることのない補助動
力付き車椅子を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、車両
の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の
何れか一方又は両方に加えられた人力に基づいて求めた
補助動力を供給するようにした補助動力付き車椅子にお
いて、例えば図１３ (ａ）又は (ｂ) に示すように、同
一人力に対する上記補助動力（モータトルク）を、実際
の車速が第１設定車速Ｖ１を越えると実際の車速の増加
に伴って減じてゆき、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロ
とし、さらにＶ２≦Ｖ３なる第３設定車速Ｖ３を越える
と負とする補助動力制御手段を備えたことを特徴として
いる。

【０００７】ここで請求項１の発明の第３設定車速Ｖ３
は、第２設定車速Ｖ２と同一車速である場合（図１３
（ａ），（ｂ）参照）、及び第２設定車速Ｖ２より大き
い場合（図１６参照）の両方を含む。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、人
力の入力（ストローク）のたびごとに、そのときの人力
の大きさに応じた値に上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ
３を設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴とし
ている。

【０００９】具体的には、例えば図１７に示すように、
第１ストロークで入力された人力が小さい場合には、上
記第１〜第３設定車速は小さい値Ｖ1S〜Ｖ3Sに設定され
（図１７（ａ）参照）、第２ストロークで入力された人
力が大きい場合には、上記第１〜第３設定車速は大きい
値Ｖ1L〜Ｖ3Lに設定される（図１７（ｂ）参照）。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１において、上
記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３をそのときの人力の大
きさにかかわらず固定値に設定する設定車速制御手段を
備えたことを特徴としている。即ち、請求項３の発明
は、上記図１７において第１，第２ストロークにおける
人力の大きさが異なる場合であっても、第１〜第３設定
車速Ｖ１〜Ｖ３は同じ値に設定されることを意味してお
り、また、第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を人力の入力
のたびごとに設定する場合、及び入力の有無にかかわら
ず予め設定しておく場合を含む。

【００１１】請求項４の発明は、請求項２又は３におい
て、上記設定車速制御手段は、上記第１〜第３設定車速
Ｖ１〜Ｖ３を、人力の供給停止後所定時間の間は人力供
給停止前の大きさに維持し、その後は時間の経過に伴っ
て小さくすることを特徴としている。

【００１２】請求項４の発明を図１７，図１８に基づい
てより詳細に説明する。上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜
Ｖ３は、例えば第１ストロークで入力された人力の大き
さに応じた値Ｖ1S〜Ｖ3Sに設定され、人力の供給停止後
も所定時間の間はこの設定された値に維持される。そし
て該所定時間経過後は第１〜第３設定車速Ｖ1S〜Ｖ3Sは
時間の経過とともに、図１７(a-1), (ａ-2) に示すよう
に徐々に小さい値に減衰される。また第２ストロークに
おける人力の大きさに基づいて設定された第１〜第３設
定車速Ｖ1L〜Ｖ3Lは、該人力の供給停止後も所定時間の
間はこの設定された値に維持される。そして該所定時間
経過後は第１〜第３設定車速Ｖ1L〜Ｖ3Lは時間の経過と
ともに、図１７(b-1), (b -2) に示すように徐々に小さ
い値に減衰される。なお、図１８は上記第１〜第３設定
車速が時間の経過とともに実線, 一点鎖線, 二点鎖線で
示すように徐々に小さい値に減衰される様子を示してい
る。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記補助動力制御手段は、例えば図１３
に示すように、車速が上記第１設定車速Ｖ１より小さい
第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減少に伴っ
て補助動力（モータトルク）を増加させることを特徴と
している。

【００１４】請求項６の発明は、請求項１ないし５の何
れかにおいて、上記車速が、左，右駆動輪の回転速度か
ら合成された実質的な重心速度であることを特徴として
いる。

【００１５】

【発明の作用効果】請求項１の発明にかかる補助動力付
き車椅子によれば、補助動力を、車速が第１設定車速Ｖ
１を越えると車速の増加に伴って減じてゆき、第２設定
車速Ｖ２で実質的にゼロとし、さらに該第２設定車速Ｖ
２と同一又はこれより大きい第３設定車速Ｖ３を越える
と負とするようにしたので、通常の平坦路での走行では
補助動力を供給することに起因して車速が過剰に速くな
ることはなく、さらに降坂時等において第３設定車速Ｖ
３を越えると補助動力が負、即ち回生制動力となり、こ
の降坂時においても車速が出すぎるといった問題を回避
できる。

【００１６】請求項２の発明によれば、人力の入力のた
びごとに、そのときの人力の大きさに応じた値に上記第
１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を設定するようにしたの
で、例えば図１９（ａ）に示すように、上記第２設定車
速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方の障害物の回避
が容易となる。即ち、前方の障害物を避けるために進路
変更を行うべく駆動輪に人力を加えた場合、第２設定車
速Ｖ２がより高い側のＶ２′に再設定される。従って人
力を加えたことにより実際の車速がＶ２からＶ２ａ増加
しても、該実際の車速Ｖ２ａが直ちにＶ２´を越える回
生制動領域に移行してしまうことはなく、人力に応じた
補助動力を供給することができ、上記障害物の回避が容
易となる。

【００１７】ここで請求項１の構成を採用した場合に、
請求項２の発明と逆に設定車速を人力の大きさにかかわ
らず固定とすると、例えば図１９（ｂ）に示すように、
上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方
の障害物を回避するために人力を供給すると実際の車速
がＶ２より大きいＶ２ａに増加するため、補助動力の回
生制動領域に移行してしまい、十分な補助動力が供給さ
れないばかりか回生制動力が発生し、回避操作が重くな
る懸念がある。

【００１８】請求項３の発明によれば、上記第１〜第３
設定車速Ｖ１〜Ｖ３を人力の大きさに係わらず固定値と
したので、上記第１〜第３設定車速の制御プログラムが
簡単になる。

【００１９】請求項４の発明によれば、上記第１〜第３
設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力の供給停止後所定時間の間
は人力供給停止前の大きさに維持し、その後は図１９
（Ｃ）に示すように時間の経過にともなって徐々に減衰
させるようにしたので、人力の供給が停止されても実際
の車速Ｖ２が減衰してくる第２設定車速Ｖ２´に一致し
て直ちに補助動力がなくなってしまったり、あるいは実
際の車速Ｖ２ａが第２設定車速Ｖ２´以上となって回生
制御領域に入り直ちにモータ駆動系が逆に負荷となって
操作感が悪化するといった問題を回避できる。

【００２０】また上記所定の維持時間が経過した後は、
例えば図１９（ｃ）に示すように、第１〜第３設定車速
Ｖ１〜Ｖ３を時間の経過に伴って減衰させるようにした
ので、下り坂では実際の車速Ｖ２ａが減衰してくる第２
設定車速Ｖ２′より大きくなった時点で回生制動力が発
生する。そのため下り坂でも人力を入力した後しばらく
惰行し、その後車速が減少するといった平地と同様の操
作感が得られる。

【００２１】請求項５の発明によれば、車速が上記第１
設定車速Ｖ１より小さい第４設定車速Ｖ４を下回る場合
には、車速の減少と共に補助動力を増加させるようにし
たので、例えば登坂時において第４設定車速Ｖ４以下と
なると補助動力が増加され、人力供給の合間に容易に後
退してしまうといった問題を回避できる。

【００２２】請求項６の発明によれば、上記車速を、
左，右駆動輪の回転速度から合成された実質的な重心速
度としたので、補助動力の供給により車椅子が旋回しす
ぎるといった問題を回避できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１〜図１３，図１７〜図１９
は本発明の第１実施形態による補助動力付き車椅子を説
明するための図であり、図１は上記車椅子の側面図、図
２は該車椅子の平面図、図３は上記車椅子の背面図、図
４は上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外した
状態を示す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図、図６
〜図９は回転トランスを示す図、図１０は補助動力制御
装置のシステム構成図、図１１〜図１３，図１７〜図１
９は制御動作を説明するための特性図である。

【００２４】本実施形態に係る補助動力付車椅子１は、
既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置(Power Ass
ist System) を組み付けたものである。この車椅子１は
車体の左右に駆動輪である車輪２を着脱自在に取り付け
て構成され、これのパイプ枠状のフレーム３の前後部は
左右一対のキャスタ４と車輪２によって移動自在に支持
されている。

【００２５】又、上記フレーム３の中央部には、乗員が
着座すべき布製のシート５（図２及び図３参照）が張設
されている。尚、フレーム３は図３に示すように前後一
対のクロス部材３ａを有しており、Ｘ字状を成す２本の
クロス部材３ａはその交点を軸６によって枢着されてい
る。

【００２６】更に、フレーム３の後部には左右一対のハ
ンドルアーム３ｂが立設されており、各ハンドルアーム
３ｂ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。

【００２７】又、フレーム３の上記ハンドルアーム３ｂ
の中間高さ位置から車体前方に水平に延びる左右一対の
アーム３ｃはその前端部が略直角に折り曲げられて垂直
下方に延び、その下端部に前記キャスタ４が回転自在に
支持されている。右側（シート５に着座した乗員にとっ
て右側）のアーム３ｃの直角に折り曲げられた部分（垂
直部分の上部）にメインスイッチ８が取り付けられてい
る。そして、上記アーム３ｃの下方に配された左右一対
のアーム３ｄの前側部分は車体前方に向かって斜め下方
に延出されており、その延出端（前端部）には左右一対
のステップ９が取り付けられている。

【００２８】上記車輪２は、使用者の手によって回転力
（人力）が加えられるハンドリム組立体７０と、該ハン
ドリム組立体７０から入力された人力に応じたモータ駆
動力（補助動力）を出力する駆動部２０とをな備えてい
る。

【００２９】そして上記フレーム３の車輪中心部にはボ
ス１１が螺挿され、該ボス１１の軸芯部には車軸２２が
嵌合挿入され、ナット２２ａにより締め付け固定されて
いる。該車軸２２は中空状のもので、その軸芯部にはシ
ャフト２３が軸方向へ移動可能に挿入されている。該シ
ャフト２３の両端部には他の部分よりも大径な頭部２３
ａ，２３ｂがそれぞれ形成されている。右側の頭部２３
ａの内側にはコイルバネ２４が配置され、該シャフト２
３を車軸２２に対して右側へ付勢している。また、車軸
２２には、複数のボール２５，・・・が外周側に抜け出
ないようかつ半径方向に移動可能に収容されている。各
ボール２５は、シャフト２３の頭部２３ａの大径部分に
よって押し拡げられることにより車軸２２の外周から僅
かに突出し、これにより、車軸２２は、ボス１１から抜
けないようになっている。また、シャフト２３を車軸２
２に対して図中左側へ相対的に移動させることにより、
頭部２３ａの小径部分がボール２５の位置に移動し、ボ
ール２５が内側へ移動できる状態となる。これにより、
車軸２２をボス１１から図２中右側へ抜き出すことがで
きる。

【００３０】上記車軸２２は、略有底円筒状をなす固定
プレート３０の中心部を貫通してこれを支持しており、
該固定プレート３０には、図示しない回り止め部材が取
り付けられている。回り止め部材は、フレーム３と係合
することにより、固定プレート３０がフレーム３に対し
て回転するのを阻止している。

【００３１】また、上記車軸２２により、略有底円筒状
をなす回転側部材としてのハブ５０が軸受５１を介して
回転自在に支持されている。このハブ５０の内面には内
歯ギヤ５２が固定されており、該内歯ギヤ５２には中間
軸３６に一体形成された中間ギヤ３６ａが噛合してお
り、該中間軸３６は固定側部材としての固定プレート３
０の底面に回転自在に支持されている。該中間軸３６
は、これに固着された中間プーリ３３，及びベルトを介
して上記固定プレート３０に取り付けられた駆動用モー
タ３１（図１０参照）により回転駆動され、その結果上
記ハブ５０が回転する。

【００３２】上記ハブ５０には、上記ハンドリム組立体
７０が所定角度だけ相対回転可能に支持されている。こ
のハンドリム組立体７０は、使用者がハンドリム１３に
加える回転力をハブ５０に伝達するとともに、加えられ
る回転力を検出する機能を有している。以下、使用者が
加える回転力を検出する構成について説明する。

【００３３】図４及び図５において符号７１は、ハンド
リム組立体７０の中心部を構成するディスクであり、該
ディスク７１は、内輪部７１ａと外輪部７１ｂとを３本
のスポーク部７１ｃで連結した構造を有し、３本のスポ
ークパイプ１５によりハンドリム１３に結合されてい
る。また上記ディスク７１はブッシュ５５を介して上記
ハブ５０のボス部５０ａにより相対回転可能に支持され
ている。

【００３４】上記ディスク７１のスポーク部７１ｃ，７
１ｃ間には、ポテンショメータ７２が配置され、上記ハ
ブ５０の底部５０ｂの外面に半径方向の位置調整可能に
取り付けられている。該ポテンショメータ７２の入力軸
７２ａは上記底部５０ｂの内面に突出し、該突出部に長
孔７３ａを有するレバー７３が取り付けられている。該
レバー７３の長孔７３ａには、ディスク７１に固定され
たピン５３が挿入されている。この構成のもとに、ハブ
５０とハンドリム組立体７０との相対角度が基準位置か
ら変化すると、ポテンショメータ７２の入力軸７２ａが
回転し、そのインピーダンスが回転角度に応じて変化す
る。

【００３５】上記スポーク部７１ｃに形成された矩形孔
７１ｄ内にはバネガイド５４が配置され、上記ハブ５０
の底部５０ｂにボルト締め固定されており、該バネガイ
ド５４内にはコイルバネ５６が収容配置されている。該
コイルバネ５６の両端部はスライダ５７を介してスポー
ク部７１ｃの矩形孔７１ｄの内縁に当接している。この
構成のもとに、ハンドリム組立体７０を車輪２に対して
相対回転させると、この相対回転角度が後述する人力検
出装置によって検出される。

【００３６】また符号５８はハブ５０とディスク７１と
の間のガタ止めとして機能する樹脂製のダンパ部材であ
る。このダンパ部材５８は上記バネガイド５４に形成さ
れた凸部５４ａの内側に装着されて上記ディスク７１の
外輪部７１ｂに対向しており、ボルト５８ａを締め込む
ことにより上記外輪部７１ｂに摺接し、ハブ５０とディ
スク７１間のガタを防止する。なお、符号７１ｅは上記
ポテンショメータ７２等を覆うカバーであり、図４はこ
のカバー７１ｅを取り外した状態を示している。

【００３７】また符号１００は後述するコントローラで
あり、これは上記固定プレート３０の底部３０ｂの内面
に配設されている。

【００３８】次に、人力検出装置の構成を説明する。符
号８０は差動回転トランスであり、これは固定プレート
３０の中心のボス部３０ａに取り付けられたアウタート
ランス８１と、可動プレート５０の中心のボス部５０ａ
に取り付けられたインナートランス８２とから構成され
ている。

【００３９】上記アウタートランス８１は、非磁性体か
つ絶縁体の樹脂からなる円筒状のボビン８３の外周面に
２条の巻溝８３ａ，８３ｂを凹設し、各巻溝８３ａ，８
３ｂに１次コイル８４ａ，８４ｂを巻回して構成されて
いる。

【００４０】また、上記インナートランス８２は、磁性
体（例えば軟鉄等の金属）からなる円筒状のコア８５の
外周面に２条の保持溝８５ａ，８５ｂを凹設し、該保持
溝８５ａ，８５ｂ内に、樹脂製で外周面に凹設された巻
溝８６ａ，８７ａに２次コイル８９ａ，８９ｂが巻回さ
れたボビン８６，８７を装着して構成されている。

【００４１】なお、８６ｂ，８７ｂはボビン８６，８７
に形成されたスリット、９０はターミナルであり、各２
次コイル８９ａ，８９ｂの端部８９ａ′，８９ｂ′は上
記スリット８６ｂ，８７ｂを通って外部に引き出され、
上記ターミナル９０に巻き付けられる。

【００４２】ここで上記アウタートランス８１は、外部
磁界を遮断する機能を有する磁性体製のコアを備えてい
ないので、外部金属の影響による磁気的アンバランスを
抑制できるように配置することが望ましい。本実施形態
では、１次コイル８４ａからハブ５０の底部５０ｂまで
の磁気的距離（磁気的影響を考慮した場合の距離）と、
１次コイル８４ｂから固定プレート３０の底部３０ｂま
での磁気的距離をできる限り均等にするために、該アウ
タートランス８１の幅方向中心線Ｄを車輪の幅方向中心
線Ｂに対し固定プレート３０側に寸法Ｃだけ偏位させて
いる。

【００４３】即ち、一般的にはアウタートランス８１の
幅方向中心Ｄを車輪幅方向中心Ｂと一致させるのである
が、このようにすると１次コイル８４ａからハブ５０の
底部５０ｂまでの距離と、１次コイル８４ｂから固定プ
レート３０の底部３０ｂまでの距離との差が拡大してし
まう。

【００４４】上記左，右のポテンショメータ７２，７２
により検出された左，右輪２，２への人力は左，右の回
転トランス８０，８０を介して上記コントローラ１００
に入力され、該コントローラ１００は所定の処理手順に
従って上記人力に応じた補助動力が得られるよう上記モ
ータ３１への供給電力を制御する。

【００４５】次に、図１０〜図１３，図１７〜図１９に
基づいて、コントローラ１００による補助動力の制御動
作を説明する。ここで図１０は左側の車輪２における制
御動作を示している。また本実施形態装置の補助動力制
御は、トルク制御、即ち電流制御方式であり、電流制御
ループ内においてデューティ比に制限を設けることによ
りモータからの補助動力を定電圧特性に沿って制限する
方式を採用している。なおモータの定電圧特性は回転数
に対して負の傾きを有する。

【００４６】先ず、不感帯幅設定手段１０１により、
左，右の車輪２，２のハンドリム１３，１３に加えられ
た人力ＦＬ，ＦＲ（入力）の履歴に基づいて使用者の障
害の程度に合った不感帯幅が自動的に設定される。ま
た、手動調節も可能となっている。また不感帯幅とは、
人力の入力があっても補助動力が出力されない人力幅で
あり、主として上記人力検出装置における感度のばらつ
きを吸収する目的を有する。

【００４７】本実施形態では、図１１に示すように、上
記不感帯幅として、上記不感帯設定機能１０１により、
電源投入時及び所定時間人力の入力が無かった場合には
アシスト待ち時幅Ｎ１が選択され、人力が一旦アシスト
待ち時幅Ｎ１を越えると、これより小さい値のアシスト
待ち時幅Ｎ２が選択される。ここでアシスト待ち時幅Ｎ
１を大きく設定したのは、補助動力を必要とするという
使用者の意志を確認するためであり、不用意に補助動力
が発生するのを防止している。そして一旦アシスト待ち
時幅Ｎ１を越える人力が入力された後は、アシスト時幅
Ｎ２が選択されるが、このアシトス時幅Ｎ２を小さく設
定したのは、円滑な補助動作が行われるようにするため
である。

【００４８】ここで上記不感帯幅を越えた人力の入力に
より補助動力を発生する場合の態様には各種あり、例え
ば左，右何れか一方の車輪への人力が不感帯幅を越え
た場合に、該左，右何れか一方又は他方あるいは両方の
車輪への補助動力を発生する、両方の車輪への人力の
合力が不感帯幅を越えたとき、左，右何れか一方又は他
方あるいは両方の車輪への補助動力を発生する。

【００４９】また上記不感帯幅の設定態様については、
２段階に限定されるものではなく、多段階に選択可能に
しても良いのは勿論であり、また使用者の手動操作等に
よりその大きさを変えるための切換スイッチ，調整つま
み等を設けることもできる。

【００５０】次に、図１０の１０２において入力信号Ｆ
Ｌに対する不感帯処理が行われ、さらに１０３において
使用者の障害の程度等に応じて設定された増幅比率ＫＬ
（図１１参照）が上記入力信号ＦＬに乗ぜられる。そし
て、このＦＬとＫＬとの積に基づき旋回成分設定手段１
０４により、旋回運動を生じる成分としての旋回トルク
ｉＬが求められる。なお、上記増幅比率ＫＬは、使用者
の左，右の腕力の差異等に基づいて、左，右で異なる値
が選択される場合がある。

【００５１】また重心成分設定手段１０５により、左側
人力ＦＬと右側人力ＦＲの所定の増幅比率による合力
（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）に基づき直進運動を生じる
成分としての重心トルクｉＧが求められる。

【００５２】上記旋回トルクｉＬと重心トルクｉＧとを
加算することにより目標トルクｉＲが求められる。そし
て電流リミッタ１０６により上記モータ３１において上
記目標トルクｉＲを発生するのに必要な目標電流ｉＲＥ
Ｆが求められ、該目標値ｉＲＥＦと電流検出センサ１１
０で検出された実際に流れている電流ｉＦＢとの差に基
づいてＰＩＤ制御回路１０７により電流補正量が求めら
れ、またデューティリミッタ１０８により後述する電圧
チェックが行われ、所定のデューティ比が出力される。
そしてバイポーラ電力増幅回路１０９により上記制御信
号（デューティ比）が実際の電流に変換され、このよう
にしてモータ３１に補助電流が供給される。

【００５３】ここで上記補助電流は、人力の大きさに基
づいて設定されるのであるが、人力の供給停止後直ちに
ゼロとなるのではなく、所定時間（例えばｔ１）の間は
上記人力供給時の補助電流が維持され、その後、徐々に
減少される。

【００５４】また、本実施形態では、上限電圧設定手段
１１１及び下限電圧設定手段１１２により、上限電圧Ｅ
１及び下限電圧Ｅ２が設定され、上記デューティリミッ
タ１０８においてデューティ比から求められた電圧が、
上記上限，下限電圧Ｅ１，Ｅ２内の値に制限されて出力
される。これにより、モータ３１の回転速度、即ち、車
速が上限，下限電圧によって制限される。

【００５５】上記上限電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２は、人力
の入力のたびごとに該入力された人力ＦＬ，ＦＲの和が
大きいほど大きい値に（図１３（ａ）参照）、小さいほ
ど小さい値に（同図（ｂ）参照）設定される。なお図１
３は、人力入力のたびごとに前述のように計算されて電
流リミッタ１０６から出力されるｉＲＥＦと、そのｉＲ
ＥＦがデューティリミッタ１０８で上限電圧Ｅ１，下限
電圧Ｅ２により制限される様子を説明の便宜上１つの図
に表したものである。

【００５６】すなわち上記目標電流ｉＲＥＦ、上記上限
電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２は、人力の入力のたびごとに、
まず人力の大きさに応じて所定の値（例えば図１３
（ａ），又は（ｂ）に示す値）に設定され、図１２に示
すように、人力の入力が停止された後の所定時間ｔ１の
間は人力供給停止前の値（図１３（ａ），又（ｂ）の
値）が保持され、その後は時間の経過に伴って例えば図
１７あるい図１８にに示すように徐々に減少する。この
動作が人力の入力のたびごとに繰り返される。

【００５７】その結果、本実施形態では、上記モータ３
１から出力される補助動力は、前進方向の実際の車速が
第４設定車速Ｖ４から第１設定車速Ｖ１までの状態で
は、入力された人力に応じて設定された目標電流ｉＲＥ
Ｆに保持され、実際の車速が第１設定車速Ｖ１を越える
と実際の車速の増加に伴って徐々に減少され、第２設定
車速Ｖ２で実質的にゼロとなり、そしてさらに実際の車
速が該第２設定車速Ｖ２を越えるとモータ３１が負荷と
して作用する。

【００５８】また上記モータ３１から出力される補助動
力は、前進方向の実際の車速が上記第４設定車速Ｖ４を
下回ったときには、車速の減少に伴って増加される。こ
れは例えば、実際の車速がＶ４より低下した場合には入
力を停止しても上記所定時間ｔ１の間は補助動力が増加
されるので、車速はＶ４に保持され、その後徐々に低下
することを示している。

【００５９】このように本実施形態によれば、補助動力
を、実際の車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増
加に伴って減じてゆき、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼ
ロとし、さらに該第２設定車速Ｖ２と同じ値に設定され
た第３設定車速Ｖ３を越えると負とするようにしたの
で、通常の平坦路での走行では補助動力を供給すること
に起因して車速が過剰に速くなることはなく、さらに降
坂時等において第３設定車速Ｖ３を越えると補助動力が
負、即ち回生制動力となり、この降坂時においても車速
が出すぎるといった問題を回避できる。

【００６０】また上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３
を、人力の入力のたびごとに、かつそのときの人力が大
きいほど大きな値に設定するようにしたので、例えば図
１９（ａ）に示すように、上記第２設定車速Ｖ２付近で
降坂している場合に、前方の障害物の回避が容易とな
る。即ち、前方の障害物を避けるために進路変更を行う
べく駆動輪に人力を加えた場合、第２設定車速Ｖ２がよ
り高い側のＶ２′に再設定される。従って人力を加えた
ことにより実際の車速がＶ２からＶ２ａに増加しても、
該実際の車速Ｖ２ａがＶ２′より高速側に設定された回
生制動領域に移行してしまうことはなく、人力に応じた
補助動力が得られ従って上記障害物の回避が容易とな
る。

【００６１】なお、上記設定車速を人力の大きさにかか
わらず固定とすると、例えば図１９（ｂ）に示すよう
に、上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、
前方の障害物を回避するために人力を供給すると、実際
の車速がＶ２より大きいＶ２ａに増加するため補助力の
回生制動領域に移行してしまい、補助動力が供給されな
いばかりか回生制御力が発生し、回避操作が重くなる懸
念がある。

【００６２】また上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３
を、人力の供給停止後も所定時間ｔ１の間は人力供給停
止前の大きさに維持し、その後は時間の経過に伴って小
さくするようにしたので、人力供給の合間の惰行時にモ
ータ駆動系が逆に負荷となってしまったり、あるいは例
えば登坂のような時に、人力供給停止の途端に急激に減
速してしまうという問題を回避できる。

【００６３】また上記所定時間ｔ１が経過した後は、例
えば図１９（ｃ）に示すように、第１〜第３設定車速Ｖ
１〜Ｖ３を時間の経過に伴って小さくするようにしたの
で、下り坂では実際の車速Ｖ２ａががそれほど高くなる
前に減衰されてくる第２設定車速Ｖ２′より相対的に大
きくなり、この時点で回生制動力が発生する。そのため
下り坂でも人力を入力した後しばらく惰行し、その後車
速が減少するといった平地を補助動力なしの車椅子で走
行する場合と同様の操作感が得られる。

【００６４】さらまた、車速が第４設定車速Ｖ４を下回
る場合には、車速の減少に伴って補助動力を増加させる
ようにしたので、例えばＶ４＝０とした場合には、登り
坂での人力供給の合間に、人力の供給なしで車椅子を坂
道の途中において一時的に停止させ、あとずさりを防止
することが可能であり、その間にハンドリムをゆっくり
持ちかえて次の人力供給が可能となる等、使い勝手を向
上できる。なお、この場合の坂道停止可能時間は、上記
上限電圧保持時間ｔ１の設定次第であり、この時間を経
過すると上記補助動力は徐々に小さくなる。

【００６５】また本実施形態では、左，右両方の車輪へ
の人力の合力が不感帯幅を越えたとき、左，右両方の車
輪への補助動力を発生する。従って、使用者の障害の程
度にかかわらず常に左，右車輪に同時に補助動力の供給
を開始でき、左，右駆動輪の回転速度から合成された実
質的な重心速度とすることができ、補助動力の供給によ
り車椅子が旋回しすぎるといった問題を回避できる。

【００６６】なお、左，右何れか一方の車輪への人力が
不感帯幅を越えた場合に、該左，右両方の車輪への補助
動力を発生するようにしても良く、このようにしても補
助力供給開始を左，右同時に行うことができ、上記の場
合と同様の効果が得られる。また左，右何れか一方の車
輪への人力が不感帯幅を越えた場合に、何れか一方にの
み設けられたモータからの補助動力供給を開始すること
もできる。

【００６７】また、不感帯幅を、電源投入時及び所定時
間人力の入力が無かった場合にはアシスト待ち時幅Ｎ１
とし、人力が一旦アスト待ち時幅Ｎ１を越えるとアシス
ト待ち時幅Ｎ２との２段階とし、かつＮ１〉Ｎ２とした
ので、電源投入時等には、使用者が比較的大きく設定さ
れたＮ１を越える人力を加えた場合にのみ補助動力が供
給開始され、補助動力を必要としているという使用者の
意志を確認することができ、不用意に補助動力が発生す
るのを防止できる。

【００６８】そして一旦アシスト待ち時幅Ｎ１を越える
人力が入力された後は、アシスト待ち時幅Ｎ２が選択さ
れるが、このアシトス待ち時幅Ｎ２を小さく設定したの
で、入力の履歴状態により円滑な補助動作を行うことが
できる。

【００６９】また上記不感帯幅を、外部スイッチ，又は
調整つまみ等により使用者が調整するように構成するこ
とも可能であり、このようにすれば、使用者の障害の程
度に応じた不感帯幅の設定ができ、補助動力の供給をを
より円滑に開始することができる効果がある。

【００７０】上記第１実施形態では、モータの上限電圧
Ｅ１，下限電圧Ｅ２を制限することにより、補助動力を
制限し、結果的に車速を制御するようにしたが、人力の
入力のたびごとに人力の大きさに応じて上，下限速度ω
１，ω２を設定し、該上，下限速度と検出車速との差に
基づいて車速を制御するようにしてもよい。図１４はこ
のようにした第２実施形態を示す図であり、図中、図１
０と同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００７１】本実施形態では、上限速度設定手段２１
１，下限速度設定手段２１２により、入力された人力Ｆ
Ｌ，ＦＲに基づいて上限速度ω１，下限速度ω２が設定
される。なお、この上限速度ω１は図１３における第２
設定車速Ｖ２に対応しており、また下限速度ω２は第４
設定速度Ｖ４に対応している。

【００７２】また車速演算手段２１３により、上記デュ
ーティリミッタ１０８から出力されたデューティ比，及
び電流検出センサ１１０からの電流，電源特性，及びモ
ータ３１の有するモータ定数等に基づいて車輪速度ωＬ
が演算される。なお、別個に機械式の車速センサを設け
ることもできるが、本実施形態方式の方がコスト，重
量，配置スペース等の点で有利である。

【００７３】そして上記左輪速度ωＬと右輪速度ωＲと
の和を１／２することにより重心速度ωＧが求められ、
この重心速度ωＧと上記上限速度ω１，下限速度ω２と
が比較される。そしてゲイン付与手段２１４，２１５に
より、重心速度ωＧが上限速度ω１より大きい場合には
その差分に対応して減少すべきトルク−ｉ１が、重心速
度ωＧが下限速度ω２より小さい場合はその差分に対応
して増加すべきトルク＋ｉ２がそれぞれ求められる。こ
の増加トルク＋ｉ２と減少トルク−ｉ１とが上記旋回ト
ルク，重心トルクに加算されて１０６で目標電流ｉＲＥ
Ｆが求められる。

【００７４】本第２実施形態装置においても上記第１実
施形態装置と同様の効果が得られるが、さらにＰＷＭ制
御におけるデューティ比の使用可能範囲が広いという効
果がある。

【００７５】即ち、上記第１実施形態は、デューティ比
を制限する方式であるので全デューティ比の一部（例え
ば７０％程度）しか使用できないが、本第２実施形態で
は全デューティ比の使用が可能である。また本第２実施
形態では、目標電流値そのものを補正制御する方式であ
るので、目標電流値と検出電流値との差が所定値以上で
ある場合には、システム自体が異常であると判断でき
る。一方、上記第１実施形態では、上限，下限電圧を設
ける方式であるので、例えば上限電圧Ｅ１に制限された
運転状態では目標電流値と検出電流値との間には大きな
差が存在するのを前提としているので、これらの電流値
の差からシステム異常を検出することはできない。

【００７６】上記第１，第２実施形態では、第２設定車
速Ｖ２において補助動力をゼロとし、さらに該第２設定
速度Ｖ２を越えて車速が増加する伴ってモータ３１を負
荷として作用させるようにしたが、図１５，１６は第２
設定車速Ｖ２より大きい第３設定車速Ｖ３を越えて車速
が増加した場合にモータ３１を負荷として作用させるよ
うにした第３実施形態を示す図であり、図中、図１０，
図１４と同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００７７】本第３実施形態では、設定車速演算手段２
１６により、人力の入力のたびごとに左，右駆動輪２，
２に加えられた人力ＦＬ，ＦＲに基づいて第１〜第４設
定車速Ｖ１〜Ｖ４が演算される。この場合も先の実施形
態と同様に、上記第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４は人力
が大きいほど大きく、小さいほど小さく設定される。

【００７８】そして重心成分設定手段１０５により、上
記演算された第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４と検出され
た重心速度ωＧにより重心トルクｉＧが演算され、旋回
トルクｉＬと加算され１０６で目標電流ｉＲＥＦが決定
される。

【００７９】この場合、上記目標電流ｉＲＥＦは、上記
重心速度ωＧが、第４〜第１設定車速Ｖ４〜Ｖ１内にあ
るときは人力に応じた補助動力が得られるように設定さ
れ、第１〜第２設定車速Ｖ１〜Ｖ２内にあるときは車速
の増加に伴って補助動力が徐々に小さくなるように設定
され、第２〜第３設定車速Ｖ２〜Ｖ３内にあるときは補
助力がゼロとなるように設定され、さらに第３設定車速
Ｖ３を越えて増加するほど徐々に大きな負荷が発生する
ように設定される。

【００８０】この第３実施形態によれば、第２設定車速
Ｖ２以上ですぐにモータ３１が負荷として作用すること
なく第３設定車速Ｖ３まではフリーで走行できる。

【００８１】なお、上記各実施形態では、第１〜第４設
定車速Ｖ１〜Ｖ４を人力の入力のたびごとに人力の大き
さに応じた値に設定する場合を説明したが、本発明はこ
れら設定車速Ｖ１〜Ｖ４を人力の大きさに関係なく固定
値とする形態も含み、請求項３の発明は上記設定車速を
固定値とした点を特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による補助動力付き車椅
子の側面図である。

【図２】上記車椅子の平面図である。

【図３】上記車椅子の背面図である。

【図４】上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外
した状態を示す正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】上記車椅子の回転トランス部分の正面図であ
る。

【図７】上記車椅子の回転トランス部分の断面側面図で
ある。

【図８】上記車椅子の回転トランス部分の側面図であ
る。

【図９】上記車椅子の回転トランス部分の斜視図であ
る。

【図１０】上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシス
テムの構成図である。

【図１１】上記人力と出力トルクとの特性図である。

【図１２】上記制御動作における上限電圧の時間的変化
を示す特性図である。

【図１３】上記制御動作における車速−モータトルク特
性図である。

【図１４】本発明の第２実施形態の補助動力の制御動作
を示すシステムの構成図である。

【図１５】本発明の第３実施形態の補助動力の制御動作
を示すシステムの構成図である。

【図１６】上記第３実施形態の制御動作における車速−
モータトルク特性図である。

【図１７】本発明の構成をを説明するための特性図であ
る。

【図１８】本発明の構成を説明するための特性図であ
る。

【図１９】本発明の構成を説明するための特性図であ
る。

【符号の説明】

１車椅子２，２車輪（駆動輪）１００コントローラ（補助動力制御手段，設定車速制
御手段）ｔ１人力の供給停止後所定時間Ｖ１第１設定車速Ｖ２第２設定車速Ｖ３第３設定車速Ｖ４第４設定車速

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の進行方向に向かって左右に配置さ
れた二つの駆動輪の何れか一方又は両方に加えられた人
力に基づいて求めた補助動力を供給するようにした補助
動力付き車椅子において、同一人力に対する上記補助動
力を、車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に
伴って減じ、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロとし、さ
らにＶ２≦Ｖ３なる第３設定車速Ｖ３を越えると負とす
る補助動力制御手段を備えたことを特徴とする補助動力
付き車椅子。
【請求項２】請求項１において、人力の入力のたびご
とに、そのときの人力の大きさに応じた値に上記第１〜
第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を設定する設定車速制御手段を
備えたことを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項３】請求項１において、上記第１〜第３設定
車速Ｖ１〜Ｖ３をそのときの人力の大きさにかかわらず
固定値に設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴
とする補助動力付き車椅子。
【請求項４】請求項２又は３において、上記設定車速
制御手段は、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人
力の供給停止後所定時間の間は人力供給停止前の大きさ
に維持し、その後は時間の経過に伴って小さくすること
を特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項５】請求項１ないし４の何れかにおいて、上
記補助動力制御手段は、車速が上記第１設定車速Ｖ１よ
り小さい第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減
少に伴って補助動力を増加させることを特徴とする補助
動力付き車椅子。
【請求項６】請求項１ないし５の何れかにおいて、上
記車速が、左，右駆動輪の回転速度から合成された実質
的な重心速度であることを特徴とする補助動力付き車椅
子。