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【発明の名称】 電動車椅子
【発明者】 【氏名】岸本 功
【住所又は居所】兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号 株式会社ナブコ総合技術センター内

【氏名】浅和 貴
【住所又は居所】兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号 株式会社ナブコ総合技術センター内

【氏名】神藪 寿
【住所又は居所】兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号 株式会社ナブコ総合技術センター内
【要約】 【課題】段差を乗り越えた直後に勢いよく走り出すことを防止して、段差乗り越えが容易な電動車椅子を提供する。

【解決手段】車体１と、当該車体１に備えられた車輪４と、操作者が力を加えて車椅子を走行させるための操作体７と、前記操作体７に加えられた操作力を検知する操作力検知部と、前記車輪４を回転駆動するモータ３１を含む駆動部と、当該操作力検知部で検知された操作力に応じて前記モータ３１の回転を制御する制御部１２と、前記モータ３１の回転を減速して低速・高トルクで前記車輪４を回転させる減速部Ｒとを備え、前記駆動部３の出力回転が前記減速Ｒによって減速せずに前記車輪４に伝えられる通常走行状態と前記駆動部３の出力回転が前記減速部Ｒを介して減速して前記車輪４に伝えられる減速走行状態が選択的に切り換え可能に構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】車体と、当該車体に備えられた車輪と、操作者が力を加えて車椅子を走行させるための操作体と、前記操作体に加えられた操作力を検知する操作力検知部と、前記車輪を回転駆動するモータを含む駆動部と、当該操作力検知部で検知された操作力に応じて前記モータの回転を制御する制御部と、前記駆動部の出力回転を減速して低速・高トルクで前記車輪を回転させる減速部と、を備え、前記駆動部の出力回転が前記減速部によって減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態と、前記駆動部の出力回転が前記減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態とが選択的に切り換え可能に構成されていることを特徴とする電動車椅子。
【請求項２】車体と、当該車体に備えられた車輪と、当該車輪を回転駆動するモータを含む駆動部と、車椅子を自走させるための操作を行う自走操作部と、当該自走操作部の操作に応じて前記モータの回転制御を行う制御部と、前記駆動部の出力回転を減速して低速・高トルクで前記車輪を回転させる減速部と、を備え、前記駆動部の出力回転が前記減速部によって減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態と、前記駆動部の出力回転が前記減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態とが選択的に切り換え可能に構成されていることを特徴とする電動車椅子。
【請求項３】前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを手動で行うための手動切換部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車椅子。
【請求項４】前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを行うための切換駆動力を発生する切換装置と、当該切換装置を操作するための切換スイッチとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車椅子。
【請求項５】前記制御部は、前記減速走行状態においては、前記車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するように前記モータを駆動制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動車椅子。
【請求項６】前記操作体が介護者の操作力を前記車体に加えるための操作ハンドルとして構成され前記制御部は、前記減速走行状態においては、前記操作ハンドルに加えられた操作力にかかわらず、前記車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するように前記モータを駆動制御することを特徴とする請求項１記載の電動車椅子。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車椅子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電動車椅子としては、いわゆる電動補助型車椅子や自走型電動車椅子がある。前記電動補助型車椅子は、介護者が車体を押し引きする操作力と、この操作力に基づいてモータで発生させた補助駆動力とによって推進するものである。
【０００３】ここで、介護者の操作力は、介護者用のハンドルに設けられた操作力検知部によって検知され、介護者がこのハンドルに加えた操作力が所定の設定値を超えると、モータにより駆動力が生じる。なお、このような操作力検知部は、車輪に沿って設けられたハンドリムに内蔵することもでき、このようなハンドリムは搭乗者によって操作される。
【０００４】上記のような電動補助型車椅子では、介護者がハンドルに付与する操作力若しくは搭乗者自身がハンドリムに付与する操作力が操作力検知部によって検知され、その検知結果に応じた補助駆動力がモータにより車輪に提供される。
【０００５】したがって、例えば登り坂においては、操作力に応じた前進方向への補助駆動力がモータにより提供され、介護者又は搭乗者（以下、両者の総称として「操作者」という）の負担は軽減される。また、下り坂においては、操作者が後進方向への操作をすることにより、モータに逆方向の補助駆動力を発生させて、車椅子の加速を防止する。従って、操作者の負担は軽減される。
【０００６】また、前記自走型電動車椅子は、モータによる駆動力を操作者による操作力の補助として用いるのではなく、操作者が操作力を加えることなくモータの駆動力だけで車椅子を自走させるものである。このような自走型電動車椅子には、搭乗者が車椅子の自走操作を行えるように操作手段としてジョイスティックなどが車体に設けられており、ジョイスティックの操作に応じた駆動力がモータによって発生して車輪に与えられて車椅子が自走する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電動車椅子では、段差を乗り越えるのが難しいという問題がある。すなわち、電動補助型車椅子では、段差を乗り越えるために操作者がハンドルやハンドリムを大きな力で操作すると、操作力が大きいことに対応してモータによる補助駆動力も大きくなる。しかし、段差を乗り越えた直後に必要とされる駆動力が急激に小さくなるため、モータの回転速度が急激に上昇することとなり、段差を乗り越えた直後に車椅子が勢い良く走り出すという問題が発生する。
【０００８】また、自走型電動車椅子でも、段差を乗り越えることができる程度の駆動力を発生させると、電動補助型車椅子と同様に、モータの駆動力によって段差を乗り越えた直後に、モータの回転速度が急激に上昇して、車椅子が勢い良く走りだすという問題が発生する。
【０００９】このように、電動車椅子では、モータによる駆動力があるため、段差を乗り越える際の操作を相当慎重に行わなければ、段差を乗り越えた直後に勢いよく走り出すことを防止することができなかった。
【００１０】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、段差を乗り越えた直後に勢いよく走り出すことを防止して、段差乗り越えが容易な電動車椅子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電動車椅子は、車体と、当該車体に備えられた車輪と、操作者が力を加えて車椅子を走行させるための操作体と、前記操作体に加えられた操作力を検知する操作力検知部と、前記車輪を回転駆動するモータを含む駆動部と、当該操作力検知部で検知された操作力に応じて前記モータの回転を制御する制御部と、前記モータの回転を減速して低速・高トルクで前記車輪を回転させる減速部と、を備え、前記駆動部の出力回転が前記減速部によって減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態と前記駆動部の出力回転が前記減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態とが選択的に切り換え可能に構成されている。
【００１２】平坦な道や坂道を走行する際には、回転制御された駆動部の出力回転が減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態としておき、操作者がハンドルやハンドリムなどの操作体を操作すると、操作者が操作体に与えた操作力に応じた補助駆動力がモータによって発生し、操作者の負担が少ない状態で走行をすることができる。そして、段差を乗り越える際には、駆動部の出力回転が減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態としておくと、車椅子の走行は、減速部によって低速・高トルク化する。車椅子の走行状態が高トルク化しているので、段差を乗り越えるための大きな力が得られ車椅子は容易に段差を乗り越えることができ、しかも大きな力を発生させても車椅子は低速化しているので、段差を乗り越えた直後に車椅子が勢いよく走りだすことを防止でき、操作者による段差乗り越えの際の操作が容易となる。
【００１３】また、本発明に係る電動車椅子は、車体と、当該車体に備えられた車輪と、当該車輪を回転駆動するモータを含む駆動部と、車椅子を自走させるための操作を行う自走操作部と、当該自走操作部の操作に応じて前記モータの回転制御を行う制御部と、前記モータの回転を減速して低速・高トルクで前記車輪を回転させる減速部と、を備え、前記駆動部の出力回転が前記駆動部によって減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態と前記駆動部の出力回転が前記減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態とが選択的に切り換え可能に構成されているものとすることができる。
【００１４】この場合も、平坦な道や坂道を走行する際には、回転制御された駆動部の出力回転が減速せずに前記車輪に伝えられる通常走行状態としておくと、自走操作部の操作に応じた駆動力が駆動部によって発生し、通常の走行を行うことができる。そして、段差を乗り越える際には、駆動部の出力回転が減速部を介して減速して前記車輪に伝えられる減速走行状態としておくと、車椅子の走行は、減速部によって低速・高トルク化する。車椅子の走行状態が高トルク化しているので、段差を乗り越えるための大きな力が得られ車椅子は容易に段差を乗り越えることができ、しかも大きな力を発生させても車椅子は低速化しているので、段差を乗り越えた直後に車椅子が勢いよく走りだすことを防止でき、段差乗り越えの際の自走操作部の操作が容易となる。
【００１５】また、本発明では、前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを手動で行うための手動切換部を備えているのが好ましい。この場合、通常走行状態と減速走行状態の切り換えを簡単な構成で実現できる。
【００１６】あるいは、前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを行うための切換駆動力を発生する切換装置と、当該切換装置を操作するための切換スイッチとを備えているものとすることができる。走行状態切り換えのための切換装置と切換スイッチとを備えることで手動切換部に比べて容易に切換を行うことができる。
【００１７】また、本発明では、前記制御部は、前記減速走行状態においては、前記車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するように前記モータを駆動制御することができる。この場合、減速走行状態とすれば、車椅子への操作に関係なく、車椅子が低速・高トルクの状態で前進走行するため、操作が不要で段差乗り越えが容易となる。しかも、電動車椅子が前記操作体を有する場合に、当該操作体が介護者の操作力を前記車体に加えるための操作ハンドルとして構成されていれば、操作ハンドルに加えた操作力にかかわらず、車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するので、介護者は、段差乗り越えをよりスムーズにするために操作ハンドルを後方に引いて前輪上げを促すなどの動作が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る電動車椅子として電動補助型車椅子を示している。この電動車椅子の車体１は、複数のパイプ部材からなるフレーム２と、モータ等を内蔵した左右一対の駆動部３のユニットとを備えている。駆動部３のユニットは、モータの他、減速機構も備えており、モータの回転は減速機構を介して駆動部出力軸３２から出力される。なお、駆動部３は、駆動部出力軸３２をモータによって直接回転させるダイレクトドライブ方式であってもよい。
【００１９】駆動輪となる一対の車輪４（図１では輪郭のみを略記）は、各駆動部３に取り付けられている。車輪４は、駆動部３の駆動部出力軸３２に取り付けられるハブ４１と、タイヤ４２が取り付けられるリム４３と、ハブ４１とリム４３との間に延設されたスポーク又はアーム４４とを備えて構成されており、介護者の人力とモータの補助駆動力とによって回転する。
【００２０】なお、車体１の前部には、一対のキャスタ５が前輪として取り付けられて、左右のフレーム２の上部には、アームレスト６が取り付けられている。左右のフレーム２間には、座シートＳ１及び背シートＳ２（図２参照）が張設されている。背シートＳ２の背面側には、バッテリポケットＰ１及び制御部ポケットＰ２が設けられている。
【００２１】車体１の後方最上部には、介護者が力を加えて車椅子を走行させるための操作体として操作ハンドル７が設けられ、その下部にブレーキレバー８が取り付けられている。操作ハンドル７は内部に操作力検知部としての例えばポテンショメータを有しており、電動車椅子を押し引き操作する介護者の操作力を検知することができる。なお、操作力検知部としてはポテンショメータに代えて、ストレインゲージを含むブリッジ回路を用いても良い。また、介護者なしでも電動補助ができるタイプの電動車椅子では、車輪４に設けられたハンドリム（図示省略）に操作力検知部が設けられ、この操作力検知部により、搭乗者がハンドリムに与える操作力が検知される。
【００２２】なお、上記ブレーキレバー８は、他のブレーキレバー９とワイヤ１０を介して連係しており、どちらか一方からのブレーキ操作により、機械的に車輪４を制動することができる。
【００２３】図２において、上記バッテリポケットＰ１及び制御部ポケットＰ２には、それぞれバッテリ１１及び制御部１２が収納されている。バッテリ１１と制御部１２とは、ケーブルＣ１により互いに接続されている。また、制御部１２と、左右の駆動部３及び左右の操作部７とは、それぞれ、ケーブルＣ２，Ｃ３及びケーブルＣ４，Ｃ５によって接続されている。
【００２４】図３は、車輪４のハブ４１の拡大断面図であり、ハブ４１の内部には遊星歯車機構からなる減速部Ｒが設けられている。減速部となる遊星歯車機構Ｒは、駆動部出力軸３２に取り付けられて当該出力軸３２と一体的に回転する太陽歯車Ｒ１と、太陽歯車Ｒ１と同軸状に配置された内歯歯車Ｒ２と、太陽歯車Ｒ１と内歯歯車Ｒ２との間で回転可能な環状の保持器Ｒ３によって支持された遊星歯車Ｒ４とを有している。
【００２５】前記保持器Ｒ３は、前記ハブ４１に取り付けられており、保持器Ｒ３の回転と同速の回転速度でハブ４１（車輪４）が回転する。なお、駆動部出力軸３２はハブ４１に対してベアリングＢ１を介して相対回転自在に支持されている。遊星歯車機構Ｒの内歯歯車Ｒ２は、駆動部出力軸３２に対してベアリングＢ２を介して相対回転自在であるとともに軸方向にスライド自在に設けられている。この内歯歯車Ｒ２は、駆動部３のハウジング３ａに一体的に設けられた固定体３ｂによって回転不能とされる固定位置（図３の位置）と、太陽歯車Ｒ１と一体的に回転する回転位置（図３の位置から左に移動した位置）とに軸方向スライド移動自在とされている。なお、以下では、固定位置を「減速走行位置」ともいい、回転位置を「通常走行位置」ともいう。
【００２６】内歯歯車Ｒ２は、固定位置にあるときには、固定体３ｂとの当接によって回転不能とされている。例えば、内歯歯車Ｒ２と固定体３ｂの両接触面同士を摩擦面としておき、摩擦抵抗によって内歯歯車Ｒ２の回転を阻止することができる。あるいは、内歯歯車Ｒ２と固定体３ｂの両接触面にそれぞれ噛合部を形成しておき、内歯歯車Ｒ２が固定体３ｂに当接したときの噛合部同士の噛み合わせにより内側歯車Ｒ２の回転を阻止することもできる。
【００２７】内歯歯車Ｒ２は、回転位置にあるときには、太陽歯車Ｒ１との当接によって太陽歯車Ｒ１と一体的に回転可能とされている。太陽歯車Ｒ１と内歯歯車Ｒ２とを一体回転させるには、固定位置と同様に、太陽歯車Ｒ１と内歯歯車Ｒ２の両接触面同士を摩擦面とするか、あるいは両接触面にそれぞれ噛合部を形成すればよい。
【００２８】内歯歯車Ｒ２が前記固定位置にある場合、駆動部出力軸３２の回転によって太陽歯車Ｒ１が回転すると、内歯歯車Ｒ２が固定されていることから、遊星歯車Ｒ４の保持器Ｒ３は減速して回転する。したがって、駆動部３の出力回転が減速して低速・高トルク化された回転がハブ４１に伝達され、車輪４は低速・高トルクで回転し、車椅子は減速走行状態で走行する。
【００２９】また、内歯歯車Ｒ２が前記回転位置にある場合、駆動部出力軸３２の回転によって太陽歯車Ｒ１が回転すると、内歯歯車Ｒ２も太陽歯車Ｒ１と一体的に同じ回転速度で回転することから、遊星歯車Ｒ４は自転せず、保持器Ｒ３は太陽歯車Ｒ１と同じ回転速度で回転する。したがって、駆動部３の出力回転は減速されずにハブ３１に伝達され車輪４が回転し、車椅子は通常走行状態で走行する。
【００３０】以上のように、内歯歯車Ｒ２は通常走行状態と減速走行状態を切り換えるためのクラッチとして機能し、この内歯歯車Ｒ２のスライドは、車体フレーム２に設けられた手動切換部１８によって行われる。手動切換部１８は、レバー体として構成されており、レバー体１８のグリップ部１８ａを手で揺動操作することにより、内歯歯車Ｒ２の外周の周方向に形成された係合溝１９と係合するレバー体１８の先端１８ａが、内歯歯車Ｒ２を軸方向にスライドさせる。
【００３１】内歯歯車Ｒ２を、図３の固定位置から回転位置に移動させて、車椅子を通常走行状態にするには、介護者又は搭乗者がレバー体１８のグリップ部１８ａを図において右側に倒せばよく、この結果、レバー体１８の先端１８ｂは図において左側に移動し、内歯歯車Ｒ２が太陽歯車Ｒ１に当接して回転位置（通常走行位置）となる。なお、内歯歯車Ｒ２を、回転位置から固定位置（減速走行位置）にして車椅子を減速走行状態にするには、レバー体１８のグリップ部１８ａを左側に戻せばよい。
【００３２】上記の電動車椅子で段差を乗り越える際には、レバー体１８を操作して、通常走行状態から減速走行状態に切り換える。すると、駆動部３によって発生する補助駆動力は低速・高トルクで車輪４に伝達され、段差の乗り越えが容易となる。しかも、電動車椅子が段差を乗り越える際に、前輪キャスタ５が段差に突き当たってそのままの状態で前進することを阻害されたときに電動車椅子に作用する反力が車体フレーム２に伝わり、キャスタ５を持ち上げるように作用する。この反力は補助駆動力が高トルク化していることから大きくなり、この結果、キャスタ５を持ち上げる力が大きくなる。したがって、段差の乗り越えが非常に容易となる。また、低速であるので、段差を乗り越えた直後に車椅子が飛び出すこともない。なお、段差を完全に乗り越えたら、レバー体１８を操作して、通常走行状態に戻せばよい。
【００３３】図４は、制御部１２を中心とした電動車椅子の制御系のブロック図である。車体１の右側に設けられているものには符号にＲを付けて表記し、車体の左側に設けられているものには符号にＬを付けて表記している。駆動部３Ｒ及び３Ｌ内のモータはそれぞれ、３１Ｒ及び３１Ｌ（３１で総称する。）とする。また、操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌ内の操作力検知部は、それぞれ７１Ｒ及び７１Ｌとする。図４において、制御部１２のケースの表面には、スイッチ１３及び表示灯１４が設けられている（図２も参照）。なお、図４におけるケーブルＣ１〜Ｃ５はそれぞれ図２において示したものに相当する。
【００３４】上記制御部１２内には、制御回路１２１、電源回路１２２、駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌが設けられており、相互に接続されている。電源回路１２２には、バッテリ１１から直流電圧が供給される。電源回路１２２は、供給された直流電圧に基づいて、制御回路１２１並びに駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌに所定の電源電圧を供給する。制御回路１２１は、スイッチ１３及び表示灯１４と接続されており、スイッチ１３のオン操作によって作動し、表示灯１４を点灯させる。なお、制御部ポケットＰ２（図２）の上部には透明な柔らかいカバーが設けられており、このカバー越しにスイッチ１３の操作や、表示灯１４の点灯確認が可能である。
【００３５】駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌは、例えば半導体スイッチング素子のブリッジ回路を含んでおり、電源回路１２２から供給された直流電圧を、制御回路１２１から供給されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチングし、モータ３１Ｒ及び３１Ｌを駆動する。また、電気制動時における駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌはモータ３１Ｒ及び３１Ｌが回転している状態で電圧の供給を停止するとともに、例えばＰＷＭ信号のＨレベルの期間に各巻線端子を短絡し、Ｌレベルの期間に開放する。これにより、モータ３１Ｒ及び３１Ｌは、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じた発電制動を行う状態となる。
【００３６】制御回路１２１は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を含むものであり、操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌから入力される操作力に相当する操作力信号をディジタル値に変換した後、所定の処理を施す。操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌは、介護者が操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌに付与した押し引きの操作力をそれぞれ独立に検知して、操作力信号を発生させる。操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌはそれぞれ、操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌが操作されていない中立位置を基点としてそこから前方又は後方に操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌが操作されたとき、その操作力に従って出力値を変化させる。例えば、操作力が付与されていない状態の中立位置では、操作力信号は所定の値（通常、０でない値）である。前進方向への操作力が操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値が上記所定の値から増加する。後退方向への操作力が操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値は上記所定の値から減少する。
【００３７】制御回路１２１は、上記のように変化する操作力信号から上記所定の値を減算して得られる操作力検知信号に基づいて、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの駆動又は制動を行う。なお、操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌに付与された操作力は、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの発生する駆動力とは別に、それ自体が、それぞれ車体１を介して左右の車輪４（図１，図２）に伝達され、人力による駆動力となる。
【００３８】上記モータ３１Ｒ及び３１Ｌの各々は、３相ブラシレスモータであり、ステータ側に３個のホール素子Ｈが内蔵されている（図４）。ホール素子Ｈは、ロータの回転に応じてパルスを出力する。このパルスは、対応する駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌを介して、制御回路１２１に送られる。制御回路１２１は単位時間あたりのパルス数をカウントすることにより、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの回転速度、すなわち、電動車椅子の速度を検知する。また、制御回路１２１は、３個のホール素子Ｈと共に回転方向検出手段を構成しており、ホール素子Ｈから出力されるパルスの位相に基づいて、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの回転方向、すなわち、対応する左右の車輪４の回転方向を検知する。
【００３９】なお、ホール素子Ｈの出力によらず、モータ３１Ｒ,３１Ｌ又は車輪４に付帯してタコジェネレータ等の速度センサを設けてもよい。この場合は、タコジェネレータの出力電圧により速度が、出力電圧の極性により回転方向が、それぞれ検出される。
【００４０】次に、制御回路１２１の動作について詳細に説明する。図５は、制御回路１２１のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）によって実行されるモータ駆動又は制動のためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは図示しないメインルーチンから高速に繰り返し実行される。
【００４１】まず、ステップＳ１において、ＣＰＵは、付与された操作力に対応して操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌより出力される操作力信号の値から、操作力が付与されていないときの操作力信号の値を減算する処理（入力値変換）を行う。これにより、操作力検知部７１Ｒに対する操作力に対応する操作力検知信号ＦｉｎＲと、操作力検知手段７１Ｌに対する操作力に対応する操作力検知信号ＦｉｎＬとが得られる。図６は、このときの「操作力」対「操作力検知信号」の関係を示すグラフである。操作力が付与されていないとき操作力検知信号は０であり、前進方向（押し方向）の操作力が付与されたときは一定勾配で増加する正の値となり、後退方向（引き方向）の操作力が付与されたときは、上記一定勾配で負の方向に増加する値となる。従って、前進又は後退の識別は操作力検知信号の正負をもって、また、操作力の大きさは操作力検知信号の絶対値によって検知することができる。尚、図６において、操作力の「＋Ｆｓ」及び「−Ｆｓ」は、所定の設定値である。
【００４２】次に、ＣＰＵは、ステップＳ２において、操作力変動量を算出する。操作力変動量を算出するには、まず、ステップの実行回数をｔとして、ステップＳ１で得られる操作力検知信号の現在値ＦｉｎＲ（ｔ）と前回値ＦｉｎＲ（ｔ−１）との差ｄＦｉｎＲ（ｔ）、及び、現在値ＦｉｎＬ（ｔ）と前回値ＦｉｎＬ（ｔ−１）との差ｄＦｉｎＬ（ｔ）求める。すなわち、 ｄＦｉｎＲ（ｔ）＝ＦｉｎＲ（ｔ）−ＦｉｎＲ（ｔ−１） ...(1) ｄＦｉｎＬ（ｔ）＝ＦｉｎＬ（ｔ）−ＦｉｎＬ（ｔ−１） ...(2)とする。これを基に、操作力変動量ｄＦｉｎＲＴ及びｄＦｉｎＬＴを以下の演算により求める。 ｄＦｉｎＲＴ＝｛ｄＦｉｎＲ（ｔ）＋ｄＦｉｎＲＴ（ｔ−１）｝／２ ...(3) ｄＦｉｎＬＴ＝｛ｄＦｉｎＬ（ｔ）＋ｄＦｉｎＬＴ（ｔ−１）｝／２ ...(4)【００４３】次に、ＣＰＵはステップＳ３において、モータ３１への要求動作（以下ｍｓｔという。）を設定する。具体的には、ＣＰＵは、操作力検知信号ＦｉｎＲ及びＦｉｎＬに基づいて操作力方向の判断を行い、ホール素子Ｈの出力に基づいて車輪４の回転方向の判断を行う。その後、ＣＰＵは、前述の判断結果に基づき操作力方向と車輪４の回転方向とが同じであるか否かの判断を行う。この判断結果がイエスである場合、ＣＰＵはｍｓｔを「アシスト」に設定し、ノーの場合にはｍｓｔを「ブレーキ」に設定する。このステップＳ３でのｍｓｔの設定処理は、操作力検知部７１Ｒ，７１Ｌ及びこれに対応する車輪４Ｒ，４Ｌに関して左右それぞれに実行されて、左右両輪に関して、それぞれｍｓｔが設定される。
【００４４】次に、ステップＳ４においてＣＰＵは、操作力検知信号ＦｉｎＲ又はＦｉｎＬの各絶対値が、前述の所定値Ｆｓより大きいか否かを判断する。この判断結果がイエスすなわち所定値を超える操作力が付与されている場合、ＣＰＵはステップＳ６の駆動モードにジャンプする。一方、ノーの場合、ＣＰＵはステップＳ５において、操作力変動量ｄＦｉｎＲＴ又はｄＦｉｎＬＴの各絶対値が所定値Ｆｓｄ（＜＜Ｆｓ）より大きいか否かを判断する。当該ステップＳ５は、操作者（介護者）が手を離したかどうかについて判断するために設けられている。この判断結果がイエスの場合、操作者による駆動操作が継続して行われていると判断し、ＣＰＵはステップＳ６において駆動モードを実行して、上記操作者に対するアシストを引き続き行う。また、ノーの場合は、操作者が手を離したと判断して、ＣＰＵは制動モード（ステップＳ１０）を実行する。制動モードの実行により、発電制動力ｂｒｋは最大値に設定される。従って、操作者が操作ハンドル７Ｒ及び７Ｌから手を離すと、電動車椅子は最大の発電制動力を発生して、停止する。
【００４５】続いて、ＣＰＵは、左右の車輪４Ｒ及び４Ｌに関してステップＳ６の駆動モードを実行して、当該制御回路１２１から左右の駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌにそれぞれ供給される駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬ（モータ３１Ｒ及び３１Ｌがそれぞれ発生する駆動力に相当）を算出する。 詳細にいえば、この駆動モードでは、ＣＰＵは、まず前回出力した駆動力指令信号ＦｏｕｔＲまたはＦｏｕｔＬが０であるかどうかについて判別する。前回出力した駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬのいずれかが０であれば、ＣＰＵは０である方の上記操作力検知信号ＦｉｎＲ及びＦｉｎＬの符号（正負）を参照して、その対応するモータ３１Ｒ又は３１Ｌを正転させるのか、逆転させるのかを決定する。尚、駆動モードに入った初期の時点では、双方のモータ３１Ｒ及び３１Ｌについて、正転・逆転の決定が行われる。
【００４６】また、前回出力した駆動力指令信号ＦｏｕｔＲまたはＦｏｕｔＬの値が０でなければ、ＣＰＵは、左右の車輪４Ｒ及び４Ｌに関して駆動力変化量ｄＦａの算出を行う。駆動力変化量ｄＦａとは、モータ３１が発生する駆動力の基になる駆動力信号Ｆａの変化量である。駆動力信号Ｆａは、図５のフローチャートの実行回数をｔとして、 Ｆａ（ｔ）＝Ｆａ（ｔ−１）＋ｄＦａ ...(5)と表される。すなわち、駆動力信号Ｆａは、駆動力変化量ｄＦａの累積値として表される。従って、駆動力信号Ｆａは駆動力変化量ｄＦａが正のとき増加し、負のとき減少する。また、モータ３１の駆動方向は、駆動力信号Ｆａが正のとき正転方向であり、負のとき逆転方向である。上記駆動力変化量ｄＦａは、例えば、駆動力変化量の比例成分ｄＦａｐに所定の係数Ｋを乗じて求められる。すなわち、 ｄＦａ＝ｋ・ｄＦａｐ ...(6)である。駆動力変化量の比例成分ｄＦａｐは、例えば図７に示す関数に従って算出される。この関数は、以下のように表される。 Ｆｉｎ＞Ｆｓのとき、 ｄＦａｐ＝ＫＤＦＡＰ＿Ｈ・（Ｆｉｎ−Ｆｓ） ...(7) Ｆｓ−Ｆｈ≦Ｆｉｎ≦Ｆｓのとき、 ｄＦａｐ＝０ ...(8) Ｆｉｎ＜Ｆｓ−Ｆｈのとき、 ｄＦａｐ＝ＫＤＦＡＰ＿Ｌ・（Ｆｉｎ−（Ｆｓ−Ｆｈ）） ...(9) 但し、Ｆｓ及びＦｈは所定の設定値、ＫＤＦＡＰ＿Ｈ及びＫＤＦＡＰ＿Ｌは所定の定数である。
【００４７】続いて、ＣＰＵは、図５のフローチャートの実行回数を考慮した前記の駆動力信号Ｆａ（ｔ）に対して、直進性を高めるための既知の補整方法である左右協調補整を施して、駆動力信号Ｆａ＿ｒ（ｔ）及びＦａ＿ｌ（ｔ）を算出する。そして、ＣＰＵは、算出した駆動力信号Ｆａ＿ｒ（ｔ）及びＦａ＿ｌ（ｔ）をＰＷＭ信号に変換し、駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬとして算出する。
【００４８】ステップＳ７においてＣＰＵは、左右のモータ３１Ｒ及び３１Ｌによる発電制動力ｂｒｋＲ及びｂｒｋＬについて、ｂｒｋＲ＞０、又は、ｂｒｋＬ＞０であるか否かを判断する。判断結果がイエスすなわち既に発電制動力ｂｒｋが発生している場合、ＣＰＵはステップＳ９に進み、判断結果がノーの場合はステップＳ８に進む。尚、初めは発電制動力ｂｒｋが発生していないので、ＣＰＵはステップＳ８に進む。ステップＳ８においてＣＰＵは、左右のｍｓｔが共に「ブレーキ」となっているか否かを判断し、判断結果がイエスであればステップＳ９を実行する。一方、判断結果がノーとなるのは、左右のｍｓｔが共に「アシスト」の場合、及び、左右のｍｓｔのうち一方が「アシスト」であり、他方が「ブレーキ」である場合である。前者の場合は当然に、ステップＳ９の坂道ブレーキモードを実行する必要はなく、ＣＰＵはステップＳ１１を実行する。また、後者の場合は、電動車椅子がその場で旋回されようとしている。このような場合に「ブレーキ」側で発電制動力ｂｒｋを発生させると、急な旋回を促すことになり却って危険である。そこで、このような場合には、ステップＳ９の坂道ブレーキモードを実行せず、ＣＰＵはステップＳ１１を実行する。
【００４９】上記ステップＳ９における坂道ブレーキモードは、電動車椅子が操作者によって下り坂を前進させられながら降りる場合や上り坂を後退させられながら降りる場合に左右の車輪４Ｒ及び４Ｌに関して実行されるモードである。この坂道ブレーキモードを実行することにより、前記のような坂道を走行するときに、モータ３１に発電制動力を発生して必要以上に大きな操作力を加えることなく電動車椅子の速度を抑制することができ、電動車椅子の挙動を安定させて、操作性を向上することができる。 具体的には、ＣＰＵは、上記ｍｓｔと操作力検知信号ＦｉｎＲ及びＦｉｎＬとに基づいて、車輪４の回転方向と操作力に対応する回転方向とが互いに一致するかどうかについて判断して、それらの回転方向が一致していないと判断した場合に発電制動力ｂｒｋＲ及びｂｒｋＬを発生するためのブレーキ力信号（ＰＷＭ信号）を算出する。
【００５０】続いて、ステップＳ１１において、ＣＰＵは、左右の車輪４Ｒ及び４Ｌ毎に、発電制動力ｂｒｋが０であるかどうかに基づき、モータ動作信号の決定を行う。詳細には、発電制動力ｂｒｋが０であれば、ＣＰＵはモータ動作信号を「アシスト」に設定する。また、発電制動力ｂｒｋが０でなければ、ＣＰＵはモータ動作信号を「ブレーキ」に設定する。
【００５１】次に、ＣＰＵは、ステップＳ１２において、上記のモータ動作信号に応じて、ＰＷＭ信号を駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌに出力する。モータ動作信号が「アシスト」であれば、前記のステップＳ６の駆動モードにおいて算出された駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬ（ＰＷＭ信号）が出力される。これにより、駆動回路１２３Ｒ及び１２３ＬはＰＷＭ信号に応じてモータ３１Ｒ及び３１Ｌを駆動する。また、モータ動作信号が「ブレーキ」であれば、前記のステップＳ９の坂道ブレーキモードにおいて算出されたブレーキ力信号のＰＷＭ信号が出力される。これにより、駆動回路１２３Ｒ及び１２３ＬはＰＷＭ信号に応じてモータ３１Ｒ及び３１Ｌを制動する。
【００５２】図８は、本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態では、減速部Ｒは駆動部３側に設けられている。この減速部Ｒは、駆動部３のハウジング３ａに取り付けられた減速部ハウジングＲ１０内に備えられている。減速部ハウジングＲ１０の内部には、駆動部出力軸３２が位置している。この駆動部出力軸３２と同軸状配置で減速部出力軸Ｒ１１がハウジングＲ１０外に延出している。
【００５３】駆動部出力軸３２には、スプライン溝３２ａが形成されており、このスプライン溝３２に嵌合するスプライン穴が形成された原動側クラッチ体Ｒ１２が駆動部出力軸３２に取り付けられている。この原動側クラッチ体Ｒ１２は、駆動部出力軸３２とスプライン結合されていることにより、駆動部出力軸３２と一体的に回転可能であって軸方向にスライド自在とされている。また、減速部出力軸Ｒ１１には原動側クラッチ体Ｒ１２と対向状に従動側クラッチ体Ｒ１３が設けられている。従動側クラッチ体Ｒ１３は、減速部出力軸Ｒ１１に対して固定的に取り付けられており、従動側クラッチ体Ｒ１３と減速部出力軸Ｒ１１とは一体的に回転する。
【００５４】原動側クラッチ体Ｒ１２と従動側クラッチ体Ｒ１３とは、噛み合いクラッチとして構成されている。すなわち、両クラッチ体Ｒ１２，Ｒ１３は、それぞれ対向部側に互いに噛み合うための噛合部Ｒ１２ａ，Ｒ１３ａが形成されており、両噛合部Ｒ１２ａ，Ｒ１３ａの噛み合いにより原動側クラッチ体Ｒ１２から従動側クラッチ体Ｒ１３に回転が伝達される。なお、原動側クラッチ体Ｒ１２と従動側クラッチ体Ｒ１３とを摩擦クラッチとして構成してもよい。
【００５５】原動側クラッチ体Ｒ１２の背部側には第１小歯車Ｒ１４が設けられており、この第１小歯車Ｒ１４も原動側クラッチ体Ｒ１２と同様に、駆動部出力軸３２に対して一体的に回転可能であって軸方向にスライド自在とされている。第１小歯車Ｒ１４は、図４の位置において、駆動部出力軸３２と平行配置された中間軸Ｒ１５に設けられた第１大歯車Ｒ１６と噛み合っている。また、中間軸Ｒ１５には、第２小歯車Ｒ１７が設けられており、この第２小歯車Ｒ１７は減速部出力軸Ｒ１１に設けられた第２大歯車Ｒ１８と噛み合っている。したがって、駆動部出力軸３２の回転は、第１小歯車Ｒ１４、第１大歯車Ｒ１６、第２小歯車Ｒ１７、そして第２大歯車Ｒ１８へ伝達されると減速して、低速・高トルクで減速部出力軸Ｒ１１を回転させる。
【００５６】この減速部出力軸Ｒ１１には、車輪４のハブ４１が取り付けられており、原動側クラッチ体Ｒ１２が図４の位置にあるときには、低速・高トルクの減速走行状態で車輪４が回転する。すなわち、このとき原動側クラッチ体Ｒ１２は減速走行位置にあるといえる。一方、原動側クラッチ体Ｒ１２が図において左側にスライド移動して従動側クラッチ体Ｒ１３と噛み合うとともに、第１小歯車Ｒ１４と第１大歯車Ｒ１６との噛み合いが外れると、駆動部の出力回転は、駆動部出力軸３２からクラッチ体Ｒ１２，Ｒ１３を介して減速されずに減速部出力軸Ｒ１１に伝達され、車輪４は通常走行状態で回転する。すなわち、このとき原動側クラッチ体Ｒ１２は通常走行位置にあるといえる。
【００５７】原動側クラッチ体Ｒ１２をスライド移動させるために、減速部ハウジングＲ１０には手動切換部１８としてレバー体が設けられており、このレバー体１８を揺動操作することで、原動側クラッチ体Ｒ１２が軸方向にスライドする。例えば、図４の状態からレバー体１８のグリップ部１８ａを右側に揺動させれば、原動側クラッチ体Ｒ１２が従動側クラッチ体Ｒ１３と噛み合い減速走行状態から通常走行状態となる。また、通常走行状態から減速走行状態にするには、グリップ部１８ａを左に揺動させればよい。
【００５８】図９及び図１０は、本発明の第３実施形態を示している。第１及び第２実施形態では、手動切換部１８によって通常走行状態と減速走行状態を手動で選択的に切り換えているのに対し、本第３実施形態では、切換スイッチ２０によって切換装置２１を操作して通常走行状態と減速走行状態とを選択的に切り換えている。切換スイッチ２０は、操作ハンドル（操作体）７近傍に設けられており（図示省略）、介護者がクラッチ操作をするのが容易となっている。切換スイッチ２０は制御部２０と接続されており、制御部２０では、図９のフローチャートに示すように、切換スイッチ２０がＯＮになると（ステップＳ２０）、切換装置２１Ｒ及び２１Ｌに対し切換信号を出力する（ステップＳ２１）。
【００５９】切換装置２１Ｒ及び２１Ｌは、クラッチ、すなわち第１実施形態の減速部Ｒであれば内歯歯車Ｒ２、第２実施形態の減速部Ｒであれば原動側クラッチ体Ｒ１２、を通常走行位置と減速走行位置との間で切り換えるための切換駆動力を発生させるものであり、例えば、減速部Ｒに電磁石を備えて電磁石の励磁によってクラッチである内歯歯車Ｒ２又は原動側クラッチ体Ｒ１２を移動させるものとして構成できる。
【００６０】切換装置２１Ｒ及び２１Ｌは、切換信号を受けると、クラッチを通常走行位置から減速走行位置に切り換える。また、切換スイッチ２０がＯＦＦになると、切換装置２１Ｒ及び２１Ｌはクラッチを通常走行位置に戻す。上記切換スイッチ２０の機能は手動切換部１８と同じであるが、切換スイッチ２０は手動切換部１８に比べて、車体の任意の位置に設けるのが容易であるため、操作者が操作しやすいところに設けることができ、操作性が向上する。
【００６１】図１１は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態では、第３実施形態と同様に、切換スイッチ２０及び切換装置２１を有し、さらに、切換スイッチ２０がＯＮになると（ステップＳ２２）、クラッチが減速走行位置に切り換えられる（ステップＳ２３）とともに、車輪前進方向に一定の駆動力が発生するようにモータ３１が制御される低速・高トルクモードになる（ステップＳ２４）。これに対し、クラッチ切換スイッチ２０がＯＦＦのときは、第１実施形態において図５のフローチャートで示したような通常走行状態（通常補助走行モード）になる（ステップＳ２５）。すなわち、通常補助走行モードでは、操作ハンドル７への操作力が操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌによって検知され、当該操作力に応じてモータ３１の回転が制御される。
【００６２】これに対し、第４実施形態の減速走行状態では、単に減速されるだけではなく、上記の低速・高トルクモードとなり、操作ハンドル７を操作しても、モータの回転方向や速度は変化せず、操作力に関係なく車輪前進方向に一定の駆動力で車椅子が走行する。したがって、段差を乗り越えようとする際に、介護者が操作ハンドル７を後方に引いてキャスタ５上げを促す操作をしても、車輪後進方向への駆動力は発生しないので、円滑に段差を乗り越えることができる。なお、第２〜第３実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。
【００６３】図１２〜図１５は、本発明の第５実施形態を示している。第５実施形態に係る電動車椅子はいわゆる自走型電動車椅子であるが、第１又は第２実施形態の電動車椅子と同様に減速部Ｒを備えている。この自走型電動車椅子の車体１の一側方前部には、搭乗者用の操作ボックス１７が設けられており、この操作ボックス１７は図示しないケーブルによって制御部１２と接続されている。操作ボックス１７には、図１４に示すように搭乗者が自走操作を行うための自走操作部としてのジョイスティック１７ａと、制御部１２をオン状態またはオフ状態とする主電源スイッチ１７ｂとが設けられている。
【００６４】ジョイスティック１７ａは、搭乗者の指示方向を制御部１２に指示するためのものであり、搭乗者の操作に応じて、駆動部３の各モータの駆動力を制御するための制御信号を制御部１２に出力する。詳細にいえば、図１５に示すように、ジョイスティック１７ａには、上記搭乗者の操作に応じた自走操作信号を検知する自走操作信号検知部１７１Ｘ及び１７１Ｙが含まれており、当該ジョイスティック１７ａが操作されていない状態（例えば図１２に示す操作ボックス１７の上面に対して垂直である状態）から倒されることにより、搭乗者の指示方向が指示される。ジョイスティック１７ａは、前記の自走操作信号検知部１７１Ｘ及び１７１Ｙにより、上記の指示方向のＸ及びＹ方向の成分（ベクトルの大きさ）と、倒された時の倒れ角度で指定されるＸ及びＹ方向での目標速度とをそれぞれＸ及びＹ方向の自走操作信号として検知して、制御信号に含めて制御部１２に出力する。したがって、ジョイスティック１７ａからの制御信号に基づきモータの駆動力を制御して、搭乗者の操作に応じた走行を行うことができる。
【００６５】また、操作ボックス１７には、第３実施形態と同様の切換スイッチ２０が設けられており、この切換スイッチ２０によって切換装置２１を操作して通常走行状態（通常自走モード）と減速走行状態（低速・高トルクモード）とに選択的に切り換えることができる。切換スイッチ２０は自走操作部であるジョイスティック１７ａの近傍に配置されているので、操作が容易である。なお、第５実施形態においても、第１及び第２実施形態のような手動切換部１８を設けて手動で切り換えてもよい。
【００６６】本実施形態において、通常走行状態とは、自走操作部（ジョイスティック）１７ａの操作に応じて駆動部３の出力回転が制御されているとともに、駆動部３の出力回転が減速部Ｒを介さずに車輪４に伝達されている状態をいう。一方、減速走行状態とは、駆動部３の出力回転が減速部Ｒを介して減速されて車輪４に伝達されている状態をいう。減速走行状態では、駆動部３はジョイスティック１７ａの操作に応じて回転制御されていてもよいし、ジョイスティック１７ａの操作にかかわらず車輪前進方向に一定の駆動力が発生する低速・高トルクモード（第４実施形態参照）としてもよい。減速走行状態とすることで、他の実施形態と同様に段差の乗り越えを容易に行うことができる。
【００６７】なお、操作ボックス１７には、通常走行状態時に高速走行又は低速走行のいずれかの速度を選択するための速度切換スイッチ１７ｃと、前記の高速走行時及び低速走行時にそれぞれ点灯して表示するための設定速度表示部としてのＬＥＤ１７ｄ及び１７ｅと、バッテリ１１の残量を段階的に表示するバッテリ残量表示部１７ｆとを備えている。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、車椅子の走行状態を通常走行状態から低速・高トルク化した減速走行状態に切り換えることができるので、段差を乗り越える際には、大きなトルクで容易に乗り越えられるとともに、低速化しているので段差を乗り越えた直後に電動車椅子が勢い良く走り出すことを防止できる。また、前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを手動で行うための手動切換部を備えていれば、通常走行状態と減速走行状態の切り換えを簡単な構成で実現できる。また、前記通常走行状態と前記減速走行状態の切り換えを行うための切換駆動力を発生する切換装置と、当該切換装置を操作するための切換スイッチとを備えていれば、手動切換部に比べて容易に切換を行うことができる。
【００６９】また、前記制御部が、減速走行状態においては、前記車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するように前記モータを駆動制御すれば、減速走行状態においては車椅子への操作に関係なく、車椅子が低速・高トルクの状態で前進走行するため、操作が不要で段差乗り越えが容易となる。しかも、電動車椅子が前記操作体を有する場合に、当該操作体が介護者の操作力を前記車体に加えるための操作ハンドルとして構成されていれば、操作ハンドルに加えた操作力にかかわらず、車輪が前進方向に一定の駆動力で回転するので、介護者は、段差乗り越えをよりスムーズにするために操作ハンドルを後方に引いて前輪上げを促すなどの動作が可能となる。
【出願人】 【識別番号】０００００４０１９
【氏名又は名称】株式会社ナブコ
【住所又は居所】兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番地の３
【出願日】 平成１３年１１月３０日（２００１．１１．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００９２７０５
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆文
【公開番号】 特開２００３−１６４４９２（Ｐ２００３−１６４４９２Ａ）
【公開日】 平成１５年６月１０日（２００３．６．１０）
【出願番号】 特願２００１−３６７３３１（Ｐ２００１−３６７３３１）