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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Getriebemotor, der
bei einer Antriebsvorrichtung für
einen elektrischen Rollstuhl verwendet wird.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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In
den letzten Jahren wird ein Rollstuhl weithin von älteren Personen
verwendet, für
die ist schwierig ist, zu laufen, und von Personen, die sich in einem
Krankenhaus bewegen, zusätzlich
zu Personen mit einer Einschränkung
der Mobilität,
und zwar dies einhergehend mit der Verbreitung von flachen Straßen und
Bürgersteigen
und flachen Böden
in Türen.
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In
vielen Fällen
ist es für
Personen, die den Rollstuhl verwenden, schwierig, manuell seine
Räder anzutreiben.
Es ist nicht immer möglich,
dass eine Begleitung bei ihnen ist. Gegen diesen Nachteil ist der
so genannte elektrische Rollstuhl, bei dem die Radwellen durch die
Leistung von Motoren angetrieben werden, in letzter Zeit in großer Anzahl
vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise die offengelegte japanische
Patentveröffentlichung
Nr. 2000-70304).
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4 zeigt einen elektrischen
Rollstuhl, der in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-70304 offenbart wird.
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Ein
Rollstuhl 1 weist einen Rahmen 2 auf, um ein äußeres Skelett
zu bilden, weiter Sicherheitsräder 4,
die vorne am Rahmen 2 (linke Seite in 4) angebracht sind, weiter Antriebsräder 5,
die am hinteren Teil des Rahmens 2 angebracht sind (rechte Seite
in 4), und eine Betriebssteuertafel 6,
die oben und vorne am Rahmen 2 angebracht ist. Bei diesem
Rollstuhl treiben eine Batterie 7 und ein (nicht gezeigter)
Motor eine Antriebswelle 12 des Antriebsrades 5 an.
Der Motor ist derart angeordnet, dass seine (nicht gezeigte) Motorwelle
parallel zur Radwelle 12 ist, und dass die Leistung des
Motors auf die Radwellen 12 über einen nicht veranschaulichten
Mechanismus mit parallelen Zahnrädern übertragen
wird.
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Insbesondere
in Betrachtung der Anwendung in einem Krankenhaus und einem Heim
ist eine Antriebsvorrichtung für
den elektrischen Rollstuhl mit geringem Geräusch erforderlich. Auch muss
eine Schwingung so klein wie möglich
sein. Weiterhin sind leichtes Gewicht und kompakte Größe ebenfalls wichtige
Anforderungen.
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Eine
herkömmliche
Antriebsvorrichtung für den
elektrischen Rollstuhl stimmt jedoch nicht immer mit solchen Anforderungen überein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die vorangegangene Probleme sehen verschiedene beispielhafte
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung einen Getriebemotor vor, der in geeigneter Weise
auf eine Antriebsvorrichtung für
einen elektrischen Rollstuhl angewandt wird, der die obigen Merkmale
verwirklichen kann, wie beispielsweise niedriges Geräusch, wenig
Vibrationen, leichtes Gewicht und kompakte Größe.
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Um
das vorangegangene Ziel zu erreichen weist ein Getriebemotor gemäß einem
der beispielhaften Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung einen Motor und eine Drehzahlreduktionsvorrichtung
auf, um die Drehzahl der Drehung des Motors zu reduzieren. Der Getriebemotor
wird in einer Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Rollstuhl
verwendet, um eine Radwelle des Rollstuhls durch die Leistung des Motors
anzutreiben. Bei dem Getriebemotor weist die Drehzahlreduktionsvorrichtung
ein Hypoid-Ritzel auf, welches von einer Motorwelle des Motors gedreht wird,
weiter ein Hypoid-Rad, welches mit dem Hypoid-Ritzel in Eingriff
zu bringen ist, und eine Ausgangswelle, die parallel zu einer Mittelachse
des Hypoid-Rades angeordnet ist.
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Gemäß des beispielhaften
Ausführungsbeispiels
dieser Erfindung ist es möglich,
den Getriebemotor kompakt zu machen, da die Motorwelle des Motors
senkrecht zur Radwelle des Rollstuhls angeordnet ist.
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Ein
Hypoid-Drehzahlreduktionsmechanismus mit dem Hypoid-Ritzel und dem
Hypoid-Rad tritt zwischen die Motorwelle und die Radwelle, so dass es
möglich
ist, gleichzeitig die Umwandlung der Richtung einer Wellendrehung
in eine senkrechte Richtung und eine Drehzahlreduktion zu verwirklichen. Da
weiterhin der Hypoid-Drehzahlreduktionsmechanismus ein höheres Drehzahlreduktionsverhältnis als ein
Kegelrad oder ähnliches
haben kann, ist es möglich,
die Anzahl der Drehzahlreduktionsstufen bei der gesamten Antriebsvorrichtung
zu verringern (beispielsweise diese von drei Stufen auf zwei Stufen
zu reduzieren). Die Verringerung der Anzahl der Drehzahlreduktionsstufen
trägt insbesondere
dazu bei, den Getriebemotor leichtgewichtig und kompakt zu machen.
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Weiterhin
kann der Hypoid-Drehzahlreduktionsmechanismus sein Eingriffsverhältnis hoch
Einstellen, so dass es auch möglich
ist, geringes Geräusch
und geringe Vibrationen zu verwirklichen. Da der Betriebswirkungsgrad
des Hypoid-Drehzahlreduktionsmechanismus nicht so gering ist, steigt
der Verbrauch elektrischer Leistung einer Batterie kaum.
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Gemäß der beispielhaften
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung ist es möglich,
die Merkmale gleichzeitig zu verwirklichen, die für den elektrischen Rollstuhl
erforderlich sind, wie beispielsweise leichtes Gewicht, kompakte
Größe, niedriges
Geräusch und
geringe Vibrationen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im Detail mit Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei die Figuren Folgendes darstellen:
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1 eine
teilweise aufgeschnittene Frontansicht, die die wesentliche Struktur
(einen Getriebemotorabschnitt) eines Beispiels einer Antriebsvorrichtung
für einen
elektrischen Rollstuhl zeigt, worauf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung angewandt wird;
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2 eine
Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie II-II in 1;
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3A und 3B die
gesamte Antriebsvorrichtung, wobei 3A eine
Draufsicht ist, und wobei 3B eine
Frontansicht ist; und
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4 eine
Seitenansicht, die die gesamte Struktur eines herkömmlichen
elektrischen Rollstuhls zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung werden im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine teilweise aufgeschnittene Frontansichten, die die wichtige
Struktur (einen Getriebemotorabschnitt) einer Antriebsvorrichtung
für einen
elektrischen Rollstuhl zeigt, worauf das beispielhafte Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung angewandt wird. 2 ist eine
Längsschnittansicht
der Antriebsvorrichtung. Die 3A und 3B zeigen die gesamte Antriebsvorrichtung,
wobei 3A eine Draufsicht ist, und
wobei 3B eine Frontansicht ist.
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Die
gesamte schematische Struktur der Antriebsvorrichtung wird zuerst
mit Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben. Die 3A und 3B zeigen eine Antriebsvorrichtung 24 für ein Antriebsrad 22 auf
einer Seite eines elektrischen Rollstuhls 20. Eine Antriebsvorrichtung
für ein
Antriebsrad auf der anderen Seite wird hier nicht veranschaulicht,
weil es genau symme trisch zu der Antriebsvorrichtung 24 ist.
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Mit
Bezug auf die 3A und 3B weist
die Antriebsvorrichtung 24 einen Hypoid-Getriebemotor 30 auf,
der einen Gleichstrommotor 26 und eine Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 aufweist.
Der Gleichstrom-Motor 26 ist derart angeordnet, dass die Mittelachse
O1 einer Motorwelle 26A davon senkrecht zur Mittelachse
O2 einer Radwelle 32 des Antriebsrades 22 des
elektrischen Rollstuhls 20 ist. Der Hypoid-Getriebemotor 30 wandelt
die Drehrichtung des Gleichstrom-Motors 26 um 90 Grad um.
Eine Ausgangswelle 45 des Hypoid-Getriebemotors 30 wirkt
doppelt als die Radwelle 32 des Antriebsrades 22 des
elektrischen Rollstuhls 20, so wie sie ist.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 ist ein
Hypoid-Ritzel 34 an einem Ende der Motorwelle 26A des
Gleichstrom-Motors 26 durch Schneiden eines Zahnrades ausgeformt.
Das Hypoid-Ritzel 34 weist zur Innenseite des Hauptkörpers 36A eines
Gehäuses 36 der
Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28.
Das Hypoid-Ritzel 34 ist in Eingriff mit einem Hypoid-Rad 40.
Eine Mittelachse O1 des Hypoid-Ritzels 34 (nämlich die
Mittelachse O1 der Motorwelle 26A) und die Mittelachse
O3 einer Gegenwelle 42, an der das Hypoid-Rad 40 angebracht
ist, schneiden sich senkrecht miteinander um eine Verschiebungsgrösse E1 entfernt
in einer Ebenenansicht.
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Ein
Ritzel 44 der zweiten Stufe ist direkt in der Gegenwelle 42 ausgeformt.
Das Ritzel 44 der zweiten Stufe ist in Eingriff mit einem
Ausgangsrad 46, welches verschiebbar an der Ausgangswelle 45 angebracht
ist. Die Ausgangswelle 45 ist parallel zu der Gegenwelle 42 angeordnet
(nämlich
senkrecht zur Motorwelle 26A) und zwar durch Lager 47 und 49.
Wie oben beschrieben wirkt die Ausgangswelle doppelt als eine Radwelle 32 des
Antriebsrades 22 des elektrischen Rollstuhls 20.
Eine Steckerkeilanordnung (außen
verzahnt) 45A ist in einem Teil des Aussenumfangs der Ausgangswelle 45 ausgeformt. Das
Ausgangsrad 46 ist andererseits verschiebbar an der Ausgangswelle 45 angebracht.
Eine Buchsenkeilanordnung 46A, die mit der Steckerkeilanordnung 45A in
Eingriff zu bringen ist, ist am inneren Umfang des Ausgangsrades 46 ausgeformt.
Anders gesagt, während
das Ausgangsrad 46 ein außen verzahntes Zahnrad ist,
welches mit dem Ritzel 44 der zweiten Stufe in Eingriff
ist, dient das Ausgangsrad 46 auch als ein innen verzahntes
Zahnrad, welches mit der Steckerkeilanordnung 45A in Eingriff
ist.
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Ein
ringförmiger
ausgenommener Teil 46B ist als ein Teil des Aussenumfangs
der Ausgangswelle 46 ausgeformt. Ein Eingriffsteil 48A eines
Geitgliedes 48 ist mit dem ausgenommenen Teil 46B in
Eingriff. Das Geitglied 48 ist entlang eines Gleitstiftes 50 verschiebbar,
der getrennt parallel zu der Ausgangswelle 45 vorgesehen
ist. Eine Nockenstirnseite 48B ist in dem Geitglied 48 auf
der gegenüberliegenden Seite
des Eingriffsteils 48A ausgeformt (ein oberer Teil in dem
Hypoid-Getriebemotor 30). Ein Handgriff 52 ist
mit einer exzentrischen Nockenwelle 54 versehen. Die exzentrische
Nockenwelle 54 dreht sich integral mit dem Handgriff 52 um
seine Mittelachse H1. Ein Stift 56 ist in die exzentrische
Nockenwelle 54 bei einer vorbestimmten Distanz L2 entfernt
von der Mittelachse H1 eingeführt.
Der Stift 56 ist nämlich
gemäß der Drehung
des Handgriffes 52 um die Mittelachse H1 drehbar und kann
auf die Nockenstirnseite 48B des Geitgliedes 48 drücken. Das
Geitglied 48 ist nur entlang des Gleitstiftes 50 bewegbar,
so dass es möglich
ist, eine Kraft (Kraftkomponente) zum Antrieb des Geitgliedes 48 in
der Richtung des Gleitstiftes 50 durch die Druckkraft vom
Stift 56 zu erhalten. Das Geitglied 48 ist immer
in einer Richtung nach links in der Zeichnung (eine Richtung, um
die Buchsenkeilanordnung 46A des Ausgangsrades 46 mit der
Steckerkeilanordnung 45A der Ausgangswelle 45 in
Eingriff zu bringen) durch eine Feder 60 vorgespannt.
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Der
Handgriff 52, die exzentrische Nockenwelle 54,
das Geitglied 48, die Buchsenkeilanordnung 46A des
Ausgangsrades 46 und die Steckerkeilanordnung 45A der
Ausgangswelle 45 bilden einen Kupplungsmechanismus 62,
um die Leistungsübertragung
zwischen der Radwelle 32 (Ausgangswelle 45) und
dem Hypoid-Rad 40 zu verbinden und zu trennen.
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Das
Gehäuse 36 der
Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 weist hauptsächlich den
Hauptkörpers 36A und
eine Abdeckung 36B auf, die mit Befestigungsbolzen bzw.
Befestigungsschrauben 66 durch einen Dichtungsring 64 integriert
sind. Die Abdeckung 36B hat Traglöcher 70, 72 und 74,
um jede Welle in der Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 zu
tragen, d. h., die Gegenwelle 42, die Ausgangswelle 45 und
den Gleitstift 50. Der Hauptkörper 36A des Gehäuses 36 hat
entsprechende Traglöcher 76, 78 und 80.
Die Gegenwelle 42 wird drehbar von den Traglöchern 70 und 76 durch
Lager 82 und 83 getragen. Die Ausgangswelle 45 wird
drehbar von den Traglöchern 72 und 78 durch
die Lager 48 und 49 getragen. Der Gleitstift 50 wird
drehbar von den Traglöchern 74 und 80 direkt
getragen. Die Mitten der Traglöcher 70, 72 und 74,
die in der Abdeckung 36B ausgeformt sind, sind in der gleichen
virtuellen Ebene S1 angeordnet. Die Befestigungslöcher (mit
Bezug zu den entsprechenden Löchern 68 in
dem Hauptkörper 36A),
in die die Befestigungsschrauben 66 zur Befestigung der
Abdeckung 36B an dem Hauptkörper 36A eingeführt werden,
sind symmetrisch mit Bezug auf die virtuelle Ebene S1 geformt. Dies
kommt daher, dass die Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28, die
die Abdeckung 36B aufweist, in irgend einem der linken
und rechten Antriebsräder 22 des
elektrischen Rollstuhls 20 vorhanden sein kann.
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Die
Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtungen 28 sind symmetrisch
an einem nicht veranschaulichten Rahmen des elektrischen Rollstuhls 20 über Schraubenlöcher 78 montiert.
Die rechten und linken Antriebsräder 22 sind
jeweils an den Ausgangswellen 45 angebracht. Ein Außengewinde 45C,
welches an einem Ende der Ausgangswelle 45 ausgeformt ist, ist
in eine (nicht veranschaulichte) Mutter eingeschraubt, um das Antriebsrad 22 zu
sichern. Anders gesagt wirkt diese Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 als
ein "Lagerkasten", der das Antriebsrad 22 des
elektrischen Rollstuhls 20 insgesamt in einem Kantilever-Zustand
trägt.
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Das
Bezugszeichen 81 in der Zeichnung bezieht sich auf einen
Positionsme chanismus bzw. Positionsfestlegungsmechanismus der exzentrischen Nokkenwelle 54.
Der Positionsmechanismus 81, der einen Bolzen bzw. eine
Schraube 81A, eine Feder 81B und eine Kugel 81C aufweist,
verriegelt die Bewegung der exzentrischen Nockenwelle 54 in
der Richtung der Mittelachse H1. Das Bezugszeichen 82 bezieht
sich auf eine Schraube, um den Gleichstrom-Motor 26 mit
dem Hauptkörper 36A des
Gehäuses 36 der
Hypoid-Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 zu koppeln.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Antriebsvorrichtung 24 für den elektrischen
Rollstuhl 20 gemäß dieses
beispielhaften Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Wenn
die Motorwelle 26A des Gleichstrom-Motors 26 sich
dreht, dreht sich das Hypoid-Ritzel 34, welches an dem
Ende der Motorwelle 26A integral ausgeformt ist. Die Drehung
des Hypoid-Ritzels 34 wird auf das Hypoid-Rad 40 übertragen, welches
mit dem Hypoid-Ritzel 34 in Eingriff ist, so dass das Ritzel 44 der
zweiten Stufe, welches direkt in der Gegenwelle 42 durch
das Einschneiden eines Zahnrades ausgeformt ist, sich dreht. Die
Drehung des Ritzels 44 der zweiten Stufe wird auf das Ausgangsrad 46 übertragen.
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Beim
normalen Gebrauch legt die Position des Handgriffes 52 das
Geitglied 48 an einer Position fest, die in 2 durch
durchgezogene Linien veranschaulicht ist, und zwar mit der Funktion
der Feder 60. Somit wird die Buchsenkeilanordnung 46A des Ausgangsrades 46 mit
der Steckerkeilanordnung 45A der Ausgangswelle 45 in
Eingriff gebracht, so dass die Drehung des Ausgangsrades 46 direkt
die Drehung der Ausgangswelle 45 wird (nämlich der Radwelle 32),
um das Antriebsrad 22 zu drehen.
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Wenn
beispielsweise der elektrische Rollstuhl daheim verwendet wird,
gibt es andererseits Fälle,
wo eine direkte Drehung des Antriebsrades 22 per Hand bequemer
ist als der Antrieb durch den Gleichstrom-Motor 26. In
solchen Fällen,
wenn die Radwelle 32 (nämlich
die Ausgangswelle 45) mit der Motorwelle 26A durch
das Ritzel 44 der zweiten Stufe, das Hypoid-Rad 40 und
das Hypoid-Ritzel 34 gekoppelt ist, wird ein hoher Antriebswiderstand erzeugt.
Daher wird in jenen Fällen
der Handgriff 52 gedreht, um den Stift 56 der
Exzenternockenwelle 54 mit Bezug zur Mittelachse H1 zu
drehen. Durch die Drehung kann das Geitglied 48 die Komponentenkraft
in axialer Richtung des Gleitstiftes 50 vom Stift 56 durch
die Nockenstirnseite 48B erhalten.
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Somit
gleitet das Geitglied 48 in der Richtung nach rechts in 2 gegen
die Vorspannung der Feder 60, um das Ausgangsrad 46 in
der Richtung nach rechts in 2 zu verschieben,
und zwar durch den Eingriffsteil 48A. Als eine Folge wird
der Eingriff zwischen der Buchsenkeilanordnung 46A des
Ausgangsrades 46 und der Steckerkeilanordnung 45A der
Ausgangswelle 45 gelöst,
und daher wird die Ausgangswelle 45 (die Radwelle 32)
von einem Leistungsübertragungssystem
von dem Gleichstrom-Motor 26 getrennt. Als eine Folge kann
der Anwender leicht das Antriebsrad 22 aufgrund der Existenz
des Kupplungsmechanismus 62 drehen.
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In
dem Kupplungsmechanismus 62 werden der Eingriff und das
Ausrücken
zwischen der Steckerkeilanordnung 45A und der Buchsenkeilanordnung 46A ausgeführt durch
Verschieben des Ausgangsrades 46 mit der Buchsenkeilanordnung 46A entlang
der Ausgangswelle 45 mit Bezug auf die Steckerkeilanordnung 45A,
die in der Ausgangswelle 45 ausgeformt ist. Daher ist die
Struktur des Kupplungsmechanismus 62 selbst einfach, und
daher ist es möglich,
Kosten zu reduzieren.
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Weiterhin
verwirklicht das Geitglied 48, welches auf dem Gleitstift 50 verschiebbar
ist, der parallel zur Ausgangswelle 45 angeordnet ist,
eine Verschiebung des Ausgangsrades 46 entlang der Ausgangswelle 45.
Da ein Raum über
der Radwelle 32 relativ mit einem Freiraum in vorteilhafterweise
verwendet werden kann, ist es somit möglich, einen großen Raum
unter der Radwelle 32 zu sichern. Entsprechend wird der
Betrieb zum Überfahren
eines kleinen Hindernisses möglich,
und daher ist es möglich,
die Flexibilität
des Antrieb zu steigern.
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Bei
dieser Antriebsvorrichtung ist es möglich, leicht das Antriebsrad 22 anzubringen
und zu entfernen, da die Ausgangswelle 45 der Hypoid- Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 in
doppelter Weise als Radwelle 32 des Antriebsrades 22 des
elektrischen Rollstuhls 20 funktioniert, so wie sie ist,
so dass die Instandhaltung einfach wird.
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Weiterhin
sind die Befestigungslöcher,
die in der Abdeckung 36B des Gehäuses 36 geformt sind, um
die Abdeckung 36B an dem Hauptkörper 36A anzubringen,
die entsprechenden Löcher 68,
die in dem Hauptkörper 36A ausgeformt
sind, und die Traglöcher 70, 72, 74, 76, 78 und 80 zum
Tragen der jeweiligen Achsen 42, 45 und 50 in
der Drehzahlreduktionsvorrichtung 28 symmetrisch mit Bezug
auf die virtuelle Ebene, die die Mittelpunkte der Traglöcher 70, 72, 74, 76, 78 und 80 enthält. Daher
ist die Abdeckung 36B des Gehäuses 36 in jedem der
Hypoid-Getriebemotoren 30 für die linken und rechten Antriebsräder 22 verfügbar. Anders
gesagt sind die identischen Abdeckungen 36B sowohl beim
Hauptkörper 36A verfügbar, dessen
rechte Seite in den Zeichnungen offen ist, wie in 2 gezeigt,
als wie auch bei einem (nicht veranschaulichten) Hauptkörper auf
der linken Seite, der offen ist (für das andere Antriebsrad 22 verwendet).
Daher ist es möglich,
die Kosten des gesamten elektrischen Rollstuhls 20 zu reduzieren.
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Gemäß den beispielhaften
Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung ist es möglich,
gleichzeitig Merkmale zu realisieren, die für den elektrischen Rollstuhls
erforderlich sind, wie beispielsweise leichtes Gewicht, kompakte
Größe, geringes
Geräusch und
geringe Vibrationen, und den Getriebemotor zum Antrieb des elektrischen
Rollstuhls mit hoher Leistung bei niedrigen Kosten vorzusehen.
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Die
Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-352792, die
am 10. Oktober 2003 eingereicht wurde, einschließlich der Beschreibung, der
Zeichnungen und der Ansprüche
wird hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.