JP2001079041A - 電動車椅子の異常検出方法 - Google Patents

電動車椅子の異常検出方法

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JP2001079041A
JP2001079041A JP25703699A JP25703699A JP2001079041A JP 2001079041 A JP2001079041 A JP 2001079041A JP 25703699 A JP25703699 A JP 25703699A JP 25703699 A JP25703699 A JP 25703699A JP 2001079041 A JP2001079041 A JP 2001079041A
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speed
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detecting means
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JP25703699A
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Yukihiro Ashizaki
幸弘 芦崎
Masami Wada
正美 和田
Haruji Nakamura
治司 中村
Yasushi Kamata
康司 鎌田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ3に2相式エンコーダ4を付けて速度
センサとし速度フィードバック制御を行っている電動車
椅子駆動システムにおいて、速度指令値と実測速度の差
である速度偏差が大きくなったとき、障害物を乗り越え
ているか、エンコーダ断線/故障が発生しているのかが
区別できず、障害物を越えるのに支障ない範囲で速度偏
差積分の許容範囲を決めて処理しているので、エンコー
ダ断線/故障が発生したとき、速やかに異常処理できな
い。 【解決手段】 モータ3の電機子抵抗および誘起電圧定
数をデータとして記憶しておき、これらのデータと、測
定したモータの電機子電流と、測定した電圧をもとに演
算した等価的なモータ印加電圧とにより、回転数もしく
は車速を推定演算し、この推定回転数もしくは推定車速
と、エンコーダ4のパルスから実測演算した実測回転数
もしくは実測車速とを比較して、エンコーダ4の異常を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、傷害、疾病、老衰
などにより歩行が困難になった人が移動する際に使用す
る電動車椅子に関するもので、電動車椅子の安全を確保
するための異常検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電動車椅子は、駆動源としてモータを有
し、高級機種においてはモータは速度制御されているも
のが多い。モータの速度制御を行う場合、モータの出力
軸に取り付けた回転数検出手段としてのエンコーダから
出力されるパルスの周期を測定、もしくは単位時間当た
りのパルス数をカウントしてモータの速度を演算し、そ
れをフィードバック信号として速度指令値と比較し、速
度偏差がゼロになるようにモータの電圧または電流を制
御することが一般的に行われている。この場合、速度フ
ィードバック信号の信頼性は重要であり、例えば、モー
タが回転しているにもかかわらず、もし何らかの故障で
速度フィードバック信号が小さく、もしくはゼロに、あ
るいは逆極性になると、速度指令値との差である速度偏
差が大きくなり、モータはさらに高速に回転しようとす
る。
【0003】モータが車椅子に使用された場合を考える
と、両輪で発生したときは暴走、片輪で発生した場合は
急旋回となり、非常に危険な状態となることは容易に想
像される。
【0004】エンコーダの故障としては、断線/接触不
良/素子故障が考えられる。回転方向を検出するために
エンコーダ信号が90°位相差の2相出力の場合を考え
ると、1相のパルスが変化しているのにもう1相のパル
ス変化がないときは、モータが一カ所で振動を繰り返す
単振動現象が発生しているか、1相が断線/素子故障し
ているときであると考えられる。
【0005】前者はエンコーダのパルス数や機構設計に
よっては原因から除外することができ、1相の断線/素
子故障検出方法として使用することができる。しかし、
2相ともパルス変化がないときは、車椅子が段差等の障
害物を乗り越えようとして、モータに大きな負荷が加わ
り、電流が流れているにもかかわらずモータが回転でき
ないでいる状態か、エンコーダが2相とも断線/素子故
障もしくはエンコーダ電源が断線/素子故障していると
きであると考えられる。
【0006】ブラシレスDCモータの場合は、エンコー
ダ信号とは別に、モータの回転に伴うコミュテーション
センサ信号を備えているので、モータが回転していれば
コミュテーションセンサ信号は変化しておりモータが回
転していることがわかる。このときエンコーダ信号のパ
ルス変化がないときは、エンコーダ電源が断線/素子故
障しているか、エンコーダが2相とも断線/素子故障し
ていると判定できる。
【0007】ところがブラシ付きDCモータの場合は、
コミュテーションセンサ信号に相当するものがないた
め、エンコーダの2相断線/素子故障および電源断線/
素子故障は判定できない。そのため、一定値以上の速度
偏差が一定時間以上連続すること(速度偏差積分値)を
検出する手段でエンコーダ2相断線/素子故障や電源断
線/素子故障の検出を兼ねる方法が行われている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、車椅子が段差越えするときに、モータ出
力が段差越え負荷に対して十分な余裕がない場合は、過
負荷状態が長く続くことになり、前記の速度偏差積分値
をかなり大きくとらなければ段差越えの途中でエラーが
発生してしまうことになる。
【0009】このため、速度偏差積分のエラー検出値
は、電圧低下時にモータ出力が低下しても、想定される
段差等の障害物を十分乗り越えられるよう余裕をもって
決定しなければならない。
【0010】しかし、エンコーダの2相断線/素子故障
およびエンコーダの電源断線/素子故障が発生した場
合、エラー検出値が大きくとってあるために、速度偏差
積分値がエラー値に達するまでモータはフル加速するこ
とになり危険であると考えられる。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は、車椅子に使用しているモータの電機子抵
抗および誘起電圧定数をあらかじめデータとして記憶し
ておき、これらのデータと、電流検出手段で測定したモ
ータの電機子電流と、電圧検出手段で測定した電圧をも
とに演算した等価的なモータ印加電圧とによりモータの
回転数もしくは車椅子の車速を推定演算し、この推定回
転数もしくは推定速度と、モータに直結されたエンコー
ダのパルスから実測演算した実側回転数もしくは実測速
度を比較して、エンコーダの異常を検出することができ
る。
【0012】例えば、実測回転数もしくは実測速度が、
推定回転数もしくは推定速度より小さいときは、エンコ
ーダの2相断線/素子故障またはエンコーダ電源の断線
/素子故障と判定することができる。
【0013】この方法により、エンコーダの2相断線/
素子故障またはエンコーダ電源の断線/素子故障が発生
したとき、冗長な余裕度なしに速やかに異常処理に入る
ことができ、安全な車椅子駆動システムを提供すること
ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、予めモータの電機子抵抗および誘起電圧定数を記憶
しており蓄電池を電源として動作するモータ駆動制御手
段と、前記モータ駆動制御手段により駆動されるモータ
と、モータ回転数を検出する回転数検出手段と、モータ
印加電圧を検出するモータ電圧検出手段と、モータ電機
子電流を検出するモータ電流検出手段とを有し、前記モ
ータにより減速機構を介して推進力を与えられる電動車
椅子の異常検出方法であって、前記モータ駆動制御手段
は予め記憶した電機子抵抗ならびに誘起電圧定数および
それぞれの検出手段により得られたモータ印加電圧なら
びにモータ電機子電流とからモータの推定回転数を演算
し、しかるのち前記推定回転数と前記回転数検出手段に
より実測得されたモータ回転数とを比較し、前記推定回
転数と実測されたモータ回転数の差が所定の値以上であ
る状態が所定の時間以上連続する時には回転数検出手段
に異常が起きていると判定するものであり、回転数検出
手段の異常を速やかに検知することができるという作用
を有する。
【0015】請求項2記載の発明はモータの温度を検出
する温度検出手段を設け、あらかじめデータとして入力
してあるモータの電機子抵抗および誘起電圧定数を検出
温度により温度補正するように構成したものであり、モ
ータの温度が変化してモータ定数が変化しても精度のよ
い判定が可能になるという作用を有する。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0017】(実施例1)図1は、本発明の一実施例に
おける電動車椅子駆動システムの構成を示すものであ
る。図1において、1は駆動制御回路、2は蓄電池、3
はモータ、4はエンコーダ(回転数検出手段)、5はモ
ータ電流検出手段、6は電磁ブレーキ、7は減速機、8
は車輪である。駆動制御回路1は、モータ電流検出手段
5からモータ電流を読み取り、蓄電池2から電圧を読み
取る。制御部1にはあらかじめ電機子抵抗Raおよび誘
起電圧定数Keが記憶されている。PWMdutyは駆
動制御回路1が認識している。図2にエラー処理のフロ
ーを示す。電動車椅子においては、簡易型を除くと電磁
ブレーキは標準装備されている。電磁ブレーキは安全の
ために無励磁作動型になっていることが多い。これは、
電磁ブレーキの励磁が無いときは、ブレーキ機能が作動
しモータ軸をロックする。このときは本発明の回転数検
出手段に関する異常検出処理は必要ないため、励磁して
いるときにのみエンコーダ異常を見るようにしている。
異常処理はその性質上できるだけ早く異常を検出する必
要があり、無駄な処理は省かなければならない。ただ、
演算時間に十分余裕があるときはこの限りではない。
【0018】次に、エンコーダが1相断線/素子故障し
ていないかどうかチェックする。一方の相が変化してい
ないにもかかわらず、他方の相がNパルス以上変化した
ときは、モータ軸が一カ所を中心として交互に振動する
単振動現象ではなく、エンコーダ1相断線/素子故障と
判定し、停止処理を行う。
【0019】次に、推定回転数と実測回転数との差が所
定値以上の状態が所定時間以上連続するかどうかをチェ
ックする。回転数推定式は、例えば、ブラシ付きDCモ
ータの場合は、次のような式を使う。
【0020】
【数1】
【0021】車椅子が障害物を乗り越えようとしている
ときなどは、推定回転数も実測回転数もゼロ付近なので
このチェックでは異常とは見なされない。
【0022】エンコーダの電源線が断線/素子故障して
いたり、2相同時断線/素子故障しているときは、推定
回転数はある値を示すが、実測回転数はゼロ付近を示す
ので、両者の速度差が発生し一定時間以上続くので異常
と判定することができる。
【0023】なお、上記の説明ではモータ回転数検出手
段の異常を判定する場合で説明したが、電動車椅子車速
を検出し、モータ推定回転数と減速比から換算した電動
車椅子推定車速と比較、または検出された電動車椅子車
速を減速比を用いてモータ回転数に換算し、モータ推定
回転数と比較することにより電動車椅子速度検出手段の
異常を判定する場合も同様である。
【0024】(実施例2)図3は、電動車椅子の温度補
正されたエラー検出に関するブロック図、図4は、温度
補正されたエラー処理フローを示したものである。
【0025】実施例2の実施例1と違う点は、図3に示
すように、モータ3に温度センサ9が装着されているこ
とであり、図4に示すようにあらかじめ読み込んである
電機子抵抗、誘起電圧定数が温度θの関数である点であ
る。
【0026】
【数2】
【0027】また、推定回転数から車椅子の車速を求め
るには、例えば次式を使う。
【0028】
【数3】
【0029】なお、以上の説明では、モータの方式は安
価なブラシ付きDCモータを想定しているが、静音化、
長寿命化および様々な制御の可能性からブラシレスDC
モータが使用されることもあり、この場合でも本発明の
異常検出方法は実施可能である。
【0030】また、他の原理のモータでも速度センサを
装備したモータであり、速度推定式が記述できるなら
ば、同様に本発明の異常検出方法は実施可能である。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項1記載の発
明によれば、速度指令値と実測速度の差である速度偏差
が大きくなったとき、速度推定値を参照することによ
り、車椅子が段差等の障害物を乗り越えているときか、
エンコーダに断線/故障が発生したときかが区別できる
ので、冗長な時間待ちなどなく、速やかに異常処理する
ことができる。これにより、安全な電動車椅子駆動シス
テムを提供することができる。
【0032】請求項2記載の発明によれば、温度が変化
してもそれに応じて電機子抵抗や誘起電圧定数が補正さ
れるので安定した動作が確保されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるエラー処理を行う
ブロック図
【図2】本発明の一実施の形態によるエラー処理を示す
【図3】本発明の一実施の形態による温度補正したエラ
ー処理を行うブロック図
【図4】本発明の一実施の形態による温度補正したエラ
ー処理を示す図
【符号の説明】
1 駆動制御回路 2 蓄電池 3 モータ 4 エンコーダ(回転数検出手段) 5 モータ電流検出手段 6 電磁ブレーキ 7 減速機構 8 車輪 9 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 治司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鎌田 康司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H115 PA08 PC06 PG06 PI13 PI29 PU02 PV03 QE10 QI07 QN03 QN06 RB08 RB19 SE03 TB01 TI05 TO05 TO12 TO13 TO30 TR07 TW10 TZ05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予めモータの電機子抵抗および誘起電圧
    定数を記憶しており蓄電池を電源として動作するモータ
    駆動制御手段と、前記モータ駆動制御手段により駆動さ
    れるモータと、モータ回転数を検出する回転数検出手段
    と、モータ印加電圧を検出するモータ電圧検出手段と、
    モータ電機子電流を検出するモータ電流検出手段とを有
    し、前記モータにより減速機構を介して推進力を与えら
    れる電動車椅子の異常検出方法であって、前記モータ駆
    動制御手段は予め記憶した電機子抵抗ならびに誘起電圧
    定数およびそれぞれの検出手段により得られたモータ印
    加電圧ならびにモータ電機子電流とからモータの推定回
    転数を演算し、しかるのち前記推定回転数と前記回転数
    検出手段により実測得られたモータ回転数とを比較し、
    前記推定回転数と実測されたモータ回転数の差が所定の
    値以上である状態が所定の時間以上連続する時には回転
    数検出手段に異常が起きていると判定することを特徴と
    する電動車椅子の異常検出方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電動車椅子の異常検出方
    法であって、モータの温度を検出する温度検出手段を設
    け、あらかじめデータとして入力してあるモータの電機
    子抵抗および誘起電圧定数を検出温度により温度補正す
    ることを特徴とする電動車椅子の異常検出方法。
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