JP2002085474A - Electrically driven wheel for wheelchair - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a compact electrically driven wheel that has a light weight and can be attached to a frame having a different structure with respect to a hub-fitted type wheel driving device for wheelchair. SOLUTION: The electrically driven wheel is provided with a case installed to the axial center section of the wheel and a flat type motor and a reduction gear both of which are housed in the case. The case is provided with a shallow cup-like fixed case and a rotary case the cylindrical section of which is positioned outside the fixed case. A printed motor is suitable for the flat type motor and the motor is fitted to the fixed case. The reduction gear is a harmonic drive type reduction gear provided with a fixed internal tooth spline fixed to the fixed case, a rotary internal tooth spline fixed to the rotary case, and a flexible spline fitted to the outer periphery of a spheroid in a relatively rotatable state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、車椅子の電気駆
動車輪に関するもので、左右の車輪のハブ部分に個別に
装着されるモータと減速機とを備えた電気駆動車輪に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric drive wheel of a wheelchair, and more particularly to an electric drive wheel provided with a motor and a reduction gear which are individually mounted on hub portions of left and right wheels.

【０００２】[0002]

【従来の技術】手動の車椅子は、左右に大径の車輪を備
えており、各車輪の外側に固定された操作リングを手で
操作することによって走行する。手動の車椅子は、使用
者の腕力が走行エネルギー源であるから、軽量で機械損
失の少ないことが要求される。手動の車椅子の重量は、
通常１５ｋｇ前後であり、フレームを折畳み可能にした
ものや、運動性を向上させるために車輪にキャンバー角
を設けたものなどが提供されている。手動の車椅子を操
作するには相当の体力が必要で、高齢や病弱のために車
椅子を使用している者にとっては、手動式の車椅子を自
力で走行させることは困難である。2. Description of the Related Art A manual wheelchair is provided with large-diameter wheels on left and right sides, and travels by manually operating an operation ring fixed to the outside of each wheel. A manual wheelchair is required to be lightweight and have low mechanical loss because the user's strength is a source of running energy. The weight of a manual wheelchair is
Usually, the weight is around 15 kg, and there are provided one in which a frame is foldable, one in which a camber angle is provided on wheels for improving mobility, and the like. Manipulating a manual wheelchair requires considerable physical strength, and it is difficult for a person who is using a wheelchair due to aging or illness to run a manual wheelchair on his own.

【０００３】そこでバッテリーをエネルギー源とする電
動式の車椅子が提供されている。従来の電動式の車椅子
は、椅子に比較的小径の駆動輪と操舵輪とを設けた構造
で、操舵輪にはハンドルが取付けられており、このハン
ドルにアクセルやブレーキが取付けられている。このよ
うな構造の電動車椅子は、バッテリーを含めた重量が５
０ｋｇ前後あるが、屋外での比較的長距離の移動にも使
用できる。[0003] Accordingly, an electric wheelchair using a battery as an energy source has been provided. A conventional electric wheelchair has a structure in which a relatively small-diameter drive wheel and a steering wheel are provided on a chair, and a steering wheel is attached to a steering wheel, and an accelerator and a brake are attached to the steering wheel. An electric wheelchair having such a structure has a weight of 5 including a battery.
Although it weighs around 0 kg, it can also be used for relatively long-distance travel outdoors.

【０００４】近時、モータや減速機の小型軽量化が進展
したことから、手動の車椅子の車輪のハブ部分に各車輪
を個別に駆動するモータと減速機とを設けた車椅子が提
供されるようになってきている。この種の車椅子の車輪
は、そのハブ部分にモータと減速機とが装着されている
ため、手動の車椅子の車輪を交換して、椅子の下にバッ
テリーを搭載するだけで電動式の車椅子として使用する
ことができる。運転の制御は、リモコン型のコントロー
ルボックスによって行なう。この種の電動車椅子は、上
述した従来型のものより軽量であり、運動性にも優れて
いる。[0004] Recently, as the size of motors and reduction gears has been reduced in size and weight, a wheelchair provided with a motor and a reduction gear for individually driving each wheel at a hub portion of a wheel of a manual wheelchair has been provided. It is becoming. This kind of wheelchair wheel has a motor and a reduction gear mounted on its hub, so it can be used as an electric wheelchair simply by replacing the wheel of the manual wheelchair and mounting the battery under the chair can do. The operation is controlled by a remote control box. This type of electric wheelchair is lighter than the above-mentioned conventional type and has excellent mobility.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】車椅子の従来のハブ装
着型の車輪駆動装置は、小型の直流モータの回転を複数
段の歯車列で減速して、車輪のハブに設けた内歯歯車を
駆動するようになっている。モータや減速歯車列は、ハ
ブに隣接して設けたブラケットに装着されており、この
ブラケットを車椅子のフレームに固定することによっ
て、車輪を駆動するようになっている。In a conventional wheel drive device of a wheelchair mounted on a hub, the rotation of a small DC motor is reduced by a plurality of gear trains to drive an internal gear provided on a wheel hub. It is supposed to. The motor and the reduction gear train are mounted on a bracket provided adjacent to the hub, and the wheels are driven by fixing the bracket to the frame of the wheelchair.

【０００６】ところがこの構造の場合、ブラケットが車
輪の半径方向に延びており、かつこのブラケットの先端
にモータが車椅子のフレーム側に突出する状態で装着さ
れているため、車椅子のフレーム構造によって装着でき
ないものがあり、特に折畳み構造のフレームや、車輪に
キャンバー角を付けたフレームには、折畳みができなく
なったり、装着が困難であるという事態が往々にして起
っていた。However, in this structure, the bracket extends in the radial direction of the wheel, and the motor is mounted on the end of the bracket in a state protruding toward the frame of the wheelchair. Therefore, the bracket cannot be mounted due to the frame structure of the wheelchair. In particular, folding frames and frames with camber angles on wheels, in particular, often became unfoldable or difficult to mount.

【０００７】そこでこの発明は、手動車輪と交換するこ
とによって車椅子を電動化することができるハブ装着型
の車輪駆動装置において、よりコンパクトで軽量である
とともに、折畳み構造のフレームや、キャンバー角を設
けたフレームなどの各種のフレームに支障なく装着する
ことが可能な車椅子用の電気駆動車輪を得ることを課題
としている。In view of the above, the present invention provides a hub mounted wheel drive device capable of motorizing a wheelchair by replacing it with a manual wheel. It is an object of the present invention to provide an electric drive wheel for a wheelchair that can be mounted on various frames such as a frame.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明の車椅子の電気
駆動車輪は、車輪の軸心部に設けられたケース２８と、
このケース内に収納された偏平型モータ９及び減速機２
７とを備えている。SUMMARY OF THE INVENTION An electrically driven wheel of a wheelchair according to the present invention includes a case 28 provided at an axis of the wheel,
Flat motor 9 and reduction gear 2 housed in this case
7 is provided.

【０００９】上記ケース２８は、浅いカップ状の固定ケ
ース２と、この固定ケースに対向する浅いカップ状であ
ってその円筒部６が固定ケースの円筒部１４の外側に位
置する回転ケース１と、固定及び回転ケースの円筒部１
４、６相互の間に介在する軸受３とを備えている。The case 28 is a fixed case 2 in the shape of a shallow cup, the rotating case 1 having a shallow cup shape opposed to the fixed case, and the cylindrical portion 6 of which is located outside the cylindrical portion 14 of the fixed case. Cylindrical part 1 of fixed and rotating case
4 and 6, and a bearing 3 interposed between them.

【００１０】上記偏平型モータは、扁平な円盤状をした
モータで、特にプリントモータが適している。偏平型モ
ータ９は、その出力軸を回転ケース１に向けて固定ケー
ス２に装着されている。The above-mentioned flat type motor is a flat disk-shaped motor, and a print motor is particularly suitable. The flat motor 9 is mounted on the fixed case 2 with its output shaft facing the rotating case 1.

【００１１】上記減速機２７は、固定ケースの円筒部１
４の端部に固定された固定内歯スプライン１７と、回転
ケースの円板部５内面に固定された回転内歯スプライン
２１と、偏平型モータ９の出力軸に固定された楕円体２
３と、楕円体２３の外周に相対回転可能に装着されて前
記固定及び回転内歯スプラインと噛合している可撓スプ
ライン２６とを備えたハーモニックドライブ型の減速機
である。The speed reducer 27 has a cylindrical portion 1 of a fixed case.
4, a fixed internal spline 17 fixed to the inner surface of the disk portion 5 of the rotating case, and an ellipsoid 2 fixed to the output shaft of the flat motor 9.
3 is a harmonic drive type speed reducer comprising a flexible spline 26 mounted on the outer circumference of the ellipsoid 23 so as to be relatively rotatable and meshing with the fixed and rotating internal splines.

【００１２】上記構造の電気駆動車輪は、固定ケースの
円板部１２をボルトやこの円板部の軸心に設けたシャフ
トで車椅子のフレームに固定することにより、車椅子に
装着される。偏平型モータ９は、固定フレームに装着さ
れているので、その電源コードをフレーム側へ引出すこ
とができ、その正逆転及び回転数を制御することによ
り、車椅子の走行及び操舵を制御することができる。こ
の制御は、モータやバッテリーとケーブルで接続された
コントロールボックスのレバーやボタンを操作すること
によって行われる。The electric drive wheel having the above structure is mounted on a wheelchair by fixing the disk portion 12 of the fixed case to a wheelchair frame with a bolt or a shaft provided on the axis of the disk portion. Since the flat motor 9 is mounted on the fixed frame, its power cord can be drawn out to the frame side, and by controlling its forward / reverse rotation and rotation speed, it is possible to control the traveling and steering of the wheelchair. . This control is performed by operating a lever or a button of a control box connected to the motor or the battery by a cable.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】図１はこの発明の電気駆動車輪の
一実施例を示すハブ部分の断面図である。電気駆動車輪
のハブを形成している回転ケース１は、固定の車軸とな
っている固定ケース２に軸受３、４で自由回転可能に支
持されている。回転ケース１は、円筒部６、ボルト７で
円筒部６に固定された円板部５及び軸受押え８で形成さ
れている。円筒部６に形成した外フランジには車輪のス
ポークの基端が挿通され、このスポークの先端には図示
しないリムが固定され、そのリムにタイヤが嵌着されて
いる。FIG. 1 is a sectional view of a hub portion showing an embodiment of an electric drive wheel according to the present invention. A rotating case 1 forming a hub of an electrically driven wheel is supported by bearings 3 and 4 so as to be freely rotatable by a fixed case 2 serving as a fixed axle. The rotating case 1 includes a cylindrical portion 6, a disk portion 5 fixed to the cylindrical portion 6 by bolts 7, and a bearing retainer 8. A base end of a spoke of a wheel is inserted into an outer flange formed in the cylindrical portion 6, and a rim (not shown) is fixed to a tip of the spoke, and a tire is fitted to the rim.

【００１４】固定ケース２は浅いカップ状であるが、そ
の円板部１２の中心には大きな円形の開口が設けられて
いる。固定ケース２の内側には偏平形状のプリントモー
タ９が装着されている。プリントモータ９は、その出力
軸１０の反対側に突出するパルスエンコーダを有してお
り、このパルスエンコーダのケース１１が固定ケースの
円板部１２の開口を貫通している。この円板部１２に
は、円周４箇所にタップ孔１３が設けられており、車椅
子のフレームの内側から挿通したボルトをこのタップ孔
１３に螺合することによって、固定ケース２が車椅子の
フレームに固定されるようになっている。The fixed case 2 has a shallow cup shape, but has a large circular opening at the center of the disk portion 12. A flat-shaped print motor 9 is mounted inside the fixed case 2. The print motor 9 has a pulse encoder protruding from the opposite side of the output shaft 10, and a case 11 of the pulse encoder passes through an opening of the disk portion 12 of the fixed case. The disc portion 12 is provided with tapped holes 13 at four places on the circumference. A bolt inserted from the inside of the wheelchair frame is screwed into the tapped hole 13 so that the fixed case 2 is connected to the wheelchair frame. Is to be fixed.

【００１５】固定ケース２の円筒部１４は、先端側に外
縁１５と内縁１６とを備えており、内縁１６の端部に円
形の固定内歯スプライン１７がボルト１８で固定されて
いる。固定ケースの円筒部１４には、軸受３の内輪が嵌
着され、この軸受の外輪は、回転ケース１の円筒部６の
内径に嵌着している。回転ケースの円板部５の内側に
は、円筒形のスプラインホルダ２０が一体に形成され、
このスプラインホルダの外周と前述した固定ケースの外
縁１５との間に第２の軸受４が介装されている。スプラ
インホルダ２０の内周には、円形の回転内歯スプライン
２１がボルト２２で固定されている。固定内歯スプライ
ン１７と回転内歯スプライン２１とは同一径であるが、
偶数個（通常は２又は４個）の歯数差がある。The cylindrical portion 14 of the fixed case 2 has an outer edge 15 and an inner edge 16 on the distal end side, and a circular fixed internal spline 17 is fixed to an end of the inner edge 16 with bolts 18. The inner ring of the bearing 3 is fitted to the cylindrical portion 14 of the fixed case, and the outer ring of this bearing is fitted to the inner diameter of the cylindrical portion 6 of the rotating case 1. A cylindrical spline holder 20 is integrally formed inside the disk portion 5 of the rotating case,
A second bearing 4 is interposed between the outer periphery of the spline holder and the outer edge 15 of the fixed case described above. On the inner periphery of the spline holder 20, a circular rotating internal tooth spline 21 is fixed with bolts 22. Although the fixed internal spline 17 and the rotary internal spline 21 have the same diameter,
There is an even number (usually 2 or 4) of tooth count differences.

【００１６】プリントモータの出力軸１０は、回転ケー
ス１の軸心位置で回転ケース１に向って延びている。こ
の出力軸１０には、楕円体２３がその中心位置で固定さ
れており、かつこの楕円体の回転ケース側は、回転ケー
スの円板部５の中心に設けた軸受２４で支持されてい
る。楕円体２３の外周には、軸受ボール２５を介して可
撓スプライン２６が装着されている。可撓スプライン２
６の外周歯は、固定内歯スプライン１７と回転内歯スプ
ライン２１とに楕円の長径端の２箇所で噛み合ってい
る。すなわち上記構造により、固定内歯スプライン１
７、回転内歯スプライン２１、楕円体２３及び可撓スプ
ライン２６は、ハーモニックドライブ型の減速機２７を
形成している。可撓スプライン２６の歯数は、通常固定
内歯スプライン１７又は回転内歯スプライン２１の歯数
の少ないものの歯数と一致している。The output shaft 10 of the print motor extends toward the rotary case 1 at the axial position of the rotary case 1. An ellipsoid 23 is fixed to the output shaft 10 at its center position, and the rotating case side of the ellipsoid is supported by a bearing 24 provided at the center of the disk portion 5 of the rotating case. A flexible spline 26 is mounted on the outer periphery of the ellipsoid 23 via a bearing ball 25. Flexible spline 2
The outer peripheral teeth of No. 6 mesh with the fixed internal spline 17 and the rotating internal spline 21 at the two major ends of the ellipse. That is, with the above structure, the fixed internal spline 1
7. The rotating internal tooth spline 21, the ellipsoid 23 and the flexible spline 26 form a harmonic drive type speed reducer 27. The number of teeth of the flexible spline 26 is generally equal to the number of teeth of the fixed internal spline 17 or the rotating internal spline 21 having a small number of teeth.

【００１７】上記構造において、出力軸１０が一回転す
ると、可撓スプライン２６は固定内歯スプライン１７と
可撓スプライン２６との歯数差分だけ回転し、その回転
が回転内歯スプライン２１を介して回転ケース１に伝達
され、車輪を回転させる。従って、非常に大きな減速比
が得られ、小型のモータで大径の車輪を駆動する大きな
トルクを得ることができる。In the above structure, when the output shaft 10 makes one rotation, the flexible spline 26 rotates by the difference in the number of teeth between the fixed internal spline 17 and the flexible spline 26, and the rotation is performed via the rotary internal spline 21. It is transmitted to the rotating case 1 and rotates the wheels. Therefore, a very large reduction ratio can be obtained, and a large torque for driving a large-diameter wheel with a small motor can be obtained.

【００１８】そして、上記構造によれば、モータ９及び
減速機２７を固定ケース２と回転ケース１とで形成され
る短い円筒形のケース２８内にコンパクトに収めること
ができる。According to the above structure, the motor 9 and the speed reducer 27 can be compactly housed in the short cylindrical case 28 formed by the fixed case 2 and the rotating case 1.

【００１９】図１の実施例では、フィードバック制御用
のパルスエンコーダを有するモータを使用しているため
に、固定ケース２の円板部中央にモータのエンコーダケ
ース１１が突出している。このようなエンコーダケース
１１を有しないモータを使用したときは、図２に示すよ
うに、固定ケース２の円板部１２の中心に固定したシャ
フト２９によって固定ケース２を車椅子のフレームに固
定する構造とすることができる。In the embodiment shown in FIG. 1, since a motor having a pulse encoder for feedback control is used, an encoder case 11 of the motor protrudes from the center of the disc portion of the fixed case 2. When such a motor having no encoder case 11 is used, as shown in FIG. 2, a structure in which the fixed case 2 is fixed to a wheelchair frame by a shaft 29 fixed to the center of the disk portion 12 of the fixed case 2. It can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】第１実施例の電気駆動車輪のハブ部分の断面図FIG. 1 is a sectional view of a hub portion of an electric drive wheel according to a first embodiment.

【図２】第２実施例の電気駆動車輪のハブ部分の断面図FIG. 2 is a sectional view of a hub portion of an electric drive wheel according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 回転ケース ２ 固定ケース ３ 軸受 ５ 円板部 ６ 円筒部 ９ 偏平型モータ 14 円筒部 17 固定内歯スプライン 21 回転内歯スプライン 23 楕円体 26 可撓スプライン 27 減速機 28 円筒形のケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating case 2 Fixed case 3 Bearing 5 Disk part 6 Cylindrical part 9 Flat motor 14 Cylindrical part 17 Fixed internal spline 21 Rotating internal spline 23 Ellipsoid 26 Flexible spline 27 Reduction gear 28 Cylindrical case

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 茂雄 石川県松任市旭町３−４ (72)発明者 関 啓明 石川県金沢市長坂台３−５ サニーコート 長坂台201 (72)発明者 長田 昭夫 石川県松任市乾町86番地 株式会社内日本 システム内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shigeo Yoshida 3-4 Asahimachi, Matsuto-shi, Ishikawa Prefecture (72) Inventor Hiroaki Seki 3-5 Nagasakadai, Kanazawa-shi, Ishikawa Sunny Court 201 201 Nagasakadai Inventor Nagata Akio 86, Inamachi, Matsuto City, Ishikawa Pref.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 車輪の軸心部に設けられたケース(28)
と、このケース内に収納された偏平型モータ(9)及び減
速機(27)とを備え、ケース(28)は、浅いカップ状の固定
ケース(2)と、この固定ケースに対向する浅いカップ状
であってその円筒部(6)が固定ケースの円筒部(14)の外
側に位置する回転ケース(1)と、固定及び回転ケースの
円筒部(14,6)相互の間に介在する軸受(3)とを備え、偏
平型モータ(9)は、その出力軸を回転ケース(1)に向けて
固定ケース(2)に装着されており、減速機(27)は、固定
ケースの円筒部(14)の端部に固定された固定内歯スプラ
イン(17)と、回転ケースの円板部(5)内面に固定された
回転内歯スプライン(21)と、偏平型モータ(9)の出力軸
に固定された楕円体(23)と、楕円体(23)の外周に相対回
転可能に装着されて前記固定及び回転内歯スプラインと
噛合している可撓スプライン(26)とを備えたハーモニッ
クドライブ型の減速機であることを特徴とする、車椅子
の電気駆動車輪。1. A case (28) provided at a shaft center of a wheel.
And a flat motor (9) and a speed reducer (27) housed in the case.The case (28) includes a shallow cup-shaped fixed case (2), and a shallow cup facing the fixed case. Bearing having a cylindrical shape (6) whose cylindrical portion (6) is located outside the cylindrical portion (14) of the fixed case, and the cylindrical portion (14, 6) of the fixed and rotating case interposed between each other. The flat type motor (9) is mounted on a fixed case (2) with its output shaft facing the rotating case (1), and the reduction gear (27) is a cylindrical part of the fixed case. The fixed internal spline (17) fixed to the end of (14), the rotary internal spline (21) fixed to the inner surface of the disk part (5) of the rotating case, and the output of the flat motor (9) A harmonic unit comprising an ellipsoid (23) fixed to a shaft, and a flexible spline (26) rotatably mounted on the outer periphery of the ellipsoid (23) and meshing with the fixed and rotating internal splines. An electrically driven wheel of a wheelchair, characterized in that it is a drive-type reduction gear.