JP3432977B2 - 車両の電動駆動装置 - Google Patents
車両の電動駆動装置Info
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Description
ータにより個別に駆動する電動車椅子等の車両の電動駆
動装置に関する。 【0002】 【従来の技術】この種の車両の電動駆動装置としては、
特開平5−261132号公報に開示されているよう
に、駆動輪の中央のボスまたはハブに駆動用のモータを
取り付け、遊星歯車機構により、このモータから駆動輪
に動力を伝達するものがある。この装置で車両の走行指
令は、搭乗者の操作するジョイスティックにより行わ
れ、このジョイスティックから発せられる入力信号に基
づいて、主プロセッサが左右の駆動輪の駆動を制御する
指令信号を出力する。指令信号は、各駆動輪ごとに設け
られた二つの電動機プロセッサに取り入れられ、各電動
機プロセッサが対応するモータの駆動を制御する。この
ようにして、駆動輪の回転速度を個別に変更制御するこ
とによって車速変更および操舵を行う。 【0003】この電動駆動装置で、主プロセッサは、車
両の架台(車椅子の場合の椅子部分)に設けられてお
り、各電動機プロセッサは、対応するモータの付近に配
置されてボスに取り付けられている。各電動機プロセッ
サは、少なくとも一部がボスに収容されて、駆動部分に
組み込まれており、これにより多くの制御用導線が不要
になり、修理に便利な構成とされている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の公報に
おいては、主プロセッサおよび電動機プロセッサとし
て、いかなる部品を設けるのかは明らかにされていな
い。これらをCPU(中央処理装置)として構成すると
すれば、CPUが3箇所に分けて配置されることにな
り、製造コストが上昇する。さらに、もしそうであるな
ら、電動機プロセッサをモータの付近に設けて駆動部分
に組み込んだ場合には、モータ等の駆動部分の発熱によ
り、耐熱性の高いCPUを使用しなければ、CPUの作
動性能の信頼性を確保できない。また、耐熱性の高いC
PUは一般に高価である。 【0005】本発明は、前記の事情を考慮してなされた
ものであり、モータ等の発熱の影響が少なく、作動性能
の信頼性が高い車両の電動駆動装置を提供することを目
的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る車両の電動駆動装置にあっては、左右
の駆動輪をモータにより個別に駆動し、駆動輪の回転速
度を個別に変更制御することによって車速変更および操
舵を行う車両の電動駆動装置において、各駆動輪の中央
には、車軸に回転可能に取り付けられるハブが設けられ
ており、上記ハブは中空に形成され、側方に向けて開口
部を有しており、上記開口部を覆う熱伝導性の高い金属
製の蓋体が上記車軸に取り付けられており、対応する駆
動輪用のモータが上記蓋体におけるハブとは反対側の面
のうち上記車軸に対してオフセットされた位置に固定さ
れており、上記モータの駆動ギヤと当該駆動ギヤに連結
された複数の減速ギヤとを収納するギヤケースが上記蓋
体のハブ内側を向く面に固定されていると共に、上記蓋
体のハブ内側を向く面のうち上記車軸に対して上記ギヤ
ケースとは反対側に上記モータの電力制御部が固定され
ており、上記車両には、人力で操作する走行指令部と、
主制御部とが設けられ、主制御部は、上記走行指令部か
らの入力信号に基づいて上記電力制御部を制御するよう
にしたことを特徴としている。 【0007】この構成では、モータおよび電力制御部が
固定される蓋体は、熱伝導性が高い金属製であるから、
モータの発熱および電力制御部の発熱を放熱する効果が
大きい。また、電力制御部は車軸に対してギヤケースと
は反対側に、すなわちモータから離間した位置に取り付
けられている。したがって、モータおよび電力制御部が
同一の蓋体に取り付けられながらも、電力制御部が過熱
して破損することを抑制することができる。また、電力
制御部は、蓋体のハブ内側を向く面に固定されている。
このことは、放熱性のよい蓋体の外面が、電力制御部に
よって外気から遮られることがないことにつながる。こ
れによっても、電力制御部の過熱を抑制することが可能
である。さらに、このように蓋体を放熱板として使用す
ることにより、特別な放熱板や冷却装置を別個に設ける
必要がない。 【0008】 【発明の実施の形態】 A. 実施形態の構成 A−1.実施形態の制御系統 以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明
する。まず、図1は実施形態に係る車両の電動駆動装置
の制御系統を示す概略図である。図において符号1は搭
乗者用の操作パネル、2は介助者用の操作パネルであ
る。符号3は蓄電池からなる直流の電源、4,5は左右
の駆動輪を回転させるモータ、6,7は各モータ4,5
の回転を駆動する電力制御部である。各モータ4,5に
は、それらの回転速度を検出するロータリエンコーダ
8,9がそれぞれ設けられている。各電力制御部6,7
には、電源3から電流が供給されるようになされてい
る。符号10は、メインコントローラ(主制御部)を示
し、このメインコントローラ10は、CPU11、メモ
リ等のハードウェアによって構成されている。 【0009】操作パネル1,2には、それぞれメインコ
ントローラ10へ電流を供給する回路の開閉を行うメイ
ンスイッチ1a,2aが設けられている。メインコント
ローラ10は、メインスイッチ1a,2aのいずれか一
方がオンにされれば、電源3から通電されるようになっ
ている。また、搭乗者用の操作パネル1には、ジョイス
ティック(走行指令部)1bが設けられている。後述の
ように、電動車椅子を車速変更および操舵を行う場合に
は、ジョイスティック1bを傾倒させると、その方向に
電動車椅子を進行させるべく、各駆動輪の速度が制御さ
れる。すなわち、搭乗者が、ジョイスティック1bを前
に傾倒させれば前進、後に傾倒させれば後退、左に傾倒
させれば左旋回、右に傾倒させれば右旋回するように、
モータ4,5が回転させられる。また、ジョイスティッ
ク1bは、搭乗者が触れなければ、常に中立の位置で非
作動状態を保つ。 【0010】介助者用の操作パネル2には、前後進ボタ
ン(走行指令部)2bが設けられている。前後進ボタン
2bは、前後に傾動するシーソー式のボタンであり、介
助者が前を押すと前進、後を押すと後退するように、モ
ータ4,5が回転させられる。また、前後進ボタン2b
は、介助者が触れなければ、常に中立の位置で非作動状
態を保つ。 【0011】メインコントローラ10に内蔵されたCP
U11は、所定のプログラムに基づいて動作し、各種機
能を果たす。すなわち、CPU11は、操作パネル1,
2のメインスイッチ1a,2aから供給されるオン・オ
フ信号に応じて、ジョイスティック1bと前後進ボタン
2bのいずれの走行指令信号を選択すべきか判断する。
そして、この判断に基づいて選択したジョイスティック
1bまたは前後進ボタン2bの走行指令信号に基づい
て、各駆動輪を回転させるべき速度を算出する。この速
度の算出の結果、いずれかの駆動輪を停止、つまり速度
を「0」にすべきときは、CPU11は、電力制御部6
または7をオフする信号を出力する。これにより、モー
タ4,5のいずれかが停止する。速度の算出結果がこれ
以外のときには、CPU11は、目標車速を算出し、こ
の目標車速に基づき制御信号となるゲート信号を出力す
る。 【0012】各電力制御部6,7は、複数のFETと、
これらのFETの駆動回路からなる。このうち駆動回路
は、電源3から直接導電されている。そして、CPU1
1からのゲート信号でFETが動作されることにより、
対応するモータ4または5に与える通電量が制御され、
モータ4または5の回転速度、すなわち各駆動輪の速度
が制御される。このようにして、左右の速度を異ならせ
ることにより、電動車椅子の進行方向が変更される。さ
らに、CPU11は、ロータリエンコーダ8,9から入
力されたパルスを受信し、実際の各駆動輪の速度を算出
して、前記ゲート信号をフィードバック制御する。 【0013】本実施形態において、CPU11は、両方
のメインスイッチ1a,2aがオフにされた後、先にオ
ンにされたメインスイッチ1aまたは2aの方のジョイ
スティック1bまたは前後進ボタン2bの走行指令信号
を優先的に選択するようになっている。そして、この優
先選択状態は、両方のメインスイッチ1a,2aがオフ
にされるとリセットされ、次にオンにされたメインスイ
ッチ1aまたは2aの方のジョイスティック1b前後進
ボタン2bの走行指令信号を優先的に選択するようにな
されている。 【0014】操作パネル1,2には、対応するジョイス
ティック1bまたは前後進ボタン2bが選択されたとき
に点灯する表示灯17が設けられている。また、操作パ
ネル1,2には、この制御系統で異常が発生したときに
点灯する警告灯18が設けられ、メインコントローラ1
0には、同じく異常時に警報を発する警告ブザー19が
設けられている。表示灯17および警告灯18は、LE
Dである。これら表示灯17、警告灯18および警告ブ
ザー19は、CPU11により作動される。 【0015】A−2.電動車椅子の構成 次に、実施形態に係る車両である電動車椅子の構成を説
明する。図2は、電動車椅子21に搭乗者Mが乗ってい
る状態を示す左側面図であり、図3は電動車椅子21の
背面図である。電動車椅子21は、パイプを組んで構成
された折り畳み式のフレーム22と、フレーム22に設
けられ搭乗者Mが着座する座席23と、フレーム22の
前後に左右一対に設けられた前輪24および駆動輪25
とを備える。フレーム22の前部には、搭乗者用の操作
パネル1が配置されており、後部には電源3を内蔵した
バッテリパック27が配置されている。フレーム22の
後方上部には、介助者が保持する二本のハンドル28が
設けられ、一方のハンドル28には、介助者用の操作パ
ネル2が取り付けられている。また、フレーム22の後
方下部には、座席23の過度の後傾を防止する補助輪2
9が設けられている。 【0016】座席23は、フレーム22を構成する左右
のパイプ間に張られたシートによって構成されている。
前輪24は、キャスタ式の遊動輪である。駆動輪25
は、リム25aおよびこれに装着されたタイヤ25bと
からなり、放射状に配列された多数のスポーク26によ
り、中央に配置されたハブ部30に連結されている。 【0017】そのハブ部30は、図5に示すように、底
の浅い有底円筒状、すなわち中空のハブ本体(ハブ)3
1を備えている。ハブ本体31は、側方に向けて開口部
を有しており、この開口部は、円盤状の蓋体35によっ
て覆われている。ハブ本体31の内側中心にはボス32
が形成されており、このボス32に、2つのベアリング
33を介して車軸34が装着され、この車軸34は、フ
レーム22の一部に嵌合され、かつナット37で固定さ
れており、これによって駆動輪25はフレーム22に回
転自在に支持されている。蓋体35は、車軸34に嵌合
固定されており、ハブ本体31との間にはわずかな隙間
があいている。この隙間は水等の侵入を防ぐためにラビ
リンス状に形成されている。このようにして、車軸34
と蓋体35はフレーム22に対して一体に固定されてい
る一方、駆動輪25はハブ本体31とともに回転するよ
うになっている。 【0018】上記のハブ部30において、ハブ本体31
は、駆動輪25を支持するため、高炭素鋼やステンレス
鋼等の強度の大きな材料から形成され、蓋体35は、ア
ルミニウム合金や銅合金のような熱伝導性の高い材料か
ら形成されている。なお、ハブ本体31には、図2およ
び図3に示すように、駆動輪25の外側に位置する手動
リング36が一体に固定されている。この手動リング3
6は、使用者Mが手動で駆動輪25を回転させて走行す
るときに用いるものである。 【0019】さて、駆動輪25は、ハブ部30に設けら
れた駆動機構40により回転駆動される。図4および図
6に示すように、駆動機構40は、ハブ部30の蓋体3
5におけるハブ本体31と反対側の外面にボルト止めさ
れた円筒状のモータ4または5と、このモータ4または
5の駆動ギヤ42に連結された複数(この場合2つ)の
減速ギヤ43、44とから構成されている。 【0020】駆動ギヤ42の駆動軸42aおよび各減速
ギヤ43、44のギヤ軸43a、44aは、蓋体35と
蓋体35の内面にネジ止めされたギヤケース45とに、
ベアリング46を介して回転自在に支持され、駆動ギヤ
42、各減速ギヤ43、44はギヤケース45内に収納
された状態となっている。下流側の減速ギヤ44のギヤ
軸44aの先端はギヤケース45から突出し、その突出
端に、ピニオンギヤ47が設けられており、このピニオ
ンギヤ47が、前記ハブ部30のハブ本体31の底部内
周に装着された内歯である内歯ギヤ30aに噛合してい
る。ギヤケース45は、蓋体35に固定された状態で車
軸34を取り囲むように略円弧状に形成されており、さ
らに、モータ4または5は、ギヤケース45の端部であ
って、車軸34に対してオフセットされた位置に配設さ
れている。このようにして、駆動機構40は、遊星歯車
機構をなしている。 【0021】モータ4または5の駆動軸42aが回転す
ると、その回転は減速ギヤ43、44を経てピニオンギ
ヤ47から内歯ギヤ30aに伝わり、もって駆動輪25
が回転するようになっている。なお、図4に示すよう
に、モータ4または5の駆動軸42aの回転数は、ハブ
部30内に設けられ、駆動軸42aにタイミングベルト
48で連結されたロータリエンコーダ8または9により
検出されるようになっている。このロータリエンコーダ
8または9はモータ4または5に近接させてギヤケース
45に並設され、蓋体35の内面にボルト止めされてい
る。なお、前記減速ギヤ44には、モータ4,5の駆動
力をハブ本体31へ伝達する経路をつないだり切ったり
するクラッチ機構60が設けられている。 【0022】さて、上述の駆動機構40のモータ4また
は5は、直方体状のバッテリパック27(図2、図3)
を電源3としている。このバッテリパック27は、充電
池を多数内蔵しており、一方(この場合右側)のハブ部
30に取り付けられたバッテリホルダ110に着脱自在
に装填されるようになっている。バッテリパック27に
は、バッテリホルダ110に対する着脱や持ち運びの際
に便利なように把手102が設けられている。 【0023】バッテリホルダ110は、ハブ部30の蓋
体35に対しモータ5とともにボルト止めされ、図7に
示すように、蓋体35への取付け部分から後方斜め上方
に延びており、下部にはコントローラ収納部111、そ
の上に上方に開口するバッテリ収納部112が形成され
ている。コントローラ収納部111には、前記のCPU
11を内蔵したメインコントローラ10(図1参照)が
収納されている。バッテリホルダ110の基端部には、
モータ5に被せられてモータ5を軸に回動可能な円筒状
のモータカバー107が一体成形されており、このモー
タカバー107とともにバッテリホルダ110全体が、
前後方向に回動するようになっている。 【0024】また、図4および図5に示すように、上記
ハブ部30内には、メインコントローラ10からの出力
信号を受けて同じ側にあるモータ4,5に与える通電量
を制御する電力制御部6または7が、ケース54に覆わ
れて収納されている。電力制御部6または7は、対応す
るモータ4または5から離間した位置に配置されてお
り、蓋体35におけるハブ本体31の内側を向く面に取
り付けられている。各電力制御部6,7は、上記の通
り、半導体素子からなる複数のFET52と、これらの
FET52の駆動回路51を備える。このうち、駆動回
路51は、プリント基板50上に配設されている。 【0025】プリント基板50は、スペーサ55を介し
て薄板状の放熱板53に取り付けられており、FET5
2は、放熱板53に直接ネジ止めされている。放熱板5
3は、蓋体35と同様に、アルミニウム合金や銅合金の
ような熱伝導性の高い材料から形成されている。そし
て、放熱板53は、その一面全体が蓋体35に直接接触
させられて、蓋体35にネジ止めされている。 【0026】B. 実施形態の作用・効果 上記の構成では、モータ4または5および電力制御部6
または7が固定される蓋体35は、熱伝導性が高い金属
製であるから、モータ4,5の発熱および電力制御部
6,7の発熱を放熱する効果が大きい。また、電力制御
部6,7は、対応するモータ4,5から離間した位置に
取り付けられている。したがって、モータ4または5お
よび電力制御部6または7が同一の蓋体35に取り付け
られながらも、電力制御部6,7が過熱して破損するこ
とを抑制することができる。 【0027】また、電力制御部6,7は、蓋体35のハ
ブ本体31内側を向く面に固定されている。このこと
は、放熱性のよい蓋体35の外面が、電力制御部6,7
によって外気から遮られることがないことにつながる。
これによっても、電力制御部6,7が過熱して破損する
ことを抑制することが可能である。さらに、このように
蓋体35を放熱板として使用することにより、特別な放
熱板や冷却装置を別個に設ける必要がない。本実施形態
では、放熱板53が設けられているが、これは後述する
ように、別の理由によるものであり、場合によっては設
けなくてもよい。 【0028】さらにまた、一般的に耐熱性の低いCPU
11は、発熱源となるモータ4,5や電力制御部6,7
から離間した位置に配置されたメインコントローラ10
に設けられている。したがって、CPU11は、モータ
4,5や電力制御部6,7からの熱的悪影響を受けず
に、信頼性の高い制御動作を行うことが可能である。そ
して、電力制御部6,7は、前記のように過熱が抑制さ
れていることに加えて、CPUではなく、半導体素子か
らなるFET52と、その駆動回路51を主体に構成さ
れていることにより、わずかな温度上昇では、作動性能
が低下することはない。 【0029】なお、各電力制御部6,7においては、放
熱板53に、FET52およびその駆動回路51が取り
付けられている。したがって、放熱板53にFET52
およびその駆動回路51をあらかじめ組み付けてユニッ
ト化した後、蓋体35に組み付けるようにすれば、組み
付け作業性が良くなる。図示のように、放熱板53は小
さい部材であるが、その一面全体が蓋体35に密着させ
られているので、蓋体35への熱伝導性は良好になって
いる。 【0030】 【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、モータ等の発熱の影響が少なく、作動性能の信頼性
が高い車両の電動駆動装置を提供することが可能であ
る。
置の制御系統を示す概略図である。 【図2】 実施形態に係る車両である車椅子を示す左側
面図である。 【図3】 同車椅子の背面図である。 【図4】 同実施形態の駆動輪のハブの内部を示す側面
図である。 【図5】 図4のV−V線矢視断面図である。 【図6】 図4のVI−VI線矢視断面図である。 【図7】 同実施形態に用いられるバッテリパックとそ
のホルダを示す側面図である。 【符号の説明】 1 搭乗者用の操作パネル、2 介助者用の操作パネ
ル、1b ジョイスティック(走行指令部)、2b 前
後進ボタン(走行指令部)、3 電源、4,5モータ、
6,7 電力制御部、10 メインコントローラ(主制
御部)、11CPU、21 電動車椅子、25 駆動
輪、30 ハブ部、25a リム、25b タイヤ、2
6 スポーク、30a 内歯ギヤ、31 ハブ本体(ハ
ブ)、34 車軸、35 蓋体、42 駆動ギヤ、4
3,44 減速ギヤ、50 プリント基板、51 FE
Tの駆動回路、52 FET、53 放熱板
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 左右の駆動輪をモータにより個別に駆動
し、駆動輪の回転速度を個別に変更制御することによっ
て車速変更および操舵を行う車両の電動駆動装置におい
て、 各駆動輪の中央には、車軸に回転可能に取り付けられる
ハブが設けられており、上記ハブは中空に形成され、側
方に向けて開口部を有しており、上記開口部を覆う熱伝
導性の高い金属製の蓋体が上記車軸に取り付けられてお
り、対応する駆動輪用のモータが上記蓋体におけるハブ
とは反対側の面のうち上記車軸に対してオフセットされ
た位置に固定されており、上記モータの駆動ギヤと当該
駆動ギヤに連結された複数の減速ギヤとを収納するギヤ
ケースが上記蓋体のハブ内側を向く面に固定されている
と共に、上記蓋体のハブ内側を向く面のうち上記車軸に
対して上記ギヤケースとは反対側に上記モータの電力制
御部が固定されており、 上記車両には、人力で操作する走行指令部と、主制御部
とが設けられ、主制御部は、上記走行指令部からの入力
信号に基づいて上記電力制御部を制御するようにしたこ
とを特徴とする車両の電動駆動装置。
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