JPH09117476A - 車両の電動駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 左右の駆動輪２５をモータ４または５に
より個別に駆動し、電力制御部６または７でその回転速
度を個別に変更制御して車速変更および操舵を行う。各
駆動輪２５の中央には、車軸３４に回転可能に取り付け
られたハブ本体３１が設けられている。ハブ本体３１は
中空に形成され、側方に向けて開口部を有しており、こ
の開口部を覆う熱伝導性の高い金属製の蓋体３５が車軸
３４に取り付けられている。モータ４または５は、蓋体
３５に固定され、そこから離間した位置で、蓋体３５の
ハブ本体３１内側を向く面に電力制御部６または７が固
定されている。モータ４，５および電力制御部６，７か
ら離れた位置には、メインコントローラが設けられ、メ
インコントローラは、人力で操作する走行指令部からの
入力信号に基づいて電力制御部６，７を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右の駆動輪をモ
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固定されていると共に、上
記モータから離間した位置で上記蓋体のハブ内側を向く
面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、上記モータおよび上記電力制御部
から離間した位置に配置されて、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。その上、主制御部は、発熱源とな
るモータおよび電力制御部から離間した位置に配置され
ているために、これら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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一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)

【特許請求の範囲】
1. 【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固定されて
   いると共に、上記モータから離間した位置で上記蓋体の
   ハブ内側を向く面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、上記モータおよび上記電力
   制御部から離間した位置に配置されて、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。