(57)【要約】【課題】回転変位検出機構を備え、且つ取り付けた際に車幅が大きくなるのを防止する構成を備えた車輪を提供することにある。【解決手段】車輪３は、車軸３２、モータ３８１、ハブ３３及び回転変位検出機構４１を備えている。車軸３２は、車椅子１の車体フレーム２に支持される。モータ３８１は、車軸３２に取り付けられている。ハブ３３は、車軸３２に取り付けられたホイールハブ３８３と、車軸３２に相対回転自在に支持され、ホイールハブ３８３に対して回転するハンドリムベース部３９と、を有する。回転変位検出機構４１は、ホイールハブ３８３に対するハンドリムベース部３９の回転変位を検出し、回転中心がモータ３８１の車軸中心に一致する。【選択図】図５
2014073356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車椅子に着脱可能な電動アシスト用車輪であって、
前記車椅子のフレームに支持される車軸と、
前記車軸に取り付けられたモータと、
前記車軸に取り付けられたホイールハブと、前記ホイールハブに対して相対変位可能に支持されるハンドリムベース部と、を有するハブと、
前記ホイールハブに対する前記ハンドリムベース部の回転変位を検出し、回転中心がモータの車軸中心に一致する回転変位検出機構と、
を備えた、
電動アシスト用車輪。
【請求項２】
請求項１に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記モータは、径方向における幅よりも前記車軸の軸方向における幅の方が小さく、
前記回転変位検出機構は、前記車軸の軸方向において、前記モータの幅よりも幅が小さい、
電動アシスト用車輪。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記電動アシスト用車輪は、
前記モータを含むパワーユニットをさらに備え、
前記ホイールハブは、前記パワーユニットと相対回転可能であって、前記車軸に対して回転可能に支持され、
前記パワーユニットは、前記モータから伝達された動力を前記ホイールハブに伝達するギア列を含み、
前記ギア列は、前記車軸から径方向外側に向かって並べられた複数のギアを含み、少なくとも一部が前記回転変位検出機構と軸方向において重なり合っている、
電動アシスト用車輪。
【請求項４】
請求項３に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記回転変位検出機構は、
前記ホイールハブに取り付けられた磁石と、
前記ハンドリムベース部と連動する第１プレートと、
前記パワーユニットに取り付けられた素子と、
を含み、
前記第１プレートは、前記磁石と相対回転することで磁気を変化させ、
前記素子は、磁気の変化を検出する、
電動アシスト用車輪。
【請求項５】
請求項４に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記素子は、磁気を検出し、検出した磁気を電気信号に変換して出力する第１素子および第２素子を含み、
第２素子は、前記ハンドリムベース部と前記ホイールハブが相対回転する際に、前記第１素子が出力する電気信号の電圧の位相に対して、反転した位相の電圧を出力する位置に配置されている、
電動アシスト用車輪。
【請求項６】
請求項５に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記車椅子の側面視において、前記車軸に対して前記ギア列の前記複数のギアが配置されている方向を第１方向とし、前記第１方向の逆方向を第２方向とすると、
前記第１素子及び第２素子は、前記車椅子の側面視において、前記第１方向の前記車軸の中心よりも第２方向側に配置されている、
電動アシスト用車輪。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記モータは、
前記車軸を中心とする円板を含むロータと、
前記車軸の軸方向において前記ロータから所定の間隔をもって配置され、前記車椅子の側面視において前記車軸を中心とする環状のステータとを含み、
前記ロータは、前記車軸の側面の一部を囲む円筒を備え、
前記第１素子及び前記第２素子は、前記円筒よりも径方向外側に配置されている、
電動アシスト用車輪。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか１項に記載の電動アシスト用車輪であって、
前記ギア列は、前記車軸の軸方向において、前記モータと前記ホイールハブとの間に配置されている、
電動アシスト用車輪。
【請求項９】
前記回転変位検出機構は、被磁化部および前記被磁化部を保持する保持部を有するコア部材と、前記保持部に前記車軸の軸方向から対向しつつ前記車軸を中心とする回転方向に前記コア部材に対して相対的に変位自在な磁石と、前記磁石に対する前記回転方向への変位量に応じた強さで磁化される前記被磁化部が発する磁気を検出する検出素子と、前記被磁化部と前記磁石との間に磁気によって生じる引力に抗して前記コア部材と前記磁石とを前記車軸の軸方向へ離間させる離間手段とを有し、
前記コア部材および前記磁石のうち一方が前記ホイールハブに取り付けられるとともに他方が前記ハンドリムベース部に取り付けられている請求項１に記載の電動アシスト用車輪。
【請求項１０】
前記コア部材は、前記保持部から前記磁石を超えて前記車軸の軸方向に延びる爪部を有し、
前記離間手段は、前記車軸の軸方向において前記保持部の反対側から前記爪部に当接する押圧部材と、前記ホイールハブおよび前記ハンドリムベース部のうち前記コア部材が取り付けられている方に前記押圧部材を固定する固定部材とを有し、前記引力に抗して前記保持部が前記磁石から離間する方向へ前記押圧部材で前記爪部を押圧して、前記コア部材と前記磁石とを離間させる請求項９に記載の電動アシスト用車輪。
【請求項１１】
前記コア部材は、前記ホイールハブあるいは前記ハンドリムベース部に前記爪部で係合して取り付けられている請求項１０に記載の電動アシスト用車輪。
【請求項１２】
前記コア部材の前記保持部は、非磁性体である請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の電動アシスト用車輪。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の電動アシスト用車輪を備えた車椅子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型バッテリを有する電動車椅子の車輪および車椅子に関し、さらに詳しくは、モータおよびハンドリムの入力トルクを検出する入力センサを備えた車椅子用の車輪および車椅子に関する。
【背景技術】
【０００２】
車椅子は、フレーム、フレームに取り付けられたシート、フレームに取り付けられた車輪および車輪に接続されたハンドリムを備えている。シートに着座した乗員がハンドリムを操作することで、車輪が回転する。このような車椅子では、ハンドリムを操作して車輪を回転させるためには、大きな力が必要である。例えば、長い時間に亘って車椅子を移動させる場合や、坂道を移動する場合には、乗員は著しく疲労する。
【０００３】
バッテリ、モータおよびＪ／Ｓコントローラが取り付けられた車椅子が利用されている。このような車椅子では、乗員がＪ／Ｓコントローラを操作することで、バッテリからモータに電力が供給される。バッテリからの電力によりモータが回転して、車椅子が移動する。バッテリおよびモータを備えた車椅子では、車椅子を移動させる際の疲労を大幅に軽減することができる。しかしながら、このような車椅子では、移動の際に必要な動力の全てがモータから供給される。このような車椅子では、長時間モータを駆動させる場合に備え、大きな容量のバッテリが取り付けられる。したがって、車椅子全体の重量が重くなり、車椅子を持ち上げることが難しくなる。このような車椅子では、例えば、車椅子を持ち上げて自動車に乗せることが難しい。
【０００４】
車椅子の重量が大きくなることおよび大型化を防止し、且つ車椅子の操作に必要な労力を軽減するために、小型のバッテリおよびモータを備えた車椅子が考えられている。この車椅子では、乗員のハンドリム操作に伴って、移動の際に必要な動力の一部がモータから供給される。この車椅子では、乗員がハンドリムを操作する力に加えて、モータから供給される動力によって車椅子が移動する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９―５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車椅子は、一般的に、乗員の体型等に合わせて個別にフレームが作成される。個別に作成されたフレームに車輪が取り付けられる。特許文献１の車椅子では、モータが車輪から車幅方向内側に向かって延びている。このため、特許文献１に記載の車椅子に取り付けられた車輪を他のフレームに取り付ける場合には、モータがフレームに接触する場合がある。したがって、特許文献１の車輪は、取り付けることができるフレームの形状が限定される。
【０００７】
このような問題に対応するため、モータを車幅方向外側に移動させて配置することが考えられる。しかしながら、この場合には、ハブ内にモータが収容されることとなり、ハブが大型化する。このため、車椅子の車幅が大きくなる。
【０００８】
小型のバッテリおよびモータを備えたアシスト式車椅子では、ハンドリムの操作力を検出する回転変位検出機構が設けられている。特許文献１の車椅子の回転変位検出機構は、回転トランスおよびポテンショメータを含んでいる。このため、回転変位検出機構の設置スペースが大きく、ハブが大型化している。車椅子は、屋外のみならず室内でも用いられるため、車幅が大きくなると、移動が困難である。
【０００９】
本発明の課題は、回転変位検出機構を備え、且つフレームに取り付けた際に車幅が大きくならない構成を備えた車輪を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電動アシスト用車輪は、車椅子に着脱可能である。電動アシスト用車輪は、車軸、モータ、ハブ及び回転変位検出機構を備えている。車軸は、車椅子のフレームに支持される。モータは、車軸に取り付けられている。ハブは、車軸に取り付けられたホイールハブと、ホイールハブに対して相対変位可能に支持されるハンドリムベース部と、を有する。回転変位検出機構は、ホイールハブに対するハンドリムベース部の回転変位を検出し、回転中心がモータの車軸中心に一致する。
【００１１】
上記の電動アシスト用車輪は、回転変位検出機構の回転中心がモータの車軸中心と一致している。このため、軸方向において幅の小さいモータを用いることで、車輪の幅を小さくすることができる。この場合には、モータがフレームの一部と干渉することがなく、車輪の車幅方向にモータが延びている構成に比べて、上記の車輪は、多くの種類のフレームに着脱可能となる。
【００１２】
上記の車輪では、車輪の幅が小さいため、車輪をフレームに取り付けた際に、車椅子の車幅が大きくならない。上記の車輪が取り付けられた車椅子は、屋内等の狭い場所であっても移動しやすい。
【００１３】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、モータは、径方向における幅よりも車軸の軸方向における幅の方が小さい。回転変位検出機構は、車軸の軸方向において、モータの幅よりも幅が小さい。
【００１４】
ここでは、径方向における幅よりも車軸の軸方向における幅の方が大きなモータを用いた場合よりも、軸方向におけるハブの幅を小さくすることができる。回転変位検出機構が軸方向においてモータの幅よりも大きい場合よりも、ハブの軸方向における幅を小さくすることができる。このため、ハブの軸方向における幅を小さくすることができ、車輪の幅を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪は、モータを含むパワーユニットをさらに備えている。ホイールハブは、車軸に対して相対回転自在に支持され、スポークが固定されている。パワーユニットは、モータから伝達された動力をホイールハブに伝達するギア列を含んでいる。ギア列は、車軸から径方向外側に向かって並べられた複数のギアを含み、少なくとも一部が回転変位検出機構と軸方向において重なり合っている。
【００１６】
ここでは、ギア列が径方向外側に向かって並べられたギアを含んでいるため、ギア列の軸方向の厚さが薄い。また、ギア列の少なくとも一部が回転検出機構と軸方向において重なり合っている。このため、パワーユニットの厚みを薄くすることができる。
【００１７】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、回転変位検出機構は、磁石、第１プレートおよび素子を含んでいる。磁石は、ホイールハブに取り付けられている。第１プレートは、ハンドリムベース部と連動する。素子は、モータを収納するパワーユニットに取り付けられている。第１プレートは、磁石と相対回転することで磁気を変化させる。素子は、磁気の変化を検出する。
【００１８】
ここでは、回転変位検出機構は、磁気の変化を検出することで、ホイールハブとハンドリムベース部の回転変位を検出するため、各部品が摩耗することがない。このため、回転変位検出機構は、使用と共に検出精度が低下することが無い。
【００１９】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、素子は、磁気を検出し、検出した磁気を電気信号に変換して出力する第１素子および第２素子を含んでいる。第２素子はハンドリムベース部とホイールハブが相対回転する際に、第１素子が出力する電気信号の電圧の位相に対して、反転した位相の電圧を出力する位置に配置されている。
【００２０】
ここでは、ハンドリムベース部とホイールハブが相対回転する際に、第１素子および第２素子で磁気のゆらぎが検出された場合であっても、第１素子および第２素子の検出結果を加算することで磁気のゆらぎを打ち消すことができる。このため、磁気のゆらぎによって、検出精度が低下するのを防止できる。
【００２１】
車椅子の側面視において、車軸に対してギア列の複数のギアが配置されている方向を第１方向とし、第１方向の逆方向を第２方向とする。本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、第１素子及び第２素子は、車椅子の側面視において、第１方向の車軸の中心よりも第２方向側に配置されている。
【００２２】
ここでは、ギア列と、第１素子および第２素子とを軸方向に重なる位置に配置することができる。このため、ギア列と、第１素子および第２素子とが軸方向にずれて配置されている構成に比べて車輪の厚みを薄くすることができる。
【００２３】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、モータは、ロータおよびステータを含んでいる。ロータは、車軸を中心とする円板を含んでいる。環状のステータは、車軸の軸方向においてロータから所定の間隔をもって配置され、車椅子の側面視において車軸を中心とする。ロータは、車軸の側面の一部を囲む円筒を備えている。第１素子及び第２素子は、円筒よりも径方向外側に配置されている。
【００２４】
ここでは、第１素子および第２素子を円筒の周囲に配置されているため、第１素子および第２素子を軸方向において円筒と重ねることができる。したがって、第１素子および第２素子が軸方向において円筒と重なっていない構成に比べて、車輪全体の厚みを薄くすることができる。
【００２５】
本発明の他の側面に係る電動アシスト用車輪において、ギア列は、車軸の軸方向において、モータとホイールハブとの間に配置されている。
【００２６】
また、回転変位検出機構は、被磁化部および被磁化部を保持する保持部を有するコア部材と、保持部に車軸の軸方向から対向しつつ車軸を中心とする回転方向にコア部材に対して相対的に変位自在な磁石と、磁石に対する回転方向への変位量に応じた強さで磁化される被磁化部が発する磁気を検出する検出素子と、被磁化部材と磁石との間に磁気によって生じる引力に抗してコア部材と磁石とを車軸の軸方向へ離間させる離間手段とを有し、コア部材および磁石のうち一方がホイールハブに取り付けられるとともに他方がハンドリムベース部に取り付けられているように、電動アシスト用車輪を構成しても良い。
【００２７】
かかる構成では、被磁化部を保持部で保持するコア部材と磁石とが車軸を中心とする回転方向に相対的に変位自在となっており、相互の変位量に応じた強さで磁化される被磁化部より発せられる磁気が検出素子により検出される。また、コア部材および磁石のうち一方がホイールハブに取り付けられるとともに他方がハンドリムベース部に取り付けられている。したがって、ホイールハブとハンドリムベース部が相対的に変位するのに伴って、コア部材と磁石とも相対的に変位する。よって、ホイールハブとハンドリムベース部との相互間の変位量を、検出素子によって検出することができる。
【００２８】
ちなみに、コア部材の被磁化部と磁石の間には磁気による引力が生じる。この際、磁石に対向するコア部材の保持部と磁石とがこの引力によって相互に押さえ付けられると、コア部材と磁石の間に生じる摩擦力が大きくなって、ホイールハブとハンドリムベース部とが相互に変位するにあたって影響が出る場合も考えられる。これに対して、被磁化部と磁石との間に磁気によって生じる引力に抗してコア部材と磁石とを車軸の軸方向へ離間させる離間手段が設けられている。したがって、コア部材と磁石の間に生じる摩擦力を小さく抑えて、ホイールハブとハンドリムベース部とが相互に円滑に変位することが可能となっている。
【００２９】
また、コア部材は、保持部から磁石を超えて車軸の軸方向に延びる爪部を有し、離間手段は、車軸の軸方向において保持部の反対側から爪部に当接する押圧部材と、ホイールハブおよびハンドリムベース部のうちコア部材が取り付けられている方に押圧部材を固定する固定部材とを有し、引力に抗して保持部が磁石から離間する方向へ押圧部材で爪部を押圧して、コア部材と磁石とを離間させるように、電動アシスト用車輪を構成しても良い。かかる構成によれば、コア部材と磁石の間に生じる摩擦力を小さく抑えて、ホイールハブとハンドリムベース部とが相互に円滑に変位することが可能となる。
【００３０】
この際、コア部材は、ホイールハブあるいはハンドリムベース部に爪部で係合して取り付けられているように、電動アシスト用車輪を構成しても良い。
【００３１】
また、コア部材の保持部は、非磁性体であるように、電動アシスト用車輪を構成しても良い。かかる構成は、コア部材の保持部が被磁化部などに磁気的な影響を及ぼすことがなく、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る車椅子の全体左側面図である。
【図２】車椅子の全体背面図である。
【図３】車輪全体を示す部分左側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面における全体断面図である。
【図５】パワーユニットの全体断面図である。
【図６】モータの周囲の部分拡大断面図である。
【図７】ロータを示す全体部品図である。
【図８】ステータを示す全体部品図である。
【図９】第３ハウジングを取り外した状態におけるパワーユニットの正面図である。
【図１０】ハンドリムベース部の周囲の部分拡大断面図である。
【図１１】外部からハンドリムが操作されていない状態において、ホイールカバーを取り外した状態のハブを示すハブの全体左側面図である。
【図１２】コイルスプリングの周囲を示す図１１の部分拡大図である。
【図１３】図１２のＪ―Ｊ断面図である。
【図１４】ホイールハブに対してハンドリムベース部が回転変位した場合のコイルスプリングの周囲を示す部分拡大側面図である。
【図１５】回転変位検出機構の周辺を示す部分拡大断面図である。
【図１６】環状磁石の部品図である。
【図１７】環状プレートの部品図である。
【図１８】第３ハウジングを取り外したパワーユニットの全体左側面図である。
【図１９】検出素子の周囲を示す図１８の部分拡大図である。
【図２０】ハンドリムが操作されていない状態における環状磁石と環状プレートの位置関係を示す概略図である。
【図２１】ハンドリムが最も操作された状態における環状磁石と環状プレートの位置関係を示す概略図である。
【図２２】ハンドリムがホイールハブに対して相対回転していない状態におけるハブを示す図である。
【図２３】ハンドリムがホイールハブに対して相対回転した状態におけるハブを示す図である。
【図２４】検出素子による検出結果を電気信号に変換した場合における、ホイールの回転時に表れるノイズの電圧変化を示す図である。
【図２５】実施形態の変形例にかかる車輪が備える動力補助機構の周囲の構成を拡大して示す正面断面図である。
【図２６】動力補助機構が備える回転変位検出機構の周囲を拡大して示す正面断面図である。
【図２７】ハンドリムに印加されたトルクから各信号を生成する様子を模式的に示す図である。
【図２８】円形カバーおよび環状カバーを外した際の動力補助機構の周囲の構成を示す側面図である。
【図２９】図２５、図２６の紙面に垂直に軸方向に沿った断面において押圧リングの周辺構成を部分的に示した上面図である。
【図３０】図２９と同様の断面において「離間手段」の変形例を部分的に示した上面図である。
【図３１】図２９と同様の断面において「離間手段」の変形例を部分的に示した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る車椅子１について説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその部材についての説明は繰り返さない。以下、図中の矢印Ｆは、車椅子１の前方向を示す。図中の矢印Ｕは、車椅子１の上方向を示す。図中の矢印Ｒは車椅子１の右方向を示す。図中の矢印Ｌは車椅子１の左方向を示す。
【００３４】
〈車椅子の全体構成〉
図１は、本発明に係る車椅子１の全体左側面図である。なお、以下の説明において前後左右と方向を示す場合、車椅子１のシートに着座した乗員から見た前後左右の方向を意味するものとする。車幅方向中央とは、正面視において、水平方向における車体の幅の中央を意味している。車幅方向外側とは、車幅方向中央から右側に向かう方向又は左側に向かう方向を意味している。車幅方向内側とは、車体の右側又は左側から車幅方向中央に向かう方向を意味している。
【００３５】
車椅子１は、左右１対の車体フレーム２、左右１対の車輪３、バッテリ４および左右１対の前輪５を備えている。図１は側面図であるため、一方の車体フレーム２、一方の車輪３及び一方の前輪５が表れている。車体フレーム２は、ハンドル２１、ハンドル支持フレーム２２、シート支持フレーム２３、フットボード支持フレーム２４および前輪支持フレーム２５を備えている。ハンドル２１は、乗員以外の人が、車椅子１を操作する際に握持する。ハンドル２１は、車輪３の上方に位置している。ハンドル支持フレーム２２の一部は、上下方向に延びている。シート支持フレーム２３は、乗員が着座するシートを支持する。シート支持フレーム２３は、前方から後方に向かって下方に傾斜している。シート支持フレーム２３の一端は、ハンドル支持フレーム２２に固定されている。シート支持フレーム２３の他端には、フットボード支持フレーム２４が設けられている。フットボード支持フレーム２４は、前輪５の前方に配置されている。なお、図２においては、シート支持フレーム２３は、シート支持フレーム２３の構成要素であるシートレイルで代表して示されている。フットボード支持フレーム２４には、図示しないフットボードが取り付けられる。前輪支持フレーム２５は、前輪の上方に位置している。前輪支持フレーム２５は、前輪５を回転自在に支持する。
【００３６】
車輪３は、車体フレーム２に支持される。車輪３は、ハンドル支持フレーム２２に支持されている。バッテリ４は、車輪３の動力源に電力を供給する。バッテリ４の一部は、車体フレーム２よりも後方に配置されている。バッテリ４の一部は、車輪３の上端よりも上方に位置している。前輪５は、車輪３よりも径が小さい。
【００３７】
図２は、車椅子１の背面全体図である。車椅子１は、シート２６および背もたれ２７を備えている。シート２６および背もたれ２７は、左右１対の車体フレーム２の間に配置されている。シート２６は、左右１対のシート支持フレーム２３の間に配置されている。背もたれ２７は、左右１対のハンドル支持フレーム２２の間に配置されている。背もたれ２７は、車椅子１のシート２６に着座した乗員の背中を支持する。左側の車輪３とバッテリ４の間には、バッテリ４から左側の車輪３の動力源に電力を供給するためのケーブルと左右輪の情報を伝達する信号線を含むケーブル２８が配置されている。車輪３は、一体的に取り付けられ、操作力を検出可能なハンドリム３１を備えている。ハンドリム３１は、乗員が車椅子１を進行させる際に操作する。ハンドリム３１が乗員によって操作されると、車輪３はハンドリム３１と一体的に回転する。ハンドリム３１は、車輪３の車幅方向外側に配置されている。
【００３８】
図３は、左側の車輪３を示す左側面図である。以下の説明において、径方向内側とは、側面視において、車輪の外周から中心に向かう方向を意味している。径方向外側とは、車輪の中心から車輪の外周に向かう方向を意味している。周方向とは、車軸を中心とする円周に沿った方向を意味している。
【００３９】
車輪３は、ハブ３３、スポーク３４、リム３５、タイヤ３６、ハンドリム３１および接続パイプ３７を備えている。ハブ３３は、側面視において、車輪３の中心に配置されている。スポーク３４は、ワイヤー状の部材である。複数のスポーク３４が、リム３５とハブ３３の間に配置されている。リム３５は、側面視において、スポーク３４の径方向外側に配置されている。リム３５は、側面視において、環状である。タイヤ３６は、径方向において、リム３５の外側に配置されている。タイヤ３６は、リム３５に取り付けられている。タイヤ３６は、側面視において、環状である。ハンドリム３１は、側面視において、ハブ３３の径方向外側に配置されている。ハンドリム３１は、タイヤ３６よりも径方向内側に配置されている。ハンドリム３１は、側面視において、環状である。ハンドリム３１とハブ３３の間には、接続パイプ３７が配置されている。３つの接続パイプ３７が、周方向において、等間隔に配置されている。
【００４０】
図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、左側の車輪３の車軸３２を通る位置における正面断面図である。以下の説明において、軸方向とは、車軸３２の延びる方向を意味している。説明の便宜上、以下の説明では、車体フレーム２によって支持されている側を車輪３の軸方向内側とし、軸方向において車体フレーム２から離れる方向を車輪３の軸方向外側として説明する。
【００４１】
車輪３は、車軸３２を備えている。車軸３２の一端は、ハンドル支持フレーム２２に固定されている。車軸３２は、正面視において、左右方向に延びている。ハブ３３は、車軸３２に相対回転自在に取り付けられている。スポーク３４は、ハブ３３の外周面に取り付けられている。径方向において、スポーク３４の外側の一端には、リム３５が配置されている。ハンドリム３１は、リム３５と略並行に、軸方向でリム３５の外側に配置されている。
【００４２】
図５は、ハブ３３およびパワーユニット３８の正面拡大断面図である。ホイールハブ３８３の内側には、パワーユニット３８が配置されている。ハブ３３は、ホイールハブ３８３およびハンドリムベース部３９を含んでいる。パワーユニット３８は、モータ３８１および減速機構３８２を含んでいる。
【００４３】
モータ３８１は、パワーユニット３８内に取り付けられている。モータ３８１は、軸方向において、車軸３２の略中央に配置されている。モータ３８１の軸方向外側には、減速機構３８２が配置されている。減速機構３８２は、モータ３８１から出力された動力をホイールハブ３８３に伝達する。減速機構３８２には、ギア列３８４が含まれている。
【００４４】
減速機構３８２の軸方向外側には、ホイールハブ３８３が配置されている。ホイールハブ３８３は、車軸３２にベアリング３８３ａを介して取り付けられている。ホイールハブ３８３は、車軸３２に対して相対回転可能である。ホイールハブ３８３の外周には、スポーク３４が固定されている。
【００４５】
図６は、パワーユニット３８の部分拡大断面図である。パワーユニット３８は、ハウジング３３１を含んでいる。ハウジング３３１は、第１ハウジング３３２、第２ハウジング３３３および第３ハウジング３３４を含んでいる。第１ハウジング３３２は、第２ハウジング３３３との間に空間Ｂを形成している。空間Ｂには、モータ３８１が収納されている。第３ハウジング３３４は、第１ハウジング３３２との間に空間Ｃを形成している。空間Ｃには、制御基板３３６および減速機構３８２が配置される。第１ハウジング３３２は、軸方向において、第３ハウジング３３４の内側に配置されている。第３ハウジング３３４は、第１ハウジング３３２にボルト３３５によって固定されている。第１ハウジング３３２には、第２ハウジング３３３が固定されている。非図示のモータ回転反力を受けるトルク止め部材でパワーユニット３８は、フレームに固定されている。第２ハウジング３３３と支持プレート５００で、車軸３２を挟み込む構造によって、パワーユニット３８に車軸３２が固定されている。
【００４６】
軸方向におけるモータ３８１の幅Ｘは、径方向におけるモータ３８１の外径Ｙ（モータ３８１の直径）よりも小さい。軸方向におけるモータ３８１の幅Ｘは、径方向におけるモータ３８１の半径Ｖよりも小さい。モータ３８１は、ロータ３８１ａおよびステータ３８１ｂを含んでいる。ロータ３８１ａは、車軸３２に対して相対回転可能である。ロータ３８１ａは、モータ軸３８１ｃ、バックヨーク３８１ｄおよび磁石３８１ｅを含んでいる。モータ軸３８１ｃは、車軸３２に回転可能に支持されている。モータ軸３８１ｃは、車軸３２の一部の外周を囲んでいる。バックヨーク３８１ｄは、モータ軸３８１ｃの軸方向内側の端に固定されている。バックヨーク３８１ｄは、第２ハウジング３３３の近傍に配置されている。磁石３８１ｅは、バックヨーク３８１ｄに固定されている。磁石３８１ｅは、軸方向において、ステータ３８１ｂと所定の隙間を空けて配置されている。ステータ３８１ｂは、第１ハウジング３３２に固定されている。ステータ３８１ｂは、車軸３２に対して相対回転不能である。モータ３８１は、磁気モータであるため、軸方向幅を小さくし、径方向幅を大きくしたとしても、大きなトルクを出力することができる。
【００４７】
減速機構３８２は、第１ギア３８２ａ、第２ギア３８２ｂ、第３ギア３８２ｃ、第４ギア３８２ｈおよび伝達ギア３８３ｇを含んでいる。第１ギア３８２ａは、モータ軸３８１ｃの外周に固定されている。第２ギア３８２ｂは、径方向において、第１ギア３８２ａよりも外側に配置されている。第２ギア３８２ｂは、第１ギア３８２ａと噛み合っている。第２ギア３８２ｂは、ベアリング３８２ｅを介して軸３８２ｄに回転可能に取り付けられている。軸３８２ｄは、第１ハウジング３３２および支持プレート５００に固定されている。第３ギア３８２ｃは、径方向において第２ギア３８２ｂよりも外側に配置されている。第３ギア３８２ｃの軸３８２ｆは、ベアリング３８２ｇを介して第１ハウジング３３２および支持プレート５００に回転可能に支持されている。第３ギア３８２ｃは、軸３８２ｆと一体として回転する。第３ギア３８２ｃは、第２ギア３８２ｂと噛み合っている。第３ギア３８２ｃは、第２ギア３８２ｂよりも径が大きい。第４ギア３８２ｈは、軸３８２ｆに固定されている。伝達ギア３８３ｇは、第４ギア３８２ｈと噛み合っている。
【００４８】
また、図６に示すように、モータ３８１は、ロータ３８１aおよびステータ３８１bを含んでおり、ロータ３８１aは、車軸３２を中心とする円板状のバックヨーク３８１d（円板）を含んでいる。環状のステータ３８１bは、車軸３２の軸方向においてロータ３８１aから所定の間隔を持って配置され、車椅子１の側面視において車軸３２を中心とする。また、ロータ３８１aは、車軸３２の側面の一部を囲む円筒３８１ｇを備えている。
【００４９】
図７は、ロータ３８１ａの部品図である。ロータ３８１ａのバックヨーク３８１ｄは、モータ回転軸を中心とした円板状の部材である。バックヨーク３８１ｄには、径方向において、モータ軸３８１ｃと磁石３８１ｅとの間に３つの孔３８１ｊが形成されている。磁石３８１ｅは、環状の部材である。磁石３８１ｅは、周方向に並べて配置された磁極が配置されている。磁石３８１ｅでは、周方向にＮ極とＳ極が交互に磁化されている。
【００５０】
図８は、ステータ３８１ｂの部品図である。ステータ３８１ｂは、ステータコア３８１ｆを含んでいる。ステータ３８１ｂには、複数のティース３８１ｈが形成されている。複数のティース３８１ｈは、周方向に等間隔に並べて配置されている。ティース３８１ｈには、図示しないコイルが巻き付けられている。
【００５１】
図９は、ボルト３３５（図６参照）を取り外し、第３ハウジング３３４と支持プレート５００を第１ハウジング３３２から取り外した状態におけるパワーユニット３８の左側面図である。減速機構３８２に含まれる第１ギア３８２ａ、第２ギア３８２ｂおよび第３ギア３８２ｃは、直線上に並んで配置されている。第１ギア３８２ａ、第２ギア３８２ｂおよび第３ギア３８２ｃは、径方向内側から外側に向かって配置されている。
【００５２】
図１０は、ハンドリムベース部３９の周囲の構成を示すハブ３３の部分拡大図である。ハンドリムベース部３９は、ホイールハブ３８３を介して車軸３２に取り付けられている。第３ハウジング３３４の軸方向外側には、ホイールハブ３８３が配置されている。ホイールハブ３８３の軸方向外側にハンドリムベース部３９が配置されている。ホイールハブ３８３は、ベアリング３８３ａを介して車軸３２に回転可能に取り付けられている。ベアリング３８３ａの軸方向外側には、ナット３８３ｂが設けられている。ナット３８３ｂによってホイールハブ３８３の軸方向における位置が固定されている。ナット３８３ｂの軸方向外側には、カバー３８３ｃが設けられており、ナット３８３ｂがハブ３３の外側から視認できないようになっている。ホイールハブ３８３は、車軸３２に対して相対回転可能である。ホイールハブ３８３の外周端は、軸方向内側に向かって屈曲し、円筒部３８３ｅを形成している。円筒３８３ｅは、軸方向に延びている。円筒３８３ｅには、スポーク３４が固定されている。ホイールハブ３８３には、スプリング保持面３８３ｆが形成されている。スプリング保持面３８３ｆには、コイルスプリング４０が配置される。スプリング保持面３８３ｆは、コイルスプリング４０の形状に沿った円柱状の面である。ホイールハブ３８３には、スプリングカバー３８３ｊが固定されている。スプリングカバー３８３ｊはホイールハブ３８３にネジ３８３ｋによって固定されている。スプリングカバー３８３ｊは、車軸３２の軸方向に関して、軸方向外側からコイルスプリング４０を覆っている。スプリングカバー３８３ｊには、コイルスプリング４０の一部の形状に沿った円柱状の支持面３８３ｐが形成されている。コイルスプリング４０は、大スプリング４０１および小スプリング４０２を含んでいる。大スプリング４０１の内側に小スプリング４０２が配置されている。ホイールハブ３８３は、伝達ギア３８３ｇを含んでいる。減速機構３８２の第３ギア３８２ｃの軸３８２ｆには、第４ギア３８２ｈが形成されている。伝達ギア３８３ｇは、第４ギア３８２ｈと噛み合っている。伝達ギア３８３ｇは、径方向において、第４ギア３８２ｈの内側に位置している。
【００５３】
ハンドリムベース部３９は、ホイールハブ３８３に対して搖動可能にベアリング３９１を介して取り付けられている。ハンドリムベース部３９には、接続パイプ３７の径方向内側の一端が固定されている。このため、ハンドリム３１（図２参照）を回転させると、ハンドリムベース部３９が変位する。ハンドリムベース部３９にはスプリング支持部３９２が形成されている。スプリング支持部３９２は、車軸３２の軸方向において、スプリングカバー３８３ｊとスプリング保持部３８３ｆの間に配置されている。スプリング支持部３９２には、コイルスプリング４０が配置されている。ハンドリムベース部３９の軸方向外側には、ホイールカバー３９３が取り付けられている。
【００５４】
図１１は、ホイールカバー３９３およびカバー３８３ｃを取り外した状態のハブ３３を示すハブ３３の全体左側面図である。図１１では、接続パイプ３７およびハンドリム３１等の構成は説明の便宜上省略している。
【００５５】
ホイールハブ３８３のスプリング保持面３８３ｆとハンドリムベース部３９のスプリング支持部３９２とは、周方向および径方向において、同じ位置に位置している。スプリング保持面３８３ｆとスプリング支持部３９２は、周方向に等間隔で３つ並べて配置されている。ホイールハブ３８３のスプリング保持面３８３ｆの径方向内側には、円弧状の貫通孔３８３ｍおよび円弧状の溝３８３ｑが設けられている。貫通孔３８３ｍは、溝３８３ｑに形成されている。溝３８３ｑは、周方向に沿って延びている。径方向において、ハンドリムベース部３９のスプリング支持部３９２よりも内側には、環状溝３９ａが形成されている。環状溝３９ａは、径方向において、貫通孔３８３ｍおよび溝３８３ｑに重なり合う位置に配置されている。環状溝３９ａには、環状プレート５０が配置されている。環状プレート５０は、ハンドリムベース部３９にボルト５１によって固定されている。ボルト５１は溝３８３ｑの内側のボス部５１ａに配置されている。溝３８３ｑおよび貫通孔３８３ｍの内側に、ピン３９４が配置されている。
【００５６】
図１２は、図１１の部分拡大図である。図１２は、コイルスプリング４０の周囲を拡大した図である。コイルスプリング４０の両端には、１対のスライダー４０３が配置されている。スライダー４０３は、一端に円板上の底４０３ａを有する円筒状の部材である。対向して配置される２つのスライダー４０３の内周側に大コイルスプリング４０１および小コイルスプリング４０２が配置されている。スプリング保持面３８３ｆおよびスプリングカバー３８３ｊの支持面３８３ｐは、上記のように円柱状に形成されている。このため、スプリング保持面３８３ｆおよびスプリングカバー３８３ｊの支持面３８３ｐによって略円柱状の空間が形成されている。円柱状の空間内をスライダー４０３はスライド可能である。支持面３８３ｐには、円柱の底に相当する端面３８３ｓが含まれている。スプリング保持面３８３ｆは、円柱の底に相当する端面３８３ｈが含まれている。スプリング支持部３９２は、スライダー４０３に接触可能な支持端３９２ａを含んでいる。スライダー４０３の底４０３ａの一部は、スプリング保持面３８３ｆの端面３８３ｈと接触している。スライダー４０３の底４０３ａの別の部分は、支持面３８３ｐの端面３８３ｓと接触している。スライダー４０３の底４０３ａのさらに別の部分は、スプリング支持部３９２の支持端３９２ａと接触している。このため、コイルスプリング４０は、スプリング支持部３９２の支持端３９２ａ、支持面３８３ｐの端面３８３ｓおよびスプリング保持面３８３ｆの端面３８３ｈによって、周方向における前後方向回転位置がその中立点に決められている。
【００５７】
ボルト５１の周囲には、ボス部５１ａが形成されている。ピン３９４を挟んでボス部５１ａと対称の位置にボス部５１ｂが配置されている。ボス部５１ａ及びボス部５１ｂは、ハンドリムベース部３９に一体に形成されている。
【００５８】
図１３は、図１２のＪ−Ｊ断面図である。図１３では、説明の便宜のため、ホイールハブ３８３、ハンドリムベース部３９、コイルスプリング４０およびスプリングカバー３８３ｊについて詳細な構成については省略している。スライダー４０３の底４０３ａは、車軸３２の軸方向内側から外側に向かって順に、ホイールハブ３８３、ハンドリムベース部３９およびスプリングカバー３８３ｊと接触している。車軸３２の軸方向における、スライダー４０３の外側の面は、スプリングカバー３８３ｊの支持面３８３ｐと接触可能である。車軸の軸方向における、スライダー４０３の内側の面は、ホイールハブ３８３のスプリング保持面３８３ｆと接触可能である。このため、コイルスプリング４０は、スプリングカバー３８３ｊの支持面３８３ｐおよびホイールハブ３８３のスプリング保持面３８３ｆによって、軸方向における位置が決められている。
【００５９】
図１４は、ハンドリムベース部３９がホイールハブ３８３に対して回転変位した場合のコイルスプリング４０の周囲の状態を示す部分拡大側面図である。図１４では、ハンドリムベース部３９が矢印Ｐの方向に回転している。図１４は、ボルト５１の周囲のボス部５１ａが円弧状の溝３８３ｑの縁と接触する地点までハンドリムベース部３９がホイールハブ３８３に対して回転している状態を示している。この状態においては、ピン３９４と貫通孔３８３ｍの縁との間にはわずかな空間が設けられており、ピン３９４は、貫通孔３８３ｍの縁とは接触していない。ハンドリムベース部３９が矢印Ｐの方向に所定量回転すると、ボス部５１ａが溝３８３ｑの縁と接触する。このため、ハンドリムベース部３９は、図１４の状態から矢印Ｐの方向に回転することができない。ハンドリムベース部３９を矢印Ｐの逆方向に回転させた場合についても同様に、ボス部５１ｂが溝３８３ｑの縁に接触する地点を超えてハンドリムベース部３９は回転することができない。このように、ハンドリムベース部３９とホイールハブ３８３の相対回転は、溝３８３ｑと、ボス部５１ａおよびボス部５１ｂとによって、所定の範囲に制限されている。図１２の状態からハンドリムベース部３９がホイールハブ３８３に対して後方（矢印Ｐの方向）に回転すると、スプリング支持部３９２の支持端３９２ａと、スプリング保持面３８３ｆの端面３８３ｈおよび支持面３８３ｐの端面３８３ｓとの間の距離が縮まる。このようにして、コイルスプリング４０は、スプリング支持部３９２の支持端３９２ａ、スプリング保持面３８３ｆの端面３８３ｈおよび支持面３８３ｐの端面３８３ｓによって圧縮させられる。
【００６０】
支持プレート５００、ホイールハブ３８３およびハンドリムベース部３９には、ハンドリムベース部３９のホイールハブ３８３に対する回転変位を検出する回転変位検出機構４１が設けられている。以下に、回転変位検出機構４１の構成について、図１５を参照して説明する。
【００６１】
図１５は、回転変位検出機構４１の周囲を示すハブ３３の部分拡大正面図である。回転変位検出機構４１の磁気電気変換部に含まれる部材は、軸方向における幅Ｚの間に配置されている。回転変位検出機構４１の軸方向における幅Ｚ（本願発明の回転変位検出機構の軸方向幅に相当）は、モータ３８１の軸方向における幅Ｘ（図６参照）よりも小さい。回転変位検出機構４１は、環状磁石４２、環状プレート４３および検出素子４４を含んでいる。環状磁石４２は、ネジ４２１によってホイールハブ３８３に取り付けられている。環状磁石４２は、径方向において、伝達ギア３８３ｇよりも内側に配置されている。環状プレート４３の内径は、径方向において、環状磁石４２よりも内側に位置している（図１５の上側参照）。環状プレート４３の一部は、径方向において、環状磁石４２と重なる位置に配置されている（図１５の下側参照）。環状プレート４３は、ハンドリムベース部３９にボルト５１で固定されたプレート５０に嵌合したピン３９４に一体である。このため、環状プレート４３は、ハンドリムベース部３９と共にパワーユニット３８に対して回転する。ピン３９４は、ホイールハブ３８３を軸方向に貫通している。検出素子４４は、いわゆるホール素子である。検出素子４４は、磁気を検出可能である。検出素子４４は、検出した磁気を電気信号に変換して制御部に出力する。検出素子４４は、支持プレート５００に固定されている。検出素子４４は、軸方向において、環状プレート４３の内側に位置している。検出素子４４は、径方向において、環状磁石４２および環状プレート４３よりも内側に位置している。検出素子４４の軸方向外側には、金属プレート４４１が配置されている。金属プレート４４１は、径方向において環状プレート４３の一部と重なっている。このため、検出素子４４は、環状磁石４２からの磁気を直接検出することはなく、環状プレート４３および金属プレート４４１を介して磁気を検出する。検出素子４４が検出した磁気は、電気信号として制御部に出力される。
【００６２】
図１６は、環状磁石４２の部品図である。環状磁石４２には、周方向にＳ極４２２とＮ極４２３が交互に配置されている。環状磁石４２には、９つのＳ極４２２およびＮ極４２３が設けられている。環状磁石４２は、固定板４２４を含んでいる。固定板４２４は、環状磁石４２をホイールハブ３８３に固定するための部分である。固定板４２４には、孔４２５（取付孔とノック孔）が形成されている。ホイールハブ３８３に環状磁石４２を取り付ける際には、ノック孔にノックピンを入れ、ネジ４２１で固定される。
【００６３】
図１７は、環状プレート４３の部品図である。環状プレート４３は、基部４３１および９つの突部４３２を含んでいる。基部４３１は、環状である。基部４３１は、径方向において、金属プレート４４１と重なる位置に配置されている（図１５参照）。径方向において、基部４３１の幅は、突部４３２の幅よりも狭い。突部４３２は、基部４３１から径方向外側に向かって延びている。突部４３２は、周方向に等間隔に並べて配置されている。突部４３２は、４０°の間隔で周方向に９つ並べて配置されている。突部４３２は、径方向において、環状磁石４２と重なる位置に配置されている。
【００６４】
図１８は、パワーユニット３８から第３ハウジング３３４を取り外した状態における、パワーユニット３８の側面全体図である。図１８における２点鎖線Ｄは、減速機構３８２のギアが配列される第１方向を示している。２点鎖線Ｇは、車輪３が配置された平面内において、車輪３の中心を通り、２点鎖線Ｄと直交する方向に延びる線を示している。車軸３２の周囲には、２つの検出素子４４が固定されている。減衰機構３８２の延びる方向を第１方向（２点鎖線Ｄ）とする。１対の検出素子４４は、前後方向において、２点鎖線Ｄを挟んでほぼ対称な位置に配置されている。
【００６５】
図１９は、図１８の部分拡大図である。図１９は、１対の検出素子４４の周囲を示している。一方の検出素子４４ａと車軸３２の中心とを通る線を線Ｋとする。他方の検出素子４４ｂと車軸３２の中心とを通る線を線Ｌとする。線Ｋと第１方向Ｄとがなす角度Ｅと、線Ｌと第１方向Ｄとがなす角度Ｆとの合計が１４０°（＝Ｅ＋Ｆ）となっている。
【００６６】
１対の検出素子４４は、１４０°の間隔で配置されているため、例えば、一方の検出素子４４ａの軸方向外側に環状磁石４２のＮ極４２３が位置している場合には、他方の検出素子４４ｂの軸方向外側には環状磁石４２のＳ極４２２が配置される（図１６参照）。各検出素子４４ａ、４４ｂから出力された電気信号の電圧は、制御部において加算される。例えば、一方の検出素子４４ａの軸方向外側に突部４３２が位置している状態では、軸方向外側から見ると、他方の検出素子４４ｂは隣り合う突部４３２の中間に位置する（図１７の位置Ｑ参照）。
【００６７】
また、図１９に示すように、検出素子４４ａ（第１素子）および検出素子４４ｂ（第２素子）は、車軸３２の側面に設けられた円筒３８１ｇよりも径方向外側に配置されている。こうして、検出素子４４ａ、４４ｂを円筒３８１gの周囲に配置しているため、検出素子４４ａ、４４ｂを軸方向において円筒３８１ｇと重ねることができる。したがって、検出素子４４ａ、４４ｂが軸方向において円筒３８１ｇと重なっていない構成に比べて車輪全体の厚みを薄くすることができる。
【００６８】
図２０は、環状プレート４３が環状磁石４２に対して回転していない状態（ハンドリム３１が操作されていない状態）における環状磁石４２と環状プレート４３の位置関係を示す概略図である。図２０に示すように、乗員によってハンドリム３１が操作されていない状態では、突部４３２の軸方向外側（図２０の紙面の奥側）は、Ｎ極４２３とＳ極４２２の間に位置している。この状態では、Ｎ極４２３の磁気は、突部４３２を通ってＳ極４２２に移動する。このとき、磁気は、基部４３１を通らないため、検出素子４４では、磁気が検出されない。ハンドリム３１が乗員によって操作されると、ハンドリムベース部３９がホイールハブ３８３に対して相対回転変位する。ハンドリムベース部３９の回転変位に伴ってピン３９４（図１５参照）が回転変位する。ピン３９４の回転変位により環状プレート４３が環状磁石４２に対して相対回転変位する。ハンドリム３１の操作力が大きくなり、ボルト５１のボス部５１ａが溝３８３ｑ（図１４参照）の縁と接触している状態では、環状磁石４２と環状プレート４３の位置関係が図２１に示す状態へと変化する。図２１は、環状プレート４３が環状磁石４２に対して図２１における時計回り方向に約５度回転した状態を示している。このとき、突部４３２は、Ｓ極４２２よりもＮ極４２３に近い位置に位置している。このため、Ｎ極４２３の磁気の一部は、基部４３１を通り、検出素子４４で検出される。
【００６９】
車椅子１では、制御部において、２つの検出素子４４のそれぞれで検出した検出結果が加算される。制御部は、２つの検出結果を加算した算出結果に基づいて、モータ３８１の出力を決定する。
【００７０】
〈動作〉
図２２は、ハンドリム３１に外部から力が加えられていない状態において、ホイールカバー３９３およびカバー３８３ｃが取り外されたハブ３３を示している。図２２において、スポーク３４やタイヤ３６等は省略している。図２２の状態から乗員がハンドリム３１を後方（図２２において時計回り方向）に回転させた場合には、ハンドリム３１の回転に伴って、ハンドリムベース部３９が車軸３２を中心として図２２において時計回りに回転変位する（図２３参照）。ハンドリムベース部３９は、矢印Ｈの方向に回転変位する。このとき、図２３に示すように、スプリング支持部３９２の支持端３９２ａとスプリング保持面３８３ｆの端面３８３ｈとによってコイルスプリング４０は圧縮させられる。すなわち、図１２の状態から図１４の状態へと変化する。この状態では、ハンドリム３１の操作力に応じた角度変位（回転変位）が生じている。ここで、ハンドリムベース部３９に固定されたピン３９４が、ホイールハブ３８３に設けられた円弧状の貫通孔３８３ｍの縁に接触するまで、ハンドリムベース部３９はホイールハブ３８３に対して回転可能である。コイルスプリング４０が圧縮している状態では、ハンドリム３１を操作した乗員の力の一部は、ハンドリム３１から接続パイプ３７、ハンドリムベース部３９およびコイルスプリング４０を介してホイールハブ３８３に伝達される。
【００７１】
次に、ハンドリムベース部３９のホイールハブ３８３に対する相対回転変位を検出する動作について説明する。乗員によってハンドリム３１が回転方向に押されたとき、ハンドリムベース部３９は、ボルト５１のボス部５１ａが溝３８３ｑの縁に接触するまでホイールハブ３８３に対して回転する。操作力に応じた角度の分だけ、ハンドリムベース部３９は、ホイールハブ３８３に対して回転する。このとき、環状プレート４３（図１５および図１７参照）が車軸３２を中心として回転し、環状磁石４２に対して相対回転変位する。環状プレート４３が環状磁石４２に対して相対回転すると、突部４３２が環状磁石４２の軸方向内側を周方向に移動する。突部４３２の移動に伴って、検出素子４４の検出する磁気が変化する。検出素子４４が検出する磁気の変化に基づいて、ハンドリムベース部３９のホイールハブ３８３に対する相対回転変位を検出する。このとき、検出素子４４は、環状磁石４２および環状プレート４３の回転変位による磁気の変化を検出する。検出素子４４で検出された磁気は、電気信号に変換された後、制御部に出力される。
【００７２】
検出素子４４の検出結果は制御部に出力される。制御部では、ハンドリムベース部３９のホイールハブ３８３に対する相対回転量に基づいて、モータ３８１の出力が決定される。モータ３８１の出力が決定されるとバッテリ４から電力がステータ３８１ｂのコイルに供給される。ステータ３８１ｂのコイルに電力が供給されると、ステータ３８１ｂに対してロータ３８１ａが回転する。ロータ３８１ａが回転すると、モータ軸３８１ｃが回転する。モータ軸３８１ｃの回転によって、第１ギア３８２ａが回転する。第１ギア３８２ａが回転すると、第２ギア３８２ｂ、第３ギア３８２ｃ、第４ギア３８２ｈおよび伝達ギア３８３ｇを介してホイールハブ３８３に動力が伝達される。このようにして、モータ３８１からの動力と乗員のハンドリム３１を操作する力の合力によって車椅子１が移動する。
【００７３】
ハンドリム３１から乗員が手を放すと、コイルスプリング４０がハンドリムベース部３９を矢印Ｈの逆方向に回転させてハブ３３は図２２の状態に戻る。この状態では、モータ３８１からの動力および乗員のハンドリム３１を操作することに基づく動力による車輪３の回転が続いている。このとき、環状磁石４２と環状プレート４３は、図２０の状態となっている。しかしながら、ハンドリムベース部３９や、ホイールハブ３８３等の各部材には取り付け公差が存在する。このため、ハンドリムバース部３９およびホイールハブ３８３が一体に回転する場合であっても、環状プレート４３は環状磁石４２に対して微小に変位するため、検出素子４４は、磁気を検出する。検出素子４４において検出される磁気を磁気ノイズと呼ぶ。
【００７４】
あるいは、環状プレート４３の各突部４３２の丈にばらつきがある場合がある。このような場合には、検出素子４４の位置と対向するハンドリムベース部３９と一体回転するピン３９４（コア部材）との位置関係が、車輪３が回転することによって変化する。そのため、環状プレート４３の径方向において丈の短い突部４３２と検出素子４４とが合うときと、環状プレート４３の径方向において丈の長い突部４３２と検出素子４４とが合うときとで、出力の大きさが微妙に変化する。この変化量が磁気ノイズとなる場合もある。
【００７５】
例えば、ハンドリムベース部３９とホイールハブ３８３が一体としてパワーユニット３８に対して回転している状態で、環状磁石４２と環状プレート４３が図２０の位置関係でともに回転している。この状態で、各検出素子４４ａ、４４ｂにおいて磁気ノイズが検出される。図２４は、磁気ノイズが検出された場合における、検出素子４４の検出結果を電気信号へと変換した際の電圧の一例を示す。縦軸は、電圧を示す。横軸は時間を示す。図２４（ａ）は、一方の検出素子４４ａの検出結果に基づく電気信号の電圧を示す。図２４（ｂ）は、他方の検出素子４４ｂの検出結果に基づく電気信号の電圧を示す。図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示すように、検出素子４４の一方の検出結果に基づく電気信号と、検出素子４４の他方の検出結果に基づく電気信号とは、位相が反転している。したがって両者を足し合わせると波形は完全に打ち消された状態となる。このため、検出素子４４で磁気ノイズが検出された場合であっても、検出精度が低下するのを防止できる。このように、一方の検出素子４４aが本発明の「第１素子」として機能し、他方の検出素子４４bが本発明の「第２素子」として機能している。
【００７６】
なお、ハンドリム３１が操作されている状態においても、車椅子の振動等によって磁気ノイズが検出される場合があるが、上記のように、磁気ノイズは検出素子４４の結果を加算することで打ち消すことができる。図２４は、一例であって、必ず図２４と同じ検出結果が得られるとは限らない。
【００７７】
〈本実施形態の特徴〉
上記の実施形態に記載の車椅子１の車輪３に取り付けられたモータ３８１は、アキシャルギャップモータで薄型モータとなっているため、さまざまな形状のフレームに取り付けることができる。
【００７８】
上記の実施形態に記載の車椅子１に取り付けられた車輪３では、車体フレーム２の車輪取り付け面より外側にモータ３８１が配置され、電気的な回転変位検出機構４１は、車軸３２を中心とした環状プレート４３および環状磁石４２を含んでいる。回転変位検出機構４１は、径方向および周方向において、環状磁石４２および環状プレート４３と重なる位置に配置された１対の検出素子４４を含む磁気を用いた検出機構のため、パワーユニット３８側へハンドリムベース部３９とホイールハブ３８３との相対回転変位を検出する機構が、他方式、例えば回転トランスおよびポテンショメータを用いた構成である場合と比較して、パワーユニット３８の軸方向幅を小さくすることができる。このため、車椅子１の車幅を小さくすることができる。
【００７９】
上記の実施形態に記載の車椅子１における回転変位検出機構４１は、パワーユニット３８に取り付けられた部材とホイールハブ３８３に取り付けられた部材とが接触することなく、ハンドリムベース部３９とホイールハブ３８３の相対回転変位を検出する。このため、回転変位検出機構４１に含まれる部材が摩耗することがない。したがって、パワーユニット３８側へホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９との相対回転変位を検出する精度が低下するのを防止できる。
【００８０】
ギアドモータのモータ軸と回転変位検出機構５４１のセンサ部が同軸構造であるため、周方向において、車軸３２の周囲に回転変位検出機構４１の検出素子４４を配置可能なスペースを形成することができる。したがって、軸方向において、検出素子４４を減速機構３８２と並べて配置している構成に比べて、軸方向の幅を小さくすることができる。
【００８１】
上記の実施形態の車椅子１では、２つの検出素子４４を用いてパワーユニット３８側へホイールハブ３８３に対するハンドリムベース部３９の回転を検出している。２つの検出素子４４では、それぞれの検出素子４４の検出結果に基づく電気信号の位相が反転している。このため、検出素子４４で磁気ノイズが検出された場合であっても、各検出素子４４の検出結果を足し合わせた際に、磁気ノイズをキャンセルすることができる。上記の車椅子１では、２つの検出素子４４を用いているため、例えば、一方の検出素子４４が断線した場合には、電気信号の変動等がキャンセルされない。このため、車椅子１では、一方の検出素子４４の断線を容易に検出することができる。上記の車椅子１では、図９に示すように、減速機構３８２の延びる方向を第１方向（２点鎖線Ｄ）とすると、一方の検出素子４４ａと他方の検出素子４４ｂは、第１方向を挟んで配置される。このため、ハブ３３が上下方向に撓んだ場合には、お互いの検出素子４４の検出結果への影響を互いに打ち消す。したがって、車椅子１では、ハブ３３が上下方向に撓んだ場合にでも、電気信号を精度よく検出できる。
【００８２】
［他の実施形態］
（１）上記の実施形態の車椅子１では、モータとしてアキシャルギャップ式のモータを用いたが、本発明は、これに限らない。例えば、モータとしてラジアルギャップ式のモータを用いてもよい。
【００８３】
（２）上記の実施形態の車椅子１では、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９の相対回転変位を検出する回転変位検出機構４１は、一例であってこれに限られない。環状に配置可能な構成であればよい。
【００８４】
（３）さらに、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変形例を加えることが可能である。そこで、例えば次に示すような動力補助機構１０を装備した車輪３（電動アシスト用車輪）を構成することもできる。図２５は、実施形態の変形例にかかる車輪が備える動力補助機構の周囲の構成を拡大して示す正面断面図であり、図２６は、動力補助機構が備える回転変位検出機構の周囲を拡大して示す正面断面図である。これらの図および以下の図面では、車軸３２が延びる左右方向に軸方向Ｄaを適宜付する。実施形態の変形例が上記の実施形態と異なるのは、主として押圧リング３９５によりコア部材３９４を押圧する構成を具備する点にある。以下では、上記実施形態との共通部分について説明した後に、上記実施形態との差異部分について説明する。
【００８５】
上記実施形態で詳述したとおり、車体フレーム２の左右両側には車軸３２が取り付けられており、各車軸３２に対して車輪３およびハンドリム３１がそれぞれ回転自在に取り付けられている。具体的には、車軸３２を中心とする円環状の車輪３の内周側に配置された円形のホイールハブ３８３が、各車軸３２に対して回転自在に取り付けられており、ホイールハブ３８３の周縁部から外周側に延びる複数のスポーク３４が車輪３０のタイヤ３６に接続されている。これによって、車輪３は、ホイールハブ３８３を伴って車軸３２の周りを回転自在となっている。さらに、車軸３２を中心とする円環状のハンドリム３１の内周側であってホイールハブ３８３の外側に配置されたハンドリムベース部３９が、各車軸３２に対して回転自在に取り付けられており、ハンドリムベース部３９の周縁部から外周側へ放射状に延びる３本の接続パイプ３７がハンドリム３１に接続されている。これによって、ハンドリム３１は、ハンドリムベース部３９と一体的に車軸３２の周りを回転自在となっている。なお、ハンドリムベース部３９はホイールハブ３８３から独立して回転自在に設けられており、ハンドリム３１は、車軸３２の周りで車輪３とは個別に回転できる。
【００８６】
各ハンドリム３１は、弾性部材（後述するスプリング）を介して隣接する車輪３に当接しており、乗員がハンドリム３１に加えたトルクは、弾性部材を介して車輪３に伝達されて、車輪３を回転させる。この際、乗員からのトルクを受けて弾性部材が変形する量に応じた分だけ、ハンドリム３１が車輪３に対して変位する。そして、車椅子１が備える動力補助機構１０は、車輪３に対するハンドリム３１の変位量を測定した結果に基づいてハンドリム３１に加えられたトルクを検出するとともに、検出されたトルクに応じた補助動力を車輪３に与える。この動力補助機構１０の詳細は次のとおりである。
【００８７】
つまり、動力補助機構１０は、車輪３に補助動力を与えるパワーユニット３８を、ホイールハブ３８３の軸方向Ｄaの内側に備える。パワーユニット３８は、モータ３８１が発生する駆動力を、図６を用いて詳述した複数のギアの配列で構成される減速機構３８２（動力伝達系）を介してホイールハブ３８３へ与えて、車輪３を回転させる。
【００８８】
モータ３８１は、ベアリング９１１を介して車軸３２に回転自在に取り付けられたモータ軸３８１cと、モータ軸３８１cに取り付けられたロータ３８１aと、軸方向Ｄaの外側からロータ３８１aに対向するステータ３８１bとを有する。ロータ３８１aは、モータ軸３８１cに取り付けられて車軸３２を中心とする円環状のバックヨーク３８１dと、バックヨーク３８１dの軸方向Ｄa外側に取り付けられて車軸３２を中心とする円環状の磁石３８１eとで構成されている。そして、ロータ３８１aの磁石３８１eがステータ３８１bに対向する。図７、図８を用いて上述した通り、ステータ３８１bは、車軸３２を中心とする円環状に複数のコイルを配列した構成を具備しており、車軸３２に固定されている。したがって、ステータ３８１bの各コイルに電流が印加されることで、ロータ３８１aがモータ軸３８１cを伴って車軸３２の周りで回転する。そして、モータ軸３８１cのトルクが、減速機構３８２のギア３８２aなどを介して、ホイールハブ３８３へ伝わる。こうして、モータ３８１が生成した動力（補助動力）を受けて、ホイールハブ３８３と共に車輪３が回転する。
【００８９】
ホイールハブ３８３は、ボールベアリング３８３aを介して車軸３２に対して取り付けられている。ホイールハブ３８３の周縁部は軸方向Ｄa内側に屈曲されてスポーク３４が取り付けられている一方、ホイールハブ３８３の中央部は軸方向Ｄaに肉厚に形成されている。ホイールハブ３８３の中央部の外側面は、軸方向Ｄaの外側に突出して、リムベース取付部３９０を構成する。ホイールハブ３８３のリムベース取付部３９０には、ベアリング３９１を介してハンドリムベース部３９が取り付けられている。このように、ハンドリムベース部３９は、ホイールハブ３８３のリムベース取付部３９０を介して車軸３２に取り付けられており、ホイールハブ３８３から独立して車軸３２の周りを回転することができる。また、ホイールハブ３８３およびハンドリムベース部３９の外側面は、円形カバーＪ1と、当該円形カバーＪ1を囲む環状カバーＪ2とで覆われている。
【００９０】
ハンドリムベース部３９からホイールハブ３８３へは、動力補助機構１０が有するスプリング４０１、４０２（コイルスプリング）を介して、トルクを伝達できるように構成されている。つまり、ホイールハブ３８３において、スポーク３４が取り付けられた周縁部とリムベース取付部３９０が設けられた中央部の間に設けられたスプリング保持面３８３fには、円筒形状のスプリングカバー３８３jが取り付けられており、スプリングカバー３８３j内にスプリング４０１、４０２（圧縮バネ）が概ねホイールハブ３８３の周方向に配置されている。スプリング４０１の径はスプリング４０２の径よりも大きく、スプリング４０１の中にスプリング４０２が挿入されている。また、スプリング４０１、４０２の少なくとも一方は、予め縮んだ状態（つまり、与圧された状態）でスプリングカバー３８３jに収容されている。
【００９１】
再び図１３、図１４および図２２を用いて動力補助機構１０について詳述する。なお、図２２に示すように、３個のスプリングカバー３８３jが周方向に等ピッチで設けられているが、各スプリングカバー３８３jに関する構成はいずれも同一であるので、ここでは、１個のスプリングカバー３８３jに対して設けられた構成を中心に説明を行う。
【００９２】
ホイールハブ３８３に取り付けられたスプリングカバー３８３j内には、一対のスライダー４０３がスプリング４０１、４０２の伸縮方向（概ねホイールハブ３８３の周方向）に互いに対向した状態で収容されている。各スライダー４０３は、一方面が開口して他方面が閉塞した中空の円筒形状を有しており、各スライダー４０３の開口が向き合っている。そして、これらスライダー４０３の間にスプリング４０１、４０２が挿入されており、各スライダー４０３は、スプリング４０１、４０２によって相互に離間する方向に付勢されつつ、スプリング４０１、４０２の伸縮方向へ移動自在となっている。その結果、トルクが無印加の場合に対応する図２２に示す状態では、各スライダー４０３がスプリング４０１、４０２の付勢力で外側に押し遣られて、スプリングカバー３８３jの各端に当接している。
【００９３】
一方、ハンドリムベース部３９は、一対のスライダー４０３をスプリング４０１、４０２の伸縮方向から挟むように配置された一対のスプリング支持部３９２を有する。図５に示すように、スプリング４０１、４０２の伸縮方向から見て、ホイールハブ３８３およびスプリングカバー３８３jはスライダー４０３の中心部から両端に外れており、各スライダー４０３の中心部は、隣接するハンドリムベース部３９（スプリング支持部３９２）に対して露出している。また、図２２に示すように、両スプリング支持部３９２の間の距離は、スプリングカバー３８３jの各端の間の距離に等しい。その結果、図２２に示す状態では、各スプリング支持部３９２は、スプリングカバー３８３jの各端に当接する各スライダー４０３に、当該スライダー４０３の中心部で接している。このような構成では、前進方向Ｄfあるいは後進方向Ｄb（方向Ｄf、Ｄbは互いに逆向き）に向かうトルクがハンドリム３１に印加されると、ハンドリムベース部３９は、スプリング４０１、４０２の弾性力に抗しつつ、ホイールハブ３８３に対してトルクの印加方向へ変位する。
【００９４】
つまり、図１４に示すように、後進方向Ｄb（図１４の略右方向）に向かうトルクがハンドリム３１に印加されると、ハンドリムベース部３９において対を成すスプリング支持部３９２のうち、前進方向Ｄf（図１４の略左方向）側のスプリング支持部３９２は、それが接するスライダー４０３に対して後進方向Ｄbへ向かうトルクを与える。そして、前進方向Ｄf側のスプリング支持部３９２からスライダー４０３へ与えられたトルクが、スプリング４０１、４０２の与圧を超えると、前進方向Ｄf側のスプリング支持部３９２は、スプリング４０１、４０２の弾性力に抗してスライダー４０３を後進方向Ｄbへ押し遣り、その結果、ハンドリム３１は車輪３に対して後進方向Ｄbに回転する。そして、ハンドリム３１に与えられたトルクによってスライダー４０３に働く力と、スプリング４０１、４０２の弾性力との合力がゼロとなるまで、ハンドリム３１は車輪３に対して変位する。この際、車輪３に対するハンドリム３１の後進方向Ｄbへの変位量は、乗員がハンドリム３１に与えるトルクの大きさに応じた（比例した）ものとなる。
【００９５】
なお、ここでは、後進方向Ｄbに向かうトルクがハンドリム３１に与えられた場合を例示したが、前進方向Ｄfに向かうトルクがハンドリム３１に与えられた場合についても、車輪３に対するハンドリム３１の変位方向が逆である点を除き、同様の動作が実行される。つまり、乗員がハンドリム３１に与えるトルクの大きさに応じた（比例した）変位量だけ、ハンドリム３１は、車輪３に対して前進方向Ｄfへ変位する。
【００９６】
また、図５、図２５および図１４に特に示されるように、車輪３に対するハンドリム３１の変位を制限する構成が設けられている。具体的には、ハンドリムベース部３９に形成された環状溝３９aには環状プレート５０が嵌入されており、当該環状プレート５０は１本のボルト５１によってハンドリムベース部３９にネジ止めされている（なお、図１４において破線で示されたボス部５１bは、環状プレート５０を止めるボルトとしては機能しない）。したがって、これらのボルト５１はハンドリム３１に伴って、車輪３に対して回転方向Ｄf、Ｄbに変位する。一方、ホイールハブ３８３に対しては円弧状の溝３８３qが形成されており、ハンドリムベース部３９にネジ止めされた各ボルト５１のボス部５１aは、当該溝３８３qの内側を移動する。したがって、車輪３に対するハンドリム３１の前進方向Ｄfへの変位は、前進方向Ｄfのボルト５１のボス部５１aが溝３８３qの前進方向Ｄf端部に当接するまでの範囲に制限される。同様に、車輪３に対するハンドリム３１の後進方向Ｄbへの変位は、後進方向Ｄbのボルト５１のボス部５１bが溝３８３qの後進方向Ｄb端部に当接するまでの範囲に制限される。
【００９７】
ちなみに、ホイールハブ３８３には、溝３８３qの内側に設けられた円弧状の貫通孔３８３mが形成されている。そして、貫通孔３８３mには、コア部材３９４の爪部３９４aが嵌入している。これら貫通孔３８３mやコア部材３９４の爪部３９４aの役割については、改めて詳述する。
【００９８】
上述したように、ハンドリム３１は、乗員が与えたトルクに応じた量だけ、車輪３に対して変位する。そこで、動力補助機構１０は、車輪３に対するハンドリム３１の変位量を測定し、その結果に基づいてハンドリム３１に加えられたトルクを検出する。そして、この実施形態においても上記実施形態と同様に、磁気センサを用いて変位量を測定する。
【００９９】
図２６に加えて図２０を再び用いて、この点について詳述する。回転変位検出機構４１では、車軸３２を中心とする円環状に構成された環状磁石４２が、ホイールハブ３８３の内側に固定板４２４を介して取り付けられている。環状磁石４２は、Ｓ極４２２とＮ極４２３とを交互に所定の配列ピッチで環状に配列した構成を具備する（図２０の例では、１８個の磁極４２２、４２３が２０度の配列ピッチで配列されている）。そして、環状磁石４２は、ホイールハブ３８３に伴って車軸３２の周りを回転する。
【０１００】
さらに、回転変位検出機構４１では、車軸３２を中心とする円環状に構成された環状プレート４３が設けられている。環状プレート４３（被磁化部）は磁性体（例えば、強磁性体である鉄）であり、軸方向Ｄaにおいて、内側から環状磁石４２に隣接する。環状プレート４３は、径方向の外側に突出して軸方向Ｄaから環状磁石４２に対向する複数の突部４３２を所定の配列ピッチで環状に配列した構成を具備する（図８の例では、９個の突部４３２が４０度の配列ピッチで配列されている）。この際、環状プレート４３における突部４３２の配列ピッチ（＝４０度）は、環状磁石４２における各磁極４２２、４２３の配列ピッチ（＝２０度）の偶数倍（図２０では２倍）に設定されており、磁極４２２、４２３に対する突部４３２の位置関係が、各突部４３２について同一となるように構成されている。その結果、各突部４３２は、環状磁石４２が作り出す磁界の影響を同様に受けて、同程度に磁化する。なお、周方向に隣接する各突部４３２の間の各基部４３１では、環状プレート４３は、環状磁石４２から外れている。
【０１０１】
図２６に示すように、回転変位検出機構４１は、本体３９４a、３９４bによって突部４３２の間の基部４３１で環状プレート４３を保持した概略構成を具備するコア部材３９４（上記実施形態におけるピン３９４に相当）を有する。コア部材３９４は、非磁性部材（例えば、樹脂）からなる本体３９４a、３９４bに環状プレート４３を鋳込んで構成されており、軸方向Ｄaに延設された爪部３９４aと、爪部３９４aの軸方向Ｄaの内側端部から車輪３０の径方向の中心側へ向かって延設された保持部３９４bとを有する。爪部３９４aは、ホイールハブ３８３に設けられた円弧状の貫通孔３８３mから軸方向Ｄaの外側へ突出して、環状プレート５０に設けられた係合孔５０aに係合する。環状プレート５０の係合孔５０aは、コア部材３９４の爪部３９４aに対して同径あるいは若干大径に構成されている。上述のとおり、環状プレート５０はハンドリム３１のハンドリムベース部３９に固定されているため、ハンドリム３１が回転すると、環状プレート５０の係合孔５０aは係合するコア部材３９４を伴って回転し、その結果、コア部材３９４の本体３９４a、３９４bに保持される環状プレート４３も回転する。ちなみに、コア部材３９４の爪部３９４aが嵌入するホイールハブ３８３の貫通孔３８３mは、周方向に長さを有する円弧状に形成されているため、コア部材３９４は、貫通孔３８３mに妨げられることなく、環状プレート４３を伴って回転できる。このように、コア部材３９４の爪部３９４aの機能によって、環状プレート４３は、ハンドリム３１に伴って車輪３に対して変位する。
【０１０２】
コア部材３９４の保持部３９４bは、軸方向Ｄaの内側で環状磁石４２を車輪３の径方向に跨ぐように設けられており、この保持部３９４bに環状プレート４３が鋳込まれている。こうして、環状プレート４３は、コア部材３９４の保持部３９４bの機能によって、環状磁石４２の軸方向Ｄaの内側で、環状磁石４２に対して所定のクリアランスを空けて保持される。
【０１０３】
さらに、回転変位検出機構４１は、軸方向Ｄaにおいて環状プレート４３を挟んで環状磁石４２の反対側（換言すれば、環状プレート４３の軸方向Ｄaの内側）に配置された磁気ヘッド４４０を有する。磁気ヘッド４４０は車軸３２に固定されており、回転しない。磁気ヘッド４４０は、環状プレート４３に対向する金属プレート４４１（例えば、鉄製）と、軸方向Ｄaの内側から金属プレート４４１に対向する検出素子４４と、軸方向Ｄaの内側から検出素子４４に対向するバックアップ部材４４３とを有する。このように磁気ヘッド４４０は、軸方向Ｄaにおいて金属プレート４４１とバックアップ部材４４３とで検出素子４４を挟んだ構成を具備する。金属プレート４４１は、環状磁石４２によって磁化された環状プレート４３が発生する磁界を集める集磁部材として機能する。一方、バックアップ部材４４３は、金属（例えば、鉄）で構成され、金属プレート４４１との間で磁界の経路を形成する機能を果たす。検出素子４４は、例えばホール素子などの磁気センサにより構成され、金属プレート４４１からバックアップ部材４４３へ到る磁界を検出して電気信号（電圧信号）を出力する。
【０１０４】
上述したような構成を具備する回転変位検出機構４１では、ハンドリム３１に印加されたトルクに応じた大きさの電気信号が、検出素子４４から出力される。つまり、回転変位検出機構４１では、トルクの印加によってハンドリム３１が車輪３に対して変位すると、ハンドリム３１に取り付けられた環状プレート４３が、車輪３に取り付けられた環状磁石４２に対して変位する。その結果、環状磁石４２による環状プレート４３の磁化の程度がハンドリム３１の変位量に応じて変化し、検出素子４４が出力する電気信号が変化する。この点について、図２０に加えて図２１を再び用いて詳述する。
【０１０５】
図２０に示すように、ハンドリム３１にトルクが印加されていない状態では、環状プレート４３の各突部４３２は、Ｎ極４２３とＳ極４２２の境界に位置するため、両磁極４２２、４２３よる各突部４３２の磁化が相殺して、環状プレート４３は磁化しない。したがって、検出素子４４は、基準電圧に等しい電圧の電気信号を出力する。これに対して、例えば図２１に示すように、ハンドリム３１に後進方向Ｄbへ向かうトルクが印加された状態では、環状プレートの各突部４３２は、Ｎ極４２３とＳ極４２２の境界よりもＮ極４２３側（後進方向Ｄb側）にずれるため、環状プレート４３は、Ｓ極４２２よりもＮ極４２３の影響を強く受けて、Ｎ極に磁化する。したがって、検出素子４４は、基準電圧より大きい電圧の電気信号を出力する。具体的には、電気信号は、Ｎ極４２３とＳ極４２２の境界に対する各突部４３２の変位量に応じた大きさを有する。そして、かかる変位量は、上で詳述した理由からハンドリム３１に印加されたトルクの大きさに応じたものとなる。その結果、検出素子４４は、後進方向Ｄbに加えられたトルクに応じた大きさの電気信号を出力する。
【０１０６】
なお、ここでは、後進方向Ｄbに向かうトルクがハンドリム３１に与えられた場合を例示したが、前進方向Ｄfに向かうトルクがハンドリム３１に与えられた場合についても、検出素子４４からの電気信号の極性が逆（基準電圧より小さい電圧）である点を除き、同様の動作が実行される。つまり、検出素子４４は、前進方向Ｄbに加えられたトルクに応じた大きさの電気信号を出力する。
【０１０７】
このように、本変形例においても、上記実施形態と同様に、回転変位検出機構４１は、環状プレート４３（第１プレート）と環状磁石４２（磁石）とをモータ３８１の車軸３２を中心として相対的に回転させることで、ホイールハブ３８３に対するハンドリムベース部３９の回転変位を検出している。こうして、回転変位検出機構の回転中心（換言すれば、環状プレート４３と環状磁石４２とが相対的に回転する中心）がモータ３８１の車軸３２中心に一致しており、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０８】
ところで、上記のような回転変位検出機構４１を用いた場合、車輪３に対するハンドリム３１の変位に時間的変化が無い場合は、回転変位検出機構４１は、車輪３に対するハンドリム３１の変位量に応じた一定の大きさの電気信号を出力し続ける。しかしながら、環状プレート４３の複数の突部４３２それぞれの長さが、製造誤差などに起因してばらつくことで、車輪３に対するハンドリム３１の変位に時間的変化が無いにも関わらず、回転変位検出機構４１が出力する電気信号の大きさが時間的に揺らぐことがある。
【０１０９】
つまり、車輪３に対するハンドリム３１の変位に時間的変化が無い状態で車椅子１が走行している場合は、車輪３とハンドリム３１とは一定の変位量を維持しながら、車軸３２の周りを回転する。その結果、車輪３側の環状磁石４２とハンドリム３１の環状プレート４３とは、一定の位相差を維持しながら磁気ヘッド４４０の前を通過する。この際、環状磁石４２と環状プレート４３の位相差が一定であることから、環状プレート４３は、当該位相差に応じた一定量だけ磁化する。しかしながら、環状プレート４３において周方向に並ぶ複数の突部４３２の長さがばらついていると、環状プレートの磁化の程度が周方向の位置によって変動してしまい、磁気ヘッド４４０が出力する電気信号が、これに応じて揺らいでしまう（磁気ノイズ）。
【０１１０】
そこで、例えば図１９を用いて説明したように、車椅子１では、複数（具体的には２個）の回転変位検出機構４１が各車輪３に対して設けられている。上述した通り、図１９では、車軸３２の中心を通り鉛直方向に延びる仮想直線Ｄと、車軸３２の中心を通り水平方向に延びる仮想直線Ｇとが併記されている。さらに、仮想直線Ｄ、Ｇの交点を中心として、各回転変位検出機構４１の検出素子４４（素子）から仮想直線Ｄに到る角度Ｅ、Ｆが併記されている。角度Ｅ、Ｆはいずれも７０度に設定されており、両検出素子４４（第１素子、第２素子）の間の角度（＝Ｅ＋Ｆ）は１４０度となっている。このように回転変位検出機構４１を配置した構成では、環状プレート４３での突部４３２の配列ピッチＰpが４０度であるため、突部４３２が一方の検出素子４４に径方向から対向するタイミングでは、隣接する突部４３２の間の基部４３１が他方の検出素子４４に径方向から対向する。したがって、検出素子４４へ径方向から対向する位置を突部４３２が順に通過する周期をＴ432としたとき、径方向から対向する突部４３２による磁界を検出するタイミングは、両検出素子４４の間で半周期（＝Ｔ432／２）だけずれる。その結果、両検出素子４４の間で、磁気ノイズの位相が概ね反転する。よって、制御基板３３６は、両検出素子４４の電気信号を加算することで、磁気ノイズの影響が抑制された検出信号Ｓpを生成することができる。そして、制御基板３３６は、検出信号Ｓpに応じた駆動信号Ｓdをモータ３８１に与えて、車輪３に補助動力を与える。
【０１１１】
このように車椅子１では、ハンドリム３１にトルクＴが印加されると、ハンドリム３１が車輪３に対して変位する。そして、制御基板３３６は、車輪３に対するハンドリム３１の変位量Ｘに応じた大きさの検出信号Ｓpを生成し、さらに検出信号Ｓpの大きさに応じた駆動信号Ｓdを生成する。つまり、ハンドリム３１に印加されたトルクＴに基づいて、変位量Ｘ、検出信号Ｓp、駆動信号Ｓdが順に生成される。続いては、こうして実行される信号生成の詳細について説明する。
【０１１２】
図２７は、ハンドリムに印加されたトルクから各信号を生成する様子を模式的に示す図である。同図において、関数ｆ1は、ハンドリム３１に印加されたトルクＴとハンドリム３１の変位量Ｘとの関係を例示し、関数ｆ2は、ハンドリム３１の変位量Ｘと検出信号Ｓpの関係を例示し、関数ｆ3は、検出信号Ｓpと駆動信号Ｓdとの関係を例示する。
【０１１３】
関数ｆ1に示すように、車輪３に対するハンドリム３１の変位量Ｘは、ハンドリム３１に印加されるトルクＴの増大に応じて増大する。つまり、前進方向Ｄf（横軸右方向）へのトルクＴが印加されると、トルクＴの大きさに応じた変位量Ｘが前進方向Ｄf（縦軸上方向）に発生し、後進方向ＤbへのトルクＴが印加されると、トルクＴの大きさに応じた変位量Ｘが後進方向Ｄb（縦軸下方向）に発生する。ただし、上述のとおり、ハンドリム３１から車輪３へトルクを伝達するスプリング４０１、４０２は与圧されている。そのため、トルクＴがスプリング４０１、４０２の与圧を超えない与圧領域ΔＴ0にトルクＴがある間は、ハンドリムＴの変位量Ｘは生じず、トルクＴが与圧領域ΔＴ0から外れると、トルクＴの増大に比例してハンドリムＴの変位量が増大する。なお、車輪３に対するハンドリム３１の変位は、上述したボス部５１aと溝３８３qによって、前進方向Ｄfおよび後進方向Ｄbの両方向において制限されている。そのため、トルクＴが値Ｔlfに達すると変位量Ｘは値Ｘlfで一定となりそれ以上変化しない。同様に、トルクＴが値Ｔlbに達すると変位量Ｘは値Ｘlbで一定となりそれ以上変化しない。
【０１１４】
関数ｆ2に示すように、検出信号Ｓpは、ハンドリム３１に印加されるトルクＴに比例して変化する。つまり、変位量Ｘが無い間は、基準電圧Ｖrと等しい電圧の検出信号Ｓpが出力され、前進方向Ｄf（縦軸上方向）への変位量Ｘが生じると、前進方向Ｄfに対応して基準電圧Ｖrより高い（横軸右方向）電圧の検出信号Ｓpが発生し、後進方向Ｄb（縦軸下方向）への変位量Ｘが生じると、後進方向Ｄbに対応して基準電圧Ｖrより低い（横軸左方向）電圧の検出信号Ｓpが発生する。この際、検出信号Ｓpの電圧値Ｖと基準電圧Ｖrとの差の絶対値（＝｜Ｖ−Ｖr｜）で与えられる検出信号Ｓpの大きさは、変位量Ｘの大きさに比例する。なお、関数ｆ2を示すグラフでは、変位量Ｘが前進方向Ｄfの最大値Ｘlfであるときの検出信号Ｓpの電圧が値Ｖlfと示され、変位量Ｘが後進方向Ｄbの最大値Ｘlfであるときの検出信号Ｓpの電圧が値Ｖlbと示されている。
【０１１５】
関数ｆ3に示すように、駆動信号Ｓdは、検出信号Ｓpの増大に応じて増大する。つまり、前進方向Ｄf（横軸右方向）に対応する検出信号Ｓpが発生すると、検出信号Ｓpの大きさに応じた駆動信号Ｓd（縦軸上側の極性を有する）が発生して、前進方向Ｄfへ向かう補助動力が車輪３に与えられる。また、後進方向Ｄb（横軸左方向）に対応する検出信号Ｓpが発生すると、検出信号Ｓpの大きさに応じた駆動信号Ｓd（縦軸下側の極性を有する）が発生して、後進方向Ｄbへ向かう補助動力が車輪３に与えられる。ただし、検出信号Ｓpを駆動信号Ｓdに変換する関数ｆ3（入出力特性）には不感帯Ｚ3が設けられている。この不感帯Ｚ3は、電圧値Ｖzbから電圧値Ｖzfに渡って設けられており、基準電圧Ｖrを含むように設定されている。そのため、検出信号Ｓpの電圧値が不感帯Ｚ3にある間は、駆動信号Ｓdは生じず、モータ３８１は補助動力を生成しない。これに対して、検出信号Ｓpの電圧値が不感帯Ｚ3から外れると、検出信号Ｓpの大きさの増大に応じて、駆動信号Ｓdの大きさが増大し、モータ３８１は検出信号Ｓpの大きさに応じた補助動力を生成する。
【０１１６】
このように、検出信号Ｓpに対する駆動信号Ｓdの出力に不感帯Ｚ3を設けることは、変位量Ｘに対する駆動信号Ｓdの出力、あるいはトルクＴに対する駆動信号Ｓdの出力に不感帯Ｚ2、Ｚ1を設けることと実質的に同じである。つまり、関数ｆ2、ｆ3を合成した変換特性（以後、ｆ3・ｆ2と表記）によれば、変位量Ｘzbから変位量Ｘzfに渡る不感帯Ｚ2に変位量Ｘがある間は、駆動信号Ｓdは生じず、モータ３８１は補助動力を生成しない。これに対して、変位量Ｘが不感帯Ｚ2から外れると、変位量Ｘの大きさの増大に応じて、駆動信号Ｓdの大きさが増大し、モータ３８１は変位量Ｘの大きさに応じた補助動力を生成する。ここで、変位量Ｘzbは、検出信号Ｓpの電圧値がＶzbとなるときの変位量Ｘであり、変位量Ｘzfは、検出信号Ｓpの電圧値がＶzfとなるときの変位量Ｘである。また、関数ｆ1、ｆ2、ｆ3を合成した変換特性によれば、トルクＴzbからトルクＴzfに渡る不感帯Ｚ1にトルクＴがある間は、駆動信号Ｓdは生じず、モータ３８１は補助動力を生成しない。これに対して、トルクＴが不感帯Ｚ3から外れると、トルクＴの大きさの増大に応じて、駆動信号Ｓdの大きさが増大し、モータ３８１はトルクＴの大きさに応じた補助動力を生成する。ここで、トルクＴzbは、検出信号Ｓpの値がＶzbとなるときのトルクＴであり、トルクＴzfは、検出信号Ｓpの電圧値がＶzfとなるときのトルクＴである。ちなみに、同図に示すように、不感帯Ｚ1は与圧領域ΔＴ0を含む。
【０１１７】
このような車椅子１では、乗員がハンドリム３１を操作してハンドリム３１にトルクＴを印加すると、車輪３に対してハンドリム３１が操作方向へ変位して、車輪３を操作方向へ駆動する補助動力が生じる。また、乗員がハンドリム３１へのトルクＴの印加を止めると、ハンドリム３１がスプリング４０１、４０２の弾性力によって中立点にまで戻るため、車輪３へ与えられていた補助動力は消失する。
【０１１８】
ところで、上述で触れたとおり、実施形態の変形例では、押圧リング３９５によりコア部材３９４を押圧する構成を具備する。続いては、図２５、図２６に、図２８、図２９を加えて、かかる構成について詳述する。ここで、図２８は、円形カバーおよび環状カバーを外した際の動力補助機構の周囲の構成を示す側面図である。また、図２９は、図２５、図２６の紙面に垂直に軸方向に沿った断面において押圧リングの周辺構成を部分的に示した上面図である。図２９においては、環状磁石４２のうちコア部材３９４に隠れた一部が破線で示されるとともに、コア部材３９４に隠れた環状プレート４３（被磁化部）が破線で示されている。
【０１１９】
図２５および図２６に示したように、動力補助機構１０では、被磁化部４３（すなわち、環状プレート４３）を本体３９５a、３９４bで保持した構成を具備するコア部材３９４が具備されている。そして、コア部材３９４の保持部３９４aと爪部３９４aとで成す角部に対して、環状磁石４２が設けられている。より詳しくは、コア部材３９４の保持部３９４bは、車軸３２の軸方向Ｄaの内側から環状磁石４２に対向しつつ、車輪３の径方向（軸方向Ｄaに垂直な方向）に環状磁石４２を跨ぐように配置されている。そして、保持部３９４bは、車輪３の径方向の内端で被磁化部４３を保持する。一方、コア部材３９４の爪部材３９４aは、車輪３の径方向における保持部３９４bの外端から軸方向Ｄaの外側に向けて環状磁石４２を跨いで延設されている。そして、軸方向Ｄaにおける爪部材３９４aの外端が環状プレート５０の係合孔５０aに係合する。その結果、押圧リング３９５が外された状態では、図１１に示したのと同様に、環状プレート５０（の係合孔５０a）からコア部材３９４が覗き見える。
【０１２０】
コア部材３９４と環状磁石４２をこのように配置した場合、コア部材３９４の被磁化部４３と環状磁石４２とが軸方向Ｄaに隣接するため、被磁化部４３と環状磁石４２との間に磁気による引力が発生し、コア部材３９４には軸方向Ｄaの外側に向かう力が働く。したがって、押圧リング３９５が外された状態では、コア部材３９４の爪部３９４aの軸方向Ｄaの外端は、環状プレート５０の係合孔５０aから軸方向Ｄaの外側へ突出する。ただし、本変形例では、軸方向Ｄaの外側から環状プレート５０に対して押圧リング３９５が重ねて配置されている。したがって、爪部３９４aの軸方向Ｄaの外端は、押圧リング３９５によって軸方向Ｄaの内側へ向けて押圧される。そのため、コア部材３９４の保持部３９４bと環状磁石４２の間には、軸方向ＤaにクリアランスＣＬが設けられる。
【０１２１】
なお、押圧リング３９５は、固定ネジ３９６によってハンドリムベース部３９に固定されている。つまり、押圧リング３９５および環状プレート５０それぞれには、固定ネジ３９６の頭より小径の挿通孔が設けられており、押圧リング３９５および環状プレート５０の挿通孔に挿通された固定ネジ３９６がハンドリムベース部３９に設けられたネジ孔に締結されている。図２８に示すように、押圧リング３９５は、周方向に等ピッチに設けられた３箇所で固定ネジ３９６により固定されている。これによって、被磁化部４３と環状磁石４２との間に生じる引力（磁力）に抗して、押圧リング３９５によってコア部材３９４を軸方向Ｄaへしっかりと押し遣って、コア部材３９４の保持部３９４bと環状磁石４２の間のクリアランスＣＬを確実に確保することが可能となっている。
【０１２２】
以上に説明したように本変形例では、被磁化部４３を保持部３９４bで保持するコア部材３９４と環状磁石４２とが車軸３２を中心とする回転方向に相対的に変位自在となっており、相互の変位量Ｘに応じた強さで磁化される被磁化部４３より発せられる磁気が検出素子４４により検出される。また、環状磁石４２がホイールハブ３８３に取り付けられるとともに、コア部材３９４がハンドリムベース部３９に取り付けられている。したがって、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９が相対的に変位するのに伴って、コア部材３９４と環状磁石４２とも相対的に変位する。よって、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９との相互間の変位量Ｘを、検出素子４４によって検出することができる。
【０１２３】
なお、上述した通り、コア部材３９４の被磁化部４３と環状磁石４２の間には磁気による引力が生じる。この際、環状磁石４２に対向するコア部材３９４の保持部３９４bと環状磁石４２とがこの引力によって相互に押さえ付けられると、コア部材３９４と環状磁石４２の間に生じる摩擦力が大きくなって、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９とが相互に変位するにあたって影響が出る場合も考えられる。これに対して、被磁化部４３と環状磁石４２との間に磁気によって生じる引力に抗してコア部材３９４と環状磁石４２とを車軸３２の軸方向Ｄaへ離間させる離間手段（押圧リング３９５、固定ネジ３９６）が設けられている。したがって、コア部材３９４と環状磁石４２の間に生じる摩擦力を小さく抑えて、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９とが相互に円滑に変位することが可能となっている。
【０１２４】
また、本変形例では、コア部材３９４は、保持部３９４bから環状磁石３２を超えて車軸３２の軸方向Ｄaに延びる爪部３９４aを有する。そして、軸方向Ｄaにおいて保持部３９４bの反対側から爪部３９４aに当接する押圧リング３９５（押圧部材）と、ハンドリムベース部３９に押圧リング３９５を固定する固定ネジ３９６（固定部材）とで、離間手段が構成されている。そして、磁気による引力に抗して、保持部３９４bが環状磁石４２から離間する方向へ押圧リング３９５が爪部３９４aを押圧して、コア部材３９４と環状磁石４２とを離間させている。かかる構成によれば、コア部材３９４と環状磁石４２の間に生じる摩擦力を小さく抑えて、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９とが相互に円滑に変位することが可能となる。
【０１２５】
また、本変形例では、コア部材３９４の保持部３９４bは、非磁性体である。かかる構成は、コア部材３９４の保持部３９４bが被磁化部４３などに磁気的な影響を及ぼすことがなく、好適である。
【０１２６】
ちなみに、本変形例では、押圧リング３９５と固定ネジ３９６によって「離間手段」が構成されていた。しかしながら、「離間手段」の具体的構成はこれに限られない。そこで、次に例示するように「離間手段」を構成することもできる。
【０１２７】
図３０は、図２９と同様の断面において「離間手段」の変形例を部分的に示した上面図である。図３０に示す例では、押圧リング３９５が排される代わりに、爪部３９４aの軸方向Ｄaの外端に段付き部３９４cが形成されている。そして、爪部３９４aの段付き部３９４cが環状プレート５０の内面に当接し、その先の円形部が環状プレート５０の孔部に嵌合している。環状プレート５０がネジ３９６によりハンドリムベース部３９に固定されると、コア部材３９４はハンドリムベース部３９と同期して変位するとともに、軸方向Ｄa内側に押圧される。これによって、被磁化部４３と環状磁石４２との間に磁気によって生じる引力に抗して、環状プレート５０がコア部材３９４を軸方向Ｄaへしっかりと押し遣って、コア部材３９４の保持部３９４bと環状磁石４２の間のクリアランスＣＬを確実に確保することが可能となっている。
【０１２８】
図３１は、図２９と同様の断面において「離間手段」の変形例を部分的に示した上面図である。図３０に示す例では、押圧リング３９５が排される代わりに、セットスクリュウ３９７がコア部材３９４に設けられている。つまり、コア部材３９４にネジ止めされたセットスクリュウ３９７がコア部材３９４から軸方向Ｄaの外側に突出して、環状磁石４２に当接する。これによって、被磁化部４３と環状磁石４２との間に磁気によって生じる引力に抗して、セットスクリュウ３９７がコア部材３９４を軸方向Ｄaへしっかりと押し遣って、コア部材３９４の保持部３９４bと環状磁石４２の間のクリアランスＣＬを確実に確保することが可能となっている。
【０１２９】
また、上で例示した変形例の他にも、種々の変形を行うことができる。例えば、上記の例では、コア部材３９４がハンドリムベース部３９に取り付けられ、環状磁石４２がホイールハブ３８３に取り付けられていた。しかしながら、コア部材３９４がホイールハブ３８３に取り付けられ、環状磁石４２がハンドリムベース部３９に取り付けられても良い。かかる構成においても、ホイールハブ３８３とハンドリムベース部３９が相対的に変位すると、コア部材３９４と環状磁石４２も相対的に変位するため、車輪３とハンドリム３１との相対的な変位量を検出することができる。
【０１３０】
また、車椅子１を構成する各部の材質、サイズ、形状なども適宜変更することが可能であり、例えばコア部材３９４の爪部３９４aや保持部３９４bの材質は、上述のものに限られない。
【符号の説明】
【０１３１】
１  車椅子
１０  動力補助機構
２  車体フレーム
３  車輪（電動アシスト用車輪）
３１  ハンドリム
３２  車軸
３３  ハブ
３４  スポーク
３５  リム
３６  タイヤ
３７  接続パイプ（接続部材）
３８  パワーユニット
３９  ハンドリムベース部
４０  コイルスプリング
４１  回転変位（角度）検出機構
４２   環状磁石（磁石）
４３  環状プレート（第１プレート、被磁化部）
４４  検出素子（素子、第１素子、第２素子）
４４ａ  検出素子（第１素子）
４４ｂ  検出素子（第２素子）
３８１  モータ
３８１ａ  ロータ
３８１ｂ  ステータ
３８１ｄ  バックヨーク（円板）
３８１ｇ  円筒
３８２  減速機構
３８２ａ  第１ギア
３８２ｂ  第２ギア
３８２ｃ  第３ギア
３８２ｈ  第４ギア
３８３  ホイールハブ
３８３ｆ  スプリング保持面
３８３ｇ  伝達ギア
３８４  ギア列
３９２  スプリング支持面
３９４  コア部材
３９４a  爪部
３９４b  保持部
３９４c  段付き部
３９５  押圧リング（離間手段、押圧部材）
３９６  ネジ（離間手段、固定部材）
Ｄa  軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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