JP2007244502A - 自転車エルゴメータ - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、ペダルの回転をより適切に制御することができる自転車エルゴメータを提供することを目的とするものである。
【解決手段】判定部１１ａは、ペダルの回転速度Ｖｐの時間差分ΔＶｐを算出するとともに絶対値化し、その積算値Σ｜ΔＶｐ｜を算出する。また、判定部は、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達しているか否かを判定することで、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かを判定する。回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された場合に、回転電機装置２が発する補助力を抑えペダル付回転機構１の回転を停止させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、利用者が自転車こぎ運動（ペダル運動）を行う自転車エルゴメータに関するものである。

自転車エルゴメータは、体力増強や健康促進、成人病予防のため運動を手軽に行える機器として一般に広く利用されているが、故障中のスポーツ選手、整形外科術後の患者、あるいは脳血管障害患者などの筋力回復や増強を目的とした運動療法にも用いられている。特に、体力が著しく低下した患者に自転車こぎ運動を行わせるためには、ペダル付回転機構にかかる負荷を十分に小さく設定することが必要となるが、ペダル付回転機構、ベルト、及び負荷部等からなる機械構造で発生する機械摩擦によって負荷が発生してしまう。
従来装置では、ペダル付回転機構の回転が負荷モータによって補助されることで、機械摩擦による負荷が低減されている。そして、負荷モータによって補助すべきか否かは、ベルトの張り及び撓み（たわみ）具合に応じて判定される（例えば、特許文献１参照）。

ＷＯ２００５／１０５２２２号公報

上記のような従来の自転車エルゴメータでは、ペダル付回転機構の回転を負荷モータによって補助すべきか否かは、ベルトの張り及び撓み具合に応じて判定されるので、ベルトの張り具合の経時的変化によって該判定の精度が低下してしまう。即ち、機器の経時的変化の影響によって、ペダル付回転機構が利用者によって操作されているか否かを適切に判定できなくなってしまい、ペダル付回転機構にかかる負荷を十分に小さくすることができなくなってしまったり、ペダル付回転機構の回転を不必要に補助してしまったりする。不必要にペダル付回転機構の回転を補助してしまうと、ペダル付回転機構が利用者によって操作されていないにも拘わらず、ペダル付回転機構がひとりでに回転してしまうことがあり、利用者に不安を与えかねない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的はペダル付回転機構の回転をより適切に制御することができる自転車エルゴメータを提供することである。

この発明に係る自転車エルゴメータは、利用者によって操作されるペダル付回転機構と、ペダル付回転機構の回転速度を検出する回転速度検出器と、回転速度検出器によって検出されたペダル付回転機構の回転速度の状態から、ペダル付回転機構が利用者によって操作されているか否かを判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいてペダル付回転機構の回転を制御する回転制御手段とを備える。

この発明の自転車エルゴメータによれば、判定部は、回転速度検出器によって検出されたペダル付回転機構の回転速度の状態から、ペダル付回転機構が利用者によって操作されているか否かを判定し、回転制御手段は、判定部の判定結果に基づいてペダルの回転を制御するので、機器の経時的変化による該判定への影響を受けにくくすることができ、ペダル付回転機構が利用者によって操作されているか否かをより適切に判定でき、ペダル付回転機構の回転をより適切に制御することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による自転車エルゴメータを示す構成図である。図において、自転車エルゴメータには、利用者によって操作（回転）されるペダル付回転機構１と、回転電機装置２とが設けられている。ペダル付回転機構１には、一対のペダル３、各ペダル３に連結されたペダル回転軸４、及びペダル回転軸４に固定されたペダル側プーリ５が設けられている。回転電機装置２には、回転電機本体６、回転電機本体６によって駆動される電機回転軸７、及び電機回転軸７に固定された負荷側プーリ８が設けられている。ペダル側プーリ５と負荷側プーリ８との間には、無端状のベルト（伝達機構）９が巻き付けられている。即ち、回転電機装置２は、ベルト９を介してペダル付回転機構１と連結されている。

回転電機装置２は、動作制御装置１１に接続されている。動作制御装置１１には、利用者が設定情報を入力する設定情報入力手段１２が接続されている。動作制御装置１１の回転電機制御部１１ｂは、設定情報入力手段１２で入力された設定情報に基づいて回転電機装置２の動作を制御する。なお、動作制御装置１１は、プログラム等の情報を記憶している記憶部（ＲＡＭ及びＲＯＭ）と、記憶部が記憶している情報に基づいて演算処理を行う演算部（ＣＰＵ）とを有するコンピュータである。

回転電機装置２は、利用者の運動のために、ペダル付回転機構１の操作に加える負荷を発する。即ち、回転電機装置２は、負荷を発する際に発電機として動作する。なお、回転電機装置２が発する負荷の大きさは、内部抵抗の大きさを変化させることで自在に変化させることができる。また、回転電機装置２は、体力が著しく低下した患者が利用する際に、ペダル付回転機構１、ベルト９、及び回転電機装置２等からなる機械構造で発生してしまう機械摩擦分の駆動力（補助力）を発することで、ペダル付回転機構１の回転を補助する。即ち、回転電機装置２は、駆動力を発する際に電動機として動作する。なお、この実施の形態では、回転電機装置２は、駆動部と負荷部とを兼ねている。

ここで、ペダル付回転機構１、ベルト９、及び回転電機装置２等からなる機械構造で発生してしまう機械摩擦は、自転車エルゴメータが利用者によって利用されるにつれて、自転車エルゴメータが出荷されたときよりも小さくなる。機械摩擦が小さくなった場合、回転電機装置２がペダル付回転機構１の回転を補助する際に、実際の機械摩擦による負荷を上回る駆動力を発することがある。仮に、利用者がペダル付回転機構１を操作していないときに、機械摩擦の負荷を上回る駆動力を回転電機装置２が発すると、ペダル付回転機構１がひとりでに回転してしまう。即ち、回転電機装置２の動作は、利用者がペダル付回転機構１を操作しているか否か（利用者がペダル付回転機構１に脚を乗せているか否か）を判定した上で制御する必要がある。

回転電機装置２には、電機回転軸７の回転速度を検出することで、ペダル付回転機構１の回転速度を検出する回転速度検出器（エンコーダ）１０が取り付けられている。回転速度検出器１０が発する信号は、回転電機装置２の動作を制御する動作制御装置１１に入力される。動作制御装置１１の判定部１１ａは、回転速度検出器１０によって検出されたペダル付回転機構１の回転速度の状態から（ペダル付回転機構１の回転速度に変動が生じているか否かに基づいて）、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かを判定する。回転電機制御部１１ｂは、判定部１１ａの判定結果に応じて、回転電機装置２の動作制御を切り替える。

次に、図２は、図１のペダル付回転機構１が利用者によって操作されている場合の回転速度検出器１０の出力と、回転電機装置２の駆動力によってペダル付回転機構１が回転されている場合の回転速度検出器１０の出力との関係を示すグラフである。図において、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されている場合、回転速度検出器１０の出力（以下、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐと呼ぶ）は、全体としての大きな変化とは別に細やかな変動を含んでいる。

利用者がこの自転車エルゴメータにより自転車こぎ運動を行う場合、ペダル付回転機構１の１回転中に回転速度の変動がないように一定速度で運動し続けることは困難である。具体的には、利用者がペダル３を踏み込む際にペダル付回転機構１の回転速度が上昇し、利用者の脚が伸びきった後、ペダル付回転機構１の回転速度が一度低下する。即ち、通常は１回転で２回、あるいは片脚だけでこぎ運動を行っていれば１回、ペダル付回転機構１の回転に同期した回転速度の変動が発生する。一方、回転電機装置２の駆動力によってペダル付回転機構１が回転されている場合には、ペダル付回転機構１の回転に同期した回転速度の変動はほとんど見られない。判定部１１ａは、回転速度検出器１０によって検出されたペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐの変動状態からペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かを判定する。

判定部１１ａは、回転速度検出器１０からの信号から一定のサンプリング周期でペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐを取得する。なお、このサンプリング周期は、ペダル付回転機構１の回転に同期した回転速度の変動を検出できるようにするため、ペダル付回転機構１の１回転の周期よりも十分に短く設定する。また、判定部１１ａは、回転速度Ｖｐの時間差分（前値と新値との差）ΔＶｐを算出する。さらに、判定部１１ａは、時間差分ΔＶｐを絶対値化するとともに、絶対値化された時間差分｜ΔＶｐ｜を所定時間分積算し、積算値Σ｜ΔＶｐ｜を算出する。

次に、図３は、図１の利用者によってペダル付回転機構１が操作されている場合の積算値Σ｜ΔＶｐ｜と、回転電機装置２の駆動力によってペダル付回転機構１が回転されている場合の積算値Σ｜ΔＶｐ｜との関係を示すグラフである。図において、ペダル付回転機構１が回転電機装置２の駆動力によって回転されている場合の所定時間毎の積算値Σ｜ΔＶｐ｜は、ペダル付回転機構１の回転が開始されてから一定時間経過し、ペダル付回転機構１が一定速度で回転され始めると、所定値（以下、閾値Ｔｈと呼ぶ）よりも小さくなっている。これに対して、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されている場合の所定時間毎の積算値Σ｜ΔＶｐ｜は、ペダル付回転機構１の回転が開始されてから一定時間経過し、ペダル付回転機構１が一定速度で回転され始めても、閾値Ｔｈよりも大きくなっている。これは、回転電機装置２の駆動力によってペダル付回転機構１が駆動されている場合、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐの変動が小さく、時間差分ΔＶｐ及び積算値Σ｜ΔＶｐ｜が小さくなるのに対して、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されている場合、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐの変動が大きく、時間差分ΔＶｐ及び積算値Σ｜ΔＶｐ｜が大きくなることが原因である。

判定部１１ａは、算出した積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達していると判定した場合、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されていると判定し、算出した積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈ未満であると判定した場合、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定する。

ところで、ペダル付回転機構１が一定速度で回転され始めるまでの間、即ちペダル付回転機構１の回転が加速されている間、又はペダル付回転機構１の回転が減速されている間、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かに拘わらず、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈを超えてしまうことがあり、誤判定の原因となる。

利用者が自転車こぎ運動を行う場合、ペダル付回転機構１を１回転以上させる間、ペダル付回転機構１の回転速度を単調増加又は単調減少させるように、ペダル付回転機構１を回転させることは困難である。例えば少なくとも３つの時間差分ΔＶｐを比較する等して、判定部１１ａは、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐの変化（時間差分ΔＶｐ）が単調増加又は単調減少であるか否かを判定する。また、判定部１１ａは、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐの変化が単調増加又は単調減少であると判定した場合、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定する。この場合、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達しているか否かは判定されない。換言すると、判定部１１ａは、時間差分ΔＶｐが単調増加又は単調減少していないと判定した場合にのみ、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達しているか否かを判定する。なお、単調増加とは、減少することなく増加し続けることであり、単調減少とは、増加することなく減少し続けることである。

回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された場合、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように回転電機装置２の動作を制御する。具体的には、回転電機制御部１１ｂは、回転電機装置２が発する駆動力を小さく抑える（駆動力を発することを停止させる）。即ち、ペダル付回転機構１の回転は機械摩擦によって停止される。

また、回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されていると判定部１１ａによって判定された場合、回転電機装置２を通常制御する。即ち、回転電機制御部１１ｂは、設定情報入力手段１２で入力された設定情報に基づいて、ペダル付回転機構１の操作に加える負荷を回転電機装置２に発せさせるとともに、ペダル付回転機構１の回転を補助するための駆動力を回転電機装置２に発せさせる。

次に、動作について説明する。図４は、図１の判定部１１ａが行う判定動作を示すフローチャートである。図において、ペダル付回転機構１の回転速度を示す信号が回転速度検出器１０から入力されると、一定のサンプリング周期でペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐが取得されるとともに、回転速度Ｖｐの時間差分ΔＶｐが算出され（ステップＳ１）、時間差分ΔＶｐが単調増加又は単調減少しているか否かが判定される（ステップＳ２）。このとき、時間差分ΔＶｐが単調増加又は単調減少していると判定されると、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定されるとともに（ステップＳ３）、この判定動作が終了される。なお、判定結果が出た後に、回転速度検出器１０からの信号が再度検出されると、この判定動作も再開される。また、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定されると、回転電機制御部１１ｂによって、ペダル付回転機構１の回転が停止されるように回転電機装置２の動作が制御される。

これに対して、時間差分ΔＶｐが単調増加又は単調減少していないと判定されると、時間差分ΔＶｐが絶対値化されるとともに（ステップＳ４）、その絶対値化された時間差分｜ΔＶｐ｜が所定時間分積算されることで積算値Σ｜ΔＶｐ｜が算出され（ステップＳ５）、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達しているか否かが判定される（ステップＳ６）。

このとき、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈ未満であると判定されると、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定されるとともに、この判定動作が終了される。これに対して、積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈに達していると判定されると、ペダル付回転機構１が利用者に操作されていると判定されるとともに（ステップＳ７）、この判定動作が終了される。なお、ペダル付回転機構１が利用者に操作されていると判定された場合、回転電機制御部１１ｂによって回転電機装置２が通常制御される。

このような自転車エルゴメータでは、判定部１１ａは、回転速度検出器１０によって検出されたペダル付回転機構１の回転速度の変動状態から、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かを判定し、回転電機制御部１１ｂは、判定部１１ａの判定結果に基づいて回転電機装置２の動作を制御することでペダル付回転機構１の回転を制御するので、機器の経時的変化による該判定への影響を受けにくくすることができ、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かをより適切に判定でき、ペダル付回転機構１の回転をより適切に制御することができる。
また、一般に自転車エルゴメータには、利用者の運動量管理のために回転速度検出器１０が標準的に備え付けられており、ペダル付回転機構１の回転速度を上記判定に用いることは容易である。つまり、従来装置のようにベルト９の張り具合を検出するセンサ等を追加する必要をなくすことができ、コストを低減できる。また、従来装置では、センサが正常にベルト９の張り具合を検出できるように張り具合を調整するための保守点検や、センサの位置調整の作業が必要であったが、それら作業を省略することができる。

また、回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された場合、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように回転電機装置２が発する駆動力を制御するので、ペダル付回転機構１が非操作状態である場合に、回転電機装置２の駆動力によってペダル付回転機構１がひとりでに回転してしまうことをより確実に防止することができ、ペダル付回転機構１の回転をより適切に制御することができる。

さらに、判定部１１ａは、回転速度Ｖｐの時間差分ΔＶｐを絶対値化して、絶対値化された時間差分｜ΔＶｐ｜を所定時間分積算することで積算値Σ｜ΔＶｐ｜を算出し、該積算値Σ｜ΔＶｐ｜が閾値Ｔｈ未満であると判定した場合に、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定するので、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かを、ペダル付回転機構１の回転速度Ｖｐに基づいてより確実に判定でき、ペダル付回転機構１の回転をより適切に制御することができる。

さらにまた、判定部１１ａは、ペダル付回転機構１の回転速度の変化が単調増加又は単調減少であると判定した場合に、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定するので、ペダル付回転機構１の回転が加速及び減速されている際にも、ペダル付回転機構１が利用者によって操作されているか否かをより確実に判定でき、該判定の精度を向上させることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による自転車エルゴメータの構成は、実施の形態１の自転車エルゴメータと基本的に同じであるので、図１を用いて、実施の形態２の自転車エルゴメータを説明する。実施の形態１では、回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された場合に、回転電機装置２が発する駆動力を抑えることで、ペダル付回転機構１の回転を停止させていたが、この実施の形態２では、回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように回転電機装置２が発する負荷を制御する。具体的には、回転電機制御部１１ｂは、回転電機装置２が発する負荷を増加させることでペダル付回転機構１の回転を停止させる。即ち、この実施の形態では、回転電機制御部１１ｂは負荷制御部である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、回転電機制御部１１ｂは、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された場合に、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように回転電機装置２が発する負荷を制御しても、実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による自転車エルゴメータを示す構成図である。図において、この実施の形態の自転車エルゴメータには、ブレーキシュー１５ａと、ブレーキシュー１５ａをペダル側プーリ５に押し当てるように駆動するブレーキ駆動装置１５ｂと有する制動装置１５が設けられている。即ち、制動装置１５は、ペダル付回転機構１の回転を制動するための制動力を発する。制動装置１５の動作は、動作制御装置１６の制動制御部１６ｃによって制御される。実施の形態１，２では、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａに判定された場合、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように、回転電機制御部１１ｂが回転電機装置２の動作を制御していたが、この実施の形態３では、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａに判定された場合、制動制御部１６ｃが、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように、動作制御装置１６が発する制動力を制御する。なお、この実施の形態では、制動装置１５は制動部であり、回転制御手段は、制動装置１５と制動制御部１６ｃとを有している。その他の構成は、実施の形態１，２と同様である。

このように、ペダル付回転機構１の回転を制御するための制動力を発する制動装置１５を設け、制動制御部１６ｃが、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように、動作制御装置１６が発する制動力を制御するようにしても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態３では、制動装置１５は、ブレーキシュー１５ａをペダル側プーリ５に押し当てることで、ペダル付回転機構１の回転を制動するように説明したが、ブレーキシューを電機回転軸又は負荷側プーリに押し当てることでペダル付回転機構の回転を制動してもよく、一対のブレーキシューでベルト（伝達機構）を挟持することでペダル付回転機構の回転を制動してもよい。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による自転車エルゴメータを示す構成図である。図７は、図６の自転車エルゴメータを示す上面図である。図において、この実施の形態の自転車エルゴメータには、ペダル付回転機構１、ペダル付回転機構１の回転を補助するための駆動力を発する補助モータ装置２０、及びペダル付回転機構１の回転に加える負荷を発する電磁ブレーキ装置２１が設けられている。実施の形態１，２では、１つの回転電機装置２で駆動力及び負荷が発せられていたが、この実施の形態４では、補助モータ装置２０が駆動力を発し、電磁ブレーキ装置２１が負荷を発するようになっている。以下、具体的に構成を説明する。

補助モータ装置２０には、補助モータ本体２２と、補助モータ本体２２によって駆動される補助電機回転軸２３と、補助電機回転軸２３に連結されたワンウェイクラッチ（図示せず）と、補助電機回転軸２３に固定された補助モータプーリ２４とが設けられている。補助モータプーリ２４には、第１のプーリ２４ａと第２のプーリ２４ｂとが設けられている。ペダル側プーリ５と第１のプーリ２４ａとの間には、無端状の第１のベルト２６が巻き付けられている。即ち、補助モータ装置２０は、第１のベルト２６を介してペダル付回転機構１と連結されている。ワンウェイクラッチの動作については、後に詳しく説明する。

電磁ブレーキ装置２１には、電磁ブレーキ本体３０と、負荷回転軸３１と、負荷側プーリ３２とが設けられている。第２のプーリ２４ｂと負荷側プーリ３２との間には、無端状の第２のベルト３３が巻き付けられている。即ち、電磁ブレーキ装置２１は、第２のベルト３３、補助モータ装置２０、及び第１のベルト２６を介してペダル付回転機構１と連結されている。電磁ブレーキ本体３０の内部構造については、後に詳しく説明する。

電磁ブレーキ装置２１には、負荷回転軸３１の回転速度を検出することで、ペダル付回転機構１の回転速度を検出する回転速度検出器１０が取り付けられている。回転速度検出器１０が発する信号は、補助モータ装置２０及び電磁ブレーキ装置２１の動作を制御する動作制御装置３５に入力される。動作制御装置３５は、判定部１１ａと、補助モータ装置２０の動作を制御する補助モータ制御部３５ｂと、電磁ブレーキ装置２１の動作を制御する電磁ブレーキ制御部３５ｃとを有している。

次に、図８は、図７の補助モータ装置２０の動作を説明するための説明図である。図において、補助電機回転軸２３は第１の回転速度３８で回転している。補助モータプーリ２４は第２の回転速度３９で回転している。補助電機回転軸２３に連結されたワンウェイクラッチは、第１の回転速度３８が第２の回転速度３９よりも遅いときは、補助モータ本体２２の駆動力を、補助電機回転軸２３及び補助モータプーリ２４に伝動しないようになっている。また、ワンウェイクラッチは、第１の回転速度３８が第２の回転速度３９よりも速いときに、補助モータ本体２２の駆動力を、補助電機回転軸２３及び補助モータプーリ２４に伝動するようになっている。

第１の回転速度３８が第２の回転速度３９よりも遅いときには、ペダル付回転機構１の回転速度が速く、電磁ブレーキ装置２１が発する負荷に逆らってペダル付回転機構１が回転されている。仮に、このような場合にまで、補助モータ本体２２の駆動力を補助電機回転軸２３及び補助モータプーリ２４に伝動するようしてしまうと、補助モータ本体２２の駆動力と電磁ブレーキ装置２１の負荷とが互いに相殺されてしまい、駆動力及び負荷が無意味となってしまう。つまり、ワンウェイクラッチを用いることで、この問題を解消し、ペダル付回転機構１の回転速度が遅くペダル付回転機構１の回転を補助すべきときのみに、補助モータ本体２２の駆動力が補助電機回転軸２３及び補助モータプーリ２４に伝動されるようにしている。

次に、図９は、図７の電磁ブレーキ本体３０の内部構造を示す断面図である。図において、電磁ブレーキ本体３０は、負荷回転軸３１に固定された導体の円盤４０と、円盤４０を挟むように配置された一対のコイル４１とを有している。コイル４１に電流が流されると円盤４０を通過する磁界が発生し、円盤４０にはその磁界を打ち消す磁界を発するように渦電流が発生する。つまり、コイル４１と円盤４０とが互いに引きつけ合い、あるいは反発し合い、負荷回転軸３１の回転に負荷が生じる。電磁ブレーキ制御部３５ｃは、コイル４１に流す電流を制御する。

上記のような構成において、補助モータ制御部３５ｂ及び電磁ブレーキ制御部３５ｃの少なくとも一方が、実施の形態１，２で説明した回転電機制御部１１ｂの制御動作、即ち、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された際に、ペダル付回転機構１の回転を停止させる制御動作を行う。即ち、この実施の形態では、駆動部は補助モータ装置２０であり駆動制御部は補助モータ制御部３５ｂであり、また負荷部は電磁ブレーキ装置２１であり負荷制御部は電磁ブレーキ制御部３５ｃである。

このように、補助モータ装置２０が駆動力を発し、電磁ブレーキ装置２１が負荷を発するようになっている自転車エルゴメータでも、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態４では、補助モータ装置２０がペダル付回転機構１の回転を補助する自転車エルゴメータについて説明したが、補助モータ装置２０の代わりにフライホイールが設けられ、フライホイールの慣性力によってペダル付回転機構１の回転を補助してもよい。この場合、ペダル付回転機構１が非操作状態であると判定部１１ａによって判定された際に、電磁ブレーキ制御部３５ｃが、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように電磁ブレーキ装置２１が発する負荷を制御する。

また、実施の形態４では、補助モータ装置２０がペダル付回転機構１の回転を補助する自転車エルゴメータについて説明したが、ペダル付回転機構１の回転を補助する機能を備えていない自転車エルゴメータもある。即ち、図６の自転車エルゴメータから補助モータ装置２０が取り除かれ、電磁ブレーキ装置２１がベルトによってペダル付回転機構１と連結されたような自転車エルゴメータもある。
そのような自転車エルゴメータでも、利用者の利用によって機械摩擦が低下したものでは、利用者が機器から降りるときに脚をペダルに接触させペダルに回転の初速を与えてしまうと、ペダルが利用者によって操作されていないにも拘わらずペダルの回転がしばらく継続してしまい、利用者に不安を与えかねないという問題があるが、電磁ブレーキ制御部３５ｃが、ペダル付回転機構１の回転を停止させるように電磁ブレーキ装置２１が発する負荷を制御することで、実施の形態１〜４と同様の効果を得ることができる。即ち、この発明は、ペダルの回転を補助する機能を備えていない自転車エルゴメータに対しても有効である。

さらに、実施の形態４では、電磁ブレーキ装置２１が負荷を発するように説明したが、負荷制御部が負荷を制御できるものであればどのような負荷部が用いられてもよい。

さらにまた、実施の形態１〜４では、ベルト９，２６，３３を用いてペダル付回転機構１と各装置２，２０，２１との間を連結していたが、例えばチェーン、歯車構造、シャフト、及びタイミングベルト等を用いてそれらの間を連結してもよい。

さらにまた、実施の形態１〜４では、回転速度検出器１０は、電機回転軸７及び負荷回転軸３１の回転速度を検出することで、ペダル付回転機構１の回転速度を検出していたが、回転速度検出器の設置箇所は、例えばペダル付回転機構、及びペダル付回転機構と連動するベルト等でもよい。

発明の実施の形態１による自転車エルゴメータを示す構成図である。 図１のペダル付回転機構が利用者によって操作されている場合の回転速度検出器の出力と、回転電機装置の駆動力によってペダル付回転機構が回転されている場合の回転速度検出器の出力との関係を示すグラフである。 図１の利用者によってペダル付回転機構が操作されている場合の積算値Σ｜ΔＶｐ｜と、回転電機装置の駆動力によってペダル付回転機構が回転されている場合の積算値Σ｜ΔＶｐ｜との関係を示すグラフである。 図１の判定部が行う判定動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による自転車エルゴメータを示す構成図である。 この発明の実施の形態４による自転車エルゴメータを示す構成図である。 図６の自転車エルゴメータを示す上面図である。 図７の補助モータ装置の動作を説明するための説明図である。 図７の電磁ブレーキ本体の内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ペダル付回転機構、２ 回転電機装置（駆動部、兼負荷部）、１０ 回転速度検出器、１１ａ 判定部、１１ｂ 回転電機制御部（駆動制御部、兼負荷制御部）、１５ 制動装置（制動部）、１６ｃ 制動制御部、２０ 補助モータ装置（駆動部）、２１ 電磁ブレーキ装置（負荷部）、３５ｂ 補助モータ制御部、３５ｃ 電磁ブレーキ制御部。

Claims (6)

1. 利用者によって操作されるペダル付回転機構と、
   上記ペダル付回転機構の回転速度を検出する回転速度検出器と、
   上記回転速度検出器によって検出された上記ペダル付回転機構の回転速度の状態から、上記ペダル付回転機構が利用者によって操作されているか否かを判定する判定部と、
   上記判定部の判定結果に基づいて上記ペダル付回転機構の回転を制御する回転制御手段と
   を備えていることを特徴とする自転車エルゴメータ。
2. 上記回転制御手段は、上記ペダル付回転機構の回転を補助するための駆動力を発する駆動部と、上記ペダル付回転機構が非操作状態であると上記判定部によって判定された場合に、上記ペダル付回転機構の回転を停止させるように、上記駆動部が発する駆動力を制御する駆動制御部とを有していることを特徴とする請求項１記載の自転車エルゴメータ。
3. 上記回転制御手段は、上記ペダル付回転機構の回転に負荷を加える負荷部と、上記ペダル付回転機構が非操作状態であると上記判定部によって判定された場合に、上記ペダル付回転機構の回転を停止させるように、上記負荷部が発する負荷を制御する負荷制御部とを有していることを特徴とする請求項１記載の自転車エルゴメータ。
4. 上記回転制御手段は、上記ペダル付回転機構の回転を制動するための制動力を発する制動部と、上記ペダル付回転機構が非操作状態であると上記判定部によって判定された場合に、上記ペダル付回転機構の回転を停止させるように、上記制動部が発する制動力を制御する制動制御部とを有していることを特徴とする請求項１記載の自転車エルゴメータ。
5. 上記判定部は、上記ペダル付回転機構の回転速度の時間差分を絶対値化するとともに、該絶対値化された時間差分を所定時間分積算し、該積算値が所定値未満であると判定した場合に、上記ペダル付回転機構が非操作状態であると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の自転車エルゴメータ。
6. 上記判定部は、上記ペダル付回転機構の回転速度の変化が単調増加又は単調減少であると判定した場合、上記ペダル付回転機構が非操作状態であると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の自転車エルゴメータ。

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