JPH07308406A - 足踏み式運動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適切な運動負荷で目標時間の運動を達成でき
る足踏み式運動機を提供する。 【構成】 クランクペダル軸１７のヘリカルギヤ１２と
ハンドル揺動リンク機構のヘリカルギヤ１１とを誘導電
動機１３のウォームギヤ１４に噛合させる。制御部に基
準回転数の設定機能と誘導電動機の駆動／制動機能を設
け、誘導電動機１３の回転数を回転センサ２９によって
読込む。ペダル１５，１６を踏み誘導電動機１３を回転
させて運動を行う。誘導電動機１３の回転数が基準回転
数以上の場合は、直流電流により制動されて運動負荷が
加わる。基準回転数以下の場合は、誘導電動機１３が駆
動されて運動が継続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は足踏み式運動機に関す
るものであり、特に運動負荷を電気的に調節できるよう
にした足踏み式運動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の足踏み式運動機は、レバー形ペダ
ルを交互に踏下げるステップ形運動機とクランクペダル
を回転させる自転車形運動機が知られている。ステップ
形運動機の負荷装置は、レバー形ペダルとフレームとに
オイルダンパー等の制動器を介装したものが一般的であ
る。また、自転車形運動機の負荷装置としては、クラン
クペダルの軸にフライホイールを連結してフライホイー
ルに機械的ブレーキを介装したものや、フライホイール
を挟んで一対の電磁石を対向させて配置した渦電流ブレ
ーキを設けたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】運動は或程度の時間を
継続して行うことにより心肺機能等の向上に効果がある
ことが知られている。しかしながら、一定の運動負荷を
与える従来の足踏み式運動機においては、目標時間に達
する以前に疲労や運動意欲の減退により運動を中断して
目標とする運動量を達成できないことがある。

【０００４】そこで、運動者に過負荷を与えることなく
目標時間の運動を継続させるようにして、所望の運動効
果を確実に得ることができるようにするために解決すべ
き技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題
を解決することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために提案するものであり、フレームに回転自
在なクランクペダル或いは揺動自在なレバー形ペダル等
のペダルを設けた足踏み式運動機に於て、前記ペダルと
誘導電動機とをギヤ装置を介して連結し、前記誘導電動
機の回転数を検出する検出器を設けるとともに、前記誘
導電動機の駆動制御部に基準回転数の設定手段並びに基
準回転数と測定回転数との比較手段を設け、その比較結
果に応じて前記誘導電動機の駆動と制動とを切換える制
御手段を設けた足踏み式運動機を提供するものである。

【０００６】

【作用】この発明の足踏み式運動機のペダルは誘導電動
機に連結されて連動し、駆動回路の制御部には基準回転
数を設定することができる。誘導電動機の回転数は回転
検出器によって検出され、制御部は検出された回転数と
基準回転数を比較する。回転数が基準回転数より低い場
合は制御部が誘導電動機を駆動し、逆に基準回転数より
も高い場合は誘導電動機を制動する。

【０００７】運動者が基準回転数よりも高速でペダルを
駆動するとペダルが制動されて運動者に負荷が加わる。
また、疲労等により回転数が基準回転数以下に低下する
と誘導電動機が駆動されてペダルを回転し、運動者に過
負荷を与えることなく運動を継続させる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に従って詳
述する。図１及び図２は自転車形運動機１を示し、自転
車形運動機１のベースフレーム２は、前後方向に配設さ
れた中央フレームメンバー３の前後に左右方向の横フレ
ームメンバー４，５が固設されている。中央フレームメ
ンバー３の前部にはハンドルポスト６が立設され、後部
にはサドル支持ポスト７が立設されている。サドル支持
ポスト７にはサドルポスト８が上下位置調節自在に嵌着
され、サドルポスト８の上部に固着したサドル９を任意
の高さで固定することができる。

【０００９】ハンドルポスト６とサドル支持ポスト７の
上下中間部位にはギヤボックス１０が架設され、ギヤボ
ックス１０内には歯数を等しくする一対のヘリカルギヤ
１１，１２が前後に配設されている。また、中央フレー
ムメンバー３上に上向きに配設された誘導電動機１３の
軸に嵌着したウォームギヤ１４が一対のヘリカルギヤ１
１，１２間に介装され、ウォームギヤ１４を介して一対
のヘリカルギヤ１１，１２が連動するように形成されて
いる。

【００１０】後方（図１において右）のヘリカルギヤ１
２はペダル１５，１６を取付けたクランクペダル軸１７
に嵌着され、前方のヘリカルギヤ１１を嵌着したクラン
クレバー軸１８の左右両端には位相が相互に相違するク
ランクレバー１９，２０が嵌着されている。また、ハン
ドルポスト６の上端部位に設けた左右方向の軸２１の左
右にはクランクハンドル２２，２３が遊嵌され、クラン
クハンドル２２，２３と一体のレバー２４，２５と、前
述した前方のヘリカルギヤ１１のクランクレバー１９，
２０とは夫々リンク２６，２７を介して連結されてい
る。従って、前方のヘリカルギヤ１１の回転に伴って左
右のクランクハンドル２２，２３は連動して交互に前後
へ揺動する。

【００１１】ヘリカルギヤ１１，１２の歯のねじれ角は
大角度に形成され、ペダル１５，１６を踏んでヘリカル
ギヤ１２を回転することにより、ウォームギヤ１４及び
前方のヘリカルギヤ１１が連動し、誘導電動機１３及び
クランクハンドル２２，２３が駆動される。また、サド
ル支持ポスト７の後方には電源部、制御部並びに駆動回
路等の電気回路装置２８が設置され、誘導電動機１３の
軸の近傍に配置された回転センサ２９が制御部に接続さ
れている。

【００１２】上述したギヤボックス１０、リンク機構及
び電気回路装置２８等は外筐３０にて被蔽され、左右の
クランクハンドル２２，２３とサドル９が外筐３０から
露出しており、ハンドルポスト６の上部に相当する外筐
３０の上面部には操作盤３１及び液晶表示装置３２が設
けられ、夫々制御部に接続されている。制御部は誘導電
動機１３の駆動回路を制御し、操作盤３１からの入力デ
ータと回転センサ２９の検出値に基づいて出力電流を制
御する。

【００１３】図３は駆動回路３３を示し、誘導電動機１
３は双方向性３端子サイリスタ３４を介して交流電源３
５に接続され、双方向性３端子サイリスタ３４のゲート
をスイッチングトランジスタＱ₁ によって制御すること
により、交流電流の位相を制御し、誘導電動機１３の駆
動電流が可変される。また、整流ダイオードＤ₁ によっ
て整流した直流電源をトランジスタＱ₂ を介して誘導電
動機１３に接続し、トランジスタＱ₂ を演算増幅器３６
によって制御することにより任意の直流電流を誘導電動
機１３に供給して誘導電動機１３を制動できるようにし
ている。

【００１４】制御部３７には、図４に示すような例えば
１kgm 、２kgm 、３kgm の３段階の制動トルクの直流電
流／回転数データが格納されており、任意の制動トルク
値を選択することにより、その制動トルク値に応じた電
流制御が実行され、クランクペダル軸１７の回転数にか
かわらず一定の回転負荷を得ることができる。また、駆
動と制動との切替え点となる基準回転数Ｒを任意に設定
でき、図５に示すように基準回転数Ｒ以下では誘導電動
機１３を所定のトルクで駆動し、基準回転数以上では設
定トルクで制動するように構成されている。

【００１５】次に、制御部３７の制御手順を図６に従っ
て説明する。先ず、操作盤３１のキーによって任意の制
動トルク値と基準回転数を設定する（ステップ１０
１）。続いて、誘導電動機１３の回転子の回転数が回転
センサ２９を介して読込まれ（ステップ１０２）、基準
回転数Ｒと比較される（ステップ１０３）。トレーニン
グ開始の時点においては回転数Ａは基準回転数Ｒ以下で
あるから、回転数Ａから設定駆動トルクに対する駆動電
流を演算し（ステップ１０４）、誘導電動機１３は所定
のトルクで駆動される（ステップ１０５）。

【００１６】そして、運動者が自発的にペダル１５，１
６を漕ぎ始めて回転数Ａと基準回転数Ｒとが一致したと
きに誘導電動機１３への駆動電流をオフする（ステップ
１０３→１０６）。更に、運動者のペダル回転速度が上
昇して回転数Ａが基準回転数Ｒを超えると、図４に示し
た制動トルクの直流電流／回転数データから制動電流量
が演算され（ステップ１０７）、算出値に対応する直流
電流が出力されて誘導電動機１３を制動し、ステップ１
０１において設定した制動負荷が運動者に加えられる。

【００１７】そして、運動者のペダル回転数Ａが疲労や
運動意欲の減退等により基準回転数Ｒよりも低下したと
きは、ステップ１０６のオフ状態を経由してステップ１
０３→１０４→１０５と進み、誘導電動機１３を駆動し
て回転運動を継続する。また、疲労の回復等により回転
数Ａが基準回転数Ｒよりも上昇した場合は、前述した制
動制御に移行し、駆動と制動とを自動的に切替えて予め
タイマー等（図示せず）によって設定した目標時間に達
するまで運動が継続される。

【００１８】尚、駆動と制動の切替え時に駆動電流また
は制動電流が低電流値から徐々に増加して目標値に達す
るように遅延制御を行えば、切替え時のショックが防止
されて快適な使用感が得られる。また、基準回転数Ｒを
Ｒ±αとして駆動と制動の間に不感帯域を設けたり、或
いは、切替動作にヒステリシス特性を与えてもよい。ま
た、駆動回路は上述した回路に限定されるものではな
く、リレーにより電流をオン／オフしてもよく、図７に
示すインバータ制御によるものでもよい。同図に示す駆
動回路は、交流電源３８をダイオードブリッジ３９にて
全波整流し、＋電源と−電源との間を二対のスイッチン
グトランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ とＱ₅ ，Ｑ₆にて接続し、夫
々直列に接続されたスイッチングトランジスタＱ₃ とＱ
₄ との間とＱ₅ とＱ₆ との間に誘導電動機１３を接続し
ている。

【００１９】スイッチングトランジスタＱ₃ ，Ｑ₅ とＱ
₄ ，Ｑ₆ は、制御部４０により対称的にオン／オフされ
て誘導電動機１３を駆動し、オン／オフのデューティ比
をＰＷＭ制御して擬似正弦波を出力する。そして、擬似
正弦波の周波数を変化させることにより回転数が制御さ
れる。また、誘導電動機１３を制動する場合は、スイッ
チングトランジスタＱ₄ とＱ₅ をオフし、Ｑ₃ とＱ₆ を
オンすることにより誘導電動機１３に直流電流が供給さ
れてクランクペダル軸１７に回転負荷が与えられる。そ
して、スイッチングトランジスタＱ₃ のデューティ比を
変化させることによって直流電流値を可変でき、図３に
示した駆動回路と同様に駆動力並びに制動力の制御が行
える。

【００２０】尚、図示は省略するが、一対のレバー形ペ
ダルを交互に踏下すステップ形運動機においてもレバー
形ペダルの前部に長手方向のガイド溝を設け、このガイ
ド溝をヘリカルギヤ１２のクランクペダル軸１７に係合
させてペダルの昇降運動をヘリカルギヤ１２の回転運動
に変換する等の構成を採ることにより誘導電動機１３に
よる駆動と制動とを行うことができる。また、本発明
は、本発明の技術的範囲内において種々の改変を為すこ
とができ、本発明がそれらの改変されたものに及ぶこと
は当然である。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、上記一実施例において詳述
したように、足踏み式運動機のペダルを誘導電動機に連
結し、誘導電動機の回転数が任意に設定した基準回転数
以上の場合は誘導電動機を制動し、逆に回転数が基準回
転数以下の場合は駆動状態に切替わる。従って、制動状
態で運動中に運動者が疲労等によりペダルの回転運動を
減速あるいは中止してもペダルの回転が継続されるの
で、目標時間以前に運動を停止することが防止でき、過
度の運動負荷を与えることなく目標とする運動量を確実
に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、自転車形運動機の一
部切欠側面図。

【図２】図１に示す自転車形運動機の一部切欠正面図。

【図３】自転車形運動機の駆動回路図。

【図４】駆動回路の制動トルク特性を示す回転数／直流
電流グラフ。

【図５】回転数と駆動／制動との切替の関係を示すグラ
フ。

【図６】駆動／制動切替制御のフローチャート。

【図７】他の実施例を示し、インバータ制御形駆動回路
の回路図。

【符号の説明】

１ 自転車形運動機 ２ ベースフレーム １０ ギヤボックス １１，１２ ヘリカルギヤ １３ 誘導電動機 １４ ウォームギヤ １５，１６ ペダル １７ クランクペダル軸 １８ クランクレバー軸 １９，２０ クランクレバー ２２，２３ クランクハンドル ２４，２５ レバー ２６，２７ リンク ２８ 電気回路装置 ２９ 回転センサ ３１ 操作盤 ３３ 駆動回路 ３７ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームに回転自在なクランクペダル或
   いは揺動自在なレバー形ペダル等のペダルを設けた足踏
   み式運動機に於て、前記ペダルと誘導電動機とをギヤ装
   置を介して連結し、前記誘導電動機の回転数を検出する
   検出器を設けるとともに、前記誘導電動機の駆動制御部
   に基準回転数の設定手段並びに基準回転数と測定回転数
   との比較手段を設け、その比較結果に応じて前記誘導電
   動機の駆動と制動とを切換える制御手段を設けたことを
   特徴とする足踏み式運動機。