JPS6014876A - トレ−ニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトレーニング装置に関するものである。

現在市場に、マイクロコンピュータを内ＭＬ、その指令
に基づき個人的な身体条件（年令・体重・性別・脈拍数
等）を入力し、これらの値を演算処理することにより最
適負荷値及びその負荷下の管理脈拍数を算出し、これら
の値に基づき、使用者の連続運動を継続管理する、いわ
ゆる自転車エルゴメータがトレーニング装置として種々
提供されている。

この１つにねずみ銑鉄から製造されたフライホイールと
、フライホイールの回転数を検出するための回転センサ
ーと、トルク検出用のひずみゲージとを備えており、ひ
ずみゲージの出方とフライホイールの回転数出力との相
互関係から電磁ブレーキに供給する電流を制御して一定
トルクを得るようにした負荷装置を備えたトレーニング
装置がある。

また他のトレーニング装置として上記したフライホイー
ルの回転数、トルク及び制御電流値の関係をあらかじめ
コンピュータ等により計算ｌ、てめ、記憶装置に記憶さ
せておき、プログラムに基づく命令コート主従って、フ
ライホイールの回転数と目標とする制動力より判断して
制動用コイルに流す電流を決定することにより一定トル
クを得るようにした装置がある。

これら２つの装置に於て、前者は機械的なトルク検出手
段を備えているために、使用開始前又は経年変化に伴う
調整が煩雑である。また後者は事前に複雑な計算を行な
わなければならず、かっこの計算結果をデータとして記
憶する別個の記憶装置が必要である。これらの装置はい
ずれも負荷手段を電気的に複雑に制御することにより一
定トルクを得る構成を有するトレーニング装置である。

また、いずれもインナーロータ、アクタ−ステータとい
う構成であるので、励磁コイルを配設するアウターステ
ータが大型となるとと共にインナーロータが高熱となる
という欠点がある。

従って本発明は上記欠点に鑑みなされたものであり、負
荷手段の電気的構成ではなく機械的構成に注目したもの
であり、その構成自体でほぼ一定トルクが得られるうず
電流ブレーキを有する負荷装置を備えたトレーニング装
置を提供することを目的とする。

前記目的は使用者の身体条件を入力とし使用者の連続運
動上の管理上限及び下限脈拍数を演算し、これをトレー
ニング域設定範囲とすると共に、連続運動下に於ける脈
拍数の遷移に対して負荷を増減することにより使用者の
脈拍数を前記設定範囲内に維持するトレーニング装置に
於て、前記装置を身体条件（年令・性別・負荷値等）を
入力するための入力手段と、脈拍数を測定する脈拍セン
サーと、前記身体条件の入力に基づき管理上限及び管理
下限脈拍数をプログラムに従って演算すると共にこれを
設定範囲として連続運動下に於ける脈拍センサーからの
出力が前記設定範囲を違脱した場合には負荷を増減して
脈拍センサーの出力が設定範囲内に収まる様に制御する
演算制御回路と、炭素含有量０１２％以下及びシリコン
含有量０．３５％以下の鉄鋼材料からなるアウターロー
タと抜数個の励磁コイルが放射状に配役さり、ている　
インナーステータと前記演算制６１１回路の出力に応答
してその平方根４６号を発生ずる特性信号発生回路と電
流源から１よる負荷装置とから構成することにより達成
することができる。

また前記アウターロータを２種類の材料の同心円構造と
して、その内周部ローフ材料を構造用炭素鋼管（ＳＴＫ
又はＳＴＫＭ）から選択した前記含有量を満足する鋼管
として、鋳鉄材料からなる外周部ロータ内に挿入すると
好適である。

また外周部は内周部に対して単にフライ不イール効果を
付与するのみの場合には、セメント肴の非鉄部拐で作成
することができろ。

上記の様に構成することにより、何ら電気的に複雑に制
御することなく一定トルクが得られるうず電流ブレーキ
を有する負荷装置を備えたトレーニング装置を提供する
ことかできる。また本発明の構成に係るトレーニング装
置は、同一負荷条件に於て他の従来の装置に比較して低
電流で同一負荷の制御をすることができるので連続的に
使用しても発熱が少なくかつ装置を小型化することがで
きる。

以下添付図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１Ａ図は本発明に係るトレーニング装置１０を示す図
であり、負荷装置の一部も示されている。

第２図は、第１図で示した入出力ボックスのフロントパ
ネルである２ 使用者は、トレーニング装置１０のナト８ル１上に乗り
、入出力ボックス１１の側面から伸びている脈拍センサ
ー１２を耳に取り付けると共に第２図に示したフロント
／モネル下段のトレーニング操作手順に従ってキー操作
をする。脈拍センサー取り付けたならば次に（リセット
キーを押圧し）所望のトレーニング拳プログラム、すな
わちノミネル中１又にある一部トレーニングが減量トレ
ーニングかを選択し、続いて身体条件（年令・性別・ト
レーニング値）を中段のテンキーを用いて入力する。

更に所望に応じて、目標トレーニング時間及び目標消費
運動量を入力設定することができる。そしてスタートボ
タンを押圧しイダル２上に足を載置すると共にハンドル
ろを握りながら連続的に足の屈伸運動を行なうことによ
りゃ荷栽誼を駆動し、トレーニングを開始する。ペダル
の駆動力はペダル軸上の歯車からチェイン等を介して変
速機４に伝達され、ここで好適に変速された後ベルト等
を介してうず電流ブレーキを用いた負荷装置のアウター
ロータ５，６に伝達されている。従って使用者は第２図
のフロントパネルより入力し設定した負荷値、目標トレ
ーニング時間及び／又は目標消費運動量に応じてトレー
ニングを行なうことができる。

次に本発明に係るトレーニング装置の演算制御方法につ
いて第１Ｂ図及び第２図説明する。

本発明のトレーニング装置は第２図に示した入出力ボッ
クスのフロントノミネルにより入力された年令、性別及
び負荷値及びトレーニングプログラムの選択釦より、管
理上限脈拍数、管理下限脈拍数、及び負荷値に於ける初
期負荷値からウオーミングアツプ終了時点として設定し
たトレーニング開始後６分経過後までの負荷印加値が決
定する。

入出力ボックスから入力されたデータはマイクロコンピ
ュータ内部のＲＡＭに記憶されると共に、スタートスイ
ッチの抑圧によりＲＯＭ内に記憶されている年令から最
高脈拍数をめる一般式（男性：　２．ＺＱ−０，１Ｘ−
Ｐ′；女性：　ｚｔｔ；−ｏ、’ｚス斗学）がＣＵＰ内
に呼び出され、前記入力された年令を基に最高脈拍数が
算出され、次に一部トレーニングか減量トシ・−ユング
かの選択指示に基づいて、管理上限脈拍数及び管理下限
脈拍数〔一般トレーニングの場合、最高脈拍数−夕Ｓ：
′（上限）及び−６５（下限）；減量トレーニングの場
合、最高脈拍数−７０（上限）及び−１（下限）〕が演
算される。

これとは異なる方法として、本発明のトレーニング装置
は体力測定を行なうことができるプログラムを備えてい
るので、前もって体力測定を行なうことによって前記デ
ータの全てを得ることができる。

体力測定を行なって前記データを得る方法としては、使
用者の安静状態の脈拍数を第１データとして測定し、第
１負荷下に於ける定常脈拍数を第２データとして測定し
、統計によりめた性別最小２乗法平均負荷−脈拍数直線
上の第１負荷下に於ける定常脈拍数である第１基準値と
比較し第２９荷値を決定し、第２負荷下に於ける定常脈
拍数を第６データとして測定し統計によりめた性別最小
２乗法平均負荷−脈拍数直線上の第２負荷下に於ける定
常脈拍数である第２の基準値と比較し第６負荷値を決定
し、第６負荷値以下に於ける定常脈拍数を第４データと
して測定すると共にその測定値上限を年令・性別で計算
される運動安全脈拍数で限定し、第４のデータが得られ
た場合には第２〜第４のデータを基に、第４のデータが
得られる前に運動安全脈拍数に達した場合には第１〜第
６のデータを基に負荷−脈拍数近似直線を得ると共にそ
の直線上限を年令・性別で計算される最高脈拍数で限定
し、その最高脈拍数から９丈を減算した値を管理脈拍上
限としてまた・６ダ拍を減算した値を管理脈拍下限とし
て一般トレーニングの場合には使用する。この場合最適
負荷値は管理脈拍下限に対応する値を選択している。又
減量トレーニングは、例えば肥満体の人が体力の維持向
上を目的とすると共に、体重の減量をも目的として運動
する場合は、最高脈拍数から　７Ｄ　拍を減算した値を
管理脈拍上限として、また　８０拍を減算した値を管理
脈拍下限として使用する。

最適負荷値は一般トレーニングの時と同様に、管理脈拍
下限の脈拍数に対応する負荷値を使用する。

この場合、ウオーミングアツプ中に負荷制御条件（管理
脈拍範囲）に脈拍センサーからの出力が達した場合には
、その時点より、負荷制御を憂先させる。

続く制御の方法として　■　スタートから一定時間内に
脈拍管理下限に達したならば負荷な適量下げる。■　ス
タートから一定時間経過した後脈拍数が脈拍管理上限を
越えたらすぐに負荷を適量下げる。下げた後一定時間後
を判断点として同じ判断を繰返す。■　スタートから一
定時間経過後、脈拍数が脈拍管理下限に暑していない場
合９荷を適量上げる。上げた後一定時間経過したら同じ
判断を繰返す。

以上の負荷の増減を繰返しながら使用者の脈拍数が管理
脈拍数範囲内に維持されるように制御する。このトレー
ニングは入力時点で設定された目標トレーニング時間又
は後述する計算によりめられる運動量が目標消費運動量
に達する迄続けられる。

消費カロリーの計算は、トレーニング・スタート時点か
ら３０秒肋の負荷値をザンブリング値として計測し、カ
ロリーをめる一般式　Ｅ＝負荷強度（＠Ｘ　Ｏ，０１４
（Ｋ”体）　Ｘ　１１０．２３３（自転正による運動効
率）Ｘ時間扮）でその６０秒間の消費カロリーとし、こ
れらをトレーニング終了時点まで積分した値でめること
ができる。以上でトレーニング運動を終了する。

以上述べた本発明のトレーニングの動作を第３　図　図
にフローチャートして示した。

次に本発明のトレーニング装置に使用する負荷装置を説
明する。本発明の負荷装置はうず電流ブレーキにより構
成されている。

本発明者らはうず電流ブレーキのフライホイールのファ
クターの内固有抵抗（Ω、歯）及び透磁率（ル０に着目
し、種々の材料からフライホイールを作成しそのブレー
キ力と励磁コイルの励磁電流との関係を測定した。この
結果を第４図として示した。図中■は純鉄、■は鋳鋼、
■は従来のねずみ鋳鉄により作成したフライホイールの
ブレーキカー励磁電流特性である。この時の負荷装置の
はダル回転数は５０　ｒｐｍである。図から容易に理解
できるように、少ない電流値で最も高負荷が得られるの
は純鉄製のフライホイールであり、次いで鋳鋼製のフラ
イホイール、そしてこれら２者とは比較にならない程性
能の悪いものが従来使用されているねずみ鋳鉄製のフラ
イホイールである。

従って、フライホイール材料としては純鉄又は鋳鋼製の
ものが好ましいということが判断できる。

更に本発明者らは、これら使用した鉄材料の成分をとブ
レーキ特性との関係を調べたところ、Ｓｉ　（シリコン
）の含有率が固有抵抗に関係しており、その量が少ない
程固有抵抗が小さくなること、及び炭素の含有率が透磁
率に関係しており、その量が少ない捏造磁率が大きくな
ることがわかった。各フライホイールの成分を分析した
ｆｆ５’ｊ　：％１．’を表１に示した。

表　１ 純鉄　鋳タト′１　鋳鉄　ねずみａｌｊ鉄が、：素　０
．００ろ　０．１６　０．１８　６．０４シリコン　０
．０６０．１６０，５５　２．１マンガン　０．２０　
０，５３　１．５Ｕ　Ｏ，６５リン　０．０４　０．０
４　０．ｔＪ６１イオウ　０．０４　０．口４　０．［
Ｊ［Ｊ８８従って本発明者らは、負荷装置のうず電流ブ
レーキを構成する場合、そのフライホイールの材料の組
成成分を規定することにより、特性の優れた、かつ小電
流で大きな負荷を得ることができるという結論に達した
。

この結論に従かえば、フライホイールを鉄材料の中で炭
素及びシリコンの含有量が最も少ない純鉄を用いて構成
すれは一番良い特性、かつ小電流で最大の介荷値を得る
ことができる。

しかし、純鉄は市場では入手が困難であり、高価格であ
るので、本発明者らは、純鉄と近似した特性の得られる
鋳鋼を用いてフライホイールを製造したところ、はぼ満
足のゆく特性を得ることができた。この場合、フライホ
イールの諸特性と市場での入手の容易さを考慮し、市場
で容易ＩＣ入手できる構造用炭素鋼管を励磁コイルに面
する内周側部材とし、外周側をフライホイール効果を生
じさせるために、ねずみ鋳鉄により外周側部材を製造し
ても、全体を鋳鋼により製造した場合とほぼ同じ結果が
得られることがわかった。但しこの場合、ＳＴＫ又はＳ
ＴＫＭと呼ばれる構造用炭素鋼管の組成成分はＪＩＳに
於てはその上限が定められているのみであるので、前記
構造用炭素鋼管を使用する場合には規格品として製造さ
れた錐管の中から所望の炭素及びシリコンの含有率条件
な滴たすものを選択しなければならない。

実施例として従来のねずみ鋳鉄により製造した外周側フ
ライホイールと同心円２重構造とし励磁コイルに対向す
る円周＠１をＳ’ｒＫ　−５［］から炭素及びシリコン
の含有率（Ｃ＝０．１２％旬下、５ｉ＝０．３５以下）
が条件を）満たすものを選択しうず電流ブレーキを構成
した。この２重溝造及びねずみ鋳鉄で製造したフライホ
イールを有するうす電流ブレーキの特性を第６図から第
１１図に示した。

Ｓ’Ｉ’に以外にＳ　Ｔ　Ｋ　ｈ、ｉのＩｆｉｌ管から
選択しても１１い。

第６は１及び第７図は従来及び本発明に係る負荷装置の
うず電流ブレーキのＷ　−Ｉ、、特性でとろ。

第４図にて示した拉二に、同じ印加電流、葡に於て、本
発明に係るフライホイールを用いた場合の方が大ぎな角
荷力を得られると共に、各回転数に於ける負荷値間で差
が少なく、その曲線が２乗曲線で近似できる。ＩＰＰに
第６図に於ては４ＵｒｌＩ＋１ｚＩｔｌｒの曲線が他の
曲線がもかｌ【りはずれている。

第８図及び第９図は従来及び本発明に係る負荷装置のう
ず電流ブレーキのトルク−回転数特性である。うず電流
ブレーキを用いた負荷装置のペダルの実用回転数範囲を
４０〜６０　ｒＰｍとしてその電流値及びトルクの変動
範囲を比１１りしたものを表２として示した、 表　２ 従来　本発明 上記比較から容易に理解できるように、本発明に係るフ
ライホイール構成は、励磁コイルの電流値を一定にした
場合、フライホイールのはダルの実用回転数範囲に於て
従来例より格段に変動が少１工り、かつ高出力負狗を得
ることができるものである。

第１０図及び第１１図にトルク−励磁電流特性を各回転
数を基に示した。図中斜線で示した部分は回転数及びト
ルクの実用回転数内て゛の変動帖を示す図であり、正１
１Ｆに一定負荷とする場合電流値を更に制御する等して
補償し７：（ければ′ｆ′、ｃらｔ（い部分である。実
用・：υ囲としてトルクを５ＵｒｐｒｒＬ時３’ＯＯＷ
の点である３　８．８　ｋｇ−ｃｍ以下と想定すると、
第１１図に示した斜線部分は第１Ｕ図に示した斜線部分
と比較すると；’ｌｓｉど無視できる程度である。

このことは本発明のフライホイールを用いたうず電流ブ
レーキは、外ｇ（ｓからの判別な袖・丘回路（・てより
補正することなくほぼ励磁量ｂｉ乙の２乗ｔ【−性で実
用ＩＪ、１囲に於けろシメトルク特定を得ることができ
る。

本発明に係るうずｌ；ｊ　ｊｊｊＬブレーキを用いたヱ
’］、−１：：］’装置はその一部が第１図に示されて
いるように、ねずみ鋳鉄製の外周１１・゛ｊコロ−−５
に信造用炭六グ４管（ＳＴＫ−５１Ｊ）からなる内周側
Ｉズークー６が内ばめされている。−万インナーステー
タＺ上には６個の励磁コイル８がｉｉＪ記内周内周側ロ
ーター６向するように放射状に配設されており、励磁ま
１コイルは互いに直列接続されており、その給電線両端
が定電流駆動回路に接続されている。負荷装置の電気的
構成第１Ｂ図に示す様にうず電流ブレーキ２１に電流を
供給する電源２２と、その間に位置し供給電流を制御す
る電流制御回路２３と、回路２６に対して外部に設けた
入出力ボックス１１のテンキー指示による負荷値（Ｗ）
に基づき、その平方根値を指示値として供給する特性信
号発生回路２４とから構成されている。

入出力ボックス１１から回路２４への指示はデジタル信
号の場合はＤ−Ａコンバータを介して、アナログの場合
には直接供給されている。

従って、本発明の構成は、演算処理回路からの信号に応
答して、簡単な制御方法で正確に負荷装置のうず電流ブ
レーキを制御することができるものである。またこの負
荷装置は、従来のものより格段に優れた定トルク特性を
得られることができると共にその制御特性をほぼ２乗関
数で近似することができる。また従来のトレーニング装
置と比較して低電流で高負荷を得ることができるので、
発熱が少なく放熱を殆ど考慮する必要がなく、長時間の
使用も安心して行なうことができかつ小型化することが
できる。この場合、特に、本発明はインナーステータ、
アウターロータとすることにより、発熱体が回転する構
造となるのでロータの回転ｊ（よる対流＋ｆＣより何ら
放熱手段を備えていなくとも発熱自体が少ないので自然
に放熱される。

上記構成に於て、外周部ロータを内周部ロータに対して
単にフライホイール効果を付与するのみの目的で非鉄　
部材、例えばコンクリート等により作成することもでき
る。

更に、本発明に於ては詳述し′ｔ、【かったが、史に、
ひずみ計等のトルク検出手段を（４ｆえこの出力をマイ
クロコンピュータに入力し演算補正することにより、上
記本発明の／ｉ￥徴を備えた、正確なエルゴメータを提
供することができる。

又、実用回転数範囲を拡大する場合には、回転砂補正を
行ｔｃ　５とよい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明のトレーニング装置を示す図であり、 第１Ｂ図はマイクロコンピュータ及び負荷装置のブロッ
ク図であり、 第２図は入出力ボックスのフロントパネルの図であり、 第６　図　は本発明のトレーニング 装置の動作のフローチャートであり、 第４図から第１１図は負荷装置の種々の特性を示す図で
ある。 （図中符号） ｉ：サト”ル、　２：ペダル、　３：ハントゝル、４：
変速機、　５：外周側ローター、　６：内周側ロータ、
７：ステータ、８：励磁コイル、　９：定電流駆動回路
、１ｏ：定電流駆動回路、１１：入出力ボックス、　１
２：脈拍センサー 代理人　弁理士（８１０７）　佐々本　清　隆（ほか３
名） 第　１Ａ　図 ２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）使用者の身体条件を入力とし使用者の脈拍数の管理
   上限及び管理下限を演算し、これをトレーニング域設定
   範囲とすると共に、連続運動途上の脈拍数を計測し、そ
   の遷移に対して負荷を増減することにより脈拍数を前記
   設定範囲内に維持するトレーニング装置であって、前記
   装置は、身体条件（年令・性別・負荷値等）を入力する
   ための入力手段と、脈拍数を測定する脈拍センサーと、
   前記身体条件の入力に基づき管理上限及び管理下限脈拍
   数をプログラムに従って演算すると共にこれを設定範囲
   として連続運動下に於ける脈拍センサーからの出力が前
   記設定範囲を違脱した場合には負荷を増減して、脈拍セ
   ンサーの出力が設定範囲内に収まる様に制御する演算制
   御回路と、炭素含有量０．１２％以下及びシリコン含有
   量０．６５以下磁コイルが放射状に配設されている　イ
   ンナーステータと前記演算制御回路の出力に応答してそ
   の平方根信号を発生ずる特性４６゛号発生回路と励磁コ
   イルの電流源からなる負荷装置とから構成されているこ
   とを特徴とするトレーニング装置、２）前記アククーロ
   ータは２独類の鉄鋼材料からなる同心円構造であり、そ
   の内周部ロータ材料は構造用炭素鋼管（ＳＴＫ又はＳＴ
   ＫＭ　）がら選択された前記宮有量を満足する鋼管であ
   り、鋳鉄材料からなる外周部ロータに挿入されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトレーニ
   ング装置、 ３）　前記２種類の同心円構造のアククーロータの外周
   部は任への非鉄部材（コンクリート）がらなり、内周部
   に対してフラーｌ　８Ｚイール効果を付与していること
   を特徴と１゛る％πＦ　請求の範囲第２項に記載のトレ
   ーニング装り。 ４）更に、前記負荷装置はひずみ割等のトルク検出手段
   を備えており、特性信号発生回路の出力徴とする前記特
   許請求の範囲のいずれか１項に記載のトレーニング装置
   。