JP2000262038A - エルゴメータの負荷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調整が容易であるとともに、制動トルクの大
きいエルゴメータの負荷装置を提供する。 【解決手段】 エルゴメータの負荷装置は、ロータ２０
と、ロータ２０と同心で、ロータ２０と所定の隙間を有
するように設けられたステータ１１とを含む。ステータ
１５にはコア１２と複数の励磁コイル１３とが設けられ
る。ロータ２０は鋼板のような強磁性体２１と強磁性体
２１上に設けられた電気抵抗の小さい導体２２とを含
む。導体２２が所定の隙間でステータ１５のコア１２と
対向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエルゴメータの負
荷装置に関し、特に、制動力の大きいエルゴメータの負
荷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この発明に興味のあるエルゴメータの負
荷装置が、たとえば特公平２−４５９０５号公報に開示
されている。

【０００３】図６は同公報に開示された自転車用エルゴ
メータの要部を示すブロック図である。図６を参照し
て、自転車用エルゴメータの負荷装置は、運転者に負荷
をかけるための負荷部５０と、負荷部５０を制御する制
御部６０とを含む。負荷部５０は、運転者がペダルを踏
むことによって回転される負荷軸５１と、負荷軸５１上
に固着されたホイール５２と、ホイール５２の円周周囲
に設けられたたとえば銅板製の環状のディスク５３とを
含む。ディスク５３の回転、すなわちホイール５２の回
転を円滑にするために、フライホイール機能を有する環
状のウエイトリング５４が、たとえばホイール５２とデ
ィスク５３との連結部分に取付けられている。

【０００４】このディスク５３に関連して、電磁石５７
が１個だけ設けられ、機枠５８に固定されている。電磁
石５７は、コア５５と、コア５５に図示しないコイルボ
ビンを介して巻回された励磁コイル５６とで構成されて
いる。コア５５は、１ヵ所で開口したＣ字形のコアで、
開口端面間でディスク５３の両側主表面を両側から非接
触状態で挟むように配置されている。

【０００５】励磁コイル５６の一方端面は、直流電源Ｖ
_Dに接続され、他方端子は制御トランジスタ６１および
抵抗６２を介して接地されている。制御トランジスタ６
１のベースにはコンパレータ６３の出力が与えられる。
これら制御トランジスタ６１、抵抗６２、コンパレータ
６３および以下に述べるＣＰＵ等によって制御部６０が
構成されており、設定された電流が励磁コイル５６に流
れるよう制御される。

【０００６】励磁コイル５６に流す電流の設定は、図示
のない制御パネルに設けられたキーボード６６、ＣＰＵ
６５、表示器６７およびＤ／Ａ変換回路６４を通して次
のように制御される。すなわち、使用者が所望する制動
トルク（つまり、自分の運動能力に応じて、エルゴメー
タの負荷）をキーボード６６によって入力する。入力さ
れた制動トルクは、ＣＰＵ６５を介して表示器６７に表
示され、確認することができる。そして、制動トルクが
定められると、ＣＰＵ６５はその制動トルクを加えるの
に必要な励磁電流を演算する。

【０００７】従来のエルゴメータの負荷装置の他の例を
図７に示す。図７を参照して、従来のエルゴメータの他
の例においては、図６に示したようなＣ字形のコアは使
用されず、ステータの周りをロータが回転するドラム形
になっている。図７を参照して、ねずみ鋳鉄製の外周側
ロータ７１に構造用炭素鋼管（ＳＴＫまたはＳＴＫＭ）
からなる内周側ロータ７２が内嵌めされている。一方イ
ンナーステータ７３上には６個の励磁コイル７４がロー
タ７２と対向するように配設されており、励磁コイル７
４は互いに直列接続されており、その両端が外部に設け
られた電源７５に接続されている。この場合、エルゴメ
ータの制御方法等については、図６と同様である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のエルゴメータの
負荷装置は上記のように構成されていた。図６に示した
例においては、Ｃ型コア５５の開口部（図６においてＡ
で示した部分）は約１．７ｍｍあり、その間に厚さ１ｍ
ｍの銅板で形成されたディスク５３が通過される構造で
ある。コア５５の取付部と銅板取付軸が異なっているた
め、銅板とコア５５との接触を避けるために調整が難し
いという問題点があった。また、銅板厚さが１ｍｍであ
るから、小さな外力で変形しやすく、コア５５との接触
を避ける調整に時間がかかった。

【０００９】このようなＣ型コアの間を銅板が通過する
構成にあっては、空隙と導体層の和（ギャップ）が磁気
抵抗に比例するため、ギャップが大きいほどギャップの
磁気抵抗は大きくなる。

【００１０】図７に示す負荷装置は、ドラム形でディス
クに対応するロータとコアを構成しているステータとが
同心であるため、図６のような問題は生じないが、外周
ロータ７１と内周ロータ７２として炭素鋼（０．１２％
以下）を使用している。すなわち、強磁性体を導体と兼
用している。このため、発生する制動トルクが小さいと
いう問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、調整が容易で制動力が大きいエ
ルゴメータの負荷装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るエルゴメ
ータの負荷装置は、ステータと、ステータと同心でロー
タと所定の隙間を有するように設けられたロータとから
なる。ステータには、複数の励磁コイルが設けられてい
る。ロータは鋼板と、鋼板上に設けられた電気抵抗の小
さい部材とからなる。

【００１３】ステータとロータとが同心で設けられ、か
つ、ロータは鋼板と電気抵抗の小さい部材とからなり、
電気抵抗の小さい部材が所定の隙間でステータと対向す
るため、ギャップの調整が容易であるとともに、発生制
動トルクが大きくなる。

【００１４】その結果、調整が容易で制動トルクの大き
いエルゴメータの負荷装置が提供できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１は、この発明に係るエルゴメータの負
荷装置を示す図であり、従来の図７に対応する。（Ａ）
は負荷装置の正面図であり、（Ｂ）はその側面図であ
る。

【００１７】図１を参照して、負荷装置は外ドラム型の
構造であり、ステータ１１の周囲をステータ１１と同心
に設けられたロータ２０が回転する。ステータ１１はコ
ア１２ａとコイル１３ａとを含み、ロータ２０は鋼板か
ら成る強磁性体２１と導体２２とを含む。ステータのコ
ア１２とロータの強磁性体２１との間が約１ｍｍに調整
されている。

【００１８】ここで電気抵抗の小さい材料である導体２
２は銅メッキで形成形成され、その厚さは約０．０１ｍ
ｍ〜０．８ｍｍであるが、特に０．０１ｍｍ〜０．１ｍ
ｍが経済的に効果が大きい。

【００１９】図２は、図１とは逆でステータが外周に設
けられ、ロータが内周設けられている、内ドラム型負荷
装置の構成を示す図である。図において、（Ａ）は正面
図であり、（Ｂ）はその側面図である。内ドラム型にお
いては、ロータ２３の外周にステータ１５が設けられ
る。この場合においても、強磁性体２４と導体２５から
成るロータ２３とコア１２ｂとコイル１３ｂとからなる
ステータ１５との隙間は図１と同様である。ロータ２３
とステータ１５との軸が同心であるため、ロータ２３と
ステータ１５との間の隙間の調整は容易となる。また、
この場合もロータは強磁性体２１と導体２２とから構成
されているため、図１に示した実施の形態と同様に制動
トルクは大きくなる。

【００２０】次にこの発明にかかるエルゴメータの負荷
装置の他の実施の形態について説明する。図３はロータ
に対してコアをその側面に設けた場合の負荷装置の構成
を示す図である。（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面
図であり、（Ｃ）は側面図である。図３を参照して、負
荷装置は、強磁性体２７と導体２８とからなるロータ２
６と、ロータ２６の側面に設けられたステータ１６とか
らなる。ステータ１６は、導体２８と約１ｍｍの間隔を
あけて設けられたコア１２ｃとコイル１３ｃとを含む。

【００２１】この場合のギャップの調整はロータ２６の
側面からの一方向の調整であり、比較的容易に行なうこ
とができる。

【００２２】次に、本願のような銅メッキを設けた場合
と従来の図７で示したような銅メッキを設けない場合の
クランク軸の制動トルクを比較したものを表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１を参照して、銅メッキのあるものと無
いものについてそれぞれコイル電流値を３段階に変え、
それぞれについてロータ（ドラム）の回転数を４８０、
９６０、１４４０、１９２０および２４００ｒｐｍの５
段階に変えた。

【００２５】以上のデータをグラフ化したものを図４に
示す。図４において、実線が本願のような銅メッキを設
けた場合を示し、点線が銅メッキを設けない場合を示
す。表１および図４から明らかなように、銅メッキを設
けた方が各条件において銅メッキを設けない場合よりも
ドラム軸回転数にかかわらず発生する制動トルクが大き
くなる。

【００２６】またその効果は、ドラム軸回転数が大きく
なるほど顕著になることがわかる。以上のように、本願
発明によれば、炭素含有量０．１５％以下の鋼板を使用
し、導体に銅メッキを使用することによって導体なしの
ときよりも発生制動トルクを大きくできる。

【００２７】次にロータとステータとの間の隙間を変え
た場合のロータ回転数に対するクランク軸制動トルクの
大きさの変化を表２および図５に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２を参照して、銅板厚を０．０２ｍｍ，
０．０６ｍｍ，０．１５０ｍｍおよび０．８００ｍｍに
変えた場合のそれぞれのギャップ、電流値、コイル巻数
およびそれぞれの回転数における制動トルクを示す。こ
こで、銅板厚さ０．８ｍｍでギャップが１．７ｍｍのデ
ータは図６に示した従来の負荷装置におけるデータであ
る図５は表２のデータをもとに銅板またはドラム回転数
に対する制動トルクの変化を示す図である。なお、図５
においては、従来の銅板回転数に対する制動トルクの大
きさを破線で示す。

【００３０】表２および図５を参照して、本願発明にお
いては、ドラム回転数が大きくなるほど制動トルクは上
昇している。また、その大きさは銅板厚が厚い方が大き
くなっている。

【００３１】図４においては、ドラムの内径面に２０μ
ｍの銅メッキをしたものを実線で、銅メッキなしのとき
には破線で示している。また、○、□および△のマーク
は電磁コイルに５５０，４５０および３００ｍＡの電流
を流したときの値である。ドラム回転数９６０〜２４０
０ｒｐｍで平均約９％の差があることがわかる。

【００３２】なお、上記実施の形態においては、薄い電
気抵抗の小さい材料として銅メッキを用いた場合につい
て説明したが、これに限らず、アルミとか他の導電材料
を用いてもよいことはいうまでもない。

【００３３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】外ドラム型の負荷装置の構成を示す図である。

【図２】内ドラム型の負荷装置の構成を示す図である。

【図３】コア側面型の負荷装置の構成を示す図である。
（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）
は側面図である。

【図４】銅メッキの有無による制動トルクの変化の割合
を示す図である。

【図５】銅メッキ厚さに応じた制動トルクの変化の割合
を示す図である。

【図６】従来のＣ型コア構成の負荷装置におけるエルゴ
メータの負荷装置の構成を示す図である。

【図７】従来のドラム型負荷装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 負荷装置 １１，１５，１６ ステータ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ コア １３ａ，１３ｂ，１３ｃ コイル ２０，２３，２６ ロータ ２１，２４，２７ 強磁性体 ２２，２５，２８ 導体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと、 前記ロータと同心で、前記ロータと所定の隙間を有する
   ように設けられたステータと、 前記ステータに設けられた複数の励磁コイルとからなる
   エルゴメータの負荷装置であって、 前記ロータは、鋼板と、前記鋼板上に設けられた、電気
   抵抗の小さい部材とからなり、前記電気抵抗の小さい部
   材が前記所定の隙間で前記ステータと対向する、エルゴ
   メータの負荷装置。