JP2000308696A - 磁気または電気エルゴメータ用のブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エルゴメータバイク等の磁気また
は電気エルゴメータ用のブレーキ装置に関し、磁気およ
び電気エルゴメータと同様に使い易いと共に、較正を相
当に簡単にしたエルゴメータを提供する。 【解決手段】 エルゴメータは、フレームと、動力伝達
系統（２）と、動力伝達系統によって駆動されると共
に、少なくとも一部分が導体材料または磁気手段で形成
または被覆された回転部材（３）とを有する。回転部材
の回転抵抗を調節するためにブレーキ装置（４）が設け
られており、本発明によれば、この装置は、回転部材か
ら調節可能な距離にある少なくとも１つの磁気ブレーキ
部材（８）で構成される。磁気ブレーキ部材（８）は、
固定質量を有し、実質的に回転部材の横断面の平面に平
行であると共に回転部材の半径に平行な方向に移動可能
である。磁気ブレーキ部材は、回転部材の外周に平行な
方向にも移動できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気または電気エ
ルゴメータ用のブレーキ装置に関し、特に、フレーム
と、動力伝達系統と、該動力伝達系統によって駆動され
ると共に、前記フレームの中心シャフトの周囲に配置さ
れる少なくとも一部分が導体材料または磁気手段で形成
または被覆された回転部材とを有する磁気または電気エ
ルゴメータ用であって、前記回転部材から調節可能な距
離に配置された磁気ブレーキ部材で少なくとも構成され
たブレーキ装置に関し、例えば、エルゴメータバイクで
形成できるエルゴメータ用のブレーキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】長年に渡って様々なエルゴメータ、特に
エルゴメータバイクが人の状態および酸素吸収量を測定
する最良の方法であった。これらの装置は、一般的に、
フレームと、２つのペダルと、動力伝達系統と、回転部
材と、ブレーキ装置とを備えている。エルゴメータバイ
クに含まれるブレーキ装置は、機械式摩擦装置か、磁気
または渦電流ブレーキを有するのが好ましい。

【０００３】動力伝達系統によって駆動される回転部
材、例えばフライホィールに作用するために、従来技術
のブレーキ装置が設けられている。フライホィールの回
転は、例えばフライホィールの外周に押し付けられたブ
レーキバンドによって機械的に減速される。フライホィ
ールおよびブレーキバンド間の摩擦力は、フライホィー
ルの外周に対してブレーキバンドを緊張させるか、緩め
ることによって変更可能である。その場合、ブレーキ力
および動力伝達系統を駆動するために必要な力が変わ
る。

【０００４】渦電流ブレーキも同様に、少なくとも一部
分が導体材料または磁気手段で形成または被覆された回
転部材を有する。他の磁気部材は、フレーム内などに取
り付けられ、それらの回転部材からの距離は、調節可能
である。フレーム内に取り付けられた磁気部材は、回転
部材と協働して渦流を発生し、この渦流が回転部材を減
速させる。フレーム内に取り付けられた磁気部材と回転
部材との間の距離を増減することによって、ブレーキ力
および動力伝達系統を駆動するために必要な力を変更す
ることができる。

【０００５】人を検査するために使用されるエルゴメー
タバイクは、ブレーキ装置に加えて、ブレーキ力および
負荷を読み取り易くする測定装置を備えていなければな
らない。この装置は、また、正確で信頼性が高く、較正
が容易であることが必要である。これは、信頼性が高く
比較可能な検査結果を得る唯一の方法である。

【０００６】摩擦式ブレーキ装置を有するエルゴメータ
バイクでは、ブレーキバンドの抵抗が、例えばそれに振
り子形釣り合いおもりを設けることによって調節可能で
ある。釣り合いおもりは、一般的に、フライホィールの
外周に対するブレーキバンドの張力の増加を、釣り合い
おもりの振り子運動から直接的に読み取ることができる
ように配置されている。一般的に、負荷が増加すると、
振り子がその休止位置から上昇する。この解決策は、例
えばモナーク（Monark）製のエルゴメータバイクに使用
されている。

【０００７】上記解決策の欠点は、フライホィールの摩
擦抵抗を正確に調節することが困難であることである。
さらに、ブレーキバンドの温度上昇のためか、フライホ
ィールの速度のため、フライホィールおよびブレーキバ
ンド間の摩擦係数が検査中に変化する可能性がある。こ
のことは、摩擦ブレーキおよび釣り合いおもりを備えた
ブレーキ装置を、検査中に継続的に調節しなければなら
ないことを意味する。当然ながら、そのような継続的な
調節は、検査結果に大きい影響を有する。

【０００８】摩擦に基づいたブレーキ装置のさらなる欠
点は、エルゴメータバイクの使い易さに関するものであ
る。この種類のブレーキ装置は、比較的うるさく、被験
者と検査員の両方をいらだたせる。また、摩擦に基づい
たブレーキ装置を備えたエルゴメータバイクの機能は、
不均一かつ断続的（abrupt）である。

【０００９】通常の練習用バイク（excise bikes）で
は、かなり以前から摩擦に基づいたブレーキ装置の代わ
りに、磁気および電気ブレーキ装置が使用されてきた。
しかし、上記の摩擦式バイクは、較正が比較的簡単であ
るため、また負荷を釣り合いおもりの位置から充分に正
確に読み取ることができるため、検査装置として依然と
して使用されている。

【００１０】ブレーキバンドを備えた装置と比較して、
渦電流式のブレーキ装置は、作動が非常に円滑で静かで
ある。しかし、この装置の欠点は、動力伝達系統の負荷
を充分に正確に較正することが困難であることである。
この装置に使用されている電気および磁気抵抗の特徴
は、経時的にも変化するであろう。この形式のブレーキ
装置は、一般的に、エルゴメータ自転車のフレームに組
み込まれているので、この装置は、これ専用に設計され
た特殊な工具を使用して較正できるだけである。

【００１１】較正に関する問題およびコストのため、校
正は、通常、年に１回しか実施されない。較正処理中に
較正誤差が見つかった場合、その誤差がいつ発生したか
を知ることは不可能である。最悪の場合、先の較正以降
に得られた総ての検査結果は、完全に無駄になる。

【００１２】科学的研究では、毎日、装置を較正するこ
とが必要であり、その理由から電気および磁気ブレーキ
装置はあまり一般的になっておらず、幾つかの検査およ
び連続検査は、使い易さに関する不都合にも係わらず、
依然として摩擦式のブレーキ装置を備えたエルゴメータ
バイクを使用して実施されている。

【００１３】

【発明の概要】本発明は、従来の解決策、使い易さ、エ
ルゴメータの電気または磁気ブレーキ装置の負荷力の読
み取り正確度および較正に関する問題を大幅に軽減す
る。

【００１４】本発明の目的は、エルゴメータを毎日でも
較正できるようにすることである。本発明は、電気およ
び磁気ブレーキ装置の使い易さを有するエルゴメータを
提供しており、このブレーキ装置の較正は、摩擦に基づ
いたブレーキ装置の較正と同程度に簡単である。

【００１５】上記問題の解決は、特許請求の範囲に開示
されている特徴を有する本発明によって達成される。本
発明の装置は、請求項１の特徴部分に開示されているも
のを特徴としている。

【００１６】本発明の好適な実施形態は、従属請求項に
開示されている。

【００１７】本発明において、エルゴメータとは、被験
者の状態を測定して評価する装置を意味する。エルゴメ
ータは、自転車、手動操作式ハンドバイク、ローイング
マシン（rowing machine）またはステッパ（stepper）
に取り付けることができる。

【００１８】従来技術と比較して、本装置は、幾つかの
大きな利点を有する。本発明の装置では、エルゴメータ
の負荷力を、遥かに正確に読み取ることができる。電気
ブレーキ装置を備えたエルゴメータでは、負荷力が力セ
ンサで直接測定されることが多く、これには読取りを可
能にする増幅器が必要である。本発明によるブレーキ装
置では、力の量の僅かな変化でも装置の振り子により大
きい偏差(deviation)を得ることができる。

【００１９】負荷力の測定に力センサ（force sensor）
を使用する場合、測定信号は、ミリボルト単位で与えら
れる。このため、干渉の閾値は、非常に低い。例えば、
力センサの近くで携帯電話を使用すると、測定結果に影
響を与えるほど大きな干渉が発生し、そのために、実施
した検査を不必要に繰り返さなければならなくなる。振
り子装置を有するブレーキ装置では、振り子の角度の変
化を通常の電位差計などで測定することができ、この場
合は、測定信号が常にボルト単位で与えられるため、こ
の装置は、事実上外的干渉を受けない。

【００２０】本発明に従ったブレーキ装置では、他の電
気ブレーキ装置で必要な力センサより相当に廉価である
簡単な機械式測定装置、簡単な電位差計または加速度計
で振り子の偏差を直接測定することができるので、製造
コストも非常に低い。

【００２１】本発明に従ったエルゴメータの較正は、実
質的に所望時に、１日に数回でも全くコストを必要とし
ないで簡単に実施することができる。エルゴメータの較
正は、特別な較正装置を全く必要としない。ブレーキ装
置の振り子に既知寸法のおもりを設けて、振り子の偏差
を観察できるようにすることで充分である。

【００２２】また、本発明のエルゴメータは、様々な検
査で使用する時に、装置の使い易さを大幅に改善する。
さらに、エルゴメータは、自転車に取り付けた時、滑ら
かに進むためにペダル踏みが静かであると共に非常に快
適である。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら本発明
をさらに詳細に説明する。

【００２４】本発明に従ったエルゴメータを、一例とし
てエルゴメータバイクを使用して説明する。図１は、従
来のエルゴメータバイクの主要部材を概略的に示してい
る。この構造は、２つのペダル１を備えたフレームを有
する。フライホィールなどの回転部材３は、動力伝達系
統２によってフレームに対して回転できるようになって
いる。フライホィールは、フライホィールに作用するブ
レーキ装置４を備えている。フライホィールの外周６に
当接した状態に配置されたブレーキバンド５によって、
フライホィールの回転は、機械的に減速される。

【００２５】それと較べて、本発明のエルゴメータは、
好ましくは図２〜図４に従った磁気または渦電流ブレー
キを備えたブレーキ装置４を有する。渦電流ブレーキ
は、少なくとも一部分が導体材料または磁気手段７で形
成または被覆された回転部材、すなわちフライホィール
３を有する。フライホィールをアルミニウムまたは銅で
被覆したり、磁気エルゴメータに使用されているものと
同様な永久磁石を設けることもできる。回転部材の動き
に作用するために、少なくとも１つの磁気ブレーキ部材
８は、回転部材から調節可能な距離をおいて配置されて
いる。磁気ブレーキ部材と回転部材との間の距離を増減
することによって、ブレーキ力および動力伝達系統を駆
動するために必要な力を変更することができる。

【００２６】磁気ブレーキ部材８は、既知重量を有し、
図２〜図４に示されている本発明の好適な実施形態によ
れば、やはり既知重量を有する振り子９に取り付けられ
ている。そのような振り子は、回転部材、すなわちフラ
イホィール３の横断面の平面に実質的に平行な垂直面上
を自由に回転することができる。このため、磁気ブレー
キ部材８は、振り子に沿ってフライホィールの半径と実
質的に重なる方向に移動可能であるため、回転部材を取
り付けた中心シャフト１０を実質的に貫通するシャフト
に沿って、フライホィールに接離する方向に移動する。
本例では、振り子は、フライホィール回りに同心状に回
動し、好ましくは振り子の回転軸線がフライホィールの
中心シャフトと一致している。

【００２７】磁気ブレーキ部材８がフライホィール３に
接近する方向に移動すると、エルゴメータの負荷力が、
すなわちフライホィールに作用するブレーキ力が増加
し、磁気ブレーキ部材がフライホィールから離れる方向
に移動すると、エルゴメータの負荷力が減少する。磁気
ブレーキ部材がエルゴメータのフレームではなく振り子
９に取り付けられているので、フライホィールに作用す
る力の総量は、ブレーキ装置４全体、すなわち振り子お
よびそれに取り付けられた磁気ブレーキ部材８にも作用
する。従って、フライホィールが移動する時、振り子
は、元の位置から図４に示されているようにフライホィ
ールの回転方向に移動する。

【００２８】フライホィールが回転している時、休止位
置に関連させた振り子の位置は、フライホィールおよび
磁気ブレーキ部材８のブレーキ力に常に正比例する。振
り子にポインタ１１を設け、エルゴメータのフレームに
負荷目盛り１２を付けることによって、ブレーキ装置の
負荷力を読み取ることができる。休止位置に関連させた
振り子の位置は、パルス測定装置、電位差計または加速
度計などによっても読み取ることができる。このこと
は、本発明に従ったフライホィール減速装置が非常に正
確であると同時に、磁気または電気エルゴメータの較正
が容易で、いつでも実施できることを意味している。

【００２９】本発明に従ったブレーキ装置の較正は、特
別な測定装置を全く必要としない。振り子に既知重量の
基準おもりを設けて、振り子の変更偏差が振り子につい
てその新しい総重量を使用して計算した値と一致するこ
とを確認するだけで充分である。その偏差が修正を必要
とする場合、２〜３の簡単な作業で振り子上の磁気ブレ
ーキ部材８の位置を調節するだけでよい。

【００３０】本明細書および添付図面は、本発明の説明
を目的とするだけである。従って、本発明は、上記の実
施形態または添付の特許請求の範囲に開示されている実
施形態に制限されることはなく、添付の特許請求の範囲
に記載されている発明の概念の範囲内で、本発明を変更
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術のエルゴメータバイクの最も重要な
部材を示す概略図である。

【図２】 本発明に従ったブレーキおよび較正装置の最
も重要な部材を示す概略図である。

【図３】 図２に従ったブレーキおよび較正装置の断面
図である。

【図４】 測定器具を備えた、作動中の図２に従ったブ
レーキおよび較正装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ペダル、２…動力伝達系統、３…回転部材（フライ
ホィール）、４…ブレーキ装置、５…ブレーキバンド、
６…外周、７…導体材料／磁気手段、８…磁気ブレーキ
部材、９…振り子、１０…中心シャフト、１１…ポイン
タ、１２…負荷目盛り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500139051 Ｐａｔａｍａｅｎｔｉｅ ４， 67100 Ｋａｒｌｅｂｙ， Ｆｉｎｌａｎｄ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームと、動力伝達系統（２）と、該
   動力伝達系統によって駆動されると共に、前記フレーム
   の中心シャフト（１０）の周囲に配置される少なくとも
   一部分が導体材料または磁気手段で形成または被覆され
   た回転部材（３）とを有する磁気または電気エルゴメー
   タ用であって、前記回転部材から調節可能な距離に配置
   された磁気ブレーキ部材（８）で少なくとも構成された
   ブレーキ装置（４）において、前記磁気ブレーキ部材
   （８）は、固定質量を有し、且つ実質的に前記回転部材
   （３）の横断面の平面上またはそれに平行であり、並び
   に該回転部材の半径に平行な方向と、該回転部材の外周
   （６）に平行な方向とに移動可能であることを特徴とす
   るブレーキ装置。
2. 【請求項２】 前記フレームに付けられた負荷目盛り
   （１２）と協働するポインタ（１１）を備え、該ポイン
   タおよび前記負荷目盛りは、協働して前記回転部材
   （３）のブレーキ効果を示すように配置されていること
   を特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
3. 【請求項３】 前記回転部材（３）および前記磁気ブレ
   ーキ部材（８）は、同心状に配置されていることを特徴
   とする請求項１または２記載のブレーキ装置。
4. 【請求項４】 前記磁気ブレーキ部材（８）は、前記回
   転部材（３）の前記中心シャフト（１０）に向かって延
   在するシャフト上に配置されていることを特徴とする請
   求項３記載のブレーキ装置。
5. 【請求項５】 前記回転部材（３）の前記中心シャフト
   （１０）から延出する前記シャフトは、所定質量を有す
   る振り子（９）を備え、前記磁気ブレーキ部材（８）
   は、該振り子に沿って移動するように配置されているこ
   とを特徴とする請求項４記載のブレーキ装置。
6. 【請求項６】 前記振り子（９）は、前記回転部材
   （３）と同一のシャフト回りに回動することを特徴とす
   る請求項５記載のブレーキ装置。