JP2003314437A - 自己発電健康装置および健康装置を自己発電するための方法 - Google Patents

自己発電健康装置および健康装置を自己発電するための方法

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JP2003314437A JP2003050365A JP2003050365A JP2003314437A JP 2003314437 A JP2003314437 A JP 2003314437A JP 2003050365 A JP2003050365 A JP 2003050365A JP 2003050365 A JP2003050365 A JP 2003050365A JP 2003314437 A JP2003314437 A JP 2003314437A
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フアン−ルイス・ロペス−サンティリャーナ
Laurentiu Olariu
ローレンティウ・オラリウ
Donald A Demuth
ドナルド・エイ・デムース
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 さまざまなタイプの足踏み運動をシミュレー
ションする自己発電運動装置を提供する。 【解決手段】 装置は、フレーム（１０）と、フレーム
と可動に関連付けられるガイド（２０）と、ガイドに結
合される第１および第２の足支持部（２２ａ，２２ｂ）
とを含む。装置は、ユーザの足踏み運動によって電力を
発生するように作動される、第１および第２の足支持部
に結合される発電機（３２）を含む。装置は、発電機が
発生する電力の少なくとも一部を蓄積する、発電機に結
合される電池も含む。装置は、フレームに対するガイド
の高さおよび角度付き向きの少なくとも１つを自動的に
変更するリフトシステム（２４）を含む。リフトシステ
ムは発電機と電池との両者によって電力供給されるた
め、運動の間に、足支持部を踏むユーザに対する抵抗が
リフトシステムの作動によって変化することはない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は運動器具に関し、より特定的
には、運動装置のある構成要素を作動させて、ユーザが
感じる抵抗を、装置の使用の間、実質的に一定に維持す
るための蓄電池を含む自己発電据置型運動装置に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】スキー、ウォーキング、ジョギング、ラ
ンニングおよび登山を含む広範囲な足踏み運動をシミュ
レーション可能な据置型運動装置がＥＦＸエリプティカ
ル・フィットネス・クロストレーニング（Elliptical F
itness Crosstraining）（Ｒ）の商標で知られており、
ワシントン州ボゼル（Bothell, Washington）のプレコ
ール・インコーポレイテッド（Precor Incorporated）
から入手可能である。エリプティカル・フィットネス・
クロストレーニング（Ｒ）マシンのいくつかの実施例が
米国特許第６，１４６，３１３号に記載され、ここに引
用により明示的に援用される。
【０００３】大まかに述べると、図１を参照して、エリ
プティカル・フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）
マシンは、前方柱１２を組入れる床係止フレーム１０を
含む。１対のはずみ車１４ａおよび１４ｂ（互いと重な
っており、したがってはずみ車１４ａのみが示される）
がフレーム１０の後方に設けられ、水平方向の横軸１６
のまわりを回転する。足部リンク１８ａおよび１８ｂの
後方端は対応のはずみ車１４ａおよび１４ｂに回動可能
に取付けられ、はずみ車が回転するにつれて軸１６のま
わりで円形経路を移動する。足部リンク１８ａおよび１
８ｂの前方端は調節可能なガイド２０に可動に装着され
る。足部リンク１８ａおよび１８ｂの前方端はガイド２
０に沿って乗るように適合され、足部リンク１８ａおよ
び１８ｂの後方端が軸１６のまわりを回転するとガイド
に沿って前後に往復運動して、足部リンクの上にある足
ペダル（または足支持部）２２ａおよび２２ｂをさまざ
まな楕円形経路に沿って移動させる。具体的には、図１
は、リフトシステム２４の異なる高さに対応するガイド
２０の異なる３つの角度付けられた向きでの足ペダルの
移動の経路を示す。もっとも小さい角度付けられた向き
（水平方向の上、約１０°）の、対応の足ペダル移動経
路２６を図示する。これは一般的に、滑降またはクロス
カントリースキーの運動に対応する。ガイド２０は、よ
り急な角度、すなわち、水平方向から約２０°の第２の
向きで、対応の足ペダル移動経路２８とともに示され
る。この移動経路は一般的に歩行運動に対応する。図１
は、ガイド２０の第３の、さらに急な、すなわち水平方
向から約３０°の角度の向きを、対応の足ペダル移動経
路３０とともに図示する。この移動経路は一般的に登山
運動に対応する。ガイド２０の角度付けられた向きを変
更することに加えてまたはそれに代えて、フレーム１０
に対するガイド２０の高さを変えることは、足ペダルの
移動の経路も変える。このタイプのエリプティカル・フ
ィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マシンは標準ア
ンペア数のＡＣ電源に接続可能である。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，１４６，３１３号
【０００５】
【発明の概要】この発明は、自己発電エリプティカル・
フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マシンなど
の、自己発電健康器具を提供することに向けられる。
【０００６】具体的には、さまざまなタイプの足踏み運
動をシミュレーションする自己発電健康装置が提供され
る。この装置は、フレームと、フレームに可動に関連付
けられるガイドと、ガイドに結合される少なくとも１つ
の足支持部とを含む。足支持部はユーザの足を受けるよ
うに構成される。この装置は、足支持部に駆動可能に結
合される発電機をさらに含む。発電機は活性化されて、
足支持部でのユーザの足踏み運動によって電力を発生す
る。この装置は、発電機が発生する電力の少なくとも一
部を蓄積するように発電機に結合される電池も含む。最
後に、この装置は、フレームに対するガイドの高さおよ
び角度付けられた向きのうち少なくとも１つを自動的に
変更するためのリフトシステムを含む。リフトシステム
は発電機と電池との両者によって電力供給されるため、
運動の間に、足支持部をペダルで踏むユーザに対する抵
抗がリフトシステムの作動によって変化することはな
い。
【０００７】この発明の１つの局面に従うと、この装置
は、ユーザがペダル踏みを止めた後ですら、予め規定さ
れた時間の間、電池が装置に電力供給するように構成さ
れ得る。
【０００８】当業者には明らかなように、健康装置のア
クチュエータ（たとえばリフトシステム）を活性化し
て、ユーザに対する抵抗を実質的に一定に維持する電池
の使用は、さまざまなタイプの健康器具に適用すること
が可能であり、エリプティカル・フィットネス・クロス
トレーニング（Ｒ）マシンに限定されるものではない。
【０００９】この発明の以上の局面および付随する利点
の多くは、添付の図面と関連して、以下の詳細な説明を
参照することによりより十分に理解され、より容易に認
められるであろう。
【００１０】
【好ましい実施例の詳細な説明】図２を参照して、この
発明に従う、さまざまなタイプの足踏み運動をシミュレ
ーションする自己発電健康装置は、フレーム１０と、フ
レームに可動に関連付けられるガイド２０と、細長い足
部リンク１８ａおよび１８ｂの上にある１対の足ペダル
（足支持部）２２ａおよび２２ｂとを含む。足部リンク
１８ａおよび１８ｂの前方端は、ガイド２０により可動
に支持される。装置は、フレーム１０に対するガイド２
０の高さおよび角度付けられた向きのうち少なくとも１
つを選択的にかつ自動的に変更するための、（前方フー
ド２５に包含される）リフトシステム２４をさらに含
む。したがって、ユーザはガイド２０を容易に調節して
広範囲な足踏み運動をシミュレーションし得る。これら
の構成要素は一般的に、上記発明の背景の部分で参照さ
れた米国特許第６，１４６，３１３号に開示されたもの
と同等である。
【００１１】さらに図３を参照して、この発明に従う
と、自己発電健康装置は、第１および第２の足部リンク
１８ａおよび１８ｂに駆動可能に結合される（後方フー
ド３４に包含される）発電機３２をさらに含む。発電機
３２は作動されて、ユーザの足が第１および第２の足ペ
ダル２２ａおよび２２ｂにあるときのユーザの足踏み運
動によって電力を発生する。１つの実施例では、発電機
３２は、回転速度（ＲＰＭ）に比例する正弦波電圧を発
生する、ＤＣ永久磁石交流発電機を含む三相ＡＣ発電機
から形成される。ユーザの足踏み運動によって発電機３
２を作動させるため、発電機は、シャフト、チェーン、
動力伝達装置またはベルト（図示せず）などの任意の好
適な伝達手段を用いて足部リンク１８ａおよび１８ｂ
（図１参照）に結合されるはずみ車１４ａおよび１４ｂ
に駆動可能に結合される。発電機３２は、ユーザが非常
に低速でペダルを踏んでいるときですら電圧を発生する
ように設計される。ユーザに対するペダルへの抵抗は、
発電機３２から要求される電流の量に基づき、抵抗コン
トローラ３６によって制御される。すなわち、発電機３
２からより多くの電流が要求されると、発電機３２に電
力供給するのに必要なトルクのレベルが高くなり、か
つ、ペダルに対する抵抗がより高くなる。たとえば、こ
れは、発電機６０から要求される電流の量を定めかつ対
応のコマンド信号を抵抗コントローラ３６に送るＣＰＵ
／マイクロプロセッサ６０によって達成され得る。抵抗
コントローラ３６は、対応の界磁電流信号（たとえばパ
ルス幅変調信号）を発電機３２に送ることによって応答
する。界磁電流信号の変化は、発電機３２中の交流発電
機の界磁電流を変化させる。すなわち、交流発電機フィ
ールドの電流の増加によってその磁界の強さが増大し、
それにより、ユーザに対する交流発電機の抵抗を増大さ
せる。交流発電機フィールドの電流の減少によってその
磁界の強さが減少し、それにより、ユーザに対する交流
発電機の抵抗が減少する。界磁電流信号は、所望のレベ
ルの抵抗をユーザに与えるためのユーザのプログラミン
グによって変更され得る。発電機３２が発生する電圧
は、自己発電健康装置のさまざまな構成要素に電力供給
するために用いられ、これはより十分に後述される。
【００１２】この構成は、この例のガイド２０を作動さ
せる目的のため、実質的により多くの電流が発電機３２
から要求されると常に、ユーザに対するペダルへの抵抗
が増加することを必要とする。これは、ユーザが、自分
の足踏み運動に対する抵抗を実質的に一定に維持しなが
ら運動を続けたいと希望する場合には望ましくない。
【００１３】したがって、さらに図３を参照して、この
発明は、リフトシステム２４を作動させてガイド２０を
上下に動かし、ガイド２０が作動されているか否かにか
かわらず運動の間はユーザに対する抵抗を実質的に一定
に維持する電池４８の新たな配置を設ける。具体的に、
この発明に従うと、発電機３２からの電圧は整流され、
ＡＣ−ＤＣ変換器３８を介してＤＣ電圧に変換され、こ
れは次に汎用電源４０に電力供給する。汎用電源４０は
絶縁電源４２（たとえば、１８ボルト）および非絶縁電
源４４（たとえば、１２ボルト）を生じる。安全規則の
ため、１８ボルト絶縁電源４２は、アナログ接地に接続
された非絶縁電源４４から絶縁されるデジタル接地に接
続され、ユーザが触れる可能性のあるそれらの構成要素
を、ＡＣ発電機３２から直接に電力供給されるいずれの
回路からも完全に絶縁する（図３の「絶縁バリア」線を
参照）。非絶縁電源４４は抵抗コントローラ３６を動作
するのに用いられる。
【００１４】１つの実施例では、１８ボルト絶縁電源４
２は次に、電池充電器４６が電池４８を充電するように
１４．５ボルトに変換されるが、これは、リフトコント
ローラ５２の制御下でガイド２０が上下に動くようにＤ
Ｃガイドリフトモータ（アクチュエータ）２４に電力供
給するのに用いられる。当業者には明らかなように、従
来の電池の代わりに、いずれのタイプの電気エネルギ蓄
積媒体を用いてもよい。絶縁電源４２はＤＣ−ＤＣ変換
器５４を介して８ボルトにも変換され、健康装置のディ
スプレイパネル５６に電力供給する（図２も参照）。技
術分野で周知のように、ディスプレイ５６は、１つ以上
のディスプレイ画面と、多数の押し下げボタンからなる
コマンドコンソールとを含む。ディスプレイ画面はユー
ザにとって有用なさまざまな情報を提示するのに用いら
れ、一方、コマンドコンソールは、ユーザが装置を活性
化またはプログラムするのを許すように用いられる。Ｄ
Ｃ−ＤＣ変換器５４からの８ボルトは線形レギュレータ
５６を介して５ボルトにさらに変換され、ＣＰＵおよび
他の周辺機器６０に電力供給する。ＣＰＵ６０は、リフ
トコントローラ５２、上部ディスプレイ５６および抵抗
コントローラ３６の動作を調整する。
【００１５】重要なのは、電池４８を用いてガイド２０
に電力を供給しているため、ガイド２０を作動させるこ
とによって、（ユーザのプログラミングが発電機３２か
ら要求されている電力を変更する場合を除いて）ユーザ
が感じる、ペダル２２ａおよび２２ｂに対する抵抗の変
化が生じないことである。通常のガイドデューティサイ
クル動作は典型的に１６．６％であり、このことは、ガ
イド２０が作動される（オンの）各１分ごとに、ガイド
２０が作動されない（オフの）５分間が存在するという
ことである。したがって、電池４８は「オフ」サイクル
の間に充電されるように構成され、次に、「オン」サイ
クルの間は、電池充電器４６からの１４．５ボルトが、
ガイド２０を作動させるための電流のいくらかを供給
し、一方、電池４８が残余のものに供給する。その結
果、ユーザがペダルを踏んでいる間、システム全体は、
ユーザが供給するエネルギのみを用いて電力供給され、
ペダルに対する抵抗は、ガイド２０が作動されていない
ときですら変化しない。さらに、ユーザがペダルを踏む
のを止めた後２０−３０秒までの間、電池４８を用いて
ガイド２０に電力供給し、かつ、ＣＰＵ６０およびディ
スプレイパネル５６も維持し得る。
【００１６】この発明の好ましい実施例が図示され説明
されたが、この発明の精神および範囲から逸脱すること
なくさまざまな変更がその中でなされ得ることを認めら
れたい。たとえば、この発明の自己発電健康装置は、米
国特許第６，１４６，３１３号に記載のタイプのエリプ
ティカル・フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マ
シンを特に参照して説明されたが、この発明は、構成要
素の作動に関係なくユーザに対する抵抗を実質的に一定
に維持するための作動可能構成要素（たとえばガイド）
を有する他のタイプの自己発電健康装置に組入れられて
もよい。したがって、ユーザが、体の任意の部分の運動
を発電機を介して電力に変換し得るどの装置も（たとえ
ば、ローイングマシン、トレッドミル、階段昇り機、ウ
エイトマシン、運動用自転車など）、この発明を組入れ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術で公知のような、足ペダルのための
ガイドの異なる角度付けられた向きでのユーザの足の経
路を図示する、概略的形態で示されるエリプティカル・
フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マシンの側面
立面図である。
【図２】 この発明に従って形成される自己発電エリプ
ティカル・フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マ
シンの斜視図である。
【図３】 この発明に従って形成された自己発電エリプ
ティカル・フィットネス・クロストレーニング（Ｒ）マ
シンの電気的構成要素を図示するブロック図である。
【符号の説明】
１８ａ、１８ｂ 足部リンク、２０ ガイド、２２ａ、
２２ｂ 足ペダル、３２ 発電機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フアン−ルイス・ロペス−サンティリャー ナ アメリカ合衆国、98026 ワシントン州、 エドモンズ、エイティエイス・アベニュ・ ダブリュ、20621 (72)発明者 ローレンティウ・オラリウ アメリカ合衆国、98007 ワシントン州、 ベルビュー、エヌ・イー・サーティシック スス・ストリート、14612、ジィ−８ (72)発明者 ドナルド・エイ・デムース アメリカ合衆国、98291 ワシントン州、 スノーホーミシュ、ピィ・オゥ・ボック ス・81

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 さまざまなタイプの足踏み運動をシミュ
    レーションする自己発電健康装置であって、 フレームと、 フレームに可動に関連付けられるガイドと、 ユーザの足を受けるための足支持部とを含み、足支持部
    はガイドに結合され、さらに足支持部に結合される発電
    機を含み、発電機は、足支持部に作用するユーザの足踏
    み運動によって電力を発生するように作動され、さらに
    発電機が発生する電力の少なくとも一部を蓄積するよう
    に発電機に結合された電気エネルギ蓄積媒体と、 フレームに対するガイドの高さおよび角度付けられた向
    きのうち少なくとも１つを選択的かつ自動的に変更する
    ためのリフトシステムとを含み、リフトシステムは、発
    電機および電気エネルギ蓄積媒体の両者によって電力供
    給され、さらに発電機、電気エネルギ蓄積媒体およびリ
    フトシステムに結合されてそれらのそれぞれの動作を調
    整するためのマイクロプロセッサを含み、マイクロプロ
    セッサは発電機によって電力供給される、自己発電健康
    装置。
  2. 【請求項２】 発電機は三相ＡＣ発電機を含む、請求項
    １に記載の装置。
  3. 【請求項３】 電気エネルギ蓄積媒体は電池を含む、請
    求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 足支持部に加えられる抵抗を選択的に調
    節するための抵抗コントローラをさらに含み、抵抗コン
    トローラは、リフトシステムが作動されるか否かにかか
    わらず抵抗を実質的に一定に維持するようにマイクロプ
    ロセッサに結合される、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 抵抗コントローラは、足支持部に加えら
    れる抵抗を、界磁電流の関数として選択的に調節する、
    請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 電気エネルギ蓄積媒体は、ユーザがペダ
    ルを踏むのを止めた後、予め定められた時間の間、装置
    に電力供給するように用いられる、請求項１に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 足支持部は、それぞれユーザの左足およ
    び右足を受けるための第１および第２の足支持部を含
    む、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 フレームに取付けられたディスプレイパ
    ネルをさらに含み、ディスプレイパネルはマイクロプロ
    セッサに結合され、発電機が発生する電力の少なくとも
    一部は電気エネルギ蓄積媒体に蓄積されず、ディスプレ
    イパネルに電力供給するのに用いられる、請求項１に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 自己発電健康装置であって、 フレームと、 フレームに関連付けられた作動可能構成要素と、 ユーザの体の一部の運動を予め規定された動力に変換す
    る運動入力部と、 運動入力部に結合された発電機とを含み、発電機は活性
    化されて運動入力部を介したユーザの運動によって電力
    を発生し、さらに発電機が発生した電力の少なくとも一
    部を蓄積するように発電機に結合される電気エネルギ蓄
    積媒体と、 作動可能構成要素を選択的かつ自動的に作動させるため
    のアクチュエータとを含み、アクチュエータは発電機お
    よび電気エネルギ蓄積媒体の両者によって電力供給され
    る、自己発電健康装置。
  10. 【請求項１０】 作動可能構成要素は持上げ可能なガイ
    ドを含む、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 発電機は三相ＡＣ発電機を含む、請求
    項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 電気エネルギ蓄積媒体は電池を含む、
    請求項９に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 ユーザが感じる、運動入力部に加えら
    れる抵抗を選択的に調節するための抵抗コントローラを
    さらに含み、抵抗コントローラは、アクチュエータが作
    動されるか否かにかかわらず抵抗を実質的に一定に維持
    するように構成される、請求項９に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 抵抗コントローラは、運動入力部に加
    えられる抵抗を界磁電流の関数として選択的に調節す
    る、請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 電気エネルギ蓄積媒体は、ユーザが運
    動を止めた後、予め定められた時間の間、装置に電力供
    給するのに用いられる、請求項９に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 運動装置に自己発電させる方法であっ
    て、 フレームと、フレームに関連付けられた作動可能構成要
    素と、ユーザの体の一部の運動を予め規定された動力に
    変換する運動入力部と、運動入力部に結合された発電機
    と、発電機に結合された電気エネルギ蓄積媒体と、作動
    可能構成要素を選択的かつ自動的に作動させるためのア
    クチュエータとを含む健康装置を設けるステップと、 運動装置の運動入力部を用いてユーザが運動できるよう
    にするステップと、 ユーザの運動に基づいて、発電機を介して電力を発生す
    るステップと、 発電機が生成する電力の少なくとも一部を電気エネルギ
    蓄積媒体に蓄積するステップと、 発電機および電気エネルギ蓄積媒体の両者を用いて、作
    動可能構成要素用アクチュエータに電力供給するステッ
    プとを含む、方法。
  17. 【請求項１７】 運動装置はさまざまなタイプの足踏み
    運動をシミュレーションする自己発電健康装置を含み、
    作動可能構成要素はガイドを含み、運動入力部は少なく
    とも１つの足支持部を含み、アクチュエータはガイドを
    選択的に持上げるためのリフトシステムを含む、請求項
    １６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 電気エネルギ蓄積媒体は電池を含む、
    請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 アクチュエータに電力供給するステッ
    プは、運動入力部に加えられる抵抗を、アクチュエータ
    が電力供給されていないときに運動入力部に加えられる
    抵抗と実質的に同じに維持するステップをさらに含む、
    請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ユーザが運動を止めた後、予め定めら
    れた時間の間、電気エネルギ蓄積媒体を用いて装置に電
    力供給するステップをさらに含む、請求項１６に記載の
    方法。
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