JP2012066068A - ボート漕ぎ型運動機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気的に運動量を設定、制御でき、全長が短く、騒音が小さく、更に運動量などの情報の検出と設定書換えが可能な通信機能を有する、ボート漕ぎ型運動機器の実用化。
【解決手段】 運動者１が手でグリップ２を引っ張ると（図１では足に固定されるストレッチャー３０は省略されている。）、伝達系によって発電機３が加速され、制御装置４によって発電量が制御されてコンデンサ５に充電され、制御装置４は、コンデンサ５の電圧が所定の電圧になるように、放電抵抗である抵抗器６を通じて放電するか、またはDC/AC変換器７によって交流電源に変換し、運動者によって生み出されたエネルギーを消費させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筋力を鍛えるボート漕ぎ型運動機器において、発電機を利用し、運動量の個人毎の設定やデータ書換えが可能で、運動量情報をネットワークに送出できる通信機能を有する運動機器に関する。

従来のボート漕ぎ型運動機器は、ボート選手の陸上練習用として広く普及し、また全身運動機器として他のスポーツ選手の筋力向上用としても利用されている。直線往復運動で風車を回し、風車の速度二乗に比例した抵抗特性を利用して、風車速度を計測して運動量をモニタ表示する運動機器製品である。ローイングエルゴメータとも呼ばれている。

この従来の運動機器は、運動者の足が固定されており、膝を折り曲げた状態から伸ばす（蹴り下ろす）ことによる後方への動き、更に、背筋と腹筋を使ったボディスイングと伸びた腕を引くことによる後方への動きによって、手に持ったグリップに繋がれたチェーンが引かれ、風車を回して運動量を吸収する機器である。

チェーンと風車の間には、ワンウェイクラッチが挿入されている。運動する状態、即ち蹴り下ろして後方に移動するときにのみ、チェーンからの動力が伝わり、風車が加速されて運動量を吸収する。次に、運動者は、前方に屈むとともに膝を折り曲げて、次の運動への準備を行うが、運動者が前方に移動するときは、チェーンと風車は切り離されており、この間、風車は慣性力で回転を続ける。このように、運動者は直線の往復運動を行うが、風車は同じ方向に回り続けて、運動量を吸収することができる。

ローイングエルゴメータで横揺れを考慮した発明が提案されている（特許文献１）。

ローイングエルゴメータではないが、一般的なエルゴメータに関する運動療法装置が提案されている（特許文献２）。

特開２００７−３３０３９０号公報 特開１１−２６２５４２号公報

しかしながら、従来の方式によるローイングエルゴメータでは、風車の速度によって吸収負荷量が決まるため、個人毎に運動量を任意に設定できない。即ち、回転速度によって決まる負荷になるので、競技用の標準機としては優位性があるが、競技用のアスリートに標準を合わせると、子供や高齢者には重すぎて利用されない状態になる。風車のため、調整できる運動負荷量の可変幅が狭く、子供や高齢者など軽い負荷量から若者や競技選手などの重い負荷量に設定変更できないという問題がある。また、従来の運動機器は、足を固定しているストレッチャーを中心に、足の可動距離と更に背筋による上半身の反りの可動幅を加えた後退距離が1.5m以上必要で、更にストレッチャーより前に手が伸びる可動範囲と、風車の搭載スペースなどから前方に1ｍ程度の距離も必要となり、全長が長くなり、家庭に設置するスペースがない。また、風車を利用するため風切り音が大きく、広い空間の運動ジムなどでは問題ないが、静かな家庭などでは騒音が大きく使用できないという問題がある。このように、子供から高齢者までが手軽に使用でき、家庭でも使用できる全身運動機器が普及しないという課題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電気的に運動量を設定、制御でき、全長が短く、騒音が小さく、更に運動量などの情報の検出と設定書換えが可能な通信機能を有する、ボート漕ぎ型運動機器の実用化を目的とする。

本発明は、風車を発電機に置き換えて、電気的に運動量を制御できるようにしたものである。

着座位置である座席の可動域を微小とし、足を固定しているストレッチャーの可動域を大きくすることが好ましい。

運動者が手で握るグリップに伝達機構（例えばチェーンなど）を繋ぎ、腕を水平に引っ張れるような高さで運動機器の端部に滑車を設け、垂直方向下部へ直線運動を伝え、更にストレッチャー下部に設けられた発電機に運動量を伝達する機構を設け、短いスペースに収められるようにすることが好ましい。

グリップへと繋がる伝達機構が2連の動滑車を含み、また、伝達機構に対して所定の大きさの張力を与える機構を設け、足の可動域内または同程度の範囲内に、伝達機構が収まるようにすることが好ましい。

ストレッチャーにフックを設けて、未使用時にグリップを置けるようにすることが好ましい。

ストレッチャーに貫通穴を設け、パイプ材を通して、前後方向の直線往復運動にガイドし、ストレッチャーとパイプ材には軸受け機構を設けて滑らかに動くようにすることが好ましい。

前記パイプ材上方に、ストレッチャーの回転防止およびゴミなどの付着防止のための回転止め材を設けることが好ましい。

直線運動を回転運動に置き換え、ワンウェイクラッチ機構によって磁石を有する発電機に結合し、一定方向の回転運動に変換し、昇圧発電を行うことが好ましい。

前記昇圧発電されたエネルギーを吸収する小容量のコンデンサまたは大容量のスーパーキャパシタを設け、更に放電抵抗への通電を制御できることが好ましい。

運動者の力に相当する制御対象として発電機電流を制御し、運動者のスピードに相当する制御対象として、前記コンデンサまたはスーパーキャパシタの電圧を制御するため、放電抵抗への通電時間を制御することが好ましい。

滑車の回転数を検出するセンサを設けて、その回転方向と回転パルス数などから、漕ぐ位置に相当するストローク位置を算出することが好ましい。

前記ストローク位置に対応する運動負荷量をマップで与えることができ、かつ個人データとして、パソコンなどから設定更新でき、そのデータを保存できることが好ましい。

前記ストローク位置に対応する、発電電流、コンデンサ電圧、発電機回転数、そして電力量などの情報量をパソコンなどに送信できる機能を有することが好ましい。

上部に蓋を設け、棚または長椅子として利用できる構造とすることが好ましい。特に、食卓の長椅子として活用できるようにコンパクトな構造とすることが好ましい。

重心が安定するように、またカバーなどが設置し易いように、座席下部に発電機および制御回路などを設けることが好ましい。

発電機をストレッチャーに一体搭載し、ストレッチャーにパイプを貫通させて、スレッチャーを前後方向にスライドさせ、発電機を下部に搭載することが好ましい。

パイプの両端に滑車を設け、グリップからの力を伝えるチェーンをパイプの中を通し、かつチェーンの垂れ下がる部分に防振材を張り付けることが好ましい。

制御装置をストレッチャー上部に、そして、スライド方向に放熱器を設けることが好ましい。

一本漕ぎの伝達機構を更に併設し、左右のオールに相当するグリップを2個設け、踏力を伝えるストレッチャーは共通として、左右の力を吸収する発電機を各々設けて、二本オール漕ぎを実現させ、左右の漕ぎ力の差を検出してボートの進行方向を算出し、二次元の平面運動を実現させることが好ましい。

運動量吸収部としての前記発電機を出力軸を向かい合わせて配置し、その間に、直線運動を回転運動に変化させる滑車、ワンウェイクラッチ、伝動ベルトを各々設けて、左右のバランスよく配置することが好ましい。

請求項１の発明によれば、ストレッチャーの可動範囲が大きく、座席は、微小しか動かないため、高齢者でも、安心して着座することができる。また、座席位置がほぼ固定されるので背もたれや肘置きも容易に追加することができる。更に、運動エネルギーを、風切り音を伴う風車の回転エネルギーではなく、発電機の回転エネルギーに変換するので、運動量を電気的に制御できるとともに、風車を用いる場合と比べて、騒音を小さくすることができる。

請求項２の発明によれば、グリップおよびストレッチャーのいずれの動きによっても、発電機に回転力を伝達することができる。また、グリップおよびストレッチャーと、発電機とを連結する伝達機構を、前後に短いスペースに収めることができる。

請求項３の発明によれば、伝動ベルトに張力を与えることができるとともに、動滑車の可動範囲をストレッチャーの可動範囲に収め、伝達機構を前後に短いスペースに収めることができる。

請求項４の発明によれば、蓋を長椅子または棚として利用できるので、省スペース化することができる。

請求項５の発明によれば、発電機のトルクと回転速度を任意に設定、制御することにより、運動者の運動の力の大きさと速度を、必要に応じて、任意に設定、制御することができる。

請求項６の発明によれば、運動者に応じた運動量を設定することができ、また、設定を書き換えることができる。

請求項７の発明によれば、ボート漕ぎ型運動機器をインターネットなどに接続することにより、離れた相手とも画面を通して対戦することができる。

請求項８の発明によれば、長さを短くでき、構造をコンパクトにできる。

請求項９の発明によれば、防振材により、騒音を低減できる。

請求項１０の発明によれば、放熱器により、運動に伴う自冷効果を活用できる。

請求項１１の発明によれば、平面運動が可能になり、例えば、曲がった川を漕いで進む運動も実現できる。

請求項１２の発明によれば、左右のバランスが一層向上できる。

本発明実施形態のボート漕ぎ型運動機器のシステム構成図。 本発明実施形態のボート漕ぎ型運動機器の運動機器の構成図。 本発明実施形態のボート漕ぎ型運動機器の伝達機構の構成図。 ストレッチャーを前方へ移動させた状態の、伝達機構の構成図。 さらにグリップを後方に移動させた状態の、伝達機構の構成図。 運動機器の全体図（ 蓋を含む）。 電気系の主回路図。 制御ブロック図。 各パターンにおけるストロークと発電電流との関係を示すマップデータ。 ストロークと発電電流指令値の関係を示す図表。 パターン１における回転数と比率との関係を示す図表。 本発明実施形態のボート漕ぎ型運動機器の他の実施形態であるストレッチャー一体搭載方式の全体図。 同じくストレッチャー一体搭載方式の伝達機構の構成図。 同じく角パイプを用いたストレッチャーの支持機構の構成図。 同じく左右の二本オール用運動機器の伝達機構の構成図。 同じく左右の二本オール用ストレッチャーの構成図。 同じく制御装置の冷却器配置図。

以下、本発明の実施の一形態を説明する。図１は、エネルギーなどの流れとともに、システムの構成要素を示した図である。運動者１が手でグリップ２を引っ張ると（図１では足に固定されるストレッチャー３０は省略されている。）、伝達系によって発電機３が加速される。そして、制御装置４によって発電量が制御されてコンデンサ５に充電される。制御装置４は、コンデンサ５の電圧が所定の電圧になるように、放電抵抗である抵抗器６を通じて放電するか、またはDC/AC変換器７によって交流電源に変換し、運動者によって生み出されたエネルギーを消費させる。

モニタ画面を有するパソコン８によって、運動者の個人データを選択したり、またそのデータを書き換え更新したりできるものとし、そのデータを制御装置４に送信して、運動者毎に要求されるデータに基づいて発電量を制御できる構成とした。運動としては、直線の往復運動であるが、グリップを引く時のみに発電される。このため、引くときの位置（位置情報の算出に関しては後述する）と発電電流指令値を対応させた、例えば図９、図１０のような特性を有するマップが、データとして制御装置４のメモリーに保存されている。制御装置４は、該マップに基づいて発電機３の発電電流を制御する。このメモリーはパソコンから書き換え可能であり、個人毎に対応した発電量に設定できる。

図9に示すように、発電電流指令値は、ストローク（位置）に対してマップで設定できるので、ストローク、即ち位置によって発電電流指令値を任意に設定できる。このため、例えば、漕ぎ始めのところで発電量を増やして、負荷を重くしたり、または軽くしたりすることもできる。漕ぎの中間地点、または漕ぎ終わりの頃の負荷量も任意に設定可能であるので、運動者が筋力を強化したいところにあわせて負荷量（発電電力）を制御可能である。これにより、運動者に対して望まれる負荷量に設定できるので、運動者に最適な全身運動用の運動機器を提供できる。

本ボート漕ぎ型運動機器の構成を図２に示す。運動者は、微小範囲で可動な座席１０に座り、グリップ２を手に持ち、足をストレッチャー３０の足板３３の上に固定する。運動者は最初足を屈曲させて縮めた状態で、グリップ２を握り、背筋を伸ばして座り、グリップ２を引くと同時に屈曲させた足を延ばす動作を行なう。手の引く力と足の押し出す力がバランスすると座席１０は動かないが、実際には、ストレッチャー３０が押し出されるのと反対の方向に、微小距離、移動する。このため、座席１０には、図示しないスプリングなどによって、原点位置に戻ろうとする機能を持たせている。

グリップ２は、チェーンで構成された伝動ベルト１１に接続され、７個の滑車１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を介して、座席下の側板４２に接続される。滑車１５は、ストレッチャー３０の下部に支持され、足の動きと連動する。滑車１６には同軸に滑車２２がワンウェイクラッチを介して結合されている。運動者が手で引っ張るとともに足を蹴る方向のとき、即ち、運動エネルギーを発生しているときに、滑車１６の力が滑車２２に伝達される構造である。動滑車１７は、ゴムベルトなどの弾性部材２４に結合されて、巻き戻し機構２５によって前方に付勢されている。この前方への付勢により、伝動ベルト１１には、絶えずテンションが加わり引っ張られた状態となっている。伝達機構の動作については、後述する。

滑車２２は伝動ベルト２３を介して滑車２１に連結され、さらに、滑車２１と同軸に直結されている発電機３に連結される。運動エネルギーが発生しているときには、発電機３が回転駆動されて、発電することによって、そのエネルギーを吸収する。運動エネルギーが発生していないときは、ワンウェイクラッチで滑車２２と滑車１６とが切り離され、発電機は空転する。

ボート漕ぎ型運動機器の筐体の構成について説明する。座席１０が載る平面板４４が、前後して設けられた側板４２と４３によって支えられ、底板４１の一端に固定されている。底板４１のもう一方の端には、側板４５が垂直方向に固定されている。この側板４５は左右両側に設けられ、左右の側板４５の間には、側板４５と底板４１に対して垂直な平板４６が、固定されている。側板４２と平板４６との間にパイプ材３１と回転止め材３５が固定されている。

ストレッチャー３０は、足を固定する足板３３と、足板３３が固定される、貫通穴を設けた貫通材３２と、足板３３に固定された、グリップ２を掛けるフック３４から構成される。貫通材３２の貫通穴には、パイプ材３１を貫通させて、回転止め材３３を左右に分かれた足板３３の間に通して配置している。貫通材３２の貫通孔とパイプ材３１の間には、軸受け機構を設けている。足板３３に固定された運動者の足は、貫通材３２にガイドされて前後方向に移動する。貫通材３２がパイプ材３１を中心にして垂直面で回転しようとすると回転止め材３５が当接して回転を防止する。

運動者のエネルギーを伝達する伝達機構について、図３で示す。なお、図３〜図５では、見やすくするために、足板３３の上部およびフック３４は省略されている。また、２連の滑車１７は図２のように同軸上に配置されていないが、原理的には図２と変わらない。また、図２では側板４５に固定されていた滑車１２が、図３〜図５では平板４６に固定されているが、これについても、原理的に何ら変わるものではない。筐体の平板４６に固定される滑車１２、１３と、筐体の座席下の側板４２に固定されている滑車１４、１６、１８と、ストレッチャー３０の足板３３の下端部に固定される滑車１５と、2連の動滑車１７などが、伝動ベルト１１で図３のように結合される。運動者が手で握るグリップ２は、伝動ベルト１１によって、滑車１２、１３、１４を経てストレッチャー３０に固定された滑車１５に連結され、更に滑車１６に連結される。滑車１６には、同一軸上ワンウェイクラッチによって滑車２２が連結され、滑車２２には、伝動ベルト２３と滑車２１によって発電機３が連結される。即ち、グリップ２の動きとストレッチャー３０の動きが発電機３に伝わる構成である。

動滑車１７は、巻き戻し機構２５によって、図示の力２６で常に前方向の巻き戻し機構２５側に引っ張られている。この力は、ストレッチャー３０を後方向の側板４２側に戻そうとする力に、またグリップ２を前方向の平板４６側に戻そうとする復元力を発生させるとともに、伝動ベルト１１の緩みを防止する機構となる。

運動者の運動状態を二つに分けて説明する。運動者が脚力を使って運動し、ストレッチャー３０を前方向に移動させた状態を、図4に示す。さらに、背筋力と腹筋力を使って上体を前傾から後傾へとボディスイングさせた、または腕力などによってグリップが引っ張られた状態を、図５に示す。

図４に示すように、脚力２７によってストレッチャー３０が図示の矢印２８のように動かされた場合、グリップ２の位置は動かないため滑車１２、１３、１４は停止したままであるが、動滑車１７が矢印の２９のように動く。このときの伝動ベルト１１の動きに応じて滑車１６が回転し、脚力による運動者のエネルギーがワンウェイクラッチを介して発電機３に伝わり、発電されて電気エネルギーに変換される。この場合、動滑車１７は2連で構成されるため、ストレッチャー３０に固定された滑車１５の作動距離２８に対して動滑車１７の作動距離２９は１／２の値になる。

図５に示すように、さらにボディスイングなどの力３６によりグリップ２が矢印３７のように動かされた場合、ストレッチャー３０に固定された滑車１５は移動しなくても、グリップ２の動きが、各滑車を介して動滑車１７にまで伝達され、動滑車１７が矢印３８のように動く。即ち、グリップ２を引く力が、滑車１６を介して発電機３に伝達され、運動者のエネルギーは電気エネルギーに変換される。また、動滑車１７は2連で構成されるため、グリップ２の作動距離３７に対して動滑車１７の作動距離３８は１／４の値になる。

ストレッチャー３０の前方向への移動と、グリップ２の後方向への移動は、一般に、合わせて行なわれるので、動滑車１７の作動距離は、ストレッチャー３０の作動距離の１／２とグリップ２の作動距離の１／４を加算した値となる。一般的に、ストレッチャー３０とグリップ２の作動距離は、概ね同じ値であるから、動滑車１７の作動距離はストレッチャー３０の作動距離の３／４の値となる。動滑車１７を２連の滑車とすることにより、その作動距離を、ストレッチャーの作動距離内に収めることができる。 即ち、運動者の足が動く範囲内に収まり、筐体のコンパクト化が可能となる。

図６に示すように、本ボート漕ぎ型運動機器の設置を容易にするため、本装置に強度のある蓋を設け、長椅子や棚として活用できるようにして、省スペース化を図ることができる。平面板４４と側板４５との段差をなくすため、座席用の平面板４４に対して柱５３を設け、更に平面板５１と横柱５２とで構成される蓋５０を設けると、ボート漕ぎ型運動機器に対して容易に着脱可能となる。例えば、食卓の長椅子として活用する場合、食事の前に蓋を外せば運動機器として使用でき、運動を終了して蓋をすれば長椅子として使用できる。食事の前に、まず、運動するということが容易になり、習慣化できる。

図6は、座席下に発電機3など負荷吸収機構を設けたが、図12のように発電機3などを電気周りもストレッチャー30に一体搭載して、このストレッチャー30に角パイプ材31を貫通させてキャスター97（図１４参照）などでガイドさせて直線的にスライドできるようにすると、機械的強度を必要とする部分が集積化してコンパクトにできる。

まず、漕ぐ人の力は、手がグリップ２を引き、ストレッチャーの足板33を押すことによって運動し、その力はチェーン11によって滑車（歯車）12,13,14,15によって伝達される。

滑車12,13,14は、角パイプ31と機械的に結合され、滑車13,14とが同一直線上で引っ張りあうため、角パイプ31を動かす力は作用しない。

また、座席10は、漕力と同じ方向に少しスライドでき、図示していないが、どちらの方向にスライドしても中立位置に戻るようなスプリング（図示略）を設けている。

従って、漕ぐ人は、可動する座席10に座り、可動するグリップ2を持ち、可動する足板33を押す運動をするので、運動機器の筐体に外力を及ぼさない構造である。
即ち、漕ぐ人の体重だけが、筐体に加わる構造である。このことは、筐体をコンパクト設計できることを示す。

図14のように角パイプ31の一端には、角パイプを貫通したシャフト98に対して、ベアリングスペーサ121を挿入して自由な回転ができる滑車13が設け、ナット123で固定されている。もう一端には同様に下部方向に滑車14が設けられている。
チェーン11は、角パイプ31の中を通過させることにより、角パイプ31と平行に配置でき、回転モーメントの発生を抑えた小型実装とした。

滑車13,14の間隔が長いため、チェーン１１が重力によって下がって角パイプ３１の内面に接触して騒音の発生を防止するため、防振材であるゴム板39（図14等参照）を内面に実装した。

次に、発電機3を一体搭載されたストレッチャー30の構造と、伝達機構について図13,14で説明する。

ストレッチャー30は、チャンネル上91と下93が、4本のフレーム92によって角パイプ31を挟むように結合されている。また、上下のチャンネル９１，９３には、8個のキャスター97が固定され、角パイプ３１上のスライドを滑らかにしている。即ち、摩擦の小さい転がりを実現し、上下方向の動きを規制する。更に、図１４に示すように、滑車99が左右とその前後に設けて、左右の横方向の動きを規制する構造であり、モノレールのようにストレッチャー30は、角パイプ31を前後方向にスライドして直線運動をする。

ストレッチャー30の下部には、図13に示すように滑車15と発電機３が一体搭載されている。上下のチャンネル９１，９３には、足板33と結合するパイプ材96が貫通し、踏力は、足板33、パイプ材96、上下チャンネル91,93、フレーム92、シャフト98を介して滑車15に伝達され、押されて直線運動するとチェーン１１の噛み合いが変わり、回転運動に変換される。図14に示すシャフト99と滑車22とはワンウェイクラッチ(図示略)が設けられており、足板22を押し出す時に回転力が伝達され、伝動ベルト23によって滑車２１が回転し、発電機3に回転力が伝達される。

発電機３及びシャフト99は、チャンネル下93と機械的に直結されている。更に、制御装置4もチャンネル上91の上面に搭載して、機械部と回路部の全てをストレッチャー30に一体搭載した。

二連の動滑車17に張力を与えるためにゴムなどの弾性体24を滑車25を介して側板42に固定する構造とした。このようにすれば、ゴム弾性体24は、自然長以内の伸びとなり安定的の動作させることができる。

制御装置4を可動部のストレッチャー30に一体搭載させることにより、冷却効果を高める効果がある。運動機器を上部から見た図を図17に示す。ストレッチャー30の可動に伴い、上部に搭載された制御装置には、スライドに伴い、走行風124,125が発生する。高負荷の運動量が多いときの蹴り出しは、スライドの動きが速く、強い走行風124が発生する。反対に、戻す方向にも走行風125が発生する。制御装置4の壁面で、例えば121,122,123などの場所に電流制御するデバイスの冷却器を配置すれば、走行風を活用して冷却効果が高まる。
ストレッチャー一体型は、自分自身の運動によって冷却できるため、自冷効果があり、冷却器を小型化できる。

電気エネルギーの制御駆動回路について図７に示す。家庭の交流電源がなくても発電できるように、発電機３は、励磁を必要としない磁石式発電機である。発電機３は、昇降圧チョッパ６０に接続され、コンデンサ５に接続される。発電機３が回転すると、逆起電力が発生し、トランジスタ６２を短絡して、発電機３のインダクタンスに蓄えられるエネルギーを高め、その後、トランジスタ６２を開放してダイオード６３を介してコンデンサ５に電流を流す、所謂、昇圧チョッパ機能である。この昇圧チョッパ機能を活用して、発電機３の発電電流を定電流制御すれば、発電機３のトルク制御が可能になり、伝動ベルト１１などからなる伝達機構によって運動者のグリップ２を引く力に対する反力を与えることができる。即ち、発電電流を制御することにより、運動者の力を任意に制御することが可能になる。

コンデンサ５は、発電電流によって充電されるため、電圧が上昇するが、降圧チョッパ６９によって抵抗器６に放電させることによってコンデンサ５の電圧を任意に制御できる。発電機３の逆起電力よりもコンデンサ５の電圧を高めにすれば、常に昇圧チョッパ機能を働かせることができ、運動者の希望する力の制御が可能となる。降圧チョッパ６９は、コンデンサ電圧が所定の値になるようにPWM制御して、抵抗器６に電流を流して電気エネルギーを消費させる。

図７の主回路図は、昇降圧チョッパとコンデンサ、そして降圧チョッパと、従来知られている回路のみで構成されるが、コンデンサ容量を小さくして、その電圧を運動者の状態に応じて可変制御することを特徴としている。発電機３で発生した電気エネルギーをコンデンサ５に貯蔵するが、その電気エネルギーを抵抗器６で消費させる回路構成である。従って、コンデンサ容量を小さくできるので、回路の小型化ができる。

昇降圧チョッパ６０の降圧チョッパ機能は、発電機３の回転数が所定の値よりも低下した時に、コンデンサ５から駆動して回転数低下を防止するためのものである。運動者が運動エネルギーを発生しているときのみ、ワンウェイクラッチによって、発電機３が連結され、発電機３は回転駆動される。逆に、往復運動の運動者が初めの位置に戻るとき、ワンウェイクラッチによって発電機３が切り離され、発電機３は空転するが、摩擦などによって必要以上に回転が低下してしまうことが考えられる。このとき、降圧チョッパ機能を働かせることにより、回転低下を防止することができる。特に、子供や高齢者などの軽い運動を好む人には、回転数が低下すると慣性効果により更に重く感じる課題が起きるが、この降圧チョッパ機能により回転数低下がなくせるので、この課題を解決できる。

制御ブロック図を図８に示す。運動者に適した運動量をマップ情報としてパソコンで設定できるようにし、パソコンの通信機能を活用して制御装置４の電流設定器７７と電圧設定器８１に送信するとともに制御装置内部のデータをパソコンに取り込む。

滑車１４または滑車１６に設けられた回転数センサ７１のパルス信号から回転方向判別器７２で回転方向を判別し、原点位置検出器７３に出力する。運動者は往復運動をするため、伝動ベルト１１の動く方向は変化し、これに伴い滑車の回転方向が切り替わる。特に、運動エネルギーが加えられる方向に回転が切り替わる点を原点位置として検出し、原点位置検出器７３は位置情報算出器７５にリセット信号を出力するとともに、運動エネルギーがなくなる点も検出する。回転数パルスをカウントして位置変化量を算出する回転数積算器７４の値と前述の原点位置検出器７３のリセット信号とから位置情報算出器７５によって運動の位置情報を算出する。

位置情報算出器７５は、本実施形態においては、更に、エンジンの往復運動と同じように、位相面の考え方によって位置情報を正規化する。「往」を運動エネルギーが発生している期間で０〜180度、そして「復」を１８０〜３６０度とする。位置情報算出器７５は、前述した運動の位置情報をこのような位相に換算し、ストローク情報として、電流設定器７７に送る。

回転パルスの時間間隔から回転速度検出器７６で回転速度を検出して、電流設定器７７と電圧設定器８１に送る。

電流設定器７７は、パソコンから更新された運動者の希望のマップデータに対して、ストローク（位置）と速度を用いて、発電電流指令値を出力する。この発電電流指令値に対して定電流制御フィードバックして昇降圧チョッパ６０を制御する。

回転速度の上昇に伴い発電機電圧が高くなっても昇圧動作するように、電流設定器７７は、昇降圧チョッパのデューティ情報を電圧設定器８１に送る。電圧設定器８１は、発電機３の回転速度情報も加味してコンデンサ電圧指令値を算出し、この指令値に対して定電圧制御フィードバックして降圧チョッパ６９を制御して、抵抗器６で放電させる。また、定電流制御との干渉を防ぐため、コンデンサ電圧指令値には、時定数の大きなフィルター処理を行う。

制御系は、発電機電流の定電流制御ループと、コンデンサ電圧の定電圧制御ループの二つのループから構成される。発電機の電流は、運動者の力（トルク）に、コンデンサの電圧は、発電機の回転速度即ち運動者の直線運動の速度に相当する。従って、運動者の力と速度の任意な制御が実現され、運動者の様々なニーズに応えることができる。

運動のマップデータであるストロークと発電電流指令値の一例を図９に示し、図１０にその特性図を示す。運動者個人毎にマップを用意し、パソコンからデータ更新と選択ができるようにする。但し、運動エネルギーを発生しない期間である０と１８０〜３６０度では、発電電流指令値を０とする。マップであるため、必要なところを細かく設定すれば、任意の運動波形を設定でき、運動量が固定された従来の運動機器と異なり、運動者のニーズに応えることが可能となる。例えば、図１０のように、ストロークの小さいところ、即ち最初の蹴り出し直後の負荷を重くして鍛え、中間付近を軽くしてスピードを上げて、ボディスイングを伴うフィニッシュでは重くして筋力を鍛えるなどのニーズに対応できる。

従来の風車を利用したボート漕ぎ型運動機器では、風車を利用しているため、速度に応じて運動量が変化する。そこで、発電機を利用した本発明でも、そのような変化を取り入れるため、図９のマップと併せて、図１１のような、速度に対して比率を設定できるマップを設け、図9の発電電流指令値と、回転数によって決まる図１１の比率との乗算にて、より精密な制御を行なうための発電電流指令値を算出することもできる。
より精密な制御を行なうための発電電流指令値 ＝ 図９の発電電流指令値 × 図１１の比率

制御の結果である発電機電流からモータ特性より換算されるトルクを算出し、発電機電流と昇圧チョッパのデューティとからコンデンサへの充電電流を算出し、更にコンデンサ電圧との積で運動出力を算出する。そして制御装置内で算出したストロークと同期させてパソコンなどの外部に情報を通信データとして出力する。回転センサの信号の方向が切り換わる時点に於いて、運動者の全身運動に伴う直線運動の最大変位量を算出するとともに、その区間内の前記トルク及び運動出力の最大値、最小値などの情報を、パソコンなどの外部装置に通信データとして出力する。これにより、パソコンなどの情報処理によって、運動量が解るグラフなどに可視化する、例えば図１０のような表示をすることによって運動者にタイムリーに情報を提供でき、効率的、持続的な運動をさせることができる。

可視化された運動量などのリアルタイムなデータを、インターネット通信により離れた相手に送って、同期処理を行うことにより、相手の運動状態をモニタしながら運動を楽しむことができる。即ち、離れた相手と運動量の対戦をすることができ、時間と場所の制約から解放され、誰でもいつでも運動を楽しむことができる。本ボート漕ぎ運動機器は、全身の基礎体力の向上に効果的であり、家庭などでいつでも練習できるようになるので、運動量も増えて体力向上に効果的である。また、運動量の可視化の一例として、運動量情報をネット回線に設けられたサーバーに蓄積すれば、運動者のランキングを常に表示することができ、運動者のモチベーションを高めるのに効果的である。

上記の実施形態では、一本のオール漕ぎについて説明してきたが、別の実施形態によれば、この構造を図15のように並列に設けて、公園のボートのように左右別々のオール(図示略)で漕ぐ二本漕ぎ（スカル種目）を容易に実現できる。
各コンポーネントを並列に設けたので、例えば、右手のグリップを2R、左手を2Lとして、滑車12,13,14,15と発電機3も左右別々に設けた。

一本では、直線運動しかできなかったが、二本漕ぎとなれば、左右のオール(図示略)の漕ぎ量によって進行方向が異なり、直線運動ではなく、二次元の平面運動となる。平面運動が可能になれば、例えば曲がった川を漕いで進むことなどもできるようになる。
また、単調な動きだけでなく変化を持たせることができるので、楽しいゲームなども創ることができる。

チェーン11の始点と終点をグリップ2L,2Rの各々に結合すれば、動滑車17と側板42に固定される滑車16は共通化でき、図15のように一対で機能する。図中、点線は中心軸であり、滑車12L,12R,13L,13R,14L,14R,15L,15R,発電機３LRは、LとRが、それぞれ、同じ中心軸に取り付けられていて、同期して駆動する。グリップ2L,2Rは独立して動き、チェーン11の長さが変わる。但し、滑車16は、滑車15R,Lと結合させるため3連の滑車となる。

チェーン１１の幅は、1cm以下と短いので、並列に配置することは容易であるが、図16のようにして発電機３や滑車12〜15RL,16などをコンパクトに実装した。
滑車13R,Lと直結されるシャフト111R,Lを各々図16に様に同一軸上に配置しベアリングによってステー113R,L、114を介してチャンネル下93に固定される。

シャフト111R,Lは、ワンウェイクラッチ112R,Lを介して滑車（タイミングプーリ）22R,Lに結合され、伝動ベルトを介して発電機3R,Lの軸に直結された滑車（タイミングプーリー）21R,Lに結合させ、ストレッチャーを押し出す時に発電機3R,Lに回転力が伝達される構造とした。

チャンネル下93の幅は、漕ぐ人の足の間隔で規制され、概ね10cm以下の幅となる。このチャンネル下93に対して、図16のように発電機3R,Lをチャンネル外側に向かって実装し、場所も漕ぐ人の足を載せる足板33の背面側に位置させることにより、コンパクトな搭載とした。

＜更に異なる他の実施形態＞
上記実施形態では、伝達装置としてチェーンで構成された伝動ベルトと滑車を用いたが、騒音の小さなゴムベルトとプーリーでも構成できる。発電機は、電源がなくても発電できるように磁石式直流モータを用いたが、交流モータや直流分巻モータでも実現は可能である。抵抗器６で運動エネルギーを消費させる構成としたが、DC/ACコンバータを用いて家庭内の電源系に戻すことも可能である。

上記実施形態では、低回転域でのトルクを確保するため昇降圧チョッパを用いたが、昇降圧チョッパをなくして抵抗器へのチョッパで発電機電流を制御することも可能である。
上記実施形態では、小容量のコンデンサを用いたが、大容量のスーパーキャパシタを用いてもよい。

以上、本発明の好適な実施例を挙げて図示し説明したが、前述した実施例に限定されず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内において、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変更と修正等が可能である。よって、本発明の範囲は、上述した実施例に限定されて定められてはならず、特許請求の範囲およびその均等物によって定められるべきである。

１・・・運動者
２・・・グリップ
３・・・発電機
４・・・制御装置
５・・・コンデンサ
６・・・抵抗器
７・・・ＤＣ／ＡＣ変換器
８・・・パソコン
１０・・・座席
１１・・・伝動ベルト
１２〜１８、２１、２２・・・滑車
２３・・・伝動ベルト
２４・・・弾性部材
２５・・・巻き戻し機構
２７・・・脚力
３０・・・ストレッチャー
３１・・・パイプ材（丸、角）
３２・・・貫通材
３３・・・足板
３４・・・フック
３５・・・回転止め材
３６・・・ボディスイングなどの力
３９・・・ゴム板
４１・・・底板
４２、４３・・・側板
４４・・・平面板
４５・・・側板
４６・・・平板
６０・・・昇降圧チョッパ
６１、６２、６６・・・トランジスタ
６３、６４、６７・・・ダイオード
６５・・・コンデンサ
６９・・・降圧チョッパ
７１・・・回転数センサ
７２・・・回転方向判別器
７３・・・原点位置検出器
７４・・・回転数積算器
７５・・・位置情報算出器
７６・・・回転速度検出器
７７・・・電流設定器
８１・・・電圧設定器
８２・・・コンデンサ電圧検出器
８３・・・定電圧制御器
９１、９３・・・チャンネル
９２・・・フレーム
９４、９５・・・ステー
９６・・・パイプ
９７・・・キャスター
９８・・・シャフト
９９・・・滑車

Claims (12)

1. 運動者が着座する座席、運動者が手で握るグリップ、運動者の足を固定するストレッチャーを備え、運動者が手と足を前後方向に直線往復運動させるボート漕ぎ型運動機器において、
   前記座席を上半身の姿勢変化に伴う違和感をなくすために微小範囲だけ可動とし、
   前記ストレッチャーを、前後方向に伸びるパイプに貫通させることによって、前後方向に可動とし、
   手足の前記往復直線運動のうち、手の後ろ方向への直線運動と、足の前方向への直線運動を、運動エネルギーの発生する運動として定義し、
   複数の滑車とワンウェイクラッチによって、前記運動エネルギーの発生する運動の直線運動を、前記発電機の回転運動に変換し、
   前記運動エネルギーの発生する運動の運動エネルギーを、電気エネルギーに変換することを特徴とする、ボート漕ぎ型運動機器。
2. 前記複数の滑車は、第１〜第５の滑車を含み、
   前記第１の滑車は、前記グリップより前方に固定され、
   前記第２の滑車は、前記第１の滑車より下方に固定され、
   前記第３の滑車は、前記ストレッチャーの可動範囲よりも後方に固定され、
   前記第４の滑車は、前記ストレッチャーの下端部に固定され、
   前記第５の滑車は、前記ストレッチャーの可動範囲よりも後方に固定されて、前記ワンウェイクラッチと連結され、
   伝動ベルトによって、前記グリップ、前記第１、第２、第３、第４、第５の滑車の順に連結することを特徴とする、請求項１のボート漕ぎ型運動機器。
3. 前記複数の滑車は、更に第６、第７の滑車を含み、
   前記第６の滑車は、前後方向に可動な２連の動滑車であり、
   前記第７の滑車は、前記第６の滑車の可動範囲よりも後方に固定され、
   ２連の前記第６の滑車の間に前記第７の滑車が連結されるように、前記伝動ベルトによって前記第６、第７の滑車を連結し、
   さらに、前記第６の滑車の前方に、前記第６の滑車を前方へ付勢する付勢部材を設けたことを特徴とする請求項２のボート漕ぎ型運動機器。
4. 上部に、着脱可能な、平板上の蓋を設けたことを特徴とする請求項１または２のボート漕ぎ型運動機器。
5. 前記発電機を制御する制御装置、コンデンサ、および、抵抗器またはＤＣ／ＡＣ変換器を備え、
   該制御装置は、前記発電機の出力を短絡して昇圧回生して前記コンデンサに蓄電し、該蓄電された電荷を、前記抵抗器を介して放電するか、または前記ＤＣ／ＡＣ変換器を介して交流電源に変換する主回路構成を備え、前記発電機を定電流制御し、前記抵抗器または前記ＤＣ／ＡＣ変換器への放電時間をＰＷＭ制御して前記コンデンサ電圧を前記発電機の回転速度に応じて定電圧制御することにより、前記発電機のトルクと回転速度を任意に制御することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかのボート漕ぎ型運動機器。
6. 前記制御装置は、前記滑車の１つに設けられた回転数センサを備え、
   前記回転数センサの回転数パルス信号から回転方向判別器により回転方向を判別し、前記直線往復運動の運動方向が、前記運動エネルギーを発生する運動の運動方向に切り替わるタイミングで位置をゼロにリセットし、
   前記回転数センサの回転数パルス信号を積算して位置情報を算出し、
   前記制御装置は、さらに、該位置情報と発電電流指令値を対応させたマップを備え、該マップに基づいて前記発電機の電流を定電流制御し、
   該マップは、運動者ごとに設定、書き換え可能であることを特徴とする、請求項５のボート漕ぎ型運動機器。
7. 運動者の運動状態を示す情報として、前記位置情報、前記発電機の電流から換算したトルク、前記発電機の回転速度から換算した前記直線往復運動の速度、前記運動エネルギーの積算値、運動開始からの経過時間のうちの１つまたは複数を含む情報を外部に送信可能であることを特徴とする、請求項６のボート漕ぎ型運動機器。
8. 前記発電機を前記ストレッチャーに一体搭載し、前記ストレッチャーにパイプを貫通させて、前記スレッチャーを前後方向にスライドさせるようにしたこと、前記発電機を下部に搭載したことを特徴とする請求項１乃至７いずれかのボート漕ぎ型運動機器。
9. 前記パイプの両端に滑車を設け、前記グリップからの力を伝えるチェーンをパイプの中を通し、かつチェーンの垂れ下がる部分に防振材を張り付けた請求項１乃至８いずれかのボート漕ぎ型運動機器。
10. 前記制御装置をストレッチャー上部に、そして、スライド方向に放熱器を設けたことを特徴とする請求項５乃至９いずれかのボート漕ぎ型運動機器。
11. 一本漕ぎの伝達機構を更に併設し、左右のオールに相当するグリップを2個設け、踏力を伝えるストレッチャーは共通として、左右の力を吸収する発電機を各々設けて、二本オール漕ぎを実現させ、左右の漕ぎ力の差を検出してボートの進行方向を算出し、二次元の平面運動を実現させたことを特徴とする請求項８のボート漕ぎ型運動機器。
12. 運動量吸収部としての前記発電機を出力軸を向かい合わせて配置し、その間に、直線運動を回転運動に変化させる滑車、ワンウェイクラッチ、伝動ベルトを各々設けて、左右のバランスよく配置したことを特徴とする請求項１１のボート漕ぎ型運動機器。