JP2013248054A - Training device - Google Patents

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Katsunori Hirase
勝典 平瀬
Tatsuo Hiramatsu
達夫 平松
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a training device capable of controlling rotary torque of a rotational drive means such as a pedal to an ideal torque, charging a secondary battery by output of a generator rotated by the rotational drive means, effectively utilizing electric power energy, charging the secondary battery by a desirable current and prolonging service life, even with a very simple structure.SOLUTION: A training device includes: a power generation mechanism 1 having a generator 3 rotated via a rotational drive means 2 rotated by an action from the outside; a control circuit 4 for current-controlling power outputted from the power generation mechanism 1; a torque setting circuit 5 for controlling the control circuit 4 and controlling rotary torque of the generator 3; and a load resistor 6 and a secondary battery 7 connected to the control circuit 4. The control circuit 4 controls a load current to be made to flow to the load resistor 6 and a charging current of the secondary battery 7, and executes control so as to be a rotary torque set by the torque setting circuit 5.

Description

本発明は、ぺタル等の回転駆動手段を有するトレーニング装置に関し、とくにぺタル等の回転トルクで二次電池を充電しながら最適な回転トルクに制御できるトレーニング装置に関する。   The present invention relates to a training apparatus having a rotational driving means such as a petal, and more particularly to a training apparatus that can control an optimal rotational torque while charging a secondary battery with a rotational torque such as a petal.

ぺタルを回転するトレーニング装置は開発されている。(特許文献1〜3参照)
特許文献1のトレーニング装置は、ぺタルを回転して永久磁石式の直流発電機を回転する。このトレーニング装置は、既設の交流電源に接続している太陽電池等の直流電源部に、直流発電機の発電電力を供給する。このことを実現するために、直流発電機の出力電流を検出し、この検出電流を設定電流となるように制御する。発電機の出力電流を設定電流とするために、増幅器、PMW回路、三角波発生器、駆動回路からなる電流制御回路と、直流発電機の出力電圧をPVインバータの直流電源を構成するコンデンサの電圧より高くなるようにするMOSFETとダイオードからなる昇圧チョッパ回路を備えている。
Training devices that rotate petals have been developed. (See Patent Documents 1 to 3)
The training device of Patent Document 1 rotates a petal to rotate a permanent magnet type DC generator. This training apparatus supplies the generated power of a DC generator to a DC power supply unit such as a solar cell connected to an existing AC power supply. In order to realize this, the output current of the DC generator is detected, and the detected current is controlled to be a set current. In order to set the output current of the generator as the set current, the output voltage of the DC generator is determined from the voltage of the capacitor constituting the DC power source of the PV inverter, and the current control circuit including the amplifier, the PMW circuit, the triangular wave generator, and the drive circuit. A step-up chopper circuit composed of a MOSFET and a diode to be increased is provided.

特許文献2のトレーニング装置は、人力で回転されるぺタルで発電機を回転し、発電機の発電電力を電磁ブレーキに供給して消費すると共に、二次電池を充電する。   The training device of Patent Literature 2 rotates a generator with a petal that is rotated by human power, supplies and consumes the generated power of the generator to an electromagnetic brake, and charges a secondary battery.

特許文献3のトレーニング装置は、体力トレーニングを行う人の脈拍数を測定し、測定された脈拍数と予め設定された目標脈拍などの目標値との差から負荷抵抗の大きさを決定する。この決定された負荷抵抗の大きさに負荷抵抗調整装置が体力トレーニング装置本体の負荷抵抗の大きさを調節する。負荷抵抗調整装置は、体力トレーニング装置本体と連動する発電機と、負荷抵抗調整装置のエネルギ源及び制御系の電源となる二次電池とを備える。トレーニングを行うことにより発電機で発電し、この発電機の発生する電力で二次電池を充電し、体力トレーニング装置の負荷抵抗調節装置用のエネルギ源及び制御系の電源として使用する。   The training device of Patent Literature 3 measures the pulse rate of a person who performs physical fitness training, and determines the magnitude of the load resistance from the difference between the measured pulse rate and a target value such as a preset target pulse. The load resistance adjusting device adjusts the magnitude of the load resistance of the physical fitness training apparatus body to the determined magnitude of the load resistance. The load resistance adjusting device includes a generator that works in conjunction with the physical fitness training device body, and an energy source for the load resistance adjusting device and a secondary battery that serves as a power source for the control system. Electric power is generated by the generator by performing training, and the secondary battery is charged with the electric power generated by the generator and used as an energy source for the load resistance adjusting device of the physical fitness training apparatus and a power source for the control system.

特開平8−130899号公報JP-A-8-130899 特開平5−309148号公報JP-A-5-309148 特開平5−317457号公報JP-A-5-317457

特許文献1のトレーニング装置は、ぺタルで回転される発電機の出力を、既設の交流電源に接続している太陽電池等の直流電源部に供給するので、太陽電池と発電機の出力を負荷抵抗に供給して有効に利用できる。しかしながら、このトレーニング装置は回路構成が極めて複雑となって部品コストや組み立てコストが著しく高くなる欠点がある。また、発電機の出力を複雑な回路でコントロールして太陽電池の直流電源部に供給するので、太陽電池を備えない用途に使用できない欠点がある。   Since the training device of Patent Document 1 supplies the output of the generator rotated by a petal to a DC power supply unit such as a solar cell connected to an existing AC power supply, the output of the solar cell and the generator is loaded. It can be used effectively by supplying resistance. However, this training device has a drawback that the circuit configuration is extremely complicated, and the component cost and assembly cost are significantly increased. In addition, since the output of the generator is controlled by a complicated circuit and supplied to the DC power supply unit of the solar cell, there is a drawback that it cannot be used for applications that do not include a solar cell.

また、特許文献2のトレーニング装置は、ぺタルで回転される発電機の出力で二次電池を充電し、さらに、ぺタルの回転トルクをコントロールするために、機構が複雑な電磁ブレーキを使用するので、部品コストが高くなる。また、電磁ブレーキでは、回転速度が大幅に変動する状態で、回転トルクを精密に安定して制御するのが難しく、ぺタルの回転トルクを理想的な状態でコントロールするのが難しい欠点がある。   In addition, the training device of Patent Document 2 uses an electromagnetic brake with a complicated mechanism to charge a secondary battery with the output of a generator rotated by a petal and to control the rotational torque of the petal. As a result, the cost of parts increases. Further, the electromagnetic brake has a drawback that it is difficult to accurately and stably control the rotational torque in a state where the rotational speed varies greatly, and it is difficult to control the rotational torque of the petal in an ideal state.

さらに、特許文献3のトレーニング装置は、ぺタルの回転トルクを二次電池の充電電流でコントロールするので、二次電池を好ましい状態で充電するのが難しい欠点がある。二次電池は、満充電容量や種類などによって最適な充電電流が特定の範囲に制限される。過大電流で充電されたり過充電されると著しく劣化する性質がある。ぺタルの回転トルクで充電電流が特定されると、二次電池は常に好ましい電流では充電されず、著しく劣化して寿命が短くなったり、発熱して安全に充電できない等の弊害が発生する。このトレーニング装置は、モータでぺタルを回転して回転トルクを軽くしているが、この構造は、モータを必要とし、またモータの制御回路も必要とすることから部品コストが高く、構造も複雑になる欠点がある。   Furthermore, since the training device of Patent Document 3 controls the rotational torque of the petal with the charging current of the secondary battery, there is a drawback that it is difficult to charge the secondary battery in a preferable state. In the secondary battery, the optimum charging current is limited to a specific range depending on the full charge capacity and type. When charged with an excessive current or overcharged, it has the property of deteriorating significantly. If the charging current is specified by the rotational torque of the petal, the secondary battery is not always charged with a preferable current, and there are problems such as significant deterioration and shortening of the service life or generation of heat that cannot be safely charged. This training device uses a motor to rotate the petal to reduce the rotational torque, but this structure requires a motor and also requires a motor control circuit, so the parts cost is high and the structure is complicated. There are disadvantages to become.

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、ぺタル等の回転駆動手段の回転トルクを理想的なトルクにコントロールでき、しかも回転駆動手段で回転される発電機の出力で二次電池を充電して発電エネルギーを有効に利用でき、さらに二次電池を好ましい電流で充電して寿命を長くできるトレーニング装置を提供することにある。   The present invention was developed for the purpose of solving the above-mentioned drawbacks, and an important object of the present invention is to make the rotational torque of a rotational drive means such as a petal ideal torque while having a very simple structure. A training device that can control the power of the rechargeable battery with the output of the generator rotated by the rotation drive means and effectively use the generated energy, and further charge the rechargeable battery with a preferable current to extend the life. It is to provide.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明のトレーニング装置は、外部からの作用で回転される回転駆動手段2を介して回転される発電機3を備える発電機構1と、この発電機構1から出力される電力を電流制御する制御回路4と、この制御回路4を制御して発電機3の回転トルクをコントロールするトルク設定回路5と、制御回路4に接続してなる負荷抵抗6及び二次電池7とを備え、制御回路4が、負荷抵抗6に流す負荷電流と、二次電池7の充電電流とをコントロールして、トルク設定回路5で設定される回転トルクとなるように制御する。   A training apparatus according to the present invention includes a power generation mechanism 1 including a generator 3 that is rotated via a rotation driving unit 2 that is rotated by an external action, and a control circuit that controls the current output from the power generation mechanism 1. 4, a torque setting circuit 5 that controls the rotational torque of the generator 3 by controlling the control circuit 4, and a load resistor 6 and a secondary battery 7 that are connected to the control circuit 4. The load current flowing through the load resistor 6 and the charging current of the secondary battery 7 are controlled so that the rotational torque set by the torque setting circuit 5 is obtained.

以上のトレーニング装置は、極めて簡単な構造としながら、回転駆動手段の回転トルクを理想的なトルクにコントロールでき、しかも回転駆動手段で回転される発電機の出力で二次電池を充電して発電エネルギーを有効に利用でき、さらに二次電池を好ましい電流で充電して寿命を長くできる。回転駆動手段の回転トルクを理想的なトルクにコントロールできるのは、発電機の出力を負荷電流と二次電池の充電電流でコントロールするからである。負荷電流を大きく、また二次電池の充電電流を大きくして回転駆動手段の回転トルクを大きくできるが、負荷電流と充電電流は、簡単な回路で連続的に正確にコントロールできるので、回転トルクを理想的な状態に制御できる。また、負荷電流と充電電流の両方で回転駆動手段の回転トルクをコントロールするので、二次電池の充電電流を最適な電流にコントロールしながら、回転駆動手段の回転トルクを理想的な状態にコントロールできる。それは、充電電流が大きすぎるときには負荷電流を大きくし、充電電流が小さいときには負荷電流を小さくして、回転トルクをコントロールできるからである。また、二次電池が理想的な状態で充電されることから、劣化を少なくして寿命を長くできる特徴も実現する。   The above training device has an extremely simple structure, and can control the rotational torque of the rotational drive means to an ideal torque. In addition, the secondary battery is charged with the output of the generator rotated by the rotational drive means to generate the generated energy. Can be used effectively, and the life of the secondary battery can be extended by charging it with a preferable current. The reason why the rotational torque of the rotational drive means can be controlled to an ideal torque is because the output of the generator is controlled by the load current and the charging current of the secondary battery. The rotational current of the rotary drive means can be increased by increasing the load current and the charging current of the secondary battery, but the load current and charging current can be controlled continuously and accurately with a simple circuit. It can be controlled to an ideal state. In addition, since the rotational torque of the rotational drive means is controlled by both the load current and the charging current, the rotational torque of the rotational drive means can be controlled to an ideal state while controlling the charging current of the secondary battery to the optimum current. . This is because the rotational torque can be controlled by increasing the load current when the charging current is too large and decreasing the load current when the charging current is small. In addition, since the secondary battery is charged in an ideal state, a feature that reduces the deterioration and extends the life is also realized.

本発明のトレーニング装置は、発電機構1が交流発電機3Aと、この交流発電機3Aから出力される交流を整流して直流に変換する整流回路8とを備えることができる。
このトレーニング装置は、発電機に交流発電機を使用するので、発電機の構造が簡単になって故障が少なく、また、メンテナンスも簡素化できる。それは、交流発電機では、直流発電機のブラシに変わってスリップリングを使用するからである。
In the training apparatus of the present invention, the power generation mechanism 1 can include the AC generator 3A and the rectifier circuit 8 that rectifies the alternating current output from the alternating current generator 3A and converts it into direct current.
Since this training device uses an AC generator as a generator, the structure of the generator is simplified, there are few failures, and maintenance can be simplified. This is because the AC generator uses a slip ring instead of the brush of the DC generator.

本発明のトレーニング装置は、二次電池7を鉛バッテリとすることができる。
このトレーニング装置は、安価な二次電池で充電電流を大きくできる。
In the training apparatus of the present invention, the secondary battery 7 can be a lead battery.
This training device can increase the charging current with an inexpensive secondary battery.

本発明のトレーニング装置は、制御回路4が、オンオフのデューティーで負荷電流と充電電流をコントロールするスイッチング素子18を備えることができる。
このトレーニング装置は、スイッチング素子のデューティーを制御して、負荷電流と充電電流の両方を電力損失なくスムーズに、しかも大幅にコントロールして、回転駆動手段の回転トルクを理想的なトルクに制御できる。
In the training device of the present invention, the control circuit 4 can include the switching element 18 that controls the load current and the charging current with an on / off duty.
This training device can control the duty of the switching element to smoothly and significantly control both the load current and the charging current without power loss, and to control the rotational torque of the rotational driving means to an ideal torque.

本発明の一実施の形態にかかるトレーニング装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a training device according to an embodiment of the present invention. 回転駆動手段の回転トルクを設定トルクとする設定電流を示すグラフである。It is a graph which shows the setting electric current which makes rotation torque of a rotation drive means a setting torque. 制御回路が記憶する負荷電流と充電電流の比率の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the ratio of the load current memorize | stored in a control circuit, and a charging current.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのトレーニング装置を例示するものであって、本発明はトレーニング装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a training device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the training device as follows. Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.

図1のトレーニング装置は、外部からの作用で回転される回転駆動手段2を介して回転される発電機3を備える発電機構1と、この発電機構1から出力される電力を電流制御する制御回路4と、この制御回路4を制御して発電機3の回転トルクをコントロールするトルク設定回路5と、制御回路4に接続している負荷抵抗6と二次電池7とを備える。   The training apparatus of FIG. 1 includes a power generation mechanism 1 that includes a generator 3 that is rotated via a rotation drive unit 2 that is rotated by an external action, and a control circuit that controls the power output from the power generation mechanism 1. 4, a torque setting circuit 5 for controlling the rotational torque of the generator 3 by controlling the control circuit 4, a load resistor 6 and a secondary battery 7 connected to the control circuit 4.

回転駆動手段2は、外部からの作用で回転されて、この回転力で発電機3を回転させる。このような回転駆動手段2として、図に示すトレーニング装置は、ユーザーが足で回転させるペタル9を備えている。この回転駆動手段2は、ユーザーが足でペタル9を回転し、この回転力で発電機3を回転させる。ただ、回転駆動手段は、必ずしもユーザーが足で回転させるペタルには特定しない。回転駆動手段は、手回しのハンドルや、歩行やランニングにより回転するローラーとすることもできる。これらの回転駆動手段も、ユーザーの運動によって、ハンドルやローラーが回転されて、この回転力で発電機を回転させる構造とする。また、本発明のトレーニング装置は、トレーニングの対象を必ずしも人間には特定せず、犬やハムスター等の動物とすることもできる。
以下、回転駆動手段2をペタル9として、ユーザーがペタル9を介して発電機3を回転させる構造について説明する。
The rotation driving means 2 is rotated by an external action, and rotates the generator 3 with this rotational force. As such a rotation driving means 2, the training apparatus shown in the figure includes a petal 9 that a user rotates with a foot. In the rotation driving means 2, the user rotates the petal 9 with his / her foot, and the generator 3 is rotated by this rotational force. However, the rotational drive means is not necessarily specified as a petal that the user rotates with his / her foot. The rotation driving means may be a handwheel or a roller that rotates by walking or running. These rotation driving means also have a structure in which the handle and the roller are rotated by the user's movement and the generator is rotated by this rotational force. Moreover, the training apparatus of this invention does not necessarily specify the object of training to a human, but can also be animals, such as a dog and a hamster.
Hereinafter, a structure in which the rotation driving means 2 is the petal 9 and the user rotates the generator 3 through the petal 9 will be described.

発電機構1は、回転駆動手段2であるペタル9で回転される交流発電機3Aと、この交流発電機3Aから出力される交流を整流して直流に変換する整流回路8とを備える。交流発電機3Aは、動力伝達機構10を介して回転されるペタル9の回転軸に連結している。図の動力伝達機構10は、ペタル9をクランクアーム12の先端に連結しているクランク軸11に固定している大プーリ13と、発電機3の回転軸3aに固定している小プーリ14と、大プーリ13と小プーリ14とに連結しているベルト15とからなる。この動力伝達機構10は、ペタル9の回転を増速して交流発電機3Aを回転できる。クランク軸11は、180度クランクで、クランクアーム12の先端にペタル9を回転できるように連結している。ユーザーがペタル9に足を載せてクランク軸11を回転すると、大プーリ13と小プーリ14とベルト15を介して交流発電機3Aが回転される。交流発電機3Aは、励磁コイルの電流をコントロールして出力電圧を一定の電圧にコントロールしている。この交流発電機3Aは、所定の回転速度で回転される状態で、一定の電圧の交流を出力する。ただし、交流発電機は、回転速度に比例して出力電圧が高くなる発電機も使用できる。   The power generation mechanism 1 includes an AC generator 3A that is rotated by a petal 9 that is a rotation driving means 2, and a rectifier circuit 8 that rectifies the alternating current output from the alternating current generator 3A and converts it into direct current. The AC generator 3 </ b> A is connected to the rotating shaft of the petal 9 that is rotated via the power transmission mechanism 10. The illustrated power transmission mechanism 10 includes a large pulley 13 that fixes a petal 9 to a crankshaft 11 that is connected to the tip of a crank arm 12, and a small pulley 14 that is fixed to a rotating shaft 3 a of the generator 3. The belt 15 is connected to the large pulley 13 and the small pulley 14. The power transmission mechanism 10 can increase the rotation of the petal 9 and rotate the AC generator 3A. The crankshaft 11 is a 180-degree crank and is connected to the tip of the crank arm 12 so that the petal 9 can rotate. When the user puts his / her feet on the petal 9 and rotates the crankshaft 11, the AC generator 3 </ b> A is rotated via the large pulley 13, the small pulley 14 and the belt 15. The AC generator 3A controls the output voltage to a constant voltage by controlling the current of the exciting coil. The AC generator 3A outputs an alternating current with a constant voltage while being rotated at a predetermined rotational speed. However, an alternator whose output voltage increases in proportion to the rotational speed can be used as the alternator.

整流回路8は、交流発電機3Aから出力される三相交流を整流するダイオードブリッジ16と、ダイオードブリッジ16から出力される脈流を平滑化する電解コンデンサ17とからなる。三相交流をダイオードブリッジ16で整流する回路は、出力される脈流のリップルが小さくなるので、必ずしも電解コンデンサを接続する必要はない。   The rectifier circuit 8 includes a diode bridge 16 that rectifies the three-phase alternating current output from the AC generator 3A, and an electrolytic capacitor 17 that smoothes the pulsating current output from the diode bridge 16. The circuit that rectifies the three-phase alternating current with the diode bridge 16 reduces the ripple of the pulsating current that is output, so it is not always necessary to connect an electrolytic capacitor.

図1の発電機構1は、交流発電機3Aから出力される交流電力を整流回路8で整流して直流に変換するが、発電機構には直流発電機も使用できる。直流発電機は、直流電力を出力するので、整流回路を設ける必要がない。   The power generation mechanism 1 in FIG. 1 rectifies AC power output from the AC generator 3A by a rectifier circuit 8 and converts it into DC, but a DC generator can also be used for the power generation mechanism. Since the direct current generator outputs direct current power, it is not necessary to provide a rectifier circuit.

制御回路4は、回転駆動手段2であるペタル9の回転トルクを、トルク設定回路5でセットする設定トルクとするように、発電機構1の出力電流をコントロールする。発電機構1の出力電流を大きく設定すると、ペタル9の回転トルクは大きく、反対に発電機構1の出力電流を小さく設定するとペタル9の回転トルクは小さくなる。したがって、制御回路4が出力電流をコントロールして、ペタル9の回転トルクを設定トルクにできる。   The control circuit 4 controls the output current of the power generation mechanism 1 so that the rotational torque of the petal 9 that is the rotational driving means 2 is set to the torque set by the torque setting circuit 5. When the output current of the power generation mechanism 1 is set large, the rotational torque of the petal 9 is large. Conversely, when the output current of the power generation mechanism 1 is set small, the rotational torque of the petal 9 is small. Therefore, the control circuit 4 can control the output current to set the rotational torque of the petal 9 to the set torque.

制御回路4は、これに接続している負荷抵抗6に流れる負荷電流と二次電池7の充電電流をコントロールして、発電機構1の出力電流をコントロールする。制御回路4は、発電機構1の出力電流をできる限り大きく、すなわち負荷電流に対する充電電流の比率を大きくして二次電池7に供給する。発電機構1の発電エネルギーを有効に二次電池7に蓄電するためである。ただ、二次電池7は、過充電すると劣化して寿命が短くなるので、過充電しないように充電電流を制御する。図1の制御回路4は、二次電池7である鉛バッテリの電圧を検出しながら、充電電流を制御する。二次電池7を鉛バッテリとするトレーニング装置は、鉛バッテリの電圧が14.5Vを越えないように、充電電流をコントロールする。   The control circuit 4 controls the output current of the power generation mechanism 1 by controlling the load current flowing through the load resistor 6 connected thereto and the charging current of the secondary battery 7. The control circuit 4 increases the output current of the power generation mechanism 1 as much as possible, that is, increases the ratio of the charging current to the load current and supplies it to the secondary battery 7. This is to effectively store the generated energy of the power generation mechanism 1 in the secondary battery 7. However, since the secondary battery 7 deteriorates when it is overcharged and its life is shortened, the charging current is controlled so as not to overcharge. The control circuit 4 in FIG. 1 controls the charging current while detecting the voltage of the lead battery that is the secondary battery 7. The training device using the secondary battery 7 as a lead battery controls the charging current so that the voltage of the lead battery does not exceed 14.5V.

二次電池7は必ずしも鉛バッテリとする必要はなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池など、充電できる全ての二次電池を使用できる。ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などのアルカリ電池は、たとえば、充電電流を一定の電流に制限して定電流充電し、定電流充電する状態で電池の電圧がピーク電圧からΔV低下すると、満充電されたと判定して、充電電流を遮断する。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、電池電圧が4.1V/セル〜4.3V/セルを越えないように、充電電流を制御する。   The secondary battery 7 is not necessarily a lead battery, and any rechargeable secondary battery such as a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, a lithium ion battery, or a lithium polymer battery can be used. Alkaline batteries such as nickel metal hydride batteries and nickel cadmium batteries are fully charged when, for example, the charging current is limited to a constant current and constant current charging is performed, and the battery voltage drops by ΔV from the peak voltage in a constant current charging state. The charging current is cut off. Lithium ion batteries and lithium polymer batteries control the charging current so that the battery voltage does not exceed 4.1 V / cell to 4.3 V / cell.

制御回路4は、充電電流と負荷電流のトータル電流を設定電流とするように制御して、回転駆動手段2であるペタル9の回転トルクを設定トルクとする。すなわち、充電電流と負荷電流を加算したトータル電流を設定電流とする。   The control circuit 4 controls the total current of the charging current and the load current to be the set current, and sets the rotational torque of the petal 9 that is the rotation driving means 2 as the set torque. That is, the total current obtained by adding the charging current and the load current is set as the set current.

制御回路4は、負荷電流と充電電流を制御するスイッチング素子18を備える。スイッチング素子18は、FETやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。制御回路4は、コントロール回路19で、スイッチング素子18を所定の周期でオンオフに切り換えるデューティーを調整して、負荷電流と充電電流をコントロールする。コントロール回路19は、スイッチング素子18のオフ時間に対するオン時間を長くして、すなわちデューティーを大きくして、負荷電流と充電電流を大きくし、反対にデューティーを小さくして負荷電流と充電電流を小さく調整する。   The control circuit 4 includes a switching element 18 that controls a load current and a charging current. The switching element 18 is a semiconductor switching element such as an FET or a transistor. The control circuit 4 controls the load current and the charging current by adjusting the duty for switching the switching element 18 on and off at a predetermined cycle by the control circuit 19. The control circuit 19 increases the ON time with respect to the OFF time of the switching element 18, that is, increases the duty, increases the load current and the charging current, and conversely decreases the duty to decrease the load current and the charging current. To do.

制御回路4は、負荷抵抗6に流れる負荷電流と、二次電池7の充電電流とを別々にコントロールして、トータル電流を調整する。負荷抵抗6と二次電池7の電流を独立して調整するために、整流回路8の出力側を分岐して、各々の出力側にスイッチング素子18を接続している。負荷抵抗6に流れる負荷電流は、整流回路8の出力側と負荷抵抗6との間に接続している第1のスイッチング素子18Aのデューティーを調整してコントロールされ、二次電池7の充電電流は、整流回路8の出力側と二次電池7との間に接続している第2のスイッチング素子18Bのデューティーを調整してコントロールされる。制御回路4は、負荷電流と充電電流のトータル電流を、トルク設定回路5から入力される設定電流とするように、第1のスイッチング素子18Aと第2のスイッチング素子18Bのデューティーをコントロール回路19で制御する。   The control circuit 4 controls the load current flowing through the load resistor 6 and the charging current of the secondary battery 7 separately to adjust the total current. In order to independently adjust the currents of the load resistor 6 and the secondary battery 7, the output side of the rectifier circuit 8 is branched, and a switching element 18 is connected to each output side. The load current flowing through the load resistor 6 is controlled by adjusting the duty of the first switching element 18A connected between the output side of the rectifier circuit 8 and the load resistor 6, and the charging current of the secondary battery 7 is The duty of the second switching element 18B connected between the output side of the rectifier circuit 8 and the secondary battery 7 is adjusted and controlled. The control circuit 4 uses the control circuit 19 to set the duty of the first switching element 18A and the second switching element 18B so that the total current of the load current and the charging current is the set current input from the torque setting circuit 5. Control.

トルク設定回路5は、ユーザーが回転駆動手段2であるペタル9を回転する回転トルクを設定トルクとする設定電流を制御回路4に出力する。図2は、ペタル9の回転トルクを設定トルクとする設定電流を示すグラフである。この図に示すように、ペタル9の設定トルクは、設定電流を大きくして大きくなる。トルク設定回路5は、図2に示す設定トルクに対する設定電流を関数として、あるいはルックアップテーブルとして記憶している。さらに、トルク設定回路5は、図1に示すように、設定トルクを増加し、また減少させるスイッチ21と、設定トルクを表示する表示部22とを備える。このトルク設定回路5は、ユーザーがスイッチ21を操作して、表示部22の設定トルクを自分の好きなトルクに設定する。トルク設定回路5は、ユーザーの設定トルクから設定電流を特定して、設定電流を制御回路4に出力する。   The torque setting circuit 5 outputs, to the control circuit 4, a set current having a set torque that is a rotation torque for the user to rotate the petal 9 as the rotation drive unit 2. FIG. 2 is a graph showing the set current with the rotational torque of the petal 9 as the set torque. As shown in this figure, the set torque of the petal 9 is increased by increasing the set current. The torque setting circuit 5 stores the set current for the set torque shown in FIG. 2 as a function or as a lookup table. Further, as shown in FIG. 1, the torque setting circuit 5 includes a switch 21 that increases and decreases the set torque, and a display unit 22 that displays the set torque. In the torque setting circuit 5, the user operates the switch 21 to set the torque set on the display unit 22 to his or her favorite torque. The torque setting circuit 5 specifies a set current from the user's set torque and outputs the set current to the control circuit 4.

制御回路4は、設定電流に対する負荷電流と充電電流を関数又はルックアップテーブルとして記憶している。制御回路4は、充電電流が二次電池7の最大充電電流を越えないように、設定電流に対する負荷電流と充電電流を記憶している。図3は、制御回路4が記憶する負荷電流と充電電流の比率を示している。この図のように記憶する制御回路4は、設定電流が二次電池7の最大充電電流よりも小さい領域においては、設定電流を充電電流とする。設定電流が最大充電電流よりも大きくなると、設定電流と充電電流の差電流を負荷電流とする。ただし、図3の鎖線で示すように、設定電流が次第に大きくなるにしたがって、充電電流と負荷電流を大きくして、負荷電流と充電電流のトータル電流が設定電流となるように制御することもできる。   The control circuit 4 stores the load current and the charging current with respect to the set current as a function or a lookup table. The control circuit 4 stores the load current and the charging current with respect to the set current so that the charging current does not exceed the maximum charging current of the secondary battery 7. FIG. 3 shows the ratio between the load current and the charging current stored in the control circuit 4. The control circuit 4 storing as shown in this figure sets the set current as the charge current in the region where the set current is smaller than the maximum charge current of the secondary battery 7. When the set current becomes larger than the maximum charge current, the difference current between the set current and the charge current is set as the load current. However, as shown by the chain line in FIG. 3, the charging current and the load current can be increased as the set current gradually increases, and the total current of the load current and the charging current can be controlled to be the set current. .

さらに、制御回路4は、負荷電流に対する第1のスイッチング素子18Aのデューティーと、充電電流に対する第2のスイッチング素子18Bのデューティーも関数又はルックアップテーブルとして記憶している。回転速度に対して出力電圧が変化する発電機3を備えるトレーニング装置は、整流回路8の出力電圧と負荷電流に対する第1のスイッチング素子18Aのデューティーと、出力電圧と充電電流に対する第2のスイッチング素子18Bのデューティーを関数又はルックアップテーブルとして記憶している。   Furthermore, the control circuit 4 also stores the duty of the first switching element 18A with respect to the load current and the duty of the second switching element 18B with respect to the charging current as a function or a lookup table. The training apparatus including the generator 3 whose output voltage changes with respect to the rotation speed includes the duty of the first switching element 18A for the output voltage and load current of the rectifier circuit 8, and the second switching element for the output voltage and charging current. The duty of 18B is stored as a function or a lookup table.

図1のトレーニング装置は、整流回路8の出力電流を検出する電流検出回路20を備えており、この電流検出回路20の検出電流が設定電流となるように、コントロール回路19が第1のスイッチング素子18Aと第2のスイッチング素子18Bをオンオフに切り換えるデューティーを調整する。   The training device of FIG. 1 includes a current detection circuit 20 that detects the output current of the rectifier circuit 8, and the control circuit 19 controls the first switching element so that the detection current of the current detection circuit 20 becomes a set current. The duty for switching on and off 18A and second switching element 18B is adjusted.

制御回路4は、トルク設定回路5から入力される設定電流が、負荷電流と充電電流のトータル電流となるように、第1のスイッチング素子18Aと、第2のスイッチング素子18Bのデューティーを制御する。   The control circuit 4 controls the duty of the first switching element 18A and the second switching element 18B so that the set current input from the torque setting circuit 5 becomes the total current of the load current and the charging current.

以上のトレーニング装置は、以下のようにして、回転駆動手段2であるペタル9の回転トルクを設定トルクとする。
(1)ユーザーがトルク設定回路5を操作して、設定トルクを入力する。
(2)トルク設定回路5は、設定トルクから設定電流を特定する。
(3)設定電流がトータル電流となるように、制御回路4は第1のスイッチング素子18Aと第2のスイッチング素子18Bをオンオフに切り換えるデューティーを制御する。
第1のスイッチング素子18Aが所定のデューティーでオンオフに切り換えられて、負荷抵抗6に流れる平均電流が設定値に調整され、さらに、第2のスイッチング素子18Bが所定のデューティーでオンオフに切り換えられて、二次電池7の平均電流が設定値に調整される。
(4)負荷抵抗6と充電電流のトータル電流が設定電流に調整されて、回転駆動手段2であるペタル9の回転トルクは設定トルクに調整される。
The training apparatus described above sets the rotational torque of the petal 9 as the rotational drive means 2 as the set torque as follows.
(1) The user operates the torque setting circuit 5 to input a set torque.
(2) The torque setting circuit 5 specifies a set current from the set torque.
(3) The control circuit 4 controls the duty for switching the first switching element 18A and the second switching element 18B on and off so that the set current becomes the total current.
The first switching element 18A is switched on / off at a predetermined duty, the average current flowing through the load resistor 6 is adjusted to a set value, and the second switching element 18B is switched on / off at a predetermined duty, The average current of the secondary battery 7 is adjusted to the set value.
(4) The total current of the load resistor 6 and the charging current is adjusted to the set current, and the rotational torque of the petal 9 which is the rotation driving means 2 is adjusted to the set torque.

本発明は、ペタル等の回転駆動手段を回転するトレーニング装置であって、とくにペタル等の回転トルクで二次電池を充電するトレーニング装置に好適に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a training device that rotates a rotational driving means such as a petal, and can be suitably used particularly for a training device that charges a secondary battery with a rotational torque such as a petal.

1…発電機構
2…回転駆動手段
3…発電機 3A…交流発電機
3a…回転軸
4…制御回路
5…トルク設定回路
6…負荷抵抗
7…二次電池
8…整流回路
9…ペタル
10…動力伝達機構
11…クランク軸
12…クランクアーム
13…大プーリ
14…小プーリ
15…ベルト
16…ダイオードブリッジ
17…電解コンデンサ
18…スイッチング素子 18A…第1のスイッチング素子
18B…第2のスイッチング素子
19…コントロール回路
20…電流検出回路
21…スイッチ
22…表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power generation mechanism 2 ... Rotation drive means 3 ... Generator 3A ... Alternator
3a ... Rotating shaft 4 ... Control circuit 5 ... Torque setting circuit 6 ... Load resistance 7 ... Secondary battery 8 ... Rectifier circuit 9 ... Petal 10 ... Power transmission mechanism 11 ... Crankshaft 12 ... Crank arm 13 ... Large pulley 14 ... Small pulley DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Belt 16 ... Diode bridge 17 ... Electrolytic capacitor 18 ... Switching element 18A ... 1st switching element
18B ... 2nd switching element 19 ... Control circuit 20 ... Current detection circuit 21 ... Switch 22 ... Display part

Claims (4)

外部からの作用で回転される回転駆動手段(2)を介して回転される発電機(3)を備える発電機構(1)と、この発電機構(1)から出力される電力を電流制御する制御回路(4)と、この制御回路(4)を制御して発電機(3)の回転トルクをコントロールするトルク設定回路(5)と、前記制御回路(4)に接続してなる負荷抵抗(6)及び二次電池(7)とを備え、
前記制御回路(4)が、前記負荷抵抗(6)に流す負荷電流と、前記二次電池(7)の充電電流とをコントロールして、前記トルク設定回路(5)で設定される回転トルクとなるように制御することを特徴とするトレーニング装置。
A power generation mechanism (1) having a generator (3) rotated via a rotation drive means (2) rotated by an external action, and a control for current control of electric power output from the power generation mechanism (1) A circuit (4), a torque setting circuit (5) for controlling the rotational torque of the generator (3) by controlling the control circuit (4), and a load resistor (6) connected to the control circuit (4) ) And a secondary battery (7),
The control circuit (4) controls the load current flowing through the load resistor (6) and the charging current of the secondary battery (7), and the rotational torque set by the torque setting circuit (5) A training apparatus characterized by being controlled to become.
前記発電機構(1)が交流発電機(3A)と、この交流発電機(3A)から出力される交流を整流して直流に変換する整流回路(8)とを備える請求項1に記載されるトレーニング装置。   The said power generation mechanism (1) is provided with an alternating current generator (3A) and the rectifier circuit (8) which rectifies | straightens the alternating current output from this alternating current generator (3A), and converts it into direct current | flow. Training device. 前記二次電池(7)が鉛バッテリである請求項1又は2に記載されるトレーニング装置。   The training device according to claim 1 or 2, wherein the secondary battery (7) is a lead battery. 前記制御回路(4)が、オンオフのデューティーで負荷電流と充電電流をコントロールするスイッチング素子(18)を備える請求項1ないし3のいずれかに記載されるトレーニング装置。   The training device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control circuit (4) includes a switching element (18) for controlling a load current and a charging current with an on / off duty.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3097134A1 (en) * 2019-06-11 2020-12-18 Cpf Individual sports equipment generating electricity

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