JP3463494B2

JP3463494B2 - 走行型健康機

Info

Publication number: JP3463494B2
Application number: JP00931997A
Authority: JP
Inventors: 寿夫西村; 治司中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JPH10203467A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、身体の鍛練に使用
するもので、特に足腰筋力向上及び心肺持久力向上に有
用な屋外健康機に関し、更に詳しくは、人力駆動にて自
走する自転車、車椅子、軽車両等の形態にて、人力入力
制御を行う走行型健康機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、日本人は身体運動の少ない座業的
生活習慣の増大に加えて過食傾向による冠動脈性心疾
患、高血圧、肥満等が死亡原因となる比率が高まると共
に、腰痛、情緒的ストレス等の障害も多くなる傾向とな
っている。

【０００３】従来、上記問題解決手段として、スポーツ
による健康作りが推奨され、ランニング、球技、体操、
水泳、格技等種々実行されている。機器を使用する運動
として、例えば、トレッドミル、自転車、自転車型屋内
健康機がある。

【０００４】ランニングは全身運動として適切である
が、局部に衝激荷重がかかり膝関節を痛める等の問題が
あった。トレッドミル、屋内健康機は、負荷は制御出来
るが屋内設置であり、設置場所が限定されると共に運動
の楽しさは少なく、情緒的に好ましくなかった。またサ
イクリングは呼吸循環機能に適度の刺激を与え、身体機
能の活動水準を高め有酸素運動をする万人向きの理想的
運動であるが、通常の使用では単位時間当りのエネルギ
ー消費量は少なく、効果を発揮させるには長時間を要
し、又個人体力レベル、運動プログラムに応じた運動力
調節が出来なかった。

【０００５】この問題を解決するため、実開平６２−１
２８５６０号公報に開示された技術が知られている。こ
れは所定の負荷を付与しつつ走行する屋外健康機であ
る。しかし、前記負荷量は人力入力に関連なく一定に制
御する方式のため、坂の有無等の路面状況及び走行速度
により押力は大きく変化し、逆に走行距離、走行時間で
は自動的には負荷量は変化しなかった。

【０００６】また特開平４−１００７９０号、特開平６
−１０７２６７号の各公報に開示されたように、人体指
標の増減に対応させ、モータの駆動力を制御する例もあ
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で、実開平
６２−１２８５６０号公報に記載のものでは、これより
も以前の自転車型屋内健康機に比べ情緒的には改善され
たものの、負荷量は走行時間、つまり肉体的疲労度等に
応じては変化しない為、効率的な身体機能改善効果の面
では劣るものであった。

【０００８】また特開平４−１００７９０号、特開平６
−１０７２６７号の各公報に記載のものの場合では、駆
動用電動モータのみでは昇り坂と同様のペダル押力を下
り坂では負荷しにくく、また運動プログラムに基づいた
押力制御が出来にくいものであった。

【０００９】一般的に中等度から高いエネルギー消費的
運動は心肺機能適性の有意な向上を示すが、低いエネル
ギー消費量の身体運動では、なんらの改善もみられな
い。継続して適切な負荷を与える事が重要である。ま
た、屋内で長時間、固定位置で運動するより、屋外で様
々な環境のもとで運動する方が情緒的に良く、継続出来
る。

【００１０】本発明は前記従来の問題点を解決し、適切
な運動処方を可能とするため、機器を屋外走行式とし、
適切な負荷をかける事により人力入力を路面状況に関係
なく制御可能とし、効率的な運動が出来る走行型健康機
を提供する事を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、人力が入力され、入力軸を介して車輪に回転
駆動力を与える人力入力部と、前記車輪に回転抵抗を与
える負荷部と、前記人力入力部に入力された人力入力値
を検出する検出部と、前記入力軸の回転数を検出する回
転数検出部と、前記検出部で検出された人力入力値及び
前記回転数検出部で検出された入力軸の回転数がともに
一定値以下の場合、前記負荷部を制御して車輪に回転抵
抗を与えて車速を０にする制御部とを有するものにおい
て、さらに、前記車輪に電動駆動力を与える電動モータ
と、前記検出部で検出された人力入力値及び前記回転数
検出部で検出された入力軸の回転数により入力仕事率を
演算する入力仕事率演算部と、予め設定されている初期
設定仕事率を記憶するメモリ部とを備え、前記人力仕事
率と前記初期設定仕事率との差が所定範囲内になるよう
に、前記電動モータまたは前記負荷部を制御して、前記
車輪に電動駆動力または回転抵抗力を与えるようにし
た。従って、使用者は、車速、押力を制御出来、運動プ
ログラムに基づいた運動が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、人力が入
力され、入力軸を介して車輪に回転駆動力を与える人力
入力部と、前記車輪に回転抵抗を与える負荷部と、前記
人力入力部に入力された人力入力値を検出する検出部
と、前記入力軸の回転数を検出する回転数検出部と、前
記検出部で検出された人力入力値及び前記回転数検出部
で検出された入力軸の回転数がともに一定値以下の場
合、前記負荷部を制御して車輪に回転抵抗を与えて車速
を０にする制御部とを有するものにおいて、さらに、前
記車輪に電動駆動力を与える電動モータと、前記検出部
で検出された人力入力値及び前記回転数検出部で検出さ
れた入力軸の回転数により入力仕事率を演算する入力仕
事率演算部と、予め設定されている初期設定仕事率を記
憶するメモリ部とを備え、前記人力仕事率と前記初期設
定仕事率との差が所定範囲内になるように、前記電動モ
ータまたは前記負荷部を制御して、前記車輪に電動駆動
力または回転抵抗力を与えるようにしたものである。

【００１３】従って、昇り坂や速度を出す時は通常人力
入力は大きくなる傾向を防ぎ、人体に過大な負荷がかか
らないようにし、且つ正確に運動量を把握する為、人力
入力を仕事率管理している。

【００１４】このため、長時間、軽度の運動をするのに
適しており、手軽に有酸素運動による体脂肪の減少、新
練代謝機能の向上がはかれる。

【００１５】また人力が入力され、入力軸を介して車輪
に回転駆動力を与える人力入力部と、前記車輪に回転抵
抗を与える負荷部と、前記人力入力部に入力された人力
入力値を検出する検出部と、前記入力軸の回転数を検出
する回転数検出部と、前記検出部で検出された人力入力
値及び前記回転数検出部で検出された入力軸の回転数が
ともに一定値以下の場合、前記負荷部を制御して車輪に
回転抵抗を与えて車速を０にする制御部とを有するもの
において、さらに、前記車輪に電動駆動力を与える電動
モータと、車速を検出する車速検出部と、人力入力部へ
の目標人力入力値または目標車速を走行時間または入力
軸の回転数に伴い変化する関数として記憶するメモリ部
とを備え、前記検出部で検出された人力入力値と目標人
力入力値との差または前記車速検出部で検出された車速
と目標車速との差が設定範囲になるように、前記電動モ
ータまたは前記負荷部を制御して、前記車輪に電動駆動
力または回転抵抗力を与えるようにした。

【００１６】一般に運動の初期はペダル押力が軽く、徐
々に押力を高めるのが好ましい。また運動時間経過に伴
ない押力を変化さすのが望ましい。本実施形態によれ
ば、速度、走行路面条件の影響を軽度にし、上記の如
き、走行中押力の強弱変化を与える制御をし、目標車速
及び目標押力を表示しているので使用者のコントロール
も容易である。従って、例えば高令者の屋外運動に対す
る抵抗を小さくする手軽な運動プログラムが実現出来
る。

【００１７】また複数の走行車輪及び制動装置を有し、
制動装置の少なくとも一個が、制御部よりの信号に基づ
き車輪に回転抵抗を加える負荷部とした。

【００１８】また人力入力により駆動される人力駆動系
と、電動モータにより人力駆動を補助する電動駆動系
と、車輪に回転抵抗を加える負荷部とを有し、複数の車
輪に電動駆動系出力及び車輪回転抵抗負荷力を加え、各
々人力入力に対する出力値は別個の関数となるよう各出
力値を制御する制御部を設けた。

【００１９】さらに、人力駆動系と、車輪と、車輪に回
転抵抗を加える負荷部と、負荷量を操作するブレーキレ
バーと、レバー把握力を負荷部に伝達するイン＋ワイヤ
とアウタワイヤより成る制動ワイヤとを有し、負荷部に
は、負荷部作動検出部と、負荷部を駆動し回転抵抗を加
える負荷部駆動ユニットと、回転抵抗を制御し、アウタ
ワイヤに対するインナワイヤ出代を負荷部作動状態まで
長さ調節するようにした負荷制御装置を備えた。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００２１】本実施例は、路面状況による走行の変化と
人力入力の変化の相関性を無くし、使用者の意図に応じ
た仕事量や押力の変化が得られる走行型健康機の具体例
を説明する。

【００２２】図１は駆動力補助装置付自転車形態をして
おり、従来の自転車と基本構造は同一である。

【００２３】１はハンドル、２はサドル、３は人力入力
部としてのペダル、４はクランクである。５はダイヤモ
ンド型のフレームで、上パイプ５ａ，下パイプ５ｂ，立
パイプ５ｃ，シートステー５ｄ，チェーンステー５ｅ，
ブラケット５ｆにより構成されている。ｂはブラケット
５ｆに設けた電動補助ユニットで、７はその電源となる
バッテリーである。

【００２４】８は操作部で、調節レバー９と変速レバー
１０を有し、調節レバー９により走行時の制御パターン
Ｉ〜ＶＩＩからなる運動プログラムを選択する。

【００２５】例えば運動プログラムにおける、制御パタ
ーンＩは、走行抵抗のみを表わす。制御パターンＩ〜Ｖ
ＩＩでの運動プログラムを図２、図３に示す。

【００２６】縦軸にペダル押力、横軸にクランク累計回
転数を示し、クランク累計回転数によりペダル押力は変
化する。制御パターンＶの場合、初期は負荷抵抗零で、
中途より一定速度時、ペダル押力ａを確保するパターン
である。

【００２７】また、変速レバー１０によりクランク４と
後車輪５３の回転を変える変速機構５４（図１３）は、
図示していないが、ディレーラを使用する通常の外装変
速機構造である。

【００２８】１１は油圧ディスクブレーキ構造の負荷
部、１２はブレーキレバー、１３はワイヤー制動装置
で、ブレーキレバー１２の操作により、後車輪５３を減
速さす制動装置ともなっている。

【００２９】負荷部１１の本体１４は取付金具１５を介
して、チェーンステー５ｅ及びシートステー５ｄに取付
けられている。

【００３０】１６はマイコン組込みの表示部で、前車輪
５５に設けられた検出部１７におけるマグネットによる
回転数検知信号を、線１８により受信し、速度、走行距
離として表示している。

【００３１】この表示部１６はその他、調節レバー９に
より選択された運動プログラム、また、運動仕事率、設
定仕事率、ペダル押力、負荷及び補助出力時刻、タイマ
ー表示をする。

【００３２】図４は表示部１６の表示例で、制御パター
ンＩＩは一定速度で走行した時ペダル押力一定の場合で
ある。一方、路面は登り下りあるので、仕事率はクラン
ク回転数とペダル押力の積であるが、意図した設定仕事
率が平地や下り坂では通常のペダル押力では確保出来な
い場合があった。

【００３３】この場合、負荷部１１により斜線（ａ）の
面積部に負荷をかけ、逆に登り坂では、制御なしではペ
ダル押力が過大となる場合があった。この場合、斜線
（ｂ）の面積部が電動補助される。

【００３４】図５は操作部８の斜視図である。１９は電
動補助ユニット６の電源キー差込スイッチ、２０は電源
ＯＮ表示を兼ねたバッテリー充電量表示の５分割ランプ
である。

【００３５】電源が入れば５面点灯し、バッテリー充電
残量が少なくなれば点灯面数は少なくなる。

【００３６】２１は変速段数表示部、２２は運動プログ
ラム表示部、２３は選択した運動プログラムの制御パタ
ーンの絶対数値の調整ボタンで、図２，図３で示す、ペ
ダル押力ａの絶対値を調整する。

【００３７】２４はクランク回転数により変化する同パ
ターンの変化の間隔（サイクル）を調整する調整ボタン
である。

【００３８】この実施例において、調節レバー９を廃止
し、運動プログラムの制御パターンＩの表示部２２ａよ
り、制御パターンＶＩＩ表示部２２ｅを直接押しボタン
式で押す方式や、調整ボタン２２、２３を、回転式ボリ
ュームツマミとしても良い。

【００３９】調整ボタン２３の＋側ボタン２３ａを押す
と、設定仕事率が増え、必要ペダル押力は大きくなり、
その数値は表示部１６に表示される。また−側ボタン２
３ｂを押すと、前記とは逆の設定仕事率が下降し、同様
の表示がされる。

【００４０】同様に調整ボタン２４の−側ボタン２４ｂ
を押すとサイクル数が短かくなり、図３の制御パターン
４の場合ペダル押力ａに設定した設定ペダル押力の零よ
りａへの転換回数が小さくなり、走行開始後短時間で負
荷がかかる。

【００４１】ここで、設定仕事率が低く、指定走行速度
が早くなると、電動補助ユニット６の動作する比率が高
くなり、また設定仕事率が高く、指定走行速度が遅くな
ると、負荷部１１が働く比率が高くなる。

【００４２】なお、実施形態１では図２、図３の横軸に
示す如く運動プログラムの制御パターンの数値変化を人
力駆動系操作経過を検出するためクランク累計回転数に
応じて行った。これは信号等で止まっている時、自動的
にプログラムが進行しない為であったが、横軸を時間経
過とし、停止時はカウントしないように制御しても良
い。

【００４３】図６に電動補助ユニット６の内部構造を示
す。２５は扁平型直流の電動モータＡで、２６はワンウ
ェイクラッチで、２７は減速機構で、２８はＣＰＵで構
成する制御部で、これらで後車輪５３の駆動をアシスト
する電動駆動系を構成し、大ギヤ２９より前ギヤ３０へ
電動モータＡ２５の駆動力は伝えられる。

【００４４】人力入力駆動系は、ペダル３、クランク
４、入力軸３１、ワンウェイクラッチ３２を経由し、か
つ遊星歯車機構３３のキャリア３４、インターナルギヤ
３５を介して、前ギヤ３０と連動している。

【００４５】これらは電動補助ユニット６内に一体に組
み込まれているが、更にギヤの回転速度を磁気式ギャッ
プセンサーで求め、ペダル回転数を検出する回転数検出
部５７（図１３に示す）及び中央のサンギヤ３６に加わ
るトルクをポテンショメータ３７ａで検出することによ
りペダル押力を検出する押力検出部３７（図１３に示
す）が内蔵されている。

【００４６】上記で説明した押力及び車速の検出は、他
の公知の検出方法を採用しても良い。

【００４７】３８は電動補助ユニット６外側に装着され
た、負荷駆動ユニットで、図７、図８に内部構造を示
す。ワイヤ１３はアウタワイヤ１３ａとインナワイヤ１
３ｂより成り、インナワイヤ１３ｂにラック３９が固定
されている。

【００４８】４０はエンコーダ付の電動モータＢで、矢
印で示すブレーキレバー１２の操作方向にフリーなワン
ウェイクラッチを内蔵した減速機４１で減速後に歯車４
２にてラック３９を位置制御のサーボ制御で往復運動を
させる。

【００４９】後述の弾性体４３（図１０に示す）の張力
に対抗してインナーワイヤ１３ｂを引くので、後述の電
動モータＡ２５の制御方式であるＰＷＭ制御にしても良
い。

【００５０】ワンウェイクラッチにより、制動時、ブレ
ーキレバー１２を操作し、インナワイヤ１３ｂが図８中
の矢印方向へ移動しても電動モータＢ４０は回転しな
い。電動モータＢ４０の回転量は制御部２８内のＣＰＵ
により制御される。

【００５１】図１０〜図１２に負荷部１１の本体１４の
詳細を示す。４４はインナワイヤ１３ｂの動きを調節す
る調節ねじで、軸４５に螺合され、軸４５は本体１４に
回転自在に取付けられている。

【００５２】調節ねじ４４はアウターワイヤ１３ａを収
納位置決めし、組立時、軸４５に対する相対位置を螺着
位置を変化さすことにより調整し、アウタワイヤ１３ａ
に対するインナーワイヤ１３ｂの出代を調節する事によ
り、ブレーキレバー１２のストロークを変化させ制動力
を確保する。

【００５３】従って、負荷駆動ユニット３８をこの部分
に設け、本実施例では調節ねじ４４を手で回したが、電
動モータＢ４０で回転させ負荷調整をする構造としても
良い。図１２にその原理図を示す。

【００５４】図１０において１３ｃは弾性体４３を伸ば
す操作子である。バネで形成され、負荷に比例して伸び
る弾性体４３の他端はクランク４６に係止され、図に示
すｌの変化により、クランク４６の回転トルクが制御さ
れる。

【００５５】インナワイヤ１３ｂの終端は、運動プログ
ラムにおいて、通常かけ得るペダル押力の上限をカバー
する長さとしている。例えば３０ｋｇで弾性体４３が伸
長し得る余裕の長さをもってピン４７に固定されてい
る。

【００５６】従って通常のソフトな制動は弾性体４３を
介し、且つ緊急時は直接クランク４６に入力し全制動出
来る。

【００５７】また、通常ブレーキレバー１２をハンドル
１に近づけるに従い、すなわちストロークが増えるに従
い操作力は飛躍的に増加し、高令者では十分な制動力を
確保するのに大きな労力を必要としたが、本実施例では
負荷駆動ユニット３８も同時に働き、ストロークが大き
くなる程、インナワイヤの張力が大きくなる様、制御し
ているので低入力で全制動もできる。

【００５８】クランク４６の動きは本体１４内でピスト
ン４８により油圧に変換され、主筒４９に圧力は伝達さ
れる。５０は負荷部１１の一部を成すディスク板、５１
は主筒４９内ピストンで、油圧により押し出され、パッ
ド５２をディスク板５０に移動させ、本体１４はフレー
ム５に遊動固定されているので、パッド５２、５３間で
ディスク板５０は押圧され、負荷力及び制動力を発生さ
せる。

【００５９】図１３は駆動力と制御の系統を示すブロッ
ク図である。人力入力部としてのペダル３からの入力
は、前ギヤ３０、ワンウェイクラッチ３２、チェーン、
後ギヤで構成される駆動機構５６、一方向クラッチ５６
ａ、変速機構５４、後車輪５３と伝達されるが、一方、
入力値は電動補助ユニット６内の押力検出部３７と回転
数検出部５７にて電気信号に転換され、制御部２８の仕
事率演算回路２８ａにて仕事率を求め、後で説明する図
１６のフローチャートによる制御プログラムに基づき、
この仕事率の水準により補助力演算回路２８ｂもしくは
負荷力演算回路２８ｃを働かせ、所定の出力値を得る。

【００６０】この出力は特性変換回路２８ｄにて、スタ
ート時の挙動を安定さす為、図１４に一例として示す如
き特性変換をした後、ＰＷＭ変換回路２８ｅにて、デュ
ーティ比を変化させるＰＷＭ（パルス巾制御）信号に変
換され、この通信制御信号に基づいて、ドライブ回路２
８ｆはこのデューティ比でオン・オフするモータ電流を
電動モーターＡ２５又は電動モータＢ４０に供給し、所
定の出力を発生させる。モーターＡ２５の場合は、一方
向クラッチ２６、減速機構２７、及びギヤ、チェーン等
の駆動機構５６を経由し、ペダル３による人力入力と合
力し、後車輪５３を回転させ、自転車の推進力となる。

【００６１】モータＢ４０の場合は、減速機構（一方向
クラッチを含む）４１を経由し、負荷部１１にて、後車
輪５３の回転防止の制動負荷力を発生させる。

【００６２】これらの制御は、ソフトプログラムに従っ
て実行され、必要な制御信号が各回路に送出され後述す
る制御動作が行なわれる。

【００６３】図１５は本実施例のプログラムのフローチ
ャートを示す。本実施例は走行抵抗に加えて負荷をか
け、ペダル押力を所定の特性に制御するものである。

【００６４】プログラムが開始されるとステップ６０、
６１にて図１３の押力検出部３７、回転数検出部５７に
より、押力及び車速を検出し、ステップ６２にて、この
実走車速及び設定車速を表示部１６に表示する。ステッ
プ６３にて、この二者の車速を比較し許容範囲内（例え
ば２０％）を越えて速ければ、ステップ６４に進み、車
速減少を表示させ、そして同じく遅ければステップ６５
に進み、車速増加を示させ、さらに許容範囲であれば、
直接ステップ６６へ進む。

【００６５】ここで、その時点での許容範囲内の設定車
速時の押力を演算し、ステップ６７に進む。ステップ６
７では、使用者が選択した運動プログラムに基づく設定
押力、例えば、クランク水平時押力２０ｋｇの許容誤差
範囲を実走押力が越えているか比較する。

【００６６】（＋）側に越えておればステップ６８に進
み、２０ｋｇとの差を補う値を、これまでの電動モータ
Ｂ４０の駆動値と押力の関連より負荷量減少量を演算
し、ステップ６９に進み、この演算値に基づいて電動モ
ータＢ４０を駆動させる。

【００６７】（−）側に越えておればステップ７０に進
み、増加をすべき負荷量を演算し、ステップ７１にて電
動モータＢ４０を駆動させる。実走と設定の押力差が３
０％以下であれば補正しない。以上の経過を終了すると
再びステップ６０に戻る。

【００６８】負荷をかける方法は、通常走行の負荷状態
は、路面の状況が一定であれば一定の走行抵抗となるの
と同様に、一定走行距離は一定負荷となる様、電動モー
タＢ４０を制御し駆動さす場合が簡易的である。

【００６９】その他の制御方法として、人力入力に比例
さす方法がある。つまり、ペダル押力は、クランク４の
角度により変化し、一般に、水平位置で押力は高く、上
下位置では殆んど零になる略余弦曲線状の、押力負荷曲
線を描くが、同様の負荷曲線となるプログラムを選択可
能である。

【００７０】後者の方が、走行速度の変化は小さい。ま
た、本プログラムの開始及び終了は、一定車速となった
時動作するよう設定している。

【００７１】図１６は、他の実施例のフローチャートを
示す。この実施例は、負荷をかける他、急な昇坂等で、
押力が設定値を越えた時、作動する電動補助駆動系を備
え、人力仕事率を所定の範囲に制御するものである。

【００７２】まずステップ８０で車速検出し、ステップ
８１で実走車速及び設定車速を表示する。次にステップ
８２、８３でペダル押力及びクランク回転数・回転角度
を検出し、ステップ８４でこれら検出値を基に仕事率を
演算する。

【００７３】これらの数値はステップ８５でメモリ２８
ｇに記憶されるが、同時にクランクの各回転角度での仕
事率を３６０°集計した１サイクル合計の仕事量も記憶
された後、ステップ８６に進む。

【００７４】図１〜図１４に示す、本実施例の具体構成
に示すように、本実施例では６通りのプログラムが用意
されている。ステップ８６で制御パターンＩＩが選択さ
れた場合を以下に示す。

【００７５】制御パターンＩＩは常に一定の仕事率にて
走行する場合である。他の制御パターンはサブルーチン
プログラム２０２〜２０５にて示す。

【００７６】制御パターンＩは、補正無しの場合であ
る。制御パターンＩＩでは、ステップ８７に進み、設定
車速と実走車速を比較し許容範囲外であればステップ８
８で修正車速を表示してから、また範囲内であれば直接
ステップ８９へ進む。ステップ８９では、クランクの回
転角各時点での人力押力仕事率と設定仕事率との差を比
較する。

【００７７】一定の仕事率のコースでもクランク上、下
死点では押力が加わらず、仕事率は小さくなるので、１
サイクル管理し、各角度では略余弦曲線で変化させた使
用者の押力曲線で変化する設定仕事率と比較する。

【００７８】実際の押力仕事率が設定仕事率の許容差よ
り大きかった場合はステップ８０に進み、電動モータＢ
４０が作動しているか判断し、負荷をかけていないと判
断すれば、昇り坂の可能性が高く、ステップ９１に進
み、設定仕事率との倍率を判断する。

【００７９】押力仕事率が設定仕事率の２倍以下であれ
ば、ステップ９２で、駆動補助のため、電動モータＡ２
５の補助量を演算し、ステップ９４に進み、演算値に基
づいてモータＡ２５を駆動させ、押力仕事率を低減させ
ステップ８０に戻る。

【００８０】また押力仕事率が設定仕事率の２倍以上で
あれば、走行抵抗が大きいため、範囲内に収まる様、ス
テップ９３にて設定車速を減速するよう指示し、ステッ
プ８０に戻る。

【００８１】ステップ８９にての判断で押力仕事率が、
設定仕事率の所定の範囲内（本例では３０％以内）であ
れば、ステップ８０に戻り、引続き走行する。

【００８２】また、ステップ８９で、押力仕事率が設定
仕事率許容範囲以下であればステップ９５に移り、モー
タＡ２５の補助量と押力仕事率の合算が設定仕事率以上
か判断する。

【００８３】ＹＥＳであればステップ９６に進み、電動
モータＡ２５の補助の減少量を演算する。路面状況は刻
々と変化するので、許容差は広くとり、押力変化が急激
に変化しないよう演算し、ステップ９７に移り、演算値
に基づいて電動モータＡ２５を減少駆動させ、ステップ
８０に戻る。ステップ９５にて設定仕事率の方が大きか
った場合は、ステップ９８で電動モータＡ２５の補助を
止め、ステップ９９に進む。

【００８４】ここで電動モータＢ４０が作動しているか
判断し、ＹＥＳであればステップ１００へ移り、速度が
５ｋｍか判断する。これは、走行を中止する意図かどう
か判断するためであり、設定速度は必ずしも５ｋｍ／ｈ
でなくとも良い。

【００８５】本例では、５ｋｍ／ｈで判断し、以下であ
ればステップ１０１に進み、電動モータＢ４０の負荷を
徐々に減少させる。

【００８６】次にステップ１０２で、停止したか判断
し、停止していれば終了するが、下り坂で押力が一定以
下で速度が零でない場合は、ステップ１０３に進み、速
度が零となる走行抵抗を電動モータＡ２５、電動モータ
Ｂ４０に加え、終了する。

【００８７】ステップ９９で電動モータＢ４０が作動し
ていないと判断した場合及び、ステップ１００で速度が
５ｋｍ／ｈを越えている場合は、走行抵抗が過少である
ため、ステップ１０４に進み、モータＢ４０の負荷量の
増加を演算し、ステップ１０５に移って、この演算値に
基づいて電動モータＢ４０を駆動させ負荷をかけ、ステ
ップ８０に戻る。設定車速を上げる選択肢もあるが、本
例では、省略する。

【００８８】本実施例では、左右のクランク押力を区別
せず、同じ余弦曲線、同じ絶対値が負荷されるものとし
て扱ったが、左右脚力が異なる場合や、車椅子等、複数
の人力入力部を有し、筋力が異なり操作力にアンバラン
スが生ずる場合、左右同一の負荷又は補助では、弱い筋
力の側に一層の負担がかかるため、筋力の比に比例さ
せ、各入力部入力値が、筋力の比率となるよう、負荷部
出力値及び電動補助値を制御すれば、疲れにくく、健常
者と同様に運動プログラムを消化できる。

【００８９】逆に筋力が弱い方に負荷がかかる制御をす
れば、リハビリ効果を高める事が出来る等、複数入力部
を独立制御する効用は多い。尚、左右踏力を比較する場
合、クランク４の左右同一角度時の比較をするが、平地
等、走行抵抗が大きく変化しない時のリサイクルの仕事
量の左右比較を、自動または計測スイッチＯＮ時に実施
するか、初期設定を入力して各入力部入力値の比率を決
定する。

【００９０】なお、本実施例は電動自転車であるが、電
動車椅子でも良い。この場合は制御プログラムは、運動
のための制御でなく、下り坂での暴走、昇り坂での負荷
の大幅上昇を防ぎ速度操作力が独立及至相関係数が速度
増加に従って低下する図１７の如き特性を有する。

【００９１】使用者が低入力で安全自在に操れる操縦制
御にすると実用的効果は高まる。すなわち、図１７の制
御は、図１４にて説明したと同じ路面である。定常走行
の場合、初期Ｗ１の仕事量が必要の所、斜線（ａ）で示
す面積部のＷ１の４割を補助し、Ｗ２の操縦仕事量であ
る。

【００９２】また昇り坂では同様にＷ３の所、斜線
（ｂ）の部分５割を補助し、Ｗ４で動かせる。更に下り
坂では、一定速で走行の為にはＷ５の制動力が必要であ
るが、車体内で負荷部等により、Ｗ５＋Ｗ６の抵抗を加
え、定常走行の為にはＷ６の仕事量を必要とする。

【００９３】これにより安全走行が計られる。次に、平
地（Ｂ）に移り、走行速度を上昇させた場合、加速力は
最大Ｗ７であるが補助率は高くなり６割補助（ｄ）部で
Ｗ８の仕事量が使用者の負担となり、高速の新たな定常
速度ではＷ９の必要量に対し、斜線（ｅ）で示す７割補
助を実行し、使用者はＷ１０の操縦仕事量で高速定常走
行する制御プログラムが好ましい。

【００９４】また、本実施例で、ブレーキレバー１２に
より負荷部１１が制動装置の働きをし、アウターワイヤ
１３ａに対するインナーワイヤ１３ｂの出代をディスク
板５０にパッド５２当接直前となる様、例えば一担、当
接させ少し戻すよう負荷駆動ユニット３８を制御部２８
で制御しており、これにより、従来、通常自転車におい
て、ワイヤ出代調整不足の場合、ブレーキレバー１２の
遊びが大きく、制動力が不足するという安全上不具合と
なる可能性があったが、本実施例の構成では常に最適に
ブレーキワイヤ出代に調整出来る。

【００９５】

【発明の効果】このように本発明によれば、人力入力に
対する路面抵抗の影響を少なくする機構及び制御プログ
ラムを備えているので、従来エルゴメータ等により、屋
内定位置で実行していた健康維持や筋力強化の運動プロ
グラムが、走行しながら、使用者の能力に合わせ実施出
来るので、適切且つ使用雰囲気が変化するので情緒的に
も安定し長続きする状態で実施出来、使用者に大いに有
益な走行型健康機を供する事が出来る。

【００９６】加えて、電動補助を追加して、昇り坂、加
速時にても上記効果を発揮する。

【００９７】また、時間経過で押力が制御出来るので、
より多様な運動プログラムが実施出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押力制御方式を採用した走行型健康機
の側面図

【図２】同走行型健康機の運動プログラムパターン１〜
３を示す図

【図３】同走行型健康機の運動プログラムパターン４〜
６を示す図

【図４】同走行型健康機のパターン１で走行した場合の
走行エネルギーと走行距離との関連を示す図

【図５】同走行型健康機の操作部を示す斜視図

【図６】同走行型健康機の電動補助ユニットの要部断面
図

【図７】同走行型健康機の負荷駆動ユニットの要部横断
面図

【図８】同走行型健康機の負荷駆動ユニットの要部横断
面図

【図９】同走行型健康機における他の実施形態の負荷駆
動ユニットの要部側面図

【図１０】同走行型健康機の負荷部側面図

【図１１】同走行型健康機の負荷部の要部断面図

【図１２】同走行型健康機の負荷部斜視図

【図１３】同走行型健康機の動作と制御のブロック図

【図１４】同走行型健康機の制御部における特性変換回
路の入出力特性例の図

【図１５】同走行型健康機の制御プログラムの１パター
ンを示すフローチャート

【図１６】同走行型健康機の制御プログラムの別のパタ
ーンを示すフローチャート

【図１７】同走行型健康機の運動プログラムの１例で走
行した場合の走行エネルギーと走行時間との関連を示す
図

【符号の説明】

４クランク６電動補助ユニット８操作部１１負荷部１２ブレーキレバー１３ワイヤー１３ａアウターワイヤ１３ｂインナーワイヤ１６表示部１７車速検知部２５電動モータＡ２８制御部３８負荷駆動ユニット４０電動モータＢ

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−140212（ＪＰ，Ａ) 特開平４−100790（ＪＰ，Ａ) 特開平６−40375（ＪＰ，Ａ) 特開平７−323880（ＪＰ，Ａ) 特開平７−17450（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−128560（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 23/02 A63B 22/06 A61H 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人力が入力され、入力軸を介して車輪に
回転駆動力を与える人力入力部と、前記車輪に回転抵抗
を与える負荷部と、前記人力入力部に入力された人力入
力値を検出する検出部と、前記入力軸の回転数を検出す
る回転数検出部と、前記検出部で検出された人力入力値
及び前記回転数検出部で検出された入力軸の回転数がと
もに一定値以下の場合、前記負荷部を制御して車輪に回
転抵抗を与えて車速を０にする制御部とを有するものに
おいて、さらに、前記車輪に電動駆動力を与える電動モ
ータと、前記検出部で検出された人力入力値及び前記回
転数検出部で検出された入力軸の回転数により入力仕事
率を演算する入力仕事率演算部と、予め設定されている
初期設定仕事率を記憶するメモリ部とを備え、前記人力
仕事率と前記初期設定仕事率との差が所定範囲内になる
ように、前記電動モータまたは前記負荷部を制御して、
前記車輪に電動駆動力または回転抵抗力を与えるように
した走行型健康機。
【請求項２】人力が入力され、入力軸を介して車輪に
回転駆動力を与える人力入力部と、前記車輪に回転抵抗
を与える負荷部と、前記人力入力部に入力された人力入
力値を検出する検出部と、前記入力軸の回転数を検出す
る回転数検出部と、前記検出部で検出された人力入力値
及び前記回転数検出部で検出された入力軸の回転数がと
もに一定値以下の場合、前記負荷部を制御して車輪に回
転抵抗を与えて車速を０にする制御部とを有するものに
おいて、さらに、前記車輪に電動駆動力を与える電動モ
ータと、車速を検出する車速検出部と、人力入力部への
目標人力入力値または目標車速を走行時間または入力軸
の回転数に伴い変化する関数として記憶するメモリ部と
を備え、前記検出部で検出された人力入力値と目標人力
入力値との差または前記車速検出部で検出された車速と
目標車速との差が設定範囲になるように、前記電動モー
タまたは前記負荷部を制御して、前記車輪に電動駆動力
または回転抵抗力を与えるようにした走行型健康機。
【請求項３】複数の走行車輪及び制動装置を有し、制
動装置の少なくとも一個が、制御部よりの信号に基づき
車輪に回転抵抗を加える負荷部である請求項１または２
記載の走行健康機。
【請求項４】人力入力により駆動される人力駆動系
と、電動モータにより人力駆動を補助する電動駆動系
と、車輪に回転抵抗を加える負荷部とを有し、複数の車
輪に電動駆動系出力及び車輪回転抵抗負荷力を加え、各
々人力入力に対する出力値は別個の関数となるよう各出
力値を制御する制御部を設けた請求項１または２記載の
走行型健康機。
【請求項５】人力駆動系と、車輪と、車輪に回転抵抗
を加える負荷部と、負荷量を操作するブレーキレバー
と、レバー把握力を負荷部に伝達するイン＋ワイヤとア
ウタワイヤより成る制動ワイヤとを有し、負荷部には、
負荷部作動検出部と、負荷部を駆動し回転抵抗を加える
負荷部駆動ユニットと、回転抵抗を制御し、アウタワイ
ヤに対するインナワイヤ出代を負荷部作動状態まで長さ
調節するようにした負荷制御装置を備えた請求項３記載
の走行型健康機。