JP5179267B2 - 運動器具用抵抗装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種運動器具において、人力により回転し得る回転電気導体に磁石の磁力線が働いて発生する渦電流で電磁ブレーキ作用による負荷を与える抵抗装置に関するものである。

従来、下記特許文献１では、人力により回転し得る駆動回転軸の両端部のうち、一端部側にフライホイールが配設されているとともに、他端部側には上記電磁ブレーキ作用による負荷を与える負荷付与機構が配設されている。
特開２００２−２６３２１２号公報

上記特許文献１では、駆動回転軸の両端部で互いに分けて配設したフライホイールと負荷付与機構とにより運動器具用抵抗装置が大型化する問題があった。
この発明は、上記電磁ブレーキ作用による負荷を与える運動器具用抵抗装置を小型化することを目的としている。

請求項１の発明にかかる運動器具用抵抗装置は、人力により回転し得る駆動回転軸６を支持する支持体５と、この駆動回転軸６の回転中心線６ａの外周でこの支持体５に取り付けた磁石１４と、この駆動回転軸６とともに回転するフライホイール９と、この磁石１４とフライホイール９との間で駆動回転軸６とともに回転して磁石１４とフライホイール９との間で生じる磁力線を通過する回転電気導体１０とを備えている。駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する磁石１４の半径方向距離Ｌを変更し得るように支持体５に対し磁石１４を移動調節可能に支持している。フライホイール９には駆動回転軸６の回転中心線６ａの外周で磁石１４の移動調節に伴い磁石１４との間の回転中心線方向距離Ｗを変更し得る電気導体面２４，２５を設けている。

請求項１の発明では、磁石１４との間で磁力線を生じさせる電気導体としてフライホイール９を兼用したので、電磁ブレーキ作用による負荷を与える負荷付与機構Ｍを簡略化することができる。また、磁石１４の半径方向距離Ｌを変更して磁石１４とフライホイール９の電気導体面２４，２５との間の回転中心線方向距離Ｗを変更する簡単な構成により、負荷を調節することができる。

請求項１の発明を前提とする請求項２の発明において、前記フライホイール９の電気導体面２４，２５は、駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する半径方向距離Ｌが小さくなるに従い磁石１４に対する回転中心線方向距離Ｗが複数段階的にまたは無段階的に大きくなるように形成されている。請求項２の発明では、半径方向へ移動し得る磁石１４に対する回転中心線方向距離Ｗが変化する電気導体面２４，２５の形態変化により、フライホイール９の回転中心線６ａ側から遠くなる外周側ほど重くして、フライホイール９としての機能を高めることができる。

請求項１または請求２の発明を前提とする請求項３の発明において、前記フライホイール９の電気導体面２４，２５は、駆動回転軸６の回転中心線６ａを中心とする環状に形成されている。請求項３の発明では、フライホイール９の回転中にその電気導体面２４，２５と磁石１４との間で生じる磁力線により負荷を連続的に与えることができる。

請求項１または請求項２の発明を前提とする請求項４の発明において、前記フライホイール９の電気導体面は、駆動回転軸６の回転中心線６ａを中心とする同心円環状をなす複数の区画面２４を半径方向へ並設して互いに隣接する両区画面２４間に段差面２５を形成したものである。請求項４の発明では、フライホイール９の回転中にその電気導体面２４，２５と磁石１４との間で生じる磁力線により負荷を連続的に与えることができる。また、フライホイール９において半径方向へ移動し得る磁石１４に対する回転中心線方向距離Ｗが変化する電気導体面２４，２５を容易に形成することができる。

請求項１または請求項２または請求項４の発明を前提とする請求項５の発明において、前記磁石１４は駆動回転軸６の回転中心線６ａに対し半径方向へ偏心した軸心を中心に回動し得るレバー１２に取り付けられ、このレバー１２には支持体５の外側からレバー１２を回動させて駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する磁石１４の半径方向距離Ｌを変更し得る外部操作手段を連結している。請求項５の発明では、レバー１２を利用した簡単な構成により、駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する磁石１４の半径方向距離Ｌを容易に変更することができる。

請求項１から請求項５のうちいずれか一つの請求項の発明を前提とする請求項６の発明において、前記フライホイール９と回転電気導体１０とは互いに分離して設けられている。例えば、このフライホイール９と回転電気導体１０とは駆動回転軸６に対し着脱可能に支持されている。請求項６の発明では、フライホイール９の材質と回転電気導体１０の材質とを互いに変えて、フライホイール９としての機能を高める材質を選択することができるとともに、回転電気導体１０の導電性を高める材質を選択することができる。

請求項１から請求項６のうちいずれか一つの請求項の発明を前提とする請求項７の発明において、前記回転電気導体１０は、駆動回転軸６の回転中心線６ａの外周でその回転中心線６ａの方向へ貫通する透孔２３を有している。例えば、複数の透孔２３が駆動回転軸６の回転中心線６ａの外周で環状に並設されている。請求項７の発明では、透孔２３を磁力線が通過するため、その透孔２３により回転電気導体１０の負荷抵抗を小さくして、その透孔２３の有無により回転電気導体１０の負荷抵抗差を変更することができる。

本発明は、磁石１４との間で磁力線を生じさせる電気導体としてフライホイール９を有効に兼用して、電磁ブレーキ作用による負荷を与える運動器具用抵抗装置を小型化することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる運動器具用抵抗装置について図面を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、この抵抗装置１は、自転車２の後車輪３を支えるように設置されたブラケット４に対し図１（ｂ）に示す支持体としての受け台５に取り付けられている。図２，３に示す駆動回転軸６はこの受け台５に支持され、この受け台５上でローラ７がこの駆動回転軸６に対し回転中心線６ａを中心に一体的に回転し得るように支持されている。このローラ７に自転車２の後車輪３が当てがわれる。この受け台５においてその片側に設けられたケース８は図４に示すように周壁８ａと端壁８ｂとを有し、この駆動回転軸６の一端部側はこのケース８の端壁８ｂから突出している。この駆動回転軸６の一端部側には、電気導体である鉄等の金属からなるフライホイール９が嵌合されて支持されているとともに、電気導体であるアルミニウム等の金属からなる回転電気導体としての回転板１０がこのフライホイール９の内側とケース８の端壁８ｂとの間で嵌合されて支持され、このフライホイール９及び回転板１０は締付ねじ１１によりケース８の端壁８ｂ側へ押し付けられて駆動回転軸６とともに回転中心線６ａを中心に一体的に回転し得る。このフライホイール９及び回転板１０はこの締付ねじ１１を緩めて駆動回転軸６の一端部側に対し着脱し得る。このケース８とフライホイール９と回転板１０との間で負荷付与機構Ｍが配設されている。次に、この負荷付与機構Ｍを詳述する。

図４に示すように、前記ケース８内にはレバー１２が駆動回転軸６の回転中心線６ａに対し半径方向へ偏心した支軸１３の軸心を中心に回動可能に支持され、そのレバー１２の一端部に磁石１４（永久磁石）が取り付けられている。この磁石１４は円形状の端面１５を有し、このケース８の端壁８ｂに形成された円弧状の長孔１６からこの磁石１４の端面１５が露出している。このケース８の周壁８ａに連結されたチューブ１７は図１（ｂ）に示す遠隔操作摘み１８に連結され、そのチューブ１７内に挿通されたワイヤ１９の一端部がレバー１２の他端部に連結されているとともに、この遠隔操作摘み１８内に設けられた切換機構（図示せず）にそのワイヤ１９の他端部が連結されている。図４（ａ）に示すように、このレバー１２はねじりコイルばね２０により付勢され、そのねじりコイルばね２０の弾性力によりレバー１２が回動してワイヤ１９がケース８の内側向きＸへ引かれるとともに、磁石１４が長孔１６に沿って移動してＰ位置で停止する。この磁石１４のＰ位置では、磁石１４の端面１５の中心線１５ａと駆動回転軸６の回転中心線６ａとの間の半径方向距離Ｌが最大になる。このチューブ１７と遠隔操作摘み１８とワイヤ１９とねじりコイルばね２０とは外部操作手段として機能し、図４（ｂ）に示すように遠隔操作摘み１８を操作すると、その切換機構（図示せず）を介してワイヤ１９がケース８の外側向きＹへ引かれてレバー１２がねじりコイルばね２０の弾性力に抗して回動し、磁石１４が長孔１６に沿って移動してＱ位置で停止し、磁石１４のＱ位置がその切換機構（図示せず）によりロックされる。この磁石１４のＱ位置では、前記半径方向距離Ｌが最小になる。また、遠隔操作摘み１８を操作して切換機構（図示せず）によるロックを解除すると、ねじりコイルばね２０の弾性力により磁石１４が前記Ｐ位置に戻る。

図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように前記回転板１０の外周縁は前記フライホイール９の外周縁の内側に沿って円形状をなし、図２，３に示すようにその回転板１０には駆動回転軸６の回転中心線６ａの方向の両側でその外周縁により囲まれた端面２１，２２が形成され、その両端面２１，２２間で貫通する複数の透孔２３が駆動回転軸６の付近に等角度間隔で円環状に並設されている。この回転板１０の両端面２１，２２のうち一方の端面２１は前記磁石１４の端面１５に対し隙間Ｇをあけて面している。

図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すようにフライホイール９の外周縁により囲まれた内端面には駆動回転軸６の回転中心線６ａを中心とする同心円環状をなす電気導体面としての複数の区画面２４が半径方向へ並設されて互いに隣接する両区画面２４間に電気導体面としての段差面２５が形成され、図２，３に示すように前記回転板１０の両端面２１，２２のうち他方の端面２２はこの各区画面２４に対し隙間Ｓをあけて面している。前記磁石１４の端面１５を通り且つ駆動回転軸６の回転中心線６ａに対し直交する磁石移動面Ｈに対しこの各区画面２４がなす回転中心線方向距離Ｗは、前記半径方向距離Ｌが小さくなるに従い複数段階的に大きくなる。

さて、自転車２の後車輪３により受け台５上のローラ７が回転すると、駆動回転軸６とともにフライホイール９及び回転板１０も回転し、磁石１４とフライホイール９の各区画面２４及び各段差面２５との間で生じる磁力線を回転板１０が通過する。その磁力線が回転板１０に働くと、回転板１０には渦電流が発生して電磁ブレーキ作用による負荷が与えられる。その負荷が自転車２の後車輪３を回転させる人の抵抗として働く。また、磁石１４を半径方向へ移動調節して駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する磁石１４の半径方向距離Ｌを変更すると、フライホイール９の各区画面２４及び各段差面２５と磁石１４との間の回転中心線方向距離Ｗが変更されて磁束密度が変更されるため、回転板１０の負荷抵抗が変化する。磁石１４の半径方向距離Ｌが大きくなって回転中心線方向距離Ｗが小さくなるほど、また、回転板１０の回転速度が大きくなるほど、回転板１０の負荷抵抗は大きくなる。磁石１４の半径方向距離Ｌが小さくなって回転中心線方向距離Ｗが大きくなるほど、回転板１０の負荷抵抗は小さくなる。

本実施形態は下記の効果を有する。
＊ フライホイール９本来の機能ばかりでなく、磁石１４との間で磁力線を生じさせる電気導体としての機能をもフライホイール９に持たせて、フライホイール９を兼用したので、部品点数を減らして、電磁ブレーキ作用による負荷を与える負荷付与機構Ｍを簡略化し、運動器具用抵抗装置を小型化することができる。

＊ 磁石１４の半径方向距離Ｌを変更して磁石１４とフライホイール９の各区画面２４及び各段差面２５との間の回転中心線方向距離Ｗを変更するだけで、負荷を簡単に調節することができる。

＊ フライホイール９の各区画面２４及び各段差面２５により、フライホイール９の回転中心線６ａ側から遠くなる外周側ほど重くなって、フライホイール９としての機能を高めることができる。

＊ 駆動回転軸６の回転中心線６ａを中心とする同心円環状をなす各区画面２４及び各段差面２５により、フライホイール９の回転中に磁石１４との間で生じる磁力線を連続的に且つ均一に発生させることができる。

＊ ワイヤ１９等の連動索を利用してレバー１２を遠隔操作したので、駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する磁石１４の半径方向距離Ｌを容易に変更することができる。
＊ 互いに分離されたフライホイール９と回転板１０とを駆動回転軸６に対し着脱して、それらを適宜変更することができる。

＊ 回転板１０に形成された各透孔２３により、回転板１０とフライホイール９及びケース８の端壁８ｂとの間で風を生じさせて冷却効果を発揮させるばかりでなく、磁石１４の半径方向距離Ｌが小さい場合には回転板１０の各透孔２３を磁力線が通過し易くなるため、回転板１０の負荷抵抗は小さくなり、磁石１４の半径方向距離Ｌに応じた回転板１０の負荷抵抗差を大きくすることができる。

前記実施形態以外にも例えば下記のように構成してもよい。
・ フライホイール９の電気導体面については、図２，３に示すように、駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する半径方向距離Ｌが小さくなるに従い磁石１４に対する回転中心線方向距離Ｗが複数段階的に大きくなるように各区画面２４及び各段差面２５を形成すること以外に、その回転中心線方向距離Ｗが無段階的に大きくなるように傾斜面２６を形成する。

・ フライホイール９の電気導体面については、前記実施形態とは逆に、駆動回転軸６の回転中心線６ａに対する半径方向距離Ｌが大きくなるに従い磁石１４に対する回転中心線方向距離Ｗが複数段階的または無段階的に大きくなるように形成する。

・ フライホイール９の全体を電気導体により成形せずに、フライホイール９の内端面に環状の電気導体を埋め込んだり複数の電気導体を等角度間隔で埋め込む。
・ 回転板１０の全体を電気導体により成形せずに、回転板１０の回転に伴い磁石１４に面する回転板１０の外周部に環状の電気導体を埋め込んだり複数の電気導体を等角度間隔で埋め込む。

・ フライホイール９と回転板１０とを互いに分離して設けず、それらを同一の材質により一体成形する。
・ 回転板１０において各透孔２３を省略する。

（ａ）は本実施形態にかかる抵抗装置を設置した自転車運動器具を概略的に示す使用状態図であり、（ｂ）は上記抵抗装置のみを示す一部切欠き正面図である。 上記抵抗装置の一部破断部分正面図である。 上記抵抗装置の一部破断部分正面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線で矢視した受け台の側面図であり、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線で矢視した受け台の側面図である。 （ａ）は図２のＣ−Ｃ線で矢視した回転板の側面図であり、（ｂ）は同じくフライホイールの側面図である。 （ａ）は図３のＤ−Ｄ線で矢視した回転板の側面図であり、（ｂ）は同じくフライホイールの側面図である。

符号の説明

５…支持体としての受け台、６…駆動回転軸、６ａ…回転中心線、９…フライホイール、１０…回転電気導体としての回転板、１２…レバー、１４…磁石、２４…フライホイールの電気導体面としての区画面、２５…フライホイールの電気導体面としての段差面、Ｍ…負荷付与機構、Ｌ…磁石の半径方向距離、Ｗ…回転中心線方向距離。

Claims (7)

1. 人力により回転し得る駆動回転軸を支持する支持体と、この駆動回転軸の回転中心線の外周でこの支持体に取り付けた磁石と、この駆動回転軸とともに回転するフライホイールと、この磁石とフライホイールとの間で駆動回転軸とともに回転して磁石とフライホイールとの間で生じる磁力線を通過する回転電気導体とを備え、駆動回転軸の回転中心線に対する磁石の半径方向距離を変更し得るように支持体に対し磁石を移動調節可能に支持し、フライホイールには駆動回転軸の回転中心線の外周で磁石の移動調節に伴い磁石との間の回転中心線方向距離を変更し得る電気導体面を設けたことを特徴とする運動器具用抵抗装置。
2. 前記フライホイールの電気導体面は、駆動回転軸の回転中心線に対する半径方向距離が小さくなるに従い磁石に対する回転中心線方向距離が複数段階的にまたは無段階的に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の運動器具用抵抗装置。
3. 前記フライホイールの電気導体面は、駆動回転軸の回転中心線を中心とする環状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の運動器具用抵抗装置。
4. 前記フライホイールの電気導体面は、駆動回転軸の回転中心線を中心とする同心円環状をなす複数の区画面を半径方向へ並設して互いに隣接する両区画面間に段差面を形成したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の運動器具用抵抗装置。
5. 前記磁石は駆動回転軸の回転中心線に対し半径方向へ偏心した軸心を中心に回動し得るレバーに取り付けられ、このレバーには支持体の外側からレバーを回動させて駆動回転軸の回転中心線に対する磁石の半径方向距離を変更し得る外部操作手段を連結したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項４に記載の運動器具用抵抗装置。
6. 前記フライホイールと回転電気導体とは互いに分離して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一つの請求項に記載の運動器具用抵抗装置。
7. 前記回転電気導体は、駆動回転軸の回転中心線の外周でその回転中心線の方向へ貫通する透孔を有していることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一つの請求項に記載の運動器具用抵抗装置。

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