JPH0757089B2 - スポ−ツトレ−ニング用装置のための電磁ブレ−キ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スポーツトレーニング用装置、殊にエルゴメ
ータのための電磁ブレーキ装置に関する。

エルゴメータは自転車をのように作動されるスタンド型
の定置の器具であつて、自転車の後輪の代りにフライホ
イールを有していて、該フライホイールがペダル式駆動
機構を介して駆動される。上記フライホイールに作用す
る調節可能なブレーキ装置は、ペダル式駆動機構の駆動
力に抗する抵抗力を規定する。エルゴメータは純然たる
トレーニング用装置として構成することもできるが、し
かしまたトレーニングを行なう人の、ペダルを踏込むさ
いに生じる力、場合によつては医療的測定データを計測
する測定装置に接続して用いられるように構成すること
も可能である。

簡単なエルゴメータでは、ブレーキ装置は機械式摩擦ブ
レーキ、例えばブレーキバンド又はロール型ブレーキと
して構成されている。しかも機械式摩擦ブレーキは摩耗
し易い。

さらに、フライホイールにうず電流ブレーキを所属させ
ることが公知になつている。このようなうず電流ブレー
キはその自体としては摩耗を生じない。しかし公知のう
ず電流ブレーキには電力を床等にある配電網から供給し
なければならない。このような配電網とは無関係に作動
される公知のうず電流ブレーキにおいては制動力を調節
するため永久磁石の位置を機械的に変化させなければな
らない。

本発明の課題は、スポーツトレーニング用装置、殊にエ
ルゴメータのための電磁ブレーキ装置を改良して、その
制動力が電気的に調節可能であり、かつ外部電源からの
給電を必要とすることなし作動されるようにすることに
ある。かつまた該ブレーキ装置を簡単に構成することが
できるようにすることにある。

本発明による電磁ブレーキ装置はステータ及び該ステー
タに対して相対的に回転軸線を中心に回転可能なロータ
を有している。ステータ及びロータはそれぞれ多極の鉄
心回路を有しており、これらは１つの磁束回路を形成す
る。該鉄心回路にはコイルが所属しており、これらのコ
イルの一方のコイルは励磁コイルとして、他方のコイル
は発電機コイルとして構成されている。励磁コイルの鉄
心回路は残留磁気性の鉄心回路であつて、従つてロータ
及びステータの相対的回転のさい発電機コイル中に初期
電圧が誘導される。励磁コイルはスリツプリング装置を
介して発電機コイルに接続されており、かつ発電機コイ
ルから生じる電流を介して励磁される。電気的な制御装
置、もつとも簡単な形としてはポテンシオメータ、有利
にはしかし電流調整回路として構成されている制御装置
は、励磁コイルに供給された電流の調整を可能にする。
発電機コイルの鉄心回路にはさらに短絡コイルが所属し
ている。励磁コイルの、制御装置を介して可変の磁界は
短絡コイル中に短絡電流を誘導し、これにより、励磁電
流に比例する制動モーメントを生ぜしめる。

本発明の有利な一実施態様によれば、励磁コイルを有す
る、残留磁気性の鉄心回路はランドルポール−鉄心回路
若しくはクローポール−鉄心回路として構成されてい
る。この場合励磁コイルは回転軸線に対して同心的なコ
イルであり、これに対してクローポール−鉄心回路は、
コイルに対して同心的な、残留磁気性の、硬磁性鋼、殊
にＣ−35より成るヨーク管を含んでおり、その軸方向端
面にはリング円板形のクローポール支持体が空隙なしに
接続している。クローポール支持体は軸方向で互いに突
出したクローポールを有し、該クローポールは周方向で
交互に位置しており、従つて励磁コイルの直流励磁にも
かかわらず、周方向で交番する多極の磁界を生ぜしめ
る。

発電機コイルの鉄心回路はクローポールに対して半径方
向で向き合つている極及び該極に所属するコイルを有し
ている。発電機コイルにはループ巻き線を用いることが
できるが波巻き線であるのが有利である。短絡コイルに
おいても波巻き線を用いるのが有利である。短絡コイル
はしかし、２つの短絡リングの間に延びている導体又は
ロツドを有するかご形巻線として構成することも可能で
ある。

本発明の有利な一実施態様によれば、ステータはロータ
の半径方向内側に配置されており、かつステータ鉄心回
路の軸方向側方にラジアルフアン羽根を支持している。
クローポール−鉄心回路はロータとステータとの間に軸
方向通路を形成しており、該通路は、ロータ及びステー
タの十分な冷却をうるためラジアルフアンに接続してい
る。半径方向外側にあるロータが発電機コイル及び短絡
コイルを支持していて、これにより制動熱の放出が一層
改善されるようにするのが有利である。

制御装置がロータと１つの構造ユニツトを構成し、さら
にスリツプリング装置に所属するブラシを支持している
ようにするのが有利である。このような構成形式によれ
ば全体として１つのコンパクトな構造ユニツトがえられ
る。

本発明によるブレーキ装置はたんにエルゴメータに使用
されるばかりでなく、例えば漕艇トレーニング用器具等
のトレーニング用装置一般に使用することができる。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図の電磁ブレーキ装置は軸１に回転不能にはめ込ま
れたステータ３と、軸受5,7により軸１に回転可能に支
承されたロータ９を有している。軸１はトレーニング装
置、例えばエルゴメータのホーク11内に固定されてお
り、ステータ３を回転不能にホーク11に保持している。
ロータ９には駆動チエーン又は駆動歯付きベルト用の駆
動スプロケツト13が固定されており、該スプロケツト13
を介してペダル駆動機構又はその類似物からロータ９は
不動のステータ３に対して相対的に回転せしめられる。

ステータ３はクローポールホイールとして構成されてお
り、その鉄心回路は軸１を取り囲んでいる不動のヨーク
管15及び該ヨーク管の軸方向両側にあるクローポール支
持体17,19を有している。クローポール支持体17,19はリ
ング円板形であつて、ヨーク管15の軸方向端面に空隙な
しに接続している。クローポール支持体17,19はその外
周に、周方向でそれぞれ互いにずらされている多数のク
ローポール21,23を有している。両方のクローポール支
持体17,19のクローポール21,23はヨーク管15の軸方向で
向かいあつている側から互いに対向する方向に突出して
おり、この場合クローポールは軸方向で互いに重なりあ
つており、かつほぼヨーク管15の軸方向全長に互つて延
びている。ステータ３の周方向でみて、クローポール2
1,23は互い違いに位置している。ヨーク管15は残留磁気
性の鋼、例えば鋼Ｃ−35より成る。クローポール21,23
によつて制限されている室内には励磁コイル25が軸１に
対して同軸的に配置されている。励磁コイル25はヨーク
管15を取り囲んでいて、直流電流で励磁されるとクロー
ポール支持体17,19に直流磁界を生じ、これはクローポ
ール21,23間において周方向で局部的に変化する。

ロータ９は軸受5,7に支承された２つの支承フランジ27,
29間に薄板よりなるヨークリング31を有しており、これ
はステータ３に接近して、しかし接触することなくこれ
を取り囲んでいる。ヨークリング31はその内周に多数の
軸方向に延びている溝33を有しており、これらは周方向
でみてそれらの間に極35を形成している。ロータ９の極
35はクローポール21,23に対して半径方向で向かいあつ
ている。ロータ９の極数はステータ３の極数の整数倍で
ある。溝33内には発電機コイル39のコイル導体37が延び
ており、該発電機コイル39内では励磁コイル25により生
じた磁界がロータ９の回転のさいに交流電圧を誘導す
る。発電機コイル39のリード線は２つのリング状に閉じ
たスリツプリング41に接続されており、該スリツプリン
グ41にはブラシ45,47が弾力的に当て付けられている。

ブラシ45,47には電流調整回路49が接続しており、該回
路は発電機コイル39からロータ９の回転のさいに生ぜし
められる交流電圧を詳細には図示されていない整流回路
51で整流し、従来の電流調整回路を介して励磁コイル25
の、符号53で示されている接続部に、調節可能な振幅を
有する直流として供給する。励磁直流の振幅は可変抵抗
として製作された、電流調整回路49の目標値発生器55で
調整される。

ロータ９のヨークリング31はさらに、ステータ３の磁界
が通る短絡コイル57を支持している。短絡コイル57は溝
33内に挿入された導体59を有し、該導体59は薄板リング
61,63により端部で互いに接続されている。ブレーキ装
置の製作において、磁化された、残留磁気性のヨーク管
15は発電機コイル39に初期起磁力を生じさせ、該初期起
磁力はロータ９の回転のさいに外部電源とは無関係に励
磁コイル25の初期励磁を生ぜしめ、該励磁は次いで発電
機コイル39から給電された励磁コイル25のフイードバツ
ク効果により目標値発生器55に設定された値にまで高め
られる。発電機コイル39の起磁力に相応して、短絡コイ
ル39の起磁力、ひいてはまた、ロータ９の回転に逆向き
に作用する制動モーメントも増大する。この制動モーメ
ントは励磁コイル25の励磁電流にほぼ比例しており、従
つてまた目標値発生器55で調整することができる。この
場合、電流調整回路49の作動電圧もまた発電機コイル39
によつて生ぜしめられるため、外部電源を必要としな
い。

短絡コイル57は制動モーメントを電磁的な手段で生ぜし
める。それというのは該短絡コイル57は励磁コイル25の
磁界とは逆向きに作用する反対磁界を生ぜしめるからで
ある。短絡コイル57は有利には良好な導電性を有する材
料、例えば銅又はアルミニユームから成つている。短絡
コイル57の極数は発電機コイル39の極数と異なつている
ことができる。

第２図はブレーキ装置の別の一実施例を示す。同じ作用
を有する部分には第１図の符号にａを付した符号が用い
られている。この場合符号１〜49,53,57及び59を有する
部分は同一である。部分51,55は第２図には図示されて
はいないが存在する。

第２図のブレーキ装置はやはりクローポールホイールと
して製作されたステータ3aを有し、そのクローポール−
鉄心回路は残留磁気性のヨーク管15a及び２つの、軸方
向で空隙なしに接続しているクローポール支持体17a,19
a並びに励磁コイル25aを有している。ヨーク管15a及び
クローポール支持体17a,19aは軸1aのぎざ溝付き区分65
に押しはめられている。区分65は軸方向で両側に続いて
いる範囲よりも大きな直径を有しており、ロータ9aを支
持する軸受5a,7aを軸方向で固定している。ロータ9aは
薄板より成る、軸方向溝33aによつて極35aに分割された
ヨークリング31aを有している。ヨークリング31aの薄板
群はリベツト67により１つのユニツトにまとめられてい
る。ロータ9aの支承フランジ27a,29aはその外周にエル
ゴメータのフライホイール用の案内面69,71を有してお
り、該フライホイールは支承フランジ27aの固定フラン
ジ73に固定することができる。ねじ75はヨークリング31
a及び支承フランジ27aを１つのユニツトに結合してい
る。

第１図のループ巻き線として形成された発電機コイル39
と異なつて、第２図の発電機コイル39aは波巻き線とし
て形成されている。短絡コイル57aもやはり波巻き線と
して形成されていて、第３図の巻き線パターンに相応し
て発電機コイル39aと共にヨークリング31aの溝33a内に
挿入されている。図示の実施例においてはヨークリング
31aは、ステータ3aが12のクローポールを有する場合に2
4の極を有している。コイル39a及びコイル57aはそれぞ
れ１つおきの溝内に３層コイル巻き線の形で挿入されて
いる。コイル始端はA,B,Cで示されており、コイル終端
はX,Y,Zで示されている。それぞれ後ろに付されている
符号１は奇数番目の溝を示し、２は偶数番目の溝を示し
ている。導体はコイル列順序Ａ−Ｂ−Ｃで溝33a内に挿
入されている。発電機コイル39aはコイル形式B1−Y1−B
2−Y2を含んでいる。４つの短絡コイルA1−Z1,C1−X1,A
2−Z2,C2−X2が存在している。各短絡コイルの始端及び
終端は、第３図から分かるように、互いに接続されてい
る。上記の形式のコイルはロータの回転角度とは無関係
に比較的均一の制動モーメントを生じさせる。

ステータ3aのクローポール21a,23aは励磁コイル25aとヨ
ークリング31aの内周との間に軸方向に延びる換気通路7
7を形成している。

支承フランジ27aが多数の軸方向孔79を有しているのに
対して、支承フランジ29aは多数の周方向に分配された
ラジアルフアン羽根81を有しており、これらは、支承フ
ランジ29aの半径方向切り欠きを介して通路77に接続し
ている。ラジアルフアン羽根81はロータ9aの回転のさい
に支承フランジ27a,29aとヨークリング31aとによつて形
成されたケーシング中に軸方向空気流を生じさせる。

軸1aには、ラジアルフアン羽根81を有する支承フランジ
29aに隣接してカバー83が取付けられており、これは回
路薄板85を取り囲んでいる。回路薄板85は電流調整回路
49aの構成エレメント並びにブラシ45a,47aを支持してい
る。ブラシ45a,47aに所属するスリツプリング41a,43aは
プリント回路技術で薄板リング87上に設けられており、
この薄板リングは支承リング29aに、例えばリベツト止
めにより、固定されている。発電機コイル39aのリード
線は支承フランジ29aの孔を通して外部へ導かれていて
スリツプリング41a,43aに接続されている。励磁コイル2
5aのリード線53aは軸1aの１つの軸方向溝内を軸受け7a
の下側を通つて導かれて回路薄板85に達している。ブレ
ーキ装置は従つて全体として外部電源とは無関係に作動
可動なコンパクトな１つのユニツトを形成する。制動モ
ーメントを調節することができる目標値発生器は固有の
コードを介して回路薄板85に接続することができかつ操
作し易い個所に配置しておくことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はトレーニ
ング装置、殊にエルゴメータ用のブレーキ装置の一実施
例の部分的な軸方向断面略示図、第２図は第１図とは異
なる別の一実施例のブレーキ装置の軸方向断面図、第３
図は第２のブレーキ装置のロータ巻線の接続構成図であ
る。 1,1a……軸、3,3a……ステータ、 9,9a……ロータ、15,15a……ヨーク管、 17,17a……クローポール支持体、 19,19a……クローポール支持体、 21,21a……クローポール、 22,22a……クローポール、 25,25a……励磁コイル、 31……ヨークリング、 39,39a……発電機コイル、 49,49a……電流調整回路、 57,57a……短絡コイル。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スポーツトレーニング用装置のための電磁
   ブレーキ装置において、 （イ） ステータ（３）及び該ステータに対して相対的
   に、回転軸線を中心にして回転可能なロータ（９）を有
   しており、上記ステータ（３）及びロータ（９）がそれ
   ぞれ多極の鉄心回路（15,17,19,31）を有していて、こ
   れらの鉄心回路が１つの磁束回路を形成しており、かつ
   この場合鉄心回路（15,17,19）の一方が残留磁気性の鉄
   心回路であり、 （ロ） 鉄心回路（15,17,19,31）に所属するコイル（2
   5,39）を有しており、上記コイルのうち、残留磁気性の
   鉄心回路（15,17,19）に所属する方のコイルが励磁コイ
   ル（25）として、他方のコイルが発電機コイル（39）と
   して、構成されており、 （ハ） スリツプリング装置（41,43）を有しており、
   該スリツプリング装置を介して、励磁コイル（25）が発
   電機コイル（39）に接続されており、 （ニ） 発電機コイル（39）の鉄心回路（31）に所属す
   る短絡コイル（57）を有しており、 （ホ） 発電機コイル（39）から励磁コイル（25）に供
   給される電流の大きさを調節するための制御装置（49）
   を有していることを特徴とする、スポーツトレーニング
   用装置のための電磁ブレーキ装置。
2. 【請求項２】励磁コイルが、回転軸（１）に対して同心
   的の励磁コイル（25）として、かつ残留磁気性の鉄心回
   路がクローポール−鉄心回路（15,17,19）として、構成
   されており、上記クローポール鉄心回路は、励磁コイル
   （25）の軸方向で互いに向かい合つている側から軸方向
   で互いに突出し、周方向で互いに交互に位置するクロー
   ポール（21,23）を有しており、かつ発電機コイル（3
   9）の鉄心回路（31）が、クローポール（21,23）に対し
   て半径方向で対向して位置する極（35）を有する軟鉄−
   ヨークリング（31）を有し、かつ発電機コイル（39）が
   上記極（35）に所属する少なくとも１つのコイルを有し
   ている、特許請求の範囲第１項記載の電磁ブレーキ装
   置。
3. 【請求項３】軟鉄−ヨークリング（31）が残留磁気性鉄
   心回路（15,17,19）を取囲んでおり、かつ半径方向内側
   へ突出した極（35）を有している、特許請求の範囲第２
   項記載の電磁ブレーキ装置。
4. 【請求項４】軟鉄−ヨークリング（31）が極（35）を形
   成するために軸方向に延びている溝（33）を有してお
   り、該溝内に、発電機コイル（39）の導体（37,39）及
   び短絡コイル（57）が挿入されている、特許請求の範囲
   第３項記載の電磁ブレーキ装置。
5. 【請求項５】発電機コイル（39a）及び短絡コイル（57
   a）が波形巻き線コイルとして形成されている、特許請
   求の範囲第４項記載の電磁ブレーキ装置。
6. 【請求項６】短絡コイル（57）が鉄心回路（31）の軸方
   向両側に短絡−薄板リング（61,63）を有しており、該
   短絡−薄板リングが溝（33）内に延びている導体（59）
   により互いに接続されている、特許請求の範囲第４項記
   載の電磁ブレーキ装置。
7. 【請求項７】ロータ（9a）が発電機コイル（39a）及
   び、軟鉄−ヨークリング（31a）の軸方向で側方にラジ
   アルフアン羽根（81）を支持している、特許請求の範囲
   第３項記載の電磁ブレーキ装置。
8. 【請求項８】発電機−鉄心回路（31）の極数が励磁器−
   鉄心回路（15,17,19）の極数の整数倍に等しい、特許請
   求の範囲第１項から第７項までのいづれか１項記載の電
   磁ブレーキ装置。
9. 【請求項９】スリツプリング装置が２つのリング状の、
   閉じたスリツプ軸道（41,43）を有しており、かつ制御
   装置（49）が整流器段（51）を介して発電機コイル（3
   9）に接続されている、特許請求の範囲第１項から第８
   項までのいづれか１項記載の電磁ブレーキ装置。
10. 【請求項１０】制御装置（49）が直流−調整回路として
    構成されている、特許請求の範囲第９項記載の電磁ブレ
    ーキ装置。
11. 【請求項１１】ステータ（8a）がトレーニング用装置に
    取り付けられる軸（1a）を有しており、かつ制御装置
    （49a）が、ステータ−鉄心回路（15a,17a,19a）の軸方
    向側方において軸（1a）に取り付けられた、制御装置
    （49a）の構成エレメントを有する回路薄板（85）を含
    んでいる、特許請求の範囲第１項から第10項までのいづ
    れか１項記載の電磁ブレーキ装置。
12. 【請求項１２】回路薄板（85）が、スリツプリング装置
    （41a,43a）に所属するブラシ（45a,47a）を支持してい
    る、特許請求の範囲第11項記載の電磁ブレーキ装置。