JPS6122611Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は筋力トレーニング装置に関し、特に筋
力トレーニングに必要な負荷を直流モータの駆動
力とした負荷装置の制御回路に関する。

腕を使つてウエイトのレバー上下操作やウエイ
トの吊下げワイヤーの握りの引戻し操作による
腕、腹等の筋肉鍛練を行なう筋力トレーニング装
置は、その負荷として、ウエイトに代えてモータ
を使用することで負荷調整を容易にしさらに任意
のパターンを持つ負荷特性になるプログラム制御
を可能にする。

本考案は、負荷として直流モータを使用するも
のにおいて、トレーニングを容易にするモータ制
御になり、しかも電力消費の低減、装置効率の向
上を図ることができる制御回路を提供することを
目的とする。

第１図は本考案の一実施例を示す全体構成図で
ある。運動者が引き戻し操作するワイヤー１の移
動負荷として、該ワイヤー１に必要な負荷荷重を
発生するための直流モータ２とワイヤー巻取り用
ドラム３及びワイヤー方向調整用シーブ４，５を
有する負荷機構を設け、モータ２の出力トルク制
御回路６とワイヤーに作用する負荷検出器として
の張力検出器７とを有する制御部を設ける。

制御回路６は固定又はプログラム制御される負
荷荷重設定信号と張力検出器７の検出信号を突合
わせるフイードバツク制御をなし、その詳細な構
成は第２図に示す。

第２図において、負荷荷重設定器１０の設定電
圧Vs₁は加算増幅器１１において張力検出器７の
検出信号を増幅するセンスアンプ１２の出力と突
合わされ、両信号の差に比例した電圧出力が加算
増幅器１１の出力として取出される。この出力は
定電流を作り出す基準抵抗１３を通してモータ２
の電機子電流I₁のほかにワイヤー巻戻しトルク発
生用として電流I₂を供給する回路が設けられる。
この回路は固定の設定電圧Vs₂を与える設定器１
４と増幅器１５と該増器１５の出力に比例した定
電流I₂を作り出す基準抵抗１６とにより構成され
る。

抵抗１７とダイオード１８とスイツチ１９はモ
ータ２の逆起電力によるブレーキ作用を得る。負
荷トルク発生用電流２０は低電圧大電流容量を持
ちダイオード２１を通して増幅器１１に直流を供
給し、巻戻し用電源２２は高電圧小電流容量を持
ち増幅器１５に直流供給する。ダイオード２１は
運動者がワイヤーの引張り力を抜いてモータが正
回転方向に回転し始めるときに、モータ２に発生
する逆起電圧ER₂が電源２０の電圧E₁以上になる
も増幅器１１の出力トランジスタTR₁を破損しな
いよう保護する。

本実施例において、運動者がワイヤーを引く力
に対して、モータ２には設定器１０による負荷ト
ルクを持つてワイヤーを巻取る方向に電流I₁が供
給されるフイードバツク制御になり、ワイヤーは
設定器１０の設定トルクがかけられながら巻戻さ
れる。このとき、モータ２にはワイヤー巻戻し速
度に応じて図示極性の電圧Ｅ_R1が発生し、スイツ
チ１９を投入しておけばワイヤーを引く速度に応
じてモータの発電制動による負荷トルクの増大を
施すことができる。

次に、運動者がワイヤーを引出した状態から力
を抜いてワイヤーを巻取り側に戻すとき、モータ
２はワイヤー巻取り方向に回転し始め、この回転
はモータにかかる電圧に比例して速くなり、ワイ
ヤー巻取り開始時には電源２０の電圧E₁と抵抗
で決まる最大電流I₁maxが供給されて速い回転に
なる。この回転による巻取り開始はモータ２の逆
起電圧が図示極性の電圧ER₂になり、電圧ER₂が
電源２０の電圧E₁（低電圧）を越える巻取り速
度以上になるときは電流I₁は零になり、以後には
電流I₂による低トルクで一定張力、低電圧電源E₁
より高速回転を許容し得る高電圧電源E₂による
制御回路１５で制御される事になる。このように
運動者がワイヤーを引出した状態からワイヤーを
ゆつくり戻すときには電流I₁による負荷トルクで
巻取り、ワイヤーを離したとき又は力を抜いたと
きには電流I₂によりワイヤーにたるみが出ない程
度の速度で巻取ることができる。

従つて、本実施例によれば、運動者がワイヤー
を引張るときには設定器１０による負荷トトルク
がかけられ、設定器１０の設定値を可変にするこ
とで負荷荷重を任意に設定できるし、設定値をワ
イヤー引抜き量に応じて変えるプログラム制御も
可能にする。また、スイツチ１９を投入してモー
タ２に発電制動をかけるときは抵抗１７で決まる
ワイヤー引抜き速度に対応した負荷荷重の増大を
図ることができ、抵抗１７を抵抗値可変又はワイ
ヤー引抜き量に応じて変化させる回路を付加する
などによつて負荷荷重を一層多様化したトレーニ
ング装置になる。また、ワイヤーの巻戻しには運
動者が力を抜くか手から離すときワイヤーのたる
みなく高速に低トルクで巻取り、初期位置への早
い戻しにより次回のワイヤー引張り態勢にする効
率の良いトレーニング装置になる。

本実施例は上述の効果に加えて、モータ２を駆
動する駆動回路の電力損失を低減すると共に出力
トランジスタTR₁，TR₂の損失を低減することが
できる。このことを以下に説明する。

第２図において、定電流I₂を供給するワイヤー
巻戻し駆動回路を持たない第３図に示す定電流型
駆動回路によりモータ制御をする場合、運動者が
ワイヤーを引張るときモータ２には図示極性の電
圧Ｅ_R1が発生して電源電圧E₃に加えられるように
なる。一方、モータ電流I₃は定電流になつて抵抗
１３Ａとで決まる定電圧降下になる。従つて、出
力トランジスタTR₃のコレクタ・エミツタ間電圧
が電圧Ｅ_R1分だけ増大する。一方、運動者が力を
抜いてワイヤーを巻取るとき、モータには逆起電
圧Ｅ_R2が図示極性に発生し、電源電圧E₃はこの逆
起電圧よりも高い電圧に設定する。従つて、巻取
り速度を速くするには電圧E₃も高く設定せざる
を得ず、巻戻し時のトランジスタTr₃のコレクタ
損失は（E₃＋Ｅ_R1−I₃R_13A）I₃という高い値にな
る。

これに対して、本実施例になる第２図の構成で
はワイヤーの負荷荷重発生用と巻取り用トルク発
生とは電流I₁，I₂電圧E₁，E₂Bによつて別回路に
するためトランジスタTr₁のコレクタ損失はE₁を
8V程度に低くして充分になり、（E₁＋Ｅ_R1−
I₁R₁₃）I₁が小さくなる。また、トランジスタTr₂
のコレクタ損失は高電圧E₂になる低電流I₂で済む
ため、（E₂−I₂R₁₆）I₂で決まるコレクタ損失は小
さくなり、両トランジスタTr₁，Tr₂のコレクタ
損失の総和もトランジスタTr₃のそれよりも充分
に小さくなる。

例えば、同じ負荷荷重を発生するのに、第２図
及び第３図の回路で、 E₁＝8V，I₁＝8A，R₁₃＝0.3Ω E₂＝100V，I₂＝1A，R₁₇＝１Ω E₃＝100V，I₃＝8A，Ｒ_13A＝0.3Ω とし、モータ電圧Ｅ_R1＝80Vとすると、トランジ
スタTr₃のコレクタ損失は （E₃＋Ｅ_R1−I₃R₁₃）≒1421W となるのに対して、トランジスタTr₁，Tr₂のコ
レクタ損失の総和は （E₂−I₂R₁₇）I₂＋（E₁＋Ｅ_R1−I₁R₁₃）I₁≒784W となり、第３図のものに比してコレクタ損失が約
55％軽減される。

次に、第２図と第３図の場合での電力容量を比
較すると、第２図ではE₂I₂＋E₁I₁＝164Wのもの
を必要とする。従つて、本実施例では第３図のも
のに比して電源容量に80％近くの軽減を図ること
ができ、二電源を必要とするも低廉、小型の電源
で済む。

以上のとおり、本考案によれば、筋力トレーニ
ングに必要な負荷を直流モータの駆動力で得るの
に、負荷荷重方向には適切な負荷特性を持たせて
負荷トルクを発生し、ワイヤーや握りレバーの戻
しには高速、低トルクでの戻し駆動をしてワイヤ
ーのたるみ等を無くして効率良い繰返し運動を可
能にする。また、負荷荷重方向にはモータの発電
電力を利用してトレーニングスピードに比例して
負荷荷重を増大する負荷態様を得ると共に電源効
率を向上できる。また、モータ駆動回路の出力ト
ランジスタのコレクタ損失を軽減し、さらに電源
容量を軽減して装置の小型化、低廉化を可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図における制御回路６の一実施例を
示す回路図、第３図は従来の制御回路図である。 ２……モータ、６……制御回路、７……張力検
出器、１０……負荷荷重設定器、２０，２２……
電源。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 筋力トレーニングに必要な負荷を直流モータ
   の駆動力で得る筋力トレーニング装置におい
   て、低電圧電源とモータとの間に直列に出力ト
   ランジスタを介装しモータ負荷トルク設定電圧
   と検出トルクとの突合せによつて該出力トラン
   ジスタを電圧制御しモータに低電圧、大電流を
   供給する第１の駆動回路と、高電圧電源とモー
   タとの間に直列に出力トランジスタを介装しモ
   ータの巻戻し設定電圧に比列して該出力トラン
   ジスタを電圧制御しモータに高電圧、小電流を
   供給する第２の駆動回路とを備えたことを特徴
   とする筋力トレーニング装置の制御回路。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、モ
   ータは負荷トルク設定出力状態で発電制動をか
   ける制動回路を含む筋力トレーニング装置の制
   御回路。