(57)【要約】【課題】フィットネスマシンの使用で得られる電力を広範に利用することが可能であると共に、発電効率が高い発電可能なフィットネスマシンを提供する。【解決手段】ペダルを人力で操作するエアロバイクやステッパーなどのフィットネスマシンに搭載され、ペダルにより駆動されて発電を行うアウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５若しくはポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５と、同期発電機に接続され、当該同期発電機による発電を制御する発電機コントローラー２２と、同期発電機に接続され、蓄電する蓄電池２３と、蓄電池に接続され、当該蓄電池に蓄電された電気を変換して出力するＤＣ／ＡＣインバーター２４とを備えた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルを人力で操作するエアロバイクやステッパーなどのフィットネスマシンに搭載され、該ペダルにより駆動されて発電を行うアウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機若しくはポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機と、該同期発電機に接続され、当該同期発電機による発電を制御する発電機コントローラーと、上記同期発電機に接続され、蓄電する蓄電池と、該蓄電池に接続され、当該蓄電池に蓄電された電気を変換して出力するＤＣ／ＡＣインバーターとを備えたことを特徴とする発電可能なフィットネスマシン。
【請求項２】
前記発電機コントローラーの発電パルスを制御するために、前記ペダルの位置を検出して該発電機コントローラーへ出力するペダル位置センサーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項３】
前記ペダルを人力で操作するとき、増強発電量と通常発電量を交互に切り替え可能に切り替えタイミングを設定する発電パルスを発生するタイマーを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項４】
前記同期発電機は、その発電機駆動部に交換可能に取り付けられるフライホイール付きインホイールタイプの発電機であることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項５】
前記蓄電池には、充電器を介して、家庭用電源から商用電力が充電されることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項６】
前記発電機コントローラーは、これに接続された前記蓄電池の充電・放電を制御し、前記同期発電機を電動機に切り替えて前記ペダルを電動駆動することを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項７】
前記発電機コントローラーは、前記ペダルの電動駆動時、電動駆動方向と反対方向への人力による該ペダルの操作により、前記同期発電機から前記蓄電池に回生電力を充電することを特徴とする請求項１〜６いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項８】
前記蓄電池は前記同期発電機に二重層キャパシターを介して接続されることを特徴とする請求項１〜７いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【請求項９】
前記ペダルには、長さ調節可能なクランクが設けられることを特徴とする請求項１〜８いずれかの項に記載の発電可能なフィットネスマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィットネスマシンの使用で得られる電力を広範に利用することが可能であると共に、発電効率が高い発電可能なフィットネスマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機能を備えたフィットネスマシンとしては、例えば特許文献１が知られている。特許文献１は、健康器具であるエアロバイクによる運動エネルギーを動力伝達ペダルと動力伝達ペダル用受け金具および連結用パイプにより発電機本体とエアロバイクが連結され、脚力による回転力を増速機構に伝えることで高速回転される２台の直流モーターにより発電される構造を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術は、単にペダルの回転力でモーターを駆動するのみであり、エアロバイクの使用時だけしか電力供給ができず利用価値が低いと共に、発電制御をしていないため、効率が良くないという課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、フィットネスマシンの使用で得られる電力を広範に利用することが可能であると共に、発電効率が高い発電可能なフィットネスマシンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる発電可能なフィットネスマシンは、ペダルを人力で操作するエアロバイクやステッパーなどのフィットネスマシンに搭載され、該ペダルにより駆動されて発電を行うアウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機若しくはポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機と、該同期発電機に接続され、当該同期発電機による発電を制御する発電機コントローラーと、上記同期発電機に接続され、蓄電する蓄電池と、該蓄電池に接続され、当該蓄電池に蓄電された電気を変換して出力するＤＣ／ＡＣインバーターとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
前記発電機コントローラーの発電パルスを制御するために、前記ペダルの位置を検出して該発電機コントローラーへ出力するペダル位置センサーを備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記ペダルを人力で操作するとき、増強発電量と通常発電量を交互に切り替え可能に切り替えタイミングを設定する発電パルスを発生するタイマーを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記同期発電機は、その発電機駆動部に交換可能に取り付けられるフライホイール付きインホイールタイプの発電機であることを特徴とする。
【００１０】
前記蓄電池には、充電器を介して、家庭用電源から商用電力が充電されることを特徴とする。
【００１１】
前記発電機コントローラーは、これに接続された前記蓄電池の充電・放電を制御し、前記同期発電機を電動機に切り替えて前記ペダルを電動駆動することを特徴とする。
【００１２】
前記発電機コントローラーは、前記ペダルの電動駆動時、電動駆動方向と反対方向への人力による該ペダルの操作により、前記同期発電機から前記蓄電池に回生電力を充電することを特徴とする。
【００１３】
前記蓄電池は前記同期発電機に二重層キャパシターを介して接続されることを特徴とする。
【００１４】
前記ペダルには、長さ調節可能なクランクが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる発電可能なフィットネスマシンにあっては、フィットネスマシンの使用で得られる電力を広範に利用することができると共に、高い発電効率で発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの好適な一実施形態を示すエアロバイクの側面図である。
【図２】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの他の実施形態を示すエアロバイクの側面図である。
【図３】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの他の実施形態を示すエアロバイクの側面図である。
【図４】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの他の実施形態を示すステッパーの側面図である。
【図５】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの概略回路構成を示す説明図である。
【図６】本発明に係る発電可能なフィットネスマシンの概略電力フローを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる発電可能なフィットネスマシンの好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る発電可能なフィットネスマシンの一例として、エアロバイク１の側面図を示している。
【００１８】
エアロバイク１は周知のように、本体フレーム２と、本体フレーム２に配置された着座用のサドル３及び手でつかむハンドル４と、足で漕ぐペダル５と、ペダル５が取り付けられるペダルクランク６と、本体フレーム２に回転自在に支持され、ペダルクランク６で回転駆動される第１ホイール７と、本体フレーム２に回転自在に支持され、第１ホイール７にベルト８を介して連結されて従動回転される第２ホイール（図示せず）とから主に構成されている。
【００１９】
サドル３は、周知のスライダー機構３ａ及び上下調整ボルト３ｂにより、本体フレーム２に対し、前後位置及び高さ位置が調整される。ペダルクランク６は、入れ子式のスライド機構を備え、図示しない調整ボルトでスライド位置を調整することにより、第１ホイール７の回転軸からの長さが調節可能に構成される。
【００２０】
ハンドル４近傍には、本体フレーム２に取り付けた支持台１０を介し、後述する発電作用による給電で稼働されるＤＶＤの使用が可能なディスプレイ付きパソコン９が搭載されている。ハンドル４近傍の本体フレーム２には、発電量調整ボリューム付き蓄電量表示器１１が設けられる。
【００２１】
さらに、本体フレーム２には、ペダル５もしくはペダルクランク６が通過する位置に、これらペダルクランク６等が横切ったことを検知し、これによりペダル５もしくはペダルクランク６の位置を検出するペダル位置センサー１２が設けられる。
【００２２】
図１に示したエアロバイク１では、本体フレーム２に設けたモータ搭載部１３で支持すると共に発電機駆動部である第２ホイールの回転軸１４に直結して、インホイールタイプのアウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５もしくはポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５が交換可能に設けられる。
【００２３】
この同期発電機１５には、第２ホイールと同軸で、フライホイール１６が付設される。フライホイール１６は、各種サイズのものが交換可能に付設される。同期発電機１５には、ケーブル１７を介して、別置きで用意される発電制御用ボックス１８が接続される。
【００２４】
図２は、異なるタイプのエアロバイク１が示されている。同一機能部分には、同一符号を付して、説明を省略する。図示したエアロバイク１では、同期発電機１５は、発電制御用ボックス１８に設けられている。本体フレーム２には、第２ホイールの回転軸１４と同軸で、フライホイール１６が設けられ、このフライホイール１６と同期発電機１５とがベルト１９を介して連結されている。
【００２５】
図３は、さらに異なるタイプのエアロバイク１が示されている。同一機能部分には、同一符号を付して、説明を省略する。図示したエアロバイク１では、ハンドル４が本体フレーム２に揺動可能に支持され、このハンドル４とペダル５とが連結バー２０で連結されて、ペダル５の回転に従ってハンドル４が揺動するようになっている。
【００２６】
図４は、発電可能なフィットネスマシンの他の例として、ステッパー２１の側面図を示している。ステッパー２１も周知のように、本体フレーム２と、本体フレーム２に配置され、手でつかむハンドル４と、本体フレーム２に回転自在に支持された第１ホイール７及び第２ホイールの回転軸それぞれにペダルクランク６を介して連結されたペダル５とから主に構成され、ペダル５で第１ホイール７及び第２ホイールを回転駆動するようになっている。
【００２７】
ペダルクランク６は、入れ子式のスライド機構を備え、図示しない調整ボルトでスライド位置を調整することにより、各ホイールの回転軸からの長さが調節可能に構成される。ハンドル４近傍には、本体フレーム２に取り付けた支持台１０を介し、後述する発電作用による給電で稼働されるＤＶＤの使用が可能なディスプレイ付きパソコン９が搭載されている。ハンドル４近傍の本体フレーム２には、発電量調整ボリューム付き蓄電量表示器１１が設けられる。
【００２８】
さらに、本体フレーム２には、ペダル５もしくはペダルクランク６が通過する位置に、これらペダルクランク６等が横切ったことを検知し、これによりペダル５もしくはペダルクランク６の位置を検出するペダル位置センサー１２が設けられる。
【００２９】
図４に示したステッパー２１では、本体フレーム２に設けたモータ搭載部１３で支持すると共に第２ホイールの回転軸１４に直結して、インホイールタイプのアウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５もしくはポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５が交換可能に設けられる。
【００３０】
この同期発電機１５には、第２ホイールの回転軸１４と同軸で、フライホイール１６が付設される。フライホイール１６は、各種サイズのものが交換可能に付設される。同期発電機１５には、ケーブル１７を介して、別置きで用意される発電制御用ボックス１８が接続される。
【００３１】
いずれのエアロバイク１及びステッパー２１にあっても、基本的に、ペダル５を人力で操作すると、このペダル５で駆動される同期発電機１５が発電を行うようになっている。
【００３２】
次に、いずれにも共通する発電制御用ボックス１８について、図５及び図６を参照して説明する。発電制御用ボックス１８には主に、同期発電機１５に接続され、当該同期発電機１５による発電を制御する制御信号を出力する発電機コントローラー２２と、同期発電機１５に接続され、蓄電する蓄電池２３と、蓄電池２３に接続され、蓄電された電気を変換して出力するＤＣ／ＡＣインバーター２４が備えられる。発電機コントローラー２２は、蓄電池２３にその充電・放電を制御する制御信号を出力するようにしても良い。
【００３３】
蓄電池２３としては、鉛バッテリー、空気亜鉛電池の他、高容量・高充放電効率のニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ＮＡＳ電池、レドックスフロー電池など、どのようなものであっても良い。ＤＣ／ＡＣインバーター２４は、蓄電池２３に蓄電した電気を、上記パソコン９やその他の電化製品２５へ供給したり、さらには商用電力への売電に利用される。
【００３４】
また蓄電池２３は必要に応じて、充電器２６を介して家庭用電源に接続され、商用電力が充電されるようにしても良い。さらには、蓄電池２３に、電力変換機２７を介して、風力発電や太陽光発電、バイオマス発電など各種の発電源を接続して、充電をするようにしても良い。
【００３５】
蓄電池２３と同期発電機１５の間には、同期発電機１５から出力される電気を一時的に蓄える二重層キャパシター２８と、二重層キャパシター２８の電圧を確認して所定電圧に達したときに蓄電池２３へ充電を行う充電監視器２９とが設けられる。これら二重層キャパシター２８及び充電監視器２９を設けることなく、同期発電機１５と蓄電池２３を接続するようにしてもよいことはもちろんである。
【００３６】
充電監視器２９と蓄電池２３との間には、電力計３０が設けられると共に、電力計３０には、ポイントカードリーダー３１が接続される。ポイントカードリーダー３１は、エアロバイク１等の使用者が携帯するカードに、電力計３０で計測された発電量に応じたポイントを付与する機能を有する。ポイントを貯めることで、特典を与えるようになっている。
【００３７】
発電機コントローラー２２には、発電量調整ボリューム付き蓄電量表示器１１が接続される。蓄電量表示器１１には、同期発電機１５の発電量に応じた値が表示される。発電量調整ボリュームは、発電負荷を増減変化させる機能を有する。ボリュームを大きくすると、発電機コントローラー２２は発電負荷を増やし、小さくすると、減らすようになっている。これにより、個人の運動能力により負荷を調整し、均等発電することができる。
【００３８】
通常のペダル操作により同期発電機１５は発電を行うが、発電作用を高効率化するために、上述したボリュームコントロールに代えて、次のような発電パルス制御による構成が備えられる。
【００３９】
発電機コントローラー２２には、ペダル位置センサー１２が接続される。エアロバイク１にあっては、ペダル５がおおよそ水平状態から下方に強く踏み込まれる位置をペダル位置センサー１２が検出し、この検出値が入力された発電機コントローラー２２は、それに応じて発電パルスを制御し、発電負荷を増やし、発電量を増強するようになっている。
【００４０】
また、ペダル位置センサー１２は、ペダル５が最も低い位置に達した際、それを検出し、この検出値が入力された発電機コントローラー２２は、それに応じて発電パルスを制御し、発電負荷を減らし、通常発電量に戻すようになっている。いわゆる、パルス発電機の構成を備えている。ステッパー２１の場合にあっても、踏む込み初期位置と踏み込み終了位置で同様の作用が達成される。
【００４１】
ペダル位置センサー１２に代えて、発電機コントローラー２２に、同様な作用を奏するタイマー３２を備えて同期発電機１５を制御するようにしても良い。タイマー３２は、増強発電量と通常発電量を交互に切り替え可能に切り替えタイミングを設定する発電パルスを発生する。
【００４２】
タイマー３２は、機械的なもの（ハード構成）であっても、プログラミングによるもの（ソフトウエア構成）であっても良い。タイマー３２は、発電量を増強したり通常発電量とするタイミングに合わせて、同期発電機１５に制御用の発電パルスを出力する。
【００４３】
ペダル位置センサー１２であっても、タイマー３２であっても、発電を高効率化することができる。ペダル位置センサー１２とタイマー３２を両方設けても良いことはもちろんである。
【００４４】
次に、回生発電の場合について説明する。この場合、発電機コントローラー２２は、これに接続された蓄電池２３の充電・放電を制御するように構成され、蓄電池２３に接続された同期発電機１５へ給電を行うようになっている。
【００４５】
また、発電機コントローラー２２は、図示しないスイッチ等を操作することで、同期発電機１５を電動機に切り替える。これにより、ペダル５は同期発電機１５によって、通常の人力によるペダル５の操作方向と反対方向に電動駆動される。この際、人力によりペダル５を電動駆動方向と反対方向へ操作することによって、同期発電機１５から倍加された回生電力が出力される。
【００４６】
同期発電機１５には、二重層キャパシター２８が接続されていて、回生電力は一旦、二重層キャパシター２８に充電され、所定電圧に達すると、充電監視器２９から蓄電池２３に回生電力が充電されることになる。
【００４７】
以上説明した本実施形態に係る発電可能なフィットネスマシンにあっては、ペダル５を人力で操作することにより同期発電機１５で発電し、それを蓄電池２３に充電するようにしたので、エアロバイク１等の使用で得られる電力を広範に利用することができる。アウターローター型ＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５やポールチェンジＤＣブラシレス永久磁石同期発電機１５を採用したことにより、高い発電効率で発電することができる。
【００４８】
ペダル位置センサー１２を備えて、ペダル位置に応じて発電パルス制御を行うようにしていて、通常のペダル操作による発電よりも、発電作用を高効率化することができる。ペダル位置センサー１２に代えて、発電パルスを発生するタイマー３２によって制御するようにしても良く、これにより発電作用を高効率化できる。
【００４９】
発電機コントローラー２２が同期発電機１５を電動機に切り替える機能を有するので、回生発電を行わせることができる。同期発電機１５が、フライホイール１６付きのインホイールタイプの発電機であるので、フライホイール１６によって負荷調整が可能であると共に、インホイールタイプなので、コンパクトに設置することができる。
【００５０】
蓄電池２３に商用電力を充電するようにしていて、蓄電池２３に充電した電力を、広範にフレキシブルに各種電化製品２５に供給することができる。蓄電池２３は、充・放電を制御する発電機コントローラー２２を介して、同期発電機１５に接続されるので、電動駆動されるペダル５を、人力で反対方向へ駆動することで回生電力を得て、これを蓄電池２３に充電することができる。
【００５１】
二重層キャパシター２８を介して蓄電池２３に充電するようにしていて、高効率で充電することができる。長さ調節可能なペダルクランク６を備えているので、負荷調整を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  エアロバイク
５  ペダル
６  ペダルクランク
１２  ペダル位置センサー
１４  第２ホイールの回転軸
１５  同期発電機
１６  フライホイール
２１  ステッパー
２２  発電機コントローラー
２３  蓄電池
２４  ＤＣ／ＡＣインバーター
２６  充電器
２８  二重層キャパシター
３２  タイマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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