(57)【要約】      （修正有）【課題】制動装置として使用可能な磁気誘導カプラを提供する。【解決手段】磁気誘導カプラは、主に、内壁に導電性ストリップロータ６１が取り付けられた外部ホイール６０と、外部ホイール内部に位置する磁石スタンド２０とを備え、これらは両方とも同軸上でシャフト１０に配置される。多数の永久磁石が、磁石スタンドの外壁の周りに配置され、多極性磁場を形成する。多数の導電性ストリップが、導電性ストリップロータ上に環状に分布し、電気的に接続される。外部ホイールの回転運動は、二セットのベアリングにより磁石スタンドから機械的に分離される。外部ホイールと磁石スタンドとの間の相対的な運動を達成するために、モータを使用して、外部ホイールを駆動する。外部ホイールが回転すると、導電性ストリップロータで誘導された電流により生じた誘導トルクは、シャフトを駆動し、対応して運動させる。更に、誘導トルクの大きさは、モータ速度に比例する。【選択図】図１
2004215485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い非中空の円筒であるシャフトと、
前記シャフトの端部に接続された磁石スタンドにして、多数の永久磁石が前記磁石スタンドの外壁に埋め込まれて環状に分布され、前記永久磁石が両極性であって、一方の磁極が内側を向き他方の磁極が外側を向くように配置され、前記永久磁石が交互に反対の磁極性となる磁石スタンドと、
前記磁石スタンドを受け入れ、内壁には導電性ストリップロータが取り付けられる外部ホイールにして、多数の導電性ストリップが前記導電性ストリップロータ上に環状に分布されて電気的に接続されている外部ホイールと、
一方の端部が前記外部ホイールに固定され、他方の端部が、前記モータの延長シャフトを穴に挿通することにより、前記モータに接続されるモータコネクタと、
前記外部ホイールの端部に堅固に接続されるベアリングシェルにして、前記モータが前記モータコネクタと、前記外部ホイールと、前記ベアリングシェルとを同時に駆動して回転運動させ、これにより、前記導電性ストリップロータが前記磁石スタンドの周りで回転して電流を誘導し、その結果、前記磁石スタンドが前記導電性ストリップロータにより加えられるトルクを受け、前記外部ホイールと共に運動しようとし、前記磁石スタンドが受ける前記トルクがモータ速度に比例するベアリングシェルと、
を備える磁気誘導カプラ。
【請求項２】
ベアリングセットが、前記ベアリングシェルと前記シャフトとの間に埋め込まれる、請求項１に記載の磁気誘導カプラ。
【請求項３】
ベアリングセットが、前記モータコネクタと前記シャフトとの間に埋め込まれる、請求項１に記載のの磁気誘導カプラ。
【請求項４】
細長い中空の円筒であり且つその一方の端部に形成されたスロットを有するシャフトと、
前記シャフトの前記端部に接続された磁石スタンドにして、多数の永久磁石が前記磁石スタンドの外壁に埋め込まれて環状に分布され、前記永久磁石が両極性であり且つ一方の磁極が内側を向き、他方の磁極が外側を向くように配置され、前記永久磁石が交互に反対の磁極性となる磁石スタンドと、
前記磁石スタンドを受け入れ、内壁には導電性ストリップロータが取り付けられる外部ホイールにして、多数の導電性ストリップが前記導電性ストリップロータ上に環状に分布されて電気的に接続されている外部ホイールと、
前記外部ホイールを間に挟み一体型ボディを形成する二つのベアリングシェルにして、前記一体型ボディがモータの延長シャフトと、前記シャフトに挿入する部分を有する車軸とに結合され、前記挿入部分の端部に穴が形成され、前記シャフトの前記スロットと前記車軸の前記端部にある前記穴とを通じて、前記磁石スタンドにピンを挿入することで、前記磁石スタンドが前記シャフト上にロックされる二つのベアリングシェルと、
を備え、
前記車軸が、軸線方向に移動して、前記導電性ストリップロータと前記磁石スタンドとの間の重複エリアを変化させ、前記重複エリアの変化により、前記磁石スタンドが受ける前記トルクを変化させる、
調整可能磁石スタンド付きの磁気誘導カプラ。
【請求項５】
前記導電性ストリップロータ及び前記磁石スタンドの位置を互いに入れ替えることが可能な、請求項４に記載の調整可能磁石スタンド付きの磁気誘導カプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気誘導カプラに関し、特に、磁気誘導の原理を利用することでホイールと同軸磁気スタンドとの間の運動を結合する磁気誘導カプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
往復機器の従来型の制動装置は、摩擦、油圧、渦電流、及び発電といった効果を利用する。摩擦を使用する制動メカニズムは、正確な制動制御を妨げる材料の摩滅及び負荷の不安定性という欠点を有する。油圧を使用する制動メカニズムは、オイル漏れ、騒音、高圧での突然の負荷の低落という欠点を有する。発電を使用する制動メカニズムは、構造の複雑さ、及び高コストという欠点を有する。渦電流を応用する制動メカニズムは、永久磁石を使用するものと、電磁石を使用するものとに分類できる。前者は、外部制御信号に接続するのが困難で、これが正確な制動制御の妨げとなる。後者では、磁場を変化させる外部のデジタル又はアナログ信号により、利便性に優れた制動の制御が可能となる。しかし、小さな誘導エリア、及び磁気漏れという欠点を有する。
【発明の開示】
【０００３】
したがって、本発明の主要な目的は、往復運動機器において制動装置として使用可能な磁気誘導カプラを提供することである。制動の大きさは、駆動モータ速度を変化させることで調整できる。更なる目的は、駆動モータ速度が一定である条件の下でも、誘導エリアを変化させることで、本発明による磁気誘導カプラが制動の大きさを変更できることである。
【０００４】
本発明の様々な目的及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことで容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明による磁気誘導カプラの構造は、図１乃至４に例示されている。この磁気誘導カプラの構成要素は、シャフト１０に沿って配置されている。磁石スタンド２０は、シャフト１０の一方の端部に固定し、シャフト１０の他方の端部は、ベルトプーリ３０を接続するために残しておく。磁石スタンド２０は、基本的には、円筒形のボディで、外壁の周りに均等に分布する多数の永久磁石２１を有する。更に、これらの永久磁石２１は、両極性で、磁極の一方を下に向け、他方を上に向けた状態で配置され、隣接する磁石は反対の磁極性を有する。磁石スタンド２０は、ベアリングシェル４０とモータコネクタ５０との間に挟まれる。磁石スタンド２０の外壁は、外部ホイール６０により更にカバーされる。外部ホイール６０と磁石スタンド２０との間では、導電性ストリップロータ６１が、外部ホイール６０の内壁に堅固に取り付けられ、導電性ストリップロータ６１は、その上に環状に配置され、電気的に接続された多数の導電性ストリップを有する。図３に示すように、外部ホイール６０は、ベアリングシェル４０及びモータコネクタ５０によりロックされ、その内壁に取り付けられた導電性ストリップロータ６１は、磁石スタンド２０と直接接触しない状態となる。そのため、導電性ストリップロータ６１と磁石スタンド２０との間の僅かなスペースは、両極性の磁場で満たされる。二セットのベアリング（４１、５２）は、シャフト上に設置され、ベアリングシェル４０とモータコネクタ５０とをそれぞれ支持する。モータコネクタ５０のシャフト穴５１は、モータ（Ｍ）の延長されたシャフトを受け入れるために使用される。モータ（Ｍ）は、シャフト穴５１の内部に固定された延長シャフトにより、モータコネクタ５０と、外部ホイール６０と、ベアリングシェル４０との組立体を駆動し、回転運動させる。外部ホイール６０が回転を始めると、その内壁の導電性ストリップロータは、磁石スタンド２０との最初の相対運動により、変化する磁場の影響を受けるため、導電性ストリップロータ６１において電流が誘導される。これにより磁石スタンド２０上で生成される磁気トルクは、磁石スタンド２０を駆動し、外部ホイール６０と共に回転させる。
【０００６】
図４は、運動機器において使用される本発明による磁気誘導カプラの好適な実施形態を示している。これは、モータコネクタ５０とは反対側のシャフト１０の端部に接続されたベルトプーリ３０を有する。ベルトプーリ３０は、ベルト３１の付いた大ベルトプーリ３２に結合される。ストリング３３は、大ベルトプーリ３２のシャフトに結び付けられ、その上に巻かれている。このストリングの他方の端部は、ウェイトリフティングマシン、ローイングマシン、又は往復式背筋トレーニングマシンといった運動機器に接続される。モータ（Ｍ）が、モータコネクタ５０と、外部ホイール６０と、ベアリングシェル４０との組立体を駆動し回転させると、内部に誘導された電流を有する導電性ストリップロータ６１は、磁石スタンド２０にトルクを加える。そのため、シャフト１０は、これに従って回転しようとする。シャフト１０を固定状態で保持するには、磁石スタンド２０が受けているトルクとのバランスを取るために、逆トルクを加える必要がある。回転速度の範囲内において、モータが速く回転すると、磁石スタンド２０が受けるトルクも大きくなる。そのため、モータ速度を変化させることで、シャフト１０を停止させるために必要な逆トルクを変化させることができる。ストリング３３を引くことでモータの運動方向とは反対にシャフト１０を回転させたい場合には、その動作を行うために更に大きなトルクを加える必要がある。トルクを加える者が体験する抗力は、「磁気制動」の効果と呼ばれ、運動機器において筋肉を鍛えるために使用することができる。
【０００７】
図５、６、７、及び８は、調整可能磁気スタンド付きの磁気誘導カプラとしての本発明の第二の実施形態を例示している。外部ホイール６０は、ベアリングシェル４０の間に挟まれ、モータ（Ｍ）から延長されたモータシャフトの端部に固定される。導電性ストリップモータ６１は、外部ホイール６０の内壁に取り付けられる。導電性ストリップモータ６１は、一般に外部ホイール６０より短く、モータ（Ｍ）に近い外部ホイール６０の端部近くに位置する。導電性ストリップロータ６１の内部空間は、磁石スタンドを受け入れ、磁石スタンドは基本的に円筒形のボディであり、その外壁の周りでは多数の両極性永久磁石２１が均一に分布する。更に、これらの永久磁石２１は、磁極の一方を下に向け、他方を上に向けた状態で配置され、隣接する磁石は反対の磁極性を有する。シャフト１０は、磁石スタンド２０の中央の穴に挿入され、モータ（Ｍ）とは反対側の外部ホイール６０の側部にあるベアリングシェル４０の外へと延びるのに十分な長さを有する。シャフト１０の延長部分は、ベルトプーリ３０を接続するためのものである。スロット１１は、シャフト１０において磁石スタンド２０がスリップする部分に形成される。シャフト１０よりも直径が小さい車軸７０は、シャフト１０の車軸穴１２に挿入される。車軸７０は、シャフト１０内部で軸線方向に移動することができる。磁石スタンド２０は、シャフト１０上のスロット１１と、車軸７０の一方の端部にある穴とを通過するピン８０により、車軸７０に固定される。これにより、車軸７０が軸線の方向で移動すると、磁石スタンド２０は、これに従って移動する。これにより、図７及び８に示すように、導電ストリップロータ６１と磁石スタンド２０との間の重複エリアを変化させる効果が達成される。磁気誘導の原理に基づいて、この誘導エリアを変化させるメカニズムは、モータ（Ｍ）が均一の速度を維持する条件下でも、磁気制動の大きさを変化させることができる。
【０００８】
要約すると、本発明による磁気誘導カプラは、内壁に導電性ストリップロータが取り付けられた外部ホイールと、外部ホイール内部に位置する磁石スタンドとを利用し、これらは両方とも同軸上でシャフトに配置される。多数の永久磁石は、磁石スタンドの外壁の周りで環状に配置され、多極性磁場を形成する。導電性ストリップロータは、その上に環状に配置され、電気的に接続された多数の導電性ストリップを有する。外部ホイールの回転運動は、二セットのベアリングにより磁石スタンドから機械的に分離される。外部ホイールと磁石スタンドとの間の相対的な運動を達成するために、モータが、外部ホイールに接続される。モータ速度の範囲内で、磁石スタンドは、導電性ストリップロータにおいて誘導された電流により生じた誘導トルクにより駆動され、モータに同調して動く。
【０００９】
磁気誘導カプラの第一の実施形態は、運動機器において利用される。磁石スタンドの回転を停止させるためには、或いは更に、回転方向を反転させるためには、誘導トルクと釣り合う外部トルクが必要となる。これは、ベルトプーリのシャフトの周りに巻かれたストリングを引くことで達成され、このプーリは磁石スタンドを支えるシャフトに接続されている。外部トルクを提供する人間にとって、このメカニズムは、運動装置となる。更にモータ速度を変えることで、誘導トルクが変化し、これは運動強度を調整する機能を満たす。
【００１０】
磁気誘導カプラの第二の実施形態は、調整可能磁気スタンド付きの磁気誘導カプラである。主な特徴は、磁石スタンドの位置が調整可能であり、これにより、外部ホイールと磁石スタンドとの間の誘導エリアを大幅に変更できることである。誘導エリアの変化は、次に、磁石スタンドが受ける誘導トルクを変化させる。これにより、均一のモータ速度であっても、磁石スタンドの出力トルクは、調整可能となる。
【００１１】
本発明は、以上のように説明される。同発明を種々に変形し得ることは明らかであろう。かかる変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとは見做されず、こうしたすべての修正は、当業者に明らかであるように、前記特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による磁気誘導カプラを示す分解図である。
【図２】本発明による磁気誘導カプラを示す斜視図である。
【図３】本発明による磁気誘導カプラを示す断面図である。
【図４】運動機器において使用される本発明の第一の実施形態を示す斜視図である。
【図５】調整可能磁気スタンド付きの磁気誘導カプラとしての本発明の第二の実施形態を示す分解図である。
【図６】図５に例示した調整可能磁気スタンド付きの磁気誘導カプラを示す斜視図である。
【図７】図６に例示した調整可能磁気誘導スタンド付きの磁気誘導カプラを示す断面図である。
【図８】磁気スタンドを新しい位置に調整した状態にある図７に例示した磁気誘導カプラを示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０    シャフト
１１    スロット
１２    車軸穴
２０    磁石スタンド
２１    永久磁石
３０    ベルトプーリ
３１    ベルト
３２    大ベルトプーリ
３３    ストリング
４０    ベアリングシェル
４１    ベアリング
５１    シャフト穴
５０    モータコネクタ
５２    ベアリング
６０    外部ホイール
６１    導電性ストリップロータ
７０    車軸
８０    ピン
Ｍ      モータ
【図１】
2004215485.tif 000003
【図２】
2004215485.tif 000004
【図３】
2004215485.tif 000005
【図４】
2004215485.tif 000006
【図５】
2004215485.tif 000007
【図６】
2004215485.tif 000008
【図７】
2004215485.tif 000009
【図８】
2004215485.tif 000010