(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
足踏式駆動力により発電する直流発電機の発電電流をＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気機器に所要の電圧に昇圧して供給するようになした足踏式発電健康装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流をマイクロコンピューターによって増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構を足踏運動に加速が付くに従って足踏反力が増大するように増減制御してなる足踏式発電健康装置。
【請求項２】
請求項１に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を足踏式走行駆動機構の駆動軸に設けてなる自転車型の足踏式発電健康装置。
【請求項３】
請求項１に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を車輪等の走行回転軸に制動機構として設け、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を増減制御することにより直流発電機の制動力を制御してなる自転車型の足踏式発電健康装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、電気機器が蓄電池からなり、蓄電池から他の電気機器に電気を供給するようにしてなる足踏式発電健康装置。
【請求項５】
請求項４に記載の足踏式発電健康装置において、蓄電池から電気の供給を受ける他の電気機器が足踏駆動機構の駆動回転軸に設けた駆動モーターからなる足踏式発電健康装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機の駆動軸と足踏駆動機構を、足踏駆動機構側からのみ足踏駆動方向に連動回転するように連結してなる足踏式発電健康装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、足踏式発電健康装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、足踏式の健康装置は、走行部が無く、定位置で運動し、運動量を表示するだけで、運動して発生した運動エネルギーは、熱エネルギーに変わり空中に無駄に放出されていた。
この運動エネルギーを電気エネルギー等に変えて蓄える機能を備えた改良型の足踏式健康装置は、特開昭５６−１６３６６９号、或いは、実開昭５４−１６９７０９号等により提案されている。
更に、足踏式の自走移動装置としては、電池で駆動モーターを駆動し足踏走行を補助する電動アシスト自転車が知られているが、この自転車に前記駆動モーターとは別体に発電機を設けて前記駆動モーターの電池を充電可能としたものが、特開２００１−１９１９７６号により提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、足踏運動量を制御することができ、同時に、発電機の発電した電力を蓄電池等の電気機器に供給して蓄電等に使用することができるようになした従来の足踏式の健康装置において、足踏運動量の制御と、発電機の発電した電力の電気機器等への供給量の調節とを関連付けた足踏発電健康装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、足踏式駆動力により発電する直流発電機の発電電流をＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気機器に所要の電圧に昇圧して供給するようになした足踏式発電健康装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流をマイクロコンピューターによって増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構を足踏運動に加速が付くに従って足踏反力が増大するように増減制御してなる足踏式発電健康装置を提供するものである。
【０００５】
本発明によれば、足踏式発電健康装置において足踏運動量を増大しようとする場合には、直流発電機とその電力の供給を受ける電気機器との間に介在するＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を増大することによって、直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を増大して足踏運動量を増大でき、逆に、足踏運動量を減少しようとする場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を減少することによって、直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を減少して足踏運動量が減少でき、足踏運動量の増減と電気機器への供給電量の増減が対応するから、両者の関連により運動量制御と供給電流制御とを同時に容易に行うことができる。
【０００６】
また、本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の足踏式発電健康装置において、発電時に、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を徐々に増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減するように制御してなる足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を徐々に増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減することができるから、特に足踏発進時に急激な足踏反力の増大による利用者への負担を無くし、足踏運動に加速が付くに従って足踏反力が増大するように制御することができる。
【０００７】
また、本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を足踏式走行駆動機構の駆動軸に設けてなる自転車型の足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、自転車型の足踏式発電健康装置を走向させながら、足踏式走行駆動機構の駆動軸に設けた直流発電機を駆動して、走行速度や走向路の傾斜や路面状況に対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を増減制御することにより、電気機器の制御と同時に足踏式走向駆動機構の足踏反力を増減制御し、円滑な走向を行うことができる。
【０００８】
また、本発明は、請求項４に記載のように、請求項１又は２に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を車輪等の走行回転軸に制動機構として設け、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を増減制御することにより直流発電機の制動力を制御してなる自転車型の足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、自転車型の足踏発電健康装置において、例えば、平地を高速で走行中や下り坂で、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を増大させると、直流発電機を設けた走向回転軸の回転反力が増大して制動することができ、逆に、上り坂や悪路の走行中においては、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を減少させて、直流発電機を設けた走向回転軸の回転反力を減少させ、制動を解除して軽快に走向することができる。
【０００９】
また、本発明は、請求項５に記載のように、請求項１乃至４のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、電気機器が蓄電池からなり、蓄電池から他の電気機器に電気を供給するようにしてなる足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータから蓄電池に供給する供給電流を増減制御しながら、足踏式駆動機構の足踏反力を増減制御し、蓄電池に蓄えた電力を随時に、アシスト用の駆動モーター、表示器、照明灯、又は、警笛等の他の電気機器に供給して利用することができる。
【００１０】
また、本発明は、請求項６に記載のように、請求項５に記載の足踏式発電健康装置において、蓄電池から電気の供給を受ける他の電気機器が足踏駆動機構の駆動回転軸に設けた駆動モーターからなる足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、体力に余裕があり、或いは、下り坂等において足踏式駆動機構の足踏反力を増大して蓄えた蓄電池の電力を、疲れてきてから、或いは、上り坂等において、足踏駆動機構の駆動回転軸に設けた駆動モーターに供給して、快適に使用することができる。
【００１１】
また、本発明は、請求項７に記載のように、請求項１乃至６のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機の駆動軸と足踏式駆動機構を、足踏式駆動機構側からのみ足踏駆動方向に連動回転するように連結してなる足踏式発電健康装置を提供するものである。
本発明によれば、例えば、足踏走行時には前記発電機の駆動軸を足踏回転して発電しながら走行できる一方、高速走行や下り坂やモーター駆動時には足踏回転軸を止めて足を休めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
図１に示す実施例において、３０は、足踏式の駆動力により自走する自転車型の足踏式発電健康装置の装置本体で、図示の実施例では、装置本体３０は前輪１６と後輪１９を具備する自転車型装置からなる。前輪１６と後輪１９の中間には前部フレーム１７と後部フレーム１８，２０により固定された載置台１０が設けてあり、載置台１０には足踏式の駆動力としてペダル１と直流発電機３と駆動モーターと蓄電池４を設けてある。駆動モーターは直流発電機３の駆動軸３１に同軸に設けてある。
【００１３】
載置台１０の上部には、運動者７が座るサドル８をサドルシャフト１４を介して固定してあり、前輪１６には前部フレーム１７に回転自在に取り付けたハンドルシャフト９が設けてあり、ハンドルシャフト９の上端にハンドル６が設けてある。ハンドル６の前部のハンドルシャフト９の上部には表示器１１が設けてあり、運動量、発電量、電力蓄積量等を表示することができる。
ペダル１の回転軸に設けたスプロケット１３と、直流発電機３の駆動軸３１に設けたスプロケット１２とは、チェーン等の伝達部２により接続され、ペダル１の足踏回転運動を直流発電機３に伝達し、直流発電機３の駆動軸３１を回転して発電することができるように構成してある。実施例の場合、直流発電機３の駆動軸３１とスプロケット１２とは、足踏方向にのみ動力を伝達するように構成してあり、駆動軸３１側からはペダル１の回転軸に動力が伝達されないように構成してある。
【００１４】
更に、直流発電機３の駆動軸３１に設けたスプロケット２３と、後輪１９の回転軸に設けたスプロケット２２とは、チェーン等の伝達部２１により接続され、後輪１９にもペダル１の回転運動が伝達されるように構成してある。
従って、運動者７がペダル１を踏むことで、直流発電機３により発電しながら自走することができる。５は電気制御部である。
なお、実施例の場合、直流発電機３の駆動軸３１と後輪１９の回転軸とは、常時一体に回転するように連結されており、モーター駆動時は駆動モーターにより後輪１９を駆動できる一方、下り坂等においては駆動モーターを停止し直流発電機３を制動機能に切り替えて、後輪１９の回転力により直流発電機３の駆動軸３１を回して発電しながら制動することができるように構成してある。
直流発電機３は、走行方向への回転力により発電機として機能する一方、高速走行や下り坂では後輪１９の回転力を制動するように構成してある。
直流発電機３と駆動モーターを前輪１６と後輪１９の中間に設けたから、走行時の装置全体のバランスを容易に維持することができる。
【００１５】
次に、図２に示す電気制御部５の実施例の場合、足踏式駆動力により発電する直流発電機３のＤＣ５乃至２４Ｖの発電電流をＤＣ／ＤＣコンバータ２７を介してＤＣ２８Ｖの直流電流に昇圧してＤＣ２４Ｖの蓄電池４に供給して蓄電することができるように構成してあり、図示の足踏式発電健康装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７から蓄電池４に供給する供給電流を電流制限回路２６によって増減制御することにより、直流発電機３の負荷を増減制御し、発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を増減制御することができるように構成してある。
なお、上記電気制御部５の実施例において、例えば、ＤＣ２４Ｖで作動する電気機器に供電する場合は、足踏式駆動力により発電する直流発電機３のＤＣ５乃至２０Ｖの発電電流をＤＣ／ＤＣコンバータ２７を介してＤＣ２４Ｖの直流電流に昇圧して供電するように構成することがきる等、適宜に直流発電機３の発電機能とＤＣ／ＤＣコンバータ２７の昇電機能を組み合わせて電気制御部５を構成することができる。
【００１６】
上記本発明の実施例によれば、足踏式発電健康装置において足踏運動量を増大しようとする場合には、直流発電機３とその電力の供給を受ける電気機器としての蓄電池４との間に介在するＤＣ／ＤＣコンバータ２７から蓄電池４に供給する供給電流を、電流制限回路２６の制限を小さくすることによって増大すると、直流発電機３を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を増大して足踏運動量を増大でき、逆に、足踏運動量を減少しようとする場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７から蓄電池４に供給する供給電流を減少することによって、直流発電機３を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を減少して足踏運動量が減少でき、足踏運動量の増減と蓄電池４への供給電量の増減が対応するから、両者の関連により足踏運動量と電池への電流供給量とを対応させて制御することができる。
【００１７】
また、本発明の電気制御部５の実施例では、発電時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７から蓄電池４等の電気機器に供給する発電電流を、マイクロコンピュータ２８によって電流制限回路２６を徐々に増減制御するように制御することにより、直流発電機３を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減するように制御することができるように構成してある。
この本発明の実施例によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７から蓄電池４等の電気機器に供給する発電電流を徐々に増減制御することにより直流発電機３を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減することができるから、特にウオームアップ前の足踏発進時に急激な足踏反力の増大による利用者への負担を無くし、足踏運動に加速が付くに従って足踏反力が増大するように制御することにより、足を痛めることなく運動を始めることができる。
なお、図１において、１５は、直流発電機３と蓄電池４を接続する電気結線である。
【００１８】
また、２５は、前部フレーム１７に設けた電流制限回路２６の制御スイッチで、直流発電機３の負荷を可変に増減することができると共に、駆動モーターをオン・オフすることができるように構成してある。
また、制御スイッチ２５は、前部フレーム１７に限らず、ハンドル６や表示器１１等の他の部分に設けることも、１個所に限らず複数個所に設けることも、機能を負荷の増大、減少、オン・オフ切り替え等に分割して設けることもできる。
また、表示器１１は、運動量、発電量、電力蓄積量等を表示するように構成してある。
【００１９】
また、表示器１１に操作部を設けて、表示器１１を操作することにより、発電量とペダル１の踏み込み反力や駆動モーターの駆動力を調整できるようにすることもできる。
なお、図示の実施例のように、ペダル１と直流発電機３と駆動モーターを伝達部２で接続する構成に代えて、ペダル１の回転軸に直接直流発電機３と駆動モーターを設け、伝達部２の構成を省略することも可能である。また、装置本体３０は、前輪１６と後輪１９を具備する２輪の自転車からなるものに限られず、前輪１個と後輪２個を具備する３輪自転車、前輪２個と後輪１個を具備する３輪自転車、前輪２個と後輪２個を具備する４輪自転車でもよく、又、車輪に代えてキャタピラ等の他の走行手段を有する構成とすることも可能である。
【００２０】
上記実施例の構成において、制御スイッチ２５を発電側に切り替えて走行する場合、運動者７がペダル１を踏むと、ペダル１の回転力がスプロケット１３と伝達部２を介してスプロケット１２に伝達され、直流発電機３が回転し、発電される。発電した電気はＤＣ／ＤＣコンバーター２７を介して蓄電池４に充電される。更に、回転力はスプロケット２３と伝達部２１とスプロケット２２を介して後輪１９に伝達され、発電しながら自走することができる。
また、スプロケット２２とスプロケット２３が直結した伝達機構を有する場合には、下り坂等で足踏みしなくても発電することができる。また、蓄電池４には電気取り出し口として蓄電池端子２４を設けてあるから、発電して蓄電池４に蓄えた電気を表示器や照明灯等に使用することもできる。
【００２１】
そして、この際に、制御スイッチ２５を介してＤＣ／ＤＣコンバーター２７から蓄電池４に供給される電流を電流制限回路２６により増減して、直流発電機３の負荷を増減制御して、足踏駆動機構の踏み込み反力を調節することができることは、前述のごとく勿論である。
一方、制御スイッチ２５を駆動側に切り替えて走行する場合、蓄電池４に充電した電気を駆動モーターに供給すると、直流発電機３と駆動モーターが回転し、モーター駆動により自走することができる。また、フリーハブにより、駆動モーターの回転力はスプロケット１２には伝達しないから、ペダル１も回転せず止めておくことが可能であり、足を休めることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係る足踏式発電健康装置によれば、足踏式駆動力により発電する直流発電機の発電電流をＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気機器に所要の電圧に昇圧して供給するようになした足踏式発電健康装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を増減制御してなる構成を有するから、足踏式発電健康装置において足踏運動量を増大しようとする場合には、直流発電機とその電力の供給を受ける電気機器との間に介在するＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給される供給電流を増大することによって、直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を増大して足踏運動量を増大でき、逆に、足踏運動量を減少しようとする場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を減少することによって、直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を減少して足踏運動量が減少でき、足踏運動量の増減と電気機器への供給電量の増減が対応するから、両者の関連により運動量制御と供給電流制御とを同時に容易に行うことができる効果がある。
【００２３】
また、本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の足踏式発電健康装置において、発電時に、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を徐々に増減制御することにより直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減するように制御してなる構成を有するから、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を徐々に増減制御することによって直流発電機を発電すべき足踏式駆動機構の足踏反力を徐々に増減することができ、特に足踏発進時に急激な足踏反力の増大による利用者への負担を無くし、足踏運動に加速が付くに従って足踏反力が増大するように制御することができる効果がある。
【００２４】
また、本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を足踏式走行駆動機構の駆動軸に設けてなる自転車型の構成を有するから、自転車型の足踏式発電健康装置を走向させながら、足踏式走行駆動機構の駆動軸に設けた直流発電機を駆動して、走行速度や走向路の傾斜や路面状況に対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する供給電流を増減制御することにより、電気機器の制御と同時に足踏式走向駆動機構の足踏反力を増減制御し、円滑な走向を行うことができる効果がある。
【００２５】
また、本発明は、請求項４に記載のように、請求項１又は２に記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機を車輪等の走行回転軸に制動機構として設け、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を増減制御することにより直流発電機の制動力を制御してなる自転車型の構成を有するから、自転車型の足踏発電健康装置において、例えば、平地を高速で走行中や下り坂で、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を増大させると、直流発電機を設けた走向回転軸の回転反力が増大して制動することができ、逆に、上り坂や悪路の走行中においては、ＤＣ／ＤＣコンバータから電気機器に供給する発電電流を減少させて、直流発電機を設けた走向回転軸の回転反力を減少させ、制動を解除して軽快に走向することができる効果がある。
【００２６】
また、本発明は、請求項５に記載のように、請求項１乃至４のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、電気機器が蓄電池からなり、蓄電池から他の電気機器に電気を供給するようにしてなる構成を有するから、ＤＣ／ＤＣコンバータから蓄電池に供給する供給電流を増減制御しながら、足踏式駆動機構の足踏反力を増減制御し、蓄電池に蓄えた電力を随時に、アシスト用の駆動モーター、表示器、照明灯、又は、警笛等の他の電気機器に供給して利用することができる効果がある。
【００２７】
また、本発明は、請求項６に記載のように、請求項５に記載の足踏式発電健康装置において、蓄電池から電気の供給を受ける他の電気機器が足踏駆動機構の駆動回転軸に設けた駆動モーターからなる構成を有するから、体力に余裕があり、或いは、下り坂等において足踏式駆動機構の足踏反力を増大して蓄えた蓄電池の電力を、疲れてきてから、或いは、上り坂等において、足踏駆動機構の駆動回転軸に設けた駆動モーターに供給して、足踏駆動力をアシストして軽快に使用することができる効果がある。
【００２８】
また、本発明は、請求項７に記載のように、請求項１乃至６のいずれかに記載の足踏式発電健康装置において、直流発電機の駆動軸と足踏式駆動機構を、足踏式駆動機構側からのみ足踏駆動方向に連動回転するように連結してなる構成を有するから、例えば、足踏走行時には前記発電機の駆動軸を足踏回転して発電しながら走行できる一方、高速走行や下り坂やモーター駆動時には足踏回転軸を止めて足を休めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明足踏式自走健康装置の一実施例を示す概略正面図
【図２】  その一実施例の制御回路の構成を示すブロック線図
【符号の説明】
１  ペダル
２  伝達部
３  直流発電機
４  蓄電池
５  電気制御部
６  ハンドル
７  運動者
８  サドル
９  ハンドルシャフト
１０  載置台
１１  表示器
１２  スプロケット
１３  スプロケット
１４  サドルシャフト
１５  電気結線
１６  前輪
１７  前部フレーム
１８  後部フレーム
１９  後輪
２０  後部フレーム
２１  伝達部
２２  スプロケット
２３  スプロケット
２４  蓄電池端子
２５  制御スイッチ
２６  電流制限回路
２７  ＤＣ／ＤＣコンバーター
２８  マイクロコンピュータ
３０  装置本体
３１  駆動軸
【図１】
0003785095.tif 000002
【図２】
0003785095.tif 000003