"利用者の運動に用いられるフィットネス機器に電力を供給するフィットネス機器用電力制御装置であって、複数のパワートランジスタから構成され、一端が電力フィーダーに電気的に接続される双方向電力変換回路と、一端が前記双方向電力変換回路の他端に電気的に接続される双方向電力駆動回路と、前記双方向電力駆動回路の他端に電気的に接続され、前記フィットネス機器を駆動する電動発電両用回転機と、前記双方向電力変換回路、前記双方向電力駆動回路、および前記電動発電両用回転機に電気的に接続されるエネルギー管理回路と、を備え、前記電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に、前記エネルギー管理回路は、前記双方向電力変換回路を起動し、前記双方向電力駆動回路は、前記双方向電力変換回路を経由して発電された電力を前記電力フィーダーに供給し、前記電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、前記エネルギー管理回路は、前記双方向電力変換回路を整流モードに設定し、前記双方向電力駆動回路は、前記双方向電力変換回路を経由して前記電力フィーダーから前記電動発電両用回転機を駆動するために必要な電力を取得するフィットネス機器用電力制御装置。蓄電池を更に備え、前記蓄電池は、前記エネルギー管理回路を介して前記双方向電力駆動回路に電気的に接続され、前記電動発電両用回転機が前記発電モードとなった場合に充電され、前記電動発電両用回転機が前記電動モードとなった場合に直流電力を前記フィットネス機器に供給する請求項1に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記エネルギー管理回路に電気的に接続され前記電動発電両用回転機が前記蓄電池を充電する回転速度の下限値を設定する操作インタフェースを更に備える請求項2に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記双方向電力変換回路は、双方向電力流通変換装置及び双方向電力流通直流電圧変換装置から構成される請求項1に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記双方向電力流通変換装置は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路である請求項4に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記双方向電力流通変換装置は、ハーフブリッジパワートランジスタ整流回路である請求項4に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記双方向電力流通直流電圧変換装置は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路である請求項4に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記エネルギー管理回路は、エネルギー調節回路及びプログラム処理回路から構成される請求項1に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記プログラム処理回路は、前記発電モードにおいて、前記電動発電両用回転機の回転速度を検出する回転速度検出装置と、前記回転速度によって、前記発電モードにおいて、自身の出力電圧を制御して発電効率を向上させ、前記電動モードにおいて、前記電動発電両用回転機に流れ込む電流を制御して回転速度を制御する双方向電力駆動回路制御モジュールと、前記発電モードにおいて、利用者の運動要求によって、前記回転速度および予測される発電される交流電力の大きさを参照して前記電動発電両用回転機の出力トルクを決め、前記エネルギー調節回路を制御し、前記双方向電力変換回路を経由して、前記利用者の運動によって消耗したエネルギーを交流電流に変換して前記電力フィーダーに供給するマイクロ処理装置モジュールと、前記エネルギー調節回路と協力し、前記双方向電力駆動回路の直流電圧の大きさを制御する電圧補償モジュールと、を備える請求項8に記載のフィットネス機器用電力制御装置。前記双方向電力駆動回路制御モジュールは、パルス幅変調回路である請求項9に記載のフィットネス機器用電力制御装置。しかしながら、特許文献1に開示される従来の装置は、実際的な動作回路や装置がなく、実行できるかどうかが確実に検討されなかった。実際の観察によると、回転子負荷が異なる利用者又は同一の利用者の異なる使用方式によって変化するので、発生した電力が経時的に不安定である。上記問題を解決するため、本発明は、負荷端の変化によって制御メカニズムを自発的に選択可能であり、フィットネス機器の発生した電力を好ましい力率で電力フィーダーに供給可能であり、フィットネス機器の発生した電力を有効的に利用すること及び消費電力を低下させることが可能なフィットネス機器用電力制御装置を提供することを目的とする。上記目的を達成するため、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置は、双方向電力変換回路、双方向電力駆動回路、電動発電両用回転機、およびエネルギー管理回路を備える。双方向電力変換回路は、複数の制御されたパワートランジスタからなり、一端が電力フィーダーに電気的に接続される。双方向電力駆動回路は、一端が双方向電力変換回路の他端に電気的に接続され、電動発電両用回転機は、双方向電力駆動回路の他端に電気的に接続される。電動発電両用回転機は、フィットネス機器を駆動する。エネルギー管理回路は、双方向電力変換回路、双方向電力駆動回路、および電動発電両用回転機に電気的に接続される。そのうち、エネルギー管理回路は、電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に、双方向電力変換回路を起動する。双方向電力駆動回路は、双方向電力変換回路を経由して電力を電力フィーダーに供給する。一方、エネルギー管理回路は、電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、双方向電力変換回路を整流モードに設定する。双方向電力駆動回路は、双方向電力変換回路を経由して、電力フィーダーから電動発電両用回転機を駆動するために必要な電力を取得する。蓄電池は、エネルギー管理回路を介して双方向電力駆動回路に電気的に接続され、電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に充電され、電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、直流電力をフィットネス機器に供給する。操作インタフェースは、エネルギー管理回路に電気的に接続され、電動発電両用回転機が蓄電池を充電するための回転速度の下限値を設定する。一方、双方向電力変換回路は、双方向電力流通変換装置及び双方向電力流通直流電圧変換装置からなってよい。双方向電力流通変換装置は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路又はハーフブリッジパワートランジスタ整流回路であってよい。双方向電力流通直流電圧変換装置は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路であってよい。エネルギー管理回路は、エネルギー調節回路及びプログラム処理回路からなる。そのうち、プログラム処理回路は、回転速度検出装置、双方向電力駆動回路制御モジュール、マイクロ処理装置モジュール、および電圧補償モジュールを備える。回転速度検出装置は、発電モードにおいて、電動発電両用回転機の回転速度を検出する。双方向電力駆動回路制御モジュールは、電動発電両用回転機の回転速度によって、発電モードにおいて、自身の出力電圧を制御して発電効率を向上させ、電動モードにおいて、電動発電両用回転機に流れ込む電流を制御して回転速度を制御する。マイクロ処理装置モジュールは、発電モードにおいて、利用者の運動要求によって、回転子の回転速度および予期の発電される交流電力の大きさを参照して回転子の出力トルクを決め、エネルギー調節回路を制御し、双方向電力変換回路を経由して、利用者の運動によって消耗したエネルギーを交流電流に変換して電力フィーダーに供給する。このエネルギーの大きさは、電力フィーダーに入力される電流の大きさ及び電力フィーダー電圧の位相差を調整することによって制御される。双方向電力駆動回路の直流電圧の大きさは、電圧補償モジュールとエネルギー調節回路とによって制御される。双方向電力流通変換装置、双方向電力流通直流電圧変換装置、双方向電力駆動回路及びエネルギー管理回路は、ともにパルス幅変調のパワートランジスタにより制御される。これによって、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置は、利用者がフィットネス機器を操作している場合に発生した電力を、商用電源システムに供給することができる。フィットネス機器用電力制御装置は、利用者により設定される値又はプリセットされた値によって負荷を加え、自発的にフィットネス機器の発生した電力を監視し、電力の変化によって、多種の異なる省エネメカニズムを提供し、利用者の発生したエネルギーを好ましい力率powerfactorで電力フィーダーに供給することができる。以下、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態図1において、本実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置100は、双方向電力変換回路110、双方向電力駆動回路120、電動発電両用回転機130、エネルギー管理回路140を備える。もちろん、フィットネス機器用電力制御装置100は、蓄電池150と操作インタフェース160とを備えてもよい。蓄電池150と操作インタフェース160とは、必須なものではない。同様に、図において、蓄電池150と組あわせる放電モジュール149は更に示される。フィットネス機器170は、本実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置100を応用する場合だけに必要である。つまり、双方向電力変換回路110、双方向電力駆動回路120、電動発電両用回転機130、およびエネルギー管理回路140は、一体的な装置にモジュール化されてよい。使用に当っては、普通のフィットネス機器170内のモーターを、電動発電両用回転機130に変えれば、本実施形態を実現することができる。各部品の接続関係は、図に示した。前に詳細に述べたので、ここで詳しく説明しない。作業原理を以下のように解釈する。エネルギー管理回路140に電動発電両用回転機130の負荷特性と確実に協力させるために、エネルギー管理回路140は、双方向電力変換回路110と双方向電力駆動回路120とを制御するようにプログラミングおよび回路設計され、発電モードにおいて多様な制御メカニズムを実行する。具体的には、フィットネス機器用電力制御装置100の自身に蓄電池150が配置されていない場合に、少なくとも2種類の制御メカニズムを実行する。蓄電池150が配置されている場合に、少なくとも3種類の制御メカニズムを下記のように実行する。第1制御メカニズムにおいて、電動発電両用回転機130の回転子が低速で運転し、且つ蓄電池150がない場合に、発電量に限りがあるので、エネルギー管理回路140は、双方向電力変換回路110を整流モードに設定する。双方向電力駆動回路120だけによって、電動発電両用回転機130の発生した電力をフィットネス機器用電力制御装置100における各モジュールに供給する。または、放電モジュール149から余分なエネルギーを放出する。第2制御メカニズムにおいて、前述に続いて、フィットネス機器用電力制御装置100に蓄電池150がある場合に、エネルギー管理回路140は、双方向電力変換回路110を整流モードに設定してから、双方向電力駆動回路120によって、電動発電両用回転機130の発生した電力をフィットネス機器用電力制御装置100における各モジュールに供給し、且つ蓄電池150に対して充電を行う。第3制御メカニズムにおいて、電動発電両用回転機130の回転子が高速で運転する場合に、エネルギー管理回路140は、双方向電力変換回路110を起動し、双方向電力駆動回路120によって、電動発電両用回転機130の発生した電力を電力フィーダーに供給する。一方、蓄電池150が電力不足である場合に、電動発電両用回転機130の発生した電力を用いて蓄電池150を充電することが可能である。一方、双方向電力変換回路110は、双方向電力流通変換装置111と双方向電力流通直流電圧変換装置112とからなってよい。図2Aにおいて、双方向電力流通変換装置111は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路であり、図2Bにおいて、双方向電力流通変換装置111は、ハーフブリッジパワートランジスタ整流回路である。フィットネス機器用電力制御装置100が電動モードとなった場合に、双方向電力流通変換装置111は、電力フィーダーからの電圧と周波数とが固定である交流電力を直流電力に変換してから、双方向電力駆動回路120、電動発電両用回転機130、エネルギー管理回路140、およびフィットネス機器170に供給する。フィットネス機器用電力制御装置100が発電モードとなった場合に、エネルギー管理回路140は、双方向電力流通変換装置111内の複数のパワートランジスタ例えば、シリコン制御整流子のオン/オフを制御することによって、利用者の運動で発生したエネルギーを電気エネルギーに変換して電力フィーダーに供給する。図3を参照すれば、図3は、双方向電力流通変換装置111の発生した実際の波形図である。実際の操作において、供給された電気エネルギーの力率は、-0.95より大きく、消費電力の品質にかかわる国際規格を満たす。力率に対する調整制御については、検出回路で電力フィーダーの交流電圧の位相を検出してから、図2A又は図2Bに示す双方向電力流通変換装置111を経由して回路の調整制御を行う。電力フィーダーに供給された電流を正弦波にし、且つ電流波形の位相が電圧波形の位相より180°電気角で遅れるようにし、力率を-0.95以上に調整制御する。これにより、エネルギーが電力フィーダーに供給された場合、電力供給システムの電力品質に対する影響を低下させる。もちろん、電力フィーダーに供給された電流は、非正弦波であってもよく、60°~120°又は240°~300°のフィーダー電圧の電気位相角でフィーダーに供給されてよい。図4において、双方向電力流通直流電圧変換装置112は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路であり、SaとS’aとをそれぞれ降圧と昇圧回路の主制御スイッチパワートランジスタとし、パルス幅変調PulseWideModulation;PWMによって、電圧V2を制御する。そのうち、V1は、基本的に固定の電圧である。電圧V2は、現在、利用者が発電モードにおいて発電する量又は電動モードにおいて電動発電両用回転機130に出力する電力によって決められる。発電量又は回転子に伝送するエネルギーが高ければ高いほど、又は回転子の回転速度が速ければ速いほど、V2が高い。V2がV1に近い場合に、V2を定数値に保持し、それ以上の調整を必要としない。図5Aは、電動発電両用回転機130の負荷特性図であり、利用者自分が入力し、又は製造者が予め入力してよい。電動発電両用回転機130は、双方向電力駆動回路120によって調整制御され、図5Aに示す負荷特性曲線に従って作動し、更に利用者に対して運動の効果を発生させる。図5Bは、電動発電両用回転機130の発電電圧と回転速度との関係図である。電動発電両用回転機130が発電モードで動作している場合に、エネルギー管理回路140は、電動発電両用回転機130の回転速度によってフィットネス機器用電力制御装置100の電圧V2を調整する。具体的には、回転速度がωLより低い場合に、電圧V2はV2Lに固定される。回転速度がωHより高い場合に、電圧V2はV2Hに固定される。回転速度がωLとωHとの間である場合に、電圧V2は、プリセットされた電圧と回転速度との関係例えば、図5Bに示すスロープによって電圧調整が行われる。なお、電動発電両用回転機130が電動モードで動作している場合に、前記方法は、出力電圧V2を調整し、力率を向上させる目的を達成することができる。電圧V2は、エネルギー管理回路140、双方向電力駆動回路120又はその両者がともに作用することによって生成される。これによって、電動発電両用回転機130が発電モードで動作している場合に、利用者の運動で発生したエネルギーは、負荷装置を介して電気エネルギーに変換され、システム全体に供給して使用され、又は商用電源に供給されることができる。これにより、運動と省エネルギーの効果を有する。電動発電両用回転機130が電動モードで動作している場合に、商用電源によって電動発電両用回転機130に作動させるための動力を供給する。これにより、利用者が力を出さなくとも持続して前の運動を行うことができ、激しく運動した後で筋肉をリラックスさせる。一方、図1に示すように、エネルギー管理回路140は、エネルギー調節回路141とプログラム処理回路142からなる。前記各種の制御メカニズムは、全てエネルギー調節回路141とプログラム処理回路142とが協力して完成したものである。具体的には、エネルギー調節回路141は、双方向電力変換回路110と双方向電力駆動回路120とのエネルギー緩衝装置とすることを主な機能とし、電力変換回路と蓄電池150とから構成される。電動発電両用回転機130の発電力が不足する場合に、双方向電力変換回路110を停止し、電動発電両用回転機130の発生した電力を蓄電池150に蓄える。この時、蓄電池150の電気保存量が高すぎれば、発生した電気エネルギーが放電モジュール149から直接に放出される。なお、蓄電池150が電力不足である場合に、エネルギー調節回路141を経由して、蓄電池150を充電することができる。この時、充電するためのエネルギーは、電力フィーダー又は電動発電両用回転機130からのものであってよい。システムが蓄電池150を備えず、且つ電動発電両用回転機130の発電量が不足である場合に、エネルギー調節回路141は、電動発電両用回転機130の発生した電力を直接に放電モジュール149から放出し、または制御システム100における各モジュールの電源に供給する。エネルギー調節回路141の実現可能な回路は、図4に示すように、つまり双方向電力流通直流電圧変換装置112と同様な構成を採用してよい。図6において、プログラム処理回路142は、回転速度検出装置143、双方向電力駆動回路制御モジュール144、マイクロ処理装置モジュール145、および電圧補償モジュール146を備える。回転速度検出装置143は、発電モードにおいて電動発電両用回転機130の回転速度を検出する。双方向電力駆動回路制御モジュール144は、回転速度によって、双方向電力駆動回路120が電動発電両用回転機130の交流電力を取得する時点を制御する。マイクロ処理装置モジュール145は、発電モードにおいて、回転速度及び交流電力の大きさによって、双方向電力変換回路110が交流電力を電力フィーダーに供給する時点を制御して位相をマッチさせる。それと同時に、マイクロ処理装置モジュール145は、電圧補償モジュール146に対して電圧補償値を更に発生する。これにより、電圧補償値によってエネルギー調節回路141を駆動し、双方向電力駆動回路120が電動発電両用回転機130から取得した供給電力の電圧値を補償し、発電量が過剰である場合に、放電モジュール149を起動し、余分の電力を抵抗に消耗させることができる。電圧補償モジュール146は、ソフトウェアによって書かれ、又はハードウェア回路によって組み立てられた比例積分器又は機能が類似である他の閉回路制御構成であってよい。図7に示すように、本実施形態においては、回転速度検出装置143の発生したパルス信号で速度を推定する。具体的には、回転速度検出装置143は、回転子検出装置147と速度推定器148とを備える。回転子検出装置147は、感知素子であり、回転子が一周回転すると、一定数のパルス信号を発生する。速度推定器148は、このパルス信号で回転子の速度を推定する。その速度推定方法としては、単位時間Tにおいて、回転子検出装置147の発生したパルス数数式1参照、又はパルスの立ち上がりエッジの間の時間パルス周期数式2参照を計算するようにしてよい。速度∝n×パルス数/単位時間T数式1速度∝1/パルス周期Tr数式2図8に示すように、電動発電両用回転機130の出力トルクと回転速度とによって、エネルギー管理回路140が発電モードで動作させる第1制御メカニズムCase1、第2制御メカニズムCase2又は第3の制御メカニズムCase3を選択する。電力は、マイクロ処理装置モジュール145によって発生されてから、エネルギー調節回路141に供給して使用される。発電量の多寡に関しては、即時に、推定されたP2=V2I2から分かり、第1制御メカニズムCase1、第2制御メカニズムCase2又は第3制御メカニズムCase3の判断根拠とする。エネルギー調節回路141は、システム全体における各モジュールに必要な低圧制御電源例えば、5V、15V、-15Vを提供する他に、更に蓄電池150にエネルギーを保存させ、または蓄電池150からエネルギーを抽出するための装置とすることができる。エネルギー調節回路141が蓄電池150を使用するかどうかは、利用者の使用状態と電池残量Stateofcharge;SOCとによる。図9は、双方向電力駆動回路制御モジュール144の機能ブロック図である。各符号を以下のように説明する。Ipは三相固定子コイルの要求電流指令値のピークである。iu,iv,iwは三相固定子コイルの電流指令値である。iu,iv,iwは現在の三相固定子コイルの電流値である。Teは電動発電両用回転機130の要求出力トルクである。ωrは電動発電両用回転機130の回転速度指令値である。ωrは電動発電両用回転機130の現在の回転速度である。Ktは電動発電両用回転機130のトルク定数である。双方向電力駆動回路制御モジュール144は、操作インタフェース160の設定によって、電動発電両用回転機130に対して、電動モード又は発電モードを制御することができる。電動モードでの操作の場合に、スイッチSWは、1の位置に切り換えられる。この時、モジュールは、速度閉回路制御Speedcloseloopcontrolモードになる。速度制御器を介して電動発電両用回転機130の回転速度を強制する三相固定子コイルは、現在の回転子磁場によって電流制御を行う。現在の回転速度ωrは、回転速度指令値ωrに従う。回転速度指令値ωrは、利用者の設定又は設計者のプリセット値によるものであってよい。速度制御器の出力に1/Ktをかけると、三相固定子コイルの要求電流指令値のピークIpが算出される。発電モードでの操作の場合に、SWは、2の位置に切り換えられる。この時、モジュールは、出力トルク制御になり、図5Aに示す負荷変化特性によって、各種の制御指令値を発生させる。この時電動発電両用回転機130の要求出力トルクがTeであり、Ip=Te/Ktを介して、三相固定子コイルの要求電流指令値のピークIpが算出される。発電モード又は電動モードによって算出したIpは、また電流コマンド発生器145を介して、三相固定子コイルの電流指令値iu,iv,iwを発生させる。三相固定子コイルの電流指令値iu,iv,iwの波形は、似近矩形波又は正弦波であってよい。三相固定子コイルの電流指令値iu,iv,iwと電動発電両用回転機130から読み出した三相固定子コイルの電流値iu,iv,iwとの誤差値が電流制御器に伝送されて演算される。演算の結果は、PWM発生器に伝送される。出力信号は、双方向電力駆動回路120に伝送され、電圧と周波数とが変化可能な三相交流電力を発生し、電動発電両用回転機130を駆動し、電流を制御する。図10Aと図10Bから、三相固定子コイルの電流指令値iu,iv,iwが6ステップ波又は正弦波であってよいこと、および三相固定子コイルの電流値iu,iv,iwがそれぞれ三相固定子コイルの電流指令値iu,iv,iwに従うことが見られる。このようにして、システムは、良好な電動発電両用回転機130の入力電流調整制御を得ることによって、好ましい発電モード又は電動モードでの操作性能が得られる。ここで言った電流調整制御は、電流の波形、大きさ、および周波数に対する制御を含む。三相弦波電流制御は、信号分解能の高い回転子検出装置147を要求する。信号分解能の高い回転子検出装置147は、価格が約10ドル以上と高いが、電動発電両用回転機130の操作騒音と振動とを大幅に低下させることができる。6ステップ波電流制御には、信号分解能の低い回転子検出装置147を使用してよい。信号分解能の低い回転子検出装置147の価格が約0.5ドル以下と低いが、電動発電両用回転機130の操作騒音と振動とが高い。そのため、本発明は、信号分解能の低い回転子検出装置147を使用し、マイクロ処理装置モジュール145のファームウェア構成によって、複合モードでの電流制御を実行する。つまり低速である場合に、6ステップ波電流制御を利用するが、高速である場合に、三相弦波電流制御を利用するようにし、低価格と騒音および振動の低下の長所を両立することができる。以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。"