HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lastvorrichtungen
für Ergometer und insbesondere auf eine Lastvorrichtung für
ein Ergometer mit hoher Bremskraft.
Beschreibung der Hintergrundtechnik
-
Eine Lastvorrichtung für ein Ergometer, die von Interesse für
die vorliegende Erfindung ist, ist zum Beispiel in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-45905 (EP-A-0 193 286)
offenbart.
-
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das einen Hauptteil eines
Fahrradergometers, das in der Veröffentlichung offenbart ist,
zeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 weist die Lastvorrichtung
des Fahrradergometers einen Lastabschnitt 50 zum Anlegen
einer Last an einen Fahrer und einen Steuerabschnitt 60 zum
Steuern des Lastabschnittes 50 auf. Der Lastabschnitt 50
weist eine Lastwelle 51 auf, die gedreht wird, wenn der
Fahrer ein Pedal herunterdrückt, ein Rad 52, das an der
Lastwelle 51 befestigt ist und eine ringförmige Scheibe 53, zum
Beispiel aus einer Kupferplatte, die am Umfang des Rades 52
vorgesehen ist. Zum Erleichtern der Rotation der Scheibe 53, das
heißt, des Rades 52, ist ein ringförmiger Massering 54, der
eine Schwungradfunktion hat, an einem Verbindungsabschnitt
zwischen dem Rad 52 und der Scheibe 53 angebracht.
-
In Verbindung mit der Scheibe 53 ist nur ein Elektromagnet 57
vorgesehen und an einem Rahmen 58 befestigt. Der Elektromagnet
57 ist aus einem Kern 55 und einer Anregungsspule 56
gebildet, die um den Kern 55 mittels eines nicht gezeigten
Spulenkörpers gewickelt ist. Der Kern 55, der ein C-förmiger
Kern mit einer Öffnung ist, ist derart vorgesehen, daß er in
einer kontaktlosen Weise die beiden Hauptoberflächen der
Scheibe 53 zwischen den Endflächen der Öffnung einschließt.
-
Die Anregungsspule 56 ist mit ihrem einen Endanschluß mit
einer direkten Spannungsquelle VD verbunden und mit ihrem
anderen Anschluß über einen Steuertransistor 61 und einen
Widerstand 62 mit Erde verbunden. Der Basis des
Steuertransistors 61 wird ein Ausgang eines Komparators 63 zugeführt. Der
Steuertransistor 61, der Widerstand 62, der Komparator 63,
eine unten beschriebene CPU und ähnliches bilden den
Steuerabschnitt 60 und führen einen Steuerbetrieb derart aus, daß
ein eingestellter Strom an die Anregungsspule 56 geliefert
wird.
-
Das Einstellen des an die Anregungsspule 56 zu liefernden
Stroms wird durch ein Keyboard 66 gesteuert, welches für eine
nicht gezeigte Steuerkonsole, die CPU 65, eine
Anzeigevorrichtung 67 und eine D/A-Umwandlungsschaltung 64, wie unten
beschrieben, vorgesehen ist. Ein Benutzer gibt das gewünschte
Bremsmoment (eine Last des Ergometers entsprechend der
athletischen Fähigkeit des Benutzers) durch Verwenden des
Keyboards 66 ein. Das eingegebene Bremsmoment wird auf der
Anzeigevorrichtung 67 durch die CPU 65 dargestellt und kann
kontrolliert werden. Wenn das Bremsmoment bestimmt ist,
berechnet die CPU 65 einen Anregungsstrom, der notwendig ist,
das Bremsmoment hinzuzufügen.
-
Ein anderes Beispiel der herkömmlichen Lastvorrichtung für
ein Ergometer wird in Fig. 7 gezeigt. Unter Bezugnahme auf
Fig. 7 verwendet das herkömmliche Ergometer keinen C-förmigen
Kern, wie in Fig. 6 gezeigt ist, sondern beinhaltet eine
Trommelform, in der ein Rotor um einen Stator rotiert. Unter
Bezugnahme auf Fig. 7 ist ein innerer Umfangsrotor 72 aus
einem Baukohlenstoffstahlrohr (STK oder STKM) in einen
äußeren Umfangsrotor 71, der aus gegossenem Graueisen gefertigt
ist, eingepaßt. Auf einem inneren Stator 73 sind sechs
Anregungsspulen 74 gegenüberliegend zu dem Rotor 72 vorgesehen.
Die Anregungsspulen 74 sind in Reihe miteinander verbunden,
und ihre beiden Enden sind mit einer Spannungsversorgung 75,
die außerhalb vorgesehen ist, verbunden. In diesem Fall ist
die Steuerung und ähnliches des Ergometers dieselbe wie in
Fig. 6.
-
Die herkömmliche Lastvorrichtung für ein Ergometer ist wie
oben beschrieben gebildet. In dem in Fig. 6 gezeigten
Beispiel ist die Öffnung (der Abschnitt, der durch A in Fig. 6
bezeichnet ist) des C-förmigen Kerns 55 ungefähr 1.7 mm, und
die Scheibe 53, die aus einer Kupferplatte mit einer Dicke
von 1 mm gebildet ist, wird in die Öffnung eingesetzt. Da der
Befestigungsabschnitt des Kernes 55 und die Befestigungswelle
der Kupferplatte unterschiedlich sind, ist es bei
Einstellungsvorgängen schwierig, einen Kontakt zwischen der
Kupferplatte und dem Kern 55 zu vermeiden. Da die Kupferplatte eine
Dicke von 1 mm aufweist, wird sie leicht durch eine kleine
äußere Kraft verformt, und es benötigt Zeit, eine Einstellung
vorzunehmen, bei der ein Kontakt mit dem Kern 55 vermieden
ist.
-
Bei dem Aufbau, bei dem die Kupferplatte in den C-förmigen
Kern eingesetzt wird, ist der gesamte Zwischenraum aus einem
Luftzwischenraum und einer Dicke der Kupferplatte
proportional zu dem magnetischen Widerstand, und somit nimmt der
magnetische Widerstand des Zwischenraums zu, wenn der gesamte
Zwischenraum größer wird.
-
Da die in Fig. 7 gezeigte Lastvorrichtung eine Trommelform
aufweist und koaxial einen Rotor entsprechend der Scheibe und
einen Stator, der den Kern bildet, beinhaltet, verursacht sie
nicht die Probleme wie in Fig. 6. Jedoch verwendet die
Lastvorrichtung Kohlenstoffstahl (höchstens 0,12%) für den
äußeren Umfangsrotor 71 und den inneren Umfangsrotor 72. Mit
anderen Worten wird der ferromagnetische Körper auch für den
Leiter verwendet. Daher ist das erzeugte Bremsmoment klein.
-
Eine Lastvorrichtung für ein Ergometer entsprechend des
Oberbegriffs des Anspruches 1 ist aus der US-A-5 685 804 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lastvorrichtung
für ein Ergometer bereitzustellen, die leicht einzustellen
ist und die ein großes Bremsmoment anlegt und welche nicht
teuer ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lastvorrichtung für ein
Ergometer gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt das
Teil mit geringem elektrischen Widerstand, das an dem Rotor
vorgesehen ist, dem Stator mit einem vorbestimmten
Zwischenraum gegenüber, und somit kann eine Lastvorrichtung für ein
Ergometer, die leicht einzustellen ist und ein großes
Bremsmoment anlegt, bereitgestellt werden.
-
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher
aus der folgenden genauen Beschreibung der vorliegenden
Erfindung, wenn diese in Zusammenhang mit den begleitenden
Zeichnungen genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1A ist eine Vorderansicht einer Lastvorrichtung für ein
Ergometer vom Typ mit einer äußeren Trommel entsprechend der
herkömmlichen in Fig. 7.
-
Fig. 1B ist eine Seitenansicht der Lastvorrichtung für ein
Ergometer vom Typ mit einer äußeren Trommel.
-
Fig. 2A und 2B zeigen den Aufbau einer Lastvorrichtung vom
Typ mit einer inneren Trommel.
-
Fig. 3A, 3B und 3C sind Draufsicht, Vorderansicht und
Seitenansicht, die den Aufbau einer Lastvorrichtung vom Typ mit
einer Kernseitenoberfläche zeigen.
-
Fig. 4 zeigt die Änderungsgeschwindigkeit des Bremsmoments
aufgrund des Vorhandenseins/der Abwesenheit der
Kupferplattierung.
-
Fig. 5 zeigt die Änderungsgeschwindigkeit des Bremsmoments
entsprechend der Dicke der Kupferplattierung.
-
Fig. 6 zeigt eine Struktur einer Lastvorrichtung für ein
Ergometer in einer Lastvorrichtung mit einem Aufbau mit einem
herkömmlichen C-förmigen Kern.
-
Fig. 7 zeigt eine Struktur einer Lastvorrichtung eines
herkömmlichen Trommeltyps.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B weist eine
Lastvorrichtung einen Aufbau vom äußeren Trommeltyp auf, in dem ein
Rotor 20, der koaxial zu einem Stator 11 vorgesehen ist, um
den Stator 11 rotiert. Der Stator 11 weist einen Kern 12a und
eine Spule 13a auf, und der Rotor 20 beinhaltet einen
ferromagnetischen Körper 21 aus einer Stahlplatte und einen Leiter
22. Der Zwischenraum zwischen dem Statorkern 12 und dem
ferromagnetischen Rotorkörper 21 wird auf ungefähr 1 mm
eingestellt.
-
Der Leiter 22, der aus einem Material mit geringem
elektrischen Widerstand besteht, ist mit Kupfer plattiert und hat
eine Dicke von ungefähr 0.01 bis 0.8 mm. Es ist ökonomisch
insbesondere effektiv, wenn die Dicke ungefähr 0.01 bis 0.1
mm beträgt.
-
Die Fig. 2A und 2B zeigen die Struktur einer Lastvorrichtung
des inneren Trommeltyps, bei der ein Stator am äußeren Umfang
vorgesehen ist und ein Rotor an dem inneren Umfang vorgesehen
ist, verschieden von den Fig. 1A und 1B. In den Figuren
sind die Fig. 2A und 2B Vorder- und Seitenansicht. Bei dem
inneren Trommeltyp ist ein Stator 15 an dem äußeren Umfang
eines Rotors 23 vorgesehen. Selbst in diesem Fall hat der
Rotor 23, der aus einem ferromagnetischen Körper 24 gebildet
ist, und ein Leiter 25 und der Stator 15, der aus einem Kern
12b und einer Spule 13b gebildet ist, einen Zwischenraum
ähnlich zu Fig. 1. Da der Rotor 23 und der Stator 15 koaxial
sind, kann der Zwischenraum zwischen dem Rotor 23 und dem
Stator 15 leicht eingestellt werden. Da der Rotor aus einem
ferromagnetischen Körper 21 und einem Leiter 22 selbst in
diesem Fall gebildet ist, wird das Bremsmoment größer ähnlich
zu der Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist.
-
Im folgenden wird eine andere Ausführungsform der
Lastvorrichtung für ein Ergometer entsprechend der vorliegenden
Erfindung
beschrieben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B und
3C beinhaltet eine Lastvorrichtung einen Rotor 26, der aus
einem ferromagnetischen Körper 27 gebildet ist, und eitlen
Leiter 28 und einen Stator 16, der an einer Seitenoberfläche
des Rotors 26 vorgesehen ist. Der Stator 16 beinhaltet einen
Kern 12c, der ungefähr 1 mm entfernt von dem Leiter 28
vorgesehen ist, und eine Spule 13c.
-
Die Einstellung des Zwischenraums in diesem Fall ist eine
einseitige Einstellung von der Seitenoberfläche des Rotors 26
und kann relativ leicht durchgeführt werden.
-
Im folgenden wird ein Vergleich zwischen dem Bremsmoment
einer Kurbelwelle, wenn die Kupferplattierung wie in der
vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, und dem, wenn die
Kupferplattierung nicht vorgesehen ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist,
in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
-
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 wird der Wert des Spulenstroms
in drei Stufen für jeden der Fälle geändert, bei dem die
Kupferplattierung vorgesehen ist und bei dem die
Kupferplattierung nicht vorgesehen ist, und die Geschwindigkeit der Rotor-
(Trommel-)Drehung wird in fünf Stufen von 480, 960, 1440,
1920 und 2400 rpm für jeden Fall geändert.
-
Die Kurve der obigen Daten ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4
zeigt die durchgezogene Linie den Fall, bei dem die
Kupferplattierung wie in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist,
und die gestrichelte Linie zeigt den Fall, bei dem die
Kupferplattierung nicht vorgesehen ist. Wie aus Tabelle 1 und
Fig. 4 ersichtlich ist, ist das erzeugte Bremsmoment größer,
unabhängig von der Geschwindigkeit der Trommelwellendrehung,
in jedem der Fälle, in dem die Kupferplattierung vorgesehen
ist, als in den Fällen, in denen die Kupferplattierung nicht
vorgesehen ist.
-
Es ist ersichtlich, daß die Effekte größer werden, wenn die
Geschwindigkeit der Trommelwellendrehung zunimmt. Wie oben
beschrieben wurde, kann entsprechend der vorliegenden
Erfindung das erzeugte Bremsmoment erhöht werden, als in dem Fall,
in dem ein Leiter nicht vorgesehen ist, durch Verwendung
einer Stahlplatte, die einen Kohlenstoffanteil von 0.15%
oder weniger aufweist und durch Auftragen einer
Kupferplattierung auf den Leiter.
-
Im folgenden wird die Größenänderung des
Kurbelwellenbremsmoments mit Bezug auf die Geschwindigkeit der Rotordrehung,
wenn der Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator
geändert wird, in Tabelle 2 und Fig. 5 gezeigt.
Tabelle 2
-
Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 sind die Werte des
Zwischenraums, wenn die Dicke der Kupferplatte zu 0.02 mm, 0.06 mm,
0.15 mm und 0.80 mm geändert wird, die Werte des Stromes, die
Anzahl der Spulenwindungen und die Werte des Bremsmoments für
jede Anzahl von Drehungen gezeigt. Es sei angemerkt, daß die
Daten, die zu der Kupferplattendicke von 0.8 mm und dem
Zwischenraum von 1.7 mm gehören, diejenigen der herkömmlichen
Lastvorrichtung, die in Fig. 6 gezeigt ist, sind.
-
Fig. 5 zeigt die Änderung des Bremsmoments mit Bezug auf die
Geschwindigkeit der Kupferplatte oder Trommeldrehung
basierend auf den Daten von Tabelle 2. In Fig. 5 ist die Größe des
Bremsmoments für die Drehgeschwindigkeit der herkömmlichen
Kupferplatte durch die gestrichelte Linie gezeigt.
-
Bezugnehmend auf Tabelle 2 und Fig. 5 nimmt das Bremsmoment
zu, wenn die Geschwindigkeit der Trommeldrehung in der
vorliegenden Erfindung größer wird. Das Ausmaß ist größer, wenn
die Kupferplatte eine größere Dicke aufweist.
-
In Fig. 4 entspricht die durchgezogene Linie dem Fall einer
20 um Kupferplattierung, die auf der inneren Durchmesseroberfläche
einer Trommel vorgesehen ist, und die gestrichelte
Linie entspricht dem Fall ohne Kupferplattierung. Ferner
bezeichnen die Markierungen , und Δ die Werte, wenn
Ströme von 550, 450 und 300 mA an eine elektromagnetische
Spule geliefert werden. Es ist ersichtlich, daß dort eine
Differenz von ungefähr 9% im Mittel für die Geschwindigkeiten
der Trommeldrehung von 960 bis 2400 rpm besteht.
-
In den Ausführungsformen wird die Kupferplattierung als ein
dünnes Material mit geringem elektrischem Widerstand
verwendet.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und
veranschaulicht worden ist, ist klar zu verstehen, daß
Selbiges nur durch Veranschaulichung und beispielhaft erfolgt ist
und nicht als Beschränkung genommen werden soll, da der
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die
Formulierung der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.