JP2000157643A - 充電式体力トレーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 体力トレーニング装置の運動エネルギーを電
気エネルギーに変換して効率よく蓄積し、その有効活用
を図る。 【解決手段】 負荷として動力伝達装置８を介して発電
機１を連結した充電式体力トレーニング装置であって、
複数のキャパシタＣを接続して蓄電するキャパシタ・バ
ンクと、充電電流を制御して発電機１の発電出力により
キャパシタ・バンクに充電を行う充電制御手段２と、キ
ャパシタ・バンクから直流又は交流の電力として取り出
す出力手段５、６とを備え、発電機１の発電出力により
キャパシタ・バンクに充電を行って電気エネルギーを蓄
えながら充電制御手段２により充電電流を制御すること
により負荷を調整し、キャパシタ・バンクに蓄えた電気
エネルギーを出力手段５、６より取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷として動力伝
達装置を介して発電機を連結した充電式体力トレーニン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】室内の体力トレーニング装置として、据
え置きの自転車タイプやルームランナーなどがある。負
荷をかけて体力トレーニングを行う据え置き自転車タイ
プの体力トレーニング装置では、負荷として摩擦や電磁
ブレーキなどを一般に用いているが、高度化した装置で
は、センサーにより例えば利用者の脈拍を検出し、負荷
の大きさをセンサーの信号により制御するものがある。
これらの装置では、制御するコンピュータなどの電源と
して電池を用い、あるいは負荷の電磁ブレーキを制御す
るために家庭用電源を用いている。

【０００３】また、外部からの電源を供給する方式で
は、使用コストが高くなるため、その使用コストを低減
する手段として二次電池を搭載すると共に、トレーニン
グ装置の負荷として発電機を搭載してその出力で二次電
池を充電し、その二次電池を負荷の調節装置のエネルギ
ー源及びその他の制御系の電源として用いる装置も提案
されている（例えば特開平５−３１７４５７号公報、特
公平６−５７２７０号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の据
え置き自転車タイプの体力トレーニング装置では、例え
ば外部電源や二次電池などの電気を使わない低価格の摩
擦式モデルの場合、負荷の重さの調節が円滑でなかった
り、ざらざら音がしたりする。そのため、外部電源や二
次電池を電源とする高価な電磁ブレーキ式のモデルに比
べると、滑らかな走行感、快適さに欠けるという問題が
ある。

【０００５】また、高価な電磁ブレーキ式のモデルの場
合には、ペダルの重さが滑らかで、軽い負荷から重い限
界の負荷まで自由に調節できるが、多くの装置は家庭用
電源を使用している。そのため、トレーニングで消費す
るエネルギーは、そのまま家庭用電力の消費に対応す
る。つまり、トレーニングの負荷を大きくすると、それ
に対応して家庭用電力の消費量が増大してしまう。この
ような矛盾を解決しようとして、発電機と二次電池を搭
載しトレーニングで発生したエネルギーを利用した方式
が上記の提案である。しかし、二次電池は、その性能を
維持するのに一定の保守が要求される。例えば完全放電
で長時間放置すると、劣化するなどの問題が避けられな
い。また、深い充放電を数多く繰り返すと、充放電サイ
クル寿命と呼ばれる特性上の限界から、二次電池は劣化
が早くなり、それだけ頻繁に二次電池を交換する必要が
生じる。

【０００６】さらに、人の感受性にもよるが、体力トレ
ーニング装置でエネルギーを無駄に捨てるという点でも
空虚さが残る。それを払拭するために走行距離や使用カ
ロリー、あるいは走行時間などの目標値をたててコンピ
ュータで管理するなどの工夫がなされているが、従来の
据え置き自転車タイプの体力トレーニング装置では、ペ
ダルを踏んで発生したエネルギーは所詮捨てられるだけ
であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、体力トレーニング装置の運動エネ
ルギーを電気エネルギーに変換して効率よく蓄積し、そ
の有効活用を図るものである。

【０００８】そのために本発明は、負荷として動力伝達
装置を介して発電機を連結した充電式体力トレーニング
装置であって、複数のキャパシタを接続して蓄電するキ
ャパシタ・バンクと、充電電流を制御して前記発電機の
発電出力により前記キャパシタ・バンクに充電を行う充
電制御手段と、前記キャパシタ・バンクから直流又は交
流の電力として取り出す出力手段とを備え、前記発電機
の発電出力により前記キャパシタ・バンクに充電を行っ
て電気エネルギーを蓄えながら前記充電制御手段により
充電電流を制御することにより負荷を調整し、前記キャ
パシタ・バンクに蓄えた電気エネルギーを出力手段より
取り出すように構成したことを特徴とし、さらに、前記
キャパシタ・バンクの端子電圧を検出し充電量又は残量
として表示する表示手段を備え、前記キャパシタ・バン
クは、満充電電圧で充電電流をバイパスするバイパス手
段を有することを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る充電式体力
トレーニング装置の実施の形態を示す図であり、１は発
電機、２は負荷制御・充電器、３は並列モニタ、４は残
量計、５はコンバータ、６はインバータ、７は制御装
置、８は動力伝達装置、Ｃはキャパシタを示す。

【００１０】図１において、発電機１は、ペダルやベル
ト、チェーンなどの動力伝達装置８に連結され、ペダル
を踏む力で発電し運動エネルギーを電気エネルギーに変
換する手段である。キャパシタＣは、発電機１の発電出
力により充電して電気エネルギーを蓄える、例えば電気
二重層コンデンサであり、数個ないし数十個を直列、あ
るいは直並列に接続してキャパシタ・バンクを構成す
る。並列モニタ３は、キャパシタＣに並列に接続してキ
ャパシタＣの端子電圧を監視し、満充電近傍で充電電流
をバイパスすることにより、各キャパシタＣの充電が不
均一にならないようにするものである。負荷制御・充電
器２は、発電機１により発電した電気エネルギーのキャ
パシタＣへの充電電流を制御することにより、体力トレ
ーニング装置としてのペダルの負荷を制御するものであ
る。例えば負荷制御・充電器２は、充電用スイッチング
コンバータからなり、この出力電流を制御することによ
り、ペダルの負荷を重くする場合には発電機１から取り
出す電流、つまりキャパシタＣの充電電流を大きくし、
ペダルの負荷を軽くする場合には充電電流を小さくす
る。したがって、小電流から大電流まで広い範囲で充電
用スイッチングコンバータの出力電流を制御するだけ
で、体力トレーニング装置の負荷を調節することがで
き、しかも、運動エネルギーから発電機１で変換した電
気エネルギーを無駄にすることなくキャパシタＣに蓄積
することができる。

【００１１】コンバータ５は、キャパシタＣに蓄えた電
気エネルギーを所定電圧の直流出力で取り出し利用する
ものである。例えばコンバータ５を通してキャパシタＣ
から蓄えた電気エネルギーを３〜２４Ｖの直流電源とし
て取り出すことにより、制御装置７の制御用電源やラジ
オ、テープレコーダ、ＭＤ、ステレオなど音響装置の電
源として利用することができる。インバータ６は、キャ
パシタＣに蓄えた電気エネルギーを所定電圧、周波数の
交流出力で取り出し利用するものであり、家電製品の電
源として利用することができる。制御装置７は、体力ト
レーニング装置の制御を行う、例えばコンピュータなど
からなるものである。

【００１２】体力トレーニング装置として、例えば１５
分間で発電される電力は、１００〜５００Ｗｈ程度であ
るので、１００Ｗｈの電力をキャパシタＣに蓄電したと
すると、ＡＣ１００Ｖの家庭用大型テレビ（１４０Ｗ程
度）を２０〜３０分観ることができる。残量計４は、キ
ャパシタＣの端子電圧を検出して、それを蓄えた電気エ
ネルギーの残量として表示するものであり、体力トレー
ニングの際には、残量の増加から運動量を知り、電力を
利用する際には、利用可能量を知ることができる。した
がって、残量計４は、端子電圧から換算される総運動
量、運動の増加量などを表示するものとして用いてもよ
い。

【００１３】本発明は、上記のようにキャパシタに体力
トレーニング装置による運動エネルギーを電気エネルギ
ーに変換して、二次電池ではなくキャパシタに蓄えるこ
とにより、運動エネルギーを無駄にせず効率よく蓄積し
有効活用することができる。そのキャパシタとして用い
られる電気二重層コンデンサについて以下に概要を説明
する。電気二重層コンデンサは、鉛電池やニッケル・カ
ドミウム電池のような充電に時間がかかる化学電池と比
較して、他のコンデンサと同様に物理的な充電により急
速充電が可能になる。しかも、電気二重層コンデンサの
電池は、大量にエネルギーが貯蔵できるという化学電池
にない大きなメリットを有しているが、電力の貯蔵量を
多くしてそれを有効に利用しようとすると、Ｑ＝ＣＶ²
／２の関係に基づいて端子電圧が大きく変動する特性を
持っている。電気二重層コンデンサを使用したＥＣＳ(E
nergy Capacitor System) による電力貯蔵装置は、電気
二重層コンデンサの電力の貯蔵量を多くしてそれを有効
に利用できるものとして、電気自動車の電源装置や大規
模な電力貯蔵装置として注目されている。

【００１４】ＥＣＳは、コンデンサと並列モニタと電流
ポンプからなる電力エネルギー貯蔵システムとして既に
各種文献（例えば電子技術、１９９４−１２、ｐ１〜
３、電学論Ｂ、１１５巻５号、平成７年 ｐ５０４〜６
１０など）で紹介されている。ここで、並列モニタは、
先に述べたように複数のコンデンサが直並列に接続され
たコンデンサバンクの各コンデンサの端子間に接続さ
れ、コンデンサバンクの充電電圧が並列モニタの設定値
を越えると充電電流をバイパスする装置である。そのた
め、コンデンサバンクを耐電圧いっぱいまで使えるよう
にするものとして、並列モニタは、きわめて大きな役割
を持ち、エネルギー密度の有効利用の手段として不可欠
な装置である。並列モニタの接続により、コンデンサの
特性のバラツキや残留電荷の大小がある場合にも、最大
電圧の均等化、逆流防止、充電終止電圧の検出と制御な
どを行うことができる。したがって、コンデンサバンク
内のすべてのコンデンサは、設定された電圧まで均等に
充電され、コンデンサの蓄積能力をほぼ１００パーセン
ト発揮させることができる。

【００１５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、キャパシタに蓄電した電気エネルギ
ーを各種装置や家電製品の電源として利用したが、トレ
ーニングジムなどの場合には電力会社に売電するように
商用電源に接続してもよい。また、据え置き自転車タイ
プの体力トレーニング装置に適用したが、体力トレーニ
ングとして手や足など所謂手動で駆動される据え置き手
漕ぎボート、その他の各種体力トレーニング装置に同様
に適用してもよいことはいうまでもない。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、体力トレーニング装置の動力伝達装置に発電
機を連結し、その発電電力をキャパシタに充電して蓄え
るので、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して急
速に充電ができ、体力トレーニング装置の運動エネルギ
ーを電気エネルギーに変換して効率よく蓄積することが
できる。しかも、充電電流により体力トレーニング装置
としての負荷を簡単に調整することができる。また、キ
ャパシタの端子電圧（充電電圧）を検出して発電量、蓄
電残量、消費電力を正確に即時に表示できるので、その
発電効果、つまり充電量をすぐに運動量として確認でき
る。さらに、放電した状態に放置しても、また、充放電
サイクルを多数回繰り返しても、二次電池のように劣化
せず、長寿命で保守に要する負担を大幅に軽減すること
ができる。キャパシタは、コンバータ、インバータと組
み合わせることにより、出力密度を大きくすることがで
きるので、比較的小容量、小積載量でも大電力を取り出
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る充電式体力トレーニング装置の
実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

１…発電機、２…負荷制御・充電器、３…並列モニタ、
４…残量計、５…コンバータ、６…インバータ、７…制
御装置、８…動力伝達装置、Ｃ…キャパシタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷として動力伝達装置を介して発電機
   を連結した充電式体力トレーニング装置であって、複数
   のキャパシタを接続して蓄電するキャパシタ・バンク
   と、充電電流を制御して前記発電機の発電出力により前
   記キャパシタ・バンクに充電を行う充電制御手段と、前
   記キャパシタ・バンクから直流又は交流の電力として取
   り出す出力手段とを備え、前記発電機の発電出力により
   前記キャパシタ・バンクに充電を行って電気エネルギー
   を蓄えながら前記充電制御手段により充電電流を制御す
   ることにより負荷を調整し、前記キャパシタ・バンクに
   蓄えた電気エネルギーを出力手段より取り出すように構
   成したことを特徴とする充電式体力トレーニング装置。
2. 【請求項２】 前記キャパシタ・バンクの端子電圧を検
   出して表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の充電式体力トレーニング装置。
3. 【請求項３】 前記キャパシタ・バンクは、満充電電圧
   で充電電流をバイパスするバイパス手段を有することを
   特徴とする請求項１記載の充電式体力トレーニング装
   置。