JPH0687901B2 - 回転抵抗発生装置およびこれを利用した自転車用トレーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、回転抵抗発生装置およびこれを利用した自
転車用トレーナに関する。

【従来の技術】

スプリント競技やロードレース競技等の自転車競技の選
手が、室内において、自転車に乗車した状態で脚力向上
訓練を行うための訓練装置して、自転車用トレーナがあ
る。この自転車用トレーナは、たとえば、本願の出願人
が先に提案した特開昭63-229076号公報に示されている
ように、自転車を装着できるフレームと、このフレーム
に装着した自転車の後輪に接触して回転させられる回転
体と、この回転体の回転に抵抗を付与するための抵抗付
与手段とを備える。 上記の抵抗付与手段は、以前はファンを利用したものが
主流であったが、風切り音などの騒音が発生するほか、
抵抗の大きさを大幅にかつ容易に変更できないなどの問
題があるため、最近では、磁力を利用して回転抵抗を付
与するように構成したものが主流となっている。 上記特開昭63-229076号公報の自転車用トレーナにも、
磁力式の抵抗付与手段が用いられており、その構成は、
大略、次のようなものである。 すなわち、上記の磁力式の抵抗付与手段は、自転車の車
輪に接触する回転体と共回りする軸にアルミニウムから
なる回転円板を固定する一方、この回転円板の両側に、
反対極が向かい合うようにして永久磁石を配して基本的
に構成される。 良導体であるアミニウム製の回転円板は、その両側に配
した磁石間を通過する磁束を横切って回転することにな
るため、この回転円板には渦電流が発生し、これによ
り、回転円板の回転に抵抗力が作用するのである。回転
円板に作用する抵抗力は、これが横切る磁束の強さによ
って変化する。このことに鑑み、上記公報に提案された
自転車用トレーナでは、次のようにして抵抗力を可変と
している。 すなわち、上記回転円板とその一側の磁石との間、およ
び、回転円板とその他側の磁石との間に、それぞれ、窓
孔を有する磁性体からなるシールド板を回転位置調整操
作可能に挿入配置している。このシールド板は、その窓
孔が各磁石を回転円板に向けて臨ませる非シールド位置
と、窓孔以外の部分が各磁石を遮蔽するシールド位置と
の間を回転できるようになっている。シールド板がシー
ルド位置をとると、回転円板を挟む両磁石の間に磁束が
通らず、したがって、回転円板に渦電流が発生すること
もないので、回転円板には抵抗が作用しない。一方、シ
ールド板が非シールド位置をとると、窓孔を通して両磁
石の間に磁束が通るので、回転円板に渦電流が発生し、
それによる抵抗が回転円板に作用する。抵抗の強さは、
窓孔が両磁石を回転円板に向けて臨ませる程度を変更す
ることにより、適宜変更することができる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、上述の構造の磁力式抵抗付与手段は、次のよ
うな問題があった。 その第一は、構造が複雑で組立てに非常に手間がかかる
ということである。 すなわち、上記の抵抗付与手段は、ブラケットに回転可
能に支持した軸に、回転円板を固定し、かつ、この回転
円板を挟む両側にそれぞれ磁石を所定のすきまを介して
配する必要がある。したがって、多数個の磁石と、回転
板の両側と各磁石群との間をシールドする一対のシール
ド板が必要となって、基本構成部材が非常に多くなる。
また、組付けの都合上、まず、ブラケットに軸を可回転
に支持し、次いで回転円板の内側に配するべき第一の磁
石群を保持する部材を取付け、次に上記の軸に回転円板
を固定し、次に回転円板の外側に配するべき第二の磁石
群を保持する部材を、上記第一の磁石群を保持する部材
に対して組付ける必要があるため、第一の磁石群を保持
する部材と、第二の磁石群を保持する部材とを二分割構
成とせねばならず、周辺構成部材の部品点数も多くなる
のである。 その第二は、非常に厄介な調整作業を必要とするという
ことである。 すなわち、上記の抵抗付与手段が不都合なく作動するた
めには、回転円板と各磁石群との間のすきまをできる限
り小さくする必要があり、しかも、回転円板と各磁石群
とが接触するようなことがあってはならないが、そのた
めの調整が非常に厄介なのである。たとえば、ブラケッ
トに対する取付け面の誤差により、上記第一の磁石群を
保持する部材の軸心が回転円板を支持する軸の軸心に対
して少しでも傾くと、たちまちその第一の磁石群が保持
する磁石のいずれかがシールド板または回転円板に接触
する結果となる。いったんこのような結果が生じると、
回転円板は上記第一の磁石群を保持する部材および第二
の磁石群を保持する部材の内部に隠れていて外部から視
認できないので、上記の接触を回避するための調整作業
は非常に面倒なものとなるのである。 この発明は、上記の事情のもとで考え出されたものであ
って、構造が簡単で部品点数が大幅に低減され、組付け
作業および調整作業が簡単であり、しかも、付与すべき
抵抗の大きさを変更しうるあらたな磁力式の回転抵抗発
生装置およびこれを利用した自転車用トレーナを提供す
ることをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、本願発明では、次の手段を
講じている。 すなわち、本願の請求項１に記載した回転抵抗発生装置
は、支軸周りに回転可能に支持された回転体と、この回
転体の側面に磁性体部を介して形成した非磁性体良導部
と、この非磁性体良導部に対してすきまを介して対向す
るように配置固定された少なくとも一組の磁石手段と、
上記非磁性体良導部と上記磁石手段との間に挿入され、
上記磁石手段の磁極面を上記非磁性体良導部に向けて臨
ませる非シールド位置と、上記磁石手段の磁極面と上記
非磁性体良導部との間を遮蔽するシールド位置との間の
位置調節が可能な磁性体からなるシールド部材とを備え
ており、上記磁石手段は、磁性を逆に並設した２個の磁
石の背面を共通の磁性体に連結し、または、１個の磁石
を成形することにより、互いに異なる一対の磁極面が並
んで上記回転体の非磁性体良導部を向き、この磁石手段
と、上記回転体の非磁性体良導部の背後にある上記磁性
体部とで磁束の閉ループが形成されうるように構成され
ていることを特徴とする。 また、本願の請求項２に記載した自転車用トレーナは、
自転車または自転車の一部を装着可能なフレームと、こ
のフレームに固定した支軸周りに回転可能に支持され、
かつ、上記装着された自転車の後輪に接触して回転させ
られる回転体と、この回転体の側面に磁性体部を介して
形成した非磁性体良導部と、この非磁性体良導部に対し
てすきまを介して対向するように配置固定された少なく
とも一組の磁石手段と、上記非磁性体良導部と上記磁石
手段との間に挿入され、上記磁石手段の磁極面を上記非
磁性体良導部に向けて臨ませる非シールド位置と、上記
磁石手段の磁極面と上記非磁性体良導部との間を遮蔽す
るシールド位置との間の位置調節が可能な磁性体からな
るシールド部材とを備えており、上記磁石手段は、極性
を逆に並設した２個の磁石の背面を共通の磁性体に連結
し、または、１個の磁石を成形することにより、互いに
異なる一対の磁極面が並んで上記回転体の非磁性体良導
部を向き、この磁石手段と、上記回転体の非磁性体良導
部の背後にある上記磁性体部とで磁束の閉ループが形成
されうるように構成されていることを特徴とする。 さらに、本願の請求項３に記載した自転車用トレーナ
は、請求項２に記載した自転車用トレーナにおいて、上
記回転体を、自転車の車輪が嵌まりこんで接触するなめ
らかな凹溝が周設された略鼓状を呈していることを特徴
とする。 さらに、本願の請求項４に記載した自転車用トレーナ
は、請求項３に記載した自転車用トレーナにおいて、回
転体をアルミニウムで形成するとともに、その側面に鉄
板を添着することにより磁性体部を、さらにその上にア
ルミニウム板を積層することにより非磁性体良導部を形
成したことを特徴とする。

【発明の作用および効果】

本願発明の回転抵抗発生装置において、シールド部材が
非シールド位置をとるとき、磁石手段と上記回転体の非
磁性体良導部の背後にある上記磁性体部とで磁束の閉ル
ープを形成する。上記磁性体部は、回転体とともに回転
するが、磁束を生じさせる磁石手段は固定状に配されて
いるので、上記磁束の閉ループは、回転体が回転してい
るとしていないとに関係なく形成される。したがって、
回転体とともに回転する非磁性体良導部は、上記のよう
に閉ループを形成する磁束を横切って回転することにな
り、この非磁性体良導部に渦電流が発生し、これによ
り、非磁性体良導部ないしはこれと一体回転する回転体
の回転に抵抗力が作用する。 一方、シールド部材がシールド位置をとると、磁石手段
とシールド部材との間に磁束の閉ループが形成されてし
まい、磁力の影響は回転体の磁性体部には及ばなくな
る。したがって、このとき、非磁性体良導部が磁束を横
切ることもなくなり、これに抵抗力が作用することもな
くなる。 また、上記シールド部材は、非シールド位置とシールド
位置間を調節可能であるから、磁石手段と回転体の磁性
体部との間に形成される磁束の閉ループの磁束密度を変
化させることができる。したがって、回転中に非磁性体
良導部に発生する渦電流の量ないしは抵抗力の大きさを
所望のように変更することができる。 上記の回転抵抗発生装置を利用する本願発明の自転車用
トレーナは、その回転体がフレームに支持された自転車
の後輪の回転によって回転させられる。回転体には上記
のように回転抵抗力が作用するので、トレーナに装着し
た自転車に乗車するライダーは、上記の回転抵抗力に対
抗して車輪を回転させることになるから、脚力向上の訓
練になる。また、回転抵抗力は、シールド部材の位置を
変更することにより容易に変化させることができ、した
がって訓練者は、自己の脚力に応じて、適当な回転抵抗
を選択することができる。 本願発明の回転抵抗発生装置は、回転体そのものに磁石
手段と協働して磁束のループを形成するべき磁性体部を
備えているから、組立ての過程において非磁性体部と磁
性体部との微妙な調節をするという必要はない。また、
回転体の側面に対向するようにして磁石手段を配置する
構成をとっているので、回転体の側面と磁石手段ないし
はシールド部材との間の相互の位置調節も従来に比して
格段に容易である。 また、請求項３の記載のように、自転車用トレーナにお
いて、その回転体を自転車の車輪が嵌まりこんで接触る
なめらかな凹溝が周設された略鼓状とすることにより、
自転車のフレームへの装着および自転車の車輪の回転体
への適度な押圧力をもった接触が都合良く行われる。

【実施例の説明】

以下、本願発明の実施例を図面を参照しつつ具体的に説
明する。 第１図は、本願発明の回転抵抗発生装置１を自転車用ト
レーナ２に適用し、これに自転車を装着した状態を示す
斜視図である。 実施例の自転車用トレーナ２は、自転車の後輪のハブ軸
３と対応する枢動部分４を中心として拡開および折り畳
み可能な略Ｕ字状の前脚５と後脚６からなるフレーム９
を備え、第１図に示すように、側面からみて逆Ｖ字状に
拡開させることにより、床面に対して安定的に設置され
る。 上記枢動部分４には、自転車の後輪のハブ軸３の両端部
をそれぞれ収容保持できるクランパ７を先端に有する一
対のねじ軸８が、枢動軸方向、すなわちハブ軸方向に螺
進退可能に装着されている。自転車は、上記一対のねじ
軸８を螺進させ、ハブ軸３の両端をクランパ7,7によっ
て両端から挟持させることにより、フレームに装着され
る。 回転抵抗発生装置１は、上記後脚６の下端の横杆10に取
付けられている。 第２図に詳示するように、回転抵抗発生装置１は、上記
横杆10上に取付けられた略Ｕ字状のブラケット11を備
え、このブラケット11にすべての構成部材が取付けられ
ている。まず、上記ブラケット11の左右一対の対向支壁
11a,11b間を掛け渡すようにして支軸12が固定され、こ
の支軸12の軸方向中央部には、回転体13が左右のベアリ
ング14,14を介して回転可能に支持される。回転体13
は、たとえばアルミニウム等の軽合金で作製することが
でき、図示例のように、自転車の車輪のタイヤ部分が嵌
まりこむなめらかな凹溝13aを有する略鼓状に形成して
ある。このような形状とすることにより、回転体13と車
輪との関係を規定しやすく、また、車輪は凹溝13aを挟
むフランジ部分13c,13cにガイドされつつ回転すること
になるので、車輪および回転体13の円滑な回転が担保さ
れる。 上記の回転体13に磁力による回転抵抗を付与するための
抵抗付与手段は、図示例においては、上記回転体13の両
側部にそれぞれ設けられているが、以下では、説明の煩
雑化を避けるため、一方の抵抗付与手段を代表して説明
する。 まず、上記の回転体13の側面には、磁性体部15を介して
形成した非磁性体良導部１が設けられる。実施例では、
回転体13の側面に側面視ドーナツ状の凹陥部13bを成形
するとともに、この凹陥部13b内に、順次、その形状と
対応するように裁断された磁性体部としてのドーナツ円
板状の鉄板15および非磁性体良導部16としてのドーナツ
円板状のアルミニウム板16が嵌め込まれ、これらをねじ
17によって回転体に固定している。なお、回転体13それ
自体を鉄等の磁性体材料で形成する場合には、回転体13
それ自体が磁性体部15として機能するので、非磁性体良
導部としてのアルミニウム板16を同等部位に添着するだ
けでよい。 ブラケット11の対向支壁11aの内側面と、上記回転体13
の側面との間の空間には、支軸12に套嵌固定されたブッ
シュ18を介して、後記する磁石手段19、およびシールド
板20を保持するケース体21が固定される。 このケース体21は、上記ブッシュ18に套嵌される中央ボ
ス部22を有する所定厚みの円板状を呈しており、中央ボ
ス部22の外周から挿入した止めねじ23を上記ブッシュ18
に向けて螺合することにより固定される。また、その円
板の外径は、ほぼ、上記回転体13のフランジ部分13cの
外径と対応させてある。 ケース体21の内側面には、磁石手段のための収容凹部24
が環状に形成されるとともに、そのさらに外周には、後
記する円板状のシールド板20をその位置を拘束しつう回
転可能に保持するための環状受支壁25およびその外周部
から内方へ突出する筒状フランジ26が形成されている。 上記の収容凹部24には、鉄板27に接着等によって各一対
の円柱状の永久磁石28a,28bを取付けてなる磁石手段19
が、120度の中心角ごとに、３箇所収容固定される。磁
石手段19の一対の永久磁石28a,28bは、互いにその極性
を逆にしてあり、内方面、すなわち、回転体13を向く磁
極面P_N，P_Sは、一方がＮ極、他方がＳ極としてある。な
お、各磁石手段19は、ケース体21の表面側から挿入した
ねじ29を、上記の鉄板27に開けたねじ穴に30に螺合する
ことにより、ケース体21に対して固定される。 そして、さらに、上記のようにして配置される磁石手段
19の各磁極面P_N，P_Sと、回転体３の側面の非磁性体良導
部16との間にすきまには、上記各磁極面P_N，P_Sを上記非
磁性体良導部16に臨ませる非シールド位置と、上記各磁
極面P_N，P_Sと上記非磁性体良導部16との間を遮蔽するシ
ールド位置との間の位置調節が可能な磁性体からなるシ
ールド板20が介装される。実施例では、このシールド板
20を薄板状の鉄板をドーナツ板状に形成するとともに、
上記の各磁石手段19の位置と対応して、その磁極面P_N，
P_Sを臨ませうる３つの窓孔31を開けることにより構成し
ており、その周縁部の側面を、ケース体21の内面に設け
た環状受支壁25に、スライド可能に受支させている。ま
た、このシールド板20は、外周が上記の筒状フランジ26
に拘束されているので、支軸12周りに回転可能である。
なお、周縁部は、窓孔31が設けられる中央部に対して偏
位させられており、この偏位量を適当な量に設定するこ
とにより、磁石手段19とこのシールド板20との間に必要
最小間隔のすきまが形成される。 なお、実施例では、上記シールド板20を、所定の回動角
度毎に節度感をもって段階係止させうるディテント機構
32が付加されている。 すなわち、第４図に詳示するように、シールド板20の外
周部に、所定間隔で並ぶ複数個のディテント孔33…を形
成する一方、ケース体21の環状受支壁25上における上記
ディテント孔33…と対応する部位に、バネ34によって付
勢されたディテントボール35を埋設することによって上
記ディテント機構32を構成している。上記ディテント孔
33…と、上記ディテントボール35との間の相対位置は、
第３図に示すように、上記シールド板20が、その窓孔31
から磁石手段19の磁極面P_N，P_Sを完全に臨ませる回転位
置（非シールド位置）をとる状態から、シールド板20の
窓孔以外の部分によって上記磁極面P_N，P_Sを完全に覆う
回転位置（シールド位置）をとる状態までを、段階的に
節度感をもって回動しうるように設定すべきであること
はいうまでもない。なお、第４図において符号36は、バ
ネ34によって付勢されたディテントボール35によって、
シールド板20が環状受支壁25から浮き上がるのを防止す
るために、ケース体21に取付けられた浮き上がり防止板
である。 また、上記シールド板20の外周には、それを回動操作す
るための操作アーム37と、回転体13の他側面に形成した
もう一つの抵抗付与手段におけるシールド板とを連結部
材38によって連結するための連結ステー39が、半径方向
外方に延びるように一体形成されている。 以上の構成において、まず、操作アーム37を操作するこ
とによってシールド板20を回転させ、その窓孔31が磁石
手段19の各磁極面P_N，P_Sを完全に臨ませる非シールド位
置をとらせると、第５図に模式的に示すように、磁石手
段19と、回転体13の側面においてアルミニウム板（非磁
性体良導部16）の背後にある鉄板（磁性体部15）とが磁
束の閉ループL₁を形成する。磁石手段19はケース体21に
固定状に配置されているから、回転体13が回転している
と回転していないとにかかわらず、一定した上記閉ルー
プL₁が形成されるのである。そうすると、回転体13の回
転中、これと一体的な上記アルミニウム板16は、上記の
ように閉ループL₁を形成する磁束を横切って回転するこ
とになり、その結果、このアルミニウム板16には渦電流
が発生することになって、このアルミニウム板16および
これと一体関係にある回転体13に制動力が作用する。 一方、操作アーム37を操作することによってシールド板
20を回転させ、その窓孔31以外の部分が上記各磁極面
P_N，P_Sを完全に遮蔽するシールド位置をとらせると、第
６図に模式的に示すように、磁石手段19と、シールド板
20とが磁束の閉ループL₂を形成し、回転体13の側面のア
ルミニウム板16は、上記閉ループL₂の外におかれること
になる。したがって、アルミニウム板16が磁石手段19に
起因する磁束を横切るということもなく、渦電流が発生
することもなくて、磁力による制動力は何ら作用しな
い。 上記の制動力は、窓孔31が磁極面P_N，P_Sを臨ませる程度
を、シールド板20を回転させることにより選択して、変
更することができる。 なお、実施例では、回転体13の両側に上記の抵抗付与手
段が一対形成されており、これらの各シールド板20は、
連結部材38によって連結されている。したがって、片方
の抵抗付与手段のシールド板20を上述のように回動させ
れば、両方の抵抗付与手段のシールド板が連動して回動
する。 また、実施例の回転抵抗発生装置１は、その組立ておよ
び調整にあたっても、以下に述べるように、その作業は
簡単である。 第一に、回転体13と磁性体部15ないし非磁性体良導部16
は、回転体13の作製時に同時成形できるので、これらの
間の調整は、回転抵抗発生装置の組立て時には不要であ
る。第二に、上記磁性体部15および非磁性体良導部16と
協働して抵抗を発生させるべき磁石手段19、ならびに、
抵抗力を調整しうるシールド板20は、上記回転体13の側
面に軸方向に隣接して対向配置させられるのであって、
従来のようにケース（磁石群保持部材）の内部において
回転体とこれを挟む磁石を配置するのではないので、組
付けが簡単であり、磁石手段と回転体との間のすきま調
整においても、外部から視認しながらの容易な作業によ
って行いうる。 もちろん、この発明の範囲は上述の実施例に限定される
ものではない。たとえば、実施例では、回転体13の両側
に抵抗付与手段を配置したが、これは一方でももちろん
よい。また、また、磁石手段19を片側の抵抗付与手段に
ついて３個設けたが、この個数は、磁石そのものの磁力
の大きさに応じて適当に定めればよい。さらに、シール
ド板は、実施例では、支軸周りに回転可能としてシール
ド位置と非シールド位置との間の位置調節可能とした
が、半径方向にスライドして磁極面P_N，P_Sを遮蔽し、ま
たは遮蔽しない状態を選択するようにもできる。 さらに、実施例では、各磁石手段19として、極性を逆に
した２個の永久磁石28a,28bを共通の鉄板27に固定して
構成したが、１個の長状永久磁石をたとえばＵ字状に折
り曲げてその両端面を極性が逆の２つの磁極面として回
転体に向けさせるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の回転抵抗発生装置の一実施例を自転
車用トレーナに適用し、これに自転車を装着した状態を
示す斜視図、第２図は本願考案の回転抵抗発生装置の一
実施例の後方視一部縦断面図、第３図は第２図のIII-II
I線断面図、第４図は第３図のIV-IV線断面図、第５図お
よび第６図は作用説明図である。 １……回転抵抗発生装置、２……自転車用トレーナ、９
……フレーム、12……支軸、13……回転体、15……磁性
体部、16……非磁性体良導部、19……磁石手段、20……
シールド板、27……鉄板、28a,28b……永久磁石、P_N，P
_S……磁極面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支軸周りに回転可能に支持された回転体
   と、この回転体の側面に磁性体部を介して形成した非磁
   性体良導部と、この非磁性体良導部に対してすきまを介
   して対向するように配置固定された少なくとも一組の磁
   石手段と、上記非磁性体良導部と上記磁石手段との間に
   挿入され、上記磁石手段の磁極面を上記非磁性体良導部
   に向けて臨ませる非シールド位置と、上記磁石手段の磁
   極面と上記非磁性体良導部との間を遮蔽するシールド位
   置との間の位置調節が可能な磁性体からなるシールド部
   材とを備えており、上記磁石手段は、極性を逆に並設し
   た２個の磁石の背面を共通の磁性体に連結し、または、
   １個の磁石を成形することにより、互いに異なる一対の
   磁極面が並んで上記回転体の非磁性体良導部を向き、こ
   の磁石手段と、上記回転体の非磁性体良導部の背後にあ
   る上記磁性体部とで磁束の閉ループが形成されうるよう
   に構成されていることを特徴とする、回転抵抗発生装
   置。
2. 【請求項２】自転車または自転車の一部を装着可能なフ
   レームと、このフレームに固定した支軸周りに回転可能
   に支持され、かつ、上記装着された自転車の後輪に接触
   して回転させられる回転体と、この回転体の側面に磁性
   体部を介して形成した非磁性体良導部と、この非磁性体
   良導部に対してすきまを介して対向するように配置固定
   された少なくとも一組の磁石手段と、上記非磁性体良導
   部と上記磁石手段との間に挿入され、上記磁石手段の磁
   極面を上記非磁性体良導部に向けて臨ませる非シールド
   位置と、上記磁石手段の磁極面と上記非磁性体良導部と
   の間を遮蔽するシールド位置との間の位置調節が可能な
   磁性体からなるシールド部材とを備えており、上記磁石
   手段は、極性を逆に並設した２個の磁石の背面を共通の
   磁性体に連結し、または、１個の磁石を成形することに
   より、互いに異なる一対の磁極面が並んで上記回転体の
   非磁性体良導部を向き、この磁石手段と、上記回転体の
   非磁性体良導部の背後にある上記磁性体部とで磁束の閉
   ループが形成されうるように構成されていることを特徴
   とする、自転車用トレーナ。
3. 【請求項３】請求項２に記載した自転車用トレーナにお
   いて、上記回転体は、自転車の車輪が嵌まりこんで接触
   するなめらかな凹溝が周設された略鼓状を呈しているこ
   とを特徴とする、自転車用トレーナ。
4. 【請求項４】請求項３に記載した自転車用トレーナにお
   いて、回転体をアルミニウムで形成するとともに、その
   側面に鉄板を添着することにより磁性体部を、さらにそ
   の上にアルミニウム板を積層することにより非磁性体良
   導部を形成したことを特徴とする、自転車用トレーナ。