ITRA20110005A1

ITRA20110005A1 - Macchina ginnica

Info

Publication number: ITRA20110005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Claudio Serra; Nicola Viarani
Original assignee: Technogym Spa
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-08-09

Description

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE

C. TITOLO

MACCHINA GINNICA

O. RIASSUNTO

DISPOSITIVO (1) ELETTRONICO PER UNA MACCHINA (100) GINNICA COMPRENDENTE UN'INTERFACCIA GINNICA (135) PREDISPOSTA

PER ESSERE AZIONATA, IN USO, DA UN RISPETTIVO UTENTE SECONDO UN MOTO DETERMINATO; IL DISPOSITIVO (1) COMPRENDENDO

UN GRUPPO GENERATORE (20) ELETTRICO COLLEGATO ALL’INTERFACCIA GINNICA (135) ATTRAVERSO UN GRUPPO DI

TRASMISSIONE (140) DETERMINATO ED ATTO, IN USO, A CONVERTIRE IN ENERGIA ELETTRICA DELL'ENERGIA MECCANICA

ESERCITATA DALL’UTENTE DELLA MACCHINA (100) GINNICA; UN GRUPPO D'IMMAGAZZINAMENTO (30) ELETTRICO PREDISPOSTO

PER ACCUMULARE, IN USO, DELL'ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA DAL GRUPPO GENERATORE (20); UN GRUPPO D’INTERFACCIA (10)

UTENTE PREDISPOSTO PER ESSERE ALIMENTATO, ALTERNATIVAMENTE O IN COMBINAZIONE, DAL GRUPPO GENERATORE (20)

ELETTRICO E/O DAL GRUPPO D’IMMAGAZZINAMENTO (30) ELETTRICO; IL DISPOSITIVO (1) COMPRENDENDO UN’UNITÀ DI

REGOLAZIONE DELLA POTENZA ELETTRICA EROGATA DAL GRUPPO GENERATORE (20) ELETTRICO.

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo

"MACCHINA GINNICA"

La presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica. In particolare la presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica provvista di un'interfaccia utente di tipo elettronico. Più in particolare la presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica provvista di un'interfaccia utente aumentabile mediante l'energia elettrica prodotta dall'attività fisica di un rispettivo utente.

DESCRIZIONE DELLO STATO DELLA TECNICA

Nel settore delle macchine ginniche è noto impiegare dei dispositivi d'interfaccia di tipo elettronico per permettere ad ogni utente di monitorare, in uso, lo stato operativo della macchina ginnica e/o delle caratteristiche dell'esercizio in corso di svolgimento, come, ad esempio, la difficoltà selezionata, il numero delle ripetizioni eseguite o da eseguire, la strada percorsa o la quantità di calorie impiegate. Inoltre, tali dispositivi elettronici d'interfaccia sono comunemente di tipo interattivo e sono predisposti per permettere all'utente di regolare a piacere dei parametri di esercizio, come, ad esempio, la durata dell'esercizio o il numero di ripetizioni da eseguire o il valore del carico resistente applicato. Infine è opportuno evidenziare che molte delle macchine ginniche attualmente in commercio presentano dei rispettivi dispositivi elettronici d'interfaccia che integrano schermi televisivi e/o riproduttori audio per svolgere delle ulteriori funzioni d'intrattenimento dell'utente intento a svolgere attività fisica.

Per svolgere le rispettive funzioni, tali dispositivi elettronici d'interfaccia sono comunemente alimentati mediante un alimentatore elettrico stabilizzato in corrente continua alloggiato all'interno della rispettiva macchina ginnica che pertanto, in uso, devono essere collegate alla rete di distribuzione della corrente elettrica per poter operare correttamente. Tale caratteristica comporta chiaramente diversi svantaggi: innanzitutto, 1'installazione di una macchina ginnica non può essere eseguita liberamente in ogni ambiente, ma si rende necessario un ambiente provvisto di almeno una presa elettrica. Inoltre, la necessità di dover allacciare delle macchine ginniche alla rete di distribuzione elettrica rende maggiormente complicata la disposizione di una pluralità di macchine ginniche in un ambiente dedicato di dimensioni limitate, ad esempio un locale di una palestra. Infatti, in tale caso, oltre a rendersi necessario un impianto elettrico capace di erogare un<,>elevata potenza e dotato di un elevato numero di prese, si rende anche necessario di mettere in sicurezza il pavimento del locale predisponendo delle apposite canaline in cui far passare i cavi di alimentazione delle macchine ginniche per prevenire che gli utenti delle macchine ginniche possano inciampare. Nel tentativo di risolvere tali svantaggi, la statunitense Precor Ine. ha sviluppato delle macchine ginniche per allenamento cardiovascolare in cui 1'interfaccia-utente è alimentata mediante 1'energia elettrica prodotta dall'<'>attività fisica dell'utente che aziona una dinamo collegata ad volano. Un esempio di tali macchine ginniche comunemente indicate come "autoalimentate" (self-powered), poiché non necessitano di un allacciamento elettrico per funzionare, è rappresentato dalla serie EXF546 comprendente diversi modelli di macchine ellittiche per simulare la corsa. Tuttavia tale soluzione sviluppata da Precor presenta anch'essa diversi svantaggi: innanzitutto tale soluzione è stata concepita solamente per macchine ginniche per l'allenamento cardiovascolare e non si adatta quindi a funzionare su macchine per lo sviluppo muscolare in cui un attrezzo o un'interfaccia ginnica viene azionato secondo un moto alternato. In aggiunta è opportuno tenere conto che la scelta di accoppiare una dinamo al volano della macchina ginnica comporta un carico resistente aggiuntivo che cresce all'aumentare della velocità di esecuzione degli esercizi fisici e rende quindi l'esecuzione di tali esercizi "innaturale" e scarsamente confortevole per l'utente. Infine è opportuno evidenziare che la soluzione sviluppata dalla Precor Ine. richiede l'impiego di una batteria ricaricabìle di elevata capacità che, oltre a presentare difficoltà di smaltimento, comporta anche un aumento sensibile dei costi delle macchine ginniche "auto-alimentate" rispetto alle corrispondenti versioni ordinarie.

Pertanto per quanto sopra illustrato, il problema di disporre una macchina ginnica dotata di un'interfaccia utente di tipo elettronico e che non necessiti di essere allacciata alla rete di distribuzione elettrica per operare non é attualmente risolto in maniera soddisfacente e rappresenta una sfida interessante per la richiedente che si è data l'obbiettivo di produrre una macchina ginnica auto-alimentata che sia facilmente ed economicamente installabile in ogni ambiente. In particolare sarebbe auspicabile disporre di un dispositivo d'interfaccia elettronico autoalimentato che possa essere implementato su macchine ginniche sia per l'allenamento cardiovascolare sia per lo sviluppo muscolare .

SOMMARIO DELLA PRESENTE INVENZIONE

La presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica. In particolare la presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica provvista di un'interfaccia utente di tipo elettronico. Più in particolare la presente invenzione è relativa ad una macchina ginnica provvista di un' interfaccia utente mediante l'energia elettrica prodotta dall'attività fisica di un rispettivo utente.

Scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico per una macchina ginnica, il quale permetta di risolvere gl'inconvenienti sopra illustrati, e che sia atto a soddisfare un insieme di esigenze allo stato dei fatti ancora senza risposta, e quindi, atto a rappresentare una nuova ed originale fonte di interesse economico, in grado di modificare l'attuale mercato delle macchine gìnniche.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo elettronico le cui caratteristiche principali verranno descritte in almeno una delle rivendicazioni che seguono .

Ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare una macchina ginnica auto-alimentata, la quale permetta di risolvere gl'inconvenienti sopra illustrati.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una macchina ginnica le cui caratteristiche principali verranno descritte in almeno una delle rivendicazioni che seguono .

Ulteriore scopo della presente invenzione è fornire un metodo validamente impiegabile per gestire l'energia elettrica generata all'interno di un dispositivo elettronico per macchine ginniche.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di gestione di un dispositivo elettronico, e le caratteristiche principali di tale metodo verranno descritte in almeno una delle rivendicazioni che seguono. BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo elettronico e della macchina ginnica secondo la presente invenzione appariranno più chiari dalla descrizione seguente, esposta con riferimento alle figure allegate che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, nelle quali parti identiche o corrispondenti del dispositivo stesso sono identificate dagli stessi numeri di riferimento. In particolare:

- la figura 1; è una vista prospettica schematica di una prima preferita forma di attuazione di una macchina ginnica secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra uno schema funzionale a blocchi di una prima preferita forma di attuazione di un dispositivo elettronico secondo la presente invenzione;

- la figura 3 illustra un diagramma di flusso di una preferita modalità di funzionamento del dispositivo elettronico di figura 2;

- la figura 4 illustra una pluralità di profili di intensità di potenza elettrica istantanea generate dal dispositivo elettronico di figura 2;

- la figura 5 illustra una seconda ed una terza preferite forme di attuazione di una macchina ginnica secondo la presente invenzione;

- la figura 6 illustra una quarta preferita forma di attuazione di una macchina ginnica secondo la presente invenzione; e

- la figura 7 illustra uno schema funzionale a blocchi di una seconda preferita forma di attuazione di un dispositivo elettronico secondo la presente invenzione; DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE INVENZIONE

Nella figura 1, con 100 è indicata nel suo complesso una macchina ginnica comprendente un telaio 110 che supporta un gruppo di carico 120 e presenta una stazione operativa 130 per un rispettivo utente dotata di una seduta 131 e di un'interfaccia ginnica 135 predisposta per essere impegnata, in uso, da un utente per eseguire degli esercizi fisici contro l'azione resistente del gruppo di carico 120. A tale riguardo è opportuno evidenziare che la scelta di illustrare in figura 1 una macchina 100 ginnica per l'esecuzione di esercizi di estensione degli arti inferiori (leg extension) è puramente esemplificativa e non deve essere interpretata come una limitazione della portata generale della presente invenzione che, come verrà meglio illustrato in seguito, può essere implementata su qualsiasi tipo di macchina ginnica sia per l'allenamento cardiovascolare, sia per lo sviluppo muscolare. Sempre con particolare riferimento alla figura 1, l'interfaccia ginnica 135 è portata in modo liberamente girevole dal telaio 110 ed è collegata al gruppo di carico 120, che è preferibilmente di tipo gravitazionale, mediante un primo gruppo di trasmissione 125 meccanica comprendente un cavo inestensibile 126 ed una pluralità di pulegge 127 atte a fungere da organi di rinvio. Sempre con riferimento alla figura 1, la macchina ginnica 100, comprende un dispositivo 1 elettronico provvisto di un gruppo d'interfaccia 10 provvisto di una console 11 portata preferibilmente in modo rigido dal telaio 110 in una posizione in cui sia facilmente visualizzabile, ed eventualmente azionabile, da un utente della macchina ginnica 100 durante lo svolgimento di rispettivi esercizi fisici. In particolare, la console 11 comprende preferibilmente, ma non limitatamente, uno schermo 12 e dei pulsanti 13 eventualmente implementati mediante un touchpad; pertanto la console 11 può essere interpretata come un'interfaccia-utente elettronica preferibilmente di tipo interattivo. Con particolare riferimento alla figura 2, il dispositivo 1 elettronico comprende un gruppo di generatore 20 elettrico collegato all'interfaccia ginnica 135 mediante un secondo gruppo di trasmissione 140 meccanico e predisposto per trasformare in energia elettrica dell'energia meccanica sviluppata dall'utente durante l'esecuzione di rispettivi esercizi ginnici. A tale riguardo è opportuno notare che il secondo gruppo di trasmissione 140 potrà comprendere alcuni o tutti gli elementi meccanici associati con il primo gruppo di trasmissione 125 e, ad esempio, potrà comprendere degli elementi meccanici di trasmissione collegati all'interfaccia 135 e disposti in serie al gruppo di carico 120.

Sempre con riferimento alla figura 2, il gruppo generatore 20 elettrico comprende preferibilmente, ma non limitatamente, un alternatore 21 trifase, un ponte raddrizzatore 22 trifase ed almeno un convertire DC-DC 23 collegati in serie in modo tale che il gruppo generatore 20 sia atto, in uso, ad erogare in uscita una corrente elettrica continua a tensione preferibilmente costante anche a fronte di un azionamento sostanzialmente alternato dell<,>interfaccia ginnica 135. Come risulterà maggiormente evidente in seguito, la corrente fornita dal gruppo generatore 20 può essere impiegata per alimentare il gruppo d'interiaccia 10 e, in linea di principio, anche ogni eventuale ulteriore utenza elettrica connessa al dispositivo 1, ad esempio una pendrive USB dell<r>utente (tipo chiave TGS con connettore USB) o anche un riproduttore audio collegato dall'utente alla console 11. Sempre con riferimento alla figura 2, il dispositivo 1 elettronico comprende un gruppo d'immagazzinamento 30 di energia elettrica collegato sia al gruppo generatore 20, per esserne alimentato elettricamente, sia al gruppo d'interfaccia 10 e ad ogni eventuale ulteriore utenza elettrica collegata al dispositivo 1. Tale gruppo d'immagazzinamento 30 comprende almeno una prima unità di accumulazione 31 elettrica ed una rispettiva unità di regolazione 32 della corrente di carica fornita in ingresso alla prima unità di accumulazione 31. Tale unità di regolazione 32 comprende preferibilmente ma non limitatamente un potenziometro 33 digitale predisposto per variare la resistenza e quindi la corrente di un circuito di carica associato al gruppo d'immagazzinamento 30 in funzione della tensione applicata ai capi della prima unità di accumulazione 31 elettrica per regolare in modo determinato, e preferibilmente in tempo reale, la potenza elettrica fornita alla prima unità di accumulazione 31 in fase di carica. In particolare, come verrà meglio illustrato in seguito, l'unità di regolazione 32 può operare in modo tale che la prima unità di accumulazione 31 venga sottoposta esclusivamente ad un processo di carica a potenza elettrica costante il cui valore può essere selettivamente definito variando il valore della resistenza del potenziometro 33. A questo punto è particolarmente opportuno notare che la prima unità di accumulazione 31 comprende preferibilmente un super-capacitatore 35 di tipo noto, ad esempio un supercondensatore o un ultra-condensatore EDLC (Electrochemical Doublé Layer Capacitator}. Infatti, i super-capacitatori, contrariamente alle ordinarie batteria ricaricabile di tipo NiMH, o Li-ion, possono essere caricati anche mediante l'applicazione di tensioni o correnti ridotte per periodi di tempo estremamente limitati, anche dell'ordine di circa un secondo. Pertanto l'impiego del super-capacitatore 35 permette di associare il dispositivo 1 elettronico con un qualsiasi tipo di macchina ginnica ed, in particolare, anche con una macchina 100 ginnica per il potenziamento muscolare, come quella illustrata in figura 1, in cui, in uso, l'utente aziona un'interfaccia ginnica 135 secondo un moto alternato sostanzialmente periodico. Inoltre, i supercapacitatori presentano ulteriori vantaggi quali, ad esempio, un costo ridotto, un numero di cicli di ricarica dell'ordine delle centinaia di migliaia e quindi una vita operativa media di numerosi anni, ed infine l'assenza di sostanze e di elettroliti nocivi per l'ambiente. Più in dettaglio, con riferimento alla presente invenzione, si è stimato che i super-capacitatori di tipo noto attualmente reperibili sul mercato sono in grado di assicurare una durata di alimentazione di circa 2 minuti al dispositivo 1 elettronico quando il gruppo generatore 20 non è operativo, a fronte di una vita operativa di circa 10 anni.

Sempre con particolare riferimento alla figura 2, il dispositivo 1 elettronico comprende un'unità di controllo 50 preferibilmente di tipo programmabile, che è collegata elettricamente al gruppo d'interfaccia 10 e al gruppo d'immagazzinamento 30, e ad un'unità di commutazione 40 elettrica disposta in uscita dal gruppo generatore 20. Tale unità di commutazione 40 elettrica può comprendere, ad esempio, un gruppo di interruttori 41 atto, in uso, ad abilitare selettivamente secondo le istruzioni inviate dall'unità di controllo 50 l'alimentazione ai diversi gruppi elettronici associati al dispositivo 1. Inoltre, sempre con riferimento alla figura 2, l'unità di controllo 50 è preferibilmente collegata con un gruppo sensore 60 predisposto per monitorare con continuità il valore di almeno una caratteristica operativa, cioè di una grandezza fisica, associata alla macchina 100 ginnica ed in particolare dell'interfaccia ginnica 135 e/o del gruppo di carico 120. Ad esempio, con riferimento alla macchina 100 ginnica illustrata in figura 1, il gruppo sensore 60 potrà preferibilmente, ma non limitatamente, comprendere un sensore 61 di una caratteristica cinematica determinata associato al primo gruppo di trasmissione 125 ed atto in uso, a restituire all'unità di controllo 50 il valore della posizione e/o della velocità angolare istantanea di una delle pulegge 127 associate al moto dell'interfaccia ginnica 135. A tale scopo il sensore 61 potrà, ad esempio, comprendere un sensore ottico di posizione angolare cp o un encoder tachimetrico per la rilevazione della velocità angolare ω di una puleggia 127 determinata. A tale riguardo è opportuno notare che la scelta di associare il sensore 61 ad un organo di rinvio del primo gruppo di trasmissione 125 non deve considerarsi limitativa della portata della presente invenzione. Infatti, in alternativa, il gruppo sensore 60, ed in particolare un sensore 61, potrà essere indifferentemente associato al gruppo di carico 120, ad esempio per misurare la posizione e la velocità lineare di traslazione verticale del pacco pesi 121, o ad un organo di rinvio del secondo gruppo di trasmissione 140. Infine, con particolare riferimento alla figura 2, è opportuno evidenziare che il dispositivo 1 elettronico comprende preferìbilmente una seconda unità di accumulazione 36 elettrica atta, in uso, ad alimentare il dispositivo 1 elettronico ed in particolare l'unità di controllo 50 e il gruppo d'interfaccia 10 quando il gruppo generatore 20 non è operativo e la prima unità di accumulazione 31 è priva di una carica elettrica residua sufficiente. Tale seconda unità di accumulazione comprende preferibilmente una batteria tampone, ad esempio una batteria ricaricabile di tipo NiMH, o Li-ion o un'ordinaria pila Zn-Carbone, che sostanzialmente viene impiegata per erogare l'energia necessaria per reinizializzare il dispositivo 1 elettronico a seguito di un prolungato periodo di inattività che ha portato al completo esaurimento della carica del super-capacitatore 35.

A questo punto, dopo aver illustrato la struttura della macchina ginnica 100 e del dispositivo 1 elettronico e prima di procedere con la descrizione del rispettivo metodo di funzionamento, risulta opportuno evidenziare che la presenza del dispositivo 1 elettronico ed in particolare del gruppo generatore 20 accoppiato meccanicamente all'interfaccia ginnica 135 e/o al gruppo di carico 120 influisce sulla dinamica degli esercizi svolti dall'utente. In particolare, quando l'utente movimenta l'interfaccia ginnica 135 e solleva il pacco pesi 121, l'azionamento del gruppo generatore 20 produce un'azione meccanica resistente aggiuntiva a quella esercitata dal gruppo di carico 120, mentre durante una fase di ritorno alla posizione di riposo dell'interfaccia ginnica 135 e di contemporanea discesa del pacco pesi 121, il gruppo generatore 20 viene sostanzialmente azionato dalla forza di gravità che richiama il pacco pesi 121. Pertanto l'azionamento del gruppo generatore 20 si oppone a tale discesa del pacco pesi 121 e diminuisce quindi il carico che impegna l'utente. Inoltre, è opportuno evidenziare che l'intensità dell'azione meccanica esercitata dal gruppo generatore 20 sull'utente è sostanzialmente proporzionale all'intensità di corrente erogata dal gruppo generatore 20 stesso. Pertanto, l'unità di controllo 50 è atto, in uso, a regolare l'azione meccanica resistente esercitata dal gruppo generatore 20 variando la corrente erogata dal gruppo generatore 20 stesso ed in particolare regolando la potenza elettrica associata alla corrente di carica fornita al gruppo d'immagazzinamento 30. In particolare, se la potenza elettrica erogata dal gruppo generatore 20 è sostanzialmente costante, risulterà sostanzialmente costante anche la potenza meccanica associata all'azione meccanica resistente esercitata dal gruppo generatore 20 stesso sull'interfaccia ginnica 135.

A questo punto, con riferimento alla figura 3, viene illustrata una preferita modalità di funzionamento della macchina 100 ginnica e del rispettivo dispositivo 1 elettronico. In particolare, prima di iniziare l'esecuzione di rispettivi esercizi fisici, un utente prende posizione della stazione operativa 130 mentre il dispositivo 1 elettronico si trova in una condizione di stand-by che presenta un assorbimento elettrico sostanzialmente nullo. Agendo su uno dei pulsanti 13 della console 11, l'utente può avviare una procedura di "risveglio"/inizializzazione dell'unità di controllo 50 e quindi un'attivazione del gruppo d'interfaccia 10; a questo punto l'utente è abilitato a regolare dei parametri operativi degli esercizi che intende svolgere mediante la console 11. è opportuno notare che in tale fase che precede l'esecuzione degli esercizi, il dispositivo 1 elettronico è alimentato dall'energia elettrica residua contenuta nella prima unità di accumulazione 31 o, in assenza di carica residua nel super-capacitatore 35, dalla seconda unità di accumulazione 36. A questo punto, l'utente inizia ad eseguire degli esercizi fisici mediante l'interfaccia 135 e, attraverso il secondo gruppo di trasmissione 140, esercita un'azione meccanica sul gruppo generatore 20 che risulta quindi atto a produrre un'energia elettrica. Tale energia elettrica alimenta, l'unità di controllo 50, il gruppo sensore 60 ed il gruppo d'interfaccia 10 e ne garantisce il corretto funzionamento. Inoltre, tale energia prodotta dal gruppo generatore 20 può essere impiegata per caricare il gruppo d'immagazzinamento 30 elettrico in modo che tale gruppo sia atto a fornire una energia elettrica addizionale per assicurare la continuità nel tempo dell'alimentazione dell'unità di controllo 50, del gruppo sensore 60 e del gruppo d'interfaccia 10 quando la corrente prodotta dal gruppo generatore 20 è insufficiente per alimentare il dispositivo 1. In particolare, il gruppo d'immagazzinamento 30 può essere predisposto per erogare corrente contestualmente a delle brevi pause nell'esecuzione degli esercizi da parte dell'utente. Pertanto per quanto sopra illustrato, il gruppo d'immagazzinamento 30 può essere interpretato come un gruppo di continuità elettrico predisposto per assicurare il corretto funzionamento del dispositivo 1 elettronico durante l'esecuzione di una o più serie di ripetizioni da parte dell'utente della macchina 1 ginnica.

A questo punto, con particolare rifermento alla figura 4 è opportuno notare che l'unita di controllo 50 è programmata per regolare l'impiego della corrente erogata dal gruppo generatore 20 ed i processi di carica del gruppo di immagazzinamento 30 agendo sia sull'unità di commutazione 40 sia sull'unità di regolazione 32. In particolare, azionando in modo determinato gli interruttori 41 dell'unità di commutazione 40, l'unità di controllo 50 è atta, in uso, a reindirizzare la corrente erogata dal gruppo generatore 20 ed impiegarla o per alimentare esclusivamente il gruppo sensore 60 il gruppo d'interfaccia 10 e l'unità di controllo 50 stessa (oltre ad ogni ulteriore eventuale utenza elettrica accessoria associata al dispositivo 1), o per alimentare tali gruppi associati al dispositivo 1 elettronico e, al contempo, caricare il gruppo d'immagazzinamento 30 elettrico. Inoltre, mediante l'unità di regolazione 32, l'unità di controllo 50 è abilitata a variare sostanzialmente a piacere l'intensità e/o la potenza della corrente di carica e quindi, variando il carico elettrico, a variare anche il carico meccanico resistivo esercitato dal gruppo generatore 20 sull'utente poiché tale carico risulta sostanzialmente proporzionale alla potenza elettrica erogata dal gruppo generatore 20 ed assorbita dal dispositivo 1 elettronico ed in particolare accumulata dal gruppo d'immagazzinamento 30 in fase di carica. Più in dettaglio, con particolare riferimento alla figura 4 è opportuno evidenziare che l'unità di controllo 50 è preferibilmente, ma non limitatamente, programmata per regolare l'impiego della corrente erogata dal gruppo generatore 20 ed i processi di carica del gruppo di immagazzinamento 30 in funzione di almeno un valore di una grandezza operativa misurata dal gruppo sensore 60 e/o da essa derivata, ed associata agli esercizi ginnici eseguiti dall'utente. Ad esempio, con riferimento alla figura 4a, l'unità di controllo 50 è preferibilmente programmata in modo tale da far erogare corrente elettrica al gruppo generatore 20 secondo due livelli di potenza costanti. Più in dettaglio, quando l'interfaccia ginnica 135 viene azionata contro l'azione del gruppo di carico 120 ad una velocità angolare ω superiore ad un valore ωΜΙΝdi soglia determinato, il gruppo generatore 20 erogherà una corrente presentante una prima potenza PI elettrica costante preferibilmente compresa nell'intervallo fra 3W e 10W, ad esempio 5W. Il valore ωΜΙΝpotrà essere pre-programmato nell'unità di controllo 50 oppure potrà essere definito sostanzialmente a piacere dall'utente mediante la console 11 d'interfaccia.

Viceversa, quando l'interfaccia ginnica 135 viene azionata contro l'azione del gruppo di carico 120 con una velocità angolare inferiore al valore ωΜΙΝo quando viene riportata nella rispettiva posizione di riposo sotto l'azione del gruppo di carico 120/della forza di gravità, il gruppo generatore 20 erogherà una corrente presentante una seconda potenza P2 elettrica costante di valore preferibilmente inferiore a 1W, ad esempio 0,2W. A tale riguardo è opportuno notare che la generazione di una corrente presentate una potenza così limitata come P2 è sufficiente ad alimentare il dispositivo 1 elettronico e a garantirne il corretto funzionamento e, al tempo stesso, genera un'azione meccanica resistente sostanzialmente trascurabile sull'interfaccia ginnica 135 che può quindi eseguire delle ripetizioni a velocità limitata e/o con carichi ridotti in condizioni dì totale naturalezza. In aggiunta, è opportuno evidenziare che le fasi di carica del gruppo d'immagazzinamento 30 elettrico sono associate solamente alle fasi in cui viene erogata dal gruppo generatore 20 una corrente presentante la prima potenza Pi, la quale viene quasi totalmente assorbita dal gruppo di accumulazione 30. A tale riguardo è opportuno notare che la scelta di generare una corrente di potenza comunque limitata a pochi Watt, è stata effettuata per limitare l'intensità dell'azione meccanica resistente addizionale esercitata dal gruppo generatore sull'utente. In particolare, tale componente resistente addizionale presenta una potenza meccanica sostanzialmente costante e quindi il rispettivo contributo al carico complessivamente esercitato sull'interfaccia ginnica 135 diminuisce all'aumentare del carico del gruppo di carico 120 fino a diventare sostanzialmente trascurabile. Inoltre, essendo sostanzialmente costante la potenza meccanica dell'azione resistente esercitata dal gruppo generatore 20, tale azione resistente presenterà una rispettiva intensità sostanzialmente inversamente proporzionale alla velocità con cui l'interfaccia ginnica 135 viene movimentata, in uso, dall'utente. Alla luce di quanto sopra illustrato, risulta evidente che quando l'unità di controllo 50 gestisce l'erogazione e l'immagazzinamento dell'energia elettrica prodotta dal gruppo generatore 20 secondo un profilo come quello illustrato in figura 4a, l'Utente è in grado di eseguire esercizi ginnici in condizioni di perfetta naturalezza e confort e sostanzialmente non percepisce la differenza di impiegare una macchina 100 ginnica auto-alimentata piuttosto che un'ordinaria macchina ginnica, A tale riguardo è opportuno notare che qui e nel seguito, la parola profilo verrà impiegata per indicare la relazione funzionale che lega l'erogazione, e quindi l'immagazzinamento, dell'energia prodotta dal gruppo generatore 20 ad un parametro operativo associato all'esecuzione di esercizi fisici da parte dell'utente, ad esempio la posizione e/o la velocità di spostamento di un'interfaccia o di un attrezzo ginnico, la velocità angolare di una puleggia di un gruppo di trasmissione collegato a tale interfaccia ginnica o la velocità lineare del pacco pesi o del volano di un gruppo di carico.

È opportuno notare che l'unità di controllo 50 può essere programmata, preferibilmente mediante la console 11, affinché regoli l'erogazione e l'immagazzinamento di corrente secondo profili diversi da quello illustrato in figura 4a. Ad esempio, con riferimento alla figura 4b, è possibile prevedere un profilo per la potenza erogata che presenti una pluralità di gradini di potenza P'1. P'2 e P'3. A tale scopo il circuito dell'unità di regolazione 32 potrà preferibilmente presentare una pluralità di rami, dotati di rispettivi potenziometri 33 determinati, e singolarmente selezionabili mediante l'unità di commutazione 40. In alternativa, sarebbe possibile dotare l'unità di regolazione 32 con un potenziometro 33 digitale atto, in uso, a variare sostanzialmente in tempo reale la rispettiva resistenza elettrica per variare a passo la corrente, e dunque la potenza, elettrica di carica. In alternativa, come illustrato in figura 4c, nel caso il gruppo generatore 22 non presenti il convertitore DC-DC 23, è possibile variare con continuità la potenza erogata dal gruppo generatore 20 in modo sostanzialmente proporzionale alla velocità di esecuzione dell'esercizio fisico da parte dell'utente. Risulta chiaro che è possibile impiegare ulteriori profili di erogazione/accumulazione di energia semplicemente programmando in modo determinato l'unità di controllo 50. Infine, facendo nuovamente riferimento alla figura 3, è opportuno evidenziare che l'unità di controllo 50 è programmata per portare il dispositivo 1 elettronico in stand-by quando la macchina ginnica rimane inutilizzata, e quindi la corrente prodotta è nulla, per un periodo di tempo superiore ad un valore di timeout preferibilmente comp reso nell'intervallo — 5-120 sec.ondi-— In— questo— modo sarà possibile minimizzare il consumo elettrico del dispositivo 1 elettrico in assenza di alimentazione del gruppo generatore 20 e massimizzare la durata della carica residua nella prima unità di accumulazione 31. Conseguentemente, sarà anche possibile minimizzare il numero di occorrenze in cui si rende necessaria l'alimentazione fornita dalla seconda unità di accumulazione 36 per far uscire il dispositivo 1 elettronico dallo stato di stand-by.

Per quanto sopra illustrato risulta chiaro che il dispositivo 1 elettronico associato ad una macchina 100 ginnica può essere interpretato come un dispositivo 1 d'interfaccia autoalimentato. Tale dispositivo 1 di interfaccia potrebbe inoltre essere dotato di una presa USB per essere atto a fungere da sorgente di alimentazione elettrica per delle utenze elettriche esterne, ad esempio un riproduttore audio digitale o un telefono cellulare.

D'altra parte è anche opportuno notare che il gruppo generatore 20 è atto ad esercitare, in uso, un'azione meccanica resistente sull'utente della macchina 100 ginnica,1'intensità e l'andamento di tale azione può essere definita sostanzialmente a piacere regolando la corrente erogata dal gruppo generatore 20 mediante l'unità di controllo 50 programmabile attraverso la console 11. Pertanto, il dispositivo 1 elettronico può essere interpretato anche come un gruppo di carico elettromeccanico regolàbile ed auto-alimentato.

L'uso del dispositivo 1 elettronico e della macchina ginnica 100 equipaggiata con tale dispositivo 1 risulta chiaro da quanto sopra illustrato e non richiede ulteriori chiarimenti,

Risulta infine chiaro che al dispositivo 1 elettronico e alla macchina ginnica 100 qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione. Ad esempio, la macchina ginnica 100 potrà essere di tipo diverso da quella illustrata in figura 1 e potrà essere sia una macchina ginnica per l'allenamento cardiovascolare, sia una macchina ginnica per il potenziamento muscolare. Ad esempio, con riferimento alla figura 5, la macchina 100 ginnica potrà comprendere una macchina per l'esecuzione esercizi di potenziamento dei muscoli addominali {abs. crunch) o dei muscoli dorsali (lateral pulldown). In alternativa, come illustrato in figura 6, la macchina ginnica 100 potrà comprendere una macchina 100 ginnica di tipo vogatore (rower) dotato di un'interfaccia 135 ginnica comprendente un manubrio collegato mediante un cavo inestensibile 126 ad un rispettivo gruppo di carico 120 dotato di un volano 123. Tale gruppo di carico potrà comprendere, preferibilmente, ma non limitatamente, un freno 124, ad esempio un freno elettromagnetico, atto, in uso, ad esercitare un'azione resistiva d'intensità regolabile sostanzialmente a piacere dall'utente mediante la console 11. Sempre con riferimento alla figura 6, la macchina 100 ginnica comprende preferibilmente un gruppo generatore 20 elettrico collegato meccanicamente al volano 23 per essere azionato, in uso, da ogni movimentazione dell'interfaccia ginnica 135. Più in dettaglio, i gruppi generatori 20 comprenderà preferibilmente una dinamo 24 al posto dell'alternatore trifase e tale dinamo 24 potrà indifferentemente essere innestata direttamente all'albero del volano 123 o, in alternativa come illustrato in figura 6, potrà essere collegata all'albero del volano 123 mediante una cinghia 141 dentata di trasmissione, senza che questo rappresenti un limite per la generalità della presente invenzione.

In questo modo, essendo il gruppo generatore 20 collegato in modo sostanzialmente diretto al volano 124 secondo un rapporto di trasmissione fisso e predeterminato, il dispositivo elettronico 1 potrà essere efficacemente impiegato, non solo per alimentare il gruppo d'interfaccia 10, ma anche per fornire un carico resistivo aggiuntivo a quello del gruppo di carico 120. Pertanto, nella preferita forma di attuazione illustrata in figura 6, il dispositivo 1 elettronico è atto, in uso, a fungere da gruppo di carico elettromeccanico ausiliario.

Infine, la figura 7 illustra una seconda preferita forma di attuazione del dispositivo 1 che può essere prodotto secondo una configurazione che non prevede la presenza del gruppo sensore 60, senza con questo limitare la portata ed i vantaggi della presente invenzione. In particolare, secondo tale seconda preferita forma di attuazione del dispositivo 1 elettronico, l'unità di controllo 50 è collegata al gruppo generatore 20 elettrico in modo da tale da ricevere in ingresso almeno un segnale elettrico associato alla tensione e/o della corrente generata dal gruppo generatore 20 elettrico. Più in dettaglio, l'unità dì controllo 50 potrà essere collegata all'uscita dell'alternatore 21, o in alternativa della dinamo 24, per leggerne una rispettiva tensione. Tale informazione relativa alla tensione in uscita dall'alternatore 21/dalla dinamo 24 può essere elaborata dall'unità di controllo 50 per ricavare e monitorare, sostanzialmente in tempo reale, delle informazioni relative alla posizione e al verso di movimentazione dell'interfaccia ginnica 135. In alternativa o in combinazione a tale collegamento con l'uscita dell'alternatore 21, l'unità di controllo 50 può essere collegata all'uscita del ponte raddrizzatore 22 per ricevere in ingresso un segnale elettrico impiegabile per ricavare e monitorare, sostanzialmente in tempo reale, delle informazioni relative alla velocità di movimentazione dell'interfaccia ginnica 135. Pertanto, nella seconda preferita forma di attuazione del dispositivo 1 illustrata in figura 7, è l'unità di controllo 50 a svolgere direttamente la funzione e la fase di misurare, preferibilmente con continuità e sostanzialmente in tempo reale, almeno una grandezza cinematica determinata associata al moto dell'interfaccia ginnica 135. In altre parole, l'unità di controllo 50 può essere indifferentemente predisposta per ricavare e monitorare una caratteristica cinematica del moto dell'interfaccia ginnica 135 ricevendo in ingresso, alternativamente o in combinazione, un segnale elettrico generato da un sensore 61 e/o una corrente elettrica e/o un segnale in tensione erogati dal gruppo generatore 20 elettrico. Infine si ritiene utile evidenziare che la seconda preferita forma di attuazione del dispositivo 1 elettronico illustrata in figura 7 può essere indifferentemente impiegata in sostituzione della prima preferita forma di attuazione illustrata in figura 2 su ogni tipo di macchina 100 ginnica. Pertanto la scelta relativa a quale forma di attuazione del dispositivo 1 elettronico implementare su di una macchina 100 ginnica risulta sostanzialmente libera e non rappresenta un limite per la generalità della presente invenzione.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dispositivo (1) elettronico per una macchina (100) ginnica comprendente un'interfaccia ginnica (135) predisposta per essere azionata, in uso, da un rispettivo utente secondo un moto determinato; il detto dispositivo (1) comprendendo dei mezzi generatori (20) elettrici collegati alla detta interfaccia ginnica (135) attraverso dei mezzi di trasmissione (140) determinati ed atti, in uso, a convertire in energia elettrica dell'energia meccanica esercitata dal detto utente della detta macchina (100) ginnica; dei mezzi d'immagazzinamento (30) elettrico predisposti per accumulare, in uso, dell'energia elettrica prodotta dai detti mezzi generatori (20); dei mezzi d'interfaccia (10) per il detto utente predisposti per essere alimentati, alternativamente o in combinazione, dai detti mezzi generatori (20) elettrici e/o dai detti mezzi d'immagazzinamento (30) elettrico; caratterizzato dal fatto di comprendere dei mezzi di regolazione (50, 40, 32) della potenza elettrica erogata dai detti mezzi generatori (20) elettrici atti a regolare in modo determinato delle caratteristiche dinamiche dell'azione meccanica esercitata, in uso, sulla detta interfaccia ginnica (135) dai detti mezzi generatori (20).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di regolazione (50,40,32) comprendono un dispositivo di regolazione (32, 40) della potenza elettrica istantanea associata ad una corrente di carica erogata dai detti mezzi generatori (20) ed assorbita dai detti mezzi d'immagazzinamento (30) durante ogni rispettiva fase di carica elettrica.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo di regolazione (32, 40) comprende un elemento (33) a resistenza elettrica variabile predisposto per variare, in uso, 1'intensità della detta corrente di carica dei detti mezzi di immagazzinamento (30) elettrico.
4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di regolazione comprendono un'unità di controllo (50) programmabile mediante i detti mezzi d'interfaccia (10) ed atta, in uso, a regolare sostanzialmente in tempo reale la potenza elettrica istantanea associata alla corrente erogata dai detti mezzi generatori (20) secondo dei programmi determinati selezionabili dal detto utente.
5. Dispositivo secondo le rivendicazioni 2 e 3 o 2 e 4, caratterizzato dal fatto che la detta unità di controllo (50) è programmata per comandare il detto dispositivo di regolazione (32,40) in modo tale che, durante l'intera durata di ogni fase di carica dei detti mezzi di immagazzinamento (30) elettrico, la detta corrente di carica presenti una potenza elettrica sostanzialmente costante .
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi sensori (60) collegati alla detta unità di controllo (50) ed atti, in uso, a misurare con continuità il valore di almeno una caratteristica cinematica (φ,ω) determinata associata al detto moto della detta interfaccia ginnica (35); la detta unità di controllo (50) essendo collegata al detto dispositivo di regolazione (32, 40) ed essendo programmata per regolare la potenza associata alla detta corrente di carica dei detti mezzi di immagazzinamento (30) secondo almeno un profilo dì carica determinato associato alla detta caratteristica cinematica determinata (φ,ω).
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che la detta unità di controllo (50) è collegata ai detti mezzi generatori (20) ed è predisposta per calcolare, in funzione della tensione generata dai detti mezzi generatori (20), almeno una caratteristica cinematica determinata associata al detto moto della detta interfaccia ginnica (35); la detta unità di controllo (50) essendo collegata al detto dispositivo di regolazione (32, 40) ed essendo programmata per regolare la potenza associata alla detta corrente di carica dei detti mezzi di immagazzinamento (30) secondo almeno un profilo di carica determinato associato alla detta caratteristica cinematica determinata.
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che la detta unità di controllo (50) è programmata per comandare il detto dispositivo di regolazione (32,40) in modo tale che abiliti l'erogazione di una detta corrente di carica ai detti mezzi di immagazzinamento (30) elettrico solamente quando la detta caratteristica cinematica (φ,ω) presenta un valore sostanzialmente equivalente o maggiore di un valore di soglia (C0MIN) determinato
9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-8, caratterizzato dal fatto che la detta unità di controllo (50) è programmata per comandare il detto dispositivo di regolazione (32,40) in modo tale che abiliti l'erogazione di una detta corrente di carica ai detti mezzi di immagazzinamento (30) elettrico solamente in corrispondenza di un'attivazione determinata dei mezzi di carico (120) associati alla detta macchina (100) ginnica e connessi meccanicamente alla detta interfaccia ginnica (135).
10. Dispositivo secondo le rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di carico (120) sono di tipo gravitazionale e comprendono un pacco pesi (121) predisposto per traslare di moto alternato sotto l'azione della detta interfaccia ginnica (135); la detta unità di controllo (50) essendo programmata per comandare il detto dispositivo di regolazione (32,40) in modo tale che abiliti l'erogazione di una detta corrente di carica ai detti mezzi di immagazzinamento (30) solamente quando il detto pacco pesi (121) viene sollevato da un detto utente.
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o secondo la rivendicazione 6 ed una qualsiasi delle rivendicazioni 8-10, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi sensori comprendendo un sensore (61) associato ad un organo (127) liberamente girevole accoppiato meccanicamente alla detta interfaccia ginnica (135) per essere, in uso, portato in rotazione da quest'ultima; il detto sensore (61) essendo atto, in uso, a misurare, alternativamente o in combinazione, la posizione angolare (<p) e/o la velocità angolare (co) e/o il verso di rotazione del detto organo (127) liberamente girevole.
12. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di immagazzinamento elettrico (30) sono provvisti di almeno una prima unità di accumulazione (31) comprendente un super-capacìtatore (35) per essere atta, in uso, ad essere caricata mediante una pluralità di impulsi di corrente di durata limitata.
13. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di immagazzinamento elettrico (30) sono provvisti di almeno una prima unità di accumulazione (31) e di almeno una seconda unità di accumulazione (36) comprendente una batteria (37) tampone atta, in uso, ad alimentare la detta unità di controllo (50) e/o i detti mezzi d'interfaccia (10) quando ogni detta prima unità di accumulazione (31) non è atta ad erogare una corrente di alimentazione d'intensità sufficiente.
14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto moto della detta interfaccia ginnica (135) è di tipo alternato e che i detti mezzi generatori (20) elettrici comprendono un alternatore trifase (21) collegato in serie con un dispositivo raddrizzatore (22) per associare l'erogazione di un'energia elettrica sostanzialmente continua ad ogni azionamento della detta interfaccia ginnica (135) da parte del rispettivo detto utente.
15. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di interfaccia (10) comprendono una console (11) interattiva a basso consumo energetico impiegabile dal detto utente per regolare dei parametri operativi dell'erogazione di corrente da parte dei detti mezzi generatori (20) e/o del processo di carica dei detti mezzi d'immagazzinamento (30) elettrico.
16. Macchina (100) ginnica comprendente un telaio (110); dei mezzi di carico (120); ed almeno un'interfaccia ginnica (135) collegata ai detti mezzi di carico (120) e predisposta per essere azionata da un rispettivo utente; caratterizzata dal fatto di essere provvista di un'interfaccia-utente auto-alimentata comprendente un dispositivo (1) elettronico prodotto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-15.
17. Macchina (100) ginnica caratterizzata dal fatto di essere provvista di un gruppo di carico elettromeccanico comprendente un dispositivo (1) elettronico prodotto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-15.
18. Metodo di gestione di un dispositivo (1) elettronico associato ad una macchina (100) ginnica comprendente un'interfaccia ginnica (135) predisposta per essere azionata, in uso, da un rispettivo utente secondo un moto determinato; il detto metodo comprendendo una fase di produrre in uso dell'energia elettrica mediante dei mezzi generatori (20) elettrici collegati alla detta interfaccia ginnica (135) attraverso dei mezzi di trasmissione (140) determinati; una fase di alimentare elettricamente dei mezzi d'interfaccia (10) mediante la detta energia elettrica prodotta dei detti mezzi generatori (20) ed una almeno una fase di caricare mediante una corrente di carica determinata dei mezzi d'immagazzinamento (30) elettrico predisposti per accumulare, in uso, della detta energia elettrica prodotta dai detti mezzi generatori (20); caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di regolare la potenza elettrica istantanea erogata dai detti mezzi generatori (20) in modo determinato e sostanzialmente in tempo reale per variare delle caratteristiche dinamiche dell'azione meccanica esercitata, dai detti mezzi generatori (20) sulla detta interfaccia ginnica (135).
19. Metodo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che la detta fase di fase di caricare dei mezzi d'immagazzinamento (30) elettrici comprende una fase di variare la potenza associata alla detta corrente di carica in modo determinato e sostanzialmente in tempo reale.
20. Metodo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di misurare con continuità e sostanzialmente in tempo reale almeno una grandezza cinematica (φ,ω) determinata associata al detto moto della detta interfaccia ginnica (135} ; la detta fase di variare la potenza associata alla detta corrente di carica comprendendo una fase di variare l'intensità della detta corrente di carica in funzione di un valore istantaneo corrente della detta grandezza cinematica (φ,ω).
21. Metodo secondo la rivendicazione 19 o 20, caratterizzato dal fatto che la detta fase di variare l'intensità della detta corrente di carica comprende una fase di mantenere sostanzialmente costante la potenza elettrica associata alla detta corrente di carica,