KR101470327B1 - Exercise apparatus using fluid clutch - Google Patents

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최승복
한철희
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is an exercise machine using a fluid clutch, capable of adjusting the reaction force (strength) through a clutch unit using an MR fluid. The present invention provides an exercise machine using a fluid clutch, having a wheel installed at a fixing plate by a fluid clutch to be able to rotate, wherein the fluid clutch includes: a housing; an input shaft having one end installed in the housing and the other end fixed to the fixing plate; an output shaft disposed on the coaxial line with the input shaft and installed in the housing to be able to rotate, wherein a terminal end of the wheel is fixed to the output shaft; and an operating fluid filling the housing to provide frictional force between the output shaft and the housing.

Description

유체 클러치를 이용한 운동기구{Exercise apparatus using fluid clutch}[0001] Exercise apparatus using fluid clutch [0002]

본 발명은 유체 클러치를 이용한 운동기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MR 유체를 이용한 클러치 수단을 통해 반력(강도) 조절이 가능한 유체 클러치를 이용한 운동기구에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fitness apparatus using a fluid clutch, and more particularly, to a fitness apparatus using a fluid clutch capable of regulating reaction force through a clutch means using an MR fluid.

최근 건강에 대한 사람들의 관심이 높아지면서 각종 건강식이나 여가시간을 활용해 운동할 수 있는 휘트니스 클럽(Fitness Club)에 많은 관심을 보이고 있다. 특히, 장시간 컴퓨터를 사용하는 인구가 증가하면서 장년층에서 주로 발생하던 견비통 또는 오십견과 같은 질환이 20대에서 80대에 이르기까지 광범위하게 발생되고 있다.Recently, as people's interest in health has increased, they have shown a lot of interest in Fitness Club, which can exercise various health foods and leisure time. Especially, with the increase in the number of people using computers for a long time, diseases such as stomachache or frozen shoulder that occur mainly in the elderly are occurring widely in their 20s to 80s.

또한, 사무실 책상이나 수면 시 잘못된 자세로 인해 어깨, 목 등의 통증을 호소하는 사람들이 물리치료와 병행하여 휘트니스 클럽에서 신체를 단련하고 있다. 종래에는 주로 작은 무게의 아령이나 밴드를 이용하여 어깨와 팔의 근육을 강화했지만, 운동과정에서 바른자세를 유지하기가 어려워 잘못된 자세에 의해 아픈 부위가 재발하거나 악화되는 문제점이 있었다.In addition, people who complain of shoulder and neck pain due to an office desk or a bad posture when sleeping are training physically in a fitness club in conjunction with physical therapy. Conventionally, the muscles of the shoulders and arms are strengthened mainly by using dumbbells or bands having a small weight. However, since it is difficult to maintain the correct posture during the exercise process, there is a problem that the injured area recurs or deteriorates due to the wrong posture.

이를 개선하기 위한 종래 기술로 대한민국 등록실용신안공보(제2000-0016724호; 고안의 명칭: 팔 운동기구)가 개시되어 있다. As a conventional technique for improving this, a Korean Utility Model Patent Publication No. 2000-0016724 (entitled "Arms Exercise Apparatus") has been disclosed.

구체적으로, 종래의 팔 운동기구는 도 1과 같이 사각막대형으로 이루어지는 지지몸체(100)와, 지지몸체(100)의 양측에 각각 체결볼트(11)로 체결되어 회동작동되고 손으로 파지할 수 있는 파지부(21)를 가지는 한 쌍의 손잡이(21,20a)와, 상기 지지몸체(100)의 중심부에 간격유지링(51)과 함께 체결고정되고 외연에는 공회전되는 회동링(도면 미도시)이 설치되는 한 쌍의 지지구(50)와, 상기 각 손잡이(21,20a)의 일측면 고정대(22)에 나사체결되고 외연에 공회전되는 회동링(도면 미도시)이 설치되는 체결구(40)와, 상기 각 체결구(40)와 지지구(50)를 통하여 체결되면서 탄성력을 가지는 탄성부재(30)가 형성된 구조로 이루어진다.1, the conventional arm exercise device includes a support body 100 formed of a diaphragm and a pair of fastening bolts 11 fastened to both sides of the support body 100 to be rotatably operated, A pair of knobs 21 and 20a having a grip portion 21 and a rotation ring (not shown) fastened together with a gap retaining ring 51 at the center of the support body 100 and idling on the outer edge, And a fastening ring 40 (not shown) in which a rotary ring (not shown) is screwed to one of the side fasteners 22 of the respective fasteners 21, And an elastic member 30 having an elastic force while being fastened through the fastening holes 40 and the support 50.

그러나 종래의 운동기구(재활운동기구)는 부상의 경중에 따라서 어깨와 같은 관절을 통해 적절한 운동효과를 유도하는 역할을 하지만, 종래의 운동기구는 반력을 조절하기 용이하지 않으며, 따라서 환자의 손상 관절이 어느 정도 회복되기 이전까지는 근육이 퇴하되는 현상이 있고, 더욱이 기존의 재활 운동기구는 환자의 부상 정도에 맞춰 반력을 조절할 수 없어 운동효과 및 사용상 불편한 문제점이 있었다. However, the conventional exercise device (rehabilitation exercise device) plays a role of inducing a proper exercise effect through the joint like the shoulder according to the severity of the injury, but the conventional exercise device is not easy to control the reaction force, There is a phenomenon in which muscles are squeezed before recovering to some extent. Moreover, existing rehabilitation exercise machines can not control the reaction force according to the degree of injury of the patient, resulting in problems of exercise effect and inconvenient use.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, MR 유체 클러치를 이용하여 부상의 경중에 따라 운동강도를 용이하게 조절할 수 있어 개별 사용자에 최적화된 운동효율을 제공할 수 있도록 한 유체 클러치를 이용한 운동기구를 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fluid clutch which can easily adjust the intensity of exercise according to the severity of the injury using the MR fluid clutch, It is aimed to provide exercise equipment.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 고정판에 유체 클러치를 매개로 회전가능하게 장착된 휠을 포함하여 이루어진 유체 클러치를 이용한 운동기구로서, 상기 유체 클러치는 하우징; 상기 하우징의 내에 일단이 장착되고, 타단이 상기 고정판에 고정된 입력 샤프트; 상기 입력 샤프트와 동축 선상으로 배치되며 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되고, 상기 휠에 말단이 고정된 출력 샤프트; 및 상기 하우징 내부에 충전되어 상기 출력 샤프트와 상기 하우징 사이에 마찰력을 제공하는 작동 유체를 포함하여 이루어진 유체 클러치를 이용한 운동기구가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a motion mechanism using a fluid clutch including a wheel rotatably mounted on a fixed plate via a fluid clutch, the fluid clutch comprising: a housing; An input shaft having one end mounted in the housing and the other end fixed to the fixed plate; An output shaft disposed coaxially with the input shaft and rotatably installed in the housing, the output shaft having an end fixed to the wheel; And a working fluid filled in the housing to provide a frictional force between the output shaft and the housing.

상기 작동 유체는, MR 유체(Magneto-rheological Fluid)이며, 상기 하우징의 내부에는 상기 MR 유체에 자기장을 가하기 위한 코일이 제공될 수 있다. The working fluid is a MR fluid (Magneto-rheological Fluid), and a coil for applying a magnetic field to the MR fluid may be provided inside the housing.

상기 MR 유체와 접촉하는 상기 출력 샤프트의 외주면에는 피스톤 몸체가 형성될 수 있다. A piston body may be formed on the outer circumferential surface of the output shaft in contact with the MR fluid.

상기 입력 샤프트와 상기 하우징은 같이 회전되도록 고정되며, 상기 출력 샤프트의 양측 단부는 상기 하우징의 내부에 베어링을 통해 고정되어, 상기 출력 샤프트는 상기 하우징 내에서 독립적으로 회전될 수 있다. The input shaft and the housing are fixed to rotate together, and both ends of the output shaft are fixed to the inside of the housing through a bearing, so that the output shaft can be independently rotated in the housing.

본 발명에 따르면, 전류의 세기에 따라 마찰력을 선형적으로 제어할 수 있으므로, 개별 환자에 맞게 운동강도를 설정할 수 있어, 효율적인 물리치료 및 운동이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, since the friction force can be linearly controlled according to the intensity of the electric current, the exercise intensity can be set for each individual patient, and effective physical therapy and exercises are possible.

도 1은 종래의 팔 운동기구를 보여주는 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 클러치를 이용한 운동기구를 나타내는 개략도, 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 클러치를 이용한 운동기구의 클러치 구조의 내부 구성을 보여주는 구성도이다. 1 is an exemplary view showing a conventional arm exercise device,
2 is a schematic view showing a fitness device using a fluid clutch according to an embodiment of the present invention, and Fig.
3 is a block diagram showing the internal structure of a clutch mechanism of a fitness device using a fluid clutch according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 클러치를 이용한 운동기구를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 클러치를 이용한 운동기구의 클러치 구조의 내부 구성을 보여주는 구성도이다. FIG. 2 is a schematic view showing a motion mechanism using a fluid clutch according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing an internal structure of a clutch mechanism of a motion mechanism using a fluid clutch according to an embodiment of the present invention .

도 2를 참조하면, 본 발명은 휠(1), 유체 클러치(2), 및 고정판(3)을 포함한다. Referring to Fig. 2, the present invention includes a wheel 1, a fluid clutch 2, and a fixing plate 3.

구체적으로 휠(1)은 원형으로 이루어지고 유체 클러치(2)에서 회전되도록 연결된다. 또한 휠(1)에는 사용자의 파지를 위한 손잡이(4)가 외부로 돌출형성된다. 한편 유체 클러치(2)는 고정판(3)에서 회전되도록 연결된다. Specifically, the wheel 1 is circular and is connected to rotate in the fluid clutch 2. A handle 4 for gripping the user is formed on the wheel 1 to protrude outward. On the other hand, the fluid clutch 2 is connected to rotate in the fixing plate 3.

즉, 휠(1)은 사용자가 손잡이(4)를 파지한 상태로 고정판(3) 상에서 유체 클러치(2)를 매개로 회전 가능하도록 설치된다. That is, the wheel 1 is installed on the fixed plate 3 so as to be rotatable via the fluid clutch 2 in a state where the user holds the grip 4.

여기서, 고정판(3)은 설치면에 지지된 지지 프레임이거나, 시설물의 일측벽이 될 수 있다. Here, the fixing plate 3 may be a supporting frame supported on a mounting surface or a side wall of a facility.

도 3을 참조하면, 상기한 구성 중, 유체 클러치(2)에 대해 구체적으로 설명한다. 3, the fluid clutch 2 will be described in detail.

본 발명에 사용되는 유체 클러치(2)는 하우징(20)과, 하우징(20)의 내에 일단이 장착되고 타단이 고정판(3)에 고정된 입력 샤프트(10)와, 입력 샤프트(10)와 동축 선상으로 배치되며 하우징(20) 내에서 회전가능하게 설치되고 휠(1)에 말단이 고정된 출력 샤프트(40)와, 하우징 내부에 충전되어 출력 샤프트(40)와 하우징(20) 사이에 마찰력을 제공하는 작동 유체(70)를 포함한다. The fluid clutch 2 used in the present invention includes a housing 20, an input shaft 10 having one end mounted in the housing 20 and the other end fixed to the fixed plate 3, An output shaft 40 disposed in a line and rotatably installed in the housing 20 and having a distal end fixed to the wheel 1 and an output shaft 40 filled in the housing to provide a friction force between the output shaft 40 and the housing 20 (Not shown).

상기한 구성에 있어서, 작동 유체로는 MR 유체(Magneto-rheological Fluid)가 적용될 수 있다. 이 경우 하우징(20)의 내부에는 MR 유체에 자기장을 가하기 위한 코일(30)이 제공될 수 있다. 이와 같은 관점에서 작동유체로서 ER 유체(Electro-rheological Fluid)가 적용될 수 있음은 물론이다. In the above configuration, MR fluid (Magneto-rheological Fluid) may be applied as the working fluid. In this case, the inside of the housing 20 may be provided with a coil 30 for applying a magnetic field to the MR fluid. It is needless to say that the ER fluid (Electro-rheological Fluid) can be applied as the working fluid from this point of view.

한편 본 발명에서 MR 유체를 이용한 유체 클러치란, 자기장에 의해 점도가 변화하는 자기 유변 유체, 즉 MR 유체를 이용한 댐퍼의 원리로 작동되는 클러치를 말한다. In the present invention, the fluid clutch using the MR fluid refers to a clutch operated by the principle of a damper using a magnetorheological fluid whose viscosity changes by a magnetic field, that is, a MR fluid.

여기서, MR 유체는 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가질 수 있는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액으로, 자기장이 부하되지 않는 경우는 분산입자가 뉴튼 유체 성질을 띄지만, 자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화를 일으켜 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가지는 유체를 말한다. Here, the MR fluid is a non-colloidal solution in which particles capable of having a micron-size magnetic property are dispersed in a nonconductive solvent such as silicone oil or mineral oil. When the magnetic field is not applied, the dispersed particles have Newtonian fluid properties, When a magnetic field is loaded, the dispersed particles are polarized, forming fibers in a direction parallel to the loaded magnetic field, and having a resistance to shear force or flow.

즉, MR 유체는 평소에는 액체상태로 있다가 자기장을 부여하면 점성이 변하게 되는데, 이때 자기장의 영향으로 액체인 이것이 미세구조의 자기적 배열에 의한 응력 발생으로 고체적으로 변화하여 고체의 특성을 갖는 물질이다. 이러한 MR 유체 클러치는 제어적인 측면에서 매우 용이한 특성을 갖는다. 따라서 본 발명에 적용되는 유체 클러치(2)로서 MR 유체를 이용한 클러치를 적용하여 하우징(20) 내에서 출력 샤프트(40)와의 마찰력을 용이하게 조절함으로써, 사용자의 부상정도에 따라 운동강도를 용이하게 조정할 수 있는 이점이 있다. That is, the MR fluid is usually in a liquid state, and when the magnetic field is applied, the viscosity changes. At this time, the liquid, which is a liquid due to the magnetic field, changes solidly due to the stress generation due to the magnetic arrangement of the microstructure, Material. Such a MR fluid clutch has very easy characteristics in terms of control. Therefore, by applying the clutch using the MR fluid as the fluid clutch 2 according to the present invention, the frictional force with the output shaft 40 in the housing 20 can be easily adjusted, There is an advantage to be able to adjust.

한편, 상기한 구성에 있어서, MR 유체와 접촉하는 출력 샤프트(40)의 외주면에는 피스톤 몸체(60)가 형성되어, 이들 간의 마찰 면적을 보다 높일 수 있으며, 이를 통해 마찰 강도(운동 강도)를 높일 수 있다. On the other hand, in the above-described configuration, the piston body 60 is formed on the outer circumferential surface of the output shaft 40 in contact with the MR fluid, so that the frictional area therebetween can be further increased and the frictional strength .

또한 상기한 구성에 있어서, 입력 샤프트(10)는 하우징(20)에 고정되어 같이 회전되도록 구성된다. 한편 출력 샤프트(40)의 양측 단부는 하우징(20)의 내부에 서 베어링(50,80)을 통해 고정되어, 출력 샤프트(40)는 하우징(20) 내에서 독립적으로 회전될 수 있다. Further, in the above configuration, the input shaft 10 is fixed to the housing 20 and is configured to rotate together. On the other hand, both end portions of the output shaft 40 are fixed through the bearings 50 and 80 in the housing 20 so that the output shaft 40 can be independently rotated within the housing 20. [

즉, 입력 샤프트(10)와 출력 샤프트(40)는 동축상에 위치하면서도 서로 단절되어 있고, 입력 샤프트(10)의 회전은 하우징(20)을 회전시키도록 구성되고, 하우징(20) 내부에 충전된 작동유체(70)에 의해 마찰력을 조절함으로써 출력 샤프트(40)와의 회전 강도를 조절할 수 있다. That is, the input shaft 10 and the output shaft 40 are located on the same axis and are disconnected from each other. The rotation of the input shaft 10 is configured to rotate the housing 20, The rotating force with the output shaft 40 can be adjusted by adjusting the frictional force by the working fluid 70 that has been supplied.

한편 본 발명은 휠(1)의 회전 강도를 작동유체(70)의 점성을 통해 조정할 수 있다. 즉, 작동유체(70)로서 MR 유체를 채용하고 하우징(20)의 내부에 코일(30)을 설치하여 자기장을 노출시켜 줌으로써 하우징(20) 내에서 출력 샤프트(40)의 회전 강도를 조절할 수 있다. 따라서 사용자의 부상 정도에 따라 간편하게 운동 강도를 조절하는 것이 가능하다. The present invention, on the other hand, can adjust the rotational strength of the wheel (1) through the viscosity of the working fluid (70). That is, the MR fluid may be used as the working fluid 70 and the coil 30 may be installed inside the housing 20 to expose the magnetic field, thereby adjusting the rotational strength of the output shaft 40 in the housing 20 . Therefore, it is possible to easily adjust the exercise intensity according to the degree of injury of the user.

이와 같이, 본 발명은 작동유체(70)로서 MR 유체를 적용함으로써 MR 유체로 인가되는 자기장의 세기에 따라 유체의 점성이 바뀌는 성질을 이용하였다. 이에 따라 코일(3)에 전류가 가해지면 자기장이 발생하여 MR 유체의 점도를 바꾸게 되고, 이는 하우징(20)과 피소톤 몸체(60)와의 마찰력을 발생시키게 된다. 이를 이용하여 휠(1)에 작용하는 회전부하(운동강도)를 조절할 수 있다. As described above, the present invention utilizes the property of changing the viscosity of the fluid according to the intensity of the magnetic field applied to the MR fluid by applying the MR fluid as the working fluid 70. Accordingly, when an electric current is applied to the coil 3, a magnetic field is generated to change the viscosity of the MR fluid. This causes a frictional force between the housing 20 and the resonant body 60. It is possible to control the rotational load (exercise intensity) acting on the wheel 1 by using this.

특히 본 발명은 전류의 세기에 따라 마찰력을 선형적으로 제어할 수 있으므로, 개별 환자에 맞게 운동강도를 설정할 수 있어, 효율적인 물리치료 및 운동이 가능하다. In particular, since the present invention can linearly control the frictional force according to the intensity of the current, it is possible to set the exercise intensity to suit individual patients, thereby enabling effective physical therapy and exercise.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to the particular embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

1: 휠 2: 유체 클러치
3: 고정판 4: 손잡이
10: 입력 샤프트 20: 하우징
30: 코일 40: 출력 샤프트
50: 제1 베어링 60: 피스톤 몸체
70: 작동유체 80: 베어링1: Wheel 2: Fluid clutch
3: Fixing plate 4: Handle
10: input shaft 20: housing
30: coil 40: output shaft
50: first bearing 60: piston body
70: working fluid 80: bearing

Claims (4)

고정판에 유체 클러치를 매개로 회전가능하게 장착된 휠을 포함하여 이루어진 유체 클러치를 이용한 운동기구로서,
상기 유체 클러치는,
하우징;
상기 하우징의 내에 일단이 장착되고, 타단이 상기 고정판에 고정된 입력 샤프트;
상기 입력 샤프트와 동축 선상으로 배치되며 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되고, 상기 휠에 말단이 고정된 출력 샤프트; 및
상기 하우징 내부에 충전되어 상기 출력 샤프트와 상기 하우징 사이에 마찰력을 제공하는 작동 유체를 포함하고,
상기 입력 샤프트와 상기 하우징은 같이 회전되도록 고정되며,
상기 출력 샤프트의 양측 단부는 상기 하우징의 내부에 베어링을 통해 고정되어, 상기 출력 샤프트는 상기 하우징 내에서 독립적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 운동기구. A fitness device using a fluid clutch comprising a wheel rotatably mounted on a fixed plate via a fluid clutch,
Wherein the fluid clutch comprises:
housing;
An input shaft having one end mounted in the housing and the other end fixed to the fixed plate;
An output shaft disposed coaxially with the input shaft and rotatably installed in the housing, the output shaft having an end fixed to the wheel; And
And a working fluid filled in the housing to provide a frictional force between the output shaft and the housing,
Wherein the input shaft and the housing are fixed to rotate together,
Wherein both ends of the output shaft are fixed through bearings inside the housing, and the output shaft is independently rotated in the housing. 제1항에 있어서,
상기 작동 유체는,
MR 유체(Magneto-rheological Fluid)이며,
상기 하우징의 내부에는 상기 MR 유체에 자기장을 가하기 위한 코일이 제공된 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 운동기구.The method according to claim 1,
The working fluid,
MR fluid (Magneto-rheological Fluid)
And a coil for applying a magnetic field to the MR fluid is provided inside the housing. 제2항에 있어서,
상기 MR 유체와 접촉하는 상기 출력 샤프트의 외주면에는 피스톤 몸체가 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 운동기구. 3. The method of claim 2,
And a piston body is formed on an outer circumferential surface of the output shaft in contact with the MR fluid. 삭제delete
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