KR101518486B1 - 무동력 자가 발전 트레드밀 - Google Patents

Abstract

무동력 자가 발전 트레드밀을 공개한다. 본 발명은 트랙 벨트의 구동축에 연동되어 회전하는 회전축을 구비하고, 회전축의 회전력에 대응하여 전기 에너지를 생성하는 발전기, 전기 에너지를 저장하기 위한 축전지, 전기 에너지를 인가받아 방출하는 더미 로드, 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도를 분석하여 제어 신호를 출력하는 제어부 및 발전기에서 생성된 전기 에너지를 인가받고, 제어 신호에 응답하여 전기 에너지의 양을 조절하여 축전지 및 더미 로드로 전송하는 리미트 제어부를 포함한다. 따라서 사용자의 운동 에너지를 전기 에너지로 저장하여 트레드밀이 다양한 기능을 수행할 수 있도록 하며, 특히 리미트 제어부를 이용하여 발전기에 인가되는 부하의 크기를 조절할 수 있으므로, 발전기에서 발생하는 역기전력을 이용하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있다.

Description

무동력 자가 발전 트레드밀{Self-Generation Treadmill}

본 발명은 트레드밀에 관한 것으로, 특히 무동력 자가 발전 트레드밀에 관한 것이다.

급속한 과학의 발달에 따라 풍요로운 삶을 누리는 현대인은 고 칼로리 음식물 섭취에 따른 적절한 운동을 하지 않아 소아비만, 성인비만 등의 질병을 얻게 되고, 그에 따른 사회적 비용이 증가하는 추세에 있다.

비만 문제 및 노령화 문제를 해결하기 위해 규칙적으로 운동하는 사람들이 늘어나고 있으나 번화한 도시에서 적당히 운동을 즐길 수 있는 넓은 공간이 드물고, 대기오염을 의식해 실내에서 운동을 하려는 경향이 높아지고 있으며, 이러한 경향에 따라 실내에서 운동할 수 있는 운동기구들이 지속적으로 개발되고 있다. 그리고 대표적인 실내용 운동기구로 트레드밀(Treadmill)이 있다.

일반적으로 트레드밀은 모터에 의해 워킹 벨트가 돌아가는 형태로 사용자가 미리 설정한 속도에 따라 반복적인 걷기 또는 런닝 운동을 하게 되어, 수동적인 운동을 하게 되므로 운동의 지루함을 야기하는 문제가 있다. 이러한 반복적인 운동에 따른 지루함을 해소하기 위해 걷거나 뛰는 운동 중 제어판의 워킹 벨트 속도를 조절할 경우, 매번 사용자가 조작해야 하는 번거로움과 운동 중 균형이 흐트러져 위험을 야기하는 문제가 있다. 또한 모터 구동에 의한 수동적인 트레드밀의 경우 단순한 프로그램에 의한 운동만 할 수 있어, 현대적으로 발전하는 게임 및 엔터테인먼트에 맞는 운동효과 및 방법을 제시할 수 없다.

한편 기존 모터를 포함하지 않는 무동력 트레드밀의 경우 대부분 저가 구성으로 사용자의 운동에너지를 단순 소모하는 형태로 제공되고 있다.

본 발명의 목적은 사용자의 운동 에너지를 이용하여 트레드밀을 제어하여 다양한 기능을 제공할 뿐만 아니라 마찰력과 같은 물리적인 압력을 가하지 않고, 발전기에서 발생하는 역기전력을 이용하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있는 무동력 트레드밀을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 무동력 트레드밀은 사용자의 운동에 의해 궤도 회전운동을 하는 트랙 벨트; 상기 트랙 벨트의 구동축에 연동되어 회전하는 회전축을 구비하고, 회전축의 회전력에 대응하여 전기 에너지를 생성하는 발전기; 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 축전지; 상기 전기 에너지를 인가받아 방출하는 더미 로드; 상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도를 분석하여 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 인가받고, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 전기 에너지의 양을 조절하여 상기 축전지 및 상기 더미 로드로 전송하는 리미트 제어부; 를 포함한다.

상기 제어부는 상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이상이면, 상기 전기에너지가 상기 더미 로드보다 상기 축전지로 더 많이 전송되어 상기 발전기에 발생하는 역기전력이 증가되도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 무동력 트레드밀은 상기 축전지에 저장된 상기 전기 에너지의 양을 측정하여 전력량 값을 상기 제어부로 전송하는 전력량 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이내이면, 상기 전력량 값이 기설정된 기준 전력량 값 이상인지 판별하고, 상기 전력량 값이 상기 기준 전력량 값 이상이면, 상기 전기에너지가 상기 축전지보다 상기 더미 로드로 더 많이 전송되어 상기 발전기에 발생하는 상기 역기전력이 감소되도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이내이고, 상기 전력량 값이 상기 기준 전력량 값 미만이면, 상기 전기에너지가 상기 더미 로드보다 상기 축전지로 더 많이 전송되어 상기 축전지에 저장되는 상기 전기 에너지의 비율을 높이도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 리미트 제어부는 상기 축전지 및 상기 더미 로드로 전달하는 전기 에너지의 양을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하여 분산 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 무동력 트레드밀은 상기 리미트 제어부로부터 상기 전기 에너지를 인가받아 상기 축전지에 저장가능한 형태의 전기에너지로 변환하여 상기 축전지로 인가하는 컨버터; 복수개의 센서를 구비하여 상기 사용자 및 상기 트레드밀의 상태를 감지하는 센서부; 상기 제어부의 제어에 응답하여 상기 트랙 벨트의 기울기를 조절하는 구동 제어부; 및 상기 제어부로부터 인가되는 데이터를 상기 사용자에게 표시하고, 상기 사용자로부터 인가되는 명령을 상기 제어부로 전송하는 인터페이스부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서부는 상기 구동축의 회전수와 회전 속도를 감지하여 상기 사용자가 트레드밀에서 이동한 거리와 이동 속도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 거리/속도 측정 센서; 상기 트랙 벨트 하부에 구비되어 사용자에 의해 가해지는 양발의 하중을 측정하여 상기 제어부로 전송하는 밸런스 센서; 및 상기 사용자의 피부 접촉하여 상기 사용자의 맥박을 측정하는 심박수 측정 센서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 무동력 트레드밀은 상기 제어부와 다른 트레드밀의 제어부 또는 상기 인터페이스부 사이에 통신 기능을 제공하는 통신부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인터페이스부는 상기 무동력 트레드밀과 개별적으로 구현되어 상기 통신부를 통해 데이터를 송수신하는 인터페이스 장치; 및 상기 인터페이스 장치가 거치되는 인터페이스 거치대; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 트레드밀은 사용자의 운동 에너지를 전기 에너지로 저장하여 트레드밀이 다양한 기능을 수행할 수 있도록 한다. 또한 리미트 제어부를 이용하여 발전기에 인가되는 부하의 크기를 조절할 수 있으므로, 마찰력과 같은 물리적인 압력을 가하지 않고, 발전기에서 발생하는 역기전력을 이용하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레드밀의 구성을 나타내는 블록도이다.
도2 는 도1 의 전력 공급부의 구성을 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레드밀의 일측 사시도를 나타낸다.
도4 는 도2 의 트레드밀의 타측 사시도를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레드밀의 구성을 나타내는 블록도이다.

도1을 참조하여 본 발명의 트레드밀을 설명하면, 트레드밀(1)은 구동부(100), 전력 공급부(120), 제어부(130), 센서부(140), 통신부(150), 인터페이스부(160) 및 구동 제어부(170)를 구비한다.

구동부(100)는 사용자의 운동에 의해 구동되는 트랙 벨트와 트랙 벨트가 정해진 궤도상에서 회전 운동하도록 지지하는 구동축이 구비될 수 있다. 그리고 구동부(100)는 구동축 사이에 트랙 벨트 하부에 구비되어 사용자의 하중을 지지하기 위한 롤러를 더 구비할 수 있다. 본 발명의 트레드밀(1)은 기존의 전동 트레드밀이 아닌 수동 트레드밀로서, 구동부(100)는 모터와 같은 전동기기에 의해 구동되지않고, 사용자의 운동, 즉 인력에 의해 구동된다. 사용자는 트레드밀(1)의 트랙 벨트 상에서 걷기나 달리기를 하여 운동을 수행하고, 사용자의 운동은 트랙 벨트가 궤도 회전 운동을 하도록 한다. 그리고 트랙 벨트의 궤도 회전 운동은 곧 구동축의 회전 운동으로 이어진다.

전력 공급부(120)는 구동부(100)의 구동축의 회전에 연동하여 회전하는 회전축을 구비하고, 회전축에 가해지는 회전력(또는 토크(torque))을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전기를 구비하여 전기 에너지를 저장한다.

본 발명의 트레드밀(1)은 구동부(100)가 전동기기를 이용하여 구동되지 않으므로, 구동부(100)의 구동을 위해서는 전기 에너지를 필요로 하지 않는다. 그러나 본 발명의 트레드밀(1)은 전력 공급부(120)를 구비하여 사용자의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장함으로서, 저장된 전기 에너지를 활용하여 다양한 기능을 수행할 수 있도록 한다. 저장된 전기 에너지를 이용하여 트레드밀(1)에서 수행할 수 있는 기능들에 대해선 후술하도록 한다.

그리고 본 발명에 따른 트레드밀(1)에서 전력 공급부(120)는 단순히 사용자의 운동에 따라 전기 에너지를 공급할 뿐만 아니라, 전기 에너지의 생성 및 저장 시에 발생하는 기전력에 의해 구동부(100)의 트랙 벨트의 회전력을 제어할 수 있다. 전력 공급부(120)의 상세한 설명은 후술하도록 한다.

제어부(130)는 전력 공급부(130)로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 동작하며, 센서부(140)로부터 복수개의 센싱 신호를 수신하여 트레드밀의 구동 상태와 사용자의 운동 상태를 감지하여 전력 공급부(120) 및 구동 제어부(150)로 제어 신호를 전송한다. 또한 제어부(130)는 센서부(140)에서 인가된 센싱 신호에 대응하는 정보를 인터페이스부(160)를 통해 출력하고, 인터페이스부(160)을 통해 사용자의 명령을 인가받아 트레드밀을 제어하기 위한 설정값을 설정하여, 전력 공급부(120) 및 구동 제어부(150)로 제어 신호를 전송한다.

제어부(130)는 또한 복수개의 운동 프로그램이 저장되어 사용자가 인터페이스부(160)를 통해 복수개의 운동 프로그램 중 하나를 선택하여 운동을 할 수 있도록 할 수 있다.

센서부(140)는 거리/속도 측정 센서, 밸런스(balance) 센서, 심박수 측정 센서 등의 복수개의 센서를 구비할 수 있다. 거리/속도 측정 센서는 구동부의 구동축의 회전수와 회전 속도를 감지하여 사용자가 트레드밀에서 이동한 거리와 이동 속도를 측정한다. 밸런스 센서는 트랙 벨트 하부에 구비되어 사용자에 의해 가해지는 양발의 하중을 측정한다. 심박수 측정 센서는 사용자의 피부 접촉하여 사용자의 맥박을 측정한다. 복수개의 센서 각각은 기설정된 기능에 따라 사용자 또는 트레드밀의 상태를 감지하여 제어부(130)로 센싱 신호를 전송한다.

복수개의 센서는 각각 별도의 전원을 포함하여 동작할 수 있으나, 전력 공급부(120)로부터 전기 에너지를 인가받아 동작할 수 있다.

구동 제어부(150)는 제어부(130)에서 인가되는 제어 신호에 응답하여 구동부(110)를 제어한다. 구동 제어부(150)는 제어부의 제어에 따라 트랙 벨트의 경사를 조절하는 경사 조절부를 구비한다. 경사 조절부는 축전지로부터 전기에너지를 인가받아 구동되는 경사 조절용 모터를 구비하고, 제어부의 제어 신호에 응답하여 모터를 구동하여 트랙 벨트의 경사를 조절한다.

인터페이스부(160)는 제어부(130)로부터 인가되는 데이터를 사용자에게 표시하고, 사용자로부터 인가되는 명령을 제어부(130)으로 전송한다. 인터페이스부(160)는 제어부(130)와 일체로 구현될 수도 있으며 개별 장치로 구현될 수도 있다. 인터페이스부(160)가 제어부(130)와 개별 장치로 구현되는 경우에 인터페이스부(160)는 트레드밀에 포함되지 않은 외부 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 인페이스부(160)는 사용자가 보유한 다양한 휴대 단말기가 인터페이스부(160)로서 사용될 수 있다. 즉 사용자는 스마트 폰이나 스마트 패드 또는 태블릿 PC와 같은 휴대 단말기를 인터페이스부(160)로서 사용할 수 있다. 그리고 사용자의 휴대 단말기가 인터페이스부(160)로 이용되는 경우에, 인터페이스부(160)은 통신부(170)을 통해 제어부(130)과 데이터를 송수신 할 수 있다. 이때 인터페이스부(160)는 블루투스(Bluetooth)와 같은 단거리 무선 통신 기술을 활용하여 제어부(130)과 통신을 수행할 수 있다.

통신부(170)는 트레드밀(1)의 제어부(130)과 다른 트레드밀의 제어부 사이에 통신 기능을 제공하여 복수개의 트레드밀의 동작 상황을 서로 확인할 수 있도록 할 수 있다. 기본적으로 트레드밀(1)은 사용자가 혼자서 수행하는 운동으로 쉽게 지루해지거나 지치는 경우가 발생한다. 이에 본 발명의 트레드밀은 복수개의 트레드밀이 서로 통신 기능을 수행하여, 사용자의 운동 상황을 다른 사용자의 운동 상황과 비교할 수 있도록 함으로서 여러명의 사용자가 함께 운동을 수행하는 듯한 감각을 제공할 수 있다. 또한 복수개의 트레드밀의 동작 상황을 연동하여 사용자가 게임의 형태로 운동을 수행할 수 있도록 할 수도 있다.

또한 통신부(170)는 트레드밀과 트레드밀 사이의 통신뿐만 아니라 상기한 바와 같이 인터페이스부(160)가 별도의 휴대 단말로 구현되는 경우에 인터페이스부(160)와 제어부(130) 사이의 통신 기능을 제공한다. 통신부(160)가 제어부(130)와 인터페이스부(160) 사이의 통신 기능을 제공함에 따라 사용자는 자신이 보유한 휴대 단말기를 인터페이스부(160)로서 사용할 수 있게 되어 조작이 편리하고, 트레드밀 제조사는 트레드밀의 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

더불어 인터페이스부(160)로 사용되는 휴대 단말기가 스마트폰과 같은 이동통신 단말기이면, 휴대 단말기 자체의 통신 기능을 이용하여 다른 트레드밀 사용자와의 접촉이 용이하게 된다.

상기에서 제어부(130)과 통신부(170)는 축전지에 저장된 전기 에너지에 의해 구동될 수 있다. 그리고 인터페이스부(160)는 개별로 구현되는 사용자의 휴대 단말기가 아니라 트레드밀에 일체로 구현되는 경우에, 축전지에 저장된 전기 에너지에 의해 구동될 수 있다.

도2 는 도1 의 전력 공급부의 구성을 나타낸다.

도2를 참조하면, 본 발명에 따른 트레드밀(1)의 전력 공급부(120)는 발전기(121), 리미트 제어부(122), 컨버터(123), 축전지(124), 더미 로드(125) 및 전력량 측정부(126)를 구비한다.

발전기(121)는 상기한 바와 같이 구동부(100)의 구동축의 회전에 연동하여 회전하는 회전축을 구비하고, 회전축에 가해지는 회전력(또는 토크(torque))을 이용하여 전기 에너지를 생성한다.

더미로드(125))는 발전기(121)에서 발생하는 역기전력에 의해 구동부(110)의 구동축이 원활하게 회전하지 않아서 발생할 수 있는 운동감의 저하를 방지하기위해 구비된다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 트레드밀(1)은 사용자의 운동에 의해 구동축이 회전하고, 구동축과 연결된 발전기의 회전축이 회전함에 따라 발전기(121)가 전기 에너지를 생산한다. 그러나 이때 사용자의 운동량에 의해 발전기(121)에 가해지는 토크가 증가하면, 발전기에서 생성되는 전기에너지가 증가하고, 생성된 전기 에너지가 축전지와 같은 부하로 전송되면, 부하의 크기에 따라 발전기(121)에 역기전력이 발생하여 회전축의 회전을 방해하게 된다. 그리고 역기전력은 트랙 벨트의 회전을 방해하여 결과적으로 사용자의 자연스러운 운동에 장애를 주게 된다. 즉 사용자가 더 큰 힘을 가해야지만 트랙 벨트가 회전하게 된다. 이에 더미 로드(125)는 발전기(121)에서 발생된 전기 에너지를 소모하여 발전기에 발생하는 역기전력을 제어함으로서, 사용자가 트랙 벨트 상에서 자연스러운 운동을 수행할 수 있도록 한다.

리미트 제어부(122)는 발전기(121)에서 생성된 전기 에너지를 축전지(124) 또는 더미 로드(125)로 분산하여 전달하는 역할을 수행한다. 상기한 바와 같이, 더미 로드(125)는 사용자가 트레드밀에서 자연스러운 운동을 수행할 수 있도록 구비되는 유사 부하이다. 그리고 더미 로드(125)에 인가되는 전기 에너지는 저장되지 않고 열이나 다른 형태로 방출되어 소모되므로, 실제 부하와 달리 발전기(121)에 역기전력을 발생시키지 않는다. 그러나 더미 로드(125)는 전기 에너지를 방출하기 때문에 축전지(124)와 같이 전기 에너지를 저장하지 못하므로, 발전기(121)에서 생성된 전기 에너지를 트레드밀(1)에서 사용하지 못하게 되는 문제가 있다.

또한 본 발명의 트레드밀(1)은 사용자가 스스로 운동하는 수동 운동기구이므로 사용자의 운동 속도가 빨라지면 관성에 의해 사용자 스스로가 운동 속도를 제어하지 못하게 되는 경우가 종종 발생 할 수 있다. 이는 기존의 수동 트레드밀의 단점으로, 사용자가 자신의 운동 속도에 대한 관성을 이겨내지 못하여 운동 중 심각한 부상을 당하는 경우가 빈번하게 발생하였다. 이에 본 발명에서는 리미트 제어부(122)를 구비하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있도록 한다.

리미트 제어부(122)는 발전기(121)에서 생성된 전기 에너지가 축전지(124) 또는 더미 로드(125)로 전달되도록 제어한다. 이때 리미트 제어부(122)는 축전지(124) 또는 더미 로드(124)로 전달되는 전기 에너지의 양을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하여 분산하여 전달하므로 발전기(121)의 토크를 제어할 수 있으며, 축전지(124)에 저장되는 전기 에너지의 양을 제어한다. 즉 리미트 제어부(122)는 제어부(130)로부터 제어 신호를 인가받아 발전기(121)에서 생산된 전기 에너지를 축전지(124)와 더미 로드(125)로 분산하여 인가한다.

제어부(130)는 센서부(140)의 거리/속도 측정 센서에서 감지된 사용자의 운동 속도가 기설정된 운동 속도 이상이 되면, 발전기(121)에서 생성된 전기에너지가 더미 로드(125)보다 축전지(124)로 더 많이 전송되도록 리미트 제어부(122)를 제어하여 발전기(121)에 인가되는 부하의 크기를 크게 한다. 이에 발전기(121)에는 역기전력이 발생하고, 사용자는 트랙 벨트에 더 큰 힘을 가해야지만 트랙 벨트가 회전운동을 수행할 수 있게 됨에 따라 자연스럽게 사용자의 운동 속도를 낮출 수 있다.

한편 제어부(130)는 사용자의 운동 속도가 기설정된 운동 속도 이내이면, 축전지에 저장된 전기 에너지량을 전력량 측정부(126)로부터 인가받아 분석한다. 축전지에 저장된 전기 에너지량이 기설정된 기준 전력량 이상이면, 제어부(130)는 사용자가 편안하게 운동을 수행할 수 있도록 발전기(121)에서 생성된 전기에너지가 축전지(124)보다 더미 로드(125)로 더 많이 전송되도록 리미트 제어부(122)를 제어하여 발전기(121)에 인가되는 부하의 크기가 줄어들도록 한다. 이에 발전기(121)에 발생하는 역기전력이 낮아지게 되어 사용자는 자신이 원하는 속도로 자연스럽게 운동을 수행할 수 있다. 그러나 축전지에 저장된 전기 에너지량이 기설정된 기준 전력량 미만이면, 발전기(121)에서 생산된 전기에너지를 축전지(124)에 저장함 동시에 더미 로드(125)가 전기 에너지를 소모할 수 있도록 리미트 제어부(122)를 제어하여 충전지(124)의 충전과 사용자의 자연스러운 운동을 동시에 만족시키도록 한다. 이때, 리미트 제어부(122)는 축전지(124)에 저장할 전기 에너지와 더미 로드(125)가 소모할 전기 에너지의 량을 측정된 전력량에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 축전지(124)에 저장할 전기 에너지는 측정된 전력량에 반비례하여 설정하고, 더미로드가 소모할 전기 에너지의 량은 측정된 전력량에 비례하여 설정할 수 있다.

결과적으로 본 발명에 따른 트레드밀(1)의 전력 공급부(120)는 구동부(110)의 구동축이나 트랙 벨트에 마찰력과 같은 물리적인 압력을 가하지 않고, 발전기(121)에 인가되는 부하의 크기를 조절함에 따라 발전기(121)에서 발생하는 역기전력을 이용하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있도록 한다.

컨버터(123)은 리미트 제어부(122)를 통해 인가되는 전기 에너지를 변환하여 축전지(124)로 인가한다. 트레드밀(1)에서 사용자의 운동에 의해 생성되는 전기 에너지는 전기 에너지의 양이 많지 않으며, 일정하게 생성되지 않을 수 있다. 또한 축전지(124)에 저장하기 적합하지 않은 형태의 전기 에너지인 경우가 많다. 예를 들어 회전력에 의해 발전기에서 생성되는 전기 에너지는 대부분 교류로서 생성되지만 일반적으로 축전지는 직류만을 저장한다. 이에 컨버터(123)를 구비하여 발전기에서 생성된 전기 에너지를 축전지(124)에 적합한 전기 에너지로 변환할 수 있다. 또한 경우에 따라서 컨버터(123)는 발전기뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 상용 전원을 함께 인가받아 변환하여 축전지(124)에 저장할 수도 있다.

이는 축전지(124)에 저장된 전기 에너지만으로는 트레드밀(1)이 수행하고자 하는 기능을 모두 수행할 수 없는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 이에 컨버터(123)는 발전기에서 생성된 전기 에너지뿐만 아니라 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 변환하여 축전지(124)에 저장할 수 있다. 컨버터(123)는 일반적으로 사용되는 교류 상용 전원을 축전지에 맞는 전기 에너지로 변환하여 축전지로 인가할 수 있다.

전력량 측정부(126)는 축전지에 저장된 전력량을 측정하여 제어부(130)로 전송한다. 전력량 측정부(126)가 전력량을 제어부(130)로 전송하면, 제어부(130)는 상기한 바와 같이, 기설정된 운동 속도와 축전지(124)에 저장된 전력량을 함께 고려하여 리미트 제어부(122)를 제어한다.

도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레드밀의 일측 사시도를 나타내고, 도4 는 도3 의 트레드밀의 타측 사시도를 나타낸다.

도3 및 도4 를 참조하여 본 발명에 따른 트레드밀의 구조를 설명하면, 트레드밀(1)은 트랙부(10), 지지부(20) 및 입출력부(30)를 구비한다.

트랙부(10)는 사용자의 걷기 또는 달리기에 의해 궤도 회전운동을 하는 트랙 벨트(11)과, 트랙 벨트(11)의 궤도 회전운동에 연동되어 회전하는 축을 가지고, 축의 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생성하고, 트랙 벨트(11)의 회전 속도를 제어하는 발전부(12) 및 트랙 벨트(11)의 기울기를 제어하는 기울기 조절부(13)를 구비한다.

본 발명에서 트랙 벨트(11)는 도1 의 구동부(110)에 포함되는 구성요소로서 모터와 같은 전동기기에 의해 회전 운동을 수행하지 않는다. 본 발명의 트레드밀(1)은 수동 운동기구로서 트랙 벨트(11)를 구동하기 위한 별도의 구동 수단을 구비하지 않으며, 트랙 벨트(11)는 사용자의 운동에 의해 궤도 회전운동을 수행한다.

트랙 벨트(11)의 궤도 사이에는 사용자의 하중을 유지하면서, 트랙 벨트(11)가 궤도 회전운동을 수행할 수 있도록 복수개의 롤러(미도시)가 구비될 수 있다.

발전부(12)는 도1 의 전력 공급부(120)에 대응하는 구성 요소로서 발전기(121)와 축전지(124)를 구비하고, 발전기(121)의 회전축이 트랙 벨트(11)의 구동축에 연결된다. 발전기(121)의 회전축이 트랙 벨트(11)의 회전축에 연결됨에 따라 트랙 벨트(11)의 궤도 회전운동은 발전기(121)의 회전축의 회전 운동으로 전달되고, 이에 발전기(121)는 전기 에너지를 생성한다. 그리고 축전지(124)는 발전기에서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 또한 발전부(12)는 발전기에서 많은 전기 에너지가 생성되는 경우, 생성된 전기 에너지가 바로 축전지 또는 부하로 전달되면, 발전기 토크가 발생하여 사용자에게 자연스러운 운동감을 줄 수 없으므로, 더미 로드(125)를 더 구비하여 생성된 전기 에너지가 소모될 수 있도록 할 수 있다.

그리고 상기한 바와 같이, 발전부(12)는 리미트 제어부(122)를 구비하여 발전기(121)의 부하를 조절함에 따라 발전기(121)에서 발생하는 역기전력을 조절하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있다.

기울기 조절부(13)는 제어부(130)의 제어에 따라 축전지(124)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 트랙 벨트(11)의 기울기를 조절한다.

지지부(20)는 사용자가 트레드밀(10) 상에서 운동할 때, 잡을 수 있는 손잡이(21)가 구비되어 사용자가 안정적으로 운동을 수행할 수 있도록 한다.

입출력부(30)는 도1 의 인터페이스부(160)에 대응하는 구성으로, 지지부(20)에 부착되어 사용자가 운동 중 입출력부(30)를 용이하게 확인할 수 있도록 하며, 입출력부(30)에는 인터페이스 장치(31)가 구비된다. 도3 및 도4 에서는 인터페이스 장치(31)가 입출력부(30)에 포함되어 있는 것으로 도시하였으나, 상기한 바와 같이 입출력부(30)는 인터페이스 장치(31)를 구비하지 않고, 단순히 인터페이스 장치(31)가 거치될 수 있는 거치대만으로 구현될 수도 있다. 입출력부(30)가 거치대만으로 구현되는 경우에, 사용자는 사용자가 보유한 다양한 휴대 단말기를 인터페이스 장치(31)로서 사용할 수 있다.

그리고 도시하지 않았으나 본 발명에 따른 트레드밀(1)은 도1 의 센서부(140)에 대응하는 각종 센서를 구비할 수 있다. 센서부(140)은 거리/속도 측정 센서, 밸런스(balance) 센서, 심박수 측정 센서 등을 구비할 수 있다. 거리/속도 측정 센서는 트랙 벨트(11)의 회전수와 회전 속도를 감지하기 용이하도록 트랙 벨트(11)의 구동축에 구비되는 것이 바람직하며, 밸런스 센서는 트랙 벨트(11) 하부에 구비되어 사용자에 의해 가해지는 양발의 하중을 측정하는 것이 바람직하다. 그리고 심박수 측정 센서는 사용자의 직접적인 피부 접촉을 필요로 하므로, 손잡이(21)에 구비되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 도1 및 도2 에 도시한 트레드밀(1)은 트랙 벨트(11)를 구동시키기 위한 별도의 구동장치를 갖지 않는다. 본 발명에 따른 트레드밀(1)은 수동 트레드밀로 구현되어 트랙 벨트(11)은 사용자의 운동에 의해 구동되며, 트렉 벨트(11)의 구동력을 발전기에서 전달받아 전기 에너지를 생성하여 축전지(124)에 저장한다.

또한 본 발명에 따른 트레드밀(1)은 제어부(130)의 제어에 따라 리미트 제어부(122)를 이용하여 발전기(121)에 인가되는 부하의 크기를 조절할 수 있으므로, 발전기(121)에서 발생하는 역기전력을 이용하여 사용자의 운동 속도를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 사용자의 운동에 의해 궤도 회전운동을 하는 트랙 벨트;
   상기 트랙 벨트의 구동축에 연동되어 회전하는 회전축을 구비하고, 회전축의 회전력에 대응하여 전기 에너지를 생성하는 발전기;
   상기 전기 에너지를 저장하기 위한 축전지;
   상기 전기 에너지를 인가받아 방출하는 더미 로드;
   상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도를 분석하여 제어 신호를 출력하는 제어부;
   상기 발전기에서 생성된 전기 에너지를 인가받고, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 전기 에너지의 양을 조절하여 상기 축전지 및 상기 더미 로드로 전송하는 리미트 제어부;
   상기 리미트 제어부로부터 상기 전기 에너지를 인가받아 상기 축전지에 저장가능한 형태의 전기에너지로 변환하여 상기 축전지로 인가하는 컨버터;
   복수개의 센서를 구비하여 상기 사용자 및 트레드밀의 상태를 감지하는 센서부;
   상기 제어부의 제어에 응답하여 상기 트랙 벨트의 기울기를 조절하는 구동 제어부; 및
   상기 제어부로부터 인가되는 데이터를 상기 사용자에게 표시하고, 상기 사용자로부터 인가되는 명령을 상기 제어부로 전송하는 인터페이스부; 를 포함하고,
   상기 리미트 제어부는 상기 축전지 및 상기 더미 로드로 전달하는 전기 에너지의 양을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하여 분산 전달하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이상이면, 상기 전기에너지가 상기 더미 로드보다 상기 축전지로 더 많이 전송되어 상기 발전기에 발생하는 역기전력이 증가되도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
3. 제2 항에 있어서, 상기 무동력 트레드밀은
   상기 축전지에 저장된 상기 전기 에너지의 양을 측정하여 전력량 값을 상기 제어부로 전송하는 전력량 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
4. 제3 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이내이면, 상기 전력량 값이 기설정된 기준 전력량 값 이상인지 판별하고, 상기 전력량 값이 상기 기준 전력량 값 이상이면, 상기 전기에너지가 상기 축전지보다 상기 더미 로드로 더 많이 전송되어 상기 발전기에 발생하는 상기 역기전력이 감소되도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
5. 제4 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 트랙 벨트의 궤도 회전운동속도가 기설정된 속도 이내이고, 상기 전력량 값이 상기 기준 전력량 값 미만이면, 상기 전기에너지가 상기 더미 로드보다 상기 축전지로 더 많이 전송되어 상기 축전지에 저장되는 상기 전기 에너지의 비율을 높이도록 상기 리미트 제어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서, 상기 센서부는
   상기 구동축의 회전수와 회전 속도를 감지하여 상기 사용자가 트레드밀에서 이동한 거리와 이동 속도를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 거리/속도 측정 센서;
   상기 트랙 벨트 하부에 구비되어 사용자에 의해 가해지는 양발의 하중을 측정하여 상기 제어부로 전송하는 밸런스 센서; 및
   상기 사용자의 피부 접촉하여 상기 사용자의 맥박을 측정하는 심박수 측정 센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
9. 제1 항에 있어서, 상기 무동력 트레드밀은
   상기 제어부와 다른 트레드밀의 제어부 또는 상기 인터페이스부 사이에 통신 기능을 제공하는 통신부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.
   
10. 제9 항에 있어서, 상기 인터페이스부는
    상기 무동력 트레드밀과 개별적으로 구현되어 상기 통신부를 통해 데이터를 송수신하는 인터페이스 장치; 및
    상기 인터페이스 장치가 거치되는 인터페이스 거치대; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 트레드밀.

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