KR20090119514A - 전자적으로 운동 부하를 제어하는 운동 시스템 및 이에포함된 운동 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자적으로 제어되는 동기 전동기를 이용하여 다양한 종류의 운동 방법을 제공하는 운동 기구에 관한 것이다. 상기 운동 기구는 프레임을 가지는 몸체부, 상기 프레임의 동작에 응답하여 회전하는 동기 전동기, 상기 동기 전동기의 회전자의 각도, 위치 및 속도 중 적어도 하나를 감지하고 감지 결과를 출력하는 감지부, 및 등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, 알오엠(ROM) 모드 및 프로그램 모드 중 선택된 모드로 상기 동기 전동기를 구동시키며, 상기 선택된 모드로 상기 동기 전동기가 구동되도록 상기 출력된 감지 결과에 따라 상기 동기 전동기의 동작을 제어하는 기구 제어부를 포함한다.

운동 기구, 동기 전동기, 모드, 회전

Description

전자적으로 운동 부하를 제어하는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구{TRAINING SYSTEM FOR CONTROLLING ELECTRICALLY A WEIGHT AND TRAINING MACHINE INCLUDED IN THE SAME}

본 발명은 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자적으로 제어되는 동기 전동기를 이용하여 다양한 종류의 운동 방법을 제공하는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구에 관한 것이다.

일반적으로, 운동 기구, 특히 근육 운동 기구는 특정 중량을 가지는 중량추를 이용한다. 상세하게는, 사용자는 복수의 중량추들을 적절히 조합하여 운동 기구에 세팅한 후 일정 세트의 운동을 반복적으로 수행한다. 다만, 상기 중량추들을 조합하는 위의 방법은 중량추의 무게가 정해져 있기 때문에 다양한 중량을 제공하기 힘들었다. 따라서, 각 사용자들의 근력에 맞게 중량을 조절하기 힘들었으며, 결과적으로 사용자에게 무리를 줄 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 이런 방식의 등장 운동에서, 사용자는 자신의 최대 근력을 알 수 없기 때문에 중량추들을 경험적으로 운동 기구에 세팅하지만 때에 따라서는 이러한 세팅이 사용자에게 무리하게 설정될 수도 있다. 이 경우, 사용자의 무리한 운동으로 인 하여 사용자는 신체에 상해를 입을 수 있다.

게다가, 사람의 근육 단련 과정, 예를 들어 근육의 이심성 수축 과정은 효율적으로 행해지기 위하여 등장 운동뿐만 아니라 등속 운동이 필요함에도, 상기 운동 기구가 등장 운동만을 제공하므로, 사용자의 근육이 충분하게 단련되지 않을 수 있었다.

더욱이, 한 종류의 운동 기구에서 근육 부위를 다르게 단련시킬 수 있는 방법이 없었고, 여러 운동 기구들을 사용하여 각기 다른 근육 부위를 단련시켜야 했다. 즉, 다양한 근육 부위를 단련시키고자 하는 사용자에게 불편을 야기시켰다.

본 발명의 제 1 목적은 동기 전동기를 이용하여 중량을 전자적으로 정밀하게 제어하는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 사용자의 신체에 상해를 입히지 않도록 최대 근력을 측정 후 이를 활용할 수 있는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 등장 운동, 등속 운동, 등척 운동 및 ROM 운동을 제공하는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은 복수의 사용자들을 함께 운동시킬 수 있는 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 기구는 프레임을 가지는 몸체부; 상기 프레임의 동작에 응답하여 회전하는 동기 전동기; 상기 동기 전동기의 회전자의 각도, 위치 및 속도 중 적어도 하나를 감지하고, 감지 결과를 출력하는 감지부; 및 등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, 알오엠(ROM) 모드 및 프로그램 모드 중 선택된 모드로 상기 동기 전동기를 구동시키며, 상기 선택된 모드로 상기 동기 전동기가 구동되도록 상기 출력된 감지 결과에 따라 상기 동기 전동기의 동작을 제어하는 기구 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 운동 시스템은 동기 전동기를 이용하여 전자적으로 동작하는 복수의 운동 기구들; 네트워크; 및 상기 네트워크를 통하여 상기 운동 기구들과 연결된 통신 서버를 포함한다. 여기서, 상기 통신 서버는 상기 운동 기구들이 특정 패턴에 따라 함께 동작하도록 특정 메시지를 상기 운동 기구들로 전송하며, 상기 운동 기구들은 등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, 알오엠(ROM) 모드 및 프로그램 모드 중 선택된 모드로 동작한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구는 전자적으로 제어되는 동기 전동기를 이용하여 운동 부하(중량)을 제어하므로, 사용자에게 맞춰서 상기 운동 부하를 정밀하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 특히, 상기 운동 기구가 상기 동기 전동기를 사용하므로, 종래의 기계적 정류자 구조를 가진 DC 전동기를 적용할 때에 발생되는 유지보수 및 소음의 문제가 발생되지 않을 수 있다. 또한, 상기 운동 기구는 고정자와 회전자의 속도차인 슬립을 가진 유도 전동기를 사용하는 종래의 운동 기구에 비하여 제어 응답성 및 사용 편리성이 향상된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구는 사용자의 최대 근력을 측정하고 측정된 최대 근력을 기준으로 사용자를 운동시키므로, 사용자는 그의 신체에 상해를 입히지 않으면서 효율적으로 운동을 행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구는 등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, ROM 모드 및 프로그램 모드로 구분하여 사용자를 운동시키므로, 사용자는 자신에 맞는 모드로 선택하여 운동할 수 있는 장점이 있다. 은 전자적으로 제어되는 회전 운동 소자를 이용하여 운동 부하(중량)을 제어하므로, 사용자에게 맞춰서 상기 운동 부하를 정밀하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 시스템 및 이에 포함된 운동 기구는 복수의 사용자들을 팀 단위로 하여 운동시키므로, 운동시 상기 사용자들에게 흥미를 유발시켜 운동을 오랫동안 지속시키고 상기 사용자들 사이의 친목을 도모할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접 속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 운동 기구를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 운동 기구(100)는 재활 또는 운동을 위해 사용되는 기구로서, 동기 전동기(102), 기구 제어부(104), 기구 조작부(106) 및 사용자 인식부(116)를 포함한다.

동기 전동기(102)는 입력 주파수와 회전 주파수를 동기시키는 방식으로 회전력을 발생시키는 전동기로서, 영구 자석을 이용한다. 이러한 동기 전동기(102)는 슬립(slip)이 발생되는 유도 전동기와 달리 부하의 증감에 따라 회전 속도가 변하지 않으며, 즉 슬립이 발생되지 않는다. 동기 전동기(102)의 자세한 구조는 후술하겠다.

또한, 동기 전동기(102)는 후술하는 바와 같이 등장 운동, 등속 운동, 등척 운동, 최대 근력 측정 운동, ROM 운동 및 프로그램 운동을 수행한다.

기구 제어부(104)는 동기 전동기(102)의 회전 운동을 제어하고 운동시 운동량 및 근력을 측정한다. 도 1에서는 기구 제어부(104)가 동기 전동기(102)의 하부에 위치하는 것으로 도시하였으나, 제작자의 설계에 따라 다양한 위치에 설치될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하 모드 설명 부분에서 상술하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기구 제어부(104)는 동기 전동기(102)의 토크(torque)를 제어하며, 이를 위해 예를 들어 3상 동기 토크 전류를 동기 전동기(102)로 제공한다.

기구 조작부(106)는 사용자가 특정 모드를 선택할 수 있도록 각종 모드들을 디스플레이시키고, 상기 사용자에 의해 선택된 모드에 관한 정보를 기구 제어부(104)로 전송한다.

또한, 기구 조작부(106)는 기구 제어부(104)에 의해 측정된 운동량, 근력 등을 디스플레이한다. 물론, 기구 조작부(106)는 운동량, 근력뿐만 아니라 사용자 또 는 설계자의 설정에 따라 토크, 속도, 반복 횟수, 세트수 등 다양한 내용을 디스플레이할 수도 있다. 즉, 기구 조작부(106)는 사용자의 설정에 따라 다양한 모드들 및 측정 파라미터들을 디스플레이할 수 있으며, 따라서 이러한 변수들의 다양한 변형이 본 발명의 권리 범위에 영향을 미치지 아니한다는 것은 당업자에게 있어 자명한 사실일 것이다.

게다가, 기구 조작부(106)는 리모콘, 키버튼 등 외부 수단에 의해 제어될 수 있고, 터치 스크린 방식으로 동작할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자에게 모드를 제공하는 부분과 측정 결과를 디스플레이하는 부분이 별도로 존재할 수도 있다.

사용자 인식부(116)는 사용자를 인식하는 부분으로, 일반적으로는 사용자의 개인 카드 또는 별도의 인식 장치를 통하여 상기 사용자를 인식한다. 다만, 본 발명의 운동 기구(100)는 사용자를 카드 방식으로 인식하는 방법뿐만 아니라 기구 조작부(106)를 통한 인증 번호 입력 방식을 이용하여 사용자를 인식할 수도 있다.

이하, 본 발명의 운동 기구(100)의 구동 동작을 상승 운동과 하강 운동으로 구분하여 상술하겠다.

우선, 상승 운동을 살펴보면, 사용자가 시트(108)에 앉은 후 팔 지지대(110)에 팔을 올린 상태로 운동 손잡이(112)를 두 손으로 잡는다.

이어서, 사용자는 운동 손잡이(112)를 중력 반대 방향으로 들어올리며, 이에 따라 사용자가 사용하는 힘이 프레임(114)을 통해 동기 전동기(102)로 전달된다. 이 경우, 기구 제어부(104)는 동기 전동기(102)를 등장 운동 또는 등속 운동으로 제어하며, 결과적으로 사용자의 힘에 따라 동기 전동기(102)에 작용하는 회전력 및 회전 속도가 변화된다. 여기서, 등장 운동은 운동 동안 일정한 회전력을 가지는 운동을 의미하고, 등속 운동은 운동 동안 일정 회전 속도를 가지는 운동을 의미한다. 이러한 등장 운동 및 등속 운동에 대한 내용은 이하 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.

계속하여, 기구 제어부(104)는 후술하는 감지부를 통하여 동기 전동기(102)의 운동에 따른 토크, 예를 들어 회전력 및 회전 속도를 측정하여 사용자의 운동량, 즉 근력을 측정할 뿐만 아니라 상승 방향에서의 사용자의 최대 근력도 측정할 수 있다.

다음으로, 하강 운동을 살펴보면, 기구 제어부(104)의 제어에 따라 동기 전동기(102)가 중력 방향으로 등장 또는 등속으로 회전한다.

이어서, 사용자가 운동 손잡이(112)를 잡고 중력 반대 방향으로 버티면서 천천히 하강 운동한다. 이 경우, 동기 전동기(102)의 운동 속성(등장 또는 등속)에 따라 동기 전동기(102)의 회전력 또는 회전 속도가 변화된다.

계속하여, 기구 제어부(104)는 상기 변화된 회전력 또는 회전 속도를 측정하여 사용자의 운동량 및 하강 방향에서의 사용자의 최대 근력을 검출한다.

즉, 기구 제어부(104)는 사용자의 최대 근력을 위에 언급된 방법을 통하여 측정하며, 그런 후 운동 기구(100)는 사용자의 최대 근력에 맞는 적절한 운동 프로그램을 기구 조작부(106)를 통하여 사용자에게 제시할 수 있다. 따라서, 사용자는 상기 제시된 운동 프로그램에 따라 운동을 할 수 있고, 이 경우 사용자가 자신의 최대 근력에 맞춰서 운동하므로, 사용자는 근육에 무리를 주지 않으면서 최적의 운동 효과를 성취할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 운동 기구(100)는 특정 중량을 가지는 중량추를 이용하는 종래의 운동 기구와 달리 정밀 제어가 가능한 동기 전동기(102)를 이용하여 운동 부하(중량)를 조절한다. 따라서, 본 발명의 운동 기구(100)는 종래 기술과 달리 운동 부하를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 최대 근력에 맞는 적절한 운동을 사용자에게 제시할 수도 있다.

위에서는 상반신 운동을 하는 운동 기구의 일 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 중량을 이용하여 상반신 운동을 하는 다양한 상반신 근력 운동 기구에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 하반신 운동을 하는 다양한 하반신 근력 운동 기구에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 최대 근력을 측정하는 의료 기기 및 재활 훈련을 위한 재활 훈련 기기로서도 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 운동 기구를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 부하 제어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 운동 기구(200)는 운동 부하(중량)를 전자적으로 제어하는 기구로서, 몸체부(202) 및 운동 부하 제어 장치(204)를 포함한다.

몸체부(202)는 운동 부하 제어 장치(204)를 제외한 나머지 부분으로서, 프레임(210) 및 벨트 또는 와이어 등과 같은 연결 수단(218)을 가진다.

운동 부하 제어 장치(204)는 몸체부(202)와 연결되어 사용자 운동시 운동 부 하를 제어하는 장치로서, 동기 전동기(212), 힘 전달부(216) 및 기구 제어부(214)를 포함한다.

힘 전달부(216)는 동기 전동기(212)의 회전 운동에 따른 회전력을 연결 수단(218)을 통하여 몸체부(202)로 전달하거나, 사용자 운동시 몸체부(202)로부터 전달되는 힘을 동기 전동기(212)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 힘 전달부(216)는 동기 전동기(212)의 축 부재의 종단에 연결되는 풀리(Pulley)이며, 동기 전동기(212)의 회전에 응답하여 회전한다. 이 경우, 연결 수단(218)은 도 2에 도시된 바와 같이 힘 전달부(216)와 몸체부(202)를 연결시킨다. 다만, 이러한 연결 수단(218)의 위치 및 구조는 운동 기구의 종류에 따라 변화될 것이다.

기구 제어부(214)는 동기 전동기(212)의 회전 운동을 제어하는 소자로서, 사용자의 운동 모드 선택에 따라 예를 들어 특정 전류를 동기 전동기(212)로 제공하여 동기 전동기(212)를 회전시킨다. 이 경우, 제 1 감지부(300)는 동기 전동기(212)의 회전에 따른 토크를 감지하며, 예를 들어 동기 전동기(212)의 위치, 속도 및 토크를 감지하는 위치 속도 센서로 이루어질 수 있다. 이러한 위치 속도 센서(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 동기 전동기(212)에 장착된다. 다만, 위치 속도 센서(300)를 이용하여 동기 전동기(212)의 회전 토크를 측정하는 위의 방법은 동기 전동기(212)의 회전을 직접적으로 감지하는 것이 아니므로 감지 정밀도가 떨어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 동기 전동기(212)의 축 부재에 제 2 감지부(302), 예를 들어 토크 센서가 더 형성될 수 있다. 결과적으로, 토크 센서(302)는 상기 축 부재가 회전할 때 상기 축 부 재의 회전 속도를 직접적으로 감지하며, 따라서 동기 전동기(212)의 회전 토크가 정밀하게 감지될 수 있다.

또한, 기구 제어부(214)는 동기 전동기(212)의 회전에 상응하는 토크값을 감지부(300 또는 302)로부터 제공받아 운동량을 측정한다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 운동 기구를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 운동 기구(400)는 동기 전동기(402), 기구 제어부(404), 기구 조작부(406), 기어(408), 중량추(410), 와이어(412), 사용자 인식부(418) 및 몸체부를 포함한다. 여기서, 상기 몸체부는 상기 운동 기구 중 동기 전동기(402), 기구 제어부(404), 기구 조작부(406), 기어(408), 중량추(410), 와이어(412) 및 사용자 인식부(418)를 제외한 부분을 의미하여, 운동 손잡이(414) 및 프레임(416)을 포함한다.

기어(408)는 동기 전동기(402)에 연결되며, 동기 전동기(402)의 회전에 응답하여 회전한다.

중량추(410)는 도 4에 도시된 바와 같이 기어(408) 및 와이어(412)를 통하여 동기 전동기(402)와 연결되며, 소정 중량을 가진다. 결과적으로, 외력에 따라 동기 전동기(402)가 회전 운동을 할 때 초기 중량을 결정한다.

와이어(412)는 상기 몸체 및 기어(408)에 연결되며, 기어(408)가 회전할 때 기어(408)의 회전에 따른 힘을 중량추(410) 및 상기 몸체에 포함된 프레임(416)에 전달한다.

즉, 본 실시예의 운동 기구(400)는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서와 달리 운동 부하를 제어하기 위하여 동기 전동기(412)뿐만 아니라 중량추(410)도 사용한다. 이 경우, 출력 효율이 낮은 동기 전동기(412)를 사용하더라도 중량추(410)로 인하여 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 중량추(410)를 사용하더라도 동기 전동기(412)로 운동 부하를 정밀하게 제어할 수 있으므로, 각 개인에 맞는 운동 조건을 제공할 수 있다.

위의 제 1 내지 3 실시예들에서 알 수 있는 바와 같이, 운동 기구는 동기 전동기를 이용하여 운동 부하를 제어하는 한 다양하게 변형될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 기구를 포함한 운동 시스템을 도시한 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 전동기를 도시한 단면도이다.

다만, 설명의 편의를 위하여 운동 기구는 도 1에 도시된 운동 기구(100)를 예로 하겠다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 운동 시스템은 운동 기구(100), 통신 서버(506) 및 네트워크(508)를 포함한다.

운동 기구(100)는 몸체부(500), 동기 전동기(102), 감지부(502), 감속기(504), 기구 제어부(104), 기구 조작부(106) 및 사용자 인식부(116)를 가진다.

우선, 운동 기구(100)의 동작을 살펴본 후 전체 시스템에 대하여 상술하겠다.

몸체부(500)는 운동 기구(100) 중 동기 전동기(102), 감지부(502), 감속 기(504), 기구 제어부(104), 기구 조작부(106) 및 사용자 인식부(116)를 제외한 나머지 부분을 의미한다.

동기 전동기(102)는 도 6에 도시된 바와 같이 고정자(600) 및 회전자(602)로 이루어진다.

고정자(600)에는 aa', bb' 및 cc'가 일정한 간격으로 권선되어 있으며, 회전자(602)의 외측면에는 영구 자석(604)이 부착되어 있다.

이러한 구조의 동기 전동기(102)에서 최대 토크를 발생시키기 위하여, 도 6(A) 및 도 6(B)에 도시된 바와 같이 회전자(602)의 위치에 대하여 90도로 직교하는 위상을 가지는 3상 동기 토크 전류(U, V 및 W)가 고정자(600)의 권선으로 인가된다. 결과적으로, 회전 자기장이 도 6(A)에 도시된 바와 같이 형성되어 영구 자석(604)이 회전되며, 따라서 회전자(602)가 영구 자석(604)이 회전하는 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

위에 언급한 바와 같이 동기 전동기(102)가 동작하므로, 본 실시예의 운동 기구(100)는 감지부(502)를 이용하여 회전자(602)의 위치를 검출하고, 검출된 위치에 대하여 90도로 직교하는 위상을 가지는 3상 동기 토크 전류(U, V 및 W)를 고정자(600)로 인가하여 일정한 토크를 발생시킨다.

이러한 동기 전동기(102)에서 고정자(600)와 회전자(602)의 자기장이 90도 위상차가 유지되므로, 회전자와 고정자의 속도차(슬립)이 발생되는 유도 전동기와 달리 3상 동기 토크 전류(U, V 및 W)에 동기 전동기(102)의 회전 토크가 비례하게 된다. 결과적으로, 3상 동기 토크 전류(U, V 및 W)를 조정하여 동기 전동기(102)의 회전 토크를 정밀하게 제어할 수 있다.

위에 도시된 동기 전동기(102)의 구조는 본 발명의 일 실시예로서, 동기 전동기(102)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, 기구 제어부(104)는 동기 전동기(102)가 특정 모드로 동작하도록 동기 전동기(102)를 제어한다. 특히, 기구 제어부(104)는 동기 전동기(102)의 토크를 제어한다.

감속기(504)는 동기 전동기(102), 상세하게는 회전축의 회전수를 감속시켜 동기 전동기(102)의 토크를 증가시키는 장치로서, 필수적인 구성 요소는 아니다.

감지부(502)는 동기 전동기(102)의 회전에 따른 토크를 감지하는 부분으로서, 예를 들어 동기 전동기(102)에 포함된 회전자의 위치, 각도 또는 속도를 감지한다. 따라서, 감지부(502)는 위치 센서(510) 및 각도 센서(512)를 포함할 수 있다.

또한, 감지부(502)는 상기 감지 결과를 기구 제어부(104)로 전송한다.

기구 제어부(104)는 감지부(502)로부터 전송된 감지 결과를 분석하고, 상기 분석에 따라 동기 전동기(102)가 상기 설정된 모드로 동작하도록 동기 전동기(102)를 제어한다.

즉, 본 실시예의 운동 기구(100)는 동기 전동기(102)에 3상 토크 전류를 제공하여 동기 전동기(102)를 구동시키고, 감지부(502)를 통하여 동기 전동기(102)의 토크를 감지하며, 감지 결과에 따라 동기 전동기(102)를 제어한다.

이하, 본 실시예의 운동 시스템을 상술하겠다.

운동 기구(100)는 사용자가 운동할 때 운동 결과를 측정하고, 상기 측정 결과를 네트워크(508)를 통하여 통신 서버(506)로 전송한다.

통신 서버(506)는 상기 측정 결과를 저장하거나, 상기 측정 결과를 분석하여 분석 결과를 해당 사용자에게 알릴 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 통신 서버(506)는 구동 커맨드를 가지는 특정 메시지를 기구 제어부(104)로 전송하여 운동 기구(100)를 기설정된 모드로 동작시킨다. 여기서, 통신 서버(506)는 일반 서버뿐만 아니라 컴퓨터, 휴대폰 등과 같은 통신 가능한 단말기를 포함하는 개념이다.

도 5에서는 하나의 운동 기구(100)만을 도시하였지만, 복수의 운동 기구들(100)이 존재할 수 있다. 이 경우, 통신 서버(506)는 운동 기구들(100)을 특정 패턴으로 동작시켜 해당 사용자들을 함께 운동시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하겠다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기구 제어부를 도시한 블록도이다. 다만, 상기 기구 제어부는 도 1의 기구 제어부(104)를 예로 하겠다.

도 7을 참조하면, 기구 제어부(104)는 제어부(700), 모드부(702), 분석부(704), 토크부(706), 측정부(708), 저장부(710) 및 통신 인터페이스(712)를 포함한다.

모드부(702)는 운동 모드와 관련된 동작을 제어하는 부분으로서, 모드들을 기구 조작부(106)를 통하여 사용자에게 제공한다.

분석부(704)는 감지부(502)로부터 전송된 감지 결과를 분석하고, 분석 결과 를 토크부(706)로 제공한다.

토크부(706)는 동기 전동기(102)가 선택된 모드로 동작하도록 동기 전동기(102)의 토크를 제어한다. 예를 들어, 토크부(706)는 3상 동기 토크 전류를 동기 전동기(102)로 인가하여 동기 전동기(102)의 토크를 제어한다. 또한, 토크부(706)는 분석부(704)로부터 제공된 분석 결과에 따라 동기 전동기(102)가 상기 선택된 모드로 동작하도록 동기 전동기(102)로 인가되는 전류의 크기를 조절한다.

측정부(708)는 상기 선택된 모드에 반응하여 동기 전동기(102)가 회전할 때 동기 전동기(102)의 토크, 또는 토크와 관련된 회전력 또는 회전 속도를 측정하여 사용자의 운동량 및 최대 근력 등을 검출한다.

저장부(710)는 개인별 최대 근력 및 일자별 운동량 등에 대한 기록을 저장한다.

통신 인터페이스(712)는 운동 기구(100)와 통신 서버(506) 사이의 연결 통로로서, 유선 또는 무선을 지원한다.

제어부(700)는 기구 제어부(104)의 구성 요소들의 동작을 전반적으로 제어한다.

이하, 이러한 운동 기구(100, 200 및 400)를 구동시키는 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 기구에서의 운동 모드를 도시한 평면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 운동 기구(100, 200 및 400)는 등장 모 드(800), 등속 모드(802), 최대 근력 측정 모드(804), 등척 모드(806), ROM 모드(808) 및 프로그램 모드(810)를 기구 조작부(106)를 통하여 사용자에게 제공한다.

이하, 이러한 모드들(800, 802, 804, 806, 808 및 810)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

우선, 등장 모드(800)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 살펴보겠다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 등장 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 등장 모드에 따른 운동 부하의 변화를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 사용자는 운동 모드 중 등장 모드를 선택한다(S900).

이어서, 등장 모드(800)의 선택에 따라 동기 전동기가 중력 방향으로 회전한다(S902).

계속하여, 사용자가 상승 운동을 시작하며, 결과적으로 몸체부로부터 상기 동기 전동기로 전달된 사용자 힘이 상기 동기 전동기의 회전력 이상인 지의 여부가 판단된다(S904).

사용자 힘이 상기 회전력보다 작은 때, 즉 사용자로부터 가해진 힘이 상기 동기 전동기의 회전 방향을 바꿀 수 있을 정도가 아닌 때, 단계 S902가 다시 수행된다.

반면에, 사용자 힘이 상기 회전력 이상인 때, 즉 사용자로부터 가해진 힘이 상기 동기 전동기의 회전 방향을 바꿀 수 있을 때, 상기 동기 전동기는 사용자의 상승 운동에 따라 중력 반대 방향으로 회전을 시작한다(S906). 다만, 이 경우, 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력은 도 10(A)에 도시된 바와 같이 상승 운동 동안(운동 각도가 증가하는 동안) 일정하게 유지되고, 그래서 사용자 힘에 따라 상기 동기 전동기의 회전 속도가 변화된다. 이 경우, 단련하고자 하는 근육 부위가 일정할 것이다. 그러나, 사용자들이 단련하고자 하는 근육 부위가 각기 다를 수 있으며, 이 경우에는 도 10(B)에 도시된 바와 같이 운동 각도 상승에 따라 운동 부하가 증가하거나 감소하도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 등장 운동에서는 단련하고자 하는 근육 부위에 따라 다양하게 운동 부하를 조절할 수 있다.

그런 후, 측정부는 상기 변화된 회전 속도를 통하여 상승 운동에서의 사용자의 운동량을 검출한다(S908). 일 예로, 구동 제어부가 전류를 이용하여 상기 동기 전동기의 구동을 제어하는 경우, 상기 측정부는 상기 변화된 회전 속도에 상응하는 전류량을 측정 및 분석하여 상승 운동 동안의 사용자의 운동량을 검출할 수 있다. 물론, 상기 구동 제어부는 전류량뿐만 아니라 전압 등 다른 인자를 사용하여 상기 동기 전동기를 제어할 수도 있고, 상기 측정부는 해당 인자를 통하여 사용자의 운동량을 검출할 수 있다.

이어서, 기구 위치, 즉 프레임의 위치가 업(Up) 각도 이상인 지의 여부가 판단된다(S910). 즉, 사용자의 상승 운동에 의해 운동 기구(100, 200 및 400)에 설정된 상승 한계까지 상기 프레임이 상승되었는 지의 여부가 판단된다.

상기 프레임의 위치가 업 각도보다 작은 경우, 단계 S908이 다시 수행된다.

반면에, 상기 프레임의 위치가 업 각도 이상인 경우, 하강 운동 시작에 따라 상기 동기 전동기의 토크를 중력 방향으로 변화시키며, 즉 상기 동기 전동기를 중력 방향으로 회전시킨다(S912).

계속하여, 사용자는 중력 반대 방향으로 버티면서 하강 운동을 시작한다. 이 경우, 상기 동기 전동기가 일정한 회전력을 가지고 중력 방향으로 회전하므로, 사용자 힘에 따라 상기 동기 전동기의 회전 속도가 변화되며, 상기 측정부는 상기 변화된 회전 속도를 측정한다(S914).

그런 후, 상기 측정부는 상기 측정된 회전 속도를 분석하여 하강 운동에서의 사용자의 운동량을 검출한다(S916).

요컨대, 본 발명의 운동 기구(100, 200 및 400)는 위에 언급된 과정을 통하여 등장 모드에서 상승 운동에서의 운동량과 하강 운동에서의 운동량을 각기 검출하고, 사용자가 인지할 수 있도록 상기 검출된 운동량을 기구 조작부를 통하여 디스플레이한다.

위에서 설명하지는 않았지만, 등장 운동에서 운동 횟수 및 운동 시간에 따라 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작이 종료될 수도 있다. 즉, 과도한 운동으로 인한 무리가 사용자에게 가해지지 않도록 운동 횟수 및 운동 시간을 설정하고, 상기 운동 횟수 및 운동 시간을 초과하면 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작이 중지되도록 설정한다. 이 경우, 상기 프레임은 초기 상태로 변화될 것이다.

이하, 운동 모드 중 등속 모드(802)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 11을 참조하면, 사용자는 운동 모드 중 등속 모드(802)를 선택한다(S1100).

이어서, 등속 모드(802)의 선택에 따라 동기 전동기가 중력 방향으로 회전한다(S1102).

계속하여, 사용자가 상승 운동을 시작하며, 이 경우 몸체부로부터 동기 전동기로 전달된 사용자 힘이 상기 동기 전동기의 회전력 이상인 지의 여부가 판단된다(S1104).

사용자 힘이 상기 회전력보다 작은 때, 단계 S1102가 다시 수행된다.

반면에, 사용자 힘이 상기 회전력 이상인 때, 상기 동기 전동기는 사용자의 상승 운동에 따라 중력 반대 방향으로 회전을 시작한다(S1106). 다만, 이 경우, 상기 동기 전동기는 상승 운동 동안 일정한 회전 속도로 회전하며, 즉 사용자의 힘이 상기 회전 속도를 증가시키려 하는 경우 중력 방향의 힘이 상기 동기 전동기에 작용한다. 그러므로, 사용자 힘에 따라 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화된다.

그런 후, 측정부는 상기 변화된 회전력을 통하여 상승 운동에서의 사용자의 운동량을 검출한다(S1108).

이어서, 기구 위치, 즉 프레임의 위치가 업(Up) 각도 이상인 지의 여부가 판단된다(S1110). 즉, 운동 기구(100, 200 및 400)에 설정된 상승 한계까지 상기 프 레임이 상승되었는 지의 여부가 판단된다.

상기 프레임의 위치가 업 각도보다 작은 경우, 단계 S1108이 다시 수행된다.

반면에, 상기 프레임의 위치가 업 각도 이상인 경우, 하강 운동 시작에 따라 상기 동기 전동기의 토크를 중력 방향으로 변화시키며, 즉 상기 동기 전동기를 중력 방향으로 회전시킨다(S1112).

계속하여, 사용자는 중력 반대 방향으로 버티면서 하강 운동을 시작한다. 이 경우, 상기 동기 전동기가 일정한 회전 속도를 가지고 중력 방향으로 회전하므로, 사용자 힘에 따라 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화되며, 측정부는 이렇게 변화된 회전력을 측정한다(S1114).

그런 후, 상기 측정부는 상기 측정된 회전력을 분석하여 하강 운동에서의 사용자의 운동량을 검출한다(S1116).

요컨대, 운동 기구(100, 200 및 400)는 위에 상술된 과정을 통하여 등속 모드(802)에서 상승 운동에서의 운동량과 하강 운동에서의 운동량을 각기 검출하고, 사용자가 인지할 수 있도록 상기 검출된 운동량을 기구 조작부를 통하여 디스플레이시킨다.

다음으로, 운동 모드 중 최대 근력 측정 모드(804)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 근력 측정 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 12를 참조하면, 사용자는 운동 모드 중 최대 근력 측정 모드(804)를 선택 한다(S1200).

이어서, 최대 근력 측정 모드(804)의 선택에 따라 동기 전동기가 중력 반대 방향으로 회전한다(S1202). 따라서, 프레임의 위치는 사용자가 힘을 가하지 않은 상태인 때에도 중력 반대 방향으로 상승하려는 움직임을 보인다.

계속하여, 사용자가 자신의 최대 근력을 가지고 상승 운동을 시작하며, 이 경우 상기 동기 전동기는 상승 운동 동안 일정한 회전 속도로 회전하며, 즉 사용자의 힘이 상기 회전 속도를 증가시키려 하는 경우 중력 방향의 힘이 상기 동기 전동기에 작용한다. 그러므로, 사용자 힘에 따라 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화된다.

그런 후, 측정부는 상기 변화된 회전력을 측정하여 상승 운동에서의 사용자의 최대 근력을 검출한다(S1204).

이어서, 프레임의 위치가 업(Up) 각도 이상인 지의 여부가 판단된다(S1206). 즉, 운동 기구(100, 200 및 400)에 설정된 상승 한계까지 상기 프레임이 상승되었는 지의 여부가 판단된다.

상기 프레임의 위치가 업 각도보다 작은 경우, 단계 S1204가 다시 수행된다.

반면에, 상기 프레임의 위치가 업 각도 이상인 경우, 구동 제어부는 하강 운동 시작에 따라 상기 동기 전동기의 토크를 중력 방향으로 변화시키며, 즉 상기 동기 전동기를 중력 방향으로 회전시킨다(S1208).

계속하여, 사용자는 중력 반대 방향으로 최대 근력을 가지고 버티면서 하강 운동을 시작한다. 이 경우, 상기 동기 전동기가 일정한 회전 속도를 가지고 중력 방향으로 회전하므로, 사용자 힘에 따라 상기 회전 속도를 유지하기 위하여 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화되며, 상기 측정부는 이렇게 변화된 회전력을 측정한다(S1210).

그런 후, 상기 측정부는 상기 측정된 회전력을 분석하여 하강 운동에서의 사용자의 최대 근력을 검출한다(S1212).

요컨대, 운동 기구(100, 200 및 400)는 위에 상술된 과정을 통하여 최대 근력 측정 모드에서 상승 운동에서의 최대 근력과 하강 운동에서의 최대 근력을 각기 검출하고, 사용자가 인지할 수 있도록 상기 검출된 운동량을 기구 조작부를 통하여 디스플레이시킨다.

이하, 운동 모드 중 등척 모드(806)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 등척 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 13을 참조하면, 운동 모드 중 등척 모드(806)가 선택된다(S1300).

이어서, 사용자가 미세하게 운동 방향으로 힘을 가하면 프레임이 특정 운동 각도로 자동 이동된 후 고정된다(S1302). 즉, 등척 모드(806)에서는 상기 프레임이 고정된 상태로 사용자가 특정 근육 부위를 단련하기 위해서 운동한다. 여기서, 상기 특정 운동 각도는 사용자의 신체 특징 또는 근육 부위에 따라서 자유롭게 변경 설정될 수 있다.

계속하여, 사용자는 상기 고정된 상태의 프레임을 이용하여 운동한 다(S1304).

그런 후, 사용자가 실시한 운동 시간이 기설정 시간보다 큰 지의 여부가 판단된다(S1306). 여기서, 상기 기설정 시간은 사용자에게 무리를 주지 않는 정도의 운동 시간을 의미한다.

상기 운동 시간이 상기 기설정 시간 이하인 경우, 사용자에게 무리가 가지 않는다고 판단하여 운동을 계속할 수 있도록 상기 프레임을 고정된 상태로 유지한다.

반면에, 상기 운동 시간이 상기 기설정 시간을 초과한 경우, 사용자에게 무리가 가해질 수 있다고 판단하여 운동을 종료시킨다(S1308). 예를 들어, 운동 기구(100, 200 및 400)는 상기 운동 시간이 상기 기설정 시간을 초과하는 경우 상기 프레임을 초기 상태, 즉 0도 운동 각도로 변화시킨다.

즉, 등척 운동에서는 운동 횟수는 의미가 없으므로 상기 운동 시간만을 이용하여 사용자의 운동 동작을 제어한다.

이어서, 운동 기구(100, 200 및 400)는 사용자의 운동량을 분석하여 사용자의 최대 근파워 및 근지구력 등을 판별하고, 판별 결과를 기구 조작부를 통하여 사용자에게 제공한다(S1310).

이하, 운동 모드 중 ROM 모드(808)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROM 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 14를 참조하면, 운동 모드 중 ROM 모드(808)가 선택된다(S1400). 여기서, ROM 모드(808)는 재활을 위해 많이 사용되는 모드로서, 사용자가 힘을 가하지 않더라도 운동 기구(100, 200 및 400)의 프레임이 일정 범위에서 자동으로 움직이도록 설정된다.

이어서, 사용자에 맞춰서 상기 프레임의 운동 각도, 즉 상기 프레임의 움직임 범위가 설정된다(S1402). 예를 들어, 재활 훈련 담당자가 환자의 상태에 맞춰서 상기 운동 각도를 설정한다.

계속하여, 상기 프레임이 상기 설정 범위에서 자동으로 움직이며, 즉 사용자가 운동을 시작한다(S1404).

그런 후, 상기 사용자가 역방향 힘을 가하는 지의 여부가 판단된다(S1406). 예를 들어, 상기 사용자에게 다리 운동을 하게 하기 위해서 상기 프레임을 특정 운동 각도까지 상승시키는 동안에 상기 사용자가 무리가 가서 중력 방향으로 힘을 가하는 경우가 발생되는 지의 여부가 판단된다. 이렇게 사용자가 운동 방향과 반대로 힘을 가하는 것은 그 운동 각도 이상은 사용자에게 무리가 되기 때문이다.

상기 사용자가 역방향 힘을 가하지 않으면, 단계 S1404가 계속적으로 수행된다.

반면에, 상기 사용자가 역방향 힘을 가하기 시작하면, 상기 프레임은 상기 사용자에게 무리를 주기 않기 위해서 상기 설정 범위까지 움직이지 않았더라도 반대 방향으로 움직인다(S1408). 즉, 동기 전동기의 회전 방향이 반대 방향으로 전환된다.

이어서, 상기 프레임은 역방향으로 설정 범위까지 이동한 후 다시 방향을 전환하여 움직인다(S1410). 이 경우, 상기 프레임이 초기 설정된 설정 범위 내에서 계속 움직이면서 사용자가 역방향 힘을 가하면 반대 방향으로 움직이도록 동작할 수도 있고, 사용자가 역방향 힘을 가한 부분으로 설정 범위를 축소하여 새롭게 설정된 설정 범위 내에서 움직일 수도 있다.

위에서 상술한 바와 같이, ROM 모드(808)는 사용자에게 무리를 주지 않으면서 자연스럽게 근육 운동을 수행시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 운동 기구(100, 200 및 400)가 전자적으로 동작하는 동기 전동기를 사용하므로 운동 부하 및 운동 각도의 정밀한 제어가 가능하다. 따라서, 환자에 최적의 재활 운동을 제공할 수 있다.

위에서 언급하지는 않았지만, 운동 횟수 또는 운동 시간이 기설정 횟수 또는 기설정 시간을 초과하는 경우 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작이 종료될 수 있으며, 즉 상기 프레임이 초기 상태로 변화된다. 그런 후, 운동 기구(100, 200 및 400)는 상기 운동을 분석하여 상기 사용자의 운동량을 기구 조작부를 통하여 상기 사용자에게 제공할 수 있다.

이하, 운동 모드 중 프로그램 모드(810)에 따른 운동 기구(100, 200 및 400)의 동작을 상술하겠다.

프로그램 모드(810)는 등장 운동, 등속 운동 및 등척 운동을 조합하여 사용하는 모드를 의미한다. 예를 들어, 상기 프레임이 상승하는 동안에는 등장 운동을 제공하고, 상기 프레임이 하강하는 동안에는 등속 운동을 제공할 수 있다. 또는, 상기 프레임이 상승하는 동안에는 등장 운동을 제공하고, 상기 프레임이 업 각도까지 상승한 후에는 고정되어 등척 운동을 제공할 수도 있다. 다른 예로, 운동 기구(100, 200 및 400)는 동일한 모드일지라도 상승 운동에서의 힘과 하강 운동에서의 힘을 다르게 설정할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 운동 기구(100, 200 및 400)는 외부 컴퓨터(미도시)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 운동 기구(100, 200 및 400)의 기구 조작부에 디스플레이되는 화면이 작아서 미세 조정을 하기 힘든 경우, 상기 컴퓨터의 화면을 통하여 운동 기구 프로그램을 미세 조정할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 운동 기구들을 동작시키는 과정을 도시한 순서도이다. 여기서, 하나의 통신 서버에 복수의 운동 기구들이 무선을 통하여 연결되어 있다고 가정한다.

도 15를 참조하면, 예를 들어 스포츠 센터의 트레이너는 복수의 사용자들을 함께 운동시키기 위하여 상기 사용자들에 각기 할당된 운동 기구들을 위한 운동 프로그램을 상기 통신 서버에 설정한다(S1500).

이어서, 상기 통신 서버는 네트워크를 통하여 상기 설정된 운동 프로그램을 해당 운동 기구들로 전송한다(S1502). 여기서, 상기 운동 기구들로 전송되는 운동 프로그램들은 모두 동일한 패턴을 가질 수도 있고 사용자들에 맞춰서 다른 패턴을 가질 수도 있다. 다만, 각 사용자들의 운동 효율을 극대화하기 위해서는 각 사용자들에게 적합한 운동 프로그램들을 해당 운동 기구들로 각기 전송하는 것이 바람직할 것이다.

계속하여, 상기 운동 기구들은 전송된 운동 프로그램에 따라 운동을 시작한다(S1504). 이 경우, 상기 운동 기구들은 동시에 구동될 수도 있고 각각 구동될 수도 있다.

즉, 복수의 사용자들은 위에 언급된 방법을 통하여 함께 운동을 하며, 결과적으로 따라서 혼자 운동함에 의한 지루함 대신에 새로운 흥미가 유발될 수 있다. 예를 들어, 런닝 머신들을 사용자들이 서로 마주볼 수 있도록 배열한 후 상기 런닝 머신들을 구동시키면 상기 사용자들은 서로 마주본 상태로 대화도 나누면서 운동할 수 있으며, 결과적으로 흥미 유발뿐만 아니라 상기 사용자들 사이에 친목도 도모할 수 있다.

이어서, 새로운 운동이 시작되는 지의 여부가 판단된다(S1506). 예를 들어, 사용자들이 런닝을 마친 경우 다음 프로그램인 다리 운동을 시작하는 지의 여부가 판단된다.

직전 운동이 끝나지 않은 경우 단계 S1504가 다시 수행된다.

반면에, 직전 운동이 끝나고 새로운 운동이 시작되는 경우, 트레이너는 새로운 운동 프로그램을 상기 통신 서버에 설정한다(S1508). 물론, 이러한 운동 프로그램 설정은 각 운동 단계마다 설정되지 않고 상기 사용자들이 운동을 시작하기 전에 한번에 설정될 수도 있다.

계속하여, 상기 통신 서버는 상기 운동 프로그램을 해당 운동 기구들로 전송하며, 상기 운동 기구들은 상기 운동 프로그램에 따라 구동을 시작한다(S1510).

요컨대, 본 실시예의 운동 시스템은 운동 프로그램을 복수의 운동 기구들로 전송하여 복수의 사용자들을 함께 운동시킨다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 운동 기구를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 운동 기구를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 부하 제어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 운동 기구를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 기구를 포함한 운동 시스템을 도시한 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 전동기를 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기구 제어부를 도시한 블록도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 기구에서의 운동 모드를 도시한 평면도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 등장 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 등장 모드에 따른 운동 부하의 변화를 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 근력 측정 모드에 따른 운동 기구 의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 등척 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROM 모드에 따른 운동 기구의 동작 과정을 도시한 순서도이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 운동 기구들을 동작시키는 과정을 도시한 순서도이다.

Claims (17)

1. 프레임을 가지는 몸체부;

   상기 프레임의 동작에 응답하여 회전하는 동기 전동기;

   상기 동기 전동기의 회전자의 각도, 위치 및 속도 중 적어도 하나를 감지하고, 감지 결과를 출력하는 감지부; 및

   등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, 알오엠(ROM) 모드 및 프로그램 모드 중 선택된 모드로 상기 동기 전동기를 구동시키며, 상기 선택된 모드로 상기 동기 전동기가 구동되도록 상기 출력된 감지 결과에 따라 상기 동기 전동기의 동작을 제어하는 기구 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지부는,

   상기 동기 전동기의 회전자의 위치를 감지하는 위치 센서; 및

   상기 동기 전동기의 회전자의 각도를 감지하는 각도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 운동 기구는,

   상기 동기 전동기의 회전 속도를 감속시키는 감속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기구 제어부는 네트워크를 통하여 통신 서버와 연결되되,

   상기 통신 서버는 상기 네트워크를 통하여 상기 기구 제어부에 특정 메시지를 전달하여 상기 동기 전동기의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 기구 제어부는,

   상기 출력된 감지 결과를 분석하는 분석부;

   상기 분석 결과에 따라 상기 동기 전동기의 토크를 제어하는 토크부; 및

   상기 통신 서버와의 연결 통로인 통신 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 등장 모드가 선택되어 상기 동기 전동기가 등장 운동할 때 상기 동기 전동기의 회전력은 상기 프레임의 운동 각도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 등장 모드가 선택된 경우 상기 동기 전동기는 일정한 회전력을 가지고 중력 방향으로 회전하고, 상기 회전력 이상의 제 1 외력이 중력 반대 방향으로 작용하는 경우 상기 동기 전동기가 제 1 회전력을 가지고 중력 반대 방향으로 회전하도록 상기 제 1 외력에 따라 상기 동기 전동기의 회전 속도가 변화되며, 상기 제 1 외력에 의해 상기 프레임이 업 각도 이상으로 상승되는 경우 상기 동기 전동기는 중력 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 등속 모드가 선택된 경우 상기 동기 전동기는 중력 방향으로 회전하고, 제 1 외력이 중력 반대 방향으로 작용하는 경우 상기 동기 전동기가 중력 반대 방향으로 제 1 회전 속도를 가지고 회전하도록 상기 제 1 외력에 상응하여 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화되며, 상기 제 1 외력에 의해 상기 프레임이 업 각도 이상으로 상승되는 경우 상기 동기 전동기는 중력 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 최대 근력 측정 모드가 선택된 경우 상기 동기 전동기는 중력 반대 방향으로 제 1 회전 속도를 가지고 회전하며, 제 1 외력이 중력 반대 방향으로 작용하는 경우 상기 제 1 회전 속도가 유지되도록 상기 제 1 외력에 상응하여 상기 동기 전동기에 작용하는 회전력이 변화되는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
10. 제 1 항에 있어서 상기 등척 모드가 선택되어 상기 동기 전동기가 등척 운동할 경우 상기 프레임은 특정 각도로 고정되며, 사용자의 운동 시간이 기설정 시간을 초과하는 경우 상기 프레임은 초기 상태로 변화되는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 ROM 모드가 선택되는 경우 상기 동기 전동기는 상기 프레임이 소정 각도 범위 내에서 움직이도록 동작하며, 사용자가 상기 프레임의 이동 방향과 반대 방향으로 힘을 가하는 경우 상기 프레임의 이동 방향이 변화되도록 상기 동기 전동기의 회전 방향이 변화되는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 프레임의 이동 반복 횟수가 기설정된 횟수를 초과하거나 상기 프레임을 이용한 운동 시간이 기설정된 시간을 초과하는 경우 상기 프레임은 초기 상태로 변화되는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 운동 기구는,

    상기 기구 제어부와 독립적으로 상기 동기 전동기에 연결되며 상기 동기 전동기의 회전 운동시 초기 중량을 결정하는 중량추를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 동기 전동기는 영구 자석을 포함하며, 상기 기구 제어부는 3상 동기 토크 전류를 상기 동기 전동기로 제공하여 상기 동기 전동기의 회전 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 운동 기구.
15. 동기 전동기를 이용하여 전자적으로 동작하는 복수의 운동 기구들;

    네트워크; 및

    상기 네트워크를 통하여 상기 운동 기구들과 연결된 통신 서버를 포함하되,

    상기 통신 서버는 상기 운동 기구들이 특정 패턴에 따라 함께 동작하도록 특정 메시지를 상기 운동 기구들로 전송하며, 상기 운동 기구들은 등장 모드, 등속 모드, 최대 근력 측정 모드, 등척 모드, 알오엠(ROM) 모드 및 프로그램 모드 중 선택된 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 동기 전동기는 영구 자석을 포함하며, 상기 동기 전동기의 회전 토크는 3상 동기 토크 전류에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 통신 서버는 상기 운동 기구에 의해 측정된 데이터를 저장하고, 상기 운동 기구의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.

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