KR20220087480A - 피트니스 애플리케이션을 위한 모듈형 전자기 드라이브 - Google Patents

Abstract

피트니스 장비에서 사용하기 위한 모듈형 모터 드라이브는 스위칭 제어 신호들에 따라 운동 디바이스의 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하기 위해 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답하는, 스위치들을 갖는 스위칭 회로를 포함한다. 모터 드라이브는 운동 디바이스의 애플리케이션 제어 보드와 커플링가능한 인터페이스를 더 포함한다. 제 1 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 운동 디바이스의 모터를 구동하도록 복수의 스위치들을 구성한다. 모터의 전기 브레이크에 대응하는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 운동 디바이스의 모터를 구동하는 것을 정지하도록 복수의 스위치들을 구성한다.

Description

피트니스 애플리케이션을 위한 모듈형 전자기 드라이브

관련 출원들에 대한 상호참조

이 특허 협력 조약 (PCT) 특허 출원은, "Modular Electromagnetics Drive for Fitness Applications" 라는 명칭으로 2019 년 10 월 14 일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/914,899 호를 우선권으로 주장하며, 이 출원은 그 전체가 본 출원에 참조로서 포함된다.

기술 분야

본 발명의 양태들은 운동 및 피트니스 애플리케이션을 위한 모터 드라이브, 및 특히 운동 장비를 위한 모듈형 드라이브들 및 이들의 제어/동작을 포함한다.

전자기 운동 장비는 일반적으로 사용자에 의해 제공된 생체-역학 힘에 대한 저항을 제공하는 모터 또는 유사 힘 발생 컴포넌트를 포함한다. 힘 생성 컴포넌트의 제어 및 모니터링은 제공될 저항, 수행될 운동, 사용자의 물리적 특성들, (사용자와 디바이스 자체 양쪽 모두에 대한) 잠재적인 안전 문제, 및 많은 다른 팩터들에 의존할 수 있다.

상술한 관점에서, 이러한 장비에서의 광범위한 잠재적인 변동성을 고려하도록 쉽게 적응될 수 있는 전자기 운동 장비에서의 사용을 위한 제어 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 이들 문제들을 상정하여 본 개시의 양태들이 고려되었다.

본 개시의 하나의 양태에서, 피트니스 장비에서 사용하기 위한 모듈형 모터 드라이브가 제공된다. 모듈형 모터 드라이브는 복수의 스위치들을 포함하는 스위칭 회로를 포함한다. 스위칭 회로는 스위칭 제어 신호들에 따라 운동 디바이스의 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하기 위해 복수의 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답한다. 모터 드라이브는 운동 디바이스의 애플리케이션 제어 보드와 커플링가능한 인터페이스를 더 포함한다. 제 1 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 운동 디바이스의 모터를 구동하도록 복수의 스위치들을 구성한다. 모터의 전기 브레이크에 대응하는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 운동 디바이스의 모터를 구동하는 것을 정지하도록 복수의 스위치들을 구성한다.

특정 실시형태들에서, 모터는 교류 (AC) 모터이고 모듈형 모터 드라이브의 스위칭 회로 또는 브레이킹 제어 회로 중 적어도 하나는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 직류 (DC) 를 모터의 스테이터 권선에 인가하도록 구성되어, 이에 의해 DC 주입 브레이킹에 의해 모터를 브레이킹한다.

다른 구현들에서, 스위칭 회로 또는 브레이킹 제어 회로 중 적어도 하나는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 모터의 스테이터 권선의 필드를 역전시키도록 구성되어, 이에 의해 플러그 브레이킹에 의해 모터를 브레이킹한다. 이러한 구현들에서, 모터는 AC 모터일 수도 있고, 스테이터 권선의 필드를 역전시키는 것은 스테이터 권선의 필드의 회전을 역전시키는 것을 포함할 수도 있다.

또 다른 구현들에서, 스위칭 회로 또는 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 모터에 의해 생성된 전력을 라우팅하도록 구성되어, 이에 의해 재생 브레이킹에 의해 모터를 브레이킹한다. 이러한 구현들에서, 모듈형 모터 드라이브는 재생 브레이킹 동안에 모터로부터 전력 시스템으로 전력을 제공하기 위하여 스위칭 회로 및 브레이킹 회로 중 적어도 하나를 운동 디바이스의 전력 시스템에 동작가능하게 상호접속하기 위한 제 2 인터페이스를 더 포함할 수도 있다.

다른 구현들에서, 모듈형 모터 드라이브는 스위칭 회로에 통신가능하게 커플링된 모터 드라이브 제어기를 포함하고, 인터페이스는 또한 모터 드라이브 제어기를 애플리케이션 제어 보드의 애플리케이션 제어기에 통신가능하게 커플링하기 위한 것이다. 이러한 구현들에서, 스위칭 회로는 모터 드라이브 제어기로부터 스위칭 제어 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있다.

특정 실시형태들에서, 인터페이스는 또한 스위칭 회로를 애플리케이션 제어 보드의 애플리케이션 제어기에 통신가능하게 커플링하기 위한 것이다. 이러한 구현들에서, 스위칭 회로는 애플리케이션 제어기로부터 스위칭 제어 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있다.

또 다른 구현에서, 제 2 스위칭 제어 신호는 운동 디바이스의 사용자와 연관된 사용자 이벤트에 응답하여 생성된다. 사용자 이벤트는 시스템, 환경 또는 상태 정보 중 적어도 하나를 모니터링하는 것에 의해, 힘 프로파일로부터 임계값 편차를 만족시키는 것, 센서로부터 신호의 손실을 검출하는 것, 사용자 임밸런스를 나타내는 힘 판독값을 검출하는 것, 사용자 이탈을 나타내는 센서 신호를 검출하는 것, 또는 가능한 사용자 안전성 문제들을 식별하는 알고리즘으로부터 신호를 수신하는 것 중 적어도 하나에 기초하여 검출가능할 수도 있다.

또 다른 구현에서, 스위칭 회로 및 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 제 2 스위칭 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여 모터의 페이즈를 단락시키도록 구성된다. 이러한 구현들에서, 스위칭 회로 및 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 모터 페이즈가 단락된 상태로 디폴트하도록 구성될 수도 있다.

본 개시의 다른 양태에서, 운동 디바이스가 제공된다. 운동 디바이스는 모터를 포함하는 모터 어셈블리; 애플리케이션 보드 제어기를 포함하는 애플리케이션 보드, 및 모터와 애플리케이션 보드의 각각에 동작가능하게 커플링된 모터 드라이브를 포함한다. 모터 드라이브는 스위치들을 포함하는 스위칭 회로를 포함하고, 스위칭 제어 신호들에 따라 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하기 위해 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답한다. 제 1 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 모터를 구동하도록 복수의 스위치들을 구성한다. 모터의 전기 브레이킹에 대응하는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 모터를 구동하는 것을 정지하도록 복수의 스위치들을 구성한다.

특정 실시형태들에서, 스위칭 회로는 애플리케이션 보드 제어기로부터 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 수신하도록 구성된다. 다른 구현들에서, 모터 드라이브는 애플리케이션 보드 제어기에 동작가능하게 커플링된 모터 드라이브 제어기를 더 포함하고, 스위칭 회로는 모터 드라이브 제어기로부터 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 수신하도록 구성된다.

또 다른 구현들에서, 전기 브레이크는 DC 주입 브레이크, 플러그 브레이크, 또는 재생 브레이크 중 하나이다.

본 개시의 또 다른 양태에서, 피트니스 장비에서 모터를 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 운동 디바이스의 모터에 커플링된 모터 드라이브의 스위칭 회로에서, 스위칭 제어 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 스위칭 회로는 스위치들을 포함하고, 스위칭 제어 신호들에 따라 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하기 위해 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답한다. 방법은 모터의 구동 동안에 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 모터를 구동하는 것을 정지하도록 스위칭 회로를 활성화하는 단계, 및 DC 주입 브레이킹, 플러그 브레이킹, 또는 재생 브레이킹 중 적어도 하나에 의해 모터에 전기 브레이크를 인가하는 단계를 더 포함한다. 운동 디바이스는 애플리케이션 제어기를 포함하는 애플리케이션 보드 및 애플리케이션 보드에 동작가능하게 접속된 모듈형 모터 드라이브의 각각을 포함한다. 모듈형 모터 드라이브는 스위칭 회로 및 애플리케이션 제어기에 동작가능하게 접속된 모터 드라이브 제어기를 포함하고, 스위칭 제어 신호는 모터 드라이브 제어기로부터 스위칭 회로에 의해 수신된다.

특정 실시형태들에서, 모듈형 모터 드라이브는 제 1 모듈형 모터 드라이브이고, 스위칭 회로는 제 1 스위칭 회로이다. 이러한 구현들에서, 방법은 제 1 모듈형 모터 드라이브를 제 2 모듈형 모터 드라이브로 대체하는 것에 후속하여 그리고 제 2 모듈형 모터 드라이브의 스위칭 회로에서, 제 2 제어 신호를 수신하는 단계 및, 제 2 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 모터를 구동하거나 또는 모터를 전기적으로 브레이킹하는 것 중 적어도 하나를 위해 스위칭 회로를 활성화하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

예시적인 실시형태들은 도면의 참조 도면에 예시된다. 본원에 개시된 실시형태들 및 도면들은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 고려되고자 한다.
도 1 은 본 개시에 따른 운동 디바이스의 블록 다이어그램이다.
도 2 는 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 1 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 3 은 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 2 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 4 는 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 3 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 5 는 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 4 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 6 은 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 5 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 7 은 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 6 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 8 은 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 제 7 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.
도 9 는 본 개시에 따른 운동 디바이스에서의 사용을 위한 전력 멀티플렉서의 블록 다이어그램이다.
도 10 은 본 개시에 따른 운동 디바이스에서 구현될 수도 있는 브레이킹 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 11 은 본원에 제공된 여러 시스템들, 프로세스들, 및 방법들을 구현할 수도 있는 일 예의 컴퓨팅 시스템을 예시하는 블록 다이어그램이다.

본 개시는 전자기 액추에이터들 (예를 들어, 모터들) 을 제어하기 위해 전자 모터 드라이브 (또한, 본원에서 모터 드라이브 또는 드라이버로서 지칭됨) 에 대해 교시된다. 보다 구체적으로, 본원에 개시된 모터 드라이브들은 전자기 액추에이터가 호기성 및/또는 혐기성 운동 동안에 사용자의 운동에 의해 발생되는 생체-역학 힘에 대항하여 반대힘을 제공하는 피트니스 장비에서의 사용에 이들이 특히 매우 적합하게 하는 특정 설계 속성들을 갖는다. 이러한 애플리케이션들에 제한되지 않지만, 본원에 설명된 실시형태들은 이러한 피트니스 애플리케이션을 참조한다.

본 개시의 특정 양태들은 모듈형 모터 드라이브들 그리고 보다 구체적으로, 상이한 성능 특성을 갖는 운동 디바이스들을 제공하는 목적으로 애플리케이션-특정 전자장치와 커플링될 수도 있는 모듈형 모터 드라이브들에 대하여 교시된다. 적어도 하나의 구현에서, 이러한 모듈형 모터 드라이브들은 실질적으로 스위칭 회로부, 및 운동 디바이스의 특정 유형 또는 버전에 대해 고유한 애플리케이션 제어 보드에 커플링하기 위한 인터페이스를 포함하는 독립형 유닛일 수도 있다. 동작 동안에, 모듈형 모터 드라이브의 스위칭 회로부는 운동 디바이스의 제어기로부터 수신된 스위칭 신호들에 따라 모터를 구동시키는데 사용된다. 이러한 스위칭 신호들은 애플리케이션 제어 보드의 제어기에 의해 또는 모듈형 모터 드라이브 내에 통합된 제어기에 의해 제공될 수도 있다. 이에 따라, 스위칭 회로에 의해 수신된 이러한 신호들의 문맥에서 용어, 제어 신호들은 일반적으로 스위칭 회로의 스위칭을 제어하기 위해 신호들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래 보다 자세하게 설명된 바와 같이, 본 개시에 따른 운동 디바이스의 기능성은 모듈형 모터 드라이브와 애플리케이션 제어 보드 사이에서 여러 방식으로 분배될 수도 있다.

본 개시에 따른 모듈형 모터 드라이브들은 제조 및 제품 맞춤화에 관련된 여러 이점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 모듈형 모터 드라이브들은 다수의 유형들의 운동 디바이스들에 사용하기 위하여 설계될 수 있어, 모듈형 모터 드라이브의 볼륨-비용 레버리징을 가능하게 한다. 다른 예로서, 디바이스 저항 범위, 기능성 등등은 주어진 운동 디바이스의 모듈형 모터 드라이브들을 사용자들이 스왑할 수 있게 하는 것에 의해 확장가능 또는 맞춤화될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 모듈형 모터 드라이브들은 일반적으로, 다른 무엇보다도, 고유 목적-빌트형 맞춤형 모터 드라이브들을 갖는 장비에 비하여, 보다 비용 효율적으로 개발 및 제조될 수도 있고 보다 신뢰성있고, 보다 다용성이 있고, 보다 제조 친화적이고, 확장성/업그레이드가능한 전자기 피트니스 장비를 가져온다.

이러한 운동 디바이스들에 제한되지 않지만, 본 개시의 모터 드라이브들 및 다른 양태들이 내부에 구현될 수도 있는 케이블-기반 운동 디바이스들의 예들은 2019년 5월 13일자로 출원되고 본원에 그 전체가 참조 목적으로 통합되는 미국 특허 출원 제 16/410,971 호("Strength Training and Exercise Platform") 에서 논의되어 있다.

A. 일반적인 아키텍처

도 1 은 본 개시의 구현에 따른 운동 디바이스 (100) 의 블록 다이어그램이다. 운동 디바이스 (100) 는 일반적으로 여러 전자 컴포넌트들이 배치될 수도 있는 하우징 (102) 을 포함한다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 이러한 컴포넌트들은 애플리케이션 제어기 (104), 모터 드라이브 (106), 모터 어셈블리 (108), 전력 시스템 (110), 및 장비 입력/출력 (I/O) (112) 을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 애플리케이션 제어기 (104) 및/또는 모터 드라이브 (106) 는 유선 및/또는 무선 접속 (113) 을 통하여 하우징 (102) 외부의 하나 이상의 주변 디바이스들 (114) 과 통신하도록 구성될 수도 있다. 아래 보다 자세하게 설명된 바와 같이, 모터 어셈블리 (108) 는 운동 액세서리 (118) 에 커플링될 수도 있는 링크 (116) 를 연장 또는 수축시킨다.

링크 (116) 는 모터 어셈블리 (108) 가 선택적으로 하우징 (102) 으로부터 연장되고/되거나 이것으로 수축될 수도 있는 임의의 적절한 컴포넌트일 수도 있다. 운동 액세서리 (118) 는 여러 운동들의 수행을 용이하게 하기 위해 링크 (116) 의 종단부에 연결될 수도 있거나 배치된 선택적 액세서리일 수도 있다. 운동 디바이스 (100) 는 여러 운동들이 운동 디바이스 (100) 를 사용하여 수행될 수도 있도록 운동 액세서리 (118) 가 스왑, 제거 또는 달리 변경되는 것을 허용하도록 구성될 수도 있다. 적어도 특정 구현들에서 그리고 제한없이, 링크 (116) 및 운동 액세서리 (118) 는 각각 케이블 및 핸들일 수도 있다. 이에 따라, 명료화를 위하여, 링크 (116) 및 운동 액세서리 (118) 는 이하 케이블 (116) 및 핸들 (118) 로서 지칭된다.

운동 디바이스 (100) 는 애플리케이션 제어기 (104) 및 모터 드라이브 (106) 의 각각을 포함한다. 적어도 특정 구현들에서, 애플리케이션 제어기 (104) 는 운동 디바이스-특정 기능성을 제어 및 감독한다. 무엇보다도, 이러한 기능성은 주변 디바이스들 (114) 과의 통신, 장비 I/O (112) 의 제어 및 모니터링, 전력 관리 (예를 들어, 전력 시스템 (110) 의 모니터링 및 제어에 의함), 및 모터 드라이브 (106) 와의 인터페이스를 포함할 수도 있다. 모터 드라이브 (106) 는 한편 모터 어셈블리 (108) 로의 전류를 제어하기 위해 적절한 컴포넌트 (예를 들어, 스위칭 컴포넌트들) 을 포함하고, 이는 일반적으로 모터를 포함하지만 센서들, 액추에이터, 및 다른 모터-관련 I/O 컴포넌트들을 더 포함할 수도 있다.

애플리케이션 제어기 (104), 모터 드라이브 (106), 및 이들의 개별적 기능들의 상술한 설명은 단지 일 예에 불과하며, 기능성은 애플리케이션 제어기 (104) 와 모터 드라이브 (106) 사이에 상이하게 분배될 수도 있다. 보다 일반적으로, 모터 드라이브 (106) 는 운동 디바이스 (100) 의 동작 상태에 따라 모터 어셈블리 (108) 의 모터에 대한 전력을 제공 및 제어한다. 예를 들어, 모터 드라이브 (106) 는 모터 어셈블리 (108) 의 모터에 제공되는 전압, 전류, 주파수, 모드 전류 (예를 들어, AC 대 DC), 정류 모드 (예를 들어, 정현파, 구형파, 톱니파 등), 극성, 또는 다른 유사한 전력의 파라미터들을 제어할 수도 있다. 애플리케이션 제어기 (104) 는 한편, 적어도 운동 디바이스 (100) 의 다른 컴포넌트들과의 모터 드라이브 (106) 에 대한 인터페이스를 제공한다. 운동 디바이스 (100) 의 여러 기능들의 감독 및 제어는 다양한 여러 방식으로 애플리케이션 제어기 (104) 와 모터 드라이브 (106) 사이에서 분할될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구현에서, 모터 드라이브 (106) 는 오직 스위칭 회로 및 애플리케이션 제어기 (104) 및 모터 어셈블리 (108) 에 대한 적절한 인터페이스들로 구성될 수도 있다. 이러한 경우들에, 스위칭 회로 (예를 들어, 스위칭 신호들을 통하여) 의 제어 및 운동 디바이스 (100) 의 실질적으로 모든 다른 기능들은 애플리케이션 제어기 (104) 에 의해 처리될 수도 있다. 이와 반대로, 또 다른 구현에서, 애플리케이션 제어기 (104) 는 모터 드라이브 (106) 내에 통합된 제어기에 의해 처리되는 운동 디바이스 (100) 의 나머지 기능성을 모터 드라이브 (106) 와 운동 디바이스 (100) 의 다른 컴포넌트들 사이의 인터페이스에만 제공할 수도 있다. 본 개시의 다른 구현들은 애플리케이션 제어기 (104) 와 모터 드라이브 (106) 사이의 기능성의 대체 분배를 포함하고, 그 결과, 상술한 구현들 사이의 어딘가에 놓인다. 운동 디바이스 기능성이 애플리케이션 제어기 (104) 와 모터 드라이브 (106) 사이에서 상이하게 분할되는 본 개시의 실시형태들의 비제한 예들은 도 2-8 의 문맥에서 아래 논의된다.

운동 디바이스 (100) 는 애플리케이션 제어기 (104) 및 모터 드라이브 (106) 의 일방 또는 양방에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수도 있는 전력 시스템 (110) 을 포함할 수도 있다. 전력 시스템 (110) 은 일반적으로 운동 디바이스 (100) 의 동작 동안에 전력의 제어, 분배, 저장, 복구 등등에 대하여 관련된 컴포넌트들을 포함한다. 도 8 의 문맥에서 아래 설명된 바와 같이, 본 개시에 따른 운동 디바이스들에서의 사용을 위한 전력 시스템들은 운동 디바이스의 상이한 시스템들과 컴포넌트들 사이의 전력을 동적으로, 효율적으로, 그리고 지능적으로 라우팅하는 전력 멀티플렉서를 포함할 수도 있다.

위에 주지된 바와 같이, 운동 디바이스 (100) 는 장비 I/O (112) 를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 장비 I/O (112) 는 사용자 또는 다른 디바이스로부터 입력을 수신하기 위한 또는 사용자 또는 다른 디바이스에 출력을 제공하기 위한 운동 디바이스 (100) 의 임의의 컴포넌트들을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 장비 I/O (112) 는 운동 디바이스 (100) 의 동작 파라미터들을 측정하기 위한 여러 센서들을 포함한다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 이러한 센서들은 부하 센서들 (예를 들어, 스트레인 게이지들 또는 부하 셀들), 전기 센서들 (예를 들어, 전류 센서들, 전압 센서들, 전위차계/가감저항기), 모션-관련 센서들 (예를 들어, 가속도계, 인코더), 버튼/스위치, 온도 센서들, 광 센서들 등을 포함할 수도 있다. 장비 I/O (112) 는 또한 비제한적으로, 버튼/키, 스위치, 터치스크린, 마이스/트랙볼, 마이크로폰 등을 포함한 사용자로부터의 입력을 수신하기 위한 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다. 장비 I/O (112) 는 또한, 출력 디바이스들, 이를 테면, 이에 제한되지 않지만, 스크린/디스플레이, 조명, 스피커, 햅틱 피드백 디바이스 등을 포함할 수도 있다. 장비 I/O (112) 의 상술한 예들은 비제한적이며, 장비 I/O (112) 는 보다 일반적으로 사용자 또는 다른 디바이스로부터 입력을 수신하기 위한, 사용자 또는 다른 디바이스에 출력을 제공하기 위한 등등의 운동 디바이스 (100) 의 동작을 용이하게 하기 위한 목적으로 운동 디바이스 (100) 에 포함될 수도 있는 임의의 적절한 I/O 디바이스들을 포함한다. 또한, 도 1 에 별개의 블록으로서 예시되어 있지만, 장비 I/O (112) 는 또한 적어도 부분적으로 운동 디바이스 (100) 의 다른 컴포넌트들 내에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 전력 시스템 (110), 모터 드라이브 (106), 및 모터 어셈블리 (108) 의 각각은 센서들, 액추에이터들, 스위치들, 및 다른 유사한 I/O 디바이스들을 포함할 수도 있고, 이들 각각은 운동 디바이스 (100) 에 포함된 애플리케이션 제어기 (104) 또는 다른 제어기 (예를 들어, 모터 드라이브 (106) 의 제어기) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있다.

운동 디바이스 (100) 는 또한 하나 이상의 주변 디바이스들 (114) 과 (유선 또는 무선으로) 통신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 주변 디바이스들 (114) 은 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터들, 태블릿, 스마트폰, 원격 서버 시스템들, 또는 임의의 다른 유사한 컴퓨팅 디바이스들을 포함할 수도 있다.

본원에서는 단일의 모터 어셈블리 (예를 들어, 연관된 센서들 및 액추에이터들을 갖는 단일의 모터) 를 포함하는 것으로서 일반적으로 논의되고 있지만, 단일의 모터 어셈블리를 포함하는 것으로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 구현들은 대응하는 링크를 작동시키도록 각각 구성된 다수의 모터 어셈블리들을 포함할 수 있다. 다수의 모터 어셈블리들을 포함하는 구현들에서, 운동 디바이스는 각각의 모터 어셈블리에 대한 개별적인 모터 드라이브를 포함할 수도 있거나 또는 단일의 모터 드라이브는 다수의 모터 어셈블리들을 동작하도록 구성될 수도 있다. 이에 따라, 단일의 모터/모터 어셈블리를 포함하는 본원에 논의된 구현들은 예를 들어 다수의 모터들을 제어하기 위해 추가적인 모터 드라이브들을 포함하거나 또는 스위칭 회로들, 제어기들 등을 구성하는 것에 의해 추가적인 모터들 또는 모터 어셈블리들을 포함하도록 변경될 수도 있다.

B. 모듈화

본 개시의 적어도 특정 구현들에서, 모터 드라이브 (106) 는 모듈형이도록 구성될 수도 있다. 달리 말하면, 모터 드라이브 (106) 는 애플리케이션 제어기 (104) 에 쉽게 커플링될 수 있는 실질적으로 단일의 컴포넌트일 수도 있다. 적어도 특정 구현들에서, 애플리케이션 제어기 (104) 및 모터 드라이브 (106) 는, 모터 드라이브 (106) 가 애플리케이션 제어기 (104) 에 (전기적으로 및/또는 자기적으로) 쉽게 커플링될 수도 있도록 그리고 모터 드라이브 (106) 가 대체 모터 드라이브들과 쉽게 스왑될 수도 있도록 구성될 수도 있다. 이러한 커플링들의 예들은 이들에 제한되지 않지만, 플러그-인 스택 커넥터들, 스루-홀 핀들, 솔더 패드들, 및 듀얼 인-라인 메모리 모듈 (DIMM)-/소형 아웃라인 DIMM (SO-DIMM)-스타일 PCB 커넥터들을 포함할 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 모터 드라이브 (106) 는 집적 회로 컴포넌트로서 설계 및 제조될 수도 있다. 다른 구현들에서, 모터 드라이브 (106) 는 예를 들어, 케이블 또는 플렉스 리본을 통하여 애플리케이션 제어기 (104) 에 커플링될 수도 있는 모듈일 수도 있다. 모터 드라이브 (106) 의 스왑을 용이하게 하기 위해, 하우징 (102) 은 모터 드라이브 (106) 가 삽입될 수도 있거나 또는 모터 드라이브 (106) 가 운동 디바이스 (100) 의 추가적 분해없이 제거될 수도 있는 해치, 도어, 슬롯 또는 유사한 개구를 포함할 수도 있다.

모듈형 모터 드라이브들은 전력 레벨들, 입력 전압들, 속력 범위들, 열 소산 능력들, 모터 드라이브 채널들의 수, 출력 파형, 또는 다른 유사한 피처들에서 변경될 수 있다. 적어도 특정 애플리케이션들에서, 단일의 모터 드라이브는 운동 디바이스들의 범위를 따라 사용될 수도 있다. 이에 따라, 공통 모터 드라이브는 상이한 폼 팩터들 (예를 들어, 로우어/에르고미터, 케이블 머신, 로프 풀러, 트레드밀, 케이블계 운동 플랫폼 등) 또는 상이한 가능한 구성들을 갖는 운동 디바이스들에 사용될 수도 있어, 이에 의해 표준화를 통한 제조를 단순화하고 모터 드라이브의 볼륨-비용 레버리징을 용이하게 한다. 단일의 운동 디바이스는 또한 운동 디바이스의 피처들을 변경하는데 사용될 수도 있는 다수의 모듈형 모터 드라이브들과 호환가능할 수도 있다. 이에 따라, 예를 들어, 제조자는 운동 디바이스의 베이스 유닛을 제조할 수도 있고, 베이스 유닛 내에, 상이한 모듈형 모터 드라이브들이 운동 디바이스들의 다수의 버전들을 형성하기 위해 삽입될 수도 있고, 각각의 버전은 상이한 피처들 또는 능력들을 갖는다. 이와 유사하게, 제 1 모터 드라이브를 갖는 운동 디바이스의 초기 구매에 이어서, 사용자는 예를 들어, 최대 이용가능 저항을 증가시키고, 상이한 운동 모달리티를 추가하는 것 등에 의해 운동 디바이스의 기능성을 확장하는 제 2 모터 드라이브를 구매하거나 이 드라이브로 스왑할 수도 있다.

볼륨-비용 레버리지를 추가로 증가시키기 위해, 다수의 유형들의 운동 장비에 범용이거나 또는 거의 범용일 수도 있는 다른 컴포넌트들이 모듈형 모터 드라이브 내에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 유선 통신 시스템들 (예를 들어, USB, 펌웨어, 이더넷 등), 무선 통신 시스템들 (예를 들어, WiFi, Bluetooth, ANT/ANT+, 셀룰라 등), 스피커, UI 제어부, 조명, LED들, 터치스크린, 열 조절 소자들 등이 모터 드라이브와 함께 통합될 수도 있다.

적어도 특정 구현들에서, 모듈형 모터 드라이브는 또한 운동 디바이스 (예를 들어, 애플리케이션 제어기 (104) 또는 통신-관련 컴포넌트들) 의 다른 시스템들/컴포넌트들을 통하여 전파하고 이들의 동작에 영향을 주기 위해 모터의 제어와 연관된 전기 잡음의 경향을 감소시킬 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 애플리케이션 제어기 (104), 모터 드라이브 (106), 또는 운동 디바이스 (100) 의 임의의 다른 시스템 또는 컴포넌트는 필요에 따라, 운동 디바이스 (100) 의 모터에 의해서 생성되든 또는 다른 소스에 의해 생성되든 전기 잡음의 효과들을 추가로 완화하기 위해 차폐부를 포함할 수도 있다.

모듈형 모터 드라이브들의 구현과 연관될 수도 있는 추가적인 이점들은 개선된 기계적 풋프린트, 기계적 안정성 (예를 들어, 진동 또는 다른 것), 및 전자 장치의 열 관리의 단순화를 포함한다. 열 관리는 이들에 제한되는 것은 아니지만, 공냉식, 상변화 재료들 (PCMs) 의 사용, 액체 냉각 (예를 들어, 정지형 또는 플로우형), 또는 하나 이상의 히트 싱크의 구현들을 포함한 능동식 또는 수동식일 수도 있다.

모터 드라이브 (106) 를 모듈형인 것으로서 지칭하는 것은 모터 드라이브 (106) 및 애플리케이션 제어기 (104) 각각이 실질적으로 단일형인 것 이외에 모터 드라이브 (106) 및 애플리케이션 제어기 (104) 의 사이즈 또는 구성에 관한 임의의 특정 제한들을 내포하지 않아야 함을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 논의된 바와 같이, 모터 드라이브 (106) 는 일반적으로 애플리케이션 제어기 (104) 를 포함한 베이스 유닛과 스왑가능한 것으로서 지칭된다. 그러나, 다른 구현들에서, 모터 드라이브 (106) 는 모터 어셈블리 (108) 및 운동 디바이스 (100) 의 다른 컴포넌트들을 더 포함하는 베이스 유닛에 통합될 수도 있고, 베이스 유닛은 다수의 상이한 애플케이션 제어기들 (104) 을 수용하도록 구성된다. 이러한 구현들에서, 모터 드라이브 (106) 및 애플리케이션 제어기 (104) 의 각각은 그럼에도 불구하고 이들이 서로 통신가능하게 커플링될 수도 있는 실질적으로 단일의 컴포넌트들이기 때문에 모듈형으로서 고려될 수도 있다. 이와 유사하게, 특정 실시형태들에서, 모터 드라이브 (106) 및 애플리케이션 제어기 (104) 의 어느 일방은 모터 드라이브 (106) 및 애플리케이션 제어기 (104) 의 다른 일방이 도터보드로서 커플링될 수도 있는 마더보드로서 고려될 수도 있다.

C. 다른 예의 아키텍처

위에 논의된 바와 같이, 본 개시에 따른 운동 디바이스는 애플리케이션 제어기 및 모듈형 모터 드라이브를 포함할 수도 있고, 이들 사이에 운동 디바이스의 여러 기능이 분산될 수도 있다. 제한은 없지만, 도 2-8 은 본 개시에 따라 운동 디바이스들의 적어도 일부 가능한 구성들을 예시하도록 의도된 일 예의 시스템 아키텍처의 블록 다이어그램이다.

도 2 는 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 1 시스템 아키텍처 (200) 의 블록 다이어그램이다. 예시된 바와 같이, 애플리케이션 제어기 보드 (202) 는 인터페이스 (250) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (210) 에 통신가능하게 커플링된다. 애플리케이션 제어기 보드 (202) 는 전력 시스템 (206) 의 제어 및 모니터링, 통신 (COM) 유닛 (208) 을 통하여 통신을 관리하는 것, 디바이스 I/O 를 관리하는 것을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하는 제어기 (204) 를 포함한다.

모터 드라이브 보드 (210) 는 스위칭 회로 (214) 에 통신가능하게 커플링되는 제어기 (212) 를 포함한다. 스위칭 회로 (214) 는 이어서 운동 디바이스의 모터에 접속된다. 제어기 (212) 는 또한, 모터의 동작과 연관된 모니터링, 데이터 수집, 제어 및 다른 기능들을 용이하게 하도록 모터의 I/O (예를 들어, 센서들, 액추에이터들) 에 통신가능하게 커플링된다.

스위칭 회로 (214) 및 전력 시스템 (206) 각각은 전력 소스 (예를 들어, 점선으로 도시된 바와 같음), 이를 테면, 전기 아웃렛에 접속되는 것으로서 도시된다.

본 발명에 따른 모터 드라이브의 스위칭 회로들이 이러한 변형들로 반드시 제한되는 것은 아니며, 적어도 특정 스위칭 회로들은 4-스위치 구성 (예를 들어, 직류 (DC) 모터들에 사용된 H-브리지) 또는 6-스위치 구성 (예를 들어, 교류 (AC) 및 BLDC (brushless DC) 모터들에 사용된 "6-팩") 을 포함한다. 이러한 구성에서의 스위치들은 일반적으로 트랜지스터들 (예를 들어, MOSFET 또는 IGBT), 또는 다른 전기적 스위칭 컴포넌트들을 포함한다. 동작 동안에, 스위칭 회로의 스위치들은 (예를 들어, 제어기 (204) 또는 제어기 (212) 로부터 수신된 신호들을 스위칭하는 것에 의해) 모터에 흐르는 전류의 양, 방향, 주파수 등 및 그 페이즈를 조절하기 위한 제어기이다.

도 2 의 구성은 모터 관련 기능이 운동 디바이스의 다른 기능들로부터 실질적으로 격리/분리되는 제 1 예의 아키텍처를 예시하도록 의도된다. 동작가능하게 커플링된 "보드"를 포함하는 것으로 설명되었지만, 용어 "보드"는 주로 단순성 및 명확성을 위해 사용된다. 인터페이스 (250) 를 통해 동작가능하게 커플링된 물리적으로 분리되고 실질적으로 단일화된 컴포넌트들인 모터 드라이브 보드 (210) 및 애플리케이션 제어기 보드 (202) 를 넘어서는 용어 보드의 사용에 어떠한 특정한 의미도 기여해서는 안된다. 용어 "보드"가 본원에서 애플리케이션 제어기 및 모터 드라이브의 맥락에서 사용되는 한, 이러한 언어는 단지 별개의 시스템 컴포넌트들 사이의 구별을 용이하게 하기 위한 것이며, 모터 드라이브 또는 애플리케이션 제어기에 관한 임의의 특정한 구조적 제한들을 부가하는 것으로 고려되어서는 안 된다.

도 3 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 2 시스템 아키텍처 (300) 의 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (300) 는 이하, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (310) 로 지칭되는, 제 1 인터페이스 (310) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (320) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (302) 를 포함한다. 애플리케이션 제어기 보드 (302) 는 전력 시스템 인터페이스 (306) 를 통한 전력 시스템의 제어 및 모니터링 및 장비 I/O (308) 를 관리하는 것을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하는 제어기 (304) 를 포함한다.

모터 드라이브 보드 (320) 는 제어기 (322) 를 포함한다. 도 3 의 구현에서, 제어기 (322) 는 외부 디바이스와의 통신, 운동 디바이스 모터의 제어 및 모니터링, 긴급 브레이크 시스템의 제어 및 모니터링 및 데이터 수집을 포함하는 기능성을 관리한다.

외부 디바이스들과의 통신과 관련하여, 제어기 (322) 는 일반적으로 외부 디바이스들과, 이를 테면, 이들에 제한되는 것은 아닌 다른 컴퓨팅 디바이스들 (예를 들어, 데스크탑 컴퓨터들, 랩탑 컴퓨터들, 스마트폰들, 태블릿들 등) 에 대한 통신을 제어 및 관리할 수 있다. 이러한 통신을 용이하게 하기 위해, 모터 드라이브 보드 (320) 는 외부 디바이스들 (340) 과의 유선 및/또는 무선 통신을 가능하게 하는 통신 모듈 (324) 을 포함할 수 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 통신 모듈 (324) 은 운동 디바이스의 장비 I/O (308) 에 더하여, 프로그래머 디바이스 (342) (예를 들어, 운동 디바이스를 프로그래밍 및 재구성하기 위한 특수 컴퓨팅 디바이스) 와의 통신을 더욱 용이하게 할 수도 있다. 모터 드라이브 보드 (320) 는 또한, 도 3 에 예시된 바와 같이 외부 디바이스들, 이를 테면 프로그래머 (342) 와의 통신을 용이하게 하기 위해 외부 디바이스 인터페이스 (326) 를 포함할 수도 있다.

운동 디바이스 모터의 제어 및 모니터링과 관련하여, 제어기 (322) 는 스위칭 회로 (323) 에 통신가능하게 커플링되어 이를 제어할 수도 있다. 스위칭 회로 (323) 는 이어서 모터 인터페이스 (330) 를 통하여 모터 (350) 에 커플링될 수도 있고 제어기 (322) 로부터 수신된 스위칭 신호들에 응답하여 모터 (350) 에 대한 전류의 전달을 제어할 수도 있다.

긴급 브레이크 시스템의 제어 및 모니터링과 관련하여, 제어기 (322) 는 긴급 브레이크 (360) 를 포함하는 긴급 브레이킹 시스템에 전력을 전달하도록 적응된 드라이버 (332) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 긴급 브레이킹 시스템은 모터 (350) 를 신속하게 정지 및 로킹하도록 구성되는 기계적 브레이크일 수도 있다. 다른 구현들에서, 긴급 브레이킹 시스템은 추가로 또는 대안적으로 전자 브레이킹 시스템, 이를 테면, DC 주입 브레이킹 시스템 또는 플러그 브레이킹 시스템을 포함할 수도 있다. 이에 따라, 긴급 브레이킹 시스템을 포함하는 구현들에서, 모터 드라이브 보드 (320) 는 기계적 브레이크에 맞물리거나 또는 전자 브레이킹을 용이하게 하기 위해 전력을 제공하도록 긴급 브레이크 인터페이스 (334) 을 포함할 수도 있고, 이를 통하여 전력이 드라이버 (332) 로부터 긴급 브레이크 (360) 로 전달될 수도 있다.

데이터 수집과 관련하 모터 드라이브 보드 (320) 는 제어기 (322) 에 통신가능하게 커플링되고 그리고 운동 디바이스 시스템의 시스템들의 여러 센서들로부터의 데이터를 회득, 수신, 프로세스, 저장 등을 위해 구성되는 하나 이상의 데이터 취득 유닛들 (336) 을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 데이터 취득 유닛 (336) 은 예를 들어, 모터 인터페이스 (330) 및 긴급 브레이크 인터페이스 (334) 를 통하여 각각 모터 센서들 (352) 및 긴급 브레이크 센서들 (362) 의 각각에 통신가능하게 커플링된다. 모터 센서들 (352) 은 모터 (350) 의 위치, 힘, 속력, 가속도, 전기 파라미터들 (예를 들어, 전류, 전압 등), 및 다른 유사한 동작 파라미터들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 여러 파라미터들을 측정할 수도 있다. 이와 유사하게, 긴급 브레이크 센서들 (362) 은 긴급 브레이크 (360) 의 위치, 힘, 속력, 가속도, 전기 파라미터들 (예를 들어, 전류, 전압 등), 및 다른 유사한 동작 파라미터들을 비제한적으로 측정할 수도 있다.

도 3 에 추가로 예시된 바와 같이, 제어기 (322) 는 또한 제어기 (322) 에 의한 실행 및 사용을 위하여 데이터 및 명령을 저장하는데 사용될 수도 있는 메모리 (338) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있다. 메모리 (338) 는 또한 애플리케이션 제어 보드 (302) 의 제어기 (304) 에 의한 실행 및 사용을 위한 명령들 및 데이터를 저장할 수도 있다.

도 4 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 3 시스템 아키텍처 (400) 의 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (400) 는 이하, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (410) 로 지칭되는, 제 1 인터페이스 (410) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (420) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (402) 를 포함한다. 모터 드라이브 보드 (320) 가 운동 디바이스의 동작에 관련된 실질적인 양의 기능을 제공하였던 도 3 의 구현과 대조적으로, 시스템 아키텍처 (400) 는 운동 디바이스의 실질적인 기능이 모터 드라이브 보드 (420) 의 스위칭 회로 (423) 에 의해 제공된 스위칭 기능성을 제외하고 애플리케이션 제어기 보드 (402) 에 의해 제어기/관리되는 대안예를 예시한다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 애플리케이션 제어기 보드 (402) 는 전력 시스템 인터페이스 (406) 를 통한 전력 시스템 (206) 의 제어 및 모니터링, 그리고 운동 디바이스들의 컴포넌트들 및 외부 디바이스들 양방과의 일반 통신을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하는 제어기 (404) 를 포함한다. 이를 행하기 위해, 애플리케이션 제어기 보드 (402) 는 프로그래머 (440), 외부 디바이스들 (442), 및 장비 I/O (408) 를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다른 디바이스들 및 컴포넌트들과의 유선 및/또는 무선 통신을 용이하게 하는 통신 모듈 (424) 을 포함할 수도 있다. 애플리케이션 제어기 보드 (402) 는 또한 제어기 (404) 에 의해 실행가능한 명령들 및 데이터를 저장하기 위한 메모리 (438) 를 포함할 수도 있다.

이전에 주지된 바와 같이, 모터 드라이브 보드 (420) 는 도 3 의 모터 드라이브 보드 (320) 에 비해 비교적 최소이다. 보다 구체적으로, 모터 드라이브 보드 (420) 는 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (410) 를 통하여 애플리케이션 보드 (402) 에 커플링된 스위칭 회로 (423) 를 포함한다. 도 4 에 예시된 바와 같이, 모터 드라이브 보드 (420) 는 자체 소유의 별개의 제어기를 포함하지 않을 수도 있다. 이러한 구현들에서, 스위칭 회로 (423) 는 그 대신에, 예를 들어, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (410) 를 통하여 제어기 (404) 로부터 스위칭 신호들을 수신하는 것에 의해 애플리케이션 보드 (402) 의 제어기 (404) 에 의해 제어될 수도 있다. 이와 유사하게, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (410) 는 또한 예를 들어, 전력 시스템 인터페이스 (406) 를 통하여 전력 시스템으로부터 스위칭 회로 (423) 로의 전력 전달을 용이하게 한다. 모터 드라이브 보드 (420) 는 또한 운동 디바이스의 모터 (450) 및 연관된 모터 센서들 (452) 과의 전력 전달 및 통신을 용이하게 하는 모터 인터페이스 (430) 를 포함할 수도 있다.

도 5 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 4 시스템 아키텍처 (500) 를 예시하는 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (500) 는 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (510) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (520) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (502) 를 포함한다. 도 4 의 구현과 유사하게, 운동 디바이스의 실질적인 기능성은 애플리케이션 제어기 보드 (502) 에 의해 제어기/관리되는 한편, 일차적으로 모터 스위칭 기능성은 모터 드라이브 보드 (520) 에 의해 제공된다.

애플리케이션 제어기 보드 (502) 는 전력 시스템 인터페이스 (506) 를 통한 전력 시스템의 제어 및 모니터링, 그리고 운동 디바이스의 컴포넌트들 및 외부 디바이스들 양방과의 일반 통신을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하고 메모리 (538) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있는 제어기 (504) 를 포함한다. 이러한 통신을 위하여, 애플리케이션 제어기 보드 (502) 는 프로그래머 (540), 외부 디바이스들 (542), 및 장비 I/O (508) 를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다른 디바이스들 및 컴포넌트들과의 유선 및/또는 무선 통신을 용이하게 하는 통신 모듈 (524) 을 더 포함할 수도 있다.

도 4 의 모터 드라이브 보드 (420) 와 유사하게, 모터 드라이브 보드 (520) 는 일반적으로 스위치 기능성으로 제한되고, 그 결과, 애플리케이션 보드 (502) 의 제어기 (504) 에 의해 예를 들어, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (510) 를 통하여 일반적으로 제어되는 스위칭 신호들을 수신하는 스위칭 회로 (523) 를 포함한다. 그러나, 모터 인터페이스 (430) 를 포함하는 모터 드라이브 보드 (420) 와 달리, 모터 드라이브 보드 (520) 는 운동 디바이스의 모터 (550) 또는 모터 센서들 (552) 에 직접 접속하지 않는다. 오히려, 스위칭 회로 (523) 에 의해 제어된 전력은 애플리케이션 제어기 보드 (502) 를 통하여 그리고 애플리케이션 제어기 보드 (502) 의 모터 인터페이스 (530) 를 통하여 모터 (550) 로 다시 전달된다.

도 6 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 5 시스템 아키텍처 (600) 의 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (600) 는 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (610) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (620) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (602) 를 포함한다. 비교적 제한된 기능성을 갖는 모터 드라이브 보드들을 포함하는 도 4 및 도 5 의 구현들과 대조적으로, 도 6 은 모터 드라이브 보드 (620) 가 운동 디바이스의 상당히 더 많은 동작들을 처리하는 구현을 예시한다.

도 6 의 구현에서, 애플리케이션 제어기 보드 (602) 는 일반적으로 운동 디바이스와 연관된 적어도 일부 기본 기능성을 수행할 수도 있는 제어기 (604) 를 포함한다. 예를 들어, 애플리케이션 제어기 보드 (602) 는 이들에 제한되지 않는, 유선 또는 무선 네트워킹, 사용자 데이터의 로딩 및 저장, 또는 운동 디바이스의 현재 상태 (에를 들어, 온/오프) 를 결정하는 것과 같은 비-모션 관련 제어 작업을 처리할 수도 있다.

운동 디바이스의 나머지 기능성의 상당한 부분이 제어기 (622) 를 포함하는 모터 드라이브 보드 (620) 에 의해 처리된다. 도 3 의 아키텍처 (300) 와 유사하게, 운동 디바이스의 동작과 관련된 여러 기능들이 모터 드라이브 보드 (620) 의 대응하는 컴포넌트들 및 제어기 (622) 에 의해 처리된다. 예를 들어, 제어기 (622) 는 스위칭 회로 (623) 를 제어하고, 이는 이어서 제어기 (622) 로부터 수신된 스위칭 신호들 및 설정들에 따라 모터 인터페이스 (630) 를 통하여 모터 (650) 에 전력을 제공한다. 통신 모듈 (624) 및 외부 디바이스 인터페이스 (626) 는 또한 예를 들어, 프로그래머 (642) 및/또는 외부 디바이스들 (640) 과의 유선 및 무선 통신을 용이하게 한다. 제어기 (622) 는 또한 긴급 브레이크 (660) 에 전력을 제공하기 위해 드라이버 (632) 를 포함할 수도 있는 긴급 브레이크 시스템의 제어 및 모니터링을 처리한다. 모터 드라이브 보드 (620) 는 또한 데이터 수집 및 프로세싱을 용이하게 할 수도 있다. 예를 들어, 모터 드라이브 보드 (620) 는 무엇보다도, 비제한적으로 (예를 들어, 모터 인터페이스 (630) 를 통한) 모터 센서들 (652) 및 (예를 들어, 긴급 브레이크 인터페이스 (634) 를 통한) 긴급 브레이크 센서들 (662) 로부터 데이터를 수집하는 하나 이상의 데이터 취득 유닛들 (636) 을 포함할 수도 있다. 제어기 (622) 는 또한 제어기 (622) 또는 제어기 (604) 에 의해 사용하기 위한 데이터 및 명령들을 포함하는 데이터 및 명령들을 저장하는데 사용되는 메모리 (638) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있다.

장비 I/O (308) 및 전력 시스템 인터페이스 (306) 를 애플리케이션 보드 (302) 의 부분으로서 포함하였던 도 3 의 아키텍처 (300) 와 대조적으로, 아키텍처 (600) 는 장비 I/O (608) 및 전력 시스템 인터페이스 (606) 의 각각을 모터 드라이브 보드 (620) 로 이동시킨다.

도 7 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 6 시스템 아키텍처 (700) 의 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (700) 는 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (710) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (720) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (702) 를 포함한다. 도 3 의 시스템 아키텍처 (300) 과 유사하게, 시스템 아키텍처 (700) 는 애플리케이션 제어기 보드 (702) 와 모터 드라이브 보드 (720) 사이의 운동 디바이스 제어 및 동작의 분배를 수반하지만, 더 많은 기능성이 애플리케이션 보드 (302) 보다 도 7 의 애플리케이션 보드 (702) 에 의해 처리된다.

애플리케이션 제어기 보드 (702) 는 전력 시스템 인터페이스 (706) 를 통한 전력 시스템의 제어 및 모니터링 및 장비 I/O (708) 를 관리하는 것을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하는 제어기 (704) 를 포함한다. 애플리케이션 제어기 보드 (702) 는 프로그래머 (740) 및 외부 디바이스들 (742) 을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다른 디바이스들 및 컴포넌트들과의 유선 및/또는 무선 통신을 용이하게 하는 외부 디바이스 인터페이스 (726) 및 통신 모듈 (724) 을 더 포함한다. 애플리케이션 제어기 보드 (702) 는 하나 이상의 데이터 취득 유닛들 (736) 을 사용하여 여러 데이터 취득 기능들에 앞서 그리고 드라이버 (732) 를 통하여 긴급 브레이크 (760) 를 추가로 제어한다. 예를 들어, 데이터 취득 유닛들 (736) 은 하나 이상의 긴급 브레이크 시스템 센서들 (762) 과 통신할 수도 있다.

위에 주지된 바와 같이, 모터 드라이브 보드 (720) 는 드라이버/애플리케이션 보드 인터페이스 (710) 를 통하여 애플리케이션 제어기 보드 (702) 에 커플링된다. 모터 드라이브 보드 (720) 는 애플리케이션 보드 (702) 의 제어기 (704) 에 통신가능하게 커플링되는 별도의 제어기 (722) 를 포함한다. 제어기 (722) 는 이어서 모터 인터페이스 (730) 를 통하여 운동 디바이스의 모터 (750) 로 전력을 제공하는 스위칭 회로 (723) 의 동작을 제어한다. 제어기 (722) 는 또한 제어기 (722) 또는 제어기 (704) 에 의해 사용하기 위한 데이터 및 명령들을 포함하는 데이터 및 명령들을 저장하는데 사용되는 메모리 (738) 에 통신가능하게 커플링될 수도 있다.

모터 (750) 는 모터 센서 (752) 를 포함할 수 있고, 그로부터 신호가 모터 인터페이스 (730) 를 통해 수신되고 처리를 위하여 데이터 취득 유닛 (736) 으로 전달될 수 있다. 이와 유사하게, 데이터 취득 유닛들 (736) 은 긴급 브레이크 센서들 (762) 로부터 추가적인 신호들을 수신할 수도 있다.

도 8 은 본 개시에 따른 운동 디바이스를 위한 제 7 시스템 아키텍처 (800) 의 블록 다이어그램이다. 시스템 아키텍처 (800) 는 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (810) 를 통하여 모터 드라이브 보드 (820) 에 통신가능하게 커플링되는 애플리케이션 제어기 보드 (802) 를 포함한다. 도 7 의 시스템 아키텍처 (700) 과 유사하게, 시스템 아키텍처 (800) 는 애플리케이션 제어기 보드 (802) 와 모터 드라이브 보드 (820) 사이의 운동 디바이스 제어 및 동작의 분배를 포함한다.

애플리케이션 제어기 보드 (802) 는 전력 시스템 인터페이스 (806) 를 통한 전력 시스템의 제어 및 모니터링 및 장비 I/O (808) 를 관리하는 것을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 운동 디바이스의 여러 기능들을 제어하는 제어기 (804) 를 포함한다. 애플리케이션 제어기 보드 (802) 는 운동 디바이스를 동작하는데 사용하기 위한 데이터 및/또는 명령을 저장하기 위한 메모리 (838) 를 더 포함한다.

모터 드라이브 보드 (820) 는 애플리케이션 보드 (802) 의 제어기 (804) 에 통신가능하게 커플링되는 별도의 제어기 (822) 를 포함한다. 모터 드라이브 보드 (820) 는 애플리케이션 보드 (802) 의 제어기 (804) 에 통신가능하게 커플링되는 별도의 제어기 (822) 를 포함한다. 제어기 (822) 는 이어서 모터 인터페이스 (830) 를 통하여 운동 디바이스의 모터 (850) 로 전력을 제공하는 스위칭 회로 (823) 의 동작을 제어한다. 모터 드라이브 보드 (820) 는 프로그래머 (840) 및 외부 디바이스들 (842) 을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다른 디바이스들 및 컴포넌트들과의 유선 및/또는 무선 통신을 용이하게 하는 외부 디바이스 인터페이스 (826) 및 통신 모듈 (824) 을 더 포함한다. 모터 드라이브 보드 (820) 는 하나 이상의 데이터 취득 유닛들 (836) 을 사용하여 여러 데이터 취득 기능들을 추가로 제어한다. 예를 들어, 데이터 취득 유닛들 (836) 은 모터 (850) 와 연관된 모터 센서들 (852) 로부터 센서 데이터를 수신할 수도 있다. 데이터 취득 유닛들 (836) 은 또한 데이터 취득 유닛들 (836) 로 예를 들어, 드라이브/애플리케이션 보드 인터페이스 (810) 를 통하여 통과될 수 있는 다른 컴포넌트들, 이를 테면 센서들 (862) 로부터 데이터를 수신할 수도 있다.

도 2-8 은 예시적인 것으로만 의도되며, 명료화를 위하여 특정 컴포넌트들을 생략할 수도 있다. 또한, 포함된 특정 컴포넌트들 및 시스템들은 도 2-8 사이에서 변경될 수도 있고, 위에 설명된 컴포넌트들 및 시스템은 본 개시의 구현들에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 위에 논의된 임의의 구현들은 긴급 브레이크 시스템, 데이터 취득 시스템, 메모리 또는 다른 시스템들을 배제하며, 본원에 논의된 컴포넌트는 그럼에도 불구하고 달리 구체화되지 않은 한, 이러한 시스템들을 포함하도록 수정될 수도 있다.

위에 논의된 여러 아키텍처들의 각각은 상이한 운동 디바이스 설계들에 대하여 그리고 상이한 애플리케이션들에 대해 적절할 수도 있다. 예를 들어, 도 3 의 구현은 전력 및 드라이브 전자 장치가 운동 디바이스의 기계 장비와 긴밀하게 통합되어야 하는 경우에 적절할 수도 있다. 이와 대조적으로, 도 4 및 도 5 의 모터 드라이브들은 모터 드라이브 및 전력 전자장치가 시스템에 더 느슨하게 커플링되고/되거나 어셈블리 프로세스의 종점을 향하여 추가될 수 있는 애플리케이션들에 대하여 유익할 수도 있다. 도 4 및 도 5 의 아키첵처는 또한 운동 디바이스가 다수의 전력 레벨에서의 구성 및 동작에 적절하고 그 각각이 상이한 구동 설계를 요구할 수도 있는 경우에 유용할 수도 있다. 보다 일반적으로, 주어진 아키텍처는, 다른 것들 중에서도, 제품 로드맵 또는 제품 라인; 운동 디바이스의 업그레이드 가능성; 제조, 소싱, 관세, 조립, 또는 다른 제약들 등에 기초하여 구현될 수 있다.

D. 통신 및 디지털 드라이브 전자장치

특정 구현들에서, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 내부 및 외부 컴포넌트들과 시스템들 사이의 통신을 단순화하는 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 운동 디바이스는 직접 인터페이스를 제공하여 통신을 단순화하는 마이크로컴퓨터, 아날로그 회로, 제어기 등을 포함할 수 있다. 이러한 인터페이스는 RS485 또는 제어기 영역 네트워크 (CAN) 표준을 포함하지만 이에 제한되지 않는 특정 표준에 따를 수 있다. 인터페이스는 또한 펄스 폭 변조 (PWM) 시그널링을 지원할 수 있거나, 하나 이상의 전압 레벨들에 기초하여 통신을 용이하게 하는 아날로그 인터페이스일 수 있다.

본 개시에 따른 운동 디바이스에서의 시그널링 및 통신은 적절한 격리/차폐에 의해 용이하게 될 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부 구현들에서, 시그널링은 모터 스위칭 잡음으로부터 운동 디바이스의 전자장치를 차폐하기 위해 (예를 들어, 디지털 광학 커플링 또는 유사한 격리 기술들을 통해) 전기적으로 격리될 수 있다.

디지털 인터페이스가 컴포넌트들 사이에서 구현되는 정도까지, 이러한 인터페이스는 어드밴스드 제어 구성 및 운동 디바이스의 제어기로 다시 데이터 리포팅을 가능하게 하는 추가된 이점을 제공할 수 있다. 이러한 데이터는, 예를 들어, 제한 없이, 모터 성능 파라미터들 (이를 테면, 속도, 위치, 전류 등), 배터리 전압 등을 포함할 수 있다.

특정 실시형태들에서 게이트 드라이브 신호들은 애플리케이션 보드로부터 모터 드라이브 보드의 스위칭 회로로 직접 제공된다. 예를 들어, 도 4 및 도 5 는 애플리케이션 제어기 보드의 제어기가 통신가능하게 결합되고 중간 제어기 없이 모터 드라이브의 스위칭 회로에 게이트 드라이브 신호들 또는 다른 제어 신호들을 직접 제공하는 예시적인 아키텍처를 각각 도시한다. 이러한 배열체들은 모터 드라이브를 덜 비싸고 제조하기 더 단순하게 만드는 이점을 가질 수 있다.

E. 피드백

본 발명에 따른 운동 디바이스의 제어, 보다 구체적으로, 이러한 운동 디바이스의 모터 (예를 들어, 브러시리스 또는 AC 모터) 는 일반적으로 효율적인 동작 및 저속 토크를 유지하기 위해 로터 위치 피드백을 필요로 할 수 있다. 따라서, 도 1을 참조하면, 적어도 일부 구현예에서, 모터 드라이브 (106) 는 모터 어셈블리 (108) 로부터 센서 측정값을 수신하도록 구성될 수 있거나, 모터 어셈블리 (108) 의 다양한 동작 파라미터를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 로터 위치의 경우, 센서들은 로터 위치를 직접 보고할 수 있거나, 로터 위치를 결정하기 위해, 예를 들어 모터 드라이브 (106) 에 의해 프로세싱될 수 있는 데이터를 제공할 수 있다. 모터 드라이브 (106) 에 의해 결정된 로터 위치는 모터 어셈블리 (108) 를 제어하기 위해 모터 드라이브 (106) 에 의해 사용될 수 있고/있거나 모터 드라이브 (106) 는 운동 디바이스 (100)의 추가적인 제어 및 동작을 용이하게 하기 위해 (예를 들어, 디지털 신호에 의해) 로터 위치를 애플리케이션 제어기 (104) 에 리포팅할 수 있다. 로터 위치에 부가하여 또는 그 대신에, 모터 드라이브 (106) 는 모터 어셈블리 (108) 의 임의의 다른 측정가능한 파라미터에 대해 애플리케이션 제어기 (104) 와 모터 어셈블리 (108) 사이의 매개체로서 작용할 수 있다.

모터 어셈블리 (108) 의 로터 위치를 측정하는 대신에 또는 그에 더하여, 운동 디바이스 (100) 는 페달 위치 센서, 로잉 스풀 센서 등과 같은 다양한 위치 관련 센서를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 센서들은 직접 로터 위치 피드백에 대한 필요성을 제거하는데 사용될 수도 있다. 이러한 목적을 위해 사용되는 특정 센서 유형은 인코더, 홀 효과 센서, 자력계, 자기 리드 센서, 유도 검출기, 및 분해기를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

로터 위치 또는 다른 위치 관련 센서에만 의존하는 것과 같은 센서들의 통합은 리던던트 센서들을 제거함으로써 운동 디바이스 (100) 의 전체 비용을 감소시킬 수 있고, 특정 경우들에서, 운동 디바이스 (100) 의 제어 및 동작을 단순화할 수 있다. 대안적으로, 운동 디바이스 (100) 는 위치 또는 다른 피드백을 제공하기 위한 다수의 센서를 포함할 수 있다. 이러한 리던던시는 운동 디바이스 (100) 의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

F. 튜닝 인터페이스

적어도 특정 구현예에서, 모터 드라이브 (106) 는 모터 드라이브 (106) 의 프로그래밍 및 조정을 용이하게 하는 튜닝 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 프로그래밍 및 조정은, 예를 들어, 상이한 애플리케이션/운동을 위해 모터 드라이브 (106) 를 적응시키고, 특정 애플리케이션/운동을 위해 모터 드라이브 (106) 의 성능 특성을 튜닝하고, 모터 드라이브 (106) 의 디버깅/진단을 수행하는 등에 사용될 수 있다. 다른 무엇보다도 그리고 제한 없이, 튜닝 인터페이스는 상이한 모터들을 고려하기 위해, 이용가능한 센서들을 설명하기 위해, 안전 임계값들을 설정 또는 수정하기 위해, 모터 드라이브 (106) 의 동작 파라미터들에 액세스 또는 수정하기 위해, 상이한 동작 모드들 (예를 들어, 전력 모드, 토크 전달 모드) 과 연관된 파라미터들을 변경하기 위해, 열 보호/능동 냉각과 관련된 파라미터들을 변경하기 위해, 특정 동작 모드들 (예를 들어, 디버그/R&D 모드들) 을 가능하게 하고 대응하는 데이터에 액세스하는 등을 위해 모터 드라이브 (106) 의 튜닝/프로그래밍을 용이하게 할 수 있다. 적어도 특정 구현들에서, 튜닝 인터페이스는 사용자에 의해 지불된 가입 레벨 또는 요금에 따라 피처들, 범위들, 모드들 등을 로크/언로드하기 위해 사용될 수 있다.

튜닝 인터페이스는 모터 드라이브 (106) 상의 물리적 포트를 포함할 수 있고/있거나, 예를 들어, 적절한 무선 연결을 통해 액세스가능한 소프트웨어 인터페이스를 포함할 수 있다. 또 다른 구현들에서, 튜닝 인터페이스는 모터 드라이브 (106) 의 원격 튜닝, 재프로그래밍, 업데이트, 진단 등을 용이하게 하기 위해, 예를 들어 네트워크 접속을 통해 원격 컴퓨팅 디바이스로부터 액세스가능할 수 있다.

특정 구현들에서, 튜닝 인터페이스는 사용자에게 선적하기 전에 초기 프로그래밍, 교정, 조정 등을 용이하게 하도록 또는 그렇지 않으면 운동 디바이스 (100) 의 제조자에 의해서만 액세스가능하도록 구성될 수 있다. 다른 구현들에서, 적어도 일부 튜닝 특징들은 사용자에게 이용가능하게 될 수 있다.

도 2-8 의 맥락에서 이전에 논의된 바와 같이, 본 개시의 적어도 특정 구현들에서, 운동 디바이스는 하나 이상의 외부 디바이스들과 통신할 수 있는 외부 디바이스 인터페이스 (예를 들어, 도 3 의 외부 디바이스 인터페이스 (326)) 또는 통신 모듈 (예를 들어, 도 3 의 통신 모듈 (324)) 을 포함할 수 있다. 이러한 외부 디바이스들은 운동 디바이스의 설정들/구성들을 수정하는데 사용될 수 있는 특수화된 프로그래머 (예를 들어, 도 3 의 프로그래머 (342)) 를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 통신 모듈 또는 외부 디바이스 인터페이스 중 어느 하나가 전술한 튜닝 인터페이스로서 동작할 수 있다.

G. 펌웨어 업데이트

특정 구현들에서, 본 개시의 모터 제어 보드들은 부트로더 또는 유사한 베이스-레벨 펌웨어 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 인터페이스는 모터 제어 보드의 모터 제어기의 펌웨어에 대한 업데이트를 허용할 수 있고, 모터 제어기의 물리적 포트에 의해 및/또는 무선 인터페이스를 통해 액세스될 수 있다. 특정 구현들에서, 펌웨어 인터페이스는 펌웨어 업데이트들의 배치를 용이하게 하기 위해, 예를 들어 네트워크/인터넷을 통해 원격 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스가능할 수 있다. 그 결과, 펌웨어 업데이트는 운동 디바이스의 후속 배치를 포함하여 언제든지 쉽게 발행될 수 있다. 통신이 애플리케이션 제어기에 의해 처리되는 구현들에서, 운동 디바이스의 모터 제어기 또는 임의의 다른 컴포넌트들에 대한 펌웨어 업데이트들은 애플리케이션 제어기에 의해 수신될 수 있고, 예를 들어, 애플리케이션 제어기와 컴포넌트 사이의 대응하는 인터페이스를 통해 대응하는 컴포넌트로 송신되거나 온보드 무선 또는 유선 인터페이스들을 통해 직접 수신될 수 있다.

H. 메모리

논의된 바와 같이, 예를 들어, 도 3 의 맥락에서, 본 발명에 따른 모터 제어 보드는 메모리 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 메모리 유닛은 모터 제어 보드의 제어기 내부에 있을 수 있거나 제어 보드와 별개인 개별 유닛일 수 있다. 메모리는 일반적으로 사용 통계, 시스템 결함 이력, 데이터 로그, 동작 사이클 데이터, 센서 정보, 다른 원시 또는 연산된 메트릭 등을 저장하는데 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 주기적으로 소거 및 재기록될 수 있고, 디바이스 상에 유지될 수 있고, 및/또는 유선 및/또는 무선 접속에 의한 원격 저장 및/또는 프로세싱을 위해 외부적으로 송신될 수 있다. 통신이 애플리케이션 제어기에 의해 처리되는 구현예에서, 기록된 데이터는 외부 송신을 위해 애플리케이션 제어기에 의해 모터 제어 보드로부터 송신 또는 수신될 수 있다. 기록된 데이터는 테스트 중인 디바이스 또는 현장에서 사용 정보를 분석하거나 실패한 유닛에 대한 이벤트의 "사후" 시퀀싱을 제공하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 기록된 데이터는 또한 사용자에게 그리고 다른 사용자 경험/사용자 인터페이스 관련 목적을 위해 통계 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 구현예에서, 수집된 사용 데이터는 사용자가 운동 디바이스를 사용하여 얼마나 자주 또는 드물게 운동을 완료했는지에 관한 경고, 리마인더, 또는 유사한 통지를 제공하는데 사용될 수 있으며, 이는 본 개시에 따른 운동 디바이스의 사용자의 피어 또는 다른 사용자와의 비교를 포함할 수 있다.

I. 전력 공급 멀티플렉싱

운동 머신은 사용자에 의한 운동 동안 생성된 에너지를 분산하여 전력 자체를 에너지로 드로잉해야 한다. 통상적으로, 운동 머신은 벽면 아웃렛과 같은 AC 파워 소스로부터 전력을 드로잉하는 동시에 큰 열 소산 표면을 통해 에지를 방산한다. 이러한 접근방식은 사용자에 의해 생성된 에너지가 실질적으로 낭비되고 AC 전력이 가능하게 과소모되기 때문에 매우 비효율적일 수도 있다.

전술한 문제를 해결하기 위해, 무엇보다도, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 다양한 소스들로부터 운동 디바이스의 다양한 부하들로 전력을 동적으로 라우팅하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 운동 디바이스에 의한 효율적인 에너지 사용을 용이하게 할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 운동 디바이스는 다양한 팩터에 기초하여 전력 라우팅을 용이하게 하는 전력 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 다른 무엇보다도, 전력 멀티플렉서 및 연관된 전력 관리 시스템은 배터리, AC 어댑터, 발전 그리드 공급 시스템, 소산성 엘리먼트, 커패시터, 또는 유사한 엔드포인트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 전력 관련 컴포넌트들로/로부터 흐르는 전력을 조정한다. 특정 애플리케이션에서, 전력 멀티플렉서는 다양한 시스템 입력들에 기초하여 전력을 라우팅하도록 구성될 수 있고 및/또는 이용가능한 전력 엔드포인트들 사이의 부하 균형을 유지하도록 구성될 수 있다.

도 9 는 도 1 의 운동 디바이스 (100) 와 같은 운동 디바이스에 사용하기 위한 예시적인 전력 시스템 (900) 의 블록 다이어그램이다. 전력 시스템 (900) 은 다른 전력-관련 디바이스 컴포넌트들에 대한 허브로서 작용하는 전력 멀티플렉서 (902) 를 포함한다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 이러한 컴포넌트들은 전력 공급 장치 (908), 재생 유닛 (910), 모터 드라이브 전자 장치 (912), 소산성 부하 (914), 하나 이상의 트랜스듀서 (916), 에너지 저장부 (918), 전력 발생기 (920), 및 브레이크 드라이브 전자장치 (922) 를 포함할 수도 있지만 이들에 제한되지 않는다. 전력 멀티플렉서 (902) 는 또한 현재 공지되거나 나중에 개발될 임의의 적절한 전력 소스/싱크를 포함하도록 의도되는, 여러가지 조합 전력 소스/부하들 (924), 부하들 (926), 및 소스들 (928) 에 접속되는 것으로 도시된다.

단지 예로서 그리고 제한 없이, 소스들/부하들 (908-928) 은 다양한 형태들을 취할 수도 있다. 전력 공급 장치 (908) 는 예를 들어 통상적인 벽면 아웃렛에 사용될 수도 있는 AC 어댑터 또는 유사한 플러그에 대응할 수도 있다. 재생 유닛 (910) 은 일반적으로 전력이 운동 디바이스의 사용에 응답하여 발생될 수도 있는 운동 디바이스의 임의의 시스템을 지칭한다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 재생 유닛 (910) 은 사용자가 운동을 수행할 때 모터 권선으로부터 에너지를 캡처하는 재생 브레이킹 시스템에 대응할 수도 있다. 모터 드라이브 전자 장치 (912) 는 운동 디바이스의 모터의 드라이브 컴포넌트들 (예를 들어, 스테이터 및 로터) 에 대한 전력을 보내고 제어하는 전자장치를 지칭한다. 이러한 컴포넌트들은 모터 제어기, 이를 테면, 도 1 의 모터 드라이브 (106) 내에 통합될 수도 있다. 소산성 부하 (914) 는 일반적으로 전력을 소산 또는 "하강"시키는 수단으로서 사용된 임의의 부하를 지칭한다. 예를 들어, 특정 실시형태들에서, 소산성 부하 (914) 는 접지 저항기일 수도 있다. 트랜스듀서 (916) 는 일반적으로 전기적 에너지와 기계 에너지 사이에서 (일방향 또는 양방향으로) 변환할 수 있는 임의의 컴포넌트를 지칭한다. 이들 중에서도, 트랜스듀서 (916) 는 마찰전기 디바이스들, 압전 디바이스들, 및 전자기 디바이스들을 포함할 수도 있다. 에너지 저장부 (918) 는 일반적으로 임의의 적절한 형태로 저장 에너지에 사용된 운동 디바이스의 임의의 컴포넌트를 지칭한다. 특정 실시형태들에서, 에너지 저장부 (918) 는 배터리 (예를 들어, 리튬 이온 배터리) 일 수도 있지만; 그러나, 에너지 저장부 (918) 는 또한 다른 적절한 에너지 저장 컴포넌트들, 이를 테면, 이들에 제한되는 것은 아닌, 커패시터, 플라이휠, 압축 가스 등을 포함할 수도 있다. 전력 발생기 (920) 는 일반적으로, 전력을 발생가능한 디바이스들 또는 시스템들을 지칭하며, 특정 실시형태들에서, 운동 디바이스에 커플링될 수도 있거나 운동 디바이스 내에 포함될 수도 있는 디바이스에 대응할 수도 있다. 전력 발생기의 예들은 제한없이, 태양 전지, 연료 전지, 풍력 터빈 등을 포함한다. 마지막으로, 브레이크 드라이브 전자장치 (922) 는 일반적으로 운동 디바이스의 브레이킹을 용이하게 하기 위한 전자 컴포넌트들을 지칭한다. 플러그 또는 주입 브레이킹을 포함하는 구현예들에서, 브레이크 드라이브 전자장치 (922) 는 운동 디바이스의 모터에 DC 전압을 인가하기 위한 시스템들에 대응할 수도 있다. 대안적으로, 브레이크 드라이브 전자장치 (922) 는 (예를 들어, 브레이크 패드 또는 유사한 브레이킹 엘리먼트를 작동시키는 것에 의해) 모터에 기계적 브레이킹 힘을 인가하기 위한 시스템에 대응할 수도 있다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 전력 멀티플렉서 (902) 는 일반적으로 스위치 (906) 에 통신가능하게 커플링되고 이를 제어하고 제어기 (904) 를 포함한다. 스위치 (906) 는 소스/부하 (908-928) 의 각각에 커플링되고 일반적으로 이들 사이에서 선택적 접속을 용이하게 한다. 제어기 (904) 는 애플리케이션 제어기 또는 모터 제어기 (예를 들어, 애플리케이션 제어기 (104) 또는 모터 드라이브 (106)) 의 일방 또는 양방에 통신가능하게 커플링된 독립형 제어기에 대응할 수도 있다. 대안적으로, 제어기 (904) 는 대신에, 운동 디바이스의 애플리케이션 제어기 또는 모터 제어기의 일방 또는 양방에 대응할 수도 있다. 달리 말하면, 운동 디바이스의 애플리케이션 제어기 또는 모터 제어기의 일방 또는 양방은 (단독으로 또는 조합으로) 제어기 (904) 의 기능성의 일부 또는 전부를 제공하도록 구성될 수도 있다.

동작 동안에, 제어기 (904) 는 일반적으로 소스/부하들 (908-928) 사이에 전력을 라우팅하는 방법을 결정하고 스위치 (906) 의 상태를 이에 따라 변경한다. 제어기 (904) 는 여러 팩터들에 기초하여 스위치를 동작시키는 방법을 결정할 수 있다.

일 예시의 구현에서, 제어기 (904) 는 소스/부하들 (908-928) 중 하나 이상의 상태에 기초하여 스위치 (906) 를 동작시킬 수도 있다. 다른 무엇보다도, 제어기 (904) 는 특정 소스/부하들의 존재 또는 부하 또는 이용가능한 소스/부하들의 동작 조건들에 기초하여 전력을 라우팅할 수도 있다.

하나의 특정 예시의 애플리케이션에서, 제어기 (904) 는 배터리 또는 유사한 에너지 저장부 (918) 의 충전 상태에 기초하여 전력을 라우팅할 수도 있다. 이러한 구현들에서, 제어기 (904) 는 에너지 저장부 (918) 의 충전 상태 (예를 들어, 충전된 커패시터의 퍼센트) 에 달리 제공되도록 하는 액세스를 가질 수도 있다. 충전 상태가 특정 임계값 미만의 충전을 나타내는 동안, 제어기 (904) 는 에너지 저장부 (918) 에 대한 스위치 (906) 에 접속되는 하나 이상의 소스들에 의해 제공된 여분의 전력 (예를 들어, 다른 운동 디바이스 기능들에 요구되지 않는 전력) 을 라우팅할 수도 있다. 에너지 저장부 (918) 의 충전 임계값이 만족된 후 또는 에너지 저장부 (918) 가 완전하게 충전된 후, 제어기 (904) 는 전력 멀티플렉서 (902) 에 커플링된 소산성 부하 (914) 또는 일부 다른 에너지 저장 디바이스에 임의의 여분의 전력을 라우팅하도록 스위치 (906) 를 동작시킬 수도 있다.

제어기 (904) 는 또한 소스/부하들 (908-928) 중 하나 이상의 것의 동작 상태를 모니터링하거나 또는 동작 상태에 대응하는 데이터가 제공될 수도 있다. 하나의 예에서, 제어기 (904) 에는 전력 멀티플렉서 (902) 에 커플링된 소스/부하들 (908-928) 의 하나 이상의 것의 동작 온도들이 제공될 수도 있다. 제어기 (904) 가, 동작 온도가 안전 동작 온도에 근접하거나 또는 이를 초과한다고 결정하면, 제어기 (904) 는 이에 따라 전력을 라우팅하기 시작할 수도 있다. 이와 유사하게, 제어기 (904) 는 전력 멀티플렉서 (902) 에 커플링된 부하들의 전류 드로잉을 모니터링할 수도 있고, 과전류가 발생하였거나 발생하기 쉬운 사례들에서 전력을 전환할 수도 있다. 이와 관련하여, 제어기 (904) 는 운동 디바이스의 컴포넌트가 예상할 수 없게 동작하기 시작하거나, 손상되거나, 실패하거나 또는 정상 동작과 반대로 달리 거동하는 이벤트에서 전력을 라우팅하도록 스위치 (902) 를 동작시킬 수도 있다.

다른 구현들에서, 제어기 (904) 는 소스들에 의해 제공되고/되거나 부하들에 의해 요구되는 전력의 특성들에 기초하여 라우팅하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (904) 는 각각의 소스에 의해 공급되고 각각의 부하에 의해 요구되는 전력에 관한 정보 (예를 들어, 전압, AC/DC, 주파수 등) 에 액세스하거나 이를 제공받을 수도 있다. 제어기 (904) 는 그 후, 특정 공통 특성들을 갖는 전력을 소스들과 부하들 사이에 라우팅만할 수도 있다. 이에 따라, 예를 들어, 제어기 (904) 는 특정 전압 범위들 (예를 들어, 저전압, 고전압) 내에서 동작하거나 또는 특정 전류 유형 (예를 들어, AC 전압 또는 DC 전압) 을 갖는 전력을 소스들과 부하들 사이에 라우팅만 할 수도 있다. 어느 경우에도, 전력 멀티플렉서 (902) 에 접속된 소스들로부터 수신된 전력의 특성들은 전력 멀티플렉서 (902) 에 접속된 부하에 의해 요구되는 전력과는 다를 수도 있다. 이러한 경우들에, 소스/부하들 (908-922) 은 필요에 따라 전력 특성들을 변경하기 위하여 트랜스포머들, 정류기들, 인버터들, 컨버터들 또는 다른 유사한 컴포넌트들에 커플링될 수도 있다.

또 다른 구현들에서, 제어기 (904) 는 예상되는 또는 이력의 전력 소산에 기초하여 전력을 라우팅하도록 구성될 수도 있다. 일반적으로, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 온이지만 사용중이 아닐 때 기본 레벨의 전력 소모를 유지한다. 사용자가 운동을 수행할 때, 운동 디바이스, 및 특히 운동 디바이스의 모터에 의해 소모되는 전력은 필요한 저항/부하를 제공하고 모터를 요구 속도로 작동시키기 위해 증가한다. 이에 따라, 모터에 의해 소모되는 전력은 다른 무엇보다도, 수행되고 있는 운동의 유형, 운동 동안에 제공될 저항 (운동의 과정 상에서 저항에서의 임의의 변경들을 포함함), 운동이 수행될 속력 등에 기초하여 변경될 수도 있다. 이에 따라, 예를 들어, 비교적 느린, 낮은 저항 운동은 일반적으로 필요한 작동 및 저항을 제공하기 위해 대응하여 낮지만 오래 지속되는 전력 소모를 수반할 것이다. 이와 반대로, 비교적 높은 저항을 갖는 고속의 폭발적인 운동은 대응하여 높지만 짧은 전력 소모를 수반할 것이다. 운동의 저항 및 속도는 개별적인 렙, 세트 또는 워크아웃의 과정에 걸쳐 변경될 수도 있다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 렙은 렙의 움직임 범위에 걸쳐 동적 부하의 인가를 수반할 수도 있거나, 세트는 일반적으로 렙들 사이에 부하의 증가 또는 감소를 수반할 할수도 있거나, 또는 부하 또는 속력은 하나 이상의 개별 운동을 포함할 수도 있는 더 넓은 범위의 워크아웃 내에서 세트마다 변경될 수도 있다.

상술한 관점에서, 제어기 (904) 는 예상되는 전력 소모에 기초하여 전력을 라우팅하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (904) 는 운동 (예를 들어, 운동 유형, 저항 레벨 등) 또는 다수의 운동들로 구성되는 워크아웃에 대한 파라미터들을 수신할 수도 있다. 파라미터들을 수신하는 것에 응답하여, 제어기 (904) 는 다른 무엇보다도 그리고 비제한적으로, 예를 들어, 운동 디바이스의 모터에 의해 전력이 소모될 것으로 예상되는 양, 타이밍 및 방식을 계산할 수도 있다. 워크아웃 진행 동안에, 제어기 (904) 는 이에 따라, 예를 들어, 요구되는 저항을 제공하기 위해 전력 멀티플렉서 (902) 를 통하여 라우팅하는 전력을 동적으로 변경하는 것에 의해 전력을 라우팅하도록 스위치 (906) 를 제어할 수도 있다.

예를 들어, 도 9 를 참조하여 보면, 워크아웃의 초기 워밍업 단계 동안에, 사용자는 모터의 모든 전력 요구들이 전력 공급 장치 (908) 에 의해 만족될 수도 있도록 낮은 저항을 갖고 비교적 느린 운동들을 수행할 수도 있다. 이에 따라, 제어기 (904) 는 전력 공급 장치 (908) 로부터 모터 드라이브 전자 장치 (912) 로 전력을 라우팅하도록 전력 멀티플렉서 (902) 를 구성할 수도 있다. 전력 공급 장치 (908) 가 워밍-업 운동에 대해 요구되는 것을 너머 추가적인 전력을 제공할 수 있는 정도까지, 제어기 (904) 는 전력 공급 장치 (908) 로부터 에너지 저장부 (918) 및/또는 소산성 부하 (914) 로 전력의 일부분을 라우팅하도록 전력 멀티플렉서 (902) 를 추가로 구성할 수도 있다. 워크아웃의 후속하는 부분 동안에, 더 높은 저항 레벨이 요구될 수도 있고 제어기 (904) 는 모터 드라이브 전자 장치 (912) 에 제공된 전력의 양을 동적으로 증가시키고 에너지 저장부 (918) 에 제공된 전력을 감소시킬 수도 있다.

다른 예로서, 사용자는 비교적 느리고 지속적인 운동 패턴을 수반하는 제 1 운동으로 워크아웃을 시작한 다음, 실질적으로 더 폭발적인 운동을 수반하는 제 2 운동으로 변경할 수도 있다. 이러한 경우들에, 제어기 (904) 는 제 1 운동 동안에 전력 공급 장치 (908) 로부터 모터 드라이브 전자 장치 (912) 로 전력을 라우팅할 수도 있다. 제 1 운동의 종점을 향하여, 제어기 (904) 는 제 2 운동 동안에 요구되는 증가된 저항의 짧은 버스트들을 제공하기 위한 커패시터 뱅크 또는 유사한 에너지 저장 엘리먼트에 전력을 라우팅하기 시작할 수도 있고 그리고 제 2 운동이 수행되고 있는 동안에 에너지 저장 엘리먼트에 전력을 라우팅하는 것을 계속 진행할 수도 있다.

도 9 에는 하나의 스위치 (906) 를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 전력 멀티플렉서 (902) 는 다수의 스위치들을 포함할 수도 있고, 스위치 각각은 특정 특성들을 갖는 전력을 라우팅하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전력 멀티플렉서 (902) 는 상이한 전압들을 라우팅하기 위한 상이한 스위치들 (예를 들어, 120V, 12V, 및 5V 스위치의 각각) 을 포함할 수도 있고, 각각의 스위치는 제어기 (904) 에 통신가능하게 커플링되어 이에 의해 동작가능하다. 달리 말하면, 제어기 (904) 는 다수의 스위칭 허브를 동시에 동작시키도록 구성될 수도 있고, 각각의 허브는 전력 특성들의 특정 세트에 대응한다. 예를 들어, 컴포넌트들의 격리의 물리적 그룹화가 바람직할 수도 있는 구현들에서, 전력 특성들의 주어진 세트에 대한 다수의 허브들이 또한 구현될 수도 있다.

J. 전기 브레이킹

본 개시에 따른 운동 디바이스들은 또한 전기 브레이킹 기능성을 포함할 수도 있다. 전기 브레이킹은 여러 방식으로 수행될 수도 있지만; 그러나, 일반적으로 전기 브레이킹은 모터 스테이터 권선에 공급되는 전류를 변경하는 것을 포함하여, 예를 들어, 예를 들어, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 토크를 생성하는 것에 의해 제 1 방향으로의 로터의 회전이 반대로 되도록 한다. 전기 브레이킹은 (특히 다른 전력 소산 또는 에너지 재캡처 엘리먼트들이 존재하지 않거나 사용에 이용가능하지 않을 때) 전력을 소산시키기 위해 또는 일부 경우들에, 로터의 운동 에너지를, 이후에 다른 목적을 위하여 저장되거나 또는 사용될 수도 있는 전기 에너지로 변환하기 위해 모터의 회전을 느리게 하거나 정지시키는데 사용될 수도 있다.

AC 모터를 포함하는 본 발명의 특정 실시형태들에서, 전기 브레이킹은 DC 주입 브레이킹일 수도 있다. DC 주입은 일반적으로 AC 전압을 모터의 스테이터 권선으로부터 먼저 접속해제한 다음 후속하여 DC 전압을 스테이터 권선에 인가하는 것을 포함한다. 이렇게 행하는 것은 변하지 않는 자기장을 생성하고 로터의 현재 회전과 반대인 방향으로 로터에 토크를 인가하는 것에 의해, 로터의 회전을 느리게 하여 결국 정지시킨다. 일단 정지되면, 스테이터 권선 상에서 DC 전압을 유지하는 것은 로터를 제위치에 유지시키고 로터의 회전에 대한 실질적인 저항을 제공한다. 브레이킹 및 유지하는 힘은 일반적으로 인가된 DC 전압과 비례하며, 더 높은 DC 전압은 더 큰 브레이킹 및 유지하는 힘들을 가져온다.

다단 모터가 사용되는 적어도 특정 구현들에서 모터의 전기 브레이킹은 모터의 페이즈를 선택적으로 단락시키는 것에 의해 실현될 수도 있다. 예를 들어, 모터가 3-페이즈 모터인 구현들에서, 모터를 구동하기 위한 스위칭 회로는 하이 측 스위치들의 세트 및 로우 측 스위치들의 대응 세트를 포함하는 인버터일 수도 있고, 각각의 하이/로우 쌍은 모터의 페이즈에 대응한다. 정상 동작 동안에, 스위치 쌍들은 교번 방식으로 각각의 페이즈에 전력을 제공하도록 선택적으로 개방 및 폐쇄된다. 페이즈를 단락하기 위해, 하이 측 스위치들이 모두 폐쇄될 수도 있는 한편, 로우 측 스위치들은 개방 포지션으로 유지한다. 대안적으로, 단락은 로우 측 스위치들을 폐쇄하면서 하이 측 스위치들을 개방 포지션으로 유지하는 것에 의해 실현될 수도 있다. 어느 경우에도, 페이즈의 단락은 로터의 브레이크로 이어진다. 적어도 특정 구현들에서, 본 개시에 따른 모터 드라이브들은 브레이킹이 로터에 인가되는 단락된 상태로 디폴트될 수도 있어, 이에 의해, 운동 디바이스의 케이블/핸들의 연장에 저항하거나 방지한다.

다른 구현들에서, 전기 브레이킹은 플러그 브레이킹에 의해 실현될 수도 있다. 일반적으로, 플러그 브레이킹은 스테이터의 필드를 역전시키는 프로세스를 지칭한다. DC 모터들에서, 플러그 브레이킹은 일반적으로 스테이터 필드의 극성을 역전시키는 것에 의해 수행된다. AC 모터들에서, 한편으로, 스테이터 필드는 모터의 동작 동안에 회전한다. 그 결과, 스테이터 필드를 역전시키는 것은 스테이터 필드의 회전 방향을 역전시키는 것을 수반한다. 어느 경우에도, 필드를 역전시키는 것은 로터를 신속하게 감속시키는 토크를 로터에 대해 효율적으로 생성한다. 로터가 궁긍적으로 회전을 정지할 수도 있는 DC 주입 브레이킹과 대조적으로, 플러그 브레이킹 동안에 역전 필드가 유지되면, 로터가 궁극적으로 역방향으로 회전 및 가속화하기 시작한다.

전기 브레이크는 또한 재생 브레이킹에 이해 실현될 수도 있다. 재생 브레이킹 동안에, 전류가 스테이터 코일로부터 컷오프되어, 모터 로터가 스핀 다운하도록 허용된다. 로터가 스테이터 내에서 스핀할 때, 전류가 스테이터 권선에 유도되어 모터를 발생기로 효율적으로 변환한다. 로터가 회전을 정지할 때까지 전류가 계속 생성된다. 특히, 스테이터와 로터의 필드 사이의 상호작용은 일반적으로 로터가 스테이터 내에서 자유롭게 스피닝하는 것을 간단히 허용하는 것에 비해, 로터를 느리게 하는 토크를 로터에 대해 유도한다. 그 결과, 로터를 정지시킬 때 재생 브레이킹이 일반적으로 능동 브레이킹 방법 (예를 들어, DC 주입 또는 플러그 브레이킹) 보다 더 느리지만, 이는 일반적으로 예를 들어, 배터리 또는 커패시터에서 사용되거나 저장될 수도 있는 전류를 생성하는 추가된 이점을 제공하면서 간단하게 자유롭게 로터가 스핀 다운하도록 허용하는 것보다 더 고속으로 로터를 느리게 한다.

특정 실시형태들에서, 전기 브레이킹은 일정한 레벨로 전기 브레이킹 전류를 유지시키는 것에 의해 인가될 수도 있다. 이외에도, 전기 브레이킹은 주기적으로 예를 들어, 듀티 사이클에 따라 수행될 수도 있다. 이러한 브레이킹은 예를 들어, 브레이킹 레벨을 관리하고 (예를 들어, 점진적으로 느리게 하는 것 대 갑작스런 정지), 브레이킹의 결과로서 발생된 전류의 양을 관리하고, 또는 달리 브레이크의 인가를 용이하게 하도록 구현될 수도 있다.

전기 브레이킹이 안전성- 또는 결함-관련 조건에 응답하여 인가되는 것으로서 주로 본원에서 설명되어 있지만, 전기 브레이킹은 또한 케이블 또는 다른 링크의 진행을 원활하게 하기 위해, 사용자에게 피드백을 제공하기 위해, 운동 동안에 저항을 제공하는 등을 위해 운동 디바이스의 정상 동작 동안에 인가될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 특정 운동들은 운동 디바이스의 하우징으로부터 케이블의 연장, 및 뒤이어서 홈 또는 시작 위치로의 하우징으로 케이블의 수축을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 수축은 신속하게 발생할 수도 있다. 이에 따라, 브레이킹은, 하우징 내에 케이블/핸들이 슬래밍하는 것을 회피하거나 또는 잠재적으로 위험한 상황을 달리 생성하기 위해 케이블/핸들이 홈/시작 위치에 접근할 때 사용될 수도 있다.

특정 구현들에서, 전기 브레이킹은 모터 드라이브의 스위칭 회로에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 특정 스위칭 제어 신호에 응답하여, 스위칭 회로는 DC 주입, 플러그, 재생 또는 다른 브레이킹 기법을 용이하게 하도록 스위칭 회로의 스위치들을 구성 또는 제어할 수도 있다. 다른 구현들에서, 전기 브레이킹이, 본원에서 일반적으로 브레이킹 회로들로서 지칭되는 하나 이상의 제 2 회로들에 의해 적어도 부분적으로 용이하게 될 수도 있고, 이는 브레이킹을 개시하기 위해 모터로부터 전력을 수신하거나 모터에 대한 전력을 선택적으로 제어하기 위한 스위치들 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 스위칭 회로와 유사하게, 브레이킹 회로들은 상이한 브레이킹 모달리티를 제공하도록 모터 스테이터의 권선에 전력을 제어하기 위한 하나 이상의 스위치들을 포함할 수도 있고, 스위치들은 브레이킹 회로에 의해 수신된 제어 신호들에 응답하여, 개방/폐쇄 (예를 들어, 스테이터 권선을 에너지해제/에너지화) 하도록 동작가능하다.

K. 사용자 및 디바이스 안전성

특정 실시형태들에서, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 운동 디바이스의 브레이킹을 제어하고 특정 이벤트들에 응답하여 "안전한" 또는 디스에이블된 모드로 운동 디바이스를 트랜지션하는 감독형/펌웨어 소프트웨어, 디지털 컴포넌트들, 및/또는 아날로그 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 이를 위해, 적어도 특정 구현들에서, 운동 디바이스는 운동 디바이스가 잠재적으로 손상 방식으로 동작하거나 실패하는 이벤트에서 또는 사용자가 넘어지거나 상처를 입게 되는 것, 운동을 실패하는 것, 또는 완료 모션이 권고가능하지 않은 손상된 물리적 능력의 상태에 달리 놓이는 것 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 것과 같은 사용자 관련 이벤트를 시스템이 검출시, 브레이크 (예를 들어, 플러그 브레이크, DC 주입 브레이크) 를 인가하기 위해 모터를 강제하도록 구성되는 감독형 소프트웨어/펌웨어 (정상 동작과 연관된 임의의 소프트웨어/펌웨어로부터 동일 또는 상이한 코어에서의 구동), 디지털 컴포넌트들, 및/또는 아날로그 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 브레이크는 또한 음성 커맨드 또는 버튼 가압과 같은 사용자 입력에 응답하여 인가될 수도 있다. 적어도 일부 구현들에서, 운동 디바이스의 브레이킹은, 사용자 인가 부하가 제거되는 경우에도 모터 로터가 전기적으로 "로킹"되고 어느 방향으로 회전을 저항하는 것으로 이어지는 플러그 브레이킹에 기인하여 플러그 브레이킹을 사용하여 실현될 수도 있다.

특정 경우들에, 브레이킹은 운동 디바이스의 완전한 중지 동작을 포함할 수도 있다. 그러나, 다른 경우에, 브레이킹은 대신에 특정 활동의 의도된 힘 및/또는 변위 프로파일 또는 다른 측정된 또는 내부 시스템 파라미터들에 대한 비례 증가 또는 감소로 이어질 수도 있다. 예를 들어, 브레이킹은 헤비 리프트를 실행할 때 스포터를 시뮬레이션하는데 사용될 수도 있고, 그 결과, 사용자가 운전을 성공적으로 및/또는 안전하게 완료할 수 없는 이벤트에서, 사용자에 의한 운동에 인가되는 저항이 감소될 수도 있고, 이에 의해, 사용자가 감소된 부하 하에서 운동을 완료할 수 있게 한다.

적어도 특정 경우에, 운동 디바이스의 브레이킹은 운동 디바이스 및 모터를 손상으로부터 보호하는 것으로 이어질 수도 있다. 예를 들어, 브레이킹은 잠재적인 과속 조건에 응답하여 시작될 수도 있다. 디바이스 안전성 모드는 또한 운동 디바이스의 시스템들 및 컴포넌트들을 보호하기 위하여 열, 습도, 힘에 의해 감지되는 이벤트들 또는 운동 디바이스의 다른 센서들의 어느 것에 의해 트리거될 수도 있다.

적어도 특정 구현들에서, 브레이킹은 운동 디바이스의 제어기 (예를 들어, 애플리케이션 제어기 또는 모터 제어기) 에 의해 검출가능한 사용자 이벤트에 응답하여 인가될 수도 있다. 제 1 예에서, 사용자 이벤트는 힘 프로파일 임계값으로부터의 편차일 수도 있다. 예를 들어, 힘 프로파일은 사용자가 달성불가능한 목표 힘/부하를 포함할 수도 있다. 이에 응답하여, 운동 디바이스는 완전 또는 부분 브레이킹을 인가할 수도 있어, 부하를 완전하게 제거 또는 감소시킨다. 이와 유사하게, 사용자 이벤트는 모터의 안전한 작동력을 실질적으로 초과하는 힘 (예를 들어, 과속 또는 과토크 조건으로 이어질 수도 있는 힘) 일 수도 있다. 다른 예로서, 사용자 이벤트는 센서로부터의 신호의 손실의 검출 또는 사용자의 이탈일 수도 있다. 예를 들어, 운동 디바이스는 운동 동안에 사용자가 파지하는 핸들로 통합된 데드 맨 스위치 또는 운동 동안에 사용자가 서 있는 플랫폼을 포함할 수도 있다. 정상 동작 동안에, 스위치가 가압되고 대응하는 신호가 운동 디바이스의 제어기에 송신된다. 그러나, 사용자가 파지 상태를 해제하거나 또는 플랫폼에서 떨어지면, 스위치는 신호를 릴리즈하고 중단하여, 제어기로 하여금 브레이킹 메카니즘을 활성화하게 한다. 또 다른 예로서, 브레이킹은 사용자 임밸런스를 나타내는 힘 판독값을 검출하는 것에 응답하여 인가될 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시형태들에서, 운동 디바이스는 운동 동안에 사용자가 서 있고 부하 셀들, 스트레인 게이지 또는 사용자의 밸런스 또는 풋 포지션을 검출하는데 사용될 수도 있는 다른 센서들을 포함하는 플랫폼을 포함할 수도 있다. 브레이크는 이후, (예를 들어, 사용자의 발에 의해 인가된 힘에서의 높은 차이를 측정하는 것에 의해) 임밸런스가 검출되는 이벤트에 인가될 수도 있다. 마지막으로, 그리고 보다 일반적으로, 브레이킹은 시스템, 환경, 또는 상태 정보 중 적어도 하나를 모니터링하는 것에 의해 가능한 사용자 안전성 문제를 식별하는 알고리즘으로부터 생성된 신호에 응답하여 인가될 수도 있다.

도 10 은 운동 디바이스에서의 브레이킹의 일 예의 방법 (1000) 을 예시하는 플로우 차트이다. 동작 (1002) 에서, 운동 디바이스는 운동 디바이스의 제어기가 특정 운동과 연관된 힘 프로파일 또는 유사한 동작 파라미터들에 따라 운동 디바이스의 모터의 출력을 제어하는 정상 동작 상태에 진입한다. 동작 (1004) 에서, 브레이킹 이벤트가 검출된다. 위에 논의된 바와 같이, 브레이킹 이벤트는 사용자의 안전성을 유지하는 것과 연관된 사용자 관련 이벤트 (예를 들어, 운동을 완료하는 것을 실패함, 운동 디바이스로부터 이탈하는 것 등) 또는 운동 디바이스 자체의 안전성을 유지하는 것과 연관된 디바이스-관련 이벤트 (예를 들어, 컴포넌트 장해, 과속 조건, 과전류 조건 등) 를 포함할 수도 있다. 동작 (1006) 시 그리고 브레이킹 이벤트를 검출하는 것에 응답하여, 운동 디바이스는 기계 및/또는 전기 브레이크인 브레이크를 활성화하는 것에 의해 모터를 느리게 하거나 또는 정지시킨다. 전기 브레이크가 사용되는 구현에서, 전기 브레이크는 DC 주입 브레이크, 플러그 브레이크, 재생 브레이크, 또는 다른 전기 브레이크 메카니즘일 수도 있다. 또한, 이러한 구현들에서, 전기 브레이크의 인가는 모터 드라이브의 스위칭 회로에서 스위칭 제어 신호를 수신하는 것을 포함할 수도 있고, 스위칭 제어 회로는 모터 드라이브로 하여금 모터를 구동하는 것을 정지시키게 한다. 또한, 스위칭 제어 회로에 응답하여, 스위칭 회로 또는 브레이킹 회로는 전기 브레이킹의 하나 이상의 형태들을 제공하기 위해 활성화될 수도 있다. 예를 들어, DC 주입에서, 스위칭 제어 회로 또는 브레이킹 회로는 (예를 들어, 회로의 스위치들을 구성하는 것에 의해) 모터의 스테이터 권선으로 DC 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 동작 (1008) 에서, 운동 디바이스는 예를 들어, 센서 측정값이 안전성/허용가능 범위로 이동하는 것, 사용자로부터의 커맨드, 홈제로 포지션으로의 복귀, 또는 브레이킹 이벤트의 해결에 일반적으로 대응하거나 또는 이를 나타내는 유사한 조건에 응답하여, 브레이크를 해제할 수도 있다.

L. 반대힘 규칙성 및 캘리브레이션

힘 전달의 규칙성을 보장하기 위하여, 본 개시에 따른 운동 디바이스들의 드라이브들에 대한 제어 루프들은 또한 운동 디바이스의 여러 센서들 또는 운동 디바이스와 함께 사용될 수 있는 액세서리들/주변 디바이스들로부터의 피드백과 커플링될 수 있다. 이러한 센서들은 예를 들어, 일반적인 제어 방식을 위한 데이터/신호들의 소스로서 또는 캘리브레이션을 용이하게 하기 위해 사용될 수도 있다. 이를 위해, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 생산/제조 동안에 또는 제품의 규칙적 사용의 부분으로서 자동 캘리브레이션, 튜닝, 또는 테어링을 가능하게 하는 소프트웨얼ㄹ 포함할 수도 있다. 이러한 능력은 나이, 환경 조건 등에 따라 드리프트하는 시스템 내의 임의의 하나의 특정 센서의 영향을 완화시킨다. 캘리브레이션 루프는 또한 전달된 최종 힘의 변동을 보상하기 위해 모터, 전자 장치, 또는 디바이스의 다른 곳 상의 다른 환경 센서 (열, 습도, g-힘, 또는 주위 압력을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 로부터의 피드백을 사용할 수 있다.

하나의 특정 예시적인 캘리브레이션 루틴에서, 운동 디바이스는, 모터가 잠시 활성화되어 운동 디바이스의 케이블을 철회하고 다른 시스템 컴포넌트들이 구성될 수 있는 "홈"/제로 위치에 케이블이 있는 것을 보장하는 "터그" 테스트를 수행할 수 있다. 이러한 구현들에서, 모터 센서들은 핸들이 시도된 철회에 응답하여 이동하였는지의 여부를 결정하기 위해 모터의 전류, 위치, 속도 등을 모니터링하는데 사용될 수도 있다. 부하 셀, 스트레인 게이지, 가속도계, 및 다른 센서들은 또한 케이블/핸들이 이동되었는지의 여부 또는 핸들이 홈 위치에 있는 결과로서 운동 디바이스의 다른 컴포넌트들에 부하를 가했는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

이와 유사하게, 터그 테스트는 또한 여러 센서들을 캘리브레이션하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 알려진 토크를 케이블/핸들에 입력하는 것은 운동 디바이스의 여러 센서들 (예를 들어, 부하 셀, 스트레인 게이지, 전류/전압 센서들 등) 및 이들의 컴포넌트들/악세서리들로부터의 특정 판독을 발생시켜야 한다. 따라서, 알려진 토크에서의 터그가 예상된 센서 판독들을 초래하지 않는 정도까지, 센서들은 그에 따라 조정/캘리브레이션될 수 있다.

M. 사운드 및 지각 (Feeling)

사운드 및 지각은 운동 디바이스로 작업할 때 사용자의 경험에 본질적으로 연결된다. 이를 위해, 많은 디바이스들은 전용 오디오, 햅틱, 또는 유사한 피드백 시스템들을 포함한다. 그러나, 모터로 된 운동 기기와 관련하여, 디바이스의 사운드 및 지각의 적어도 일부는 모터가 구동되는 방 법을 포함하여 디바이스의 모터의 동작과 연관된 진동에 기인한다. 상술한 관점에서, 본 개시에 따른 운동 디바이스들은 사용자의 가청 및/또는 촉각적 경험을 강화하기 위해 모터 드라이브를 제어하도록 지시되는 기능성을 포함할 수도 있다.

전기 모터의 동작 잡음은 일반적으로 스위칭 주파수, 정류 모드 및 다른 기반이 되는 파라미터들 (예를 들어, 모터에 공급되는 전류/전압 진폭) 을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다수의 팩터들에 기인하여 모터의 진동으로부터 기원한다. 예를 들어, 사다리꼴 정류 방식은 일반적으로, 가청 버즈 사운드 및 예를 들어, 모터에 결합되거나 또는 모터에 접촉하는 컴포넌트 (예를 들어, 케이블에 의해 모터에 부착된 핸들) 를 터치하거나 또는 홀딩함으로써 느껴질 수 있는 대응하는 촉각 버즈를 생성하는 모터의 현저한 진동을 초래할 수 있다. 유사한 파라미터를 갖는 저주파수 정현파 정류 방식이 대신 구현되면, 버즈 사운드 및 지각은 일반적으로 덜 샤프하고/현저한 허밍 (hum) 으로 대체된다. 특정 사례들에서, 허밍은 그것이 효과적으로 인지가능하지 않게 될 때까지 정현파 정류 방식의 주파수를 증가시킴으로써 감쇠될 수 있다.

전술한 개념들을 레버리징함으로써, 본 발명에 따른 운동 디바이스들의 모터 드라이브들은 사용 동안 상이한 청각 및/또는 촉각 경험들을 제공하도록 제어될 수 있다. 이러한 제어는, 제한 없이, 사용자 프로파일, 시각, 운동 유형, 워크아웃 유형, 워크아웃 또는 운동 강도, 배터리 상태, 전력 소스들의 이용가능성 및 범위, 모터 유형/구성, 센서 유형/구성, 온도, 또는 수동 입력을 포함하는 다양한 이벤트들 또는 파라미터들에 응답할 수 있다.

여러 상이한 동작 모드들이 가능할 수도 있지만, 제 1 예의 모드에서, 운동 디바이스는 예를 들어, 저주파수 정류 방식을 사용하여 모터를 구동하는 것에 의해 낮은 허밍을 방사하도록 구성될 수도 있다. 이러한 모드는 운동 디바이스가 온/활성 상태임을 특정 사용자들에게 통신하는데 유용할 수도 또는 바람직할 수도 있다. 제 2 예의 모드에서, 운동 디바이스는 예를 들어, 고주파수 정현파 정류 방식을 사용하여 모터를 구동시키는 것에 의해 "사일런트" 모드에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 제 3 모드에서, 운동 디바이스는 더욱 현저한 청각 및 촉각 버징이 생성되는 "잡음성" 모드에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 이러한 모드는 예를 들어, 소리가 큰 환경 (예를 들어, 체육관 설정) 에서 주변 잡음을 극복하도록 선호될 수도 있다.

또 다른 예로서, 모터의 드라이브는 운동/워크아웃 진행 또는 강도에 응답하여 제어될 수도 있다. 예를 들어, 세트 또는 워크아웃의 아웃셋에서, 모터는 초기에 낮은 진동을 생성하도록 동작될 수도 있다. 사용자가 더 많은 반복을 수행하거나, 저항을 증가시키거나 또는 워크아웃의 강도를 달리 증가시킬 때, 제공된 청각 및 촉각 감각은 허밍의 강도를 증가시키거나 또는 더 현저한 버징 사운드를 생성하는 것에 의해 증가될 수도 있다.

특정 실시형태들에서, 모터는 단일의 운동의 모션의 범위에 걸쳐 상이한 진동 프로파일을 생성하도록 구동될 수도 있다. 예를 들어, "whooshing" 사운드 및 지각을 생성하기 위해 로우어/레고미터의 것과 유사하게, 모터는 운동의 제 1 부분 동안에 잡음성/버즈 신호에 의해 구동될 수도 있지만, 모션의 범위의 종점을 향하여 더 고요한 또는 심지어 무음 사운드로 점진적으로 트랜지션할 수도 있다. 이를 행하기 위하여, 모터는 초기에 저주파수 정현파 또는 사다리꼴 정류 방식으로 모터를 구동시킬 수도 있지만, 예를 들어, 사용자가 운동에 대한 모션의 범위 전반에 걸쳐 진행할 때 드라이브의 스위칭 회로의 스위칭 주파수를 증가시키는 것에 의해 트랜지션할 수도 있다. 달리 말하면, 모터 드라이브는 다른 무엇보다도 사용자가 운동을 수행하는 방법, 사용자가 운동 중에 있는 곳 등에 기초하여 상이한 특성들을 갖는 진동들을 생성하도록 제어될 수도 있다.

상이한 사운드/지각을 제공하기 위해 모터 드라이브의 제어는 모터 드라이브의 다른 동작 및 스위칭을 제어하는 운동 디바이스의 임의의 적절한 제어기에 의해 수행될 수도 있다. 이에 따라 예를 들어, 별도의 제어기를 갖는 모듈형 모터 드라이브를 포함하는 본 개시에 따른 구현들에서, 사용 동안에 상이한 사운드/지각을 실현하는 모터 드라이브의 제어는 모터 드라이브 제어기에 의해 수행될 수도 있다. 이와 유사하게, 모터 드라이브 제어가 애플리케이션 보드의 제어기에 의해 제공되거나 또는 모터 드라이브가 별도의 모듈형 유닛이 아닌 구현들에서, 제어가 애플리케이션 보드의 제어기에 의해 대신 제공될 수도 있다.

사운드/지각 제어가 모듈형 모터 드라이브에서 구현되는 구현예들에서, 상이한 모터 드라이브들이 상이한 사용자 경험들을 제공하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 특정 모듈형 모터 드라이브들은 실질적으로 사일런트 동작을 생성하는 목적으로 고주파 드라이브 신호들을 생성하도록 구체적으로 조정될 수도 있다. 다른 모듈형 모터 드라이브들이 다수의 인식가능 "볼륨들" 또는 강도를 생성하도록 대신 구성될 수도 있다. 또 다른 경우들에서, 모듈형 모터 드라이브들은, 로우어들/에르고미터들의 경우에서 전술한 바와 같이, 특정 운동과 연관된 사운드/지각 프로파일들을 생성하도록 구성될 수 있다.

N. 기타 고려사항/애플리케이션들

회전 액추에이터/모터들을 갖는 운동 디바이스들의 문맥에서 주로 포커싱되었지만, 본원에 포함된 개념들은 다른 힘 발생 시스템들에 쉽게 적응될 수도 있다. 예를 들어, 본원에 논의된 모듈형 모터 드라이브 개념은 선형 모터들, 유압, 공압, 또는 다른 힘 전달 액추에이터를 구동하도록 적응될 수도 있다. 본원에 논의된 개념들의 다른 예의 애플리케이션들은 산업용 로봇, 산업용 자동화 장비, 의료용 장비, 모바일 로봇, 전기 차량, 승객 차량 캐빈 제어, 전기 전력 발생기 등을 포함한다.

O. 컴퓨팅 시스템

도 11 을 참조하여, 본원에서 논의된 다양한 시스템들 및 방법들을 구현할 수도 있는 하나 이상의 컴퓨팅 유닛들을 갖는 예시적인 컴퓨팅 시스템 (1100) 을 예시하는 블록 다이어그램이 제공된다. 예를 들어, 예시적인 컴퓨팅 시스템 (1100) 은 무엇보다도, 본 개시에 따른 운동 디바이스의 애플리케이션 제어기, 모터 디바이스의 모터 제어기, 운동 디바이스와 통신하는 사용자 컴퓨팅 디바이스, 또는 본 개시의 양태들을 통합한 시스템에 포함된 임의의 유사한 컴퓨팅 디바이스 중 하나 이상에 대응할 수도 있다. 이들 디바이스들의 특정 구현들은 본원에서 구체적으로 전부 논의되지는 않지만 당업자에 의해 이해될 상이한 가능한 특정 컴퓨팅 아키텍처들일 수도 있음을 알 것이다.

컴퓨팅 시스템 (1100) 은 컴퓨터 프로세서를 실행하기 위해 컴퓨터 프로그램 제품을 실행할 수 있는 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 데이터 및 프로그램 파일들은 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 입력될 수도 있으며, 이는 파일들을 판독하고 그 내부의 프로그램들을 실행한다. 하나 이상의 하드웨어 프로세서들 (1102), 하나 이상의 데이터 저장 디바이스들 (1104), 하나 이상의 메모리 디바이스들 (1108) 및/또는 하나 이상의 포트들 (1108-1112) 을 포함하는 컴퓨팅 시스템 (1100) 의 일부 엘리먼트들이 도 11 에 나타나 있다. 부가적으로, 당업자에 의해 인식될 다른 엘리먼트들은 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 포함될 수도 있지만 도 11 에 명시적으로 도시되거나 본원에서 추가로 논의되지 않는다. 컴퓨팅 시스템 (1100) 의 다양한 엘리먼트들은 하나 이상의 통신 버스들, 포인트-투-포인트 통신 경로들, 또는 도 11 에 명시적으로 도시되지 않은 다른 통신 수단을 통해 서로 통신할 수도 있다.

프로세서 (1102) 는 예를 들어, 중앙 프로세싱 유닛 (CPU), 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 및/또는 하나 이상의 내부 레벨들의 캐시를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 프로세서들 (1102) 이 있을 수도 있어서, 프로세서 (1102) 는 단일 중앙 프로세싱 유닛, 또는 병렬 프로세싱 환경으로서 보통 지칭되는, 명령들을 실행하고 서로 병렬로 동작들을 수행할 수 있는 복수의 프로세싱 유닛들을 포함한다.

컴퓨팅 시스템 (1100) 은 종래의 컴퓨터, 분산 컴퓨터, 또는 클라우드 컴퓨팅 아키텍처를 통해 이용가능한 하나 이상의 외부 컴퓨터들과 같은 임의의 다른 타입의 컴퓨터일 수도 있다. 현재 설명된 기술은 옵션으로 데이터 저장 디바이스(들) (1104) 에 저장되고, 메모리 디바이스(들)(1106) 에 저장되고, 및/또는 하나 이상의 포트들 (1108-1112) 을 통해 통신되는 소프트웨어에서 구현됨으로써, 도 11 의 컴퓨팅 시스템 (1100) 을 본원에 설명된 동작들을 구현하기 위한 특수 목적 머신으로 변환한다. 컴퓨팅 시스템 (1100) 의 예는 개인용 컴퓨터, 단말기, 워크 스테이션, 휴대폰, 태블릿, 랩톱, 개인용 컴퓨터, 멀티미디어 콘솔, 게임 콘솔, 셋톱 박스 등을 포함한다.

하나 이상의 데이터 저장 디바이스들 (1104) 은 컴퓨팅 시스템 (1100) 의 다양한 컴포넌트들을 관리하는 오퍼레이팅 시스템 (OS) 및 애플리케이션 프로그램들 양자 모두의 명령들을 포함할 수도 있는, 컴퓨터 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령들과 같은, 컴퓨팅 시스템 (1100) 내에서 생성되거나 채용된 데이터를 저장할 수있는 임의의 비휘발성 데이터 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스 (1104) 는 자기 디스크 드라이브들, 광학 디스크 드라이브들, 고체 상태 드라이브들 (SSD들), 플래시 드라이브들 등을 제한 없이 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스들 (1104) 은 하나 이상의 데이터베이스 관리 제품들, 웹 서버 제품들, 애플리케이션 서버 제품들, 및/또는 다른 부가 소프트웨어 컴포넌트들을 포함하는, 그러한 컴퓨터 프로그램 제품들로 유선 또는 무선 네트워크 아키텍처를 통해 이용가능하게 되는 탈착식 데이터 저장 매체들, 비탈착식 데이터 저장 매체들, 및/또는 외부 저장 디바이스들을 포함할 수도 있다. 탈착식 데이터 저장 매체들의 예들은 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리 (Compact Disc Read-Only Memory; CD-ROM), 디지털 다기능 디스크 판독 전용 메모리 (Digital Versatile Disc Read-Only Memory; DVD-ROM), 자기-광학 디스크들, 플래시 드라이브들 등을 포함한다. 비탈착식 데이터 저장 매체들의 예들은 내부 자기 하드 디스크들, SSD들 등을 포함한다. 하나 이상의 메모리 디바이스들 (1106) 은 휘발성 메모리 (예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리 (SRAM) 등) 및/또는 비휘발성 메모리 (예를 들어, 판독 전용 메모리 (ROM), 플래시 메모리 등) 를 포함할 수도 있다.

현재 설명된 기술에 따라 시스템들 및 방법을 실시하기 위한 메커니즘을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품들은 머신 판독가능 매체들로 지칭될 수도 있는 데이터 저장 디바이스들 (1104) 및/또는 메모리 디바이스들 (1106) 에 상주할 수도 있다. 머신-판독가능 매체들은 머신에 의한 실행을 위해 본 개시의 동작들 중 임의의 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 명령들을 저장 또는 인코딩할 수 있거나 또는 그러한 명령들에 의해 활용되거나 또는 이 명령들과 연관된 데이터 구조들 및/또는 모듈들을 저장 또는 인코딩할 수 있는 임의의 유형의 비일시적 매체를 포함할 수도 있다. 머신 판독가능 매체들은 하나 이상의 실행가능 명령들 또는 데이터 구조들을 저장하는 단일 매체 또는 다중 매체들 (예를 들어, 중앙집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들) 을 포함할 수도 있다.

일부 구현들에서, 컴퓨팅 시스템 (1100) 은 다른 컴퓨팅, 네트워크 또는 유사 디바이스들과 통신하기 위한 입력/출력 (I/O) 포트 (1108), 통신 포트 (1110), 및 서브시스템 포트 (1112) 와 같은 하나 이상의 포트들을 포함한다. 포트들 (1108-1112) 은 결합되거나 분리될 수도 있고 더 많거나 더 적은 포트들이 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 포함될 수도 있음을 알 것이다.

I/O 포트 (1108) 는 정보가 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 입력되거나 이로부터 출력되는 I/O 디바이스 또는 다른 디바이스에 접속될 수도 있다. 이러한 I/O 디바이스들은 하나 이상의 입력 디바이스들, 출력 디바이스들, 및/또는 환경 트랜스듀서 디바이스들을 제한없이 포함할 수도 있다.

일 구현에서, 입력 디바이스들은 인간 음성, 물리적 움직임, 물리적 터치 또는 가압 등과 같은 인간-생성 신호를 I/O 포트 (1108) 를 통해 컴퓨팅 시스템 (1100) 으로의 입력 데이터로서 전기 신호들로 변환한다. 유사하게, 출력 디바이스들은 I/O 포트 (1108) 를 통해 컴퓨팅 시스템 (1100) 으로부터 수신된 전기 신호들을 사운드, 광, 및/또는 터치와 같은 인간에 의한 출력으로서 센싱될 수도 있는 신호들로 변환할 수도 있다. 입력 디바이스는 정보 및/또는 커맨드 선택들을 I/O 포트 (1108) 를 통해 프로세서 (1102) 에 통신하기 위한 영숫자 및/또는 다른 키들을 포함하는, 영숫자 입력 디바이스일 수도 있다. 입력 디바이스는 마우스, 트랙볼, 커서 방향 키, 조이스틱 및/또는 휠과 같은 방향 및 선택 제어 디바이스; 카메라, 마이크로폰, 위치 센서, 배향 센서, 중력 센서, 관성 센서, 및/또는 가속도계와 같은 하나 이상의 센서; 및/또는 터치 감응형 디스플레이 스크린 ("터치스크린") 을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 유형의 사용자 입력 디바이스일 수도 있다. 출력 디바이스는 디스플레이, 터치스크린, 스피커, 촉각 및/또는 햅틱 출력 디바이스 등을 제한없이 포함할 수도 있다. 일부 구현에서, 입력 디바이스 및 출력 디바이스는 예를 들어, 터치 스크린의 경우 동일한 디바이스일 수도 있다.

환경 트랜스듀서 디바이스는 I/O 포트 (1108) 를 통해 컴퓨팅 시스템 (1100) 으로 입력 또는 이로부터 출력하기 위해 일 형태의 에너지 또는 신호를 다른 형태로 변환한다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템 (1100) 내에서 생성된 전기 신호는 다른 유형의 신호로 변환될 수도 있고 및/또는 그 반대일 수도 있다. 일 구현에서, 환경 트랜스듀서 디바이스는 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 국부적이거나 그로부터 멀리 떨어진 환경의 특징들 또는 양태들, 예를 들어 빛, 사운드, 온도, 압력, 자기장, 전기장, 화학적 특성, 물리적 움직임, 배향, 가속도, 중력 등을 감지한다. 또한, 환경 트랜스듀서 디바이스는 임의의 물체 (예를 들면, 기계식 액추에이터) 의 물리적인 움직임, 물질의 가열 또는 냉각, 화학 물질의 추가 등과 같이 컴퓨팅 시스템 (1100) 에 로컬이거나 또는 떨어진 환경에 어떤 영향을 주는 신호를 생성할 수도 있다.

일 구현에서, 통신 포트 (1110) 는 컴퓨팅 시스템 (1100) 이 본원에서 제시된 방법들 및 시스템을 실행할 뿐만 아니라 정보 및 이에 의해 결정된 네트워크 구성 변화들을 송신하는데 유용한 네트워크 데이터를 수신할 수도 있다. 다르게 말하면, 통신 포트 (1110) 는 컴퓨팅 시스템 (1100) 을 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 네트워크들 또는 접속들에 의해 컴퓨팅 시스템 (1100) 과 다른 디바이스들 사이에서 정보를 송신 및/또는 수신하도록 구성된 하나 이상의 통신 인터페이스 디바이스들에 접속시킨다. 이러한 네트워크들 또는 접속들의 예들은 USB (Universal Serial Bus), 이더넷, WiFi, Bluetooth®, NFC (Near Field Communication), LTE (Long-Term Evolution) 등을 제한 없이 포함한다. 하나 이상의 이러한 통신 인터페이스 디바이스들은, 직접 포인트-투-포인트 통신 경로를 통해, 광역 네트워크 (WAN)(예를 들어, 인터넷) 을 통해, 로컬 영역 네트워크 (LAN) 를 통해, 셀룰러 (예를 들어, 3 세대 (3G) 또는 4 세대 (4G)) 네트워크를 통해, 또는 다른 통신 수단을 통해, 하나 이상의 다른 머신들과 통신하도록 통신 포트 (1110) 를 경유하여 활용될 수도 있다. 또한, 통신 포트 (1110) 는 전자기 신호 송신 및/또는 수신을 위해 안테나와 통신할 수도 있다.

컴퓨팅 시스템 (1100) 은 하나 이상의 서브 시스템과 통신하고, 하나 이상의 서브 시스템의 동작을 제어하고, 컴퓨팅 시스템 (1100) 과 하나 이상의 서브 시스템 사이에 정보를 교환하기 위한 서브 시스템 포트 (1112) 를 포함할 수도 있다. 이러한 서브 시스템의 예들은 이미징 시스템, 레이더, 라이더, 모터 컨트롤러 및 시스템, 배터리 컨트롤러, 연료 전지 또는 기타 에너지 저장 시스템 또는 컨트롤, 조명 시스템, 내비게이션 시스템, 환경 제어, 엔터테인먼트 시스템 등을 제한없이 포함한다.

도 11 에 설명된 시스템은 본 개시의 양태들에 따라 채택되거나 구성될 수도 있는 컴퓨팅 시스템의 단지 일 가능한 예에 불과하다. 컴퓨팅 시스템 상에서 현재 개시된 기술을 구현하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령들을 저장하는 다른 비일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체들이 활용될 수도 있음을 알 것이다.

다양한 대표적인 실시형태들이 어느 정도 상세하게 위에서 설명되었지만, 당업자는 명세서에 제시된 본 발명의 주제의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 개시된 실시형태들에 대해 수많은 변경들을 수행할 수 있다. 모든 방향 참조들 (예를 들어, 상, 하, 상향, 하향, 좌측, 우측, 좌향, 우향, 상부, 하부, 위, 아래, 수직, 수평, 시계 방향 및 시계 반대 방향) 은 본 발명의 실시형태들에 대한 독자의 이해를 돕기 위한 식별 목적으로만 사용되며, 특히 청구범위에 구체적으로 명시되지 않는 한 본 발명의 포지션, 배향 또는 사용에 관한 제한을 생성하지 않는다. 결합자 참조들 (예를 들어, 부착, 결합, 연결 등) 은 광범위하게 해석되어야 하며, 엘리먼트들의 연결과 엘리먼트들 간의 상대적 이동 사이에 중간 부재를 포함할 수도 있다. 따라서, 결합자 참조들은 2 개의 엘리먼트들이 직접 연결되고 서로 고 된 관계에 있다고 반드시 추론하지 않는다.

일부 예시에서, 컴포넌트들은 특정 특징을 갖고 및/또는 다른 부분에 연결되는 "단부들" 을 참조하여 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 다른 부분들과의 연결 지점을 넘어서 바로 종결되는 컴포넌트들로 제한되지 않음을 인식할 것이다. 따라서, 용어 "단부" 는 특정 엘리먼트, 링크, 컴포넌트, 부재 등의 말단에 인접하거나, 후방이거나, 전방이거나 또는 그렇지 않으면 근처에 있는 영역을 포함하는 방식으로 광범위하게 해석되어야 한다. 여기에 직접 또는 간접적으로 설명된 방법론에서, 다양한 단계들 및 동작들이 하나의 가능한 동작 순서로 설명되지만, 당업자는 단계들 및 동작들이 반드시 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 재배열되거나, 교체되거나 또는 제거될 수도 있음을 인식할 것이다. 상기 설명에 포함되거나 첨부된 도면에 나타난 모든 사항은 제한이 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 하는 것이 의도된다. 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 세부사항 또는 구조의 변경이 이루어질 수도 있다.

Claims (20)

1. 피트니스 장비에 사용하기 위한 모듈형 모터 드라이브로서,
   복수의 스위치들을 포함하는 스위칭 회로로서, 상기 스위칭 회로는 스위칭 제어 신호들에 따라 운동 디바이스의 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하기 위해 복수의 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답하는, 상기 스위칭 회로; 및
   상기 운동 디바이스의 애플리케이션 제어 보드와 커플링가능한 인터페이스를 포함하고,
   제 1 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 스위칭 회로는 상기 운동 디바이스의 상기 모터를 구동하도록 상기 복수의 스위치들을 구성하고, 그리고
   상기 모터의 전기 브레이크에 대응하는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 스위칭 회로는 상기 운동 디바이스의 상기 모터를 구동하는 것을 정지하도록 상기 복수의 스위치들을 구성하는, 모듈형 모터 드라이브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터는 교류 (AC) 모터이고 상기 모듈형 모터 드라이브의 스위칭 회로 또는 브레이킹 제어 회로 중 적어도 하나는 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 직류 (DC) 를 모터의 스테이터 권선에 인가하여, 이에 의해 DC 주입 브레이킹에 의해 상기 모터를 브레이킹하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위칭 회로 또는 브레이킹 제어 회로 중 적어도 하나는 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 모터의 스테이터 권선의 필드를 역전시켜, 이에 의해 플러그 브레이킹에 의해 상기 모터를 브레이킹하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 모터는 AC 모터이고, 스테이터 권선의 필드를 역전시키는 것은 상기 스테이터 권선의 필드의 회전을 역전시키는 것을 포함하는, 모듈형 모터 드라이브.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위칭 회로 또는 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 모터에 의해 생성된 전력을 라우팅하여, 이에 의해 재생 브레이킹에 의해 상기 모터를 브레이킹하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 재생 브레이킹 동안에 상기 모터로부터 전력 시스템으로 전력을 제공하기 위하여 상기 스위칭 회로 및 브레이킹 회로 중 적어도 하나를 상기 운동 디바이스의 전력 시스템에 동작가능하게 상호접속하기 위한 제 2 인터페이스를 더 포함하는, 모듈형 모터 드라이브.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위칭 회로에 통신가능하게 커플링된 모터 드라이브 제어기를 더 포함하고, 상기 인터페이스는 또한 상기 모터 드라이브 제어기를 상기 애플리케이션 제어 보드의 애플리케이션 제어기에 통신가능하게 커플링하기 위한, 모듈형 모터 드라이브.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 스위칭 회로는 상기 모터 드라이브 제어기로부터 상기 제 1 스위칭 제어 신호 및 상기 제 2 스위칭 제어 신호를 포함하는 스위칭 제어 신호들을 수신하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 인터페이스는 또한 스위칭 회로를 상기 애플리케이션 제어 보드의 애플리케이션 제어기에 통신가능하게 커플링하기 위한, 모듈형 모터 드라이브.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 상기 애플리케이션 제어기로부터 상기 제 1 스위칭 제어 신호 및 상기 제 2 스위칭 제어 신호를 수신하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 제어 신호는 상기 운동 디바이스의 사용자와 연관된 사용자 이벤트에 응답하여 생성되는, 모듈형 모터 드라이브.
12. 제 11 항에 있어서,
    사용자 이벤트는 시스템, 환경 또는 상태 정보 중 적어도 하나를 모니터링하는 것에 의해, 힘 프로파일로부터 임계값 편차를 만족시키는 것, 센서로부터 신호의 손실을 검출하는 것, 사용자 임밸런스를 나타내는 힘 판독값을 검출하는 것, 사용자 이탈을 나타내는 센서 신호를 검출하는 것, 또는 가능한 사용자 안전성 문제들을 식별하는 알고리즘으로부터 신호를 수신하는 것 중 적어도 하나에 기초하여 검출가능한, 모듈형 모터 드라이브.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 회로 및 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 제 2 스위칭 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여 모터의 페이즈들을 단락시키도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭 회로 및 상기 브레이킹 회로 중 적어도 하나는 모터 페이즈들이 단락된 상태로 디폴트하도록 구성되는, 모듈형 모터 드라이브.
15. 운동 디바이스로서,
    모터를 포함하는 모터 어셈블리;
    애플리케이션 보드 제어기를 포함하는 애플리케이션 보드; 및
    상기 모터 및 상기 애플리케이션 보드 각각에 동작가능하게 커플링된 모터 드라이브로서, 상기 모터 드라이브는 복수의 스위치들을 포함하는 스위칭 회로를 포함하고, 상기 스위칭 회로는 스위칭 제어 신호들에 따라 상기 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하도록 상기 복수의 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 상기 스위칭 제어 신호들에 응답하는, 상기 모터 드라이브를 포함하고,
    제 1 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 스위칭 회로는 상기 모터를 구동하도록 복수의 스위치들을 구성하고,
    상기 모터의 전기 브레이킹에 대응하는 제 2 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 스위칭 회로는 모터를 구동하는 것을 정지하도록 복수의 스위치들을 구성하는, 운동 디바이스.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 상기 애플리케이션 보드 제어기로부터 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 수신하도록 구성되는, 운동 디바이스.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터 드라이브는 상기 애플리케이션 보드 제어기에 동작가능하게 커플링된 모터 드라이브 제어기를 더 포함하고, 상기 스위칭 회로는 상기 모터 드라이브 제어기로부터 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 수신하도록 구성되는, 운동 디바이스.
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기 브레이크는 DC 주입 브레이크, 플러그 브레이크, 또는 재생 브레이크 중 하나인, 운동 디바이스.
19. 피트니스 장비에서의 모터들을 제어하는 방법으로서,
    운동 디바이스의 모터에 커플링된 모터 드라이브의 스위칭 회로에서 스위칭 제어 신호를 수신하는 단계로서, 상기 스위칭 회로는 복수의 스위치들을 포함하고 그리고 스위칭 제어 신호들에 따라 상기 모터에 대한 전기 에너지의 공급을 제어하도록 상기 복수의 스위치들을 선택적으로 재구성하는 것에 의해 스위칭 제어 신호들에 응답하는, 상기 스위칭 제어 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 모터의 구동 동안에 상기 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 상기 모터를 구동하는 것을 정지시키도록 상기 스위칭 회로를 활성화하는 단계; 및
    DC 주입 브레이킹, 플러그 브레이킹, 또는 재생 브레이킹 중 적어도 하나에 의해 상기 모터에 전기 브레이크를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 운동 디바이스는 애플리케이션 제어기를 포함하는 애플리케이션 보드 및 상기 애플리케이션 보드에 동작가능하게 접속되는 모듈형 모터 드라이브의 각각을 포함하고, 상기 모듈형 모터 드라이브는 상기 스위칭 회로 및 상기 애플리케이션 제어기에 동작가능하게 접속되는 모터 드라이브 제어기를 포함하고, 상기 스위칭 제어 신호는 상기 모터 드라이브 제어기로부터 상기 스위칭 회로에 의해 수신되는, 피트니스 장비에서의 모터들을 제어하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 모듈형 모터 드라이브는 제 1 모듈형 모터 드라이브이고, 상기 스위칭 회로는 제 1 스위칭 회로이며, 상기 방법은:
    상기 제 1 모듈형 모터 드라이브를 제 2 모듈형 모터 드라이브로 대체하는 것에 후속하여 그리고 제 2 모듈형 모터 드라이브의 스위칭 회로에서, 제 2 제어 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 상기 모터를 구동하는 것 또는 상기 모터를 전기적으로 브레이킹하는 것 중 적어도 하나를 위해 상기 스위칭 회로를 활성화하는 단계를 더 포함하는, 피트니스 장비에서의 모터들을 제어하는 방법.

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