KR20240047885A - 전기 에너지 변환 가능한 운동기구 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 걷기 운동이 가능한 운동기구를 통해 발생한 에너지를 전기 에너지로 변환(하베스팅_Harvesting)할 수 있는 운동기구 및 방법을 개시한다.

Description

전기 에너지 변환 가능한 운동기구 및 방법{A sports equipment and method for converting from kinetic energy intoelectric energy}

본 발명은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 운동기구 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 걷기 운동이 가능한 운동기구를 통해 발생한 에너지를 전기 에너지로 변환(하베스팅_Harvesting)할 수 있는 운동기구 및 방법에 관한 것이다.

이하에서 기술되는 내용은 본 발명의 실시 예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용들이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근, 건강에 관심이 증가하고 있고, 특히 코로나 팬데믹 이후 홈 트레이닝(실내운동)에 대한 수요가 증가하고 있다. 이로 인한 실내 운동을 위한 다양한 운동기구 및 방법 들이 개발되고 있다. 실내 운동을 위한 운동기구로 예를 들어 실내 자전거, 러닝머신, 스텝퍼 등이 있다.

이중 스텝퍼는 계단 오르내리기를 제자리에서 할 수 있도록 제작된 운동기구로서, 근력운동과 체지방 감량 운동효과를 볼 수 있는 유산소 운동을 위한 기구이다.

이러한 스텝퍼 각각의 발판 아래에는 마찰식 유압 실린더가 설치되어 있고, 유압 실린더는 사용자가 발로 밟은 후 원위치로 돌아오는 과정을 통해 피스톤 운동하는 구조이다. 이때, 사용자가 원위치로 돌아오는 과정을 통해 하체에 운동부하가 느껴질 수 있다.

이때, 스텝퍼 운동기구를 이용하여 발생하는 운동 에너지는 마찰열로 소비되고 있는 것이 일반적이다. 따라서, 발생한 운동 에너지를 마찰열로 소비하지 않고 다른 에너지로 변환하거나 이를 효율적으로 사용할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명의 실시 예는 운동기구에서 발생한 운동 에너지를 소비하지 않고 전기 에너지로 변환할 수 있는 운동기구 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예는 걷기 운동하는 대상자가 운동기구를 이용하여 운동 시간을 입력하고, 입력된 운동 시간에 기준하여 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 변환 기준값 이상인 경우 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 에너지 변환이 가능한 운동기구 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예는 운동하는 대상자가 미리 설정한 생성하고자 하는 전기 에너지 생성값 중 어느 하나가 실제 측정한 전기 에너지 생성값보다 작은 경우 대상자의 운동 시간이 추가되도록 하여 필요한 전기 에너지를 생산할 수 있는 에너지 변환이 가능한 운동기구 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따라 대상자가 운동기구를 구동하여 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법은, 기 설정된 거치 조건에 따라 운동기구 상에 대상자가 거치한 여부를 인지하고, 상기 대상자가 상기 운동기구를 구동하여 상기 운동기구로부터 발생한 운동 에너지 측정값이 기 설정된 에너지 변환 기준값에 대응하는지 판단하면, 상기 측정값이 판단된 상기 기준값 이상인 경우, 상기 측정값을 전기 에너지로 변환하는 과정으로 수행될 수 있다.

실시 예에서, 저장매체를 이용하여 상기 운동기구를 통해 실행할 목표값을 입력하고, 입력된 상기 목표값이 상기 기준값에 도달하는지 판단할 수 있다.

실시 예에서, 상기 목표값은, 상기 대상자의 운동 능력, 상기 대상자가 설정한 운동 시간 및 상기 대상자가 설정한 전기 에너지 생성값 중 적어도 하나이며, 상기 목표값이 상기 기준값에 도달하지 않는 것으로 판단되면, 상기 대상자에게 추가 운동을 안내할 수 있다.

실시 예에서, 상기 운동기구를 이용한 대상자의 나이 및 성별을 기초하여 평균화하여 상기 측정값을 출력하고, 상기 측정값이 상기 기준값 보다 작은 경우, 상기 운동기구로부터 발생한 운동 에너지를 저장할 수 있다.

실시 예에서, 상기 운동기구는 상기 대상자의 족부가 거치되는 발판 및 상기 발판 하측에 위치하고, 상기 발판 구동에 의해 발생한 유도 전력을 확보하는 에너지 변환부를 포함하고, 상기 대상자의 걷기 운동에 의해 제1 방향으로 상기 발판을 통해 운동하고, 상기 제1 방향과 가로지르는 제2 방향으로 이동 가능하며 유도 전력을 확보할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 연장 형성된 샤프트 및 상기 샤프트 일 측의 자성부가 상기 발판이 상기 제1 방향으로 구동하면 상기 제2 방향으로 이동하면, 상기 자성부와 소정 간격 이격되되, 상기 발판 하측에 상기 샤프트 및 상기 자성부에 대해 고정된 탄성부로 유도 전력이 유도될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 및 이점이 이하의 도면, 청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시 예는 운동기구를 구동하는 동안 발생하는 운동 에너지를 소비하지 않고 전기 에너지로 변환함으로써, 에너지 재 생산이 가능해질 수 있다.

즉, 걷기 운동하는 대상자가 운동기구를 이용하여 운동 시간을 입력하고, 입력된 운동 시간에 기준하여 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 변환 기준값 이상인 경우 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 하여 대상자는 에너지를 생산할 수 있는 일정 시간 이상 운동함과 동시에 에너지 생산이 가능해질 수 있다.

또한, 운동하는 대상자가 미리 설정한 생성하고자 하는 전기 에너지 생성값 중 어느 하나가 실제 측정한 전기 에너지 생성값보다 작은 경우 대상자의 운동 시간이 추가되도록 하여 필요한 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구의 구동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구를 이용하는 대상자가 운동 시간을 입력하는 장치의 인터페이스를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구를 이용하여 에너지 변환 과정을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 발명된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 발명된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 발명된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 발명된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 발명된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구를 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 에너지 변환이 가능한 운동기구(이하 운동기구_100)는 운동하는 대상자가 운동기구를 통해 운동하는 과정에서 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치이다.

구체적으로, 운동하는 대상자가 운동기구(100)를 움직여 운동기구(100)에서 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치를 통해 에너지 전환을 실행할 수 있다.

이를 위해, 운동기구(100)에서 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치가 운동기구(100)에 설치되어 있고, 운동기구(100)와 통신 연결된 단말(50)에 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 조건이 저장될 수 있다.

단말(50)에 저장되는 정보는, 생성된 운동 에너지에서 전기 에너지로 변환할 수 있는 최소 운동 에너지 정보가 저장될 수 있다. 여기서, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서는 대상자가 운동하여 생성되는 운동 에너지를 실시간 및/또는 준 실시간으로 측정하고(운동 에너지 측정값), 측정된 운동 에너지가 전기 에너지로 변환하기 위한 변환 기준값에 대응하는 경우 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.

또한, 단말(50)에는 운동을 수행하는 대상자의 정보가 저장될 수 있다. 대상자의 정보란, 대상자의 신체 정도(예: 나이, 성별 등), 대상자가 운동할 시간(이하 운동 시간), 대상자 또는 전기 에너지가 수집 및 사용되는 장치에서 필요로 하는 전기 에너지 생성값 등이라고 할 수 있다.

이러한 단말(50)을 통해 대상자가 운동을 시작하면, 설정된 조건만큼 운동 에너지가 생성되었는지 또는 설정된 조건만큼 운동을 수행하였는지를 확인할 수 있다.

구체적으로, 단말(50)이나 운동기구(100) 등에 생성되어야 할 전기 에너지 조건이 기 설정될 수 있다. 설정된 조건을 기초로 대상자가 생성하는 운동 에너지로부터 변환된 전기 에너지가 요구되는 전기 에너지 생성값보다 작은 경우 대상자에게 운동기구 구동 시간을 증가하도록 알려 필요한 전기 에너지를 생산하도록 할 수 있다.

이러한 운동기구(100)를 통해 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서 운동기구(100)가 구동되는지부터 판단할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 실시 예의 운동기구(100)는 스텝퍼와 같이 걷기 운동이나 계단 오르기와 같은 운동을 실행할 수 있는 운동기구를 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명이 운동기구(100)는 대상자의 발이 위치할 수 있는 발판(180)을 포함할 수 있고, 발판(180)이나 발판(180) 이외의 운동기구(100)에 설치된 센싱부(120)를 통해 대상자가 발판(180)에 거치한 순간부터 운동 에너지 발생 여부를 센싱할 수 있다.

운동기구(100)의 발판(180)에 대상자 발이 위치한 것으로 판단되면, 대상자가 운동기구(100)를 구동하여 발생하는 운동 에너지를 측정할 수 있고, 측정되는 운동 에너지의 측정값이 기 설정되어 전기 에너지로 변환할 수 있는 에너지 변환 기준값에 대응하는지 판단할 수 있다.

구체적으로 운동기구(100)는 대상자의 양 발이 거치될 수 있는 한 쌍의 발판(180)을 포함한다. 대상자가 발판(180)에 굴려 걷기 운동을 시작하여 발판(180)을 교대로 밟으면 운동 에너지가 발생할 수 있다. 발생하는 운동 에너지는 대상자가 발판(180)을 밟는 속도라고 할 수 있으며, 발판(180)을 밟는 속도가 증가할수록 운동 에너지가 증가하는 것이라 할 수 있다.

이와 같이 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서는 전기 에너지로 변환하기 위한 최소한의 운동 에너지가 필요할 수 있다. 이를 위해 대상자가 발판(180)을 밟아 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 최소한의 운동 에너지를 기준값이라고 할 수 있고, 기준값은 대상자가 운동기구(100) 발판을 밟는 속도에 의해 결정될 수 있다.

한편, 대상자가 운동기구(100) 발판(180)을 밟는 속도가 증가할수록 운동 에너지 발생이 증가할 수 있다. 예를 들어 전기 에너지로 변환할 수 있는 기준값의 최소 운동 속도(측정값)를 5km/h 라고 가정할 경우, 대상자가 5km/h 이상의 속도로 발판(180)을 밟아 발생한 운동 에너지부터 전기 에너지로 전환될 수 있는 것이다.

한편, 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 구체적인 과정은 후술하기로 한다.

이렇게 발생한 운동 에너지가 전기 에너지로 변환하기 위한 측정값이 전기 에너지로 변환될 수 있는 기준값 이상으로 측정, 수집되면 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이를 위해 대상자가 운동기구(100)를 구동한 시점에서부터 발생한 운동 에너지를 측정하고 측정한 운동 에너지가 기 저장된 기준값과 대응하는지를 판단할 수 있다.

여기서 대상자가 운동기구(100)를 구동한 시점에서부터 발생한 운동 에너지를 측정하고 측정한 운동 에너지가 기 저장된 기준값과 대응하는지를 판단하기 위한 구성은 운동기구(100)에 구현될 수 있지만, 다르게는 운동기구(100)와 통신 연결된 단말(50)을 통해 구현될 수도 있다.

이후, 측정된 운동 에너지 측정값이 기준값 이상인 것으로 판단되면 측정값을 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전기 에너지 변환과정은 아래의 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구의 구동을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 운동기구의 구성을 도시한 블록도이다.

도면 설명에 앞서 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구(100)는 대상자가 운동기구(100)를 통해 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치이다. 이하 본 발명의 실시 예에서, 운동기구(100)에서 발생한 운동 에너지는 운동기구에서 측정하고, 측정된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 예를 들지만, 다르게는 단말(50)을 통해 측정하여 에너지 전환 코드를 운동기구(100)에 전송할 수도 있다.

설명한 바와 같이, 운동기구(100)를 구동하여 발생한 운동 에너지가 일정 측정값 이상인 경우 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이를 위해 운동기구(100)는 대상자의 족부(발)이 거치되는 발판(180)과 발판(180) 하측에 위치하여 발판(180) 구동에 의해 발생한 유도 전력을 확보하는 에너지 변환부(150)를 포함할 수 있다.

에너지 변환부(150)에 의해 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정은, 대상자가 발판(180)을 밟고 계단을 오르듯이 운동하는 방향인 제1 방향으로 이동하며 운동 에너지가 생성되고, 이때, 에너지 변환부(150)는 발판(180)이 움직이는 제1 방향과 가로지르는 방향으로 이동하며 발판(180)에 구동에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 전환 및 추출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 제1 방향으로 상, 하 방향이라고 가정할 수 있으며, 제2 방향을 전, 후 방향이라고 가정할 수 있다(도 2의 방향축 참고).

도 2를 참고하면, 에너지 변환부(150)는 대상자가 발판(180)을 밟고 상, 하로 이동하는 제1 방향과 가로지르는 방향으로 이동할 수 있도록 연장 형성된 샤프트(152), 샤프트(152) 일측에 설치된 자성부(154)를 포함할 수 있다. 이때, 샤프트(152)와 자성부(154)는 밀착되어 있고, 발판(180)이 제1 방향으로 구동하면 제2 방향으로 움직일 수 있다.

이러한 에너지 변환부(150)는 각각의 발판(180) 하측에 설치될 수 있지만 다르게는 어느 하나의 발판에만 설치될 수도 있다.

즉, 대상자가 발판(180)을 아래 방향으로 밀어내는 힘으로 발판(180) 아래의 샤프트(152)와 자성부(154)가 전(前) 방향으로 이동할 수 있다. 반대로 아래에 위치하던 발판(180)이 상방향으로 원복 이동하면 샤프트(152)와 자성부(154)가 후(後) 방향으로 이동하게 된다. 다시 말해, 대상자가 반복적으로 각각의 발판(180)을 위, 아래로 구동함과 동시에 각 발판의 에너지 변환부(150)가 전, 후 방향으로 이동하며 샤프트(152)와 자성부(154)에서는 운동 에너지가 생성될 수 있다.

이를 위해, 샤프트(152) 선단은 운동기구(100) 발판 하단에 고정하여 발판(180)이 위, 아래로 왕복 운동하면 샤프트(152)와 자성부(154)는 전, 후 방향으로 직선 운동할 수 있다.

한편, 에너지 변환부(150)는 탄성부(156)를 더 포함할 수 있다. 탄성부(156)는 자성부(154)와 소정 간격 이격될 수 있고, 샤프트(152)는 발판(180) 하측에 고정될 수 있다.

즉, 발판(180)이 위, 아래로 왕복 운동하면 샤프트(152)는 제2 방향을 따라 직선 운동할 수 있다. 이로 인해 샤프트(152)에 의해 자성부(154) 또한 제2 방향으로 직선 운동할 수 있다. 이때, 샤프트(152)와 자성부(154)에 대해 발판(180) 하측에 고정된 자성부(154) 전, 후 방향(제2 방향)을 따라 자성부(154)가 상대 운동하므로 자성부(154)에서 발생한 전기장이 탄성부(156)로 유도될 수 있다.

다시 말해 발판(180)이 제1 방향(상, 하 방향)으로 구동하게 되어 발판(180)에 의해 상대적으로 직선 방향인 제2 방향으로 구동하는 샤프트(152)와 자성부(154)가 고정된 탄성부(156)로 전류를 유도할 수 있는 것이다.

이때, 발판(180)을 구동하는 속도가 증가할수록 자성부(154)에서 발생하는 전기장의 세기가 증가하게 되어 탄성부(156)로 유도되는 전류가 증가할 수 있다.

탄성부(156)로 유도되는 전류가 증가할수록 운동 에너지 측정값이 증가하게 되고, 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 변환 기준값 보다 클 수 있다. 이로 인해, 운동기구(100)를 구동하여 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있다.

구체적으로, 운동기구(100)를 일정 속도(예: 발판을 밟는 속도가 5km/h 이상) 이상으로 구동해야 운동 에너지가 전기 에너지로 변환하기 위한 기준값보다 클 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예의 운동기구(100)는 계단 오르기와 같은 효과를 내는 스텝퍼이므로 발판(180)을 오르내리는 속도가 예를 들어 분당 2회 이상 발생하거나 한 쌍의 발판(180)을 교대로 밟아 발생하는 속도가 5km/h 이상인 경우 운동 에너지 측정값이 에너지 변환 기준값과 대응할 수 있다고 가정하기로 한다.

다시 말해, 대상자가 운동기구(100)의 발판(180)을 오르내리는 속도가 기준하는 전기 에너지로 변환 가능한 운동 에너지를 생성하는 속도 이상인 경우, 발판(180) 아래에 장착된 에너지 변환부(150)의 자성부(154)에서 발생한 전기장이 탄성부(156)에 유도되어 유도 전류가 생성될 수 있다. 이때, 생성된 유도 전류는 전기 에너지를 저장하는 저장부(미도시)나 외부 기기와 연결된 출력부(160)를 통해 출력될 수 있다.

한편, 자성부(154) 및 탄성부(156)는 샤프트(152)를 기준으로 샤프트(152) 양 측에 배열되는 구조로 구성될 수 있다. 즉, 샤프트(152)를 기준으로 자성부(154) 및 탄성부(156)는 적어도 한 쌍으로 구현될 수 있다.

이와 같이 자성부(154) 및 탄성부(156)가 적어도 한 쌍으로 구현됨에 따라 발판(180) 구동에 의해 발생하는 운동 에너지가 소비됨 없이 전기 에너지로 변환될 수 있다.

다시 도 3을 참고하면, 운동기구(100)는 운동기구(100)로부터 발생된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여 통신부(110), 센싱부(120), 측정부(130), 메모리(140), 에너지 변환부(150), 출력부(160) 및 프로세서(170) 등을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 통신부(110)는 단말(50)과 통신 연결되어 운동기구(100)를 구동하여 운동중인 대상자의 상태를 단말(50)로 전송할 수 있다. 즉, 후술할 센싱부(120)에서 대상자가 발판(180)을 구동하는 정보를 센싱하면, 센싱된 정보를 단말(50)로 전송하는 것이다. 전송되는 정보는 기 설정된 걷기 운동 평균 열량 소모 정보와 매칭하여 운동한 시간이나 걸음 수만큼 운동 에너지로 변환될 수 있다.

이러한 운동 에너지 정보는 단말(50)을 통해 확인할 수 있으며, 확인되는 운동 에너지 정보는 생성 가능한 전기 에너지 총량, 전기 에너지 생성 유무 정보 등으로 변경되어 단말(50)에 알림 처리 될 수 있다.

실시 예에서, 센싱부(120)는 발판(180)에 대상자가 위치하는지를 센싱할 수 있다. 이를 위해 센싱부(120)는 압력 센서, 온도 감지 센서 등 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

측정부(130)는 대상자가 단말(50) 등을 통해 미리 입력한 목표값을 기초로 대상자의 걷기 운동에 의해 발생하는 운동 에너지를 측정할 수 있다.

여기서 목표값이란, 대상자의 운동 능력, 대상자가 설정한 운동 시간 및 대상자가 설정한 전기 에너지 생성값 중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 대상자가 설정한 전기 에너지 생성값을 예를 들어 설명하기로 한다.

설명한 바와 같이, 단말(50)에는 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 기준값이 저장될 수 있다. 기준값은 전기 에너지가 공급되는 장치에서 요구하는 최소의 전기 에너지에 따라 변경될 수 있다. 저장된 기준값을 기준으로 측정부(130)는 대상자가 운동기구(100)를 구동한 시점에서부터 발생한 운동 에너지를 측정하고 측정한 운동 에너지가 기 저장된 기준값과 대응하는지를 측정할 수 있다.

설명한 바와 같이 대상자의 목표값은 대상자가 설정한 전기 에너지 생성값이며, 설정한 전기에너지 생성값을 기준하여 대상자가 운동기구(100)를 통해 운동하여 발생한 운동 에너지가 전기 에너지로 변환 가능한 기준값인지를 측정하는 것이다.

한편, 개인별로 신체 조건이 다르기 때문에 개인 별로 출력할 수 있는 운동 에너지가 다를 수 있다. 그러나 운동기구(100)에서 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 전기 에너지 변환 기준값은 미리 결정된 조건일 수 있다. 이러한 특징으로 개인의 신체 조건, 목표 운동량 등에 대한 입력값을 기준으로 개인이 발생한 운동 에너지가 전기 에너지로 변환 가능한지를 미리 계산할 수 있다.

이러한 계산은 단말(50)을 통해 이루어질 수 있으며, 이를 위해 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전환식이 단말(50)에 기 저장될 수 있다.

한편, 계산 결과로 개인이 입력한 신체 조건, 목표 운동량 등에 의해 발생할 수 있는 운동 에너지가 기준값보다 작은 경우, 단말(50)에서 대상자에게 운동량 추가를 요청하거나 전기 에너지 전환 불가능을 알릴 수 있다.

또한, 단말(50)을 통해 대상자가 입력한 대상자의 목표값에 따른 생성 가능한 운동 에너지 예측값을 결정할 수 있다. 예를 들어 대상자는 단말(50)을 통해 나이, 성별 등을 입력할 수 있고, 단말(50)에는 운동을 하는 대상자들의 나이, 성별 등에 따른 평균 걷기 운동 시간이 기 저장될 수 있다. 저장된 평균 운동 시간과 입력한 대상자의 정보, 대상자가 실제 운동한 운동 시간 등을 매칭하여 운동기구(100)를 통해 발생시킬 수 있는 운동 에너지를 예측할 수 있다.

한편, 대상자가 운동기구(100)를 구동하여 실제 발생시킨 운동 에너지의 측정값이 단말(50)을 통해 예측한 예측값보다 작은 경우, 대상자에게 운동의 강도를 높이거나, 운동 시간을 증가하라고 하는 등의 알림을 보낼 수 있다.

또한, 예측한 운동 에너지가 전기 에너지로 전환할 수 있는 기준값보다 작은 경우, 단말(50)에서 대상자에게 운동량 추가를 요청하거나 전기 에너지 전환 불가능을 알릴 수 있다.

이와 다르게 발생시킨 운동 에너지를 저장소(미도시)에 저장할 수 있다. 설명한 바와 같이 운동 에너지가 전기 에너지로 전환할 수 있는 기준값에 도달하지 못하는 경우 전기 에너지가 생성될 수 없다. 그러나 생성된 운동 에너지가 전기 에너지로 전환되지 못하는 경우 운동 에너지로 소비되는 것을 방지하기 위해 전기에너지로 전환되지 못한 운동 에너지를 저장하고, 저장된 운동 에너지가 기준값 이상인 경우 저장된 운동 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있도록 구성할 수도 있다.

출력부(160)는 에너지 변환부(150)에서 생성한 전기 에너지를 출력할 수 있는 구성이다. 이러한 출력부(160)는 전기 에너지를 이용하는 단말이나, 전기 에너지를 수집, 저장할 수 있는 배터리 등과 연결될 수 있으며, 생성된 전기 에너지는 출력부(160)를 통해 전기 에너지가 필요한 장치나 배터리로 전송될 수 있다.

메모리(140)는 운동기구(100)를 구동하여 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환, 추출할 수 있는 명령어, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 구성들이 동작하기 위한 데이터 등을 저장할 수 있다.

메모리(160)는 그 밖에 프로세서(170)를 제어하기 위한 코드(code) 및 학습 모델의 중간 연산 결과 등의 데이터를 저장한다.

프로세서(170)는 운동기구(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(170)는 앞서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(140)에 저장된 응용 프로그램을 구동하도록 하여 운동 하는 대상자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구를 이용하는 대상자가 운동 시간을 입력하는 장치의 인터페이스를 설명하는 도면이다.

설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서, 대상자의 단말(50)에는 동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 조건이 저장될 수 있다. 이때, 대상자가 단말(50)에 운동 정보, 대상자 정보 등을 입력한 뒤 입력된 정보를 기반으로 운동기구(100)를 동작시켜 생성된 운동 에너지가 기 저장된 조건에 따라 전기 에너지로 변환될 수도 있다.

구체적으로, 대상자가 단말(50)에 운동 시간을 입력하고(도 4의 (a)), 대상자가 운동기구(100) 발판(180)에 올라 운동을 시작할 수 있다. 이후 운동기구(100)는 대상자에 입력 받거나 미리 설정된 운동 시간 내에 대상자가 걷기 운동을 실행했는지를 측정할 수 잇다.

운동기구(100)의 에너지 변환부(150)는 대상자가 걷기 운동을 시작하여 생성된 운동 에너지로부터 유도 전력을 확보하고, 확보한 유도 전력은 전기 에너지로 전환되어 출력부(160)를 통해 출력될 수 있다.

이때, 발생한 운동 에너지 측정값이 전기 에너지로 변환하기 위한 최소의 운동 에너지인지를 판단할 수 있다(도 4의 (b)). 이를 위해 대상자가 입력한 운동 시간이 운동 에너지를 발생할 수 있는 운동 시간이었는지를 판단할 수 있다.

다르게는 대상자가 입력한 운동 시간보다 적은 운동 시간만큼 운동하거나, 입력한 운동 시간만큼 운동하였으나 생성하고자 하는 전기 에너지 생성값보다 적은 전기 에너지가 생성된 경우, 단말(50)을 통해 이를 알림으로써, 추가 운동을 실행하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구를 이용하여 에너지 변환 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참고하면 본 발명의 실시 예에 따른 운동기구의 에너지 변환 방법은, 운동기구(100)에 운동기구를 이용하여 운동을 하려는 대상자가 위치하였는지를 확인하고(S110), 대상자가 운동기구를 구동하여 운동을 시작하면 운동기구(100)로부터 발생한 운동 에너지를 측정할 수 있다(S120).

이때, 운동기구(100)로부터 측정된 운동 에너지가 전기 에너지로 변환하기 위해서 최소의 운동 에너지가 생성되어야 한다. 따라서, 발생한 운동 에너지가 전기 에너지로 변환하기 위한 기준값 이상 측정, 수집되면 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이를 위해 대상자가 운동기구(100)를 구동한 시점에서부터 발생한 운동 에너지를 측정하고 측정한 운동 에너지가 기 저장된 기준값과 대응하는지를 판단할 수 있다.

이후, 측정된 운동 에너지 측정값이 기준값 이상인 것으로 판단되면 측정값을 전기 에너지로 변환할 수 있다.

운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정은 에너지 변환부(150)를 통해 구현될 수 있다. 에너지 변환부(150)는 운동기구(100)는 대상자의 발이 거치되는 발판(180) 하측에 설치될 수 있다.

구체적으로 대상자가 발판(180)을 밟고 계단을 오르듯이 운동하는 방향인 제1 방향으로 이동하며 운동 에너지가 생성될 수 있다. 이때, 발판(180) 하측에 설치된 샤프트(152)와 자성부(154)가 발판(180)의 이동 방향인 제1 방향과 가로지르는 제2 방향으로 직선 운동할 수 있다.

샤프트(152)와 자성부(154)가 직선 운동하면 자성부(154)와 마주하되, 발판9) 하측에 고정되게 설치된 탄성부(156)에 유도 전력이 유도될 수 있다. 즉, 발판(180)을 구동하여 생성된 운동 에너지를 통해 전기 에너지가 생성될 수 있다.

생성된 전기 에너지는 출력부(160)를 통해 전기 에너지를 수집하는 배터리나 전기 에너지를 이용하는 장치로 공급될 수 있다.

이와 같이 운동기구를 구동하는 동안 발생하는 운동 에너지를 소비하지 않고 전기 에너지로 변환함으로써, 에너지 재 생산이 가능해질 수 있다.

즉, 걷기 운동하는 대상자가 운동기구를 이용하여 운동 시간을 입력하고, 입력된 운동 시간에 기준하여 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 변환 기준값 이상인 경우 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 하여 대상자는 에너지를 생산할 수 있는 일정 시간 이상 운동함과 동시에 에너지 생산이 가능해질 수 있다.

또한, 운동하는 대상자가 미리 설정한 생성하고자 하는 전기 에너지 생성값 중 어느 하나가 실제 측정한 전기 에너지 생성값보다 작은 경우 대상자의 운동 시간이 추가되도록 하여 필요한 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.

이상 설명된 본 발명의 실시 예에 대한 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 각 단계의 적어도 일부가 프로세서에 의해 수행되고 대상자가 운동기구를 구동하여 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법으로서,
   기 설정된 거치 조건에 따라 운동기구 상에 대상자가 거치한 여부를 인지하는 단계;
   상기 대상자가 상기 운동기구를 구동하여 상기 운동기구로부터 발생한 운동 에너지 측정값이 기 설정된 에너지 변환 기준값에 대응하는지 판단하는 단계; 및
   상기 측정값이 판단된 상기 기준값 이상인 경우, 상기 측정값을 전기 에너지로 변환하는 단계를 포함하고,
   상기 측정값은, 상기 대상자가 걷기 운동이 가능하도록 상기 대상자의 발이 거치되는 한 쌍의 발판을 교대로 밟는 속도이고,
   상기 기준값은, 상기 운동기구에서 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환 가능한 상기 발판을 밟은 속도이며,
   상기 변환하는 단계는,
   상기 측정값이 상기 기준값보다 큰 경우 상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환부로부터 유도 전류가 발생하여 전기 에너지를 생성하는 단계를 포함하는,
   에너지 변환 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 변환부는, 상기 발판 하측에 위치하는 샤프트, 상기 샤프트 일 측에 고정된 자성부 및 상기 자성부의 대해 상기 발판 하측에 고정된 탄성부를 포함하고,
   상기 변환하는 단계는,
   상기 에너지 변환부가 상기 발판이 구동하는 제1 방향과 가로지르는 제2 방향으로 구동하는 단계; 및
   상기 탄성부로 상기 자성부에서 발생한 전기장이 유도되는 단계를 포함하는,
   에너지 변환 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유도되는 단계는,
   상기 제1 방향을 따라 구동하는 상기 샤프트 및 상기 자성부의 구동 속도가 기 설정된 속도 이상인 경우 상기 기준값에 대응하는 것으로 판단하는,
   에너지 변환 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   저장매체를 이용하여 상기 운동기구를 통해 실행할 목표값을 입력하는 단계;
   입력된 상기 목표값이 상기 기준값에 도달하는지 판단하는 단계를 포함하는,
   에너지 변환 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 목표값은, 상기 대상자의 운동 능력, 상기 대상자가 설정한 운동 시간 및 상기 대상자가 설정한 전기 에너지 생성값 중 적어도 하나이며,
   상기 목표값이 상기 기준값에 도달하지 않는 것으로 판단되면, 상기 대상자에게 추가 운동을 안내하는 단계를 더 포함하는,
   에너지 변환 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 판단하는 단계는,
   상기 운동기구를 이용한 대상자의 나이 및 성별을 기초하여 평균화하여 상기 측정값을 출력하는 단계;
   상기 측정값이 상기 기준값 보다 작은 경우, 상기 운동기구로부터 발생한 운동 에너지를 저장하는 단계를 포함하는,
   에너지 변환 방법.