KR100789212B1

KR100789212B1 - 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법 및 절전 구동장치

Info

Publication number: KR100789212B1
Application number: KR1020070019947A
Authority: KR
Inventors: 문종우; 김태한
Original assignee: 우리헬스뱅크 주식회사
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-01-02
Also published as: WO2008105600A1

Abstract

본 발명은 사용자의 질량에 따라 소모 전력을 최소로 하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법은 사용자가 수직 진동형 운동 장치의 진동판에 탑승하는 경우, 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 수직 진동형 운동 장치의 구동부에 인가하는 단계를 포함한다.

수직 진동형 운동 장치, 최적 구동 주파수, 최적 구동 전류

Description

수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법 및 절전 구동 장치{METHOD AND APPARATUS OF DRIVING VERTICALLY VIBRATING APPARATUS FOR EXERCISING IN POWER-SAVE MODE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치를 구동하는 단상 영구자석 전동기의 전기 시스템을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 기계 시스템을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법의 과정을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치의 개략 구성을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치의 제어 장치의 세부 구성을 도시한 도면,

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서의 세부 구성을 도시한 도면,

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서의 출력과 거리와의 관계를 도시한 도면,

도 7은 종래의 수직 진동형 운동 장치를 도시한 도면.

도면의 주요부에 관한 설명

10 : 진동판 20 : 위치 센서

30 : 제어 장치 40 : 구동부

50 : 사용자 인터페이스

본 발명은 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법 및 절전 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 사용자의 질량에 따라 소모 전력을 최소로 하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법 및 절전 구동 장치에 관한 것이다.

최근 칼로리 높은 음식을 섭취하는 양이 늘어나면서 비만 인구가 지속적으로증가하고 있다. 비만은 심장병, 고혈압, 당뇨병 등 다양한 성인병의 발병 원인으로 지적되고 있으며, 관절염 등의 외과 질환의 발병에도 관련성이 있는 것으로 알려져 있다.

비단 비만 인구뿐 아니라 일반인들 사이에서도 건강을 유지하기 위해 유산소 운동이 추천되고 있으며, 유산소 운동을 가능하게 하는 다양한 운동 장치가 사용되고 있다.

이러한 다양한 운동 장치 중 유산소 운동을 가능하게 하면서도 무릎 관절 등에 충격을 줄기기 위한 운동 장치로서 수직 진동형 운동 장치가 제안되어 있다.

수직 진동형 운동 장치는 예컨대, 사용자가 당해 운동 장치의 진동판에 탑승하여 운동 장치를 구동시키면 그 발판이 상하로 진동하여 사용자의 지방 및 근육에 자극을 주어 지방을 감소시키고 근육을 강화시키는 원리를 이용한다.

도 7은 종래의 수직 진동형 운동 장치를 도시한 도면이다.

종래의 수직 진동형 운동 장치는 L자형 프레임(70)의 하단에 진동판(72)이 설치되고, 프레임(70)의 상단에 운동 중 안정적인 사용을 위한 손잡이(74) 및 구동 상태 등을 표시하기 위한 표시부(76)가 설치되어 있다. 또한, 진동판(72)은 그 하부에 단상 영구 자석 전동기의 원리를 이용한 진동 발생 장치를 포함하고 있다.

그러나, 이러한 수직 진동형 운동 장치의 경우, 소정의 운동 효과를 거두기 위해 일정 크기 이상의 상하 방향의 진동이 요구되며, 이를 위해서는 상당한 전력이 소모된다는 문제가 있다.

더욱이, 종래의 수직 진동형 운동 장치는 사용자의 질량을 전혀 고려하지 않고, 항상 일정한 값의 전류로 구동되도록 구성되었으므로, 전력 또한 사용자의 질량에 관계없이 일정하게 소모되었다.

즉, 사용자의 질량에 따라 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 구동 전류값이 달라짐에도 불구하고, 종래의 수직 진동형 운동 장치는 사용자의 질량에 관계없이 일정한 구동 전류로 구동됨으로써, 불필요한 전력 소모를 초래한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 사용자의 질량에 따라 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류로 수직 진동형 운동 장치를 구동함으로써, 전력 소모를 절감하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법 및 절전 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제2 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와, 상 기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 단계와, 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제3 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 단계와, 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법을 제공한다..

본 발명의 제1 측면 내지 제2 측면에서, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계는 상기 진동판에 광을 조사하는 단계와, 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하는 단계와, 상기 측정된 광량에 근거하여 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상 기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 측정하는 단계와, 상기 측정된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제5 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 측정하는 단계와, 상기 측정된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제6 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과, 상기 산출된 상기 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 제7 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 질량 산출 수단과, 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 제8 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과, 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 질량 산출 수단과, 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 최적 구동 주파 수 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치를 제공한다.

본 발명의 제6 측면 내지 제8 측면에서, 상기 위치 정보 검출 수단은 위치 센서일 수 있으며, 상기 위치 센서는 발광부와 수광부를 가지며, 상기 발광부는 상기 진동판에 광을 조사하고, 상기 수광부는 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하고, 상기 측정된 광량에 근거하여 상기 사용자의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명의 제9 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 검출하는 질량 검출 수단과, 상기 검출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치를 제공한다.

또한, 제10 측면은 진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서, 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 검출하는 질량 검출 수단과, 상기 검 출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 최적 구동 주파수 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과, 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치를 제공한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류의 산출 원리를 이하에서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치를 구동하는 단상 영구 자석 전동기의 전기 시스템을 도시한 도면이다.

이와 같은 단상 영구 자석 전동기의 전기 시스템의 동역학은 다음과 같다.

(1)

(2)

단, L 은 전동기의 인덕턴스, R 은 상저항, v_E 는 역기전력을 의미하고, V 는 인가 전압을, I 는 권선 전류를 나타낸다.

또한, 도 2는 수직 진동형 운동 장치의 기계 시스템을 도시한 도면이다.

이와 같은 기계 시스템의 동역학은 다음과 같이 표현된다.

(3)

단, M 은 수직 진동형 운동 장치에 탑승한 사용자의 질량을 포함하는 부하 질량, B 는 점성 부하 상수, k 는 스프링의 탄성 계수, g 는 중력가속도, x 는 관성계에 대한 절대 위치를 나타낸다.

한편, 수직 진동형 운동 장치가 정지 상태일 때에는 중력가속도에 의한 힘과 스프링의 복원력이 평형을 이루게 되는데, 이 때의 평형 위치 x₀ 는 다음과 같이 표현된다.

(4)

또한, x 를 평형 위치에 대한 상대 위치로 치환하고 부하가 평형 위치를 기준으로 일정한 진폭의 정현파 운동을 한다고 가정하면 위치 x 는 다음을 만족한다.

(5)

이때, 식 (4) 및 (5)를 식 (3)에 대입하여 시간에 대한 전류값을 구하면 다 음과 같다.

(6)

다음에, 식 (6)을 미분하면 다음과 같은 식을 구할 수 있다.

(7)

한편, 식 (2) 및 (5)에 의하여 다음과 같은 식이 성립한다.

(8)

이때, 식 (6), (7) 및 (8)을 식 (1)에 대입하면 상전압 V 는 다음과 같이 표현된다.

(9)

다음에 식 (6) 및 (9)에 의하여 순간 소모 전력을 구하면 다음과 같다.

(10)

다음에 식 (10)으로부터 한 주기 동안의 평균 소모 전력을 구하면 다음과 같다.

(11)

따라서, 동일한 진동을 하는 경우, 식 (11)에 의해 진동 주파수가 다음의 식을 만족할 때 소모 전력이 최소가 되는 것을 알 수 있다.

(12)

즉, 시스템 상수들을 미리 알 수 있는 경우, 수직 진동형 운동 장치에 탑승하는 사용자를 포함하는 부하 질량의 값만 알 수 있다면 식 (12)로부터 소모 전력이 최소가 되는 최적 구동 주파수를 알 수 있다.

한편, 식 (4)에 의해 수직 진동형 운동 장치의 사용자(진동판)의 평형 위치를 측정함으로써, 부하 질량 M 을 추정할 수 있다.

(13)

즉, 수직 진동형 운동 장치가 정지한 상태에서 사용자의 위치를 측정하면 식 (13)에 의해 부하 질량을 구할 수 있다.

또한, 식 (12) 및 (13)에 의해 최적 구동 주파수를 다음과 같이 구할 수도 있다.

(14)

또한, 식 (14) 및 식 (6)에 의해 최적 구동 전류를 다음과 같이 구할 수 있다.

(15)

또한, 식 (15) 및 식 (13)에 의해 최적 구동 전류를 다음과 같이 구할 수도 있다.

(16)

이와 같은 방법에 의해 소모 전력이 최소가 되는 최적 구동 전류를 산출함으로써, 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 자동으로 절감할 수 있게 된다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법의 과정을 도시한 도면이다.

먼저, 사용자가 수직 진동형 운동 장치의 진동판에 탑승하면, 위치 정보 검출 단계(S100)에서 위치 센서 등에 의해 사용자(진동판)의 위치 정보, 예컨대, 평형 위치를 검출한다. 즉, 사용자가 탑승하기 전의 진동판의 위치와 탑승 후의 진 동판의 위치를 비교하여 진동판의 위치 변화를 측정한다.

다음에, 질량 산출 단계(S200)에서는 위치 정보 검출 단계(S100)에서 검출한 진동판의 위치 정보를 기초로 식 (13)에 의해 사용자의 질량을 포함한 부하 질량을 산출한다.

다음에, 최적 구동 주파수 산출 단계(S300)에서는 질량 산출 단계(S200)에서 산출한 부하 질량값을 기초로 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출한다. 이 경우, 식 (12)가 이용될 수 있다.

다음에, 최적 구동 전류 산출 단계(S400)에서는 최적 구동 주파수 산출 단계(S300)에서 산출한 최적 구동 주파수값을 기초로 식 (6)에 의해 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출한다.

다음에, 최적 구동 전류 인가 단계 (S500)에서는 최적 구동 전류 산출 단계(S400)에서 산출한 최적 구동 전류를 수직 진동형 운동 장치의 구동부에 인가한다.

본 발명의 다른 실시예에서는 위치 정보 검출 단계(S100)에서 진동판의 위치 정보를 검출한 후, 질량 산출 단계(S200) 및 최적 구동 주파수 산출 단계(S300)를 거치지 않고, 곧바로 최적 구동 전류 산출 단계(S400)로 이동할 수 있다. 즉, 위치 정보 검출 단계(S100)에서 측정한 사용자의 평형 위치값을 기초로 식 (16)에 의해 직접 최적 구동 전류를 산출할 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 위치 정보 검출 단계(S100)에서 사용자의 위치 정보를 검출하고, 이를 기초로 질량 산출 단계(S200)에서 사용자의 질량 을 포함한 부하 질량을 산출한 후, 최적 구동 주파수 산출 단계(S300)를 거치지 않고, 곧바로 최적 구동 전류 산출 단계(S400)으로 이동할 수 있다. 즉, 질량 산출 단계에서 산출한 부하 질량값을 기초로 식 (15)에 의해 직접 최적 구동 전류를 산출할 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 위치 센서 등에 의해 사용자의 위치 정보를 검출하는 일 없이, 전자 저울 등 기타 다른 방법에 의해 부하 질량을 검출하여, 검출된 부하 질량값을 기초로 최적 구동 주파수 또는 최적 구동 전류를 산출할 수도 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치는 진동판(10), 위치 센서(20), 제어 장치(30), 구동부(40), 사용자 인터페이스(50)를 구비한다.

진동판(10)은 사용자가 탑승하는 발판의 기능을 수행하는 것으로서, 구동부(40)로부터 인가된 구동력에 의해 상하 방향의 진동 운동을 한다.

위치 센서(20)는 진동판(10)의 수직 방향의 위치 정보를 검출하는 센서이다. 사용자가 수직 진동형 운동 장치의 진동판(10)에 탑승하면, 위치 센서(20)는 사용자의 위치 정보, 예컨대, 평형 위치를 측정하여, 측정된 평형 위치값을 제어 장치(30)로 전송한다.

제어 장치(30)는 위치 센서(20)로부터 전송받은 평형 위치값을 기초로 최적 구동 전류를 산출하여, 산출된 최적 구동 전류를 구동부(40)에 인가한다.

구동부(40)는 제어 장치(30)로부터 공급된 최적 구동 전류로 구동되어 진동판(10)을 진동시킨다. 구동부(40)는 바람직하게는 선형 모터이다.

사용자 인터페이스(50)는 사용자가 수직 진동형 운동 장치가 지원하고 있는 여러 가지 기능을 설정하기 위한 설정 수단이다. 사용자는 사용자 인터페이스(50)에 의해 예컨대, 진동의 강도(진폭), 진동의 속도(주기) 등을 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치의 제어 장치(30)의 세부 구성을 도시한 도면이다.

질량 산출부(32)는 위치 센서(20)로부터 전송받은 평형 위치 x₀ 를 기초로 식 (13)에 의하여 부하 질량 M 을 산출하고, 이를 최적 구동 주파수 산출부(34)로 전송한다.

최적 구동 주파수 산출부(34)는 질량 산출부(32)로부터 전송받은 부하 질량 M 을 기초로 식 (12)에 의하여 소모 전력이 최소가 되는 최적 구동 주파수 ω 를 산출한다.

최적 구동 전류 산출부(36)는 최적 구동 주파수 산출부(34)로부터 전송받은 최적 구동 주파수 ω 를 기초로 식 (6)에 의하여 최적 구동 전류 I^*를 산출하고, 이를 전류 인가부(38)로 전송한다.

전류 인가부(38)는 최적 구동 전류 산출부(36)로부터 전송받은 최적 구동 전 류 I^*로 구동 전류를 변환하여 이를 구동부(40)에 인가한다. 전류 인가부(36)는 단상 인버터인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에서는 질량 산출부(32) 및 최적 구동 주파수 산출부(34)를 생략하고, 위치 센서(20)에 의해 검출된 평형 위치 x₀ 를 최적 구동 전류 산출부(36)로 직접 전송해도 된다. 이 경우, 식 (16)에 의해 평형 위치 x₀ 를 기초로 최적 구동 전류 I^*를 산출한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 최적 구동 주파수 산출부(34)를 생락하고, 질량 산출부(32)에서 산출한 부하 질량 M 을 최적 구동 전류 산출부(36)로 직접 전송해도 된다. 이 경우, 식 (15)에 의해 부하 질량 M 을 기초로 최적 구동 전류 I^*를 산출한다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에서는 위치 센서(20) 대신에 전자 저울 등 기타 다른 방법을 사용하여 부하 질량 M 을 검출한 후, 검출된 부하 질량 M 을 기초로 식 (12)에 의해 최적 구동 주파수 ω 를 산출하거나, 식 (15)에 의해 최적 구동 전류 I^* 를 산출할 수도 있다.

지금까지는 수직 진동형 운동 장치가 구동되지 않은 상태에서의 최적 구동 주파수 또는 최적 구동 전류를 산출하는 방법에 관해 설명하였으나, 본 발명은 이하에서 설명하는 바와 같이, 수직 진동형 운동 장치가 구동되어 진동 운동을 하는 도중에 부하 질량의 변화가 발생한 경우에도 질량 변화를 감지하여 최적 구동 주파 수 또는 최적 구동 전류를 검출할 수 있다.

수직 진동형 운동 장치가 식 (9)의 전압 입력에 의해 정현파로 수직 운동하고 있는 경우, 사용자(진동판)의 위치는 평형 위치를 기준으로 식 (5)와 같은 정현파 운동을 하는 것을 알 수 있다.

따라서, 위치 센서 등을 이용하여 사용자의 위치값을 측정한 후, 측정한 위치 값을 한 주기 동안 적분하여 평균값을 구하면 다음과 같이 평형 위치를 산출할 수 있다.

(17)

즉, 식 (17)으로부터 한 주기 동안의 위치의 평균값은 곧 평형 위치와 동일함을 알 수 있다.

따라서, 진동 운동 중에도 질량의 변화를 감지하여 그에 따른 최적 구동 주파수 또는 최적 구동 전류를 검출함으로써, 수직 진동형 운동 장치를 절전 구동할 수 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서에 대해 설명한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서(20)의 세부 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서(30)는 발광부(12), 수광부(14), 연산 증폭기(OP-AMP)(16), 필터(18)를 구비한다.

발광부(12)는 진동판(10)으로 예컨대 적외선을 조사하며, 조사된 적외선은 진동판(10)에 의해 반사되어 수광부(14)로 돌아온다.

수광부(14)는 진동판(10)에 의해 반사된 적외선의 광량을 측정하고, 측정된 광량에 따라 출력 전류를 변화시킨다. 즉, 수광부(14)는 반사된 적외선의 광량에 비례하는 출력 전류를 출력한다. 여기서, 반사된 적외선의 광량은 진동판(10)과 위치 센서(20)간 거리에 반비례하므로, 위치 센서(20)의 출력 전류는 도 2b에 도시되어 있는 바와 같은 거리의 함수로 된다. 이와 같은 관계를 이용하여 위치 센서(20)는 진동판(10)의 위치를 검출할 수 있다. 이 경우, 발광부(12)는 적외선 다이오드를, 수광부(14)는 적외선 트랜지스터를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 발광부(12)와 수광부(14)가 각각 적외선 다이오드와 적외선 트랜지스터를 사용하여 구성되는 경우 저렴한 비용으로 위치 센서(10)를 구성할 수 있다는 장점이 있다.

연산 증폭기(16)는 수광부(14)로부터 전송된 출력 전류를 증폭하여 필터로 전송하고, 필터(18)는 연산 증폭기로부터 전송된 출력 전류 중 노이즈 성분을 제거하여 수직 진동형 운동 장치의 제어 장치(30)로 전송한다.

또한, 수직 진동형 운동 장치의 제어 장치(30)는 위치 센서(20)의 수광부(14)가 수광한 적외선의 광량과 이에 대응하는 진동판(10)과 위치 센서(20) 간의 거리를 테이블로 데이터베이스부(도시 생략)에 저장해두고, 위치 센서(20)의 수광부로부터 전송 받은 적외선의 광량에 대응하는 진동판(10)과 위치 센서(20) 간의 거리를 상기 테이블로부터 판독하여 산출할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에 따르면, 사용자의 질량에 따라 수직 진동형 운동 장치의 최적 구동 전류를 산출하고 그에 따라 수직 진동형 운동 장치를 구동함으로써, 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서,

(a) 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와,

(b) 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와,

(c) 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서,

(a) 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와,

(b) 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 단계와,

(c) 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와,

(d) 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서,

(a) 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계와,

(b) 상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 단계와,

(c) 상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 단계와,

(d) 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와,

(e) 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계(a)는

상기 진동판에 광을 조사하는 단계와,

상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하는 단계와,

상기 측정된 광량에 근거하여 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서,

(a) 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 측정하는 단계와,

(b) 상기 측정된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와,

(c) 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법에 있어서,

(a) 사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 측정하는 단계와,

(b) 상기 측정된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 단계와,

(c) 상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 단계와,

(d) 상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 단계

를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 방법.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서,

사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과,

상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과,

상기 산출된 상기 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단

을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서,

사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과,

상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 질량 산출 수단과,

상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단

을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서,

사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 수단과,

상기 검출된 사용자의 위치 정보에 근거하여 사용자의 질량을 산출하는 질량 산출 수단과,

상기 산출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 최적 구동 주파수 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단

을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위치 정보 검출 수단은 위치 센서를 구비하는

수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
제10항에 있어서,

상기 위치 센서는 발광부와 수광부를 가지며,

상기 발광부는 상기 진동판에 광을 조사하고,

상기 수광부는 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하고, 상기 측정된 광량에 근거하여 상기 사용자의 위치 정보를 검출하는

수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
제11항에 있어서,

상기 발광부는 적외선 다이오드이고,

상기 수광부는 적외선 트랜지스터인

수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서,

사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 검출하는 질량 검출 수단과,

상기 검출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단

을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.
진동판과, 지면에 고정되는 바닥 지지부와, 상기 진동판과 상기 바닥 지지부 사이에 구비되어 상기 진동판에 수직 진동을 전달하는 구동부를 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치에 있어서,

사용자가 상기 진동판에 탑승하는 경우, 상기 사용자의 질량을 검출하는 질량 검출 수단과,

상기 검출된 사용자의 질량에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 주파수를 산출하는 최적 구동 주파수 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 주파수에 근거하여 상기 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적 구동 전류를 산출하는 최적 구동 전류 산출 수단과,

상기 산출된 최적 구동 전류를 상기 구동부에 인가하는 전류 인가 수단

을 포함하는 수직 진동형 운동 장치의 절전 구동 장치.