KR101160960B1 - The muscular assessment and buildup exercise product for generating using inverter torque control - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용하여 트레이닝 헬스기구의 잡아 당기는 힘을 풀리 장치 등으로 회전력으로 바꾸고, 이 회전력으로 얻어지는 전력을 전기적 부하에 의해서 제어함으로써 기존의 트레이닝 장치들이 무게 추 5Kg, 10kg의 바벨을 쌓아 올려서 트레이닝을 하고 있는 방식을 무게 추 100g 이하 단위의 전기적 부하를 인가 함으로써, 이를 통하여 최대 근력 및 트레이닝 시의 근력을 측정, 평가가 가능하고, 해당 운동 방법에 따른 섬세한 근력 부하량을 제공할 수 있어, 운동량과 운동 강도를 섬세하게 조절하도록 하고, 상기 미세 근력강도 조절을 위한 불필요한 전력 소모가 없도록 함으로써 전력을 효율적으로 발생시키고 일상의 여러 가지 전기기구 등에 사용 가능한 품질 좋은 전력을 생산할 수 있도록 한 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 관한 것이다.The present invention relates to power generation evaluation and reinforcement exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator, and more particularly, to pull the power of the training fitness equipment using the rotational torque control method of the generator as a rotational force by a pulley device or the like. By changing the power obtained by this rotational force by the electrical load, the existing training equipments are trained by stacking 5kg weight and 10kg weight barbell and applying the electrical load of 100g weight or less unit. It is possible to measure and evaluate muscle strength and strength during training, and to provide a delicate muscle load according to the exercise method, to finely control the amount of exercise and intensity of exercise, and to consume unnecessary power for adjusting the micro strength. To generate power efficiently The present invention relates to a power evaluation and strengthening exercise device for power generation using a rotational torque control method of a generator capable of producing high-quality electric power that can be used for various electric appliances.

Description

발전기의 회전토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구{The muscular assessment and buildup exercise product for generating using inverter torque control}The muscular assessment and buildup exercise product for generating using inverter torque control}

본 발명은 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 회전 토크를 제어보드(제어부)에 의하여 제어하여, 근력 운동강도를 미세조절함과 동시에, 근력 운동강도에 대한 평가가 이루어지도록 하고 이를 디스플레이 장치에 의해 디스플레이함으로써, 근력 강화와 함께 근력 평가를 도울 수 있는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 관한 것이다. The present invention relates to a power evaluation and strengthening exercise device for power generation using the rotational torque control method of the generator, and more particularly, by controlling the rotational torque of the generator by a control board (control unit), and finely adjust the muscular strength At the same time, it relates to the power strength evaluation and strengthening exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator that can help to evaluate the strength and strength of the exercise strength and display by the display device, the strength and strength.

다시말해, 본 발명의 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구는 트레이닝 헬스기구의 잡아 당기는 힘을 풀리 장치 등으로 회전력으로 바꾸고, 이 회전력으로 얻어지는 전력을 제어함으로써 기존의 트레이닝 장치들이 5Kg, 10kg의 바벨을 쌓아 올려서 트레이닝을 하고 있는 방식을 무게 추 100g 이하, 즉 10g, 50g, 또는 100g 단위의 전기적 부하를 인가 함으로써, 이를 통하여 최대 근력 및 트레이닝 시의 근력을 측정, 평가가 가능하고, 해당 운동 방법에 따른 섬세한 근력 부하량을 제공할 수 있어, 운동량과 운동 강도를 섬세하게 조절하도록 하고, 상기 운동강도 조절을 위한 불필요한 전력 소모가 없도록 함으로써 전력을 효율적으로 발생시키고 일상의 여러 가지 전기기구 등에 사용 가능한 품질 좋은 전력을 생산할 수 있도록 한 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 관한 것이다.In other words, power generation evaluation and strengthening exercise equipment for power generation of the present invention by changing the pulling force of the training fitness equipment to the rotational force, such as a pulley device, and by controlling the power obtained by the rotational force of the existing training apparatuses 5Kg, 10kg barbell By stacking and training the weight of 100g or less, that is, by applying an electrical load in units of 10g, 50g, or 100g, it is possible to measure and evaluate the maximum strength and strength at the time of training. Delicate muscle strength can be provided to finely control the amount of exercise and exercise intensity, and to generate power efficiently by eliminating unnecessary power consumption for the exercise intensity control, high-quality power that can be used in various electrical appliances in everyday life Rotor torque control scheme of a generator to produce Yonghan relates to the evaluation and development of muscle strengthening exercise equipment for.

현재 석유 자원이 고갈되고 있어 전력을 만드는 발전장치의 가동에 어려움이 예측되고 있을 뿐 아니라 종래 화석 연료의 사용으로 환경 파괴와 같은 문제점이 대두됨에 따라 최근 이를 예방하기 위하여 공해가 없거나 새로운 친환경적인 방법으로 전력을 생산할 수 있도록 수력, 화력, 조력, 태양열 및 원자력 등을 이용한 발전장치를 개발하고 있다.Due to the depletion of petroleum resources, it is not only difficult to operate power generation equipment that generates electricity, but also problems such as environmental destruction due to the use of conventional fossil fuels are emerging. In order to produce electric power, we are developing power generation equipment using hydro, thermal, tidal, solar and nuclear power.

그러나, 상기 다양한 자원을 이용하는 종래의 발전장치들은 그 설비가 고가이고, 특히 원자력 및 화력 등은 폐기물을 발생시켜 환경을 오염시키는 문제점이 있다.However, the conventional power generators using the various resources are expensive, the nuclear power plant and the like, in particular, there is a problem that pollutes the environment by generating waste.

최근에는 신재생 에너지에 대한 관심으로 태양열, 지열을 이용한 신재생 에너지 생산 설비가 연구되고 설치되어 사용되기도 하지만 이는 고가의 설치비가 필요하여 일반인들이 사용하기에 용이하도록 저가의 설비투자만으로 전력생산도 할 수 있고 운동효과까지 누릴 수 있는 발전 기능을 가진 헬스운동기구가 보급되고 있다. 이에, 환경을 보존하면서 가정에 필요한 전력을 자체적으로 생산하여 사용할 수 있는 발전장치를 개발하게 되었으며, 일 예로서, 건강을 유지하기 위하여 실내에서 유산소 운동을 할 수 있어 러닝머신과 함께 가정에까지 널리 보급되어 있는 자전거의 페달운동을 통하여 전력을 발생시키도록 발전기와 축전기를 가지는 헬스 사이클이 대한민국 공개실용신안공보 공개번호 10-2007-0058781호(출원번호 10-2005-0117487)이 고안되었다. Recently, solar energy and geothermal renewable energy production facilities have been researched, installed and used due to the interest in renewable energy. However, this requires expensive installation costs, so that electricity can be produced only by investing in low-cost facilities to make it easier for the general public to use. Health fitness equipment with a power generation function that can enjoy the exercise effect can be spread. Therefore, we have developed a power generation device that can produce and use power for home while preserving the environment. For example, it can be aerobic exercise indoors to maintain health and widely spread to treadmills and homes. Korean public utility model publication No. 10-2007-0058781 (Application No. 10-2005-0117487) has been devised for a health cycle having a generator and a capacitor to generate electric power through the pedal movement of a bicycle.

상기 종래 헬스 싸이클은, 운동강도 조절을 위하여 페달의 부하(load)를 조절하는 단순 기구적으로 구성된 전자석을 사용함으로써 운동강도 조절에 생산한 전력을 상기 전자석에서 일부 소모해야 하기 때문에 전력생산의 효율성 측면에서 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.The conventional health cycle, the use of a simple mechanically configured electromagnet that adjusts the load (load) of the pedal to control the exercise intensity by using a portion of the power produced in the exercise intensity control in the electromagnet because the efficiency of power production There was a significant drop in the issue.

또한, 기존의 헬스운동기구는 생산되는 전력이 방열저항을 통해 방전되고 정류기와 같은 수동 소자를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 바꾸는 작용에서의 부수적인 생산 전력의 소모는 전체시스템에서 전력생산 효율의 감소를 초래하며, 상기 수동소자를 이용하여 발전을 할 경우에는 발전 도중에는 운동강도를 조절할 수가 없으며 전력의 품질이나 효율 면에서도 현저히 떨어지는 단점이 있다.In addition, in the existing fitness exercise equipment, the power produced is discharged through heat dissipation resistance, and the secondary power consumption in the action of converting AC power into DC power using a passive element such as a rectifier is a factor of power production efficiency in the entire system. In the case of power generation using the passive element, it is impossible to control the exercise intensity during power generation, and there is a disadvantage in that the power quality and efficiency are significantly reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서 발전기의 회전 토크 제어 방식을 사용함으로써 전기적인 부하를 인가하여, 발전기로부터 생산된 전력을 충전하는 도중에도 별도의 전력 소모가 없이 근력운동강도를 미세하게 조절하기 위해 무게 추 100g 이하 단위의 전기적 부하량 조정이 가능하도록 하고, 스위칭 소자와 같은 능동소자를 이용하여 보다 나은 품질의 전력을 더욱 효율적으로 생산할 수 있도록 한 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention by applying an electrical load by using the rotational torque control method of the generator to improve the above problems, finely adjust the muscle exercise intensity without additional power consumption while charging the power produced from the generator In order to adjust the electrical load in the unit of weight less than 100g, and to evaluate the power generation for power generation using the rotational torque control method of the generator, it is possible to produce better quality power more efficiently by using active elements such as switching elements. And to provide a reinforcing exercise device.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 근력 평가 및 강화 운동기구는 사용자의 근력을 평가하고 강화하는 근력 평가 및 강화 운동 기구로서, 사용자가 근력을 사용하여 당기는 와이어와; 상기 와이어의 직선운동을 회전운동으로 변경하는 풀리와; 상기 풀리의 회전운동에 따른 회전력을 이용하여 전류를 발생시키는 발전기와; 상기 발전기에서 발생된 전류값을 측정하는 전류센서와; 상기 발전기의 회전축에 수직으로 설치되어 발전기의 회전속도값을 측정하는 회전속도 센서와; 사용자가 원하는 미세 근력운동강도 설정값을 입력받고, 운동량 등을 디스플레이 하는 근력 운동강도 조절장치와; 상기 전류센서에서 측정된 전류값과 상기 회전속도센서에서 측정된 회전속도값을 입력받아 제어루프의 전류/회전속도 제어기의 전류 궤환값과 회전속도 궤환값을 생성하고, 상기 근력운동 강도 조절장치에서 입력된 근력운동강도 설정값은 전류/회전속도 제어기의 전류 기준값과 회전속도 기준값을 연산함으로써 회전속도/전류 제어를 통해 연산된 듀티비를 가지는 PWM 게이팅 신호를 출력하는 제어보드와, 상기 제어보드에서 출력된 PWM 게이팅신호를 입력받아 스위칭 동작을 통해 상기 발전기의 회전 토크를 제어하여 미세 근력운동강도를 조절하고, 상기 발전기에서 생산된 교류전압을 직류전압으로 바꿔주는 AC-DC PWM 컨버터;를 포함하여 구성된다. In order to achieve the above object, the muscle strength evaluation and reinforcement exercise device using the rotational torque control method of the generator according to the present invention is a muscle strength evaluation and reinforcement exercise device that evaluates and strengthens the user's strength, and the user pulls the wire using the muscle force. Wow; A pulley for changing the linear motion of the wire into a rotational motion; A generator for generating a current by using the rotational force according to the rotational movement of the pulley; A current sensor for measuring a current value generated by the generator; A rotational speed sensor installed perpendicular to the rotational axis of the generator and measuring a rotational speed value of the generator; A strength exercise intensity control device which receives a user's desired fine strength exercise intensity setting value and displays an amount of exercise; The current value measured by the current sensor and the rotation speed measured by the rotation speed sensor are input to generate a current feedback value and a rotation speed feedback value of the current / rotation speed controller of the control loop, The input strength training intensity setting value is a control board for outputting a PWM gating signal having a duty ratio calculated through rotation speed / current control by calculating a current reference value and a rotation speed reference value of the current / speed controller, and in the control board. AC-DC PWM converter that receives the output PWM gating signal to control the rotational torque of the generator through a switching operation to adjust the fine muscle strength, and converts the AC voltage produced by the generator into a DC voltage; It is composed.

바람직하게는 상기 근력 운동강도 조절장치는 사용자가 입력하는 미세 근력 운동강도를 무게 추 10g, 50g, 또는 100g 단위로 미세조절/입력할 수 있다. Preferably, the strength exercise intensity control device may finely adjust / input the fine strength exercise intensity input by the user in weight weight 10g, 50g, or 100g units.

바람직하게는 상기 근력 운동강도 조절장치는 디스플레이 장치를 포함하며, 상기 디스플레이 장치는 최초 근력치, 최대 근력치, 적정 근력치, 운동량, 반복회수, 운동시간, 근지구력, 근육 총 일량 또는 순간 속도 등을 표시한다. Preferably, the strength exercise intensity control device includes a display device, wherein the display device includes an initial strength value, a maximum strength value, an appropriate strength value, an exercise amount, repetition frequency, exercise time, muscle endurance, muscle total work amount or instantaneous speed, and the like. Is displayed.

바람직한 일실시예에 따르며, 상기 AC-DC PWM 컨버터에서 생성된 직류전압을 저장하기 위한 배터리와; 상기 배터리에 저장된 직류전압을 상기 제어보드로부터 입력받은 게이팅신호에 의해 스위칭 동작을 통하여 원하는 전압과 주파수를 갖는 교류전압으로 바꿔주기 위한 DC-AC PWM 인버터;를 추가로 포함하고, 상기 제어보드는 계통에 맞게 주파수 및 전압을 조절하고 위상 동기화하는 계통연계 알고리즘에 의해 연산된 게이팅신호를 출력하여, 상기 제어보드의 제어에 의하여 계통연계 알고리즘에 맞게 설계된 DC-AC 인버터를 거치게 되면 계통에 바로 접속 가능한 발전기로서의 역할 수행이 가능하다. According to a preferred embodiment, the battery for storing the DC voltage generated by the AC-DC PWM converter; And a DC-AC PWM inverter for converting the DC voltage stored in the battery into an AC voltage having a desired voltage and frequency through a switching operation by a gating signal received from the control board. The generator outputs the gating signal calculated by the grid-connected algorithm that adjusts the frequency and voltage according to the phase and synchronizes the phase. The generator can be directly connected to the grid when passing through a DC-AC inverter designed according to the grid-linked algorithm. It can play its role as

바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 AC-DC PWM 컨버터에 전기적으로 연결되는 전력소비용 전기장치를 추가하여, 전력계통에 연계되지 않고 컨버터에서 발생된 전력을 난방용 히터열 등으로 소모가 가능하다.According to another preferred embodiment, by adding a power consumption electrical device that is electrically connected to the AC-DC PWM converter, it is possible to consume the power generated by the converter, such as heating heater heat, not connected to the power system.

본 발명에 따른 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구는, 인버터, 컨버터 등의 능동소자를 포함한 제어보드를 사용함으로써 유기적으로 세분화 되고, 정확한 근력의 평가 및 강화 운동기구의 근력을 100g 이하 단위의 근력운동의 강도를 미세하게 조절을 위한 전기적 부하를 만들어 근력 운동 강도를 미세하게 조절하게 함으로써 전체적인 발전효율을 증대시킬 수 있으며, 전류센서에 의해 측정된 전류값과 회전속도센서에 의해 측정된 회전속도값을 이용하여 제어보드(제어부)에서 근력 평가와 관련된 값들, 즉 최초 근력치, 최대 근력치, 적정 근력치, 운동량, 반복회수, 운동시간, 근지구력, 근육 총 일량 또는 순간 속도를 계산하여 이를 디스플레이장치를 이용하여 디스플레이하여 사용자가 의욕과 성취감을 갖고 근력 운동에 전념하게 할 수 있다. Muscle strength evaluation and reinforcement exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator according to the present invention is organically subdivided by using a control board including active elements such as inverters, converters, and accurate evaluation of strength and exercise equipment By creating an electric load for finely controlling the strength of strength training of the unit of 100g or less, the overall power generation efficiency can be increased by finely adjusting the strength of strength training, and the current value and rotation speed sensor measured by the current sensor The values related to muscle strength evaluation in the control board (control unit) using the rotational speed value measured by, namely, initial strength value, maximum strength value, appropriate strength value, exercise amount, repetition frequency, exercise time, endurance endurance, muscle total work or Calculate the instantaneous speed and display it using the display device. You can focus on strength training.

또한, 전자석과 같은 발전기 자체에 구성하는 하드웨어적 구성없이 소프트웨어적인 알고리즘만으로 구성이 가능하여 하드웨어 구성상에서 발생하는 전력손실을 줄이는 효과가 있다.In addition, it is possible to configure only the software algorithm without the hardware configuration of the generator itself, such as an electromagnet, thereby reducing the power loss generated in the hardware configuration.

아울러, 발생된 전력은 전력 계통에 연결하여 전력계통을 이용하여 소모할 수 있을 뿐 아니라, 전력계통에 연결하지 않고 히터나 선풍기 등의 전력소모용 전기 장치에 연결하여 직접 소모할 수도 있음은 물론이다. In addition, the generated power may not only be consumed by using the power system by connecting to the power system, but may also be directly consumed by connecting to an electric power consumption device such as a heater or a fan without being connected to the power system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구의 형상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른, 전체 시스템의 순서도이다.
도 4는 일반적인 근력 평가 및 강화 운동기구의 형상과 제안하는 기술과의 비교 그림이다.1 is a view showing the shape of the power-train evaluation and strengthening exercise device for power generation using the rotational torque control method of the generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of power generation strength evaluation and strengthening exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator according to the present invention.
3 is a flow diagram of an overall system, in accordance with an embodiment of the invention.
Figure 4 is a comparison of the shape of the general strength evaluation and strengthening exercise equipment and the proposed technology.

이하, 본 발명에 따른 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the power evaluation and strengthening exercise device for power generation using the rotational torque control method of the generator according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 전체 시스템의 순서도이다.1 is a view showing the configuration of power generation evaluation and strengthening exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart of the entire system.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구(100)는, 사용자가 근력을 사용하여 당기는 와이어와; 상기 와이어의 직선운동을 회전운동으로 변경하는 풀리(12)와; 상기 풀리의 회전운동에 따른 회전력을 이용하여 전류를 발생시키는 발전기(11)를 구비한 근력 평가 및 강화 운동기구로서, 전류센서(13), 회전속도센서(14), 근력운동강도 조절장치(15), 제어보드(16), AC-DC PWM 컨버터(17), 배터리(18), DC-AC PWM 인버터(19)로 구성된다.As shown, the power strength evaluation and reinforcement exercise device 100 for power generation using the rotational torque control method of the generator according to the present invention, the user pulls using the muscle power; A pulley 12 for changing the linear motion of the wire into a rotational motion; Muscle strength evaluation and reinforcement exercise device having a generator 11 for generating a current by using the rotational force according to the rotational motion of the pulley, current sensor 13, rotational speed sensor 14, muscle strength control device 15 ), A control board 16, an AC-DC PWM converter 17, a battery 18, and a DC-AC PWM inverter 19.

상기 전류센서(13)는 사용자의 근력 운동에 따라 발전기에서 발생된 3상 전류의 전류값을 측정하여 제어보드(16)로 전송하고(S22), 상기 회전속도센서(14)는 상기 발전기(12)의 회전축에 수직으로 설치되어 발전기의 회전속도값을 측정하여 제어보드(14)로 전송한다(S21). 이때, 상기 회전속도센서(14)는 엔코더 등으로 구성할 수 있다.The current sensor 13 measures the current value of the three-phase current generated in the generator in accordance with the user's muscle exercise to transmit to the control board 16 (S22), the rotational speed sensor 14 is the generator 12 Installed vertically to the axis of rotation of the generator measures the rotational speed value and transmits to the control board (14) (S21). At this time, the rotation speed sensor 14 may be configured as an encoder.

상기 근력운동강도 조절장치(15)는 사용자가 원하는 부하(근력운동강도, 무게 추)를 입력받는다. 근력 운동강도는 무게 추 100g 이하의 근력운동강도, 바람직하게는 무게 추 10g, 50g, 또는 100g 단위로 미세조절하여 입력을 받는다. The strength exercise intensity control device 15 receives a load desired by the user (muscle intensity, weight). The strength exercise strength is inputted by finely adjusting the strength strength of the weight less than 100g, preferably in the weight weight 10g, 50g, or 100g.

근력운동강도 조절장치는 입력버튼으로 구성하거나, 통상의 컴퓨터 모니터 또는 터치패널식 입력장치에 의해서 미세 근력 운동강도를 입력받는다. The strength exercise intensity control device is configured as an input button or receives fine strength exercise intensity by a general computer monitor or a touch panel input device.

근력운동강도 조절장치는 디스플레이 장치를 포함하여 사용자의 근력 운동에 대한 평가를 동시에 디스플레이할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 제어보드에 의해서 계산된 최초 근력치, 최대 근력치, 적정 근력치, 운동량, 반복회수, 운동시간, 근지구력, 근육 총 일량 또는 순간 속도를 표시한다. The strength exercise intensity control device may include a display device to simultaneously display an evaluation of the strength exercise of the user. The display device displays the initial strength value, the maximum strength value, the appropriate strength value, exercise amount, repetition count, exercise time, muscle endurance, total muscle work amount or instantaneous velocity calculated by the control board.

상기 제어보드(16)는 상기 전류센서(13)에서 측정된 전류값과 상기 회전속도센서(14)에서 측정된 회전속도값을 입력받아 제어루프의 전류/회전속도 제어기의 전류 궤환값과 회전속도 궤환값을 생성하고, 상기 근력운동강도 조절장치(15)에서 입력된 운동강도 설정값은 전류/회전속도 제어기의 전류 기준값과 회전속도 기준값을 연산함으로써 회전속도/전류 제어를 통해 연산된 듀티비를 가지는 PWM 게이팅 신호를 출력하고, 계통에 맞게 주파수 및 전압을 조절하고 위상 동기화하는 계통연계 알고리즘에 의해 연산된 게이팅 신호를 출력하는 기능을 갖는다.The control board 16 receives the current value measured by the current sensor 13 and the rotational speed value measured by the rotational speed sensor 14 and receives the current feedback value and the rotational speed of the current / rotational speed controller of the control loop. Generates a feedback value, and the exercise intensity setting value input from the muscle exercise intensity control device 15 calculates the duty ratio calculated through the rotation speed / current control by calculating the current reference value and the rotation speed reference value of the current / speed controller. The branch has a function of outputting a PWM gating signal and outputting a gating signal calculated by a grid linkage algorithm that adjusts and phase synchronizes frequency and voltage according to the grid.

이때, 상기 제어보드(16)는 DSP-TMS320VC33 등을 탑재하여 구성할 수 있으며, 상기 전류센서(13)에서 발생한 신호와 회전속도센서에서 발생한 신호를 입력 받아 발전기의 토크제어를 위해 제어루프의 토크 지령값을 연산하고 토크제어의 하위연산인 전류/회전속도제어기의 제어연산을 통해 생성된 전압 지령값에 맞춰 SVPWM 방식에 의해 듀티비가 조절된 게이팅 신호를 생성한다. At this time, the control board 16 may be configured by mounting the DSP-TMS320VC33, etc., and receives the signal generated from the current sensor 13 and the signal generated from the rotational speed sensor torque of the control loop for torque control of the generator The command value is calculated and a gating signal whose duty ratio is adjusted by the SVPWM method is generated in accordance with the voltage command value generated through the control operation of the current / speed controller which is a sub operation of the torque control.

앞서 설명한 바와 같이, 제어보드(16)는 전류센서에서 측정된 전류값과 상기 회전속도센서에서 측정된 회전속도값을 이용하여, 최초 근력치, 최대 근력치, 적정 근력치, 운동량, 반복회수, 운동시간, 근지구력, 근육 총 일량 또는 순간 속도 등을 계산하여, 계산된 값들을 근력운동강도 조절장치에 부착된/연계된 디스플레이 장치에 표시한다. 디스플레이 장치는 11인치 그래픽 모니터(Graphic proface 등)나 PC 용 모니터 등이 이용가능하며, 이를 통해 근력 운동에 대한 결과/평가를 실시간으로 확인 가능하다. As described above, the control board 16 uses the current value measured by the current sensor and the rotation speed value measured by the rotation speed sensor, and the initial strength value, maximum strength value, appropriate strength value, exercise amount, repetition frequency, Exercise time, muscular endurance, total muscle work or instantaneous speed are calculated and displayed on the display device attached / associated to the strength exercise intensity control device. The display device may be an 11-inch graphic monitor (Graphic proface, etc.) or a PC monitor, and the result / evaluation of strength exercise can be checked in real time.

상기 AC-DC PWM 컨버터 (17)는 상기 제어보드(14)에서 출력된 PWM 게이팅 신호를 입력받아 스위칭 동작을 통해 상기 발전기(12)의 회전 토크를 제어하여 운동강도를 미세하게 조절하고, 상기 발전기에서 생산된 교류전압을 직류전압으로 바꿔주는 기능을 한다.The AC-DC PWM converter 17 receives the PWM gating signal output from the control board 14 to control the rotation torque of the generator 12 through a switching operation to finely adjust the exercise intensity, and to generate the generator. This function converts the AC voltage produced by DC voltage.

상기 배터리(18)는 상기 AC-DC PWM 컨버터(17)에서 생성된 직류전압을 저장한다. The battery 18 stores the DC voltage generated by the AC-DC PWM converter 17.

상기 DC-AC PWM 인버터(19)는 상기 배터리(18)에 저장된 직류전압을 상기 제어보드(16)로부터 입력받은 게이팅신호에 의해 스위칭 동작을 통하여 원하는 전압과 주파수를 갖는 교류전압으로 바꿔준다. 상기 제어보드는 계통에 맞게 주파수 및 전압을 조절하고 위상 동기화하는 계통연계 알고리즘에 의해 연산된 게이팅신호를 출력하여, 상기 제어보드(16)의 제어에 의하여 계통연계 알고리즘에 맞게 설계된 DC-AC 인버터(19)를 거쳐, 전력 계통에 바로 접속 가능한 발전기로서의 역할 수행이 가능하게 된다. The DC-AC PWM inverter 19 converts the DC voltage stored in the battery 18 into an AC voltage having a desired voltage and frequency through a switching operation by a gating signal received from the control board 16. The control board outputs a gating signal calculated by a grid linkage algorithm that adjusts the frequency and voltage according to the grid and synchronizes the phases, and the DC-AC inverter designed according to the grid linkage algorithm by the control of the control board 16 ( Through 19), it becomes possible to perform a role as a generator that can be directly connected to the power system.

상기 발명을 상술하자면, 다음과 같다. The above-mentioned invention is described in detail as follows.

사용자가 근력 평가 및 강화 운동기구의 동작을 통해 발전기(11)를 회전시키면 3상 전류가 발생하게 되고, 상기 발전기(11)의 회전속도값(S21)을 회전속도센서(14)로 측정하고, 전류값(S22)은 전류센서(13)에 의해 측정한 후 제어보드(16)에 전송된다. When the user rotates the generator 11 through the muscle strength evaluation and the operation of the strengthening exercise device, a three-phase current is generated, and the rotational speed value S21 of the generator 11 is measured by the rotational speed sensor 14, The current value S22 is measured by the current sensor 13 and then transmitted to the control board 16.

이어서, 상기 전류값과 회전속도값을 제어보드(16)에 프로그래밍 되어 있는 알고리즘을 바탕으로 전류 기준값과 회전속도 기준값이 만들어지게 된다. 한편, 사용자가 요구하는 미세 근력운동강도 설정값(S23)을 입력받게 되는데, 이 값과 전류, 회전속도 기준값을 이용하여 PWM 게이팅신호(S24)를 발생시키게 된다. 이 신호가 AC-DC PWM 컨버터(17)에 입력되면 사용자가 설정한 값(S23)에 해당하는 토크로 발전기(12)가 전기적 부하로 구속 제어되어, 이로 인해 사용자가 원하는 근력운동강도로 조절이 가능해진다. Subsequently, a current reference value and a rotation speed reference value are generated based on an algorithm programmed with the current value and the rotation speed value in the control board 16. On the other hand, the user receives a fine muscle strength setting value (S23) required by the user, and generates a PWM gating signal (S24) using this value and the current, the rotation speed reference value. When this signal is input to the AC-DC PWM converter 17, the generator 12 is controlled by the electrical load with the torque corresponding to the value set by the user (S23), thereby adjusting the muscle strength desired by the user. It becomes possible.

즉, 토크제어란 발전기에서 발생되는 토크를 제어하는 것으로 정의된다. 이 정의에 따른 본 발명에 사용된 발전기 토크제어는 AC-DC PWM컨버터(17)를 통해 발전기의 토크를 제어하는 방식을 말한다. 정확하게 말하자면 토크는 전기자전류에 비례한다는 특성을 이용하여 AC-DC PWM 컨버터(17)를 통해 발전기(12)에서 생성되는 전류를 제어하여 사용자가 원하는 근력 평가 및 강화 운동기구를 운전할 수 있게끔 토크를 제어하게 된다.That is, torque control is defined as controlling the torque generated in the generator. Generator torque control used in the present invention according to this definition refers to a method of controlling the torque of the generator through the AC-DC PWM converter 17. To be precise, the torque is proportional to the armature current to control the current generated by the generator 12 through the AC-DC PWM converter 17 to control the torque so that the user can drive the desired strength assessment and strengthening exercise equipment. Done.

이렇게 발전된 전력을 DC link단의 배터리(18)에 저장하였다가 바로 사용이 가능하며, 또한 상기 제어보드(16)의 제어에 의하여 계통연계 알고리즘에 맞게 설계된 DC-AC 인버터(19)를 거치게 되면 계통에 바로 접속 가능한 발전기로서의 역할 수행이 가능해진다.The generated power is stored in the battery 18 of the DC link stage and can be used immediately. In addition, when the system passes through the DC-AC inverter 19 designed for grid connection algorithm by the control of the control board 16, the system It is possible to perform the role as a generator that can be directly connected to the.

또한, 본 발명은 AC-DC PWM컨버터(17), DC-AC PWM 인버터(19)를 포함한 전력변환 시스템, 고속연산을 위한 연산장치 DSP-TMS320VC33과 그 주변장치로 구성된 제어보드(16)의 사용으로 유기적으로 운동강도조절이 가능하고, 전자석, 방열저항 등의 수동소자로 구성한 것에 비해 전력생산의 질을 높일 수 있다. 또, 발전기 자체에 연결된 감속장치의 구성없이 전력변환장치와 이를 구동하기 위한 제어보드, 제어보드를 구동하는 알고리즘만으로 근력운동강도조절이 이루어져 감속을 위한 별도의 전력소모가 없어 효율을 높일 수 있다.In addition, the present invention is the use of a control board 16 consisting of an AC-DC PWM converter 17, a power conversion system including a DC-AC PWM inverter 19, arithmetic unit DSP-TMS320VC33 and its peripheral devices for high-speed operation It is possible to control the kinetic intensity organically and to improve the power production quality compared to the passive element such as electromagnet, heat radiation resistance. In addition, without the configuration of the reduction gear connected to the generator itself, the power conversion device, the control board for driving it, and the algorithm to drive the control board only by the strength control of the strength exercise can be improved because there is no separate power consumption for deceleration.

무게추(부하)에 변화에 따른 전류값을 계산해 보면 다음과 같다. Calculate the current value according to the change in weight (load) as follows.

근력을 이용하여 최대 250Kg의 무게추를 운동거리 1m로 운동할 경우를 가정하여 계산해 보기로 한다. 일량은 J = mgh = 250Kg x 9.8m/sec2 x 1m = 2450 Kg(m/sec)2 이고, 1초에 1m의 일을 한다고 가정하면, 이를 전력으로 환산하면 P = J/t = 1,225 Watt => 1,200 Watt ( t = 1 sec)이다. 이를 3상 AC220V 유도발전기 등으로 발전 시 전류는 1,200W / (220V * 1.732) = 3.15A 이다.Calculate assuming a case of exercising a maximum weight of 250Kg weight 1m using the muscle strength. Amount of work is J = mgh = 250Kg x 9.8m / sec 2 x 1m = 2450 Kg (m / sec) 2 , assuming 1m of work per second, P = J / t = 1,225 Watt => 1,200 Watt (t = 1 sec). The current is 1,200W / (220V * 1.732) = 3.15A when it is generated by three-phase AC220V induction generator.

무게 추 100g의 분해능을 얻으려면 250Kg : 100g = 3.15A : X 로 X는 1.26mA의 전류 제한(토크 제한)을 하면 된다. To achieve a resolution of 100g weight, 250Kg: 100g = 3.15A: X, where X has a current limit of 1.26mA (torque limit).

즉, 무게추(부하, 근력운동강도) 100g을 조절하기 위해서는 전류값을 1.26 mA를 조절, 즉 이에 대응하는 발전기의 토크를 조절함으로써 100g 단위로 부하를 조절하게 된다. 동일한 방식으로 이보다 더 적게 10g, 또는 50g 단위로도 근력 운동강도를 조절할 수 있다. That is, in order to adjust the weight (load, muscle strength) 100g, the current value is adjusted by 1.26 mA, that is, by adjusting the torque of the corresponding generator to adjust the load in units of 100g. In the same way, you can adjust your strength in less than 10g or 50g increments.

상기에서는 제어보드(16)의 제어에 의하여 계통연계 알고리즘에 맞게 설계된 DC-AC 인버터를 거치도록 하고, 전력 계통에 바로 접속하여 발전기의 전력을 소모하는 부분에 대해서 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전력계통에 연계되지 않고 컨버터에서 발생된 전류 전압을 소모하도록 구성할 수 있다. In the above, the control unit 16 passes through a DC-AC inverter designed for the grid linkage algorithm by controlling the control board 16, and the power consumption of the generator by directly connecting to the power system has been described, but is not necessarily limited thereto. In addition, it can be configured to consume the current voltage generated by the converter without being connected to the power system.

즉, 배터리와 DC-AC 인버터의 구성을 지니지 않고, AC-DC PWM 컨버터에 전기적으로 직접 연결되는 전력소비용 전기장치를 추가하여 발전기에서 발생된 전력을 소모하게 된다. 전력소비용 전기장치는 바람직하게는 가정용 난방 히터, 또는 선풍기가 사용되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 발전기에서 발생된 전력을 효율적으로 소모할 수 있는 다양한 전력 소비용 전기 장치가 사용될 수 있음은 물론이다  In other words, it does not have a configuration of a battery and a DC-AC inverter, and consumes the power generated by the generator by adding a power-consuming electrical device electrically connected directly to the AC-DC PWM converter. Electric power consumption The electric device is preferably a domestic heating heater or a fan, but is not necessarily limited thereto, and various electric power consumption devices that can efficiently consume power generated by the generator may be used.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.The present invention described above is limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings as various substitutional modifications and changes are possible within a range without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art. It doesn't happen.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 근력 평가 및 강화 운동기구
11 : 발전기
12 : 풀리
13 : 전류센서
14 : 회전속도센서
15 : 근력운동강도 조절장치
16 : 제어보드
17 : AC-DC PWM 컨버터
18 : 배터리
19 : DC-AC PWM 인버터DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10: strength evaluation and strengthening exercise equipment
11: generator
12: pulley
13: current sensor
14: speed sensor
15: strength training intensity control device
16: control board
17: AC-DC PWM Converter
18: battery
19: DC-AC PWM Inverter

Claims (5)

사용자의 근력을 평가하고 강화하는 근력 평가 및 강화 운동 기구에 있어서,
사용자가 근력을 사용하여 당기는 와이어;
상기 와이어의 직선운동을 회전운동으로 변경하는 풀리;
상기 풀리의 회전운동에 따른 회전력을 이용하여 전류를 발생시키는 발전기;
상기 발전기에서 발생된 전류값을 측정하는 전류센서;
상기 발전기의 회전축에 수직으로 설치되어 발전기의 회전속도값을 측정하는 회전속도 센서;
사용자가 원하는 미세 근력운동강도 설정값을 입력받는 근력 운동강도 조절장치;
상기 전류센서에서 측정된 전류값과 상기 회전속도센서에서 측정된 회전속도값을 입력받아 제어루프의 전류/회전속도 제어기의 전류 궤환값과 회전속도 궤환값을 생성하고, 상기 근력운동 강도 조절장치에서 입력된 근력운동강도 설정값은 전류/회전속도 제어기의 전류 기준값과 회전속도 기준값을 연산함으로써 회전속도/전류 제어를 통해 연산된 듀티비를 가지는 PWM 게이팅 신호를 출력하는 제어보드;
상기 제어보드에서 출력된 PWM 게이팅신호를 입력받아 스위칭 동작을 통해 상기 발전기의 회전 토크를 제어하여 미세 근력운동강도를 조절하고, 상기 발전기에서 생산된 교류전압을 직류전압으로 바꿔주는 AC-DC PWM 컨버터;
상기 AC-DC PWM 컨버터에서 생성된 직류전압을 저장하기 위한 배터리; 및
상기 배터리에 저장된 직류전압을 상기 제어보드로부터 입력받은 게이팅신호에 의해 스위칭 동작을 통하여 원하는 전압과 주파수를 갖는 교류전압으로 바꿔주기 위한 DC-AC PWM 인버터;를 포함하되,
상기 제어보드는 계통에 맞게 주파수 및 전압을 조절하고 위상 동기화하는 계통연계 알고리즘에 의해 연산된 게이팅신호를 출력하여,
상기 제어보드의 제어에 의하여 계통연계 알고리즘에 맞게 설계된 DC-AC PWM 인버터를 거치게 되면 계통에 바로 접속 가능한 발전기로서의 역할 수행이 가능한 것을 특징으로 하는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구.In the strength evaluation and strengthening exercise equipment that evaluates and strengthens the user's strength,
Wire drawn by the user using muscle strength;
A pulley for changing the linear motion of the wire into a rotational motion;
A generator for generating a current by using the rotational force according to the rotational movement of the pulley;
A current sensor for measuring a current value generated by the generator;
A rotation speed sensor installed perpendicular to the rotation axis of the generator to measure a rotation speed value of the generator;
A strength exercise intensity adjusting device for receiving a fine strength exercise intensity setting value desired by the user;
The current value measured by the current sensor and the rotation speed measured by the rotation speed sensor are input to generate a current feedback value and a rotation speed feedback value of the current / rotation speed controller of the control loop, The input strength exercise intensity setting value includes: a control board outputting a PWM gating signal having a duty ratio calculated through rotation speed / current control by calculating a current reference value and a rotation speed reference value of the current / speed controller;
AC-DC PWM converter that receives the PWM gating signal output from the control board to control the rotational torque of the generator through a switching operation to adjust the micro muscle strength and change the AC voltage produced by the generator into a DC voltage ;
A battery for storing the DC voltage generated by the AC-DC PWM converter; And
And a DC-AC PWM inverter for converting the DC voltage stored in the battery into an AC voltage having a desired voltage and frequency through a switching operation by a gating signal received from the control board.
The control board outputs the gating signal calculated by the grid linkage algorithm to adjust the frequency and voltage according to the grid and phase synchronization,
When the DC-AC PWM inverter designed for grid linkage algorithm is controlled by the control of the control board, it is possible to perform a role as a generator that can be directly connected to the grid. Fitness equipment. 제 1항에 있어서,
상기 근력 운동강도 조절장치는
사용자가 입력하는 미세 근력 운동강도를 무게 추 10g, 50g, 또는 100g 단위로 미세조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구.The method of claim 1,
The strength exercise intensity control device
Power generation evaluation and strengthening exercise equipment for power generation using the rotational torque control method of the generator, characterized in that the fine-grained exercise intensity input by the user can be finely adjusted in weight units of 10g, 50g, or 100g. 제 1항에 있어서,
상기 근력 운동강도 조절장치는 디스플레이 장치를 포함하며,
상기 디스플레이 장치는 최초 근력치, 최대 근력치, 적정 근력치, 운동량, 반복회수, 운동시간, 근지구력, 근육 총 일량 또는 순간 속도를 표시하는 것을 특징으로 하는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구.The method of claim 1,
The strength exercise intensity control device includes a display device,
The display device is for generating power using the rotational torque control method of the generator, characterized in that for displaying the initial strength value, the maximum strength value, the appropriate strength value, exercise amount, repetition frequency, exercise time, muscle endurance, total muscle work or instantaneous speed Strength assessment and strengthening exercise equipment. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 AC-DC PWM 컨버터에 전기적으로 연결되는 전력소비용 전기장치를 추가하여, 전력계통에 연계되지 않고 컨버터에서 발생된 전력을 소모하는 것을 특징으로 하는 발전기의 회전 토크 제어 방식을 이용한 발전용 근력 평가 및 강화 운동기구. The method of claim 1,
By adding a power-consumption electrical device electrically connected to the AC-DC PWM converter, power generation evaluation using the rotational torque control method of the generator, characterized in that it consumes the power generated by the converter without being connected to the power system; Strengthening fitness equipment.
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